KR101161531B1 - 구조물 뒤채움용 경량 기포 유동성 채움재 및 이의 제조방법 - Google Patents

구조물 뒤채움용 경량 기포 유동성 채움재 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

구조물 뒤채움용 경량 기포 유동성 채움재 및 이의 제조방법이 개시된다. 본 발명에 의한 구조물 뒤채움용 경량 기포 유동성 채움재는 석탄회 60 내지 65 중량%, 시멘트 5 내지 10 중량%, 경량 기포제 1 내지 3 중량% 및 물 20 내지 28 중량%를 포함함으로써 화력 발전소에서 부산되는 석탄회를 대량으로 재활용하므로 경제적이고 친환경적이며, 일정한 범위의 유동성을 가져 별도의 다짐 공정이 불필요하고, 소정의 강도를 발현할 수 있어 재굴착이 용이하며, 경량 기포제를 첨가하여 구조물에 가해지는 토압을 경감할 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 구조물 뒤채움용 경량 기포 유동성 채움재의 제조방법은 석탄회와 시멘트를 시공장비에 투입하는 단계, 상기 석탄회와 시멘트를 교반하여 제1 혼합재를 형성하는 단계, 상기 제1 혼합재에 물을 첨가하고 교반하여 제2 혼합재를 형성하는 단계, 상기 제2 혼합재에 경량 기포제와 물을 첨가하고 교반하여 최종 혼합재인 경량 기포 유동성 채움재를 형성하는 단계를 포함함으로써 별도의 다짐 공정이 요구되지 않아 시공비를 절감할 수 있으며, 경량 기포 유동성 채움재의 구성 성분 중 하나인 물을 분리 첨가하여 재굴착이 용이하면서 소정의 강도가 발현되어 구조적으로 안정한 구조물을 시공할 수 있다.

Description

구조물 뒤채움용 경량 기포 유동성 채움재 및 이의 제조방법{Light-weight foamed flowable fills for a structural backfills and method of manufacturing the same}
본 발명은 구조물 뒤채움용 경량 기포 유동성 채움재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 경량 기포제와 석탄회를 최적으로 배합하여 구조물에 작용하는 하중을 저감하기 위한 뒤채움재로 사용할 수 있는 구조물 뒤채움용 경량 기포 유동성 채움재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
국내 전력 생산의 약 65%는 화력 발전에 의존하고 있다. 화력 발전소에서 부산되고 있는 석탄회는 연간 약 600만 톤이며, 이 중 약 75%의 석탄회는 콘크리트, 비료, 성토/복토 등의 용도로 재활용되나, 나머지 25%의 석탄회는 매립되는 실정이다. 현재 누적된 석탄회의 매립량은 약 7200만 톤으로, 그 양은 해마다 점점 증가하고 있어 가까운 미래에 석탄회 매립장 용량이 포화 상태에 이를 것으로 전망되는 바, 석탄회의 재활용 방안을 모색할 필요성이 존재한다.
한편, 터널과 같은 지하 구조물은 시공 과정 또는 이를 유지 관리하는 과정에서 콘크리트 라이닝(lining)과 지반 사이에 공동부가 형성되며, 상기 배면 공동부로 인하여 지하 구조물에 국부적으로 응력집중이 발생되어 라이닝의 크랙, 누수, 변형 등 구조물의 변형이 야기되는 문제점이 있었다. 또한, 천연 동굴이나 폐광산과 같이 자연적 또는 인위적으로 발생된 지하 공동에 의해 지표 침하 등 지상 구조물에 심각한 피해가 발생하는 문제점이 있었다.
이에 대한 대책으로, 채움재를 이용하여 지하 구조물에 존재하는 공동부를 채움으로써 구조물에 미치는 지반 하중을 구조물 전체에 균등하게 분포시키며, 구조물과 지반을 일체화하고, 구조물의 아칭 효과(arching effect)를 극대화하기 위한 시도들이 계속되었다.
상기 채움재로는 모르타르이나 시멘트 밀크에 공기를 주입하여 양호한 유동성을 가지는 에어 모르타르/에어 밀크 채움재, 고분자계 약액의 일종인 발포우레탄 채움재, 겔타입 조절이 가능한 물유리계 및 고분자계 시멘트의 일종인 폴리머 시멘트계 채움재 등을 들 수 있다. 그러나, 상기의 채움재들은 시공 과정에서 별도의 다짐 공정을 수행해야 하는 번거로움이 있었으며, 다짐의 정도에 따라 지반의 강도가 불균일하며, 원형관을 포함하는 구조물의 경우 다짐 공정을 제대로 수행하기 어려워 침하 발생 등 구조물에 위험이 발생할 가능성이 상존하는 문제점이 있었다.
본 발명자들은 석탄회를 활용하여 경량 유동성 채움재를 제조하였는 바, 이는 대한민국 공개특허 제10-2011-0045862호에 개시되어 있다. 상기 경량 유동성 채움재는 공유 수면을 매립하기 위한 매립토로서의 활용도는 매우 우수하나, 단위 중량이 무거워 구조물의 채움재로 이용하는 경우 상기 구조물에 가해지는 토압으로 인해 구조물이 붕괴될 우려가 있으므로, 구조물의 채움재로서의 활용도는 극히 미미한 실정이다.
이에 본 발명의 제1 목적은 석탄회와 경량 기포제를 혼합하여 자원 재활용의 효과가 있으며, 단위 중량이 가벼워 구조물 뒤채움 용도에 적합한 경량 기포 유동성 채움재를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 제2 목적은 경량 기포 유동성 채움재의 구성 성분 중 하나인 물을 분리 첨가하여 재굴착이 용이하면서 소정의 강도가 발현될 수 있는 구조물 뒤채움용 경량 기포 유동성 채움재의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명은 석탄회 60 내지 65 중량%, 시멘트 5 내지 10 중량%, 경량 기포제 1 내지 3 중량% 및 물 20 내지 28 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기의 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명은 석탄회와 시멘트를 시공장비에 투입하는 단계, 상기 석탄회와 시멘트를 교반하여 제1 혼합재를 형성하는 단계, 상기 제1 혼합재에 물을 첨가하고 교반하여 제2 혼합재를 형성하는 단계, 상기 제2 혼합재에 경량 기포제와 물을 첨가하고 교반하여 최종 혼합재인 경량 기포 유동성 채움재를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 구조물 뒤채움용 경량 기포 유동성 채움재는 화력 발전소에서 부산되는 석탄회를 대량으로 재활용하므로 경제적이고 친환경적이며, 경량 기포제를 첨가하여 구조물에 가해지는 토압을 경감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 구조물 뒤채움용 경량 기포 유동성 채움재의 제조방법은 별도의 다짐 공정이 요구되지 않아 시공비를 절감할 수 있으며, 경량 기포 유동성 채움재의 구성 성분 중 하나인 물을 분리 첨가하여 재굴착이 용이하면서 소정의 강도가 발현되어 구조적으로 안정한 구조물을 시공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 구조물 뒤채움용 경량 기포 유동성 채움재의 제조방법을 나타내는 공정 순서도이다.
도 2a 내지 도 2c는 매립회와 비회의 배합비에 따른 일축압축강도를 나타내는 그래프들이다.
도 3a 내지 도 3c는 매립회와 비회의 배합비에 따른 플로우값을 나타내는 그래프들이다.
도 4a 내지 도 4c는 시멘트 첨가 비율에 따른 일축압축강도를 나타내는 그래프들이다.
도 5a 내지 도 5c는 경량 기포제 첨가 비율에 따른 투수계수를 나타내는 그래프들이다.
도 6a 내지 도 6c는 경량 기포제 첨가 비율에 따른 단위 중량을 나타내는 그래프들이다.
도 7a 내지 도 7c는 물의 함량비에 따른 건조수축률을 나타내는 그래프들이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함하여 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 구조물 뒤채움용 경량 기포 유동성 채움재의 제조방법을 나타내는 공정 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 구조물 뒤채움용 경량 기포 유동성 채움재는 석탄회와 시멘트를 시공장비에 투입하는 단계, 상기 석탄회와 시멘트를 교반하여 제1 혼합재를 형성하는 단계, 상기 제1 혼합재에 물을 첨가하고 교반하여 제2 혼합재를 형성하는 단계, 상기 제2 혼합재에 경량 기포제와 물을 첨가하고 교반하여 최종 혼합재인 경량 기포 유동성 채움재를 형성하는 단계를 통하여 제조된다. 이 때, 제1 혼합재에 첨가되는 물과 제2 혼합재에 첨가되는 물은 각각 최종 혼합재가 포함하는 물의 50%인 것을 특징으로 한다.
이를 통해 제조된 경량 기포 유동성 채움재는 석탄회 60 내지 65 중량%, 시멘트 5 내지 10 중량%, 경량 기포제 1 내지 3 중량% 및 물 20 내지 28 중량%를 포함한다.
상기 석탄회는 일반적으로 석탄이 소각 또는 연소된 후, 남게 되는 부산물로서, 석탄회의 발생 위치에 따라 저회(바텀 애시, bottom ash), 비회(플라이 애시, fly ash), 신더 애시(cinder ash), 이들의 혼합물 등으로 구분할 수 있다.
본 발명에서는 석탄회 재활용의 관점에서 석탄회를 매립회와 비회를 포함하는 용어로 사용하기로 한다. 여기서 매립회와 비회는 채집 장소 및 포졸란 반응의 완료 여부에 따라 구분된다. 매립회(Pond Ash, 이하 P.A)란, 포졸란 반응이 완료되어 회사장에 버려진 회를 의미하는 것으로, 저회가 대부분을 차지하나, 비회가 일부 포함될 수 있다. 단, 여기에 포함된 비회는 포졸란 반응이 완료된 것을 특징으로 한다. 또한, 비회(fly ash, 이하 F.A)란, 화력발전소에서 석탄이 소각 또는 연소된 후 집진기에서 채취한 것으로서, 포졸란 반응이 완료되지 않은 회를 의미한다.
상기와 같이 매립회와 비회를 포함하는 석탄회를 시멘트와 함께 시공장비에 투입한다. 상기 시멘트는 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 구조물의 종류 및 용도에 따라 중용열 시멘트, 조강 시멘트, 저열 시멘트 등 다양한 시멘트를 사용할 수 있다. 상기 투입되는 석탄회와 시멘트의 양은 최종 혼합재 대비 석탄회 60 내지 65 중량%, 시멘트 5 내지 10 중량%인 것이 바람직하다.
또한, 구조물의 뒤채움 용도로 활용하기 위해서는 재굴착이 용이하면서 구조물 뒤채움시 소정의 강도를 발현하는 것이 필요하고, 점성이 크거나 유동성이 작은 상태에서는 채움재를 별도의 다짐장비 없이 구석구석까지 채우는 것이 불가능하므로, 일정 범위의 유동성을 가져야 한다. 따라서, 양자의 조건을 만족하며, 구조물 뒤채움재로 활용할 수 있는 경량 기포 유동성 채움재의 매립회와 비회의 최적 배합비는 30 : 70 내지 70 : 30 인 것이 바람직하다.
매립회와 비회가 혼합된 석탄회 만으로는 소정의 강도가 발현되지 못하며, 일정량의 시멘트 첨가가 필요하다. 그러나, 석탄회 재활용의 효율성과 경제성을 고려하여 시멘트량의 첨가는 최소화하는 것이 바람직하다. 따라서, 소정의 강도가 발현될 수 있는 값의 범위 내에서 자원의 재활용 측면을 고려하였을 때, 최적의 시멘트 배합비는 5 내지 10 중량% 인 것이 바람직하다.
상기 석탄회와 시멘트를 교반하여 제1 혼합재를 형성하며, 여기에 일정량의 물을 첨가하고 교반하여 제2 혼합재를 형성한다. 이 때, 첨가되는 물은 최종 형성되는 경량 기포 유동성 채움재에 포함되는 물의 50%일 수 있다.
이후, 상기 제2 혼합재에 경량 기포제와 일정량의 물을 첨가하고 교반하여 최종 혼합재를 형성한다. 상기 제1 혼합재 형성을 위한 교반 시간은 2분 이내, 물을 첨가하는 상기 제2 혼합재와 최종 혼합재 형성을 위한 교반 시간은 1분 내지 3분인 일 수 있다. 이중에서도, 제1 혼합재 형성을 위한 교반 시간은 약 1분, 물이 포함되는 제2 혼합재 형성을 위한 교반 시간 및 최종 혼합재 형성을 위한 교반 시간은 약 2분인 것이 경량 기포 유동성 채움재가 가장 우수한 공학적 성질을 가질 수 있어 바람직하다.
이 때, 첨가되는 물은 제2 혼합재 형성시 첨가되는 물과 동일한 양일 수 있다. 상기와 같이 물을 단계적으로 나누어 첨가함으로써, 경량 기포 유동성 채움재의 강도를 용이하게 조절할 수 있으며, 구조물 뒷채움재로 활용하기 위해 필요한 소정의 강도 발현에 유리하다.
경량 기포제는 구조물 뒤채움재로 활용되는 경우, 경량성 확보를 위해 사용할 수 있다. 경량 기포제를 첨가하여 구조물에 가해지는 토압을 경감할 수 있다.
상기 경량 기포제는 고분자 기포제를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 동물성 기포제, 식물성 기포제 등 일반적으로 사용되는 다양한 기포제를 이용할 수 있다.
상기 경량 기포제는 우기시 양압에 의한 히빙(heaving) 현상을 방지할 수 있으며, 경화 후 물의 증발에 의한 단위 중량 감소를 고려하여 그 양을 설정하여야 하는 바, 상기의 조건들을 고려하였을 때 첨가되는 경량 기포제는 전체 중량 대비 1 내지 3 중량%인 것이 바람직하다.
일반적으로, 두 단계로 나누어 첨가되는 물은 경량 기포 유동성 채움재의 체적 변화로 인한 건조수축과 관련하여 그 함량을 결정한다. 일반적으로, 지반에서 발생하는 침하량은 자중에 의한 침하와 건조수축에 의한 침하로 분류할 수 있는 바, 건조수축에 의한 침하량이 미치는 영향이 크고, 지반의 강도 저하를 야기시키므로, 이를 고려하여야 한다.
따라서, 두 단계로 나누어 첨가되는 물은 경량 기포 유동성 채움재를 구성하는 타 요소들의 적절한 배합비가 설정된 상태인 경우, 전체 중량 대비 20 내지 28 중량%인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실험 재료 및 배합비>
가. 실험 재료
본 실험에서는 영흥 화력발전본부에서 부산된 석탄회를 사용하였다. 회사장에 매립된 매립회(Pond Ash, P.A)를 주로 사용하였고, 비회(Fly ash, F.A)의 경우 재활용률이 낮은 잔사회를 사용하였다. 일반적으로, 석탄회는 탄종별, 산지별, 연소 방식별, 저장 방법별, 이송 수단별로 공학적 성질이 달라 성분이 불균질한 바, 공학적 성질을 표준화한 상태에서 시험을 수행하기 위해 체 분석을 통하여 크기가 4.75mm(No.4 체) 이하인 석탄회만을 사용하였다. 한편, 시멘트는 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 경량 기포제는 폴리아크릴레이드 계통의 고분자 기포제(A-PEM F?, (주)지스코)를 사용하였다. 이 때, 경량 기포제는 물에 일정 비율로 희석한 후, 공기압을 가해 사전에 발포시켜 사용하였다. 실험에 사용한 석탄회, 시멘트 및 경량 기포제의 물리적·화학적 특성은 하기의 표와 같다.
석탄회의 물리적·화학적 특성
물리적 특성
비중 강열감량(L.O.I)(%)
P.A F.A P.A F.A
1.84 2.23 6.78 3.12
화학적 특성(%)
성분 P.A F.A 성분 P.A F.A
Sio2 50.6 52.8 Al2O3 24.7 22.7
Fe2O3 11.5 9.28 CaO 5.91 7.43
K2O 1.75 2.33 TiO2 1.72 1.55
MgO 0.85 1.17 Na2O 0.37 0.57
시멘트의 물리적 특성
분말도
(m2/kg)		 비중 안정성
(%)		 압축 강도(kPa)
3일 7일 28일
348.8 3.15 0.08 21,966 30,204 39,618
초결시간 (min) 231
종결시간 (min) 407
기포제의 물리적 특성
색상 점성(CPS) pH 계면활성제(%) 어는점() 비중
암갈색 500～1000 7 없음 -5 1.12～1.20
나. 배합비
구조물에 작용하는 하중을 저감시키기 위한 뒤채움재를 개발하기 위해, 경량기포제와 석탄회(매립회 및 저회), 시멘트를 배합하였다. 구체적으로, 시멘트량의 범위를 전체 중량 대비 약 4.8 ~ 9 중량%로 선정하였고, 2% 단위로 증가시켜 3가지 경우의 시멘트량으로 구분하였다. 매립회(P.A) 또는 비회(F.A)의 증가에 따른 영향을 파악하기 위해 매립회와 비회의 배합비는 상대적인 중량비 100 : 0, 70 : 30, 50 : 50, 30 : 70, 0 : 100의 5가지 경우로 분류하였다. 또한, 물의 함량(이하, 함수비)은 전체 중량 대비 26.5%, 28%, 29.5%로, 경량 기포제의 함량(이하, 기포비)은 전체 중량 대비 2%, 3%, 4% 각각 3가지씩의 경우로 총 135가지 경우의 15개 군으로서 선정하였다.
기포비 약 2 중량%인 경우
구분 배합비(%)
기포비 2%
PA:FA 구성 함수비 26.5% 함수비 28% 함수비 29.5%
시멘트비 5% 시멘트비 7% 시멘트비 9% 시멘트비 4.9% 시멘트비 6.9% 시멘트비 8.8% 시멘트비 4.8% 시멘트비 6.8% 시멘트비 8.7%
100:0 P.A 65.6 64.2 62.9 64.7 63.4 62.1 63.8 62.5 61.3
F.A 0 0 0 0 0 0 0 0 0
물(W) 27.5 26.9 26.4 28.5 27.9 27.4 29.5 28.9 28.3
시멘트(C) 4.9 6.9 8.8 4.9 6.8 8.7 4.8 6.7 8.6
기포제(F) 2.0 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.8
총합 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
70:30 P.A 46.0 45.0 44.1 45.3 44.4 43.5 44.7 43.8 43.0
F.A 19.6 19.2 18.8 19.3 18.9 18.6 19.1 18.7 18.3
물(W) 27.5 26.9 26.4 28.5 27.9 27.4 29.5 28.9 28.3
시멘트(C) 4.9 6.9 8.8 4.9 6.8 8.7 4.8 6.7 8.6
기포제(F) 2.0 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.8
총합 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
50:50 P.A 32.8 32.1 31.5 32.4 31.7 31.1 31.9 31.3 30.7
F.A 32.8 32.1 31.5 32.4 31.7 31.1 31.9 31.3 30.7
물(W) 27.5 26.9 26.4 28.5 27.9 27.3 29.5 28.9 28.3
시멘트(C) 4.9 6.9 8.8 4.9 6.8 8.7 4.8 6.7 8.6
기포제(F) 2.0 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.8
총합 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
30:70 P.A 19.6 19.2 18.8 19.3 18.9 18.6 19.1 18.7 18.3
F.A 46.0 45.0 44.1 45.3 44.4 43.5 44.7 43.8 43.0
물(W) 27.5 26.9 26.4 28.5 27.9 27.4 29.5 28.9 28.3
시멘트(C) 4.9 6.9 8.8 4.9 6.8 8.7 4.8 6.7 8.6
기포제(F) 2.0 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.8
총합 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
0:100 P.A 0 0 0 0 0 0 0 0 0
F.A 65.6 64.2 62.9 64.7 63.4 62.1 63.8 62.5 61.3
물(W) 27.5 26.9 26.4 28.5 27.9 27.4 29.5 28.9 28.3
시멘트(C) 4.9 6.9 8.8 4.9 6.8 8.7 4.8 6.7 8.6
기포제(F) 2.0 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.9 1.8
총합 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
기포비 약 3 중량%인 경우
구분 배합비(%)
기포비 3%
PA:FA 구성 함수비 26.5% 함수비 28% 함수비 29.5%
시멘트비 5% 시멘트비 7% 시멘트비 9% 시멘트비 4.9% 시멘트비 6.9% 시멘트비 8.7% 시멘트비 4.8% 시멘트비 6.7% 시멘트비 8.6%
100:0 P.A 64.9 63.6 62.3 64.0 62.8 61.5 63.2 61.9 60.7
F.A 0 0 0 0 0 0 0 0 0
물(W) 27.2 26.7 26.1 28.2 27.7 27.1 29.2 28.6 28.1
시멘트(C) 4.9 6.8 8.7 4.8 6.7 8.6 4.8 6.7 8.5
기포제(F) 2.9 2.9 2.8 2.9 2.8 2.8 2.9 2.8 2.7
총합 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
70:30 P.A 45.5 44.6 43.7 44.9 44.0 43.1 44.3 43.4 42.6
F.A 19.4 19.0 18.6 19.1 18.8 18.4 18.9 18.5 18.1
물(W) 27.2 26.7 26.1 28.2 27.7 27.1 29.2 28.6 28.1
시멘트(C) 4.9 6.8 8.7 4.8 6.7 8.6 4.8 6.7 8.5
기포제(F) 2.9 2.9 2.8 2.9 2.8 2.8 2.9 2.8 2.7
총합 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
50:50 P.A 32.5 31.8 31.2 32.0 31.4 30.8 31.6 31.0 30.4
F.A 32.5 31.8 31.2 32.0 31.4 30.8 31.6 31.0 30.4
물(W) 27.2 26.6 26.1 28.2 27.6 27.1 29.2 28.6 28.0
시멘트(C) 4.9 6.8 8.7 4.8 6.7 8.6 4.7 6.6 8.5
기포제(F) 2.9 2.9 2.8 2.9 2.8 2.8 2.8 2.8 2.7
총합 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
30:70 P.A 19.4 19.0 18.6 19.1 18.8 18.4 18.9 18.5 18.1
F.A 45.5 44.6 43.7 44.9 44.0 43.1 44.3 43.4 42.6
물(W) 27.2 26.7 26.1 28.2 27.7 27.1 29.2 28.6 28.1
시멘트(C) 4.9 6.8 8.7 4.8 6.7 8.6 4.8 6.7 8.5
기포제(F) 2.9 2.9 2.8 2.9 2.8 2.8 2.9 2.8 2.7
총합 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
0:100 P.A 0 0 0 0 0 0 0 0 0
F.A 64.9 63.6 62.3 64.0 62.8 61.5 63.2 61.9 60.7
물(W) 27.2 26.7 26.1 28.2 27.7 27.1 29.2 28.6 28.1
시멘트(C) 4.9 6.8 8.7 4.8 6.7 8.6 4.8 6.7 8.5
기포제(F) 2.9 2.9 2.8 2.9 2.8 2.8 2.9 2.8 2.7
총합 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
기포비 약 4 중량%인 경우
구분 배합비(%)
기포비 4%
PA:FA 구성 함수비 26.5% 함수비 28% 함수비 29.5%
시멘트비 4.9% 시멘트비 6.9% 시멘트비 8.7% 시멘트비 4.8% 시멘트비 6.7% 시멘트비 8.6% 시멘트비 4.8% 시멘트비 6.7% 시멘트비 8.5%
100:0 P.A 64.3 63.0 61.8 63.4 62.2 60.9 62.6 61.3 60.2
F.A 0 0 0 0 0 0 0 0 0
물(W) 27.0 26.4 25.9 28.0 27.4 26.9 28.9 28.4 27.8
시멘트(C) 4.8 6.8 8.6 4.8 6.7 8.5 4.7 6.6 8.4
기포제(F) 3.9 3.8 3.7 3.8 3.7 3.7 3.8 3.7 3.6
총합 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
70:30 P.A 45.1 44.2 43.3 44.5 43.6 42.7 43.9 43.0 42.2
F.A 19.2 18.8 18.5 19.0 18.6 18.2 18.7 18.3 18.0
물(W) 27.0 26.4 25.9 28.0 27.4 26.9 28.9 28.4 27.8
시멘트(C) 4.8 6.8 8.6 4.8 6.7 8.5 4.7 6.6 8.4
기포제(F) 3.9 3.8 3.7 3.8 3.7 3.7 3.8 3.7 3.6
총합 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
50:50 P.A 32.2 31.5 30.9 31.7 31.1 30.5 31.3 30.7 30.1
F.A 32.2 31.5 30.9 31.7 31.1 30.5 31.3 30.7 30.1
물(W) 26.9 26.4 25.9 27.9 27.4 26.8 28.9 28.3 27.8
시멘트(C) 4.8 6.8 8.6 4.8 6.7 8.5 4.7 6.6 8.4
기포제(F) 3.9 3.8 3.7 3.8 3.7 3.7 3.8 3.7 3.6
총합 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
30:70 P.A 19.2 18.8 18.5 19.0 18.6 18.2 18.7 18.3 18.0
F.A 45.1 44.2 43.3 44.5 43.6 42.7 43.9 43.0 42.2
물(W) 27.0 26.4 25.9 28.0 27.4 26.9 28.9 28.4 27.8
시멘트(C) 4.8 6.8 8.6 4.8 6.7 8.5 4.7 6.6 8.4
기포제 3.9 3.8 3.7 3.8 3.7 3.7 3.8 3.7 3.6
총합 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
0:100 P.A 0 0 0 0 0 0 0 0 0
F.A 64.3 63.0 61.8 63.4 62.2 60.9 62.6 61.3 60.2
물(W) 27.0 26.4 25.9 28.0 27.4 26.9 28.9 28.4 27.8
시멘트(C) 4.8 6.8 8.6 4.8 6.7 8.5 4.7 6.6 8.4
기포제(F) 3.9 3.8 3.7 3.8 3.7 3.7 3.8 3.7 3.6
총합 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0 100.0
<일축압축강도 실험>
구조물 뒤채움재는 구조물 보수 등의 이유로 향후 재굴착을 해야 하는 경우가 발생할 수 있으므로 재굴착이 용이하여야 한다. 일축압축강도는 이러한 재굴착의 가능 여부를 판단할 수 있는 기준이 된다. 재굴착이 용이한 구조물 뒤채움용 경량 기포 유동성 채움재의 강도 기준은 국외의 경우 0.35 내지 0.70MPa(50～100psi)[ASTM(2002)] 또는 1.05MPa 이하[Amon(1990)]의 값을 제시하고 있다. 한편, 국내의 경우 재굴착의 강도 기준에 대해 별도로 제시된 바가 없으나, 다만 현장 타설용 경량 기포 콘크리트에 대해 약 0.8MPa이상(비중별 상이)으로 규정하고 있다[KS F 4039]. 또한, 경량 기포 콘크리트가 구조물의 뒤채움재로 사용되는 경우 0.1 내지 1MPa[건설교통부(1996), 재령 28일 강도 기준] 또는 0.3MPa[한국도로공사(2001)] 이상으로 규정하고 있다. 따라서, 상기 선행 연구결과를 바탕으로 본 발명의 기준 일축압축강도는 재굴착이 용이하면서 구조물 뒤채움시 소정의 강도가 발현될 수 있는 범위를 0.8 내지 1.2MPa로 설정하여 실험을 실시하였다.
본 실험 방법은 ASTM D 4832-02에 의거하여 실시하였다. 경량 기포 유동성 채움재를 배합한 후 슬러리 상태로 공시체에 주입하여 Φ100mm×200mm의 공시체를 배합비별로 각각 15개씩 제작하였다. 완성된 공시체는 72시간 동안 초기양생을 실시한 후 탈형하여 24±5℃의 수조에서 수중양생을 실시하였으며, 재령별 3일, 7일, 14일, 28일로 3개의 공시체의 일축압축강도를 측정하였다. 재하 하중 용량이 3톤인 변위제어 방식의 만능재료시험기를 이용하였으며, 재하 속도는 1mm/min로 설정하였다.
<플로우(flow) 실험>
플로우 실험은 경량 기포 유동성 채움재의 유동성(flowability)을 파악하기 위한 실험으로서 트렌치, 옹벽, 교대 등 구조물의 뒤채움용으로 사용 가능한지 여부를 판단하는 기준이 된다. 경량 기포 유동성 채움재가 구조물의 뒤채움용으로 사용되기 위해서는 트렌치 바닥면 또는 벽체를 따라 소정의 길이만큼 흘러야 한다.
따라서, 점성이 크거나 유동성이 작은 상태에서는 채움재를 별도의 다짐장비 없이 구석구석까지 채우는 것이 불가능하다. 구조물의 뒤채움재로 활용하기 위한 경량 유동성 채움재의 적정한 플로우값의 범위로, 고유동성의 기준으로 8in(20cm)이상을 제시하고 있다[미국 콘크리트 학회(American Concrete Institute, ACI committe 229 report(1994))]. 따라서, 본 실험에서는 플로우값의 고유동성 기준을 20cm 이상으로 선정하였다.
본 실험방법은 ASTM D 6103에 의거하여 실시하였다. 시료를 믹싱기로 혼합시킨 후, 5분 이내에 직경 75mm, 높이 150mm의 원형실린더에 채우고, 높이 30cm까지 24초에 걸쳐 실린더를 상승시켜 퍼진 시료의 최대 반경과 이에 수직한 반경을 측정하여 평균을 산출하였다. 측정 횟수는 1회로 하고, 플로우 양 지름의 측정 차이가 5cm 이상인 경우는 재실험하였다.
<투수계수 실험>
삼축투수 실험은 각 배합조건별로 투수 시험을 실시하여 구조물 뒤채움 용도에 적합한 이상적인 배합비를 도출하기 위하여 시행된다. 차수성의 확보를 위하여 그 범위를 불투성의 판단 기준인 10-4cm/sec 이하로 설정하였다. 투수계수 실험은 ASTM D 5084-90의 유연벽 투수시험(flexible wall permeameter test)방법에 준하여 실시하였다. 본 실험방법은 삼축압축실험기를 이용하여 수행되었다. 제작한 공시체를 멤브레인으로 씌운 다음, 고무링으로 상부 및 하부 캡과 멤브레인을 고정시키고, 공시체와 시험기 내벽 사이를 물로 채웠다. 물이 하부에서 상부로 이동할 수 있도록 압력조절 장치에 연결시키고, 동수경사를 구속압과 주입압을 조절하여 고정한 다음 실험을 실시하였다.
<단위 중량 실험>
단위 중량 실험은 경량 기포 유동성 채움재의 기본적인 물리적 성질로서, 경량성 여부를 판단하는데 중요한 기준이다. 지지력 산정, 다짐 정도, 최적 배합비를 파악하는데 사용하며, 배합설계시 이를 고려한다.
구조물 뒤채움용 경량 기포 콘크리트의 단위 중량을 약 4 내지 14kN/m3 [토목공법사전편집위원회(1988), 건설교통부(1997)]로 제시하고 있으며, KS 규격에서는 현장타설용 기포 콘크리트에 대해 종류(품)에 따라 차이가 있으나, 대략 3.9kN/m3이상으로 규정하고 있다[KS F 4039]. 이를 바탕으로 본 발명에서는 우기시 양압에 의한 히빙(heaving) 현상을 방지할 수 있는 범위와, 경화 후 함수비 증발에 의한 단위 중량 감소를 고려하여 약 12 내지 15kN/m3 을 기준으로 선정하였다.
본 실험방법은 KS F 4039에 의거하여 실시하였으며, 미경화 상태의 경량 기포 유동성 채움재를 1000ml 비커에 담아 남은 부분을 수평으로 제거한 후, 비커 질량을 제외한 질량을 측정하였다. 측정된 질량을 비커의 체적으로 나눠 단위 중량을 측정하였다.
<건조수축 실험>
건조수축 실험은 경량 기포제를 혼합한 경량 기포 유동성 채움재의 체적 변화로 인한 건조수축의 영향을 평가하는 것이다. 일반적으로, 지반에서 발생하는 침하량은 자중에 의한 침하와 건조수축에 의한 침하로 분류할 수 있는 바, 건조수축에 의한 침하량이 미치는 영향이 크고, 지반의 강도 저하를 야기하므로, 건조수축 실험은 구조물 뒤채움용으로 활용할 수 있는지 여부를 평가하는 중요한 요소 중 하나이다.
국내에서 생산되는 경량 기포 콘크리트를 활용한 재료의 경우, 건조수축량 기준은 약 0.2~0.45 중량%이다. 이를 참조하여, 적정한 건조수축량을 가지는 재료의 배합비를 산정할 필요가 있다.
본 실험방법은 KS F 2424 규정의 모르타르 및 콘크리트의 길이 변화 시험방법에 의거하여 실시하였으며, 양생 일주일 후부터는 일주일에 한 번씩 길이 변화를 측정하였다.
매립회와 비회의 최적 배합비
도 2a 내지 도 2c는 매립회와 비회의 배합비에 따른 일축압축강도를 나타내는 그래프들이다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 목표치인 0.8 내지 1.2MPa을 만족하는 경우는 기포비와 함수비에 관계없이 매립회와 비회의 혼합비율(P.A : F.A)이 70 : 30인 경우와, 50 : 50인 경우에서 나타났다. 그 밖에도, 매립회와 비회의 혼합비율(P.A : F.A) 30 : 70에서는 기포비 4 중량%, 함수비 26.5 중량%, 시멘트비 7 중량%인 경우, 0 : 100에서는 기포비 3 중량%, 함수비 26.5 중량%, 28 중량%, 시멘트비 5 중량%, 7 중량%인 경우 등에서 확인할 수 있다.
이 중에서도, 기준 일축압축강도(재령 28일 기준 0.8 내지 1.2MPa)를 만족하며 시멘트량과 기포비를 최소화하고, 비회(F.A)에 비해 재활용되지 않는 매립회(P.A)량이 가장 큰 경우를 최적배합비로 고려할 때, 석탄회 65 중량% 중 매립회와 비회의 혼합비율 70(45 중량%): 30(20 중량%), 시멘트 5 중량%, 기포비 2 중량%, 함수비 28 중량% 인 배합 조건(기준 일축압축강도 0.82MPa)이 재굴착의 용이성 및 소정의 강도 발현에 최적 배합비인 것을 알 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 매립회와 비회의 배합비에 따른 플로우값을 나타내는 그래프들이다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 기포비 3 중량%, 4 중량%인 경우에는 매립회와 비회의 혼합비율과 무관하게 플로우값이 기준값인 20cm를 초과하였으며, 기포비 2 중량%인 경우는, 매립회와 비회의 혼합비율이 50 : 50, 30 : 70, 0 : 100일 때, 기준값을 만족하였다. 또한 기포비 2 중량%, P.A : F.A=70 : 30 인 경우는 함수비 29.5 중량%인 경우와 함수비 28 중량%, 시멘트비 5 중량%인 경우에 기준값을 만족하였다.
전반적인 경향은 매립회와 비회를 혼합하여 사용한 경우가 매립회 또는 비회만을 사용한 경우보다 플로우값이 컸으며, 매립회만을 사용한 경우는 기준값에 미달하였다. 매립회와 비회를 혼합하는 경우도 비회의 상대적인 비율이 더 큰 P.A : F.A = 30 : 70인 경우가 P.A : F.A = 50 : 50인 경우에 비해 전반적으로 더 크거나 동일하게 나타남을 확인할 수 있다. 이는 비회 입자가 매립회에 비해 상대적으로 작아서 믹싱(mixing)이 용이하기 때문인 것으로 판단된다.
이에 비해 다공성인 매립회만을 사용하는 경우, 소량의 시멘트를 첨가하는 것만으로 적정한 플로우값을 얻을 수 없는 것으로 나타났다. 또한, 비회만을 사용하는 경우에도 점성이 지나치게 커서 끈끈한 상태이므로, 매립회를 혼합하여 사용하는 경우보다 플로우값이 작은 것을 확인할 수 있다.
상기와 같이 석탄회를 구성하는 매립회와 비회의 일축압축강도 및 플로우값을 비교하였을 때, 양자의 조건을 만족하며, 구조물 뒤채움재로 활용할 수 있는 경량 기포 유동성 채움재의 매립회와 비회의 최적 배합비는 30 : 70 내지 70 : 30 인 것을 알 수 있다.
시멘트의 최적 배합비
도 4a 내지 도 4c는 시멘트 첨가 비율에 따른 일축압축강도를 나타내는 그래프들이다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 구조물 뒤채움 용도로 경량 기포 유동성 채움재를 활용하기 위한 최적 배합비를 산정하기 위하여 각 구성요소를 배합하여 예비시험을 실시한 결과, 매립회와 비회가 혼합된 석탄회 만으로는 소정의 일축압축강도가 발현되지 못하여 일정량의 시멘트 첨가가 필요한 것으로 나타났다. 그러나, 자원 재활용의 효율성과 경제성을 고려하여 시멘트량의 첨가는 최소화하는 것이 바람직하다.
시멘트비에 따른 일축압축강도의 변화를 살펴보기 위해 기포비를 고정시킨 후, 시멘트비를 증가시켜 실험을 수행하였다. 시멘트비가 약 5%에서 7%로 증가함에 따라 일축압축강도는 기포량 2%일 경우 약 100 내지 1100kPa, 기포량 3%일 경우 약 380 내지 1100kPa, 기포량 4%일 경우 약 200 내지 800kPa 증가하였다. 따라서, 평균적으로 시멘트비를 2% 증가시킬 때마다 일축압축강도는 약 10 내지 800kPa 정도 증가함을 확인할 수 있다.
따라서, 시멘트비는 중량 대비 높은 값을 가질수록 소정의 일축압축강도를 발현하는 데 유리하나, 자원의 재활용의 효율성과 경제성을 고려하였을 때, 최적의 시멘트 배합비는 5 내지 10 중량% 인 것이 바람직하다.
경량 기포제의 최적 배합비
도 5a 내지 도 5c는 경량 기포제 첨가 비율에 따른 투수계수를 나타내는 그래프들이다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 기포비 2 중량%, 함수비 29.5 중량%, 시멘트 9.0 중량%, 매립회와 비회의 혼합비 100 : 0일 때 1.18×E-6로 가장 낮게 나타나고 있고, 기포비 4 중량%, 함수비 26.5 중량%이고 시멘트 5 중량%, 매립회와 비회의 혼합비 100 : 0일 때 1.17×E-3로 가장 높게 나타나고 있어 함수비, 시멘트비, 매립회와 저회의 비에 따라 일반적인 풍화토의 투수계수 범위에서 점토의 투수계수 범위까지 다양하게 나타남을 확인할 수 있다. 또한, 기포비의 영향을 살펴보기 위해 함수비를 고정 시킨 후, 경량 기포제를 첨가하여 중량비를 약 2% 내지 4% 범위 내에서 증가시키는 경우, 경량 기포제의 혼합이 2%에서 4%로 증가함에 따라 공시체의 투수계수도 이에 따라 증가함을 확인할 수 있다. 이를 통해 경량 유동성 기포제가 다량 혼합될수록 투수성이 증가한다는 것을 알 수 있다.
그러나, 구조물의 뒤채움 용도로 활용하기 위해서는 물을 차단하는 성질을 확보하여야 한다. 따라서, 이를 위하여 그 범위를 불투성의 판단 기준인 10-4cm/sec 이하로 설정하였는 바, 기포비가 3 중량% 이내인 경우 상기 조건을 만족함을 확인할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 경량 기포제 첨가 비율에 따른 단위 중량을 나타내는 그래프들이다.
도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 경량 기포제 첨가 비율(2, 3, 4%)에 따른 기포 슬러리(slurry)의 단위 중량을 측정하는 경우, 기포비가 2%에서 4%로 증가함에 따라 단위 중량은 1 내지 2kN/m3 감소하는 경향을 나타내며, 이를 통해 경량 기포제가 다량 혼합될수록 단위 중량은 감소한다는 것을 확인할 수 있다.
그러나, 구조물의 뒤채움 용도로 활용하기 위하여 우기시 양압에 의한 히빙(heaving) 현상을 방지할 수 있는 범위와, 경화 후 함수비 증발에 의한 단위 중량 감소를 고려하여 약 12 내지 15kN/m3 을 기준으로 설정하였는 바, 매립회와 비회의 혼합비율이 30 : 70 내지 70 : 30 인 경우, 단위중량은 11.7 내지 15.6kN/m3 내의 값을 가져 기준값을 만족하는 것을 확인할 수 있다.
상기와 같이 경량 기포제에 따른 투수계수 및 단위 중량값을 비교하였을 때, 양자의 조건을 만족하며, 구조물 뒤채움재로 활용할 수 있는 경량 기포제의 최적 배합비는 1 내지 3 중량%의 범위인 것을 알 수 있다.
물의 최적 배합비
도 7a 내지 도 7c는 물의 함량비에 따른 건조수축률을 나타내는 그래프들이다.
도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 매립회와 비회의 혼합 비율(P.A : F.A)이 50 : 50인 경우 건조수축률이 0.29 내지 0.47%로 건조수축량 기준을 만족시키는 것으로 나타났다. 기포비와 시멘트비 조건이 동일할 경우, 함수비 기준인 26.5%, 28%, 29.5% 중 함수비 26.5%의 조건일 때, 건조수축률이 작은 값을 가진다는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 경량 기포 유동성 채움재를 구성하는 타 요소들의 적절한 배합비가 설정된 상태인 경우, 보다 작은 함수비가 건조수축률을 감소시키는 요인임을 알 수 있다. 따라서, 구조물 뒤채움 용도로 활용하기 위한 경량 기포 유동성 채움재에 포함되는 물의 함량은 20 내지 28 중량%인 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 경량 기포 유동성 채움재는 석탄회 60 내지 65 중량%, 시멘트 5 내지 10 중량%, 경량 기포제 1 내지 3 중량% 및 물 20 내지 28 중량%를 포함하여 화력 발전소에서 부산되는 석탄회를 대량으로 재활용하므로 경제적이고 친환경적이며, 일정한 범위의 유동성을 가져 별도의 다짐 공정이 불필요하고, 소정의 강도를 발현할 수 있어 재굴착이 용이하며, 경량 기포제를 첨가하여 구조물에 가해지는 토압을 경감할 수 있다.

Claims (10)

  1. 매립회와 비회가 70 : 30 ~ 30 : 70의 중량비로 혼합된 석탄회 60 ~ 65 중량%, 시멘트 5 ~ 9 중량%, 경량 기포제 3 중량% 및 물 26 ~ 28 중량%을 포함하고, 0.8 ~ 1.2 MPa의 일축압축강도(28일 재령 기준)와 200mm 이상의 플로우(flow)를 갖는 구조물 뒤채움용 경량 기포 유동성 채움재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 석탄회는 회사장에서 채집되고 포졸란 반응이 완료된 저회와 비회를 포함하는 매립회와, 화력발전소의 집진기에서 채집되고 포졸란 반응이 완료되지 않은 비회를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 뒤채움용 경량 기포 유동성 채움재.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 경량 기포제는 폴리 아크릴레이드계 고분자 기포제인 것을 특징으로 하는 구조물 뒤채움용 경량 기포 유동성 채움재.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 매립회와 비회가 50 : 50 ～ 30 : 70의 중량비로 혼합된 석탄회 60 ～ 65 중량%, 시멘트 5 ～ 9 중량%, 경량 기포제 3 중량% 및 물 26 ～ 28 중량%을 포함하고, 11.7 ～ 15.6 kN/m3의 단위 중량과 0.29 ～ 0.47%의 건조 수축률을 갖는 것을 특징으로 하는 구조물 뒤채움용 경량 기포 유동성 채움재.
  7. 석탄회와 시멘트를 시공장비에 투입하는 단계;
    상기 석탄회와 시멘트를 교반하여 제1 혼합재를 형성하는 단계;
    상기 제1 혼합재에 물을 첨가하고 교반하여 제2 혼합재를 형성하는 단계; 및
    상기 제2 혼합재에 경량 기포제와 물을 첨가하고 교반하여 최종 혼합재인 경량 기포 유동성 채움재를 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 혼합재에 첨가되는 물과 상기 제2 혼합재에 첨가되는 물의 부피비는 1:1인 구조물 뒤채움용 경량 기포 유동성 채움재의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2 혼합재에 첨가되는 상기 경량 기포제와 물은, 상기 제2 혼합재에 첨가되기 전에 혼합되고, 공기압을 가해 발포된 것을 특징으로 하는 구조물 뒤채움용 경량 기포 유동성 채움재의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제1 혼합재 형성을 위한 교반 시간은 2분 이내, 물을 첨가하는 상기 제2 혼합재와 최종 혼합재 형성을 위한 교반 시간은 1분 내지 3분인 것을 특징으로 하는 구조물 뒤채움용 경량 기포 유동성 채움재의 제조방법.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160116105A (ko) 2015-03-25 2016-10-07 한국건설기술연구원 산화칼슘-첨가 아크릴 중합체 레진을 이용한 토립자 안정처리층을 구비한 흙 포장 시공 방법, 지반 함몰 채움재 형성 방법, 및 도로 하부지반 안정처리 방법
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KR101762766B1 (ko) * 2016-08-18 2017-08-14 대철개발 주식회사 유동층상 보일러 바텀애쉬 및 플라이애쉬를 이용한 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물 및 광산 채굴공동 충전 시공방법
KR20200034431A (ko) * 2018-09-21 2020-03-31 한양대학교 산학협력단 지하 구조물 뒤채움용 유동성 채움재 및 이의 제조방법
CN112284892A (zh) * 2020-09-07 2021-01-29 江西理工大学 一种利用稻草灰替代部分水泥提高全尾砂胶结充填体抗压强度的方法
KR20220095737A (ko) * 2020-12-30 2022-07-07 한국선별기 주식회사 석탄화력발전소 유동층 보일러에서 발생하는 석탄재를 포함하는 저비중 고강도 경화체 및 이의 제조방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100381744B1 (ko) * 2000-04-06 2003-05-01 대덕공영주식회사 터널 대공동 충진용 경량주입재료 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100381744B1 (ko) * 2000-04-06 2003-05-01 대덕공영주식회사 터널 대공동 충진용 경량주입재료 제조방법

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160116105A (ko) 2015-03-25 2016-10-07 한국건설기술연구원 산화칼슘-첨가 아크릴 중합체 레진을 이용한 토립자 안정처리층을 구비한 흙 포장 시공 방법, 지반 함몰 채움재 형성 방법, 및 도로 하부지반 안정처리 방법
KR20160141033A (ko) 2015-05-27 2016-12-08 한국건설기술연구원 피에스볼을 이용한 배수형 실드터널 라이닝용 뒤채움재 주입 장치 및 그 방법
KR101762766B1 (ko) * 2016-08-18 2017-08-14 대철개발 주식회사 유동층상 보일러 바텀애쉬 및 플라이애쉬를 이용한 광산 채굴공동 충전용 경량기포 슬러리 조성물 및 광산 채굴공동 충전 시공방법
KR20200034431A (ko) * 2018-09-21 2020-03-31 한양대학교 산학협력단 지하 구조물 뒤채움용 유동성 채움재 및 이의 제조방법
KR102125233B1 (ko) 2018-09-21 2020-06-22 한양대학교 산학협력단 지하 구조물 뒤채움용 유동성 채움재 및 이의 제조방법
CN112284892A (zh) * 2020-09-07 2021-01-29 江西理工大学 一种利用稻草灰替代部分水泥提高全尾砂胶结充填体抗压强度的方法
KR20220095737A (ko) * 2020-12-30 2022-07-07 한국선별기 주식회사 석탄화력발전소 유동층 보일러에서 발생하는 석탄재를 포함하는 저비중 고강도 경화체 및 이의 제조방법
KR102524572B1 (ko) * 2020-12-30 2023-04-21 한국선별기 주식회사 석탄화력발전소 유동층 보일러에서 발생하는 석탄재를 포함하는 저비중 고강도 경화체 및 이의 제조방법

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