KR100906234B1 - 충전용 가소성 그라우트 조성물 - Google Patents

충전용 가소성 그라우트 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 물과 분체를 포함하고, 물분체비(Water/Powder Ratio)는 50-300중량%인 시멘트 밀크; 액상형 가소제 1-5중량%;를 포함하는 충전용 가소성 그라우트 조성물을 제시함으로써, 지하 지반 및 구조물의 각종 공극과 공동구를 충전함에 있어서, 주입과 충전을 위한 유동성을 충분히 확보하면서도, 충전 후 재료의 유실을 방지하여 정량 한정주입이 가능하고, 지반 및 콘크리트의 균열로 인한 충전재의 유실이 발생하지 않으며, 수중불분리성이 우수하여 용수에 의한 재료의 희석과 유출, 분리를 방지할 수 있어 친환경적이며, 비중이 적고 부피가 커서 적은 량으로 큰 체적의 충전이 가능하고, 경화 후에는 수축이 없어 주입후 충전재의 체적 변화가 발생하지 않아 완전한 충전이 가능하도록 한다.
그라우트, 충전, 유동성, 조강

Description

충전용 가소성 그라우트 조성물{PLASTIC GROUT COMPOSITE FOR FILLING}
본 발명은 토목 재료 분야에 관한 것으로서, 상세하게는 지반의 공극, 공동구 등을 충전하기 위한 그라우트 조성물에 관한 것이다.
지반의 그라우팅 재료로 사용되는 그라우트 조성물은, 원활한 주입 작업을 위해 어느 정도의 유동성이 확보될 수 있어야 한다는 점, 주입 완료 후에는 충전된 그라우트의 유실을 막기 위해 신속한 응결 및 강도 발현이 이루어져야 한다는 점 등의 물성이 요구된다.
종래의 그라우트 조성물 중 전자의 요건을 충족하는 것은 후자 측면에 결함이 있어 충전된 그라우트가 유실된다는 문제가 있었고, 반대로 후자의 요건을 충족하는 것은 전자 측면인 유동성이 부족하여 충전이 제대로 이루어지지 않는다는 문제가 있었다.
따라서 이들 요건을 모두 충족하는 몰탈 조성물의 개발이 시급한 실정이었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 지하 지반 및 구조물의 각종 공극과 공동구를 충전함에 있어서, 주입과 충전을 위한 유동성을 충분히 확보하면서도, 충전 후 재료의 유실을 방지하여 정량 한정주입이 가능하고, 지반 및 콘크리트의 균열로 인한 충전재의 유실이 발생하지 않으며, 수중불분리성이 우수하여 용수에 의한 재료의 희석과 유출, 분리를 방지할 수 있어 친환경적이며, 비중이 적고 부피가 커서 적은 량으로 큰 체적의 충전이 가능하고, 경화 후에는 수축이 없어 주입후 충전재의 체적 변화가 발생하지 않아 완전한 충전이 가능하도록 충전용 그라우트 조성물을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 물과 분체를 포함하고, 물분체비(Water/Powder Ratio)는 50-300중량%인 시멘트 밀크; 액상형 가소제 1-5중량%;를 포함하는 충전용 가소성 그라우트 조성물을 제시한다.
상기 액상형 가소제는 소수계-개질 알카리 용해성 아크릴계 수분산 중합체(Hydrophobically-modified Alkali Soluble Acrylic Copolymer Emulsion)를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 분체는 시멘트와, 충전용 혼화재 또는 조강성 혼화재가 단독 혹은 함께 혼합된 것이 바람직하다.
상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트, 슬래그 시멘트, 포졸란 시멘트 또는 이들 시멘트를 미분쇄한 초미립자 시멘트 중 하나 또는 2 이상의 혼합물에 의해 구성된 것이 바람직하다.
상기 충전용 혼화재는 유연탄 플라이애쉬 분말, 무연탄 플라이애쉬 분말, 슬래그 미분말, 천연 포졸란 분말, 석회석 미분말, 실리카질 광물 미분말 중 하나 또는 2 이상의 혼합물에 의해 구성된 것이 바람직하다.
상기 조강성 혼화재는 칼슘염 분말 또는 황산염 분말을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 시멘트 밀크는 기포제 (상기 분체 대비)0.1-3.0중량%를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 기포제는 음이온계 계면활성제 분말 혼화제를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 시멘트 밀크는 분산제 (상기 분체 대비)0.1-3.0중량%를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 분산제는 설폰산염계 분말 혼화제를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 지하 지반 및 구조물의 각종 공극과 공동구를 충전함에 있어서, 주입과 충전을 위한 유동성을 충분히 확보하면서도, 충전 후 재료의 유실을 방지하여 정량 한정주입이 가능하고, 지반 및 콘크리트의 균열로 인한 충전재의 유실이 발생하지 않으며, 수중불분리성이 우수하여 용수에 의한 재료의 희석과 유출, 분리를 방지할 수 있어 친환경적이며, 비중이 적고 부피가 커서 적은 량으로 큰 체적의 충전이 가능하고, 경화 후에는 수축이 없어 주입후 충전재의 체적 변화가 발생하지 않아 완전한 충전이 가능하도록 충전용 그라우트 조성물을 제시한다.
이하, 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 충전용 가소성 그라우트 조성물은 기본적으로, 물과 분체(시멘트 및 혼화재)를 포함하고, 물분체비(Water/Powder Ratio)는 50-300중량%인 시멘트 밀크; 액상형 가소제 1-5중량%;를 포함하여 구성된다.
여기서, 분체란 충전용 주재료로서, 시멘트 또는 시멘트와 혼화재(충전용 혼화재 또는 조강성 혼화재)가 단독 혹은 함께 혼합된 것을 의미한다.
본 발명에 의한 그라우트 조성물은 위와 같은 분체에 액상형 가소제를 첨가하여 가소성을 부여함으로써, 충전작업 중에는 유동성을 확보하도록 하고, 충전 후에는 순간적으로 그라우트의 유동성이 사라지게 한다.
따라서, 지반의 공동구 등에 대한 완전한 충전과 충전 후 재료의 유실을 막아 신뢰성 있는 시공을 가능하게 하고, 그라우트의 유출에 의한 토양 및 지하수, 하천의 오염을 방지한다는 효과가 있다.
위 액상형 가소제는 소수계-개질 알카리 용해성 아크릴계 수분산 중합체(Hydrophobically-modified Alkali Soluble Acrylic Copolymer Emulsion)를 포함하는 것이 바람직하다.
액상형 가소재는 산성 영역에서는 점성이 거의 없는 수용액 상태이나, 알카리 성분에 의해 중화되어 pH가 6 이상으로 높아지면, 장사슬(long chain)의 폴리머 구조를 형성하여 점도가 급격하게 높아지는 성질을 가지고 있다.
따라서 액상형 가소제를 자체적으로 운반하거나 보관하는 경우에는 점도가 낮으나, 시멘트계 밀크 그라우트에 투입하면 시멘트 밀크의 pH는 6 이상의 알카리성을 나타내므로, 분체 입자를 상호간에 연결하고 분체의 표면을 코팅하여 시멘트 밀크가 물과 만나서도 풀어지지 않고 시멘트 및 충전용 혼화재 성분이 물에 용출되지 않도록 하는 작용을 한다.
이러한 가소성 그라우트 충전물은 점성의 증가에 의해 유동성이 사라져 외력이 존재하지 않는 자연상태에서는 주입 당시의 형태를 유지할 수 있으나, 생성된 침상형 결정은 결정 간의 결합력이 아직 강하지 못하므로 외력(충전재 주입을 위한 주입압력)이 가해지면 다시 유동성을 나타내기 때문에 공극을 채울 수 있다.
공극을 채운 후 외력을 제거하면(충전재 주입이 완료되어 주입압력이 사라지면) 다시 유동성이 사라지므로 전형적인 소성체의 거동을 보이게 되는 것이다.
따라서 블리딩이 억제되고 체적 수축이 발생하지 않을 뿐만 아니라, 수중에서도 형상과 구조를 유지하기 때문에, 지하수 등에 노출되어도 그라우트가 희석 및 유출되지 않고 수중불분리성이 매우 우수하며, 경화 후 안정적인 강도 발현이 가능하다는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 충전용 그라우팅 조성물을 지반 및 구조물의 공극 또는 공동구로 주입한 이후, 가소제가 시멘트의 수화반응과 함께 시멘트 경화체 내부에서 폴리머 필름막을 형성하여 섬유조직을 코팅하고 보호하므로, 그라우트 경화체 수화물의 조직을 매우 견고하게 한다는 효과를 추가로 얻을 수 있다.
분체를 구성하는 시멘트는 포틀랜드 시멘트, 슬래그 시멘트, 포졸란 시멘트 또는 이들 시멘트를 미분쇄한 초미립자 시멘트 중 하나 또는 2 이상의 혼합물에 의해 구성될 수 있다.
분체를 구성하는 충전용 혼화재는 유연탄 플라이애쉬 분말, 무연탄 플라이애쉬 분말, 슬래그 미분말, 천연 포졸란 분말, 석회석 미분말, 실리카질 광물 미분말 중 하나 또는 2 이상의 혼합물에 의해 구성될 수 있다.
분체를 구성하는 조강성 혼화재는 칼슘염 분말 또는 황산염 분말을 포함하는 구성을 취할 수 있다.
충전용 주재료 중의 시멘트계 성분은 물과 반응하여 수화반응을 일으켜 칼슘실리케이트 수화물(CSH)과 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 같은 수화물을 생성하게 된다.
시멘트 밀크 중에 혼합되는 포졸란계 혼화재는 그라우트의 비중을 감소시켜 동일한 중량으로 큰 체적 공동의 충전 및 보강이 가능하게 하고, 굳지 않은 상태에서 그라우트의 블리딩을 저감시키는 효과가 있으며, 굳은 상태에서는 그라우트 경화체의 화학저항성과 내구성을 향상시키고 장기강도를 증가시키는 효과가 있다.
시멘트 밀크 중에 혼합되는 칼슘염 또는 황산염계의 조강성 혼화재는 시멘트 밀크의 물분체비가 높을수록 첨가량이 비례하여 높아지는 것이 바람직한데, 시멘트계 밀크 그라우트 수용액 중의 수화물 및 수산화칼슘과 반응하여 침상형 결정구조인 에트링자이트(Ettringite; 3CaOAl2O33CaSO432H2O)를 형성하는 과정에서 시멘트 밀크 중의 물을 다량 결합하여 시멘트 밀크 그라우트 중의 자유수를 줄여주는 효과를 발휘하여 시멘트 밀크 그라우트의 블리딩을 억제할 뿐만 아니라, 경화 시에는 강도 발현성을 향상시키고 액상형 가소제의 효과를 증대시키는 효과가 있으며, 장기적으로는 시멘트 그라우트 경화체의 내구성을 증진시키는 효과가 있다.
위 시멘트 밀크는 기포제 (상기 분체 대비)0.1-3.0중량%를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이는 기포제가 그라우트 조성물의 경량화에 기여하기 때문이며, 음이온계 계면활성제 분말 혼화제를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 시멘트 밀크는 분산제 (상기 분체 대비)0.1-3.0중량%를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이는 그라우트의 유동성을 증가시키기 위하여 사용되는 것으로서, 그라우트의 용이한 충전성 및 유동성 확보에 기여하며, 설폰산염계 분말 혼화제 및 기타 계면활성제를 사용하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 의한 그라우트 조성물의 성능을 알아보기 위한 실험예에 관하여 설명한다.
실험을 위한 본 발명의 실시예의 충전용 가소성 그라우트 조성물의 배합비는 표 1과 같다.
Figure 112008088498841-pat00001
위 배합비에 의한 혼합물에 대해 물 100중량%를 첨가하여 고속 교반함으로써 충전용 그라우트를 제조하였다.
위 시멘트 밀크 그라우트에 대하여 소수계-개질 알카리 용해성 아크릴계 수분산 중합체를 2% 첨가하여 본 발명의 가소성 충전용 그라우트를 제조하였다.
비교예로서 보통 포틀랜드 시멘트와 물을 1:1 중량비로 혼합하고 고속 교반하여 일반 시멘트 밀크를 제조하였다.
이하 그 물리적 특성을 평가한 결과를 설명한다.
도 1은 비교예와 본 발명의 실시예를 수중에 정치하였을 경우의 수중에서의 형상 유지 성능과 수중불분리 성능을 알아보기 위한 사진이다.
표 2는 본 실시예에 의한 그라우트 조성물의 블리딩 발생량을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
Figure 112008088498841-pat00002
표 3은 본 실시예에 의한 그라우트 조성물과 비교예의 일반 시멘트 밀크 그라우트의 유동성을 비교 시험한 결과로서, 이는 내부 지름 80mm의 플로우 콘을 사용한 것이다.
Figure 112008088498841-pat00003
표 4는 본 실시예에 의한 그라우트 조성물과 종래의 경량 기포 그라우트의 시료를 각각 플로우 콘으로 채취하고, 이를 물 60리터를 담은 아크릴 수조에 수중에 넣은 후, 가만히 시료를 들어 올려 시료에 의한 물의 오염 정도 및 형상을 육안으로 확인하고, 시간별로 pH를 측정하여 수중불분리성을 확인한 결과이다.
Figure 112008088498841-pat00004
표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 그라우트 조성물은 수중불분리성이 우수하여, 수중에서도 안정된 주입이 가능하고, 충분한 강도를 확보할 수 있으므로, 지반 및 구조물에 유수가 존재하더라도 공극 및 공동구의 밀실한 충전이 안정적으로 가능함을 확인할 수 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 조성물의 수중에서의 형상 유지 성능과 수중불분리 성능을 알아보기 위한 시험결과의 사진.

Claims (10)

  1. 물과 분체를 포함하고, 물분체비(Water/Powder Ratio)는 50-300중량%인 시멘트 밀크;
    액상형 가소제 1-5중량%;를 포함하고,
    상기 액상형 가소제는
    소수계-개질 알카리 용해성 아크릴계 수분산 중합체(Hydrophobically-modified Alkali Soluble Acrylic Copolymer Emulsion)를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전용 가소성 그라우트 조성물.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분체는
    시멘트와, 충전용 혼화재 또는 조강성 혼화재가 단독 혹은 함께 혼합된 것을 특징으로 하는 충전용 가소성 그라우트 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 시멘트는
    포틀랜드 시멘트, 슬래그 시멘트, 포졸란 시멘트 또는 이들 시멘트를 미분쇄한 초미립자 시멘트 중 하나 또는 2 이상의 혼합물에 의해 구성된 것을 특징으로 하는 충전용 가소성 그라우트 조성물.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 충전용 혼화재는
    유연탄 플라이애쉬 분말, 무연탄 플라이애쉬 분말, 슬래그 미분말, 천연 포졸란 분말, 석회석 미분말, 실리카질 광물 미분말 중 하나 또는 2 이상의 혼합물에 의해 구성된 것을 특징으로 하는 충전용 가소성 그라우트 조성물.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 조강성 혼화재는
    칼슘염 분말 또는 황산염 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전용 가소성 그라우트 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 시멘트 밀크는
    기포제 (상기 분체 대비)0.1-3.0중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전용 가소성 그라우트 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기포제는
    음이온계 계면활성제 분말 혼화제를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전용 가소성 그라우트 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 시멘트 밀크는
    분산제 (상기 분체 대비)0.1-3.0중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충전용 가소성 그라우트 조성물.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 분산제는
    설폰산염계 분말 혼화제를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전용 가소성 그라우트 조성물.
KR1020080132562A 2008-05-06 2008-12-23 충전용 가소성 그라우트 조성물 KR100906234B1 (ko)

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