KR0167746B1 - 지반주입공법 - Google Patents

Abstract

지반에 주입할 때 3∼300분의 겔화시간을 요하여 확실히 지반을 고결하는 실리카졸을 사용하여 광범위한 각종지반을 고결하는 지반주입공법으로서, 산성반응제와 물유리로된 실리카졸을 지반에 주입하는데 있어서, 주입대상지반의 토양과 혼합할 때의 겔화시간이 약3∼300분의 범위내에 들도록 한〔H⁺〕/ 〔SiO₂〕의 값을 갖는 실리카졸을 주입하여 구성된다.

Description

지반주입공법

제1도는 산성영역의 실리카졸자체 및 이 실리카졸을 토양중에 주입한 경우의 X값과 겔화시간의 관계를 나타내는 그래프.

본 발명은 지반에 주입할 때 약 3분에서 300분의 겔화시간을 요하며 확실히 지반을 고결하는 실리카졸을 사용한 지반주입공법에 관하여, 특히 광범위한 각종 지반에 적합한 지반주입공법에 관한 것이다. 종래의 알칼리영역에서의 물유리그라우트는 겔화시간을 길게 조정하는 것이 불가능하고, 단순히 순간응결그라우트로 사용된다. 이것을 개량하기 위해 산성반응제와 물유리로된 겔화시간이 극히 실리카졸을 알칼리성 경화제중에서 중화하고, 이것에 의해 겔화시간의 조정을 도모하는 방법에 제안되었다.

이 방법은 전자의 알칼리영역에서의 물유리그라우트의 결점을 어느 정도 개량했으나 겔화시간을 3분에서 300분과 같은 범위로 유지하는 것은 그리 간단하지가 않아 여전히 미해결의 상태로 있다.

본 발명은 지반의 토양에서 겔화시간을 약 3분에서 300분의 범위로 유지할 수 있어 침투성이 우수한 지반주입공법을 실리카졸의 그라우트에 적용하고자 하는 것이다.

또한 본 발명은 이 그라우트를 기본으로 하여 여기에 겔화촉진제를 함유시켜 광범위한 그라우트에 적용할 수 있도록 한 것이다.

그런데, 실리카졸계 그라우트에 있어서, 겔화시간을 3분에서 300분 정도의 범위로 유지하는 것은 졸의 PH를 3∼5정도의 범위로 조정하는 것이다.

그러나 실리카졸계 그라우트의 성질로부터, 또한 산, 알칼리의 중화 이론으로부터 이 범위로 PH를 조정하는 것은 매우 곤란하다.

즉, 실리카졸의 성질로부터 PH가 약 3이상으로 되면 약간의 반응제에 의해 PH는 급격히 상승하여 5이상으로 되고, 3∼5정도의 범위에 들어가는 것은 매우 곤란하다.

산성영역에서의 실리카졸의 겔화는 졸의 〔H⁺〕/ 〔SiO₂〕ⁿ(이하 X 값으로 기재)의 값에 좌우되는 이미 알려져 있다.

즉, 겔화시간은 실리카졸의 〔H⁺〕에 좌우되는 것은 물론이나, 물유리의 조성(SiO_2,Na₂O)농도에도 영향을 받고, X값에 따라 겔화시간이 결정된다.

본 발명자는 이 산성영역의 실리카졸을 토양에 주입한 경우, 실리카졸 자체의 겔화시간은 길어도 토양 중에 있어서는 일반적으로 현저하게 단축할 수 있는 것을 알아내고, 또한 실리카졸 자체와 이것을 각종 산성으로부터 염기성에 이르는 광범위한 토양에 주입할 때의 겔화시간으로부터 이들간의 관계를 명확히 하여 본 발명의 기반을 달성하고 또한 여기에 겔화촉진제를 첨가하여 X값의 조정 및 광범위한 겔화시간의 그라우트에 적용할 수 있도록 하여 본 발명을 완성하는데 이르렀다.

본 발명의 목적은 지반에 주입할 때 약 3∼300분의 겔화시간을 요하여 확실히 지반을 고결하는 실리카졸을 사용하여 광범위한 각종지반에 적용할 수 있고, 전술한 기술에 존재하는 결점을 개량한 지반주입공법을 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따르면, 산성반응제와 물유리로된 실리카졸을 지반에 주입함에 있어서, 주입대상지반의 토양과 혼합할 때의 겔화시간이 약 3∼300분의 범위내에 들어가는 〔H⁺〕/ 〔SiO₂〕ⁿ의 값을 갖는 실리카졸을 주입하는 것을 특징으로 하는 지반주입공법이 제공된다.

여기서〔H⁺〕는 실리카졸에서의 수소이온의 몰농도(mol/l)〔SiO₂〕는 실리카졸에 사용한 물유리중의 SiO₂의 몰농도, n은 실리카졸에 사용한 물유리의 몰비〔SiO₂〕/ 〔Na₂O〕, 〔Na₂O〕는 사용한 물유리중의 Na₂O의 물농도를 나타낸다.

이하, 본 발명을 구체적으로 상술한다.

산성반응제와 물유리로된 산성영역에 있는 실리카졸을 표 1의 각종 PH를 나타내는 토양과 혼입한 경우, 사용한 실리카졸의 X값과 겔화시간의 관계는 대략 제1도에 나타난 바와 같음을 알았다. (측정온도 약 20℃ )

제1도에서 곡선A는 산성실리카졸 자체의 X값과 겔화시간의 대략 상관곡선을 나타내며 표 1에 나타낸 토양과 혼합한 경우에는 겔화시간에는 토양의 PH에 따라 모두 현저하게 단축되고, 특히 알칼리성토양에서 단축의 정도는 크다.

또한, 표 1의 각종 토양과 혼합할 때의 겔화시간은 제1도에서 각각 기호로 나타낸다. 즉, 표 1의 시료 No.1(점토질토양)은 「●」, 시료No.2(점토질토양(유기질))은 「○」, 시료No.3(점토질토양(외피함유))는 「X」, 시료No.4(간토로움질토야(1))은 「△」, 시료No.5(관동로움질토양(2))는 「▲」로 각각 나타낸다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 토양의 PH는 특수한 예외를 제외하고 거의 5∼9.5정도의 범위에 있고, 또한 동일 PH여도 그 토양중의 수분성분등의 차이에 따라 반드시 겔화시간은 토양의 PH에만 의존하는 것은 아니다.

모든 경우에 제1도에 나타낸 바와 같이 실리카졸의 토양중에서의 겔화시간은 현저히 단축되고, 제1도에 나타낸 직선B(PH≒5의 토양의 경우)와 직선C(PH≒9.5)의 토양의 경우)의 사이에 대략 들어가는 것으로 관찰되었다.

따라서, 토양 중에서 겔화시간이 약 3∼300분으로 되기 위해서는 제1도의 직선B와 C사이의 사선부분에 대응하는 X값으로 되도록 배합된 실리카졸을 주입대상 지반의 토양에 주입하면 좋게 된다.

또한, X값은 산성반응제와 물유리와 또한 겔화촉진제의 혼합에 따라 조정할 수도 있다. 또한, 산성반응제와 물유리로된 적당한 X값을 갖는 실리카졸을 A액으로 하고, 여기에 B액으로서 겔화촉진제를 첨가하여 순간적인 응고로부터 광범위한 그라우트에 적용할 수가 있다.

토양 중에는 여러 가지 무기,유기물이 용해 또는 혼합 존재되어 있고, 산성영역에서의 실리카졸은 저점도이기 때문에 재빨리 토양에 침투하여 이들 토양성분과 반응하여 주로 〔H 〕의 저하를 가져 오고, X값을 감소시켜 겔화시간을 단축하는 것으로 생각된다. 단축의 정도는 물론 토양의 물성, 특히 PH와 실리카졸의 X값에 좌우된다. 또한 X값은 겔화촉진제에 의해 조정할 수 있고, 순간응고에서 장시간에 걸쳐 광범위한 그라우트에의 적용도 가능하게 된다.

[실시 예]

이하, 본 발명을 실시 예로 보다 구체적으로 설명한다.

[사용재료]

(1)물유리

X값을 조정하는데는 어떤 물유리도 사용할 수 있으나 일반적인 물유리로서 다음조성의 3호 물유리를 사용했다.

NaO : 9.45% , SiO: 28.36%

비중 : 1.399 , 몰비 : 3.10

(2)산성반응제

75% 공업용황산을 사용했다.

(3)겔화촉진제

각종의 알칼리제, 물유리, 시멘트, 염류등을 널리 사용할 수 있으나, 상기한 물유리와 공업용 수산화마그네슘과 공업용 탄산칼슘을 사용했다.

[실시예 1]

다음 배합으로된 실리카졸의 제조했다.

물유리 270 ㎖

산성반응제 57 ㎖

물 673 ㎖

1000 ㎖

이 실리카졸의 PH는 측정에 의해 1.2를 나타내고 X값은 액 1.05x10 로 20℃에서의 겔화시간은 약 7000분이었다.

이 실리카졸을 표 1의 시료 No.1,2,4의 각 토양과 혼합하여 다음의 표 2에 나타난 겔화시간을 얻었다.

이와 같이 산성에서 장시간의 겔화시간을 갖는 실리카졸을 토양에 주입하여 토양에 따라 차이는 있으나 겔시간은 쿤폭으로 단축되어 원하는 겔화시간을 x값에 따라서 조제가 가능하다.

[실시예 2]

실시예 1에 따라 겔화촉진제로서 수산화마그네슘을 함유시킨 다음의 배합으로된 실리카졸을 조제했다.

물유리 270 ㎖

산성반응제 57 ㎖

수산화마그네슘 4ｇ

물 671 ㎖

계 1000 ㎖

이 실리카졸의 PH는 2.5를 나타내고, X값은 약 5.2x10 으로 20℃에서의 겔화시간은 약 800∼900분을 나타내고, 이것을 표 1의 시료No.4의 토양과 혼합하여 약20분에 겔화했다. 이와 같은 실시예 1에서 100∼120분의 겔화시간이 겔화촉진제를 첨가하여 X 값의 저하를 가져와 약 20분으로까지 단축할 수 있었다.

[실시예 3]

실시예 2에서 겔화촉진제로서 수산화마그네슘 대신에 탄산칼슘 6ｇ을 첨가하여 표 1의 마그네슘 대신에 탄산칼슘 6ｇ을 첨가 혼합하여 표 1의 시료 No.4의 PH 5.1의 토양과 혼합했다. 약 30분에 겔화되었다.

[실시예 4]

실시예 1의 실리카졸을 A액으로 하여 200㎖, B액으로 물유리의 15부피% 수용액100㎖를 사용하여 A, B액의 합류에 의해 PH는 6.0을 나타내고 20℃에서 약 10초로 겔화했다.

[실시예 5]

토오쿄만의 폐각혼입토함유토양(PH8.8)에 실시예 1의 실리카졸을 주입한 바, 침투성은 좋고 약 25∼30분에 견고히 겔화되었다. 이상과 같이 종래의 산성반응제와 물유리 또는 이계에 겔화촉진제를 첨가하여된 산성영역에 있어서의 실리카졸은 극히 길거나 짧은 겔화시간을 나타내어 침투에 적합한 겔화시간에 주입하는 것은 극히 곤란했다.

본 발명은 긴 겔화시간의 산성영역에서의 실리카졸을 토양에 주입한 경우에 겔화시간이 단축되는 양상을 보여 약 3∼300분되는 침투에 적합한 겔화시간을 갖는 실리카졸의 제조를 X값을 관리하여 가능하게 했다.

또한, 산성영역에 있기 때문에 저점성으로 겔화시간의 조절과 어울려 우수한 침투성을 발휘한다.

또한, 적당한 X값을 갖는 산성반응제와 물유리로된 실리카졸에 겔화촉진제를 첨가혼합하여 순간응고에서 광범위에 이르는 겔화시간의 그라우트의 조제가 용이하게 된다.

Claims (3)

1. 산성반응제와 물유리로된 실리카졸을 지반에 주입하는데 있어서, 주입대상지반의 토양과 혼합할 때의 겔화시간이 약 3∼300분의 범위에 들도록〔H⁺〕/ 〔SiO₂의 값을 갖는 실리카졸을 주입하는 것을 특징으로 하는 지반주입공버. 여기서〔H⁺〕는 실리카졸에서 수소이온의 몰농도, 〔SiO₂〕는 실리카졸에 사용한 물유리중의 SiO₂의 몰농도, n은 실리카졸에 사용한 물유리의 몰비 〔SiO₂〕/〔Na₂O〕,〔Na₂O〕는 사용한 물유리중의 Na₂O의 몰농도임.
2. 제1항에 있어서, 실리카졸이 산성반응제, 물유리 및 겔화촉진제로 구성된 지반주입공법.
3. 제1항에 있어서, 실리카졸에 다시 겔화촉진제를 배합하여된 지반주입공법.