KR101061904B1

KR101061904B1 - 그라우트 조성물 및 이를 이용한 그라우팅 시공방법

Info

Publication number: KR101061904B1
Application number: KR1020110025789A
Authority: KR
Inventors: 전옥; 전창훈
Original assignee: (유)한국기계
Priority date: 2011-03-23
Filing date: 2011-03-23
Publication date: 2011-09-02

Abstract

본 발명은 그라우트 조성물 및 이를 이용한 그라우팅 시공방법에 관한 것으로, 구체적으로는 이를 연약지반 및 건물 기초부 등에 주입하여 지반보강을 더욱 강하게 향상시킬 수 있다.

Description

그라우트 조성물 및 이를 이용한 그라우팅 시공방법{GROUT COMPOSITION AND GROUTING METHOD USING THE SAME}

본 발명은 그라우트 조성물 및 이를 이용한 그라우팅 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 그라우트는 그라우팅이라고도 하며, 주입재를 자중이나 펌프를 이용해 충전하며, 토목 건축분야의 구조물에서 발생되는 크랙부분과, 기계설비의 바닥판과 구조물의 기초콘크리트 사이에서 발생하는 공극을 메꾸어서 구조물 또는 기계 설비를 안정하게 지지하는 동시에, 기계설비 또는 구조물 등에서 발생하는 틈 사이를 메꾸어서 각종 진동 및 응력을 균일하게 흡수하여 구조물의 수명을 장기간 걸쳐 유지하도록 하는 것이다.

그러나 지반보강 공사시 그라우트 조성물이 충분한 강도를 내지 못하며, 유동성 또한 작아 지반 크랙 사이로 충분히 스며들지 못하여 지반보강이 충분히 되지 않는 문제점이 있다.

본 발명은 연약지반 및 건물 기초부 등에 주입하여 지반보강을 더욱 강하게 향상시키는 그라우트 조성물 및 이를 이용한 그라우팅 시공방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 구현예는 시멘트, 나프탈렌, 메타카올린, CSA, 반수석고, 탄화칼슘, 플루오린화나트륨, 수산화마그네슘 및 물로 이루어진 혼합그라우트액 및 경화제를 포함하는 그라우트 조성물이다.

본 발명의 다른 일 구현예는 상기 혼합그라우트액은 시멘트 100중량부에 대하여 나프탈렌 3 내지 10중량부, 메타카올린 5 내지 15중량부, CSA 1 내지 20중량부, 반수석고 1 내지 10중량부, 탄화칼슘 5 내지 10중량부, 플루오린화나트륨 1 내지 3중량부, 수산화마그네슘 1 내지 5중량부 및 물 150 내지 250중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 그라우트 조성물이다.

본 발명의 다른 일 구현예는 상기 경화제는 규산소다 및 물로 이루어진 것을 특징으로 하는 그라우트 조성물이다.

본 발명의 다른 일 구현예는 상기 경화제는 시멘트 100중량부에 대하여 규산소다 100 내지 200중량부 및 물 80 내지 140중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 그라우트 조성물이다.

본 발명의 다른 일 구현예는 상기 혼합그라우트액 및 경화제는 혼합그라우트액대 경화제가 1: 0.55 내지 0.91의 중량비로 포함되는 것을 특징으로 하는 그라우트 조성물이다.

본 발명의 다른 일 구현예는 상기 그라우트 조성물을 이용하여 시공하는 그라우팅 시공방법이다.

본 발명에 따른 그라우트 조성물 및 이를 이용한 그라우팅 시공방법은 연약지반 및 건물 기초부 등에 주입하여 지반보강을 더욱 강하게 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다.　　다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.　　

본 발명의 일 구현예에 따르면, 시멘트, 나프탈렌, 메타카올린, CSA, 반수석고, 탄화칼슘, 플루오린화나트륨, 수산화마그네슘 및 물로 이루어진 혼합그라우트액 및 경화제를 포함하는 그라우트 조성물을 제공하는 것이다.

상기 시멘트는 응결을 촉진시키고, 지반의 콘크리트화를 통한 지반강화 역할을 한다. 상기 시멘트로는 본 발명이 속하 분야에서 통상적으로 시멘트로 사용되는 것이면 모두 가능하며, 일례로 3종 조강 시멘트, 알루미나 시멘트, 포틀랜트시멘트 등을 들 수 있다.

상기 나프탈렌은 감수분산제로서 적은 물을 사용하여도 충분한 슬럼프 값이 나오도록 하는 역할을 한다. 일반적으로 그라우트 조성물의 강도는 시멘트/물의 함량과 비례하므로 상기 나프탈렌은 물의 함량을 줄여 그라우트 조성물의 강도를 높여줄 수 있으며, 충분한 유동성을 확보하여 상기 그라우트 조성물이 지반보강공사 중에 지반 크랙 사이로 고루게 분포할 수 있게 한다.

상기 나프탈렌은 시멘트 100중량부에 대하여 3 내지 10중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 나프탈렌의 함량이 3중량부 미만인 경우 그 효과가 미미하다. 또한, 일반적으로 나프탈렌과 같은 분산제를 사용하는 경우 공기가 증가하는 문제가 발생하는데, 10중량부를 초과하는 경우 공기가 현저하게 증가하게 되어 기존 기반이나 콘크리트 철근과의 부착강도가 떨어지는 문제가 생기고, 이로 인하여 시공성 및 마감성에까지 악영향을 줄 수 있으며, 응결이 지연됨으로 인하여 경화불량 및 재료분리 문제가 발생한다.

상기 메타카올린은 수화발열 속도의 저감 및 온도상승 억제효과, 장기 강도의 향상, 수밀성의 향상, 발청 억제, 내화학성, 내마모성, 동결융해 저항성, 수축보상 등과 같이 물성을 향상시키는 역할을 한다.

상기 메타카올린은 평균입경이 1.2 내지 1.7㎛인 것이 바람직하다. 상기 메타카올린의 평균입경이 상기 범위 내에 있는 것이 포졸란 반응을 원할히 시키는 장점이 있다. 이러한 메타카올린은 포졸란 반응으로 본 발명의 그라우트 조성물이 굳은 상태, 즉 경화체의 조직을 치밀하게 하므로, 내구성, 강도, 내화학성을 증진시키는 등의 우수한 특성을 가지고 있다.

상기 메타카올린은 시멘트 100중량부에 대하여 5 내지 15중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 메타카오린의 함량이 5중량부 미만일 경우 그 효과가 미미하며, 15중량부를 초과할 경우 그 효과를 더 이상 발휘하기 힘든 문제점이 있다.

상기 CSA는 CaO, SO₃ 및 AL₂O₃를 포함하는 혼합물로서, 상기 CaO, SO₃ 및 AL₂O₃의 물질명을 약자로 하여 통상적으로 CSA라 부른다. 상기 CSA는 석회로 생석회와의 성질은 비슷하나 초기, 장기 팽창성이 있다. 그로 인하여 그라우트 조성물 타설시 초기, 장기 수축을 방지할 수 있어 그라우트 조성물에 균열이 가는 현상을 방지할 수 있다.

상기 CSA는 시멘트 100중량부에 대하여 1 내지 20중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 CSA의 함량이 1중량부 미만일 경우 초기, 장기 수축을 방지할 수 없어 그라우트 조성물에 균열이 가는 현상이 생기는 문제가 있으며 20중량부를 초과할 경우 그 효과를 더 이상 발휘할수 없으며 그라우트 조성물의 단가가 올라가는 원인이 된다.

상기 반수석고는 강도증진 역할을 하는 것으로 상기 반수석고는 시멘트 100중량부에 대하여 1 내지 10중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 반수석고의 함량이 상기 범위 내에 있는 경우 그라우트 조성물의 지반에 대한 결합 메카니즘을 향상시켜 투수콘크리트의 강도를 향상시킬 수 있어 강도증진에 효과가 있다.

상기 탄화칼슘는 물과의 반응에서 급격한 발열반응을 촉진시켜 시멘트 경화 반응의 방해물질이 존재하는 그라우트 조성물의 경화 메카니즘을 원활하게 하는데 매우 중요한 역할을 한다. 또한 계절적으로 온도가 낮은 환경에서도 그라우트 조성물의 시공물성을 확보할 수 있다.

상기 탄화칼슘은 시멘트 100중량부에 대하여 5 내지 10중량부가 포함될 수 있다. 상기 탄화칼슘의 함량이 상기 범위 내에 있는 경우 상술한 탄화칼슘의 역할에 따른 효과를 얻을 수 있다.

상기 플루오린화나트륨은 충진제로서의 1차적인 사용목적이 있으며 2차적으로는 그라우트 조성물의 내구성을 향상시키는데 그 역할이 있다. 상기 플루오린화나트륨은 시멘트 100중량부에 대하여 1 내지 3중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 플루오린화나트륨의 함량이 상기 범위 내에 있는 경우 상술한 플루오린화나트륨의 역할에 따른 효과를 얻을 수 있다.

상기 수산화마그네슘은 흙의 미립자와 유기물에 의한 콘크리트의 경화를 방지하는데 있어서 시멘트의 경화 반응성을 향상시키기 위한 성분이다. 상기 수산화마그네슘은 시멘트 100중량부에 대하여 1 내지 5중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 수산화마그네슘의 함량이 상기 범위 내에 있는 경우 상술한 수산화리튬의 역할에 따른 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 그라우트 조성물에 포함되는 물의 함량은 시멘트 100중량부에 대하여 150 내지 250중량부가 될 수 있으며, 그 함량에 따라 그라우트 조성물뿐만 아니라, 모르타르 및 각종 공사에 사용할 수 있으며, 현장 사정에 따라 물의 함량을 조절해 주는 것이 좋다.

상기 경화제는 규산소다 및 물로 이루어진 것으로서, 상기 규산소다는 경화제의 역할을 하는 것으로 시멘트 100중량부에 대하여 규산소다 100 내지 200중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 규산소다가 상기 범위 내에 있는 경우 혼합그라우트액을 빠르게 경화시키는 장점을 가진다.

상기 물은 시멘트 100중량부에 대하여 80 내지 140중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 물이 상기 범위 내에 있는 경우 혼합그라우트액과 경화제가 원할하게 혼합되게 하는 장점을 가진다.

상기 혼합그라우트액 및 경화제는 혼합그라우트액대 경화제가 1: 0.55 내지 0.91의 중량비로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 혼합그라우트액대 경화제의 중량비가 상기 범위 내에 있는 경우 혼합그라우트액과 원할하게 혼합되어 경화되는 속도를 향상시키는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상기 혼합그라우트액대 경화제의 중량비가 1:0.55 미만인 경우 혼합그라우트액을 빠르게 경화시키기 위해 첨가하였던 경화제(규산소다)의 효과가 거의 나타나지 않고, 1:0.91를 초과하는 경우 경화 촉진 효과가 더 이상 상승 하지 않는다.

본 발명은 상기 혼합그라우액 및 경화제를 상술한 성분들을 상기 조건에 따라 포함하여 본 발명이 목적하는 연약지반 및 건물 기초부 등에 주입하여 지반보강을 강하게 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

본 발명의 다른 일 구현예 따르면, 상술한 그라우트 조성물을 이용하여 시공하는 그라우팅 시공방법을 제공하는 것이다.

상기 그라우팅 시공방법은 본 발명이 속한 분야에서 통상적으로 실시되는 시공방법으로서 이를 보다 구체적으로 설명하면, 천공기에 의해 연약지반에 수직으로 구멍을 형성하는 단계, 상기 구멍 내에 이중관을 설치하는 단계, 본 발명에 따른 혼합그라우트액 및 경화제를 각각의 펌프에 의하여 이중관으로 주입하여 하부로 이송시키는 단계, 및 상기 이중관을 통해 이송된 각각의 혼합그라우트액과 경화제를 이중관 끝단에서 혼합하여 지반을 보강하는 단계로 이루어질 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다.　 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 8

혼합그라우트액 및 경화제에 포함되는 각 성분을 하기 표 1에 나타낸 함량으로 측정하고 혼합하여 그라우트 조성물을 제조하였다. 이때, 하기 표 1의 함량 단위는 시멘트 100중량부에 대한 중량부이다.

		실시예				비교예
		1	2	3	4	1	2	3	4	5	6	7	8
혼합그라우트액	시멘트	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100
	나프탈렌	1	7	10	2	0	7	7	7	7	7	7	7
	메타카올린	5	10	15	5	10	0	10	10	10	10	10	10
	CSA	1	10	20	3	10	10	0	10	10	10	10	10
	반수석고	1	6	10	3	6	6	6	0	6	6	6	6
	탄화칼슘	5	7	10	5	7	7	7	7	0	7	7	7
	플루오린화나트륨	1	2	3	2	2	2	2	2	2	0	2	2
	수산화마그네슘	1	3	5	2	3	3	3	3	3	3	0	3
	물	203	198	201	198	195	200	204	197	204	198	200	201
경화제	규산소다	100	150	200	210	150	150	150	150	150	150	150	0
경화제	물	110	110	110	110	110	110	110	110	110	110	110	110

그라우트 조성물의 특성

실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 5에 따라 제조된 그라우트 조성물을 하기 방법에 따라 측정하여 그 결과를 하기 표 2 및 표 3에 각각 나타내었다.

(1) 투수계수(㎝/sec)

KS F 2322 시험방법을 적용하여 측정하였다.

(2) 압축강도(MPA)

경화제와 혼합그라우트액을 배합한 후, 이에 대한 고형화된 구조체(10cm×10cm×10cm)에 KS F 2405 시험방법을 적용하여 측정하였다.

	그라우트 조성물을 주입했을 시의 심도(m)	시공 전의 투수계수	시공 후의 투수계수
실시예 1	3	4.23×10^-4	5.66×10^-7
실시예 1	5	6.58×10^-4	4.67×10^-8
실시예 2	3	4.12×10^-4	5.65×10^-7
실시예 2	5	6.43×10^-4	4.64×10^-8
실시예 3	3	4.25×10^-4	5.63×10^-7
실시예 3	5	6.54×10^-4	4.95×10^-8
실시예 4	3	4.15×10^-4	5.63×10^-6
실시예 4	5	6.34×10^-4	4.95×10^-6
비교예1	3	4.12×10^-4	4.35×10^-5
비교예1	5	5.23×10^-4	6.42×10^-5
비교예2	3	4.65×10^-4	8.45×10^-4
비교예2	5	7.21×10^-4	5.49×10^-5
비교예3	3	4.66×10^-4	4.52×10^-5
비교예3	5	6.54×10^-4	6.57×10^-6
비교예4	3	4.96×10^-4	8.42×10^-5
비교예4	5	6.87×10^-4	5.98×10^-6
비교예5	3	4.11×10^-4	2.15×10^-5
비교예5	5	7.01×10^-4	9.51×10^-6
비교예 6	3	4.21×10^-4	4.87×10^-4
비교예 6	5	6.23×10^-4	6.28×10^-5
비교예 7	3	4.24×10^-4	8.01×10^-4
비교예 7	5	6.33×10^-4	5.05×10^-5
비교예 8	3	4.32×10^-4	4.08×10^-5
비교예 8	5	5.33×10^-4	6.90×10^-6

상기 표 2에서 보는 바와 같이 실시예 1 내지 4의 조성물이 비교예 1 내지 8 보다 침투성이 높아 시공 후의 투수계수가 낮아지는 것을 알수 있다. 이는 그라우팅 시공시 지반의 크랙 사이사이로 충진재가 유입되었기 때문으로 더욱 강화된 지반보강의 효과가 있으며 부실시공의 우려가 없다. 또한, 실시예 1 내지 3이 실시예 4보다 투수계수가 향상되는 것을 알 수 있는데, 이는 실시예 4의 혼합그라우트액대 경화제의 중량비가 1: 0.55 내지 0.91의 중량비를 벗어났기 때문으로 해석된다.

	압축강도(MPA)
실시예1	67.4
실시예2	63.7
실시예3	63.9
실시예4	52.8
비교예1	45.1
비교예2	47.2
비교예3	43.2
비교예4	49.3
비교예5	48.6
비교예6	47.2
비교예7	43.2
비교예8	43.3

상기 표 3에서 보는 바와 같이 실시예 1 내지 4가 비교예 1 내지 8보다 압축강도가 크며 이는 지반보강시 더욱 강한 지반보강 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 또한, 실시예 1 내지 3이 실시예 4보다 압축강도가 향상되는 것을 알 수 있는데, 이는 실시예 4의 혼합그라우트액대 경화제의 중량비가 1: 0.55 내지 0.91의 중량비를 벗어났기 때문으로 해석된다.

실시예 5 내지 9 및 비교예 9 내지 14

하기 표 4에 기재된 메타카올린의 평균입경을 달리 실시하는 것을 제외하고는 시멘트 100중량부 및 시멘트 100중량부에 대하여 나프탈렌 7중량부, 메타카올린 10중량부, CSA 10중량부, 반수석고 6중량부, 탄화칼슘 7중량부, 플루오린화나트륨 2중량부, 수산화마그네슘 3중량부 및 물 200중량부의 함량으로 혼합그라우트액을 제조하였고, 시멘트 100중량부에 대하여 규산소다 100중량부 및 물 110중량부를 제조하여 경화제를 제조한 후, 이를 혼합하여 그라우트 조성물을 제조하였다.

	실시예					비교예
메타카올린의 평균 입경	5	6	7	8	9	9	10	11	12	13	14
메타카올린의 평균 입경	1.2㎛	1.3㎛	1.5㎛	1.6㎛	1.7㎛	0.6㎛	0.8㎛	1.0㎛	1.9㎛	2.1㎛	2.3㎛

실시예 5 내지 9 및 비교예 9 내지 14에 따라 제조된 그라우트 조성물을 상기 압축강도의 측정 방법에 따라 측정하여 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

	압축강도(MPA)
실시예 5	61.4
실시예 6	62.7
실시예 7	62.4
실시예 8	63.7
실시예 9	59.9
비교예 9	52.8
비교예 10	55.2
비교예 11	51.8
비교예 12	56.2
비교예 13	54.2
비교예 14	50.8

상기 표 4 및 5는 메타카오린의 평균입경이 미치는 영향을 알아보기 위한 것으로 이를 비교하기 위해 실시예 5 내지 9 및 비교예 9 내지 14의 성분은 본 발명에 따른 함량으로 실시하였다.

상기 표 5에서 보는 바와 같이 전체적으로 높은 압축강도를 얻을 수 있었고 메타카오린의 평균 입경이 미치는 영향을 볼 때에 상기와 같이 실시예 5 내지 9는 비교예 9 내지 14에 비해 높은 압축강도를 얻을수 있었는데 이것은 상기 실시예는 메타카오린의 평균입경을 1.2 내지 1.7㎛으로 하였을 경우였고 이는 메타카오린의 적절한 평균입경을 갖을 때 포졸란 반응에 가장 적절한 조건이며 이로인해 경화체의 조직을 더욱 치밀하게 함으로써 내구성, 강도, 내화학성을 증진시킴으로써 상기와 같은 압축강도를 얻을 수 있었음을 알 수 있다. 실시예 4 내지 8이 비교예 9 내지 14보다 압축강도가 크며 이는 지반보강시 더욱 강한 지반보강 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.　

Claims

시멘트, 나프탈렌, 메타카올린, CSA, 반수석고, 탄화칼슘, 플루오린화나트륨, 수산화마그네슘 및 물로 이루어진 혼합그라우트액 및 경화제를 포함하는 그라우트 조성물로서,
상기 혼합그라우트액은 시멘트 100중량부에 대하여 나프탈렌 3 내지 10중량부, 메타카올린 5 내지 15중량부, CSA 1 내지 20중량부, 반수석고 1 내지 10중량부, 탄화칼슘 5 내지 10중량부, 플루오린화나트륨 1 내지 3중량부, 수산화마그네슘 1 내지 5중량부 및 물 150 내지 250중량부로 이루어지고,
상기 경화제는 시멘트 100중량부에 대하여 규산소다 100 내지 200중량부 및 물 80 내지 140중량부로 이루어지고,
상기 혼합그라우트액 및 경화제는 혼합그라우트액대 경화제가 1: 0.55 내지 0.91의 중량비로 이루어지고,
상기 메타카올린은 평균입경이 1.2 내지 1.7㎛인 것을 특징으로 하는 그라우트 조성물.
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제1항에 따른 그라우트 조성물을 이용하여 시공하는 그라우팅 시공방법.