KR100869467B1 - 지반 개량재용 조성물, 그것을 사용한 주입재 및 그 사용방법 - Google Patents

지반 개량재용 조성물, 그것을 사용한 주입재 및 그 사용방법 Download PDF

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Abstract

지반 개량 공사나 지수 공사 등에 있어서 광범위하게 이용 가능한 지반 개량재로서, 침투성이나 내구성이 우수한 지반 개량재용 조성물, 및 그 지반 개량재용 조성물을 사용한, 지반에 대한 높은 침투성을 갖는 주입재를 제공한다.
고로 퓸을 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 지반 개량재용 조성물이고, 바람직하게는, 실리카 퓸, 또한, 시멘트 혹은 수산화칼슘을 함유하고, 더욱 바람직하게는, 시멘트, 및 알칼리 증점형 폴리머 에멀션을 함유하여 이루어지는 지반 개량재용 조성물에 있다. 게다가, 그 지반 개량재용 조성물을 함유하는 주입재, 및 그 지반 개량재용 조성물의 사용 방법에 있다.

Description

지반 개량재용 조성물, 그것을 사용한 주입재 및 그 사용 방법{COMPOSITION FOR GROUND-IMPROVING MATERIAL, GROUTING MATERIAL COMPRISING THE SAME, AND METHOD OF USING THE SAME}
본 발명은, 고로(高爐) 퓸의 유효 이용 방법 그리고 토목·건축업계에서의 지반 개량 공사나 지수 공사 등에서 널리 사용되는 지반 개량재용 조성물, 그들의 조제 방법, 및 그들을 사용하여 이루어지는 주입재에 관한 것이다.
최근, 환경 문제가 크게 클로즈업되고, 특히, 산업 부산물의 유효 이용에 대하여, 여러가지 시도가 이루어지고 있다. 그 중에서, 고로 수쇄 슬러그, 플라이애시, 또는 실리카 퓸 등은, 이미 많은 유효 이용 방법이 확립되어 있고, 예를 들어, 포틀랜드 시멘트에 다량으로 혼합되어 사용되고, JIS 에도 제정되어 있다.
그러나, 아직도 유효 이용법이 확립되어 있지 않은 산업 부산물도 많이 보여, 그 이용 방법을 확립하는 것이 순환형 사회의 구축을 향하여 강하게 요구되고 있다.
그 하나로서, 고로 퓸을 들 수 있다.
고로 퓸은, 철강의 제조 과정에서 발생되는 부산물로서, 선철을 얻을 때에 고로로부터 발생되는 퓸을 집진한 더스트이다. 고로 퓸의 유효 이용법으로는, 지금까지, 유리 섬유 보강 시멘트 복합체에 사용하는 혼화재로서 제안되고 있다 (특허문헌 1, 특허문헌 2 참조). 그러나, 고로 퓸의 성분 중에는 알칼리 금속이 함유되어 있어, 현상태에서는 알칼리 골재 반응의 우려 때문에 콘크리트로의 사용은 어렵고, 그 이용 방법의 확립이 요망되었다.
한편, 지반 개량재는, 지반 개량 공사나 지수 공사 등에 널리 사용되고 있다.
지반 개량 공사란, 연약 지반을 비롯하여, 댐이나 발전소 등의 대형 특수 구조물의 기초 지반 보강의 커튼 그라우트나, 터널, 석유나 LPG 비축 기지 등의 지중 구조물 시공시의 약액 주입에 의한 지반 개량 공사이다. 지수 공사란, 지하 수위보다 낮은 장소, 해저하, 및 대수 지반에서의 지하 구조물의 굴삭 공사시에 발생되는 용수를 주입재를 주입함으로써 막거나, 지반의 수밀성을 높이기 위하여 지반 개량재를 주입하는 공사이다. 또한, 이들 외에도, 배수성이 나쁜 지반이나 액상화 지반 등에서의 일반 주택이나 맨션의 지반 개량이나 상하수도 등의 인프라 정비에서의 지반의 붕괴 방지 공사 등이 있다.
지반 개량재는, 이들 공사에 널리 사용되고 있는 것으로, 지반을 고결시키거나, 압밀 탈수함으로써 지반의 강화 등을 도모하는 목적으로 사용하는 재료를 말한다.
다음으로, 상기의 지반 개량재 그리고 그것을 사용한 공사에 대하여, 구체예를 들어 설명한다.
예를 들어, 터널의 복공에 있어서, 시공시나 시공 후에, 복공 콘크리트 배면 에 공동이 발생되는 경우가 있다. 이 공동을 그대로 방치하면, 공동부로의 지산의 붕괴에 수반하여, 지표면이 침하된다. 지산의 붕괴가 심한 경우에는, 복공 콘크리트의 변형이나 파괴, 특히, 터널의 붕괴가 발생되거나, 공동으로의 지하수의 유입에 의한 복공 콘크리트의 열화, 및 그에 수반한 열화 콘크리트 편의 주행 차선으로의 낙하나, 크랙부로부터의 누수로 인해 동계에 주행 차선이 동결되는 등의 문제가 있었다.
또한, 최근, 시공 건수가 증가되고 있는 터널 보수 공사 중에, 복공 콘크리트 배면의 공동에 주입재를 충전하여, 터널의 안정화를 도모하는 백필링 주입 공법이 있다. 여기서 사용되는 주입재를 백필링재라 하고, 종래, 시멘트-벤토나이트가 일반적으로 사용되어 왔다. 그러나, 유동성이 너무 커서, 백필링재가 먼 곳까지 불필요하게 벗어나 흐르거나, 용수가 있으면 백필링재가 유출되거나, 희석되어 물성이 저하되는 등의 문제가 있었다.
그래서, 시멘트와 벤토나이트의 주재에, 고흡수성 수지를 첨가하여, 그 점도를 크게 하는 방법이나, 수 유리를 첨가하여 경화 촉진시키는 방법이 제안되었다 (특허문헌 3, 특허문헌 4 참조).
그러나, 어느 방법도 점도가 상승하기까지 시간을 필요로 하는데다, 고흡수성 수지를 첨가하는 방법은 고흡수성 수지 자체가 고가이다. 또한, 처음부터 주입재에 투입하여 혼련하면, 주재의 점도가 높아지기 때문에, 압송 거리를 짧게 하지 않을 수 없어, 주입 개소가 한정된다는 문제가 있었다.
한편, 수 유리를 첨가하는 방법은, 수 유리의 pH 가 13 이상으로 강알칼리이 기 때문에, 작업이 상당히 제한되고, 경화체로부터의 용출수가 환경에 부하를 주고, 및 경화체의 장기 강도가 저하되는 등의 문제가 있었다.
또한, 최근에는 백필링재가 갖는 문제를 해결하는 방법으로서, 시멘트-벤토나이트나 시멘트-석탄회 (플라이애시) 의 주재에, 가소화재로서 폴리머를 첨가함으로써 순간적으로 가소화하여, 수중 불분리성이나 안전성을 개선한 것이 제안되고 있다 (특허문헌 3, 특허문헌 5, 및 특허문헌 6 참조).
한편, 지반의 보강이나 지수 효과를 얻기 위하여, 시멘트를 사용한 주입재가 사용되고 있다 (특허문헌 7 참조). 그러나, 지질이, 세사, 실트, 또는 점토의 경우에는 지반에 대한 침투성이 작고, 주입이 곤란해지는 등의 문제가 있었다.
특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 2002-47037호
특허문헌 2 : 일본 공개특허공보 2004-67477호
특허문헌 3 : 일본 공개특허공보 평10-237446호
특허문헌 4 : 일본 공개특허공보 평11-61123호
특허문헌 5 : 일본 공개특허공보 평10-238289호
특허문헌 6 : 일본 공개특허공보 2000-280231호
특허문헌 7 : 일본 공개특허공보 2004-149685호
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
본 발명은, 지반 개량 공사나 지수 공사 등에 있어서 광범위하게 이용할 수 있는 지반 개량재로서, 특히 유효 이용법을 알아내지 못한 고로 퓸을 사용하고, (1) 침투성이나 내구성이 우수한 지반 개량재용 조성물, (2) 벤토나이트나 고흡수성 수지를 사용한 주입재보다 장거리 압송성이 우수하고, 또한, 가소화재 첨가 후에는 신속하게 증점되어, 예를 들어, 백필링재 등의 공극 충전재가 먼 곳까지 불필요하게 벗어나 흐르거나, 용수가 있어도 공극 충전재가 유출되거나, 희석되어 물성이 저하되지 않고, 게다가, 수 유리와 같이 용출수가 강알칼리로 되지 않는 지반 개량재용 조성물, 및 (3) 그들의 지반 개량재용 조성물을 사용하여 이루어지고, 지반에 대한 높은 침투성을 갖는 주입재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명자는, 예의 연구를 거듭한 결과, 고로 퓸을 함유하여 이루어지는 신규 지반 개량재용 조성물이 상기 과제를 양호하게 달성할 수 있다는 것을 알아내고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 또한, 본 명세서에서의 「부」 나 「％」 는, 특별히 규정하지 않는 한 질량 기준으로 나타낸다.
즉, 본 발명은 하기를 요지로 하는 것이다.
(1) 고로 퓸을 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 지반 개량재용 조성물.
(2) 추가로, 실리카 퓸을 함유하여 이루어지는 상기 (1) 에 기재된 지반 개량재용 조성물.
(3) 최대 입경 40㎛ 의, 시멘트 혹은 수산화칼슘을 함유하여 이루어지는 상기 (1) 또는 (2) 에 기재된 지반 개량재용 조성물.
(4) 시멘트, 및 알칼리 증점형 폴리머 에멀션을 함유하여 이루어지는 상기 (1) 에 기재된 지반 개량재용 조성물.
(5) 고로 퓸이, 시멘트 100부에 대하여, 30∼500부인 상기 (4) 에 기재된 지반 개량재용 조성물.
(6) 알칼리 증점형 폴리머 에멀션이, 불포화 카르복실산류와 에틸렌성 불포화 화합물의 공중합에 의하여 얻어지는 폴리머 에멀션인 상기 (4) 또는 (5) 에 기재된 지반 개량재용 조성물.
(7) 추가로, 경화 촉진제를 함유하여 이루어지는 상기 (1)∼(6) 중 어느 1 항에 기재된 지반 개량재용 조성물.
(8) 경화 촉진제가, 알루민산염 및/또는 황산염을 함유하는 상기 (1)∼(7) 중 어느 1 항에 기재된 지반 개량재용 조성물.
(9) 고로 퓸이, 최대 입경 30㎛ 를 갖는 상기 (1)∼(8) 중 어느 1 항에 기재된 지반 개량재용 조성물.
(10) 고로 퓸이, SiO2 20∼30％, Al2O3 10∼15％, 및 CaO 15∼25％ 를 갖는 상기 (1)∼(9) 중 어느 1 항에 기재된 지반 개량재용 조성물.
(11) 상기 (1)∼(10) 중 어느 1 항에 기재된 지반 개량재용 조성물로 이루어지는 주입재.
(12) 알루민산칼슘 또는 알루미노규산칼슘, 석고, 및 알칼리 자극재를 함유하여 이루어지는 상기 (11) 에 기재된 주입재.
(13) 고로 퓸 100부에 대하여, 알루민산칼슘 또는 알루미노규산칼슘 1∼15부, 석고 1∼50부, 및 알칼리 자극재 1∼50부를 함유하여 이루어지는 상기 (11) 또는 (12) 에 기재된 주입재.
(14) 최대 입자경이 20㎛ 이하인 상기 (11)∼(13) 중 어느 1 항에 기재된 주입재.
(15) 시멘트, 고로 퓸, 및 물을 함유하여 이루어지는 A 액, 그리고 알칼리 증점형 폴리머 에멀션과 물을 함유하여 이루어지는 B 액을, 각각 미리 조제하고, 사용 직전에 A 액과 B 액을 혼합하는, 상기 (4)∼(10) 중 어느 1 항에 기재된 지반 개량재용 조성물의 사용 방법.
(16) 시멘트, 고로 퓸, 및 물을 함유하여 이루어지는 A 액, 그리고 경화 촉진제와 알칼리 증점형 폴리머 에멀션과 물을 함유하여 이루어지는 B 액을, 각각 미리 조제하고, 사용 직전에 A 액과 B 액을 혼합하는, 상기 (4)∼(10) 중 어느 1 항에 기재된 지반 개량재용 조성물의 사용 방법.
(17) 시멘트, 고로 퓸, 및 물을 함유하여 이루어지는 A 액, 경화 촉진제와 물을 함유하여 이루어지는 B 액, 그리고 알칼리 증점형 폴리머 에멀션과 물을 함유하여 이루어지는 C 액을, 각각 미리 조제하고, 사용 직전에 A 액, B 액 및 C 액을 혼합하는, 상기 (4)∼(10) 중 어느 1 항에 기재된 지반 개량재용 조성물의 사용 방법.
발명의 효과
본 발명에 의한, 고로 퓸을 함유하는 지반 개량재용 조성물 및 그것을 사용한 주입재는, 침투성이나 내구성이 우수하기 때문에, 지반 개량 공사나 지수 공사 등, 광범위하게 이용할 수 있고, 또한, 급격한 점도 상승을 나타내고, 강도 발현성이 우수하며, 수중 불분리성을 갖고, pH 값이 수 유리를 사용한 경우에 비해 낮다는 특성을 갖기 때문에, 지산의 공동이나 공극 부분의 백필링재, 실드 세그먼트의 충전재, 또한, 이중관 단상 또는 복상의 주입 공법에서의 순결성(瞬結性) 주입재가 된다.
또한, 본 발명에 의한, 지반 개량재용 조성물 및 그것을 사용한 주입재는, 이중관 더블 패커 공법에서의 시일재나 1차 주입재 등, 시멘트 밀크, 시멘트 모르타르, 또는 콘크리트의 점도를 급격하게 상승시킬 필요가 있는 용도에 유효하다. 게다가 또한, 지반에 대한 침투성이 우수하고, 주입성이 높으며, 강도 발현성이 우수하다는 등의 효과를 나타내기 때문에, 종래 적용이 곤란했던 지질의 지반에 대한 주입이 가능해진다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명에서 사용하는 고로 퓸이란, 철강업계에서 발생되는 부산물로서, 선철를 얻을 때에 고로로부터 발생되는 퓸을 집진한 더스트이다. 본 발명에서는, 고로 퓸은, 성분으로서, SiO2 가 20∼30％, Al2O3 가 10∼15％, 및 CaO 가 15∼25％ 를 갖는 것이 바람직하다. 그 외의 성분으로는, Fe2O3 가 1∼5％, MgO 가 3∼9％, Na2O 가 0.5∼2％, K2O 가 5∼12％, SO3 가 5∼12％, S 는 0.5％ 이하, 및 MnO 가 0.1∼0.5％ 를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 고로 퓸은, 최대 입경은 30㎛, 평균 입경은 3∼5㎛ 인 것이 바람직하다. 또한, 고로 퓸의 분말도는, 브레인 비 표면적치 (이하, 브레인치라고 한다) 가 15,00O∼25,0O0㎠/g 범위에 있는 것이 바람직하다. 고로 퓸은, 그대로 사용해도 되고, 추가로 분쇄나 분급을 실시해, 미분말화하여 사용해도 된다.
본 발명에서 사용하는 시멘트는 특별히 한정되지 않지만, 바람직한 구체예로는, 예를 들어, 보통, 조강, 초조강, 저열, 및 중용열 등의 각종 포틀랜드 시멘트, 이들 포틀랜드 시멘트에, 고로 슬러그, 플라이애시, 또는 실리카를 혼합한 각종 혼합 시멘트, 또한, 석회석 분말이나 고로 서냉 슬러그 미분말을 혼합한 필러 시멘트, 폐기물 이용형 시멘트, 이른바, 에코 시멘트 등을 들 수 있다. 이들 중 1종 또는 2종 이상을 병용할 수 있다. 또한, 본 발명에서 말하는 시멘트 콘크리트란, 시멘트 밀크, 모르타르, 또는 콘크리트를 총칭하는 것이다.
본 발명의 지반 개량재용 조성물에서는, 고로 퓸 이외의 성분으로서, 지반에 대한 침투성을 향상시킨다는 면에서, 실리카 퓸을 함유하는 것이 바람직하다. 그 중에서도, 산성 실리카 퓸의 사용이 바람직하다. 또한, 산성 실리카 퓸과 통상적인 실리카 퓸을 함유하는 것도 바람직하다.
여기서, 산성 실리카 퓸이란, 실리카 퓸 1g 을 순수 100cc 에 넣어 교반하였을 때의 상청액의 pH 가 5 이하의 산성을 나타내는 것이다.
실리카 퓸의 분말도는 특별히 한정되지 않지만, 통상적으로, BET 비표면적으로 2∼20만㎡/g 정도가 바람직하다.
또한, 본 발명의 지반 개량재용 조성물은, 고로 퓸 이외의 성분으로서, 내구성을 더욱 높이기 위하여 시멘트 또는 산화칼슘의 미분말을 병용하는 것이 바람직하다. 내구성은, 지반 개량재에 의하여 개량된 경화체로부터 스며 나오는 물, 이른바 "이액수" 를 확인함으로써 평가할 수 있다.
본 발명의 상기 지반 개량재용 조성물은, 종래부터 광범위하게 사용되고 있는 수 유리계 지반 개량재나 고로 슬러그 미분말을 주체로 하는 지반 개량재와 비교하여, 이 이액수의 발생이 적고, 내구성이 우수하다는 특징이 있다.
상기의 시멘트 또는 수산화칼슘 (이하, 시멘트류라고 한다) 은, 최대 입경이 40㎛ 이고, 40㎛ 를 초과하는 입자를 실질적으로 함유하지 않는 시멘트류가 바람직하다. 구체적으로는, 40㎛ 를 초과하는 입자의 함유율이 1％ 이하인 시멘트류이고, 최대 입경은 30㎛ 인 것이 보다 바람직하다. 또한, 평균 입경은 10㎛ 이하가 바람직하고, 5㎛ 이하가 보다 바람직하다. 시멘트류의 최대 입경이 40㎛ 를 초과하면 침투성이 나빠지는 경우가 있다. 또한, 본 발명에서 평균 입경이란, 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치에 의하여 측정된 것이다.
상기의 수산화칼슘은, 특별히 한정되지 않지만, 생석회를 수화시켜서 얻을 수 있고, 시판되는 것을 이용할 수 있다.
게다가, 이들 시멘트류는, 분쇄 조작에 의하여 미분말화해도 되고, 미분말부분을 분급 조작에 의하여 얻을 수도 있다.
본 발명의 상기 지반 개량재용 조성물에서의 각 재료의 배합 비율은 특별히 한정되지 않지만, 고로 퓸과 실리카 퓸의 합계 100부 중, 실리카 퓸은 10∼90부가 바람직하고, 20∼80부가 보다 바람직하다. 실리카 퓸이 10부 미만에서는 침투성의 향상 효과를 충분히 기대할 수 없는 경우가 있고, 반대로, 실리카 퓸이 90부를 초과하면 강도 발현성이 충분하지 않게 되거나, 이액수가 현재화되는 경향이 있다.
또한, 고로 퓸과 시멘트류의 합계 100부 중, 시멘트류는 1∼50부가 바람직하고, 3∼30부가 보다 바람직하다. 시멘트류의 배합 비율이, 1부 미만에서는 초기의 강도 발현성을 양호하게 하는 효과를 기대할 수 없는 경우가 있고, 50부를 초과하면 침투성이 나빠지는 경향이 있다.
본 발명의 상기 지반 개량재용 조성물을 사용하는 경우, 사용하는 물은, 지반 개량재용 조성물 100부에 대하여, 50∼500부가 바람직하고, 100∼300부가 보다 바람직하다. 50부 미만에서는 침투성이 충분하지 않은 경우가 있고, 500부를 초과하면 내구성의 확보가 곤란해지는 경우가 있다.
또한, 본 발명의 지반 개량재용 조성물이, 고로 퓸, 시멘트 및 알칼리 증점형 폴리머 에멀션을 함유하여 이루어지는 경우, 사용하는 고로 퓸의 사용량은, 고로 퓸의 품질에 따라 변하기 때문에 일의적으로 규정할 수는 없지만, 일반적으로는, 시멘트 100부에 대하여, 30∼500부가 바람직하고, 50∼300부가 보다 바람직하다. 30부 미만에서는 점도가 상승되지 않는 경우나, 유동성이 커지거나, 수중 불분리성이 작아지는 경우가 있고, 500부를 초과하면 점성이 너무 높아져, 지반 개량재용 조성물의 혼련이 곤란해지는 경우가 있다.
상기 본 발명의 지반 개량재용 조성물에서 사용하는 알칼리 증점형 폴리머 에멀션 (이하, 본 에멀션이라고 한다) 은, 알칼리에 의하여 증점되는 폴리머 에멀션을 말한다.
본 에멀션으로는, 예를 들어, 불포화 카르복실산류, 에틸렌성 불포화 화합물, 불포화 카르복실산류와 에틸렌성 불포화 화합물의 공중합물 등, 여러 가지를 들 수 있다. 보다 우수한 효과를 나타낸다는 면에서, 불포화 카르복실산류와 에틸렌성 불포화 화합물의 공중합에 의하여 얻어지는 폴리머 에멀션이 바람직하다.
불포화 카르복실산류와 에틸렌성 불포화 화합물의 중합 방법으로는, 유화 중합, 현탁 중합, 용액 중합, 또는 괴상 중합 등의 방법에 의하여, 공중합하는 방법 등을 들 수 있다.
상기 불포화 카르복실산류로는, 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 말레산, 푸말산, 시트라콘산, 아코니트산, 크로톤산 등의 불포화 카르복실산 ; 무수 말레산이나 무수 시트라콘산 등의 불포화 카르복실산 무수물 ; 이타콘산모노메틸, 이타콘산모노부틸, 및 말레산모노에틸 등의 불포화 카르복실산에스테르를 들 수 있다. 이 중에서, 보다 증점성이 우수하다는 면에서 불포화 카르복실산이 바람직하고, 아크릴산 및/또는 메타크릴산이 보다 바람직하다.
상기 에틸렌성 불포화 화합물로는 특별히 한정되지 않지만, 보다 증점성이 우수하다는 면에서 아크릴산에스테르 모노머 및/또는 메타크릴산에스테르 모노머가 바람직하다. 아크릴산에스테르로는, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 헥실아크릴레이트, 시클로헥실아크릴레이트, 옥틸아크릴레이트, 히드록시에틸아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 글리시딜아크릴레이트 등을 들 수 있다. 메타크릴산에스테르로는, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 부틸메타크릴레이트, 히드록시에틸메타크릴레이트, 글리시딜메타크릴레이트 등을 들 수 있다.
본 에멀션의 불포화 카르복실산류와 에틸렌성 불포화 화합물의 공중합 비는, 보다 증점성이 우수하다는 면에서, 불포화 카르복실산류 : 에틸렌성 불포화 화합물＝20:1∼1:20 이 바람직하고, 5:1∼1:5 가 보다 바람직하다. 이 범위 외에서는 양호한 알칼리 증점성이 얻어지지 않는 경우가 있다.
본 에멀션의 사용량은, 시멘트 100부에 대하여, 고형분 환산으로 0.1∼2부가 바람직하고, 0.2∼1부가 보다 바람직하다. 0.1부 미만에서는 증점 효과가 적어지고, 유동성이 커지며, 수중 불분리성이 작아지는 경우가 있고, 2부를 초과하면 초기 강도 발현성이 작아지는 경우가 있다.
본 발명의 지반 개량재용 조성물은, 또한 경화 촉진제를 사용할 수 있다. 지반 개량재용 조성물의 경화가 느리면, 재료 분리의 일종인 블리딩 (출액) 이 일어나고, 경화 후에 공극이 생성되어 구조적인 결함이 된다.
본 발명에서 사용하는 경화 촉진제는, 지반 개량재용 조성물의 경화를 촉진하여 블리딩을 저감시키고, 공극의 생성을 억제시킴과 함께, 강도 발현성에 기여한다.
경화 촉진제로는, 황산리튬, 황산나트륨, 황산칼륨, 황산마그네슘, 황산칼슘, 황산알루미늄, 칼륨명반, 황산철 등의 황산염 ; 탄산리튬, 탄산나트륨, 탄산칼륨 등의 탄산염 ; 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 수산화칼륨, 수산화칼슘 등의 수산화물 ; 염화칼슘, 염화마그네슘, 염화철 등의 염화물 ; 알루민산리튬, 알루민산나트륨, 알루민산칼륨, 알루민산칼슘 등의 알루민산염 ; 규산리튬, 규산나트륨, 규산칼륨 등의 규산염 ; 디에탄올아민이나 트리에탄올아민 등의 아민류 ; 포름산칼슘이나 아세트산칼슘 등의 유기산의 칼슘염 ; 실리카졸이나 알루미나졸 등의 콜로이드 등을 들 수 있다. 이들의 1종 또는 2종 이상을 병용하는 것도 가능하다. 이들 중에서는, 경화 촉진과 강도 발현성이 우수하다는 면에서, 알루민산염 및/또는 황산염이 바람직하고, 알루민산염과 황산염을 병용한 것이 보다 바람직하다.
알루민산염 중에서는, 경화 촉진과 강도 발현성 면에서 알루민산칼슘 (이하, CA 라고도 한다) 이 바람직하다. CA 는, CaO 와 Al2O3 를 주성분으로 하는 화합물을 총칭하는 것으로, 예를 들어, 칼시아를 함유하는 원료와, 알루미나를 함유하는 원료 등을 혼합하여, 킬른에서의 소성이나 전기로에서의 용융 등의 열처리를 하여 얻어지는, CaO 와 Al2O3 를 주성분으로 하는 화합물을 총칭하는 것이다. 구체예로는, CaO·2Al2O3, CaO·Al2O3, 12CaO·7Al2O3, 11CaO·7Al2O3·CaF2, 3CaO·Al2O3, 및 3CaO·3Al2O3·CaSO4 등으로 표시되는 결정성 알루민산칼슘류나, CaO 와 Al2O3 를 주성분으로 하는 비정질 화합물을 들 수 있다. 이 중에서는, 강도 발현성 면에서 비정질의 12CaO·7Al2O3 조성의 것이 보다 바람직하다.
알루민산칼슘의 분말도는, 브레인치로 3,000㎠/g 이상이 바람직하고, 5,000㎠/g 이상이 보다 바람직하다. 3,000㎠/g 미만에서는 초기 강도 발현성이 작은 경우가 있다.
황산염 중에서는, 경화 촉진과 강도 발현성 면에서 황산칼슘 및/또는 황산알루미늄이 바람직하다. 황산칼슘으로는, 무수 석고, 반수 석고, 또는 이수 석고 등을 들 수 있다. 이 중에서는, 경화 촉진과 강도 발현성 면에서, 무수 석고가 바람직하다.
황산염의 분말도는, 브레인 비표면적으로 3,000㎠/g 이상이 바람직하고, 5,000㎠/g 이상이 보다 바람직하다. 3,000㎠/g 미만에서는 강도 발현성이 작은 경우가 있다.
경화 촉진제로서, 알루민산염과 황산염을 병용한 경우, 황산염의 사용량은, 알루민산염 100부에 대하여, 20∼500부가 바람직하고, 50∼150부가 보다 바람직하다. 20부 미만에서는 초기 강도 발현성이 작아지는 경우가 있고, 500부를 초과하면 유동성이 커지고, 수중 불분리성이 작아지며, 장기 강도 발현성이 작아지는 경우가 있다.
경화 촉진제의 사용량은 그 종류에 따라 상이하기 때문에 일의적으로 규정할 수는 없지만, 일반적으로는, 시멘트 100부에 대하여, 1∼30부가 바람직하고, 2∼20부가 보다 바람직하다. 1부 미만에서는 유동성이 커지고, 수중 불분리성이 작아지며, 강도 발현성이 작아지는 경우가 있고, 30부를 초과하면 점도가 높아지고, 압송 거리가 짧아지는 경우가 있다.
본 발명의 시멘트를 함유하여 이루어지는 지반 개량재용 조성물에, 모래나 자갈 등의 골재, 감수제, 및 방동제 등을 병용하는 것도 가능하다.
본 발명에서 시멘트와 혼합하는 물의 양은 특별히 한정되지 않지만, 시멘트 100부에 대하여, 100∼300부가 바람직하고, 150∼200부가 보다 바람직하다. 100부 미만에서는 시멘트를 함유하여 이루어지는 지반 개량재용 조성물의 혼련이 곤란해지는 경우가 있고, 300부를 초과하면 유동성이 커지고, 수중 불분리성이 작아지는 경우가 있다.
본 발명의 지반 개량재용 조성물이, 고로 퓸, 시멘트, 및 본 에멀션을 함유하여 이루어지는 경우, 그 사용 방법은 특별히 한정되지 않지만, 고로 퓸, 시멘트, 및 물을 혼합하여 이루어지는 A 액과, 본 에멀션과 물을 함유하여 이루어지는 B 액을, 사용 직전에 혼합하는 사용 방법이, 점도를 급격하게 상승시킬 수 있기 때문에 바람직한 방법이다. 또한, 본 에멀션을 미리 물과 혼합하여 용액 또는 현탁액으로 하는 것은, 혼합성이 양호해지고, 증점성의 면에서 바람직하다.
본 에멀션은, 물과 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 그 경우의 물의 사용량은 특별히 한정되지 않지만, 본 에멀션 고형분의 5∼20배의 물에서 희석시키는 것이 바람직하고, 경화 촉진제를 사용하는 경우에는, 1∼3배로 희석하는 것이 바람직하다. 물의 양이 이보다 적으면 점성이 높아져 혼합성이 나빠지는 경우가 있고, 물의 양이 많아지면, 그 희석수의 희석 효과가 많아져, 수중 불분리성이 나빠지는 경우가 있다.
나머지 물은, 시멘트와 고로 퓸에 혼합하고, 시멘트-고로 퓸 액의 A 액과, 본 에멀션의 B 액을 각각 압송하고, 노즐 선단에서 합류 혼합하면서 사용하는 것도 가능하다. 특히, 시멘트-고로 퓸 액의 A 액, 본 에멀션과 물을 혼합하여 2배 양으로 한 본 에멀션 액의 B 액을 각각 압송하고, 노즐 선단에서 합류 혼합하면서 사용하는 것이 보다 바람직하다.
상기 합류 혼합의 방법으로는, Y 자관 등의 혼합관을 사용하는 방법, 이중관을 사용하는 방법, 및 본 에멀션 액의 B 액을 샤워상으로 시멘트-고로 퓸 액의 A 액에 합류 혼합시키기 위하여 인렛 피스를 사용하는 방법 등을 들 수 있다.
또한, 보다 균일하게 혼합하기 위하여, 합류 혼합 후의 관 중에 스파이럴상의 믹서를 세트하고, 추가로 혼합하는 방법도 들 수 있다.
본 발명의 지반 개량재용 조성물이, 고로 퓸, 시멘트, 본 에멀션, 및 경화 촉진제를 함유하여 이루어지는 경우, 그 사용 방법은, 상기와 마찬가지로 특별히 한정되지 않지만, 고로 퓸, 시멘트, 및 물을 혼합하여 이루어지는 A 액과, 경화 촉진제와 물을 함유하여 이루어지는 액 (이하, 경화 촉진제 액이라 한다) 과, 본 에멀션과 물을 함유하여 이루어지는 액 (이하, 본 에멀션 액이라 한다) 을 혼합하여 이루어지는 B 액을, 사용 직전에 혼합함으로써, 혹은, 고로 퓸, 시멘트, 및 물을 혼합하여 이루어지는 A 액과, 경화 촉진제 액으로 이루어지는 B 액과, 본 에멀션 액으로 이루어지는 C 액을, 사용 직전에 혼합하는 방법이, 점도를 급격하게 상승시킬 수 있기 때문에 바람직한 방법이다.
본 에멀션과 경화 촉진제를 미리 물과 혼합하여 용액 또는 현탁액으로 하는 것은, 혼합성이 양호해져, 증점성의 면에서 바람직하다. 그 경우의 물의 사용량은 특별히 한정되지 않지만, 본 에멀션의 경우에는, 본 에멀션 고형분의 5∼20배의 물에서 희석시키는 것이 바람직하고, 경화 촉진제의 경우에는, 그 1∼3배의 물에서 희석시키는 것이 바람직하다. 물의 양이 이보다 적게 되면, 점도가 높아져 혼합성이 작아지는 경우가 있고, 물의 양이 많게 되면, 유동성이 커져 수중 불분리성이 작아지는 경우가 있다.
본 발명에 있어서, 고로 퓸, 시멘트, 및 물을 혼합하여 이루어지는 A 액과, 경화 촉진제 액과 본 에멀션 액을 혼합하여 이루어지는 B 액을 각각 압송하고, 노즐 선단에서 합류 혼합시켜 사용하는 것도 가능하다. 특히, 고로 퓸, 시멘트, 및 물을 혼합하여 이루어지는 A 액, 경화 촉진제 액으로 이루어지는 B 액, 및 본 에멀션 액으로 이루어지는 C 액의 3 종류의 액을 각각 압송하고, 노즐 선단에서 합류 혼합시켜 사용하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 경화 촉진제는, 물과 혼합하고 나서 1 시간 이내에 경화하는 경우가 있기 때문에, 지연제를 병용하는 것이 바람직하다. 지연제로는, 시트르산, 타르타르산, 글루콘산, 및 말산 등의 옥시카르복실산 또는 그들의 나트륨염이나 칼륨염, 붕산, 트리폴리인산염, 그리고, 피로인산염 등을 들 수 있고, 이들의 1종 또는 2종 이상을 병용하는 것이 가능하다. 이들 중에서는 지연 효과가 크다는 면에서, 옥시카르복실산 및/또는 옥시카르복실산염이 바람직하고, 시트르산 및/또는 시트르산나트륨이 보다 바람직하다.
지연제의 사용량은, 시멘트 100부에 대하여, 0.01∼10부가 바람직하고, 0.05∼5부가 보다 바람직하다. 0.01부 미만에서는 지연 효과가 작은 경우가 있고, 10부를 초과하면 강도 발현성이 작아지는 경우가 있다.
상기 합류 혼합의 방법으로는, Y 자관 등의 혼합관을 사용하는 방법, 삼중관을 사용하는 방법, 및 인렛 피스를 사용하여, 경화 촉진제 액의 B 액과 본 에멀션 액의 C 액을, 각각 샤워상으로, 시멘트, 고로 퓸 및 물을 혼합하여 이루어지는 A 액에 합류 혼합시키는 방법 등을 들 수 있다.
또한, 보다 균일하게 혼합하기 위하여, 합류 혼합 후의 관 중에 스파이럴상의 믹서를 세트하여, 추가로 혼합하는 방법도 들 수 있다.
본 발명의 지반 개량재용 조성물을 사용하여 이루어지는 주입재에 사용하는 고로 퓸은, 철강의 제조 과정에 있어서, 선철을 얻을 때에 고로로부터 발생되는 퓸을 집진한 더스트를, 그대로 사용하는 것도 가능하고, 추가로, 분쇄나 분급을 실시해, 미분말화하여 사용하는 것도 가능하다. 본 발명에서는 지반에 대한 높은 침투성이 얻어지도록, 최대 입자 직경이 20㎛ 이하가 되도록 분급하여 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 고로 퓸, 알루민산칼슘 또는 알루미노규산칼슘, 석고, 및 알칼리 자극재를 함유하는 지반 개량재용 조성물을 사용하여 이루어지는 주입재에 있어서, 사용하는 알루미노규산칼슘 (이하, CAS 라고 한다) 은, CaO, Al2O3, 및 SiO2 를 함유하는 것이고, 석고와의 병용에 의하여, 주로 단기 강도의 발현에 기여하는 것이다.
CAS 의 조성은, CaO 함유율이 20∼60％, Al2O3 함유율이 20∼70％, 및 SiO2
함유율이 5∼30％ 가 바람직하고, CaO 함유율 30∼55％, Al2O3 함유율 30∼60％, 및
SiO2 함유율 10∼20％ 가 보다 바람직하다. 이 범위 외에서는 단기 강도가 작아지는 경우가 있다.
CAS 는, 석회석 등의 칼시아 원료, 알루미나, 보크사이트, 장석, 및 점토 등의 알루미나 원료, 그리고, 규석, 규사, 석영, 및 규조토 등의 실리카 원료 등을 소정의 비율로 배합한 후, 로터리 킬른 등에서 소성, 또는 전기로나 고주파로 등에서 용융함으로써 제조된다.
CAS 로는, 2CaO·Al2O3·SiO2 나 CaO·Al2O3·2SiO2 등의 결정성 화합물을 사용하는 것도 가능하지만, 단기 강도가 크다는 면에서, 용융물을 급냉시켜 얻어지는 유리질의 것이 바람직하다.
CAS 의 유리화율은, CAS 를 1,000℃ 에서 2시간 가열 후, 5℃/분 의 냉각 속도로 서냉시키고, 분말 X 선 회절법에 의하여 결정 광물의 메인 피크의 면적 (S0) 을 구하고, CAS 결정의 메인 피크 (S) 로부터, X(％)＝100×(1－S/S0) 로서 구해진다. 단기 강도 면에서 50％ 이상이 바람직하고, 80％ 이상이 보다 바람직하고, 90％ 이상이 더욱 바람직하다. 50％ 미만에서는 단기 강도가 작은 경우가 있다.
CAS 의 사용량은, 고로 퓸 100부에 대하여, 1∼50부가 바람직하고, 5∼30부가 보다 바람직하다. 1부 미만에서는 단기 강도가 작고, 50부를 초과하면 주입재를 현탁액으로 하였을 때의 점도가 커지고, 지반에 대한 침투성이 저하되는 경우가 있다.
또한, 본 발명의 상기 주입재에 있어서 사용하는 알루민산칼슘은, 석고와의 병용에 의하여 주로 강도 발현에 기여하는 것이다. 구체예로는, 지반 개량재용 조성물에 함유되는 CA 로서, 앞서 예시한 것이 모두 사용 가능하다. 이 중에서, 주입재의 경화 시간이나 강도 발현성 면에서, CaO/Al2O3 몰 비가 1∼2 에 있는 비정질의 것을 선정하는 것이 바람직하다.
CA 의 유리화율은, 상기한 CAS 의 경우와 완전히 동일하게, X(％)＝100×(1－S/S0) 로서 구해진다. 단, S, S0 는, CAS 의 경우와 동일하게 구해진다. 단기 강도 면에서 50％ 이상이 바람직하고, 80％ 이상이 보다 바람직하고, 90％ 이상이 더욱 바람직하다. 50％ 미만에서는 단기 강도가 작은 경우가 있다.
CA 는, CaO 원료와 Al2O3 원료 등을 로터리 킬른이나 전기로에 의하여 열처리하는 등의 방법으로 얻어진다. CA 를 제조할 때의 원료는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, CaO 원료로는, 석회석이나 패각 등의 탄산칼슘, 소석회, 및 생석회 등을 들 수 있고, Al2O3 원료로는, 예를 들어, 보크사이트나 알루미잔회라고 불리는 산업 부산물 외에, 알루미분 등을 들 수 있다.
CA 의 사용량은, 고로 퓸 100부에 대하여, 1∼50부가 바람직하고, 5∼30부가 보다 바람직하다. 1부 미만에서는 단기 강도가 작고, 50부를 초과하면 주입재를 현탁액으로 하였을 때의 점도가 커지고, 지반에 대한 침투성이 저하되는 경우가 있다.
또한, 본 발명의 상기 주입재에 있어서 사용하는 석고는, 무수 석고, 반수 석고, 이수 석고를 들 수 있다. 게다가 천연 석고나, 인산 부생 석고, 배탈(排脫) 석고, 불산 부생 석고 등의 화학 석고, 또는 이들을 열처리하여 얻어지는 석고 등을 사용할 수 있다. 이 중에서 강도 발현성이 크다는 면에서 무수 석고가 바람직하다.
석고의 사용량은, 고로 퓸 100부에 대하여, 1∼50부가 바람직하고, 5∼30부가 보다 바람직하다. 1부 미만에서는 단기 강도가 작고, 50부를 초과하면 지반에 대한 침투성이 저하되는 경우가 있다.
또한 추가로, 본 발명의 상기 주입재에 있어서 사용하는 알칼리 자극재는, 고로 퓸과의 병용에 의하여, 경화, 장기 강도의 증대에 기여한다.
알칼리 자극재로는, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬 등의 알칼리금속 수산화물, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산리튬 등의 알칼리금속 탄산염, 그리고, 소석회 등을 들 수 있다. 특별히 한정되지 않지만, 그 중에서도 고로 퓸과의 병용에 의한 경화, 장기 강도의 증대 면에서 소석회가 바람직하다. 알칼리 자극재의 사용량은, 고로 퓸 100부에 대하여, 1∼50부가 바람직하고, 3∼20부가 보다 바람직하다. 1부 미만에서는 장기 강도가 작고, 50부를 초과하면 지반에 대한 침투성이 저하되는 경우가 있다.
본 발명에서의 주입재의 최대 입경은 20㎛ 가 바람직하고, 15㎛ 가 보다 바람직하고, 10㎛ 이하가 가장 바람직하다. 20㎛ 를 초과하면, 지반의 지질에 따라서는 미세한 간극으로의 주입이 곤란해지는 경우가 있다.
주입재 입도의 조제 방법은 특별히 제한되지 않지만, 각 재료를 각각 볼 밀 등의 분쇄기로 분쇄하고, 분급에 의하여 20㎛ 이하의 것을 모으고, 그 후 혼합하거나, 또는 각 재료를 혼합한 후에 분쇄하고, 분급에 의하여 20㎛ 이하의 것을 모으는 방법이 모두 사용 가능하다. 그러나, 각 재료를 혼합한 후에 분쇄하고, 분급하면, 각 재료의 밀도차에 의하여 혼합 비가 바뀔 우려가 있기 때문에, 각 재료를 각각 분쇄하고, 분급하여 그 후 혼합하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서는, 필요한 경화 시간을 얻을 수 있도록 조정하기 위하여, 응결 조정제를 병용하는 것은 바람직하다.
응결 조정제로는, 알루민산나트륨이나 알루민산칼륨 등의 알루민산염, 탄산나트륨이나 탄산칼륨 등의 탄산염, 수산화나트륨이나 수산화칼륨 등의 수산화물, 황산알루미늄, 황산철(Ⅲ), 및 명반 등의 황산염, 규산나트륨이나 규산칼륨 등의 규산염, 인산나트륨, 인산칼슘, 및 인산마그네슘 등의 인산염, 그리고, 붕산리튬이나 붕산나트륨 등의 붕산염 등의 무기염류, 시트르산, 글루콘산, 타르타르산, 및 말산 또는 이들의 나트륨염, 칼륨염, 및 칼슘염 등의 유기산 또는 그 금속염류, 그리고, 당류 등을 들 수 있다. 이들 중 1종 또는 2종 이상을 병용하는 것이 가능하다. 이 중에서는 필요한 경화 시간을 확보기 위하여, 탄산염과 유기산류를 병용하는 것이 바람직하다.
응결 조정제의 사용량은, 경화 시간에 따라 조정하기 위하여 특별히 한정되지 않지만, CAS, 또는 CA 와 석고의 합계 100부에 대하여, 0.1∼10부가 바람직하고, 0.5∼5부가 보다 바람직하다. 0.1부 미만에서는 경화 시간을 확보하기 어려운 경우가 있고, 10부를 초과하면 경화 시간이 길어지고, 강도가 작아지는 경우가 있다.
지반 중에 대한 침투성을 향상시키기 위하여, 본 발명에서는, 추가로 분산제를 사용하는 것이 바람직하다.
분산제로는, 나프탈렌술폰산포르말린축합물염계, 리그닌술폰산계, 멜라민술폰산포르말린축합물염계, 폴리카르복실산염계, 및 폴리에테르계 분산제를 들 수 있다.
분산제의 사용량은, 고로 퓸 100부에 대하여, 0.1∼10부가 바람직하고, 0.5∼3부가 보다 바람직하다. 0.1부 미만에서는 침투성이 작은 경우가 있고, 10부를 초과하면 강도가 작아지는 경우가 있다.
주입재를 현탁액으로 하는 경우의 물 양은, 펌프로 현탁액을 압송할 수 있으면 특별히 한정되지 않지만, 고로 퓸, CAS 또는 CA, 석고, 및 알칼리 자극재의 합계 100부에 대하여, 100∼1,000부가 바람직하고, 200∼500부가 보다 바람직하다. 100부 미만에서는 현탁액의 점도가 높아져서 침투성이 작은 경우가 있고, 1,000부를 초과하면 강도가 작아지는 경우가 있다.
주입재의 혼련 방법이나 주입 방법은 특별히 한정되지 않고, 단관 로드 공법, 단관 스트레이너 공법, 이중관 단상 공법, 이중관 복상 공법, 및 이중관 더블 패커 공법 등 , 현재 사용되고 있는 공법에 적용 가능하다.
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 상세하게 설명하지만, 본 발명은 그들에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
실시예 1-1
표 1-1 에 나타내는 고로 퓸과 실리카 퓸을 배합하여 지반 개량재용 조성물을 조제하고, 조제한 지반 개량재용 조성물 100부에 대하여, 물 150부를 첨가하여 교반하고, 지반 개량재를 조제하고, 그 지반 개량재의 침투성과, 경화 후의 개량체의 내구성에 대하여 확인하였다.
또한, 비교를 위하여, 본 발명의 지반 개량재용 조성물 대신에, 고로 슬러그 미분말이나 수 유리계 지반 개량재를 사용한 경우에 대해서도 동일한 실험을 실시하였다. 결과를 표 1-1 에 병기한다.
<사용 재료>
고로 퓸 : 중국산, 시판품, SiO2 25％, Fe2O3 3％, Al2O3 13％, CaO 19％, MgO 6％, Na2O 1.3％, K2O 9％, SO3 10％, S 0.3％, 및 MnO 0.2％, 브레인치 21,000㎠/g, 최대 입경은 30㎛, 평균 입경은 4㎛
실리카 퓸 : 시판품, 산성 실리카 퓸, 평균 입경 0.1㎛, 브레인치 15만㎠/g
고로 슬러그 미분말 : 시판되는 고로 수쇄 슬러그의 미분말, 최대 입경 5㎛, 평균 입경 5㎛
수 유리계 지반 개량재 : 시판품, 주성분은 수 유리, 부성분은 탄산나트륨
물 : 수도물
<측정 방법>
침투성 : 직경 5㎝×높이 30㎝ 의 비닐 튜브에, 8 호 규사를 높이 20㎝ 까지 충전하고, 비닐 튜브의 저면에 0.5㎜ 정도의 구멍을 뚫은 후, 지반 개량재 250cc 를 상면으로부터 투입하고, 1일 후에 침투 깊이를 측정
내구성 : 침투성 시험에서 얻어진 경화체를 재령 91일까지 관찰하고, 이액수를 측정하여 평가하였다. 이액수는, 비닐 튜브의 저면에 뚫은 구멍으로부터 흘러 떨어진 물의 무게를 측정하고, 지반 개량재 250cc 에 대한 체적％ 로 나타내었다.
(표 1-1)
Figure 112007032448574-pct00001
실시예 1-2
표 1-2 에 나타내는 고로 퓸, 실리카 퓸, 및 시멘트류를 사용한 것 이외에는 실험예 1-1 과 동일하게 실시하였다. 결과를 표 1-2 에 병기한다.
<사용 재료>
시멘트류 A : 시판품의 미분 시멘트, 최대 입경 40㎛, 평균 입경 5㎛
시멘트류 B : 시판되는 수산화칼슘, 최대 입경 40㎛, 평균 입경 5㎛
(표 1-2)
Figure 112007032448574-pct00002
실험예 2-1
시멘트 100부에 대하여, 표 2-1 에 나타내는 양의 고로 퓸과 물을 믹서로 혼련하여 A 액을 조제하였다. 다음으로, 시멘트 100부에 대하여, 고형분 환산으 로 0.5부의 에멀션 α 와 물 5부를 혼합하여 B 액을 조제하였다.
A 액에 B 액을 투입하고, 5 초간 혼련하고, 혼련물을 조제하고, 그 플로우, 수중 불분리성, 및 압축 강도를 측정하였다.
또한, 비교를 위하여, 고로 퓸 대신에 벤토나이트를 사용하여 동일한 실험을 실시하였다. 결과를 표 2-1 에 병기한다.
<사용 재료>
시멘트 : 보통 포틀랜드 시멘트, 시판품
에멀션 α : 본 에멀션, 고형분 농도 30％, 에틸아크릴레이트:메타크릴산＝45:55 의 에틸아크릴레이트/메타크릴산 공중합 폴리머 에멀션
고로 퓸 : 중국산, 시판품. SiO2 25％, Fe2O3 3％, Al2O3 13％, CaO 19％, MgO 6％, Na2O 1.3％, K2O 9％, SO3 10％, S 0.3％, 및 MnO 0.2％, 브레인치 21,000㎠/g, 최대 입경은 30㎛, 평균 입경은 4㎛
벤토나이트 : 시판품
<측정 방법>
플로우 : 내경 80㎜×높이 80㎜ 의 실린더에 혼련물을 넣고, 실린더를 인발한 후의 확산을 2 분 후에 측정
수중 불분리성 : 토목 학회의 수중 불분리 콘크리트 설계 시공 지침 부속서의 수중 분리도 시험에 준하여 실시, 물의 탁함이 전혀 없는 경우를 우, 물의 탁함이 조금 있는 경우를 양, 물의 탁함은 있지만 실용 가능한 경우를 가, 및 재료가 분리되고, 물의 탁함이 큰 경우를 불가로 하였다.
압축 강도 : JIS R 5201 에 준하여 측정
(표 2-1)
Figure 112007032448574-pct00003
시멘트 100부, 고로 퓸 200부, 및 물 180부를 믹서로 혼련하여 A 액을 조제하고, 시멘트 100부에 대하여, 표 2-2 에 나타내는 에멀션과, 에멀션의 10배 양의 물을 혼합하여 B 액을 조제한 것 이외에는 실험예 2-1 과 동일하게 실시하였다.
또한, 비교를 위하여, 본 에멀션 대신에 알칼리 증점성을 갖지 않는 비 본 에멀션을 사용하여 동일한 실험을 실시하였다. 결과를 표 2-2 에 병기한다.
<사용 재료>
에멀션 β : 본 에멀션, 고형분 농도 30％, 에틸아크릴레이트:메타크릴산＝45:55 의 에틸렌/아세트산비닐 공중합 폴리머 에멀션 70부와, 에틸렌:아세트산비닐＝18:82 의 에틸아크릴레이트/아크릴산 공중합 폴리머 에멀션 30부의 혼합물
에멀션 γ : 본 에멀션, 고형분 농도 30％, 스티렌:2-에틸헥실아크릴레이트＝45:55 의 스티렌/2-에틸헥실아크릴레이트 공중합 폴리머 에멀션
(표 2-2)
Figure 112007032448574-pct00004
실험예 3-1
시멘트 100부에 대하여, 표 3-1 에 나타내는 양의 고로 퓸과 물을 믹서로 혼련하여 A 액을 조제하였다. 다음으로, 시멘트 100부에 대하여, 경화 촉진제 a 5부와 물 10부를 혼합하여 B 액을 조제하고, 고형분 환산으로 0.5부의 본 에멀션 α 와 물 5부를 혼합하여 C 액을 조제하였다.
A 액, B 액, 및 C 액을 믹서에 계속 투입하여 5 초간 혼련하여 주입재를 조제한 후, 플로우, 수중 불분리성, 및 압축 강도를 측정하였다. 또한, 비교를 위하여, 고로 퓸 대신에 벤토나이트를 사용하여 동일하게 실시하였다. 결과를 표 3-1 에 병기한다.
<사용 재료>
시멘트 : 보통 포틀랜드 시멘트, 시판품
고로 퓸 : 중국산, 시판품, SiO2 25％, Fe2O3 3％, Al2O3 13％, CaO 19％, MgO 6％, Na2O 1.3％, K2O 9％, SO3 10％, S 0.3％, 및 MnO 0.2％, 브레인치 21,000㎠/g, 최대 입경은 30㎛, 평균 입경은 4㎛
에멀션 α : 본 에멀션, 고형분 농도 30％, 에틸아크릴레이트:메타크릴산＝45:55 의 에틸아크릴레이트/메타크릴산 공중합 폴리머 에멀션
경화 촉진제 a : 12CaO·7Al2O3 조성의 알루민산칼슘, 유리화율 95％, 브레인치 6,000㎠/g 의 알루민산염과, 무수 석고, 브레인치 5,400㎠/g 의 황산염의 등량 혼합물
벤토나이트 : 시판품
<측정 방법>
플로우 : 내경 80㎜×높이 80㎜ 의 실린더에 혼련 후의 주입재를 넣고, 실린더를 인발한 후의 확산을 2분 후에 측정
수중 불분리성 : 토목 학회의 수중 불분리 콘크리트 설계 시공 지침 부속서의 수중 분리도 시험에 준하여 실시, 물의 탁함이 전혀 없는 경우를 우, 물의 탁함이 조금 있는 경우를 양, 물의 탁함은 있지만, 실용 가능한 경우를 가, 재료가 분 리되고, 물의 탁함이 큰 경우를 불가로 하였다.
압축 강도 : JIS R 5201 에 준하여 측정
(표 3-1)
Figure 112007032448574-pct00005
실시예 3-2
시멘트 100부, 고로 퓸 200부, 및 물 180부를 믹서로 혼련하여 A 액을 조제하고, 시멘트 100부에 대하여, 경화 촉진제 a 5부와 물 10부를 혼합하여 B 액을 조제하고, 표 3-2 에 나타내는 에멀션과, 에멀션의 10배 양의 물을 혼합하여 C 액을 조제한 것 이외에는 실험예 3-1 과 동일하게 실시하였다.
또한, 비교를 위하여, 본 에멀션 대신에 알칼리 증점성을 갖지 않는 비 본 에멀션을 사용하여 동일하게 실시하였다. 결과를 표 3-2 에 병기한다.
<사용 재료>
에멀션 β : 본 에멀션, 고형분 농도 30％, 에틸아크릴레이트:메타크릴산＝ 45:55 의 에틸아크릴레이트/메타크릴산 공중합 폴리머 에멀션 70부와, 에틸렌:아세트산비닐＝18:82 의 에틸렌/아세트산비닐 공중합 폴리머 에멀션 30부의 혼합물
에멀션 γ : 본 에멀션, 고형분 농도 30％, 스티렌:2-에틸헥실아크릴레이트＝45:55 의 스티렌/2-에틸헥실아크릴레이트 공중합 폴리머 에멀션
(표 3-2)
Figure 112007032448574-pct00006
실시예 3-3
시멘트 100부, 고로 퓸 200부, 및 물 180부를 믹서로 혼련하여 A 액을 조제하고, 시멘트 100부에 대하여, 고형분 환산으로 0.5부의 본 에멀션 α 와 물 5부를 혼합하여 C 액을 조제하였다. 시멘트 100부에 대하여 표 3-3 에 나타내는 경화 촉진제와, 그 2배 양의 물, 및 지연제 0.1부를 혼합하여 B 액을 조제한 것 이외에 는 실험예 3-1 과 동일하게 실시하였다. 결과를 표 3-3 에 병기한다.
<사용 재료>
경화 촉진제 b : 황산염, 황산알루미늄, 시판품
경화 촉진제 c : 탄산염, 탄산나트륨, 시판품
경화 촉진제 d : 수산화물, 수산화칼슘, 시판품
경화 촉진제 e : 알루민산염, 알루민산나트륨, 시판품
경화 촉진제 f : 콜로이드, 실리카졸, 시판품
지연제 : 시트르산, 시판품
(표 3-3)
Figure 112007032448574-pct00007
실시예 4-1
고로 퓸 100부에 대하여, 표 4-1 에 나타내는 CAS, 석고, 및 알칼리 자극재를 혼합하고, 최대 입경 30㎛ 의 주입재를 조제하였다. 조제한 주입재 100부와 물 300부를 혼합하여 현탁액을 제작하였다. 이 때, 고로 퓸 100부에 대하여, 분산제 1부를 혼합하고, CAS 와 석고의 합계 100부에 대하여, 응결 조정제를 1부 혼합하고, 주입재의 경화 시간, 침투 길이, 및 압축 강도를 측정하였다. 결과를 표 4-1 에 병기한다.
<사용 재료>
고로 퓸 : 중국산, 시판품. SiO2 25％, Fe2O3 3％, Al2O3 13％, CaO 19％, MgO 6％, Na2O 1.3％, K2O 9％, SO3 10％, S 0.3％, 및 MnO 0.2％, 브레인치 21,000㎠/g, 최대 입경은 30㎛, 평균 입경은 4㎛
CAS 가 : CaO 45％, Al2O3 40％, 및 SiO2 15％ 조성의 유리, 유리화율 95％
CAS 나 : CaO 45％, Al2O3 28％, 및 SiO2 27％ 조성의 유리, 유리화율 95％
석고 : 천연 무수 석고
알칼리 자극재 : 소석회, 시판품
분산제 : 나프탈렌술폰산포르말린축합물염계
응결 조정제 : 시트르산과 탄산칼륨의 중량 비 1:3 의 혼합품
<시험 방법>
침투 길이 : 직경 5㎝×길이 30㎝ 의 비닐 튜브에 8 호 규사를 길이 20㎝ 가 되도록 충전하고, 주입재를 200㎖ 투입하여 1일 후, 모래로의 침투 길이를 측정
경화 시간 : 현탁액을 넣은 컵을 기울여도 현탁액이 흐르지 않게 될 때까지의 시간
압축 강도 : JIS R 5201 에 준하여 측정, 측정재령 1일과 28일
(표 4-1)
Figure 112007032448574-pct00008
실시예 4-2
고로 퓸 100부에 대하여, CAS 가를 10부, 석고 10부, 및 알칼리 자극재 5부를 혼합하고, 표 4-2 에 나타내는 최대 입경의 주입재를 조제하고, 실험예 4-1 과 동일하게 하여 경화 시간, 침투 길이, 및 압축 강도를 측정하였다. 결과를 표 4-2 에 병기한다.
(표 4-2)
Figure 112007032448574-pct00009
실시예 5-1
고로 퓸 100부에 대하여, 표 5-1 에 나타내는 CA, 석고, 및 알칼리 자극재를 혼합하고, 최대 입경 30㎛ 의 주입재를 조제하였다. 조제한 주입재 100부와 물 300부를 혼합하여 현탁액을 제작하였다. 이 때, 고로 퓸 100부에 대하여, 분산제 1부를 혼합하고, CA 와 석고의 합계 100부에 대하여, 응결 조정제를 1부 혼합하고, 주입재의 경화 시간, 침투 길이, 및 압축 강도를 측정하였다. 결과를 표 5-1 에 병기한다.
<사용 재료>
고로 퓸 : 중국산, 시판품, SiO2 25％, Fe2O3 3％, Al2O3 13％, CaO 19％, MgO 6％, Na2O 1.3％, K2O 9％, SO3 10％, S 0.3％, 및 MnO 0.2％, 브레인치 21,000㎠/g, 최대 입경은 30㎛, 평균 입경은 4㎛
CA 가 : 비정질 12CaO·7Al2O3, 유리화율 95％
CA 나 : 결정질 CaO·Al2O3, 유리화율 20％
석고 : 천연 무수 석고
알칼리 자극재 : 소석회, 시판품
분산제 : 나프탈렌술폰산포르말린축합물염계
응결 조정제 : 시트르산과 탄산칼륨의 중량 비 1:3 의 혼합품
<시험 방법>
침투 길이 : 직경 5㎝×길이 30㎝ 의 비닐 튜브에 8 호 규사를 길이 20㎝ 가 되도록 충전하고, 주입재를 200㎖ 투입하여 1일 후, 모래로의 침투 길이를 측정
경화 시간 : 현탁액을 넣은 컵을 기울여도 현탁액이 흐르지 않게 될 때까지의 시간
압축 강도 : JIS R 5201 에 준하여 측정, 측정재령 1일과 28일
(표 5-1)
Figure 112007032448574-pct00010
실시예 5-2
고로 퓸 100부에 대하여, CA 를 10부, 석고 10부, 및 알칼리 자극재 5부를 혼합하고, 표 5-2 에 나타내는 최대 입경의 주입재를 조제하고, 실험예 5-1 과 동일하게 하여 경화 시간, 침투 길이, 및 압축 강도를 측정하였다. 결과를 표 5-2 에 병기한다.
(표 5-2)
Figure 112007032448574-pct00011
본 발명의 지반 개량재용 조성물은, 침투성이 양호하고, 내구성도 우수하기 때문에, 지반 개량 공사나 지수 공사에서의, 백필링재 등의 공극 충전재 등, 광범위하게 이용할 수 있고, 또한, 본 발명의, 지반 개량재용 조성물을 사용하여 이루어지는 주입재는, 지반에 대한 침투성이 우수하고, 주입성이 높으며, 강도 발현성이 우수하기 때문에, 종래 적용이 곤란하였던 지질의 지반으로의 주입이 가능하고, 산업 부산물인 고로 퓸의 유효 이용을 도모할 수 있다.
또한, 2004년 11월 11일에 출원된 일본 특허 출원 2004-327140호, 2004년 12월 21일에 출원된 일본 특허 출원 2004-369240호, 2005년 1월 31일에 출원된 일본 특허 출원 2005-022895호, 2005년 1월 31일에 출원된 일본 특허 출원 2005-022896호 및 2005년 2월 9일에 출원된 일본 특허 출원 2005-032719호의 명세서, 특허 청구의 범위, 도면 및 요약서의 전체 내용을 여기에 인용하고, 본 발명 명세서의 개시로서 도입한다.

Claims (17)

  1. 고로 퓸을 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 지반 개량재용 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    추가로, 실리카 퓸을 함유하는 지반 개량재용 조성물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    최대 입경 40㎛ 의, 시멘트 혹은 수산화칼슘을 함유하는 지반 개량재용 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    시멘트, 및 알칼리 증점형 폴리머 에멀션을 함유하여 이루어지는 지반 개량재용 조성물.
  5. 제 4 항에 있어서,
    고로 퓸이, 시멘트 100질량부에 대하여, 30∼500질량부인 지반 개량재용 조성물.
  6. 제 4 항에 있어서,
    알칼리 증점형 폴리머 에멀션이, 불포화 카르복실산류와 에틸렌성 불포화 화합물의 공중합에 의하여 얻어지는 폴리머 에멀션인 지반 개량재용 조성물.
  7. 제 4 항에 있어서,
    추가로, 경화 촉진제를 함유하여 이루어지는 지반 개량재용 조성물.
  8. 제 7 항에 있어서,
    경화 촉진제가, 알루민산염 및/또는 황산염을 함유하는 지반 개량재용 조성물.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    고로 퓸이, 최대 입경 30㎛ 를 갖는 지반 개량재용 조성물.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    고로 퓸이, SiO2 20∼30％, Al2O3 10∼15％, 및 CaO 15∼25％ 를 갖는 지반 개량재용 조성물.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 지반 개량재용 조성물을 사용하여 이루어지는 주입재.
  12. 제 11 항에 있어서,
    알루민산칼슘 또는 알루미노규산칼슘, 석고, 및 알칼리 자극재를 함유하여 이루어지는 주입재.
  13. 제 11 항에 있어서,
    고로 퓸 100질량부에 대하여, 알루민산칼슘 또는 알루미노규산칼슘 1∼15질량부, 석고 1∼50질량부, 및 알칼리 자극재 1∼50질량부를 함유하여 이루어지는 주입재.
  14. 제 11 항에 있어서,
    최대 입자경이 20㎛ 이하인 주입재.
  15. 시멘트, 고로 퓸 및 물을 함유하여 이루어지는 A 액과, 알칼리 증점형 폴리머 에멀션과 물을 함유하여 이루어지는 B 액을, 각각, 미리 조제하고, 사용 직전에 A 액과 B 액을 혼합하는, 제 4 항에 기재된 지반 개량재용 조성물의 사용 방법.
  16. 시멘트, 고로 퓸 및 물을 함유하여 이루어지는 A 액과, 경화 촉진제와 알칼리 증점형 폴리머 에멀션과 물을 함유하여 이루어지는 B 액을, 각각, 미리 조제하고, 사용 직전에 A 액과 B 액을 혼합하는, 제 4 항에 기재된 지반 개량재용 조성물의 사용 방법.
  17. 시멘트, 고로 퓸, 및 물을 함유하여 이루어지는 A 액과, 경화 촉진제와 물을 함유하여 이루어지는 B 액과, 알칼리 증점형 폴리머 에멀션과 물을 함유하여 이루어지는 C 액을, 각각, 미리 조제하고, 사용 직전에 A 액, B 액 및 C 액을 혼합하는, 제 4 항에 기재된 지반 개량재용 조성물의 사용 방법.
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