KR100845248B1

KR100845248B1 - 소일시멘트 공법용 고화재의 제조방법

Info

Publication number: KR100845248B1
Application number: KR20080011564A
Authority: KR
Inventors: 이승헌; 윤종익; 김도균; 유동우
Original assignee: 주식회사 윈플로; 고려시멘트 주식회사; 초석건설산업(주)
Priority date: 2008-02-05
Filing date: 2008-02-05
Publication date: 2008-07-09

Abstract

본 발명은 소일시멘트 공법용 고화재의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 바람직하게는 연약지반을 심층혼합처리공법(Soil Cement공법 : D.C.M공법, J.S.P공법, R.J.P공법)으로 지반개량을 할 때, 예상되는 개량강도를 현재 사용하고 있는 고로슬래그 시멘트에 비하여 약 60 wt% 사용만으로도 동일 강도를 발현시켜 주도록 하기 때문에, 기존의 고로 슬래그 시멘트량을 약 40 wt% 절감시킬 수 있는 고강도 고로슬래그 시멘트계 고화재를 제공하기 위한 것이다.

그 제조방법은 분말도 3000∼4300 cm²/g의 고로슬래그 시멘트 95.0∼99.0 wt%와, 무수석고 0.1∼4.8 wt%와, 생석회 0.1∼4.8 wt%를 배합하여 수평 및 수직의 진동 밀에서 분말도를 4500∼8000 cm²/g으로 분쇄한 분쇄물에 폴리카르본산계 혼화제 0.1∼0.5 wt%를 첨가하여 제조한 것을 특징으로 하는 소일시멘트 공법용 고화재의 제조방법을 제공한다.

심층처리공법, 소일시멘트, 고화재, 고로슬래그 시멘트, 진동밀

Description

소일시멘트 공법용 고화재의 제조방법{Solidificator Manufacturing Method For Construction Soil Cement}

본 발명은 소일시멘트 공법용 고화재의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 바람직하게는 연약지반을 심층혼합처리공법(Soil Cement공법 : D.C.M공법, J.S.P공법, R.J.P공법)으로 지반개량을 할 때, 예상되는 개량강도를 현재 사용하고 있는 고로 슬래그 시멘트에 비하여 약 60 wt% 사용만으로도 동일 강도를 발현시켜 주도록 하기 때문에, 기존의 고로슬래그 시멘트량을 약 40 wt% 절감시킬 수 있는 고강도 고로슬래그 시멘트계 고화재를 제공하기 위한 것이다.

일반적으로 소일시멘트(Soil cement) 공법(DCM공법, JSP공법, RJP공법)이란 지중에 공급한 고화재와 원 지반 흙과의 화학적 반응을 이용하여 연약지반을 개량, 견고한 안정처리지반을 형성하는 공법으로서 각 지역의 항만 구조물의 기초 및 육상의 성토 또는 굴착공사의 안정·침하대책에 활용되어 그 효과를 발휘하고 있다.

소일시멘트 공법의 종류는 안정제의 공급방법과 안정제의 종류에 따라서 각종 공법으로 분류된다. 그 중에서 DCM 공법(Deep Cement Method, 교관관입 고화처리공법)은 연약지반(점성토, 사질토, 유기질토)내에 시멘트와 물을 혼합한 고화재를 저압으로 주입하면서 연약토와 고화재를 특수 교반기의 회전에 의해 교반 혼합하고 시멘트의 경화반응을 이용하여 원지반 내에 고화시켜 원주형 및 직사각형의 말뚝체를 조성하여 차수공, 토류공, 기초공 지반의 안정강화 등을 목적으로 다양하게 적용되는 공법으로 시공심도 2.0~34.0m(ROD 연결시 50m)까지 시공이 가능하며 시공시 소음, 진동 등의 공해가 적고, 주변 지반의 교란이 적은 신뢰성이 높은 공법이다.

DCM공법에 사용되는 시멘트는 특히 연안이나 항만 공사 시에는 고로슬래그 시멘트가 일반적으로 많이 사용된다. 그러나 고로슬래그 시멘트는 개량토와 슬러리로 혼합시 고로슬래그 시멘트 특성상 강도 발현이 낮아, 시공시 배출되는 건설폐기토가 다량으로 발생 되는 경향이 있어 기존의 고로슬래그 시멘트보다 강도가 높아 건설폐기토를 획기적으로 감소시킬 수 있는 고강도 고로슬래그 시멘트 고화재의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 시판의 고로슬래그 시멘트에 무수석고와 생석회를 첨가하여 진동 밀에서 표면활성화(균열 부여 및 표면 결정구조의 파괴)를 주면서 비표면적을 높여 기존의 볼 밀 및 롤러 밀에 의한 분쇄물보다 같은 비 표면적이라도 강도 향상을 증대시키도록 함을 목적으로 한다.

즉, 이러한 분쇄 과정을 거치면 기존의 고로슬래그 시멘트보다 강도가 대폭 향상되어 고화재 사용량을 상당량 감소시킬 수 있는 고강도 고로슬래그 시멘트계 고화재를 제공하고자 함을 목적으로 하고 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해 제시하는 고강도 고로슬래그 시멘트 고화재의 제조방법은 다음과 같은 단계로 이루어졌다.

① 볼 밀이나 롤러 밀로 분쇄된 시판의 분말도 3000∼4300 cm²/g의 고로슬래그 시멘트(고로슬래그 시멘트 30∼70 wt%, 보통 포틀랜드 시멘트 30∼70 wt%)와 반응촉진제(무수석고 0.1∼4.8 wt%와 생석회 0.1∼4.8 wt%)를 수평 및 수직의 진동 밀에 넣는다.

② 표면의 활성화 및 비표면적을 증가시키기 위해 수평 및 수직의 진동밀(1)(2)에서 분말도를 4500∼8000 cm²/g으로 분쇄한다.

③ 수평 및 수직의 진동 밀(1)(2)에서 분쇄한 조합물에 폴리카르본산계(0.1∼0.5 wt%) 혼화제를 첨가하여 유동성 및 침투성을 부여한다.

상기와 같은 본 발명의 고화재는 시판의 고로 슬래그 시멘트와 반응촉진제(무수석고와 생석회)를 혼합하여 수평 및 수직의 진동밀을 이용하여 표면활성화(균열 부여 및 표면 결정구조의 파고) 및 비 표면적을 높여 기존의 고로 슬래그 시멘트보다 배합강도를 1.6배 정도 향상시켜 고화재 사용량을 40 wt% 이상 감소시킬 수 있다.

따라서 고화재의 사용량을 대폭 줄일 수 있어, 심층혼합처리공법에서 배출되는 건설폐기토를 획기적으로 줄일 수 있으므로 공사비의 절감과 환경친화적 공법에 효과가 있다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 고강도 고로슬래그 시멘트계 고화재는 기존의 고로슬래그 시멘트보다 강도 증진을 목적으로 시판의 고로슬래그 시멘트에 무수석고와 생석회를 적정비율로 첨가하여 수평 및 수직의 진동 밀(1)(2)로 분쇄한 조합물이고, 여기에 사용 시에 슬러리의 유동성을 부여하기 위해 폴리카르본산계 유기혼화제가 첨가된다는 특징이 있다.

구체적인 배합비는 표 1과 같다.

표 1 고강도 고로슬래그 시멘트계 고화재 배합비

고로 슬래그 시멘트(wt%)	무수석고 (wt%)	생석회 (wt%)	폴리카르본산계 혼화제(wt%)	비고
95∼99%	0.1∼4.8%	0.1∼4.8%	0.1∼0.5%	진동밀 분쇄후 비표면적 4500∼8000 cm²/g으로 함

상기 본 발명에 의해 제조되는 고강도 고로슬래그 시멘트계 고화재와 기존의 고로슬래그 시멘트에 대한 실내 배합시험에 의한 강도 비교 특성은 다음과 같다.

실내 배합시험을 위해 DCM 시공예정지(항만공사)에서 배합시험용으로 불교란 시료를 채취하였다. 배합시험용으로 채취된 불교란 시료의 특성을 알아보기 위해 물성시험과 일축시험을 실시하였다. 그 결과, 토질은 통일분류법으로 CL로 분류되고 점토의 자연함수비는 48.4 wt%이었다. 점토의 일축압축강도는 0.401-0.529 kg/cm²의 범위이고 변형계수는 7.40∼19.25 kg/cm² 범위로 보통 정도의 굳기를 나타내었다.

목표치로 실내배합강도 30 kg/cm²(물/결합재=0.8, 20℃)를 얻기 위한 실내 배합 사양은 표 2와 같다. 그 결과인 고화재별 일축압축강도를 표 3에 나타냈다.

표 2 실내배합사양

항 목		배합시험 사양
항 목		기존 사양	개발 사양
사용 재료	고화재의 종류	고로슬래그 시멘트	고강도 고로 슬래그 시멘트계 고화재
	배합수의 종류	해수	해수
	첨가제의 종류	무	무수석고 0.1∼4.8 wt% 생석회 0.1∼4.8 wt% 폴리카르본산계 분산제 0.1∼0.5wt%
배 합	물/고화재 %	80	80
배 합	시멘트의 첨가량(㎏/㎥)	250, 270, 300	160, 190, 220
재 령 (일)		7, 28일	7,28일

표 3 기존 고로슬래그 시멘트와 개발한 고화재와의 일축압축강도 비교

종류	고화재	고화재량, (kg/m³)	고화재 혼합율(%)	재령 7일, (kg/cm²)	재령 28일, (kg/cm²)	7일/28일 강도비
-	고로 슬래그 시멘트 (시판 제품)	250	14.3	14.0	19.3	0.72
		270	15.5	15.3	22.7	0.67
		300	17.2	26.9	37.7	0.71
일반형 6000	고강도 고로슬래그 시멘트 (진동밀 분쇄, 비 표면적 6000 cm²/g)	160	8.7	27.1	31.7	0.86
		190	10.4	36.0	38.7	0.93
		220	12.0	36.6	47.0	0.76
초기 강도 촉진형 (석고)	고강도 고로슬래그 시멘트(무수석고 2 wt%) (진동밀 분쇄, 비 표면적 6000 cm²/g)	160	8.7	26.9	36.7	0.73
		190	10.4	33.1	37.2	0.89
		220	12.0	39.5	41.4	0.95
초기 강도 촉진형 (석회)	고강도 고로 슬래그 시멘트 (생석회 3 wt%) (진동밀 분쇄, 비 표면적 6000 cm²/g)	160	8.7	27.3	37.1	0.74
		190	10.4	33.7	45.5	0.74
		220	12.0	37.8	48.0	0.79
고 분산형	고강도 고로 슬래그 시멘트 (폴리카르본 0.25 wt%) (진동밀 분쇄, 비 표면적 6000 cm²/g)	160	8.7	28.5	31.5	0.90
		190	10.4	33.4	46.9	0.71
		220	12.0	39.7	54.7	0.73

시판의 고로슬래그 시멘트의 경우 실내 배합강도 28일, 30 kg/cm²(물/결합재=0.8)을 얻기 위한 고로슬래그 시멘트의 양은 300 kg/m³로 확인되었다. 따라서 경제성 등을 고려하여 배합시험결과로 설계강도에 대응하는 고화재량을 그래프(도 3참조)에서 추정해 보면 약 285 kg/m³으로 표시되며, 현장시험 시공시에는 고화재량을 290 kg/m³을 사용하는 것이 바람직한 것으로 나타났다.

신규 개발한 본 발명의 고강도 슬래그 시멘트계 고화재(일반형 6000)는 재령 7일에서 27.1∼36.6 kg/cm² 범위이고 재령 28일에서는 31.7∼47.0 kg/cm² 범위로 확인되었으며 재령 7일에서 재령 28일 강도의 85%가 발휘되었다. 또한, 초기강도 촉진형(석고) 경우 재령 7일에서 27.3∼37.8 kg/cm² 범위이고 재령 28일에서 37.1∼48.0 kg/cm² 범위로 확인되었으며 재령 7일에서 재령 28일 강도의 75%가 발휘되었고, 고분산형의 경우 재령 7일에서 28.5∼39.8 kg/cm² 범위이고, 재령 28일에서 31.5∼54.7 kg/cm² 범위로 확인되었으며 재령 7일에서 재령 28일 강도의 78%가 발휘되었다.

전술한 배합시험조건을 토대로 재령 7일과 28일에 대해서 일축압축강도를 분석한 결과, 설계강도 30 kg/cm²을 만족하는 고화재량은 그래프(도 3참조)에서 일반형 고화재인 경우 160 kg/m³로 확인되었다. 따라서 경제성 등을 고려하여 배합시험 결과로 설계강도에 대응하는 고화재량을 그래프에서 추정하면 150 kg/m³에 표시되며, 현장시험 시공시에 고화재량은 170 kg/m³이 사용되어 현장설계강도를 평가하는 것이 바람직할 것으로 나타났다.

즉, 28일 실내배합강도 30 kg/cm²을 얻기 위해 고로 슬래그 시멘트는 285 Kg/m³가 필요하나 개발된 일반형 고화재는 150 kg/m³로 약 45 wt% 정도의 고화재 사용량을 감소시킬 수 있어, 심층혼합처리공법 사용 시 건설폐기토를 감소시킬 수 있는 친환경·고강도 고화재이다.

따라서 본 발명의 고강도 고로 슬래그 시멘트계 고화재의 수용성 6가 크로뮴(Cr)의 함량을 일본 시멘트 협회 시험법(CAJS I-51-1981)으로 측정한 결과 일반형 6000의 경우 5.6 mg/kg으로 일본 시멘트의 규제치인 20 mg/kg보다 1/4 수준의 낮은 값을 나타냈다(도 4참조). 또한 배합시험용으로 채취한 점토와의 고화재를 혼합한(시멘트량 220 kg/m³, 물/고화재=0.8) 7일 경화체에 대해 폐기물용출시험법으로 측정한 결과 6가 크로뮴(Cr)이 불검출되었다.

상기와 같은 본 발명의 심층처리공법용 고화재는 소량으로 소요강도 발현 될 뿐 아니라 양생기간 단축으로 공사기간을 단축할 수 있으며 시멘트 계열 공사의 6가 크로뮴 문제를 해결할 친환경적인 공법인 것이다.

도 1은 진동 수평밀을 나타낸 전개도이다.

도 2는 진동 수직밀을 나타낸 전개도이다.

도 3은 시판 고로 슬래그 시멘트 혼합 배합토의 압축강도를 나타낸 그래프이다.

도 4는 고강도 고로 슬래그 시멘트계 고화재(일반형 6000) 혼합 배합토의 압축강도를 나타낸 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명

1. 진동 수평밀 2. 진동 수직밀

Claims

분말도 3000-4300 cm²/g의 고로슬래그 시멘트 95.0∼99.0 wt%와, 무수석고 0.1∼4.8 wt%와, 생석회 0.1∼4.8 wt%를 배합하여 수평 및 수직의 진동밀에서 분말도를 4500∼8000 cm²/g으로 분쇄한 분쇄물에 폴리카르본산계 혼화제 0.1∼0.5 wt%를 첨가하여 제조한 것을 특징으로 하는 소일시멘트 공법용 고화재의 제조방법.
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