KR100500022B1 - 팽창형 경량기포콘크리트 채움재 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선기포 방식의 경량기포콘크리트 채움재에 고상의 분말 발포제를 첨가함으로써 가스 발포에 의해 본래 체적의 0~10%를 팽창시켜 경량기포 콘크리트의 기포소멸로 인한 체적감소를 보상함은 물론 공동부를 더욱 밀실하게 채워주는 새로운 개념의 팽창형 경량기포콘크리트 제조방법에 관한 것으로서 특히 석산에서 발생되어 폐기·처리되고 있는 케익상석분토를 활용하여 폐공을 비롯한 터널/지하시설물 등과 지반 사이에 형성되는 공동부에 충진시켜 이들 시설물의 안전시공과 견고성을 향상시키며 폐기물의 처리보장 및 재활용 효과를 높일 수 있는 분말 발포제와 케익상석분토를 활용한 팽창형 경량기포콘크리트 채움재에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 폐기되는 케익상석분토(중량비5-40%), 시멘트(중량비35-65%), 물(중량비25-35%), 분말발포제(중량비0~0.05%)를 혼합교반한 후, 기포제(물과 기포제를 중량비30~40:1로 희석)를 기포발생기를 이용하여 발포시킨 기포(중량비1~6%)를 혼합 반죽하여 폐공 및 터널/지하시설물 등의 공동부 팽창형 경량기포콘크리트 채움재로 사용한다.

특히 종래의 경량기포콘크리트의 단점인 기포소멸 및 블리딩 등에 의한 체적감소를 보상함은 물론 체적팽창을 통하여 공동부를 더욱 밀실하게 채울 수 있는 장점이 있다. 이러한 본 발명은 첨가제로서 자연친화형 케익상석분토를 첨가하고, 또 기포제 및 분말발포제를 첨가하여 경량의 채움재를 조성함으로써, 우수한 유동성으로 주입 및 충진이 용이하여 작업성을 높이고, 기포소멸로 인한 체적감소 방지, 블리딩 현상의 방지, 하중부담 경감 등의 가지는 팽창형 경량기포콘크리트 채움재 제조방법에 제공함에 있다.

Description

팽창형 경량기포콘크리트 채움재 제조방법 {Method of Preparing Expansible Backfill Lightweight Porous Concrete}

본 발명은 선기포 방식의 경량기포콘크리트 제조방법에 후기포 방식의 경량기포콘크리트 제조방법을 도입한 새로운 개념의 폐공 및 터널/시설물의 공동부 경량기포콘크리트 채움재에 관한 것으로서 특히 본 팽창형 경량기포콘크리트 채움재는 시멘트, 분말발포제와 이외에 석분토를 시멘트의 일정량 치환하여 혼합·교반한 후, 기포발생기에 의해서 형성된 기포를 혼합하여 사용하게 되는 공동부 경량기포콘크리트 채움재에 관한 것이다.

터널과 같은 지하구조물에는 콘크리트라이닝과 지반사이에 시공과정 또는 유지관리 과정에서 공동부가 존재 또는 발생되며 이 배면공동으로 인해 터널 구조물에 국부적인 응력집중이 발생, 터널 라이닝에 크랙, 누수, 변형 등 터널변상을 야기시킨다. 또한, 폐갱도/천연동굴과 같은 지하의 인위적/자연적으로 발생된 지하공동에 의해 지표침하 등 지상구조물에 심각한 피해를 일으키는데 이러한 변상에 대한 대책공법으로서 터널 및 지하구조물에 존재하는 공동부를 채워줌으로써, 구조물에 미치는 지반하중을 구조물 전체에 균등하게 분포시키며 구조물과 지반과의 일체화 및 터널의 아칭효과를 극대화하여 터널의 변상을 최소화 또는 변상을 미연에 방지할수 있다.

터널 배면 공동부의 발생원인을 터널 공법별로 분류하면 다음과 같다.

1980년대 이전 ASSM공법으로 시공된 터널은 지반과 라이닝 사이에 공동은 목재나 발파부석을 이용하여 충진시키는데 이때 충진재 공간을 모르타르를 이용하여 충진시켜야 하는데 대부분의 터널에서는 충분히 충진시키지 않음으로써, 목재로 충진시킨 경우는 시간이 경과함에 따라 목재가 썩거나 발파부석으로 충진한 경우는 부분적인 유동침하를 유발시킬 수 있다. 이때 목재나 발파부석으로 충진한 경우 지반과 터널 라이닝사이에 중·대규모의 공동이 발생, 터널 라이닝과 강지보에 직접 하중을 전달하는 ASSM공법 터널인 경우, 터널구조물 안정성에 심각한 문제를 야기시킬 수 있다.

그리고 1980년대 중반부터 NATM공법으로 시공된 터널은 지반과 콘크리트 라이닝사이가 밀착되어 공동규모가 작지만 터널 천단부에는 라이닝 타설시 재료분리 및 블리딩현상 등으로 크고 작은 공동이 존재한다. 그외 지하수와 함께 토사가 유출될 경우과 경과년수로 인한 자연적인 현상으로 배면공동이 발생·확대 및 지하수 유입에 의한 숏크리트 입자 유출로 숏크리트 두께 경감등 터널 배면 공동이 발생된다.

이렇게 터널에 공동부가 발생되어 심각한 터널 변상을 일으킬 경우에는 일반적으로 주행/통행을 차단하고 터널보수공사로서 공동부를 채워주는 채움 시공하게 되는데, 이때 시멘트모르타르로 구조물 공동부의 채움 작업을 실시할 수 있겠으나, 상기 시멘트 모르타르의 경우는 재료분리 및 블리딩현상에 의해 재료의 품질저하와 공동부를 완전하게 채우지 못하는 문제점이 있다.

이러한 채움재의 종류로는 모르타르이나 시멘트밀크에 공기를 넣어 유동성을 양호하게 한 에어모르타르/에어밀크로 주로 산악터널에 이용되는 것과, 양수량이 많은 고분자계약액의 일종인 발포우레탄으로 긴급복구용에 이용되는 것, 겔타입 조절이 가능하여 순결성이 요구되는 경우에 이용되는 물유리계와, 고분자계 시멘트의 일종으로 가소성주입제로 수중에 한정되는 폴리머 시멘트계로 분류할 수 있다.

이러한, 공동부채움재로 사용되고 있는 모르타르는 주입작업시에 분리원활, 침전예방, 비수축성, 강도10㎏/㎠의 유지가 보장되어야 공동부채움재로 바람직한 것인바, 이에대한 하나의 예를 들면, 잔골재900㎏, 시멘트150㎏, 기포제3,45㎏, 물시멘트비130%, 공기량35-45%,(유하 기간)20-3초, 강도10㎏/㎠의 에어모르타르채움재가 사용되고 있다.

그리고, 근래의 개발된 채움재로서 화력발전소의 폐기물인 석탄재인 플라이애쉬 4%, 조골재 10%, 중간골재 62%, 모래 24%와 아스팔트량을 5.0% ~ 6.5%까지 배합한 플라이애쉬를 이용한 도로포장용 아스콘의 채움재로의 이용 및 이의 제조방법의 채움재(공개번호 특1998-028032호)와, 채움재로 시멘트, 모래, 플라이애시를 물과 혼합한 것에 기포액을 혼합하여 채움성이 양호한 유동성과 채움 후 하중부담이 없는 경량성 및 견고성이 있는 압축강도를 구비한 기포 혼합 모르타르를 조성하는 기포모르타르를 이용한 공동부의 채움공법의 채움재(공개특허 공개번호10-2000-0031838호)와, 제철·제강 더스트와 소각재를 중량기준으로 6:4-8:2의 비율로 혼합/고형화 시키고 건조/소성단계로 입도를 조정하고 130℃∼170℃ 가열하여 크기별로 분리된 충진제를 140℃∼~160℃로 가열된 아스팔트와 혼합하는 폐기물은 유효하게 이용하는 전기로, 제강 더스트와 소각재를 이용한 역청포장용 채움재 및 이를 이용한 아스콘 제조방법의 채움재(공개특허공보공개번호 10-2000-003636호)등이 개시되고 있고, 또한, 각종 토목공사나 건축공사, 수중지하공사 등 다습한 곳의 공사등에 좋도록, 슬래그분말 71 중량부와 포틀랜드시멘트 25 중량부에 혼화제로 무수석고 2.85중량부, 명반(Alum Stone) 0.9 중량부, 카본블랙(Carbon Black)0.09중량부, 메칠셀루로이스(Methil Cellouse) 0.1 중량부, 실리카슘 0.06 중량부로 함유되는 슬래그를 이용한 저비용 복합시멘트 조성물(공개특허공보공개번호10-1997-0059135호)와, 또 경량기포 콘크리트로서, 플라이 애쉬(Fly Ash)를 혼입한 경량 기포콘크리트 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 시멘트와 플라이 애쉬를 중량비로 2 내지 8 대 1의 비율로 혼합하고, 여기에 물을 가하여 시멘트 페이스트를 제조한 다음 기포제와 물을 혼합한 희석액을 기포발생장치에 투입하여 기포를 발생시키고, 상기 기포 용액을 상기 시멘트 페이스트에 혼합하고 교반하여 되는(플라이 애쉬를 혼입한 경량 기포콘크리트 조성물 및 그 제조방법(공개특허공보(공개번호10-2000-0007185호)와, 또 시멘트 70~90 중량%, 모래 10~20 중량%, 플라이애시 1~10 중량% 비율로 배합된 혼합몰탈을 현장에서 물과 혼합 교반한 후상기 혼합 몰탈과, 물에 기포제 2~4 중량%를 혼합한 후 발포기를 통과하열 발생된 기포군을 90~97 중량% ; 3~10 중량%의비율로 혼합하여서 된 기포 혼합 몰탈을 동공부내에 7m 이내로 주입하여 12~17 시간 양생 후 그 위에 재차 기포 혼합 몰탈을 적층 시공하는 기포 혼합몰탈을 이용한 동공부의 채움공법(공개특허공보 공개번호10-2000-0031838호)도 개시되고 있으며, 그리고, 기포의 분포가 균일하여 단열, 방음 경량성이우수하고 압축강도가 균일한 양질의 기포모르타르를 각종 건축물의 바닥 슬라브에 단열, 방음재로 타설하거나, 연약지반성토용으로 사용할 수 있는 기포 모르타르 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로. 물에 농도 2~4의 기포제를 섞어 기포가 충분히 발생되게 하고 제조한 다음,시멘트 75~80중량, 모래 8~10중량, 플라이애쉬 15~17중량및 세멕스판(Cemexpan)1~3중량를 물과 함께 혼합 교반하여 모르타르를 제조한 후에, 혼합모르타르 90~95중량에 대하여 기포가 발생된 상기 기포액 5~15중량를 혼합하여 제조함을 특징으로 하는 기포용 모르타르조성물(공개특허공보 공개번호10-2001-0028978호)와, 또 각종 건축물의 바닥 슬라브에 단열, 방음재로 타설하거나, 연약지반성토용으로 사용할 수 있는 기포 모르타르 조성물 및 그 제조방법으로서,물에 농도 2~4의 기포제를 섞어 기포가 충분히 발생되게 하고 제조한 다음,시멘트 75~80중량, 모래 8~10중량, 플라이애쉬 15~17중량및 세멕스판(Cemexpan)1~3중량를 물과 함께 혼합 교반하여 모르타르를 제조한 후에, 혼합모르타르 90~95중량에 대하여 기포가 발생된 상기 기포액 5~15중량를 혼합하여 제조함을 특징으로 하는 기포용 모르타르조성물(공개특허공보공개번호10-2001-0028978호)도 개시된 바 있으며, 또한 온수온돌 바닥구조체의 단열층 재료로 사용되는 콘크리트로서 단열층의 압축 강도를 개선하도록, 온수온돌 바닥구조체의 단열층을 구성하는 경량단열기포콘크리트를 제조함에 있어서, 기포제와 물을 혼합한 회석액을 기포발생장치에 투입하여 기포를 생산하고, 생산된 기포를 시멘트 모르터와 혼합하고, 상기 혼합물을 교반하면서 시멘트 대 ALC Meal의 혼합비율이 1 : 0.1~1의 범위가 되도록 ALC Meal을 혼합하는 것을 특징으로 하는 압축강도가 증가되고 건축수축에 의한 균열현상이 개선된 경량단열기포콘크리트의 제조방법(공개특허공번제10-1999-0011614호).가 개시되고 있으나 여기서는 온수온돌 바닥구조체의 단열층 재료에 있는 것입니다.

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이러한 종전의 공동부 채움재들은 체적의 수축 및 기포의 소멸 등으로 인하여 공동부를 완전히 채울 수 없는 단점이 있다.

본 발명은 시멘트, 고상의 분말분말발포제, 물 및 케익상 석분토와 같은 혼화재료를 혼합 교반한 후, 기포제를 발포기를 이용하여 발포시킨 기포를 혼합 반죽하여 토목/건축물에 타설하므로서, 특히 경제적인 효과가 높고 물리적인 물성도 일반적인 시멘트콘크리트의 물성과 유사하며 종전에 폐기물로 처리되던 케익상석분토의 처리문제도 해결되는 동시에 환경문제 등도 해결되는 케익상석분토를 활용한 팽창형 경량기포콘크리트 채움재를 제공함에 있다.

본 발명을 구현하기 위하여는 케익상석분토(중량비5-40%), 시멘트(중량비35-65%), 물(중량비25-35%), 분말발포제(중량비0~0.1%)를 혼합교반한 후, 기포제(물과 기포제를 중량비30~40:1로 희석)를 발포기를 이용하여 발포시킨 기포(중량비2~10%)를 혼합 반죽하여 물리/화학적 안전성, 하중 및 강도의 우수성으로 시공성도 양호한 케익상 석분토를 활용한 팽창형 경량기포콘크리트 채움재에 특징이 있다. 특히 분말발포제의 첨가량을 조절함으로써 팽창율을 조절할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 다른 목적은 폐기물로 매립처리되던 환경친화적 물질인 케익상 석분토를 활용한 경량기포 콘크리트 성토바닥재로 활용함으로써 종전에 폐기처리비용을 생략하는 경제적인 이익과 재활용산업에 기여함에 그 특징이 있다. 또한, 환경친화적 물질인 케익상석분토수의 방류에 따른 수질오염도 예방하는 환경친화적인 팽창형 경량기포콘크리트 채움재 개발 및 사용에 있다.

본 발명을 실시에 의해 상세히 설명하면 그 특징들이 들어날 것이다.

상기와 같은 본 발명은 선기포 방식과 후기포 방식의 경량기포콘크리트 제조방법을 혼용한 것으로서 산에서 골재 및 석조물을 생산하는 과정에서 발생되어 폐기되던 케익상석분토를 활용하여 여기에다 시멘트, 분말발포제, 물을 혼합교반하여, 여기에 여기에 발포기에 의해서 발포된 기포를 혼합하여 팽창형 경량기포콘크리트 채움재를 조성한 것이다.

이러한, 환경친화적인 본 발명의 케익상석분토를 활용한 팽창형 경량기포콘크리트 채움재의 구체적인 조성비는 다음과 같다.

케익상석분토 ,,,,,,,,,,,,,,,, 5-40%(중량비),

시멘트 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 35-65%(중량비),

물 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 25-35%(중량비),

분말발포제 ,,,,,,,,,,,,,,,,, 0-0.1%(중량비),

희석기포액 ,,,,,,,,,,,,,,,,, 2-10%(중량비),

상기와 같이 선기포 방식과 후기포 방식을 혼용함으로써 기포의 소멸 등으로 인한 체적의 감소를 보상함으로써 완전하게 공동을 충진할 수 있을 뿐만 아니라 환경친화적 물질인 케익상석분토(폐기물)을 활용하여 환경문제에도 대처할 수 있다.

본 발명의 첨가제로서 기포제 및 분말분말발포제를 첨가하고 또한 자연친화형 케익상석분토를 첨가하여 팽창형 경량기포콘크리트를 조성함으로써 유동성이 양호하고, 수축보상, 블리딩 현상의 방지 및 하중부담의 경감 등의 기능 등을 가지게 되는 것으로, 본 발명의 물리적인 특성은 다음의 표와 같다.

(단위:kg/m³)

실시예1

케익상석분토7.77%(중량비).시멘트61.10%(중량비).물31.11%(중량비).분말발포제0.02%(중량비)와 기포발생기에서 발포된 기포를 혼합한 비중 0.92의 경량기포콘크리트의 팽창율 및 28일 재령 압축강도는 각각 4.4%와 58Kgf/㎠이다.

실시예2

케익상석분토21.99%(중량비).시멘트51.00%(중량비).물26.99%(중량비).분말발포제0.02%(중량비)와 기포발생기에서 발포된 기포를 혼합한 1.03의 경량기포콘크리트의 팽창율 및 재령 28일 압축강도는 각각 3.7%와 43Kgf/㎠이다.

실시예3

케익상석분토28.74%(중량비).시멘트43.74%(중량비).물27.49%(중량비)와 기포발생기에서 발포된 기포를 혼합한 비중 0.82의 경량기포콘크리트의 팽창율 및 재령 28일 압축강도는 각각 2.1%와 18Kgf/㎠이다.

실시예4

케익상석분토36.24%(중량비).시멘트36.24%(중량비).물27.49%(중량비)와 기포발생기에서 발포된 기포를 혼합한 비중 0.7의 경량기포콘크리트의 팽창율 및 재령 28일 압축강도는 각각 1.7%와 10Kgf/㎠이다.

이상과 같이 본 발명은 선기포 방식의 기포첨가에 의한 경량화와 분말발포제에 의한 체적의 보상 및 팽창 그리고 석산에서 골재 및 석조물을 생산하는 과정에서 발생되어 폐기처리 되고 있는 케익상석분토를 재활용하여 팽창형 경량기포콘크리트를 생산함으로써, 경량기포콘크리트 제조기술의 향상과 재료비의 절감 및 폐기물의 매립처리로 인한 비용부담을 생략하여 얻어지는 경제적인 이익과 폐기석분의 방류에 의한 하천오염을 방지하여 환경친화에도 유익하며, 또 케익상석분토을 재활용하는 재활용산업에도 기여할 수 있는 유익한 발명이다.

이와 같이 본 발명은 선기포 방식의 경량기포콘크리트 제조방법에 분말발포제의 적용으로 팽창율을 임의로 조절하여 기존 경량기포콘크리트의 기포소멸로 인한 체적감소를 보상함으로써 공동부의 채움을 밀실하게 할 수 있게 되었고 석산에서 석조물/골재들의 생산시에 발생되어 폐기되던 케익상석분토를 활용하여 팽창형 경량기포콘크리트를 제조함으로써, 우수한 품질의 경량기포콘크리트를 제조함과 더불어 토목/건축시공비용을 낮추어 경제성이 높고 케익상석분토를 매립처리하던 경제적인 부담도 해소되고 하천의 오염도 예방되어 친환경적이다.

Claims (3)

1. 케익상석분토(중량비)5-40%와,시멘트(중량비)35-65%,물(중량비)25-35%에 분말발포제(중량부)0~0.05%를 혼합교반하여 혼합물을 조성하고 여기에 희석기포액 2-10%(중량비)를 발포기를 통해서 발포시킨 기포를 혼합구성함을 특징으로 하는 케익상석분토를 활용한 폐공 및 터널/시설물 등의 공동부를 채움하는 팽창형 경량기포콘크리트 채움재 제조방법
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