일반기술

수분산계 폴리머를 사용한 저탄소 흙 시멘트 포장

□ 기술개요흙의 성질을 개선시키기 위한 흙 고화 관련 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시멘트계 분체와 수분산계 폴리머로 구성된 시멘트계 흙고화재와 이러한 흙고화재를 이용한 흙시멘트 재료 및 제조방법임.□ 기술의 특징특정 범위의 MFFT를 가지는 수분산계 폴리머를 시멘트계 분체와 함께 흙고화재의 재료로 이용한다는데 특징이 있는데, 이와 같은 기술적 특징이 구현된 해당 기술은흙고화재와 그 흙고화재를 이용한 흙시멘트, 아울러 그 흙고화재의 바람직한 제조방법으로 구분할 수 있다. 해당 기술에서 흙고화재는 흙을 고화시키기 위해 첨가되는 재료를 의미하며, 흙시멘트는 흙고화재와 흙이 혼합된 상태를 의미한다.시멘트계 흙고화재는 시멘트계 분체와, MFFT(minmum film formation temperature ; 최저 성막 온도)가 -20℃~30℃인 수분산계 폴리머로 구성되는 것을 특징으로 한다. 시멘트계 분체는 수화반응으로 경화하는 재료로서 흙 입자 사이에서 응결하여 흙 입자를 응집시키는 역할을 한다. 해당 기술에서는 시멘트계 분체로 포틀랜드 시멘트 또는 포틀랜드시멘트에 플라이애쉬와 고로슬래그 중 하나 이상 혼합한 것을 제안한다. 수분산계 폴리머는 유동성을 증가시키고 시멘트계 분체의 수화물과 흙 사이의 부착성(adhesion)을 증가시키기 위해 사용되는 재료인데, 해당 기술에서는 MFFT(minimum film formation temperature, 최저 성막 온도: 폴리머가 필름막이 형성될 수 있는 최저온도)가 -20℃~30℃ 범위, 바람직하게는 -10℃~25℃ 범위를 가지는 수분산계 폴리머를 제안한다. 폴리머의 MFFT가 30℃를 넘으면 상온에서 필름막이 형성되기 어려워 성능 발현이 어렵고, -20℃ 이하이면 지나치게 부드러워 강도성능을 발현할 수 없기 때문이다. 이와 같은 수분산계 폴리머는 시멘트계 분체와 함께 흙고화재로 이용될 때 흙 입자 주위를 둘러싸면서 소성필름을 형성하여 응집하기 때문에 미세균열 공극을 메우는 역할을 하기도 한다. 이에 따라 수분산계 폴리머는 흙시멘트의 수분저항성, 내구성 및 강도 특성 등을 개선시키는데 기여한다.□ 기술의 적용 및 활용해당 기술은 첫째, 흙시멘트의 강도, 내구성 등에서 유리하게 역할하는 흙고화재를 제공할 수 있다. 따라서 해당 기술에따른 흙 고화재를 이용한 흙시멘트는 각종 스포츠 시설의 운동장 및 경기장, 공원의 산책로 및 문화유적지의 보도, 자전거 전용도로, 농로 등 저교통 친환경 도로, 교량 등 구조물의 뒷채움, 성토사면 등과 같이 자연 경관을 중시하면서 주행성과 안전성 등이 요구되는 각종 건설 분야 등에 크게 활용할 수 있다. 둘째, 상온에서 적절히 혼합하기만 하면 흙 시멘트를 제조할 수 있기 때문에 현장 시공성과 경제성 등에서 유리한 이점이 있다.셋째, 도로 포장용으로 사용되는 기존의 아스팔트 및 콘크리트를 대체할 수 있기 때문에, 자연 상태의 흙을 이용함에 따른 친환경적인 효과와 함께 부존 자원을 절약하는 효과를 도모할 수 있다.□ 연구개발 동향흙 포장 또는 구조물 뒷채움, 성토사면에서 흙의 물리적 성질을 개량하는 기술은 크게 두 가지로 구분된다. 흙과 물의 최적함수비에서 외적인 다짐에 의한 흙의 전단강도증진, 밀도 증대 및 투수계수 감소 등의 효과를 얻을 수 있는 기계적인방법과, 흙과 무기 및 유기 화학재료를 물과 함께 혼합하여 새로운 반응생성물을 흙속에 생성시켜 흙 입자 사이의 공극을 치밀하게 채워주거나 흙 입자 사이의 정전기적인 인력을 증진시키는 방법에 의해 흙의 제 성질을 개선시키는 화학적인 방법이 그것이다. 기계적인 방법은 지금까지 토질공학에서 오랜 기간 동안 검증되어 현재까지 사용되고 있으나, 화학적인 방법은 국내의 경우 토양의 안정처리재 또는 토양 고화재로 불리어지고 있으며, 그 화학적 조성에 따라 각각의 특성이 다르고, 대상 토질에 따라 효과가 달라 안정된 품질확보 및 공통된 시공방법이 제시되고 있지 못하며, 동결 융해 및 우수 등에 의한 고화체의 강도 성능 저하로 침식이 발생하여 내구성이 현저히 떨어지고 있는 실정이다.또한, 기존에 국내에서 개발된 대부분의 토양 고화재는 최근까지 국내의 수요가 많지 않음에 따라 그 성능 및 가격 등에서 외국에 경쟁력이 낮으며, 현장 적용에 필요한 충분한 연구 결과와 시공 방법이 개발되어 있지 않아 성능 부분에 많은 문제점을 낳고 있다. 뿐만 아니라, 국내에서 기존에 개발된 대부분의 토양 고화재 기술은 지하철 공사, 영종도 인천국제공항 개발 및 해안가 지반개량공사 등에서 연약지반 개량 및 안정처리 목적으로 사용하고자 개발되어 용도별로 제한적이다. 이에 저교통 도로 및 자전거 전용도로 등의 흙 포장과 구조물 뒷채움 및 성토사면의 흙 개량에 필요한 새로운 고화재 및 흙시멘트 제조 기술 개발이 필요하다.□ 적용분야토목사업분야- 농촌, 산촌의 마을길, 마을간 연결도로- 기계화 경작로 확포장사업의 농로- 산림내의 입도, 자연휴양림 내의 각종 시설도록- 국립공원 내의 산책로, 광장 각종 시설도로, 주차장- 아파트단지 및 근린공원내 산책로, 자전거 도로, 광장, 시설도로, 주차장- 문화마을이나 전통마을의 바닥포장- 자연생태공원, 하천의 산책로, 시설도로, 주차장- 연못, 저수지, 건천 등의 누수방지를 위한 바닥 조성- 쓰레기 매립지 침출수 유출방지를 위한 차수벽시설□ 환경재선사업분야- 각종 폐기물 오염 등 무해처리 고형화, 블록, 호안벽 도로 경계석 등- 하천 준설토를 이용한 토목분야 재활용- 폐탄 광산지의 정비 : 폐탄찌꺼기를 고화하여 정비소재 사용□ 지식재산권정보특허 출원(10-2009-0037602)