KR100942729B1 - 비폭성 무진동 파쇄제 및 이를 이용한 구조물 파쇄방법 - Google Patents

비폭성 무진동 파쇄제 및 이를 이용한 구조물 파쇄방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비폭성 무진동 파쇄제 및 이를 이용한 구조물 파쇄방법에 관한 것으로, 대상 구조물에 소정의 패턴으로 천공 작업을 수행하는 단계, 산화칼슘(CaO) 분말 75∼88 중량%과 분말 형태로 이루어지며, Al2O3, So3, SiO2 및 Fe2O3를 포함하는 첨가제 12∼25중량%로 혼합된 파쇄제를 이용하여 모르타르를 교반하는 단계, 상기 모르타르를 상기 천공 작업에 의해 형성된 채움공에 주입하는 단계 그리고, 상기 모르타르의 수화 반응에 의해 팽창압을 이용하여 상기 대상 구조물의 균열을 유도하도록 소정 시간 동안 경화시키는 단계를 포함하는 비폭성 무진동 파쇄제를 이용한 구조물의 파쇄방법에 의해 달성될 수 있다.
본 발명에 의할 경우, 파쇄제의 수화반응시 발생되는 팽창압이 현저히 증가하여 천연 암반 뿐 아니라 고강도 콘크리트로 구성된 구조물도 용이하게 파쇄하는 것이 가능한 바 적용성 및 시공성, 경제성 개선될 수 있다.

Description

비폭성 무진동 파쇄제 및 이를 이용한 구조물 파쇄방법{Non-Explosive Demolition mortar and the way to demolish a structure using the mortar}
본 발명은 비폭성 무진동 파쇄제 및 이를 이용한 구조물 파쇄방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산화칼슘의 수화반응시 발생되는 팽창력을 이용하여 구조물을 파쇄하는 비폭성 무진동 파쇄제 및 이를 이용한 구조물 파쇄방법에 관한 것이다.
인공 및 천연 구조물 등을 사전 계획된 대로 형상화 하거나 처리하는 기술은 다양하게 발전되어 왔다. 이와 동시에, 건설, 건축, 토목 공사 등에서 목적물을 파괴 및 파쇄하는 기술 또한 발전하여 왔다. 특히 밀집된 구조물의 특정 부위를 파쇄하거나, 밀집된 구조물 사이에서 특정 구조물을 파쇄하기 위하여 정교하고 정밀한 파괴 및 파쇄 공법들이 연구되고 있다.
이러한 파괴 및 파쇄 공법으로서, 구조물 내측에 폭발성 제품을 주입하여 가스나 열에 의한 순간적인 팽창압을 이용하는 발파 공법, 콘크리트나 암반을 절단할 수 있는 특수한 와이어를 이용하는 DWS(Diamond wire saw) 공법 등이 제안되었으나, 발파 공법의 경우 소음 및 진동이 심하고 밀집된 지역에서 공사가 불가한 단점 이 있었고, DWS 공법의 경우 와이어 마모로 인해 교체 빈도가 잦고 공사비가 많이 소요되는 문제점이 있으며, 절단시 발생하는 슬러지가 환경 오염원이 되어 처리시설이 추가로 필요한 실정이다.
최근에는, 구조물에 천공을 형성하고 천공 내측에 파쇄제를 투입하여 산화칼슘의 수화반응시 발생되는 팽창압을 이용하여 구조물을 파괴 및 파쇄하는 공법이 연구되고 있다. 다만, 이에 의할 경우 산화칼슘의 수화반응시 천공 내벽을 따라 충분한 팽창압이 가해지지 않고 천공 상측으로 분출되는 경우가 발생하였다. 또한, 고강도 콘크리트로 구성된 구조물에 적용하는 경우, 수화반응시 파쇄제의 팽창압이 부족하여 이러한 공법을 적용하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 고강도의 재료로 구성된 구조물이더라도 충분한 팽창압을 제공하여 구조물을 파쇄 및 파괴할 수 있는 파쇄제 및 이를 이용한 구조물 파쇄방법을 제공하기 위함이다.
상기한 본 발명의 목적은, 대상 구조물에 소정의 패턴으로 천공 작업을 수행하는 단계, 산화칼슘(CaO) 분말 75∼88 중량%과 분말 형태로 이루어지며, Al2O3, SO3, SiO2 및 Fe2O3를 포함하는 첨가제 12∼25중량%로 혼합된 파쇄제를 이용하여 모르타르를 교반하는 단계, 상기 모르타르를 상기 천공 작업에 의해 형성된 채움공에 주입하는 단계 그리고, 상기 모르타르의 수화 반응에 의해 팽창압을 이용하여 상기 대상 구조물의 균열을 유도하도록 소정 시간 동안 경화시키는 단계를 포함하는 비폭성 무진동 파쇄제를 이용한 구조물의 파쇄방법에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 상기 천공 작업은 상기 복수개의 채움공이 장방형 패턴으로 형성되도록 수행되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 각각의 채움공이 인접한 채움공과 지름의 8∼20배 간격을 이루도록 천공 작업을 수행할 수 있다. 구체적으로, 상기 대상 구조물이 연암이 경우 상기 각각의 채움공은 인접한 채움공과 지름의 12∼20배 간격을 이루도록 형성되고, 상기 대상 구조물의 암질이 보통암 또는 무근 콘크리트인 경우 상기 각각의 채움공 은 인접한 채움공과 지름의 10∼15배 간격을 이루도록 형성되고, 상기 대상 구조물의 암질이 경암 또는 철근 콘크리트인 경우 상기 각각의 채움공은 인접한 채움공과 지름의 8∼12배 간격을 이루도록 형성될 수 있다.
한편, 상기 모르타르는 교반한 후 10분 이내에 상기 채움공에 주입되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 천공된 채움공의 내벽이 건조한 경우, 상기 모르타르를 주입하기 이전에 소량의 물을 주입하여 수분을 제공하는 단계를 수행하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 대상 구조물의 자유면과 인접하여 위치하는 채움공부터 상기 모르타르를 주입하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 채움공 내측에 존재하는 유수 또는 균열 등의 원인으로 인해 상기 모르타르를 상기 채움공의 내벽과 분리시킬 필요가 있는 경우, 상기 채움공의 내벽에 비닐 튜브를 설치한 상태에서 상기 모르타르를 주입하는 것이 바람직하다.
한편, 모르타르의 수화 반응이 마무리 될 수 있도록 상기 채움공에 상기 모르타르를 주입한 후 20시간 이상 경화시키는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 모르타르가 경화된 후, 추가적으로 물을 공급하여 반응이 일어나지 않은 모르타르의 수화반응을 유도하는 단계를 더 수행할 수 있다.
한편, 상기 모르타르의 팽창압에 의해 상기 대상 구조물에 균열이 발생하면, 건설 장비를 이용하여 건물을 파쇄하는 단계를 더 수행하는 것이 가능하다.
본 발명의 목적은, 수화반응을 일으키는 산화칼슘(CaO) 분말 70∼90 중량%과 분말 형태로 이루어지며, CaCO3, SiO2, Fe2O3, Al2O3, MgO, SO3를 포함하는 첨가제 10∼30 중량%를 혼합하여 구성되는 비폭성 무진동 파쇄제에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 상기 첨가제는 전체 중량 대비 CaCO3 1∼10 중량%, SiO2 2∼10 중량%, Fe2O3 2∼6 중량%, Al2O3 1∼5 중량%, MgO 1∼5 중량%, SO3 0.5∼5 중량%를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 첨가제는 상기 산화칼슘의 수화반응을 촉진시키는 알칼리금속 산화물을 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
이때, 알칼리금속 산화물은 Na2O 또는 K2O로 구성될 수 있고, 구체적으로 상기 알칼리금속 산화물은 전체 중량 대비 Na2O 0.01∼1 중량% 및 K2O 0.01∼1 중량%로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 첨가제는 MnO, P2O5 및 TiO2를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 이때, MnO, P2O5 및 TiO2는 각각 전체 중량 대비 0.01∼1 중량%가 포함되도록 구성될 수 있다.
또는, 상기한 본 발명의 목적은 산화칼슘(CaO) 75∼88 중량%; CaCO3 1∼10 중량%; SiO2 2∼10 중량%; Fe2O3 2∼6 중량%; Al2O3 1∼5 중량%; MgO 1∼5 중량%; SO3 0.5∼5 중량%; Na2O 0.01∼1 중량%; K2O 0.01∼1 중량%; MnO 0.01∼1 중량%; P2O5 0.01∼1 중량%; 및 TiO2 0.01∼1 중량%를 혼합하여 구성되는 분말 형태의 비폭성 무 진동 파쇄제에 의해 달성되는 것도 가능하다.
본 발명에 의할 경우, 파쇄제의 수화반응시 발생되는 팽창압이 현저히 증가하여 천연 암반 뿐 아니라 고강도 콘크리트로 구성된 구조물도 용이하게 파쇄하는 것이 가능한 바 적용성 및 시공성, 경제성 개선될 수 있다.
이하에서는 도면 및 표를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비폭성 무진동 파쇄제에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 비폭성 무진동 파쇄제를 제조하는 단계를 도시한 순서도이다.
본 발명에 따른 비폭성 무진동 파쇄제는 물에 대한 반응성이 좋은 산화칼슘(CaO)을 주성분으로 구성될 수 있다. 산화칼슘(CaO)는 일반적으로 생석회라 불리는 것으로, 액체 또는 기체상태의 수분과 결합하여 수화반응을 일으킨다. 이때, 산화칼슘(CaO)과 물과 반응하는 경우 비중이 3.4에서 2.24로 크게 변화하면서 1.5∼2.0배의 부피 팽창이 발생할 수 있다.
이러한 산화칼슘(CaO)은 석회석 또는 탄산칼슘을 약 900℃로 가열하여 얻어질 수 있고, 1000℃∼1500℃의 범위 내에서 석회석을 소성하는 경우 초기에 유효한 수화 반응성 및 우수한 팽창압 발현 특성을 갖는 산화칼슘(CaO)을 획득하는 것이 가능하다. 본 실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 1400℃ 전후의 온도로 8∼10 시간 정도 가열하여 산화칼슘(CaO)을 생산할 수 있다.
본 발명에 따른 비폭성 무진동 파쇄제의 주성분인 산화칼슘(CaO)을 획득한 이후에는 그 외의 첨가물을 추가적으로 더 첨가할 수 있다. 본 발명에 따른 비폭성 무진동 파쇄제는 산화칼슘(CaO)의 수화반응시 반응특성을 이용하고 있고, 산화칼슘(CaO)은 수분이 존재하는 경우 다른 금속과도 반응이 일어날 수 있는 바, 소정의 첨가제를 추가하여 비폭성 무진동 파쇄제의 반응특성을 개선하는 것이 가능하다.
상기 첨가제는 산화알루미늄(Al2O3) 및 삼산화황(SO3)을 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 비폭성 무진동 파쇄제에는 CaO-Al2O3-SO3계의 물질이 미리 배합된 상태로 존재할 수 있다.
CaO-Al2O3-SO3계의 물질은 수화반응시 에트링가이트(Ettringite)란 물질을 생성한다. 상기 에트링가이트는 산화칼슘만이 수화반응을 일으킬 때에 비하여, 팽창이 폭발적으로 발생하는 바 팽창효과를 극대화시킬 수 있다. 따라서, 본 발명과 같이 비폭성 무진동 파쇄제에 CaO-Al2O3-SO3계 물질을 미리 배합하는 경우, 수화반응이 일어나면서 에트링가이트 결정이 보다 조밀하게 코팅되어 덮이게 되는데, 이러한 코팅은 자체 팽창을 일으키는 토포케미칼(topochemical) 반응의 성질을 띄면서, 팽창압을 현저하게 증가시킬 수 있다.
다만, 전술한 에트링가이트는 폭발적인 팽창물질이므로 수화반응시 천공된 구멍의 상측으로 솟아오르는 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 비폭성 무진동 파쇄제는 이를 제어할 수 있는 첨가물을 추가적으로 포함하여 혼합되는 것이 바람직하다.
따라서, 본 실시예에 따른 비폭성 무진동 파쇄제는 이산화규소(SiO2), 산화철(Fe2O3), 탄산칼슘(CaCO3) 및 산화마그네슘(MgO) 등의 첨가물을 추가적으로 더 포함하여 혼합되는 것이 바람직하다.
이 경우, 비폭성 무진동 파쇄제는 잠재수경성과 포졸란 반응성을 발현하면서 파쇄제의 급격한 반응속도를 지연시킬 뿐만 아니라, 수경성을 발현하여 팽창압에 의해 파쇄제가 상부로 유출되지 않고 대상 구조물에 유효한 팽창압을 장시간 발현할 수 있도록 한다.
나아가, 본 실시예에 따른 비폭성 무진동 파쇄제는 추가적으로 소정의 알칼리 산화물을 첨가물로서 추가하여 혼합 형성되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 산화 나트륨(Na2O) 및 산화칼륨(K2O)를 추가하여 비폭성 무진동 파쇄제를 형성하였으며, 이 경우 비폭성 무진동 파쇄제의 팽창압이 증가하는 것을 실험을 통해 발견하였다.
또한, 이외에도 기타의 중금속 산화물 또는 오산화인(P2O5)을 비폭성 무진동 파쇄제에 추가적으로 첨가하는 경우, 팽창압의 강도가 더욱 증가하는 것을 실험을 통해 발견하였다. 따라서, 본 실시예에서는 산화망간(MnO), 산화티타늄(TiO2) 및 오산화인(P2O5)를 추가적으로 첨가하여 비폭성 무진동 파쇄제를 형성하였다.
본 실시예에 따른 비폭성 무진동 파쇄제는 전술한 각각의 구성 성분들을 아래의 표에 해당하는 성분비로 배합 가능하다.
구성성분 중량%
CaO 75∼88 중량%
CaCO3 1∼10 중량%
SiO2 2∼10 중량%
Fe2O3 2∼6 중량%
Al2O3 1∼5 중량%
MgO 1∼5 중량%
SO3 0.5∼5 중량%
Na2O 0.01∼1 중량%
K2O 0.01∼1 중량%
MnO 0.01∼1 중량%
P2O5 0.01∼1 중량%
TiO2 0.01∼1 중량%
실험 결과 상기 성분비로 배합하여 비폭성 무진동 파쇄제를 제조하는 경우, 자연 암반 구조물뿐만 아니라 콘크리트 등의 인공 구조물도 파쇄할 수 있을 정도로 높은 팽창압을 나타내는 것을 관찰하였다.
여기서, 산화칼슘과 기타 각종 첨가물을 상기 표의 성분비로 혼합한 후, 이를 분쇄하는 작업을 수행할 수 있다. 이때, 비폭성 무진동 파쇄제를 구성하는 각각의 구성 성분이 수화 반응시 충분하게 반응할 수 있도록, 미세분말 형태로 가공되는 것이 바람직하다.
이처럼, 미세분말의 형태로 가공된 비폭성 무진동 파쇄제는 약 1000℃의 온도에서 2∼3 시간 동안 2차 열처리가 이루어지는 것으로 완성되며, 출원인은 이러한 제조 과정을 통해 생산되는 비폭성 무진동 파쇄제를 출원인의 성명을 인용하여 이디엠 모르타르(EDM-Mortar)라 명명하여 시판을 준비하고 있다.
도 2는 도 1에서 제조된 파세제를 이용하여 구조물을 파쇄하는 방법을 도시한 순서도이다. 이하에서는, 도 2를 참조하여, 전술한 비폭성 무진동 파쇄제, 즉 이디엠 모르타르를 이용하여 구조물을 파쇄하는 방법에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.
우선, 실질적인 현장 작업을 수행하기에 앞서 시공 내용을 설계하는 단계(S10)를 선행할 수 있다. 즉, 파쇄 대상이 되는 구조물의 구조 및 암질, 시공 현장의 조건 및 기후 특성 등을 조사하고, 이를 고려하여 대상 구조물에 천공이 이루어지는 홀의 지름, 간격 및 깊이 및 파쇄제의 성분비 배합 조건 등을 설계할 수 있다. 다만, 이러한 각각의 설계 내용에 대해서는 설계에 따라 수행되는 해당 작업 단계에서 구체적으로 설명하도록 한다.
설계 단계가 완료되면, 시공 현장에서 파쇄하고자 하는 대상 구조물에 대해 천공 작업을 진행한다(S20). 천공 작업은 구조물의 표면으로부터 내측으로 구멍을 형성하는 것으로, 일반적으로 크로라드릴을 이용하여 작업을 진행할 수 있다.
여기서, 천공 작업은 파쇄제를 이용하여 제조되는 모르타르를 주입하는 채움공을 형성한다. 따라서 대상 구조물에 기 설정된 크기의 지름을 갖는 복수개의 채움공을 천공한다. 이때, 상기 각 채움공의 지름의 크기는 구조물의 구조 및 암질을 고려하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 파쇄가 곤란한 구조 또는 견고한 암질인 경우에는 더 많은 파쇄제를 이용하여 파쇄를 진행할 수 있도록 채움공 지름을 크게 설계하는 것이 가능하다.
한편, 천공 작업시 복수개의 채움공은 소정의 패턴으로 형성되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 장방형의 패턴을 갖도록 채움공을 천공할 수 있다. 이 경우, 시공이 용이하며, 구조물 내측으로 파쇄제의 의한 팽창압을 고르게 전달할 수 있다.
이때, 각각의 채움공이 인접한 채움공과 이루는 간격은 지름 대비 8∼20 배를 형성하도록 천공 작업을 수행하는 것이 바람직하다. 간격이 너무 멀게 되면 파쇄가 이루어지지 않을 수 있고, 간격이 너무 근접하게 되면 다량의 파쇄제를 사용하게 되는 바 비용이 증가하는 문제가 있을 수 있다.
도 3은 대상 조물의 암질 종류에 따른 천공 작업 단면을 도시한 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 천공시 채움공을 형성하는 간격은 대상 구조물의 암질의 특성을 반영하여 더욱 세분화시켜 설계할 수 있다. 예를 들어, 대상 구조물의 암질이 파쇄가 용이한 연암인 경우(도 3의 a참조), 채움공 사이의 간격(Ba)이 지름(b)의 12∼20배로 상대적으로 넓게 천공하며, 대상 구조물의 암질이 파쇄가 곤란한 경암 또는 철근 콘크리트인 경우(도 3의 c참조) 채움공 사이의 간격(Bc)이 지름(b)의 8∼12배에 해당하도록 상대적으로 촘촘하게 형성할 수 있다. 일반적인 보통암 또는 무근 콘크리트인 경우(도 3의 b) 지름(b)의 10∼15배의 간격(Bb)을 형성하도록 천공할 수 있다.
다만, 이외에도 대상 구조물의 구조 및 종류 등을 반영하여 천공이 이루어지는 간격을 설계하는 것도 가능하다. 예를 들어 교량 기초나 지하 터널 등의 경우 일반적인 구조물에 비하여 파쇄가 곤란한 바, 지름의 8∼12배의 간격으로 천공을 형성하는 것이 가능하다.
한편, 대상 구조물에 천공되는 채움공의 방향은 수평 방향보다는 수직 방향으로 형성되는 것이 바람직하다. 수직 방향으로 채움공을 천공하는 것이 시공이 용이하며, 파쇄제 모르타르 주입 이전에 채움공이 파쇄되는 것을 방지할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 대상 구조물에 천공되는 채움공의 깊이는 대상 구조물의 암질의 종류에 따라 다르게 설계되는 것이 가능하다. 예를 들어, 대상 구조물의 암질이 파쇄가 용이한 연암인 경우(도 3의 a 참조) 천공의 깊이(da)는 대상 구조물의 크기(D)의 75% 이내의 깊이를 갖도록 천공하는 것도 가능하다. 그리고, 대상 구조물의 암질이 파쇄가 곤란한 경암 또는 철근 콘크리트인 경우(도 3의 c 참조) 대상 구조물 크기(D)의 85∼95% 범위의 깊이(dc)를 갖도록 천공하는 것이 바람직하다. 일반적인 보통암 또는 무근 콘크리트인 경우(도 3의 b 참조) 대상 구조물 크기(D)의 70∼90%의 범위의 깊이(db)를 갖도록 천공 작업을 수행할 수 있다.
이러한 천공 작업은 대상 구조물에서 자유면이 존재하는 위치부터 내측 방향으로 진행하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 자유면과 인접하는 채움공의 위치는 자유면으로부터 지름의 5∼15배 범위의 간격을 이루는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 천공 작업을 수행하는 단계는 대상 구조물의 구조 및 암질의 특성을 반영하여, 적정한 지름 및 간격으로 기 설정된 깊이의 복수개의 채움공을 형성할 수 있다. 다만, 앞서 제시된 기준치는 일반적인 상황에서 해당 조건에 대한 바람직한 기준치인 것으로, 추가적으로 고려해야하는 조건이 발생되는 경우 이를 반영하여 설계 및 작업을 수행하는 것도 물론 가능하다. 본 실시예에서는 요구되는 크기 및 경제성을 고려하여 40mm∼75mm의 범위로 천공을 형성였다.
한편, 본 실시예에서는 천공 작업시 채움공을 형성하는 것을 중심으로 설명하였다. 다만, 이 이외에도 채움공과 인접한 위치에 복수개의 자유공도 같이 형성될 수 있도록 천공을 진행하는 것이 가능하다. 여기서, 상기 자유공은 별도의 모르타르 등이 주입되지 않는 홀로서 인공적으로 형성되는 자유면에 해당한다. 따라서, 채움공에 인접한 위치에 자유면이 존재하는 바, 이 부분에서 구조물의 변화를 유도하여 구조물의 균열을 유도하는 것이 더욱 용이하다.
천공 작업이 완료되면, 파쇄제를 물과 함께 모르타르로 교반하는 작업을 수행할 수 있다(S30). 이때, 전술한 바와 같이 산화칼슘(CaO) 분말 75∼88 중량%과, Al2O3, SO3, SiO2 및 Fe2O3를 포함하는 첨가제 12∼25중량%로 혼합된 분말 형태의 파쇄제를 이용하며, 더욱 구체적으로 산화칼슘(CaO) 75∼88 중량%, CaCO3 1∼10 중량%, SiO2 2∼10 중량%, Fe2O3 2∼6 중량%, Al2O3 1∼5 중량%, MgO 1∼5 중량%, SO3 0.5∼5 중량%, Na2O 0.01∼1 중량%, K2O 0.01∼1 중량%, MnO 0.01∼1 중량%, P2O5 0.01∼1 중량% 및 TiO2 0.01∼1 중량%를 혼합하여 구성되는 분말 형태의 비폭성 무진동 파쇄제를 이용할 수 있다. 이러한 파쇄제는 본 단계에서 직접 제조하는 것도 가능하나, 상기 성분비로 기 배합, 제조된 파쇄제를 이용하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 비폭성 무진동 파쇄제는 수화 반응시 발생하는 팽창압을 이용하여 구조물을 파쇄하는 바, 대상 구조물에 형성된 채움공에 주입하기 위해 파쇄제와 물을 교반하여 모르타르를 제조할 수 있다.
이때, 기후 또는 기상 조건에 따라 교반 작업에 사용되는 물의 온도를 조절하는 것이 바람직하다. 외부 온도에 따라 모르타르의 수화반응이 지나치게 빨리 발생하는 것을 방지하기 위함이다. 일반적인 기온의 온도에서는 대략 10∼13℃ 정도의 상온의 물을 사용할 수 있으나, 기온이 30℃이상으로 높은 경우에는 5∼8℃ 정도의 낮은 온도의 물을 사용하는 것이 바람직하다.
여기서, 교반 작업시, 파쇄제 5kg 당 물 1.5L를 기준으로 배합하여 교반하며, 대상 구조물 내측의 건조 상태 및 기후 조건에 따라 소정량 만큼 보정하여 사용할 수 있다. 그리고, 교반기를 이용하여 모르타르가 균일하게 형성될 수 있도록 충분히 교반하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 모르타르를 교반하여 제조하면, 상기 모르타르를 채움공 내측으로 주입하는 단계를 수행할 수 있다(S40). 이때, 교반된 모르타르가 수화반응이 진행되기 이전에 채움공에 주입할 수 있도록, 교반이 완료된 시점으로부터 5∼10분 이내에 주입 단계를 진행하는 것이 바람직하다.
이때, 외부 기온이 높아 채움공의 하측에 비해 채움공 입구 부근의 온도가 훨씬 높은 경우, 과도한 수화열이 발생하여 주입된 모르타르가 솟아오르는 현상이 발생될 수 있다. 따라서, 이러한 모르타르 주입은 온도 변화가 적고 서늘한 야간 또는 이른 아침에 시행하는 것이 바람직하다.
이렇게 주입된 모르타르는 채움공의 내측에 물과 파쇄제 사이에 수화반응이 진행되면서 팽창압을 발생된다. 다만, 채움공 내측이 지나치게 건조한 경우 모르타르 주입시 모르타르의 수분을 흡수하는 바, 모르타르의 수화 반응이 충분히 일어나지 못하는 경우가 발생할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 천공 작업을 수행한 후 모르타르 주입에 선행하여 채움공 내측에 소량의 물을 주입하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 선행하여 주입된 물에 의해 채움공 내벽에 충분한 수분의 공급이 가능한 바, 모르타르 주입시 수화반응이 충분히 일어나는 것이 가능하다. 다만, 선행하여 주입된 물에 의해 함수율이 높아져 점성이 약해지는 것을 방지하기 위해, 채움공 내측에 잔량의 물이 남아있는 경우 이를 제거한 후 모르타르를 주입하는 것이 바람직하다.
한편, 대상 구조물의 특성에 따라 채움공 내벽을 따라 유수(流水)가 존재하거나 균열이 지나치게 많이 형성되어 있는 경우, 모르타르가 유실되는 것을 방지할 수 있도록 격리시킬 필요가 있다. 이 경우, 채움공의 직경보다 약간 큰 직경을 갖는 비닐 튜브를 채움공 내측에 설치한 후 비닐 튜브 내측으로 모르타르를 주입하는 것이 바람직하다. 이 경우, 모르타르가 유실됨 없이 채움공의 내측에서 수화반응이 일어나면서 구조물의 균열을 유도하는 것이 가능하다. 이러한, 비닐 튜브를 이용하는 방법은, 채움공 내측의 온도가 지나치게 낮아 모르타르의 온도를 보호하는 경우에도 효과적으로 이용할 수 있을 것이다.
이와 같이, 채움공 내측에 모르타르를 주입한 후 모르타르의 수화 반응에 의해 소정 시간 동안 경화되는 단계(S50)를 진행할 수 있다. 이때, 전술한 바와 같이 모르타르가 수화 반응에 의해 팽창하면서 외측 방향, 즉 구조물의 채움공 내벽으로 팽창압을 제공한다.
도 4는 도 2에서 모르타르가 경화 단계에서 진행 시간에 따른 팽창압의 크기를 도시한 그래프이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 비폭성 무진동 파쇄제는 수화반응이 시작된 후 약 30시간이 경과할 때까지 지속적이 팽창압이 증가하여 1000kgf/cm2 이상으로 증가하는 것을 관찰하였다.
도 4에 도시된 바와 같이, 시간이 경과함에 따라 모르타르의 수화 반응이 시작되고, 본격적으로 수화작용이 진행되면서 팽창압은 빠르게 증가함을 알 수 있다. 따라서, 12시간이 경과한 시점(도 4의 I 참조)에서는 수화작용이 본격화되어 팽창압이 800kgf/cm2을 넘어서게 된다. 이는 200∼300kgf/cm2의 일반적인 콘크리트의 일반적인 압축강도와 비교하여 현저히 큰 수치로, 상기 팽창압에 의해 대상 구조물은 균열이 시작될 수 있다.
그리고, 24시간이 경과한 지점(도 4의 II참조)에서는 채움공 내측의 모르타르 함수비가 감소하면서 수화반응의 속도가 감소하게 된다. 다만, 팽창압이 지속적으로 1000kgf/cm2에 인접하는 강도로 증가하면서 기 발생된 균열을 가압하는 바 균열폭이 확대된다. 이때, 모르타르는 함수비가 감소함에 따라 점성이 점점 커지면서, 미세 균열 등 사이로 누수되지 않고 채움공 내벽 전단면에 걸쳐 팽창압이 작용할 수 있다.
상기와 같은 과정을 거쳐, 32시간이 경과한 시점(도 4의 III 참조)에 이르러서는 모르타르가 함유한 수분이 거의 존재하지 않게 되면서 팽창이 완결된다. 이때, 팽창압은 1000kgf/cm2 이상까지 이를 수 있다. 이는 고강도 철근 콘크리트 등을 이용한 인공 구조물의 해체에도 충분히 적용 가능한 바, 천연 암석 등의 자연 구조물 또는 무근 콘크리트 구조물의 파쇄에만 국한되었던 종래의 파쇄제에 비해 현저히 개선된 효과를 나타낼 수 있다.
도 5는 도 2를 적용한 실험에서, 경화단계가 진행됨에 따라 구조물에 균열이 발생하는 모습을 촬영한 사진이다. 본 실험에 사용된 구조물은 주상 복합 건물의 기초로서, 500kgf/cm2 이상에 해당하는 고강도 콘크리트로 설계된 것이다.
도 5a는 채움공 상에 비폭성 무진동 파쇄제를 주입한지 4시간이 경과한 후의 사진, 도 5b는 채움공 상에 비폭성 무진동 파쇄제를 주입한지 8시간이 경과한 후의 사진, 도 5c는 채움공 상에 비폭성 무진동 파쇄제를 주입한지 12시간이 경과한 후의 사진이다.
도 5에서 알 수 있듯이, 본 실시예에 따른 비폭성 파쇄제가 구조물의 내측에서 경화가 이루어질 때 발생되는 팽창압은 종래에 비해 현저하게 개선되는 바, 대형 구조물의 기초에 해당하는 견고한 인공 구조물의 경우에도 시간이 경과함에 따라 균열을 야기한 후 그 균열 폭을 지속적으로 확대시킬 수 있다.
이처럼, 대상 구조물은 상기 모르타르 경화 단계를 통하여 전체적으로 심각한 균열이 발생하는 1차 파쇄 작업이 이루어지는 것이다. 다만, 전술한 바와 같이 모르타르 경화 단계가 종료된 상태에서, 상기 모르타르에 추가적으로 물을 공급하는과정을 진행할 수 있다. 이 경우, 미처 충분히 반응하지 못한 모르타르의 수화 반응을 유도하여, 추가적으료 균열을 발생시키는 것도 가능하다.
전술한 과정을 통하여, 대상 구조물이 비폭성 무진동 파쇄제에 의해 1차 파쇄가 이루어지면, 이후 건설 중장비를 이용하여 건물의 2차 파쇄 작업을 수행할 수 있다(S60). 여기서, 2차 파쇄란 실질적으로 비폭성 무진동 파쇄제에 의하여 파괴가 된 구조물을 해체하는 작업에 해당할 수 있다.
이처럼, 본 발명에 의한 비폭성 무진동 파쇄제를 이용하여 구조물을 파괴하는 경우, 소음이나 진동을 유발하지 않고, 시공이 용이하여 제한된 인력으로도 구조물의 파괴가 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 비폭성 무진동 파쇄제를 제조하는 단계를 도시한 순서도,
도 2는 도 1에서 제조된 파세돼를 이용하여 구조물을 파쇄하는 방법을 도시한 순서도,
도 3은 대상 조물의 암질 종류에 따른 천공 작업 단면을 도시한 단면도,
도 4는 도 2에서 모르타르가 경화 단계에서 진행 시간에 따른 팽창압의 크기를 도시한 그래프이고,
도 5는 도 2에서 모르타르가 경화 단계에서 진행 시간에 따라 구조물에 균열이 발생하는 모습을 촬영한 사진이다.

Claims (20)

  1. 대상 구조물에 소정의 패턴으로 천공 작업을 수행하는 단계,
    산화칼슘(CaO) 분말 75∼88 중량%과, 분말 형태로 이루어지며 Al2O3, SO3, SiO2, Fe2O3, CaCO3 및 MgO를 포함하는 첨가제 12∼25중량%로 혼합된 파쇄제를 이용하여 모르타르를 교반하는 단계;
    상기 모르타르를 상기 천공 작업에 의해 형성된 채움공에 주입하는 단계; 그리고,
    상기 모르타르의 수화 반응에 의해 발생되는 팽창압을 이용하여 상기 대상 구조물의 균열을 유도하도록 소정 시간 동안 경화시키는 단계;를 포함하고,
    상기 천공 작업은 상기 복수개의 채움공이 장방형 패턴으로 형성되도록 수행하는 것을 특징으로 하는 비폭성 무진동 파쇄제를 이용한 구조물의 파쇄방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 채움공이 인접한 채움공과 지름의 8∼20배 간격을 이루도록 천공 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 비폭성 무진동 파쇄제를 이용한 구조물의 파쇄방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 대상 구조물이 연암이 경우 상기 각각의 채움공은 인접한 채움공과 지름의 12∼20배 간격을 이루도록 형성되고,
    상기 대상 구조물의 암질이 보통암 또는 무근 콘크리트인 경우 상기 각각의 채움공은 인접한 채움공과 지름의 10∼15배 간격을 이루도록 형성되고,
    상기 대상 구조물의 암질이 경암 또는 철근 콘크리트인 경우 상기 각각의 채움공은 인접한 채움공과 지름의 8∼12배 간격을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 비폭성 무진동 파쇄제를 이용한 구조물의 파쇄방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 모르타르는 교반한 후 10분 이내에 상기 채움공에 주입되는 것을 특징으로 하는 비폭성 무진동 파쇄제를 이용한 구조물의 파쇄방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 천공된 채움공의 내벽이 건조한 경우, 상기 모르타르를 주입하기 이전에 소량의 물을 주입하여 수분을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비폭성 무진동 파쇄제를 이용한 구조물의 파쇄방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 대상 구조물의 자유면과 인접하여 위치하는 채움공부터 상기 모르타르를 주입하는 것을 특징으로 하는 비폭성 무진동 파쇄제를 이용한 구조물의 파쇄방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 채움공 내측에 존재하는 유수 또는 균열 등의 원인으로 인해 상기 모르타르를 상기 채움공의 내벽과 분리시킬 필요가 있는 경우, 상기 채움공의 내벽에 비닐 튜브를 설치한 상태에서 상기 모르타르를 주입하는 것을 특징으로 하는 비폭성 무진동 파쇄제를 이용한 구조물의 파쇄방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 채움공에 모르타르를 주입한 후 20시간 이상 경화시키는 것을 특징으로 하는 비폭성 무진동 파쇄제를 이용한 구조물의 파쇄방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 모르타르가 경화된 후, 추가적으로 물을 공급하여 반응이 일어나지 않은 모르타르의 수화반응을 유도하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비폭성 무진동 파쇄제를 이용한 구조물의 파쇄방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 모르타르의 팽창압에 의해 상기 대상 구조물에 균열이 발생하면, 건설 장비를 이용하여 건물을 파쇄하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비폭성 무진동 파쇄제를 이용한 구조물의 파쇄방법.
  12. 산화칼슘(CaO) 분말 75∼88 중량%과
    분말 형태로 이루어지며 Al2O3, SO3, SiO2 Fe2O3, CaCO3 및 MgO를 포함하는 첨가제 12∼25중량% 혼합하여 구성되는 비폭성 무진동 파쇄제.
  13. 삭제
  14. 제12항에 있어서,
    상기 첨가제는 전체 중량 대비 CaCO3 1∼10 중량%, SiO2 2∼10 중량%, Fe2O3 2∼6 중량%, Al2O3 1∼5 중량%, MgO 1∼5 중량%, SO3 0.5∼5 중량%를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 비폭성 무진동 파쇄제.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 첨가제는 알칼리금속 산화물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비폭성 무진동 파쇄제.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 알칼리금속 산화물은 Na2O 또는 K2O로 구성되는 것을 특징으로 하는 비폭성 무진동 파쇄제.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 알칼리금속 산화물은 전체 중량 대비 Na2O 0.01∼1 중량% 및 K2O 0.01∼1 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비폭성 무진동 파쇄제.
  18. 제12항 및 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 첨가제는 MnO, P2O5 및 TiO2를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비폭성 무진동 파쇄제.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 MnO, P2O5 및 TiO2는 각각 전체 중량 대비 0.01∼1 중량%가 포함되는 것을 특징으로 하는 비폭성 무진동 파쇄제.
  20. 산화칼슘(CaO) 75∼88 중량%; CaCO3 1∼10 중량%; SiO2 2∼10 중량%; Fe2O3 2∼6 중량%; Al2O3 1∼5 중량%; MgO 1∼5 중량%; SO3 0.5∼5 중량%; Na2O 0.01∼1 중량%; K2O 0.01∼1 중량%; MnO 0.01∼1 중량%; P2O5 0.01∼1 중량%; 및 TiO2 0.01∼1 중량%를 혼합하여 구성되는 분말 형태의 비폭성 무진동 파쇄제.
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