KR101339968B1 - 와류형 그라우트 혼합장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 와류형 그라우트 혼합장치에 관한 것으로서, 그라우트 투입배관 내에서 간단한 구조에 의해 약액과 시멘트수용액의 혼합성을 향상시켜, 시공 품질을 향상시키고 비용을 절감하며 시공시간을 단축하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여 본 발명은, 지반을 천공한 후 그라우팅(Grouting)을 하기 위해 약액과 시멘트수용액을 혼합하는데 사용되는 그라우트 혼합장치에 있어서, 상기 그라우트 혼합장치는, 원통형의 약액 공급부 내부에 소형의 원통형 시멘트수용액 공급부가 삽입된 이중파이프 형상의 그라우트 투입부와, 상기 그라우트 투입부의 하부에 연결되어 약액과 시멘트수용액을 혼합하는 그라우트 혼합부로 이루어지고, 상기 그라우트 혼합부는, 상기 그라우트 투입부 내부의 시멘트수용액 공급부의 하부와 조립되는 원통부와, 상기 원통부의 하단부에 구비되어 투입되는 시멘트수용액의 유동 흐름을 반사시켜 와류를 형성하는 와류형성부재와, 상기 원통부와 와류형성부재 사이를 연결하는 막대 형상의 다수의 혼합배관 수직 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

와류형 그라우트 혼합장치{Swirl Type Grout Mixing Apparatus}

본 발명은 와류형 그라우트 혼합장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 지반을 천공한 후 급결제 그라우트 또는 완결제 그라우트를 사용하여 그라우팅 작업을 할 경우, 약액과 시멘트수용액의 유동 흐름에 와류를 형성하여 혼합성을 증대시킴으로써, 시공품질을 향상시키고 시공시간을 단축하며, 혼합장치의 구조를 간단히 하여 비용을 절감할 수 있는 와류형 그라우트 혼합장치에 관한 것이다.

일반적으로 그라우팅(Grouting)이라 함은, 토목 또는 건축공사에서 누수 방지 또는 토질안정 등을 위하여 지반의 갈라진 틈이나 공동(空洞) 등에 충전재를 주입하는 시공방법을 말한다.

또한 그라우팅은, 건축물 균열 부분의 보수, 기초부분이나 기계대좌(機械臺座)에 지지력을 보강할 목적으로 실시하기도 한다.

상기한 그라우팅은, 시공 목적에 따라 지수 그라우팅, 지반개량 그라우팅, 충전 그라우팅, 보강 그라우팅 등으로, 주입 장소에 따라 공동 그라우팅, 균열 그라우팅, 공극 그라우팅 등으로 분류할 수 있다.

상기한 그라우팅에 사용되는 주입재를 그라우트(Grout) 또는 그라우트재라 하는데(본 명세서에서는 '그라우트'라 칭하기로 한다), 상기 그라우트는 중력이나 펌프를 이용하여 틈이나 공동에 충전된다.

상기 그라우트의 종류로는, 시멘트, 물, 점토 등을 사용한 시멘트계 그라우트, 화학적 무수축작용과 고강도로 인하여 철골기초의 충전이나 이음새 부분의 충전 보강용으로 주로 사용되는 철분질계 그라우트, 지수와 토질 안전용에 주로 사용되는 아스팔트계 그라우트, 최근 들어 사용이 증가하고 있는 케미컬 그라우트 등이 있다.

상기한 그라우트 중 케미컬 그라우트는, 시간의 경과에 따라 지반 토양 내의 흡습수(Hydroscopic Water), 모세관수(Capillary Water) 및 결합수(Combined Water)에 의해 그라우트의 용탈이 진행되어, 주입된 그라우트가 본래의 기능을 상실하고 지하수를 오염시킬 수 있다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 개선하기 위하여, 최근에는 케미컬 그라우트를 화학적으로 개질한 약액 그라우트의 사용이 증가하고 있다.

상기한 약액 그라우트는, 산성 실리카졸 약액 그라우트와 중성 실리카졸 약액 그라우트로 분류할 수 있다.

상기 산성 실리카졸 약액 그라우트는, 규산나트륨에 황산, 염산, 질산 등의 강산을 제조원료로 사용하기 때문에, 안정성에 문제가 있고, 사용 후 수질오염의 우려가 있다는 단점이 있다.

또한 중성 실리카졸 약액 그라우트는, 규산나트륨을 특정한 산성물질로 전처리한 후 이온교환수지 또는 멤브레인 등으로 부산물을 제거 및 농축하여 제조된다.

상기한 중성 실리카졸 약액 그라우트는, 현장에서 제조하기가 복잡하고 경제성이 떨어지는 단점이 있다.

이렇게 약액 그라우트를 사용하여 그라우팅 작업을 시행할 경우에는, 먼저 약액과 시멘트수용액을 혼합하는 과정이 필요하다.

그런데 졸(Sol) 상태의 약액 그라우트가 겔(Gel) 상태로 되기까지의 시간(이를 통상 '겔 타임(Gel Time)'이라 한다)이 짧으므로(급결제 그라우트의 경우, 겔 타임이 5~15초에 불과하다), 외부의 혼합탱크에서 약액과 시멘트수용액을 혼합하여 사용하기가 매우 곤란하다.

이에 따라 그라우트 투입배관 내에서 약액과 시멘트수용액을 혼합하여 사용하여야 한다.

그런데 종래의 그라우트 혼합장치는 그 구조가 복잡하고 사용이 불편하다는 문제점이 있다. 이에 따라 실제 현장에서는 그라우트 혼합장치를 제거하고 시공을 하는 경우가 많다.

또한 종래의 그라우트 혼합장치는, 취급이 불편하고 가격이 고가라는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 그라우트 투입배관 내에서 간단한 구조에 의해 약액과 시멘트수용액의 혼합성을 향상시키는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 그라우트 투입배관 내에서 약액과 시멘트수용액이 완전히 혼합된 후 분사되도록 함으로써, 그라우팅 시공 품질을 향상시키고 시공 시간을 단축하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 약액과 시멘트수용액을 혼합하기 위한 별도의 장치를 사용할 필요가 없도록 함으로써 시공비용을 절감하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 약액과 시멘트수용액을 혼합하기 위한 혼합부의 크기를 감소시키고 구조를 간단히 하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 지반개량 그라우팅, 충전 그라우팅 및 보강 그라우팅 등을 간편하고 신속하게 시공할 수 있도록 하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 지반을 천공한 후 그라우팅(Grouting)을 하기 위해 약액과 시멘트수용액을 혼합하는데 사용되는 그라우트 혼합장치에 있어서, 상기 그라우트 혼합장치는, 원통형의 약액 공급부 내부에 소형의 원통형 시멘트수용액 공급부가 삽입된 이중파이프 형상의 그라우트 투입부와, 상기 그라우트 투입부의 하부에 연결되어 약액과 시멘트수용액을 혼합하는 그라우트 혼합부로 이루어지고, 상기 그라우트 혼합부는, 상기 그라우트 투입부 내부의 시멘트수용액 공급부의 하부와 조립되는 원통부와, 상기 원통부의 하단부에 구비되어 투입되는 시멘트수용액의 유동 흐름을 반사시켜 와류를 형성하는 와류형성부재와, 상기 원통부와 와류형성부재 사이를 연결하는 막대 형상의 다수의 혼합배관 수직 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 그라우트 혼합부에, 상기 혼합배관을 수평으로 지지하기 위한 혼합배관 수평 지지부재가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 혼합배관 수평 지지부재는, 상기 혼합배관의 상부에 구비되는 원통부와, 혼합배관의 하부에 구비되는 와류형성부재를 지지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 그라우트 혼합부의 하부에 단면감소부재가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 그라우트 혼합부의 하부 선단에 천공 날이 구비되고, 상기 그라우트 혼합부는 그라우팅하는 동안 180°내지 360°의 범위 내에서 좌우로 요동하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 와류형성부재는, 그 하부가 반구형으로 아래로 볼록하게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 와류형성부재의 상부 평면에 다수의 반구형 오목홈이 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 와류형성부재는, 그 상부가 반구형으로 위로 볼록하게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 와류형성부재의 반구형 볼록부의 표면에 다수의 반구형 오목홈이 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 그라우트 혼합부는, 상기 그라우트 투입부 내부의 시멘트수용액 공급부의 하부와 조립되는 원통부와, 상기 원통부의 외주면에 형성되는 다수의 시멘트수용액 유출구와, 상기 원통부의 하단부에 구비되어, 투입되는 시멘트수용액의 유동 흐름을 반사시켜 와류를 형성하는 와류형성부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 그라우트 투입배관 내에서 와류의 형성에 의해 약액과 시멘트수용액의 혼합성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 그라우트 투입배관 내에서 약액과 시멘트수용액이 완전히 혼합된 후 분사되므로, 그라우팅 시공 품질을 향상시키고 시공 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

또한, 그라우트 투입배관 내에 약액과 시멘트수용액을 혼합하기 위한 고가의 장비를 별도로 조립할 필요가 없도록 함으로써, 작업의 편의성을 향상시키고 시공비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 약액과 시멘트수용액을 혼합하기 위한 혼합부의 크기가 감소되어 구조가 간단하게 되는 효과가 있다.

또한, 지반개량 그라우팅, 충전 그라우팅 및 보강 그라우팅시, 간편하고 신속하게 시공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 와류형 그라우트 혼합장치를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 2a 내지 도 2b는, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 혼합배관을 나타낸 사시도.
도 3a 내지 도 3b는, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 혼합배관을 나타낸 사시도.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.

<제1 실시 예>

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 제1 실시 예를 도시한 것이다.

본 발명에 따른 제1 실시 예는, 지반을 천공한 후 그라우팅(Grouting)을 하기 위해 약액과 시멘트수용액을 혼합하는데 사용되는 그라우트 혼합장치에 있어서, 상기 그라우트 혼합장치는, 원통형의 약액 공급부(3) 내부에 소형의 원통형 시멘트수용액 공급부(4)가 삽입된 이중파이프 형상의 그라우트 투입부(1)와, 상기 그라우트 투입부(1)의 하부에 연결되어 약액과 시멘트수용액을 혼합하는 그라우트 혼합부(2)를 포함하여 구성된다.

즉, 그라우트 투입부(1)의 내부에 구비된 소직경의 시멘트수용액 공급부(4)로는 시멘트수용액이 공급되며, 상기 시멘트수용액 공급부(4)의 외부에 형성되는 약액 공급부(3)로는 급결제(急結劑) 또는 완결제(緩結劑) 약액이 투입된다.

상기한 그라우트 투입부(1)는 통상 약 3m의 이중관으로 제작되며, 사용시에는 상기 그라우트 투입부(1)를 다수 조립하여 사용한다.

또한, 상기 그라우트 투입부(1)의 하부에 연결되는 그라우트 혼합부(2)는, 상기 그라우트 투입부(1) 내부의 시멘트수용액 공급부(4)의 하부와 조립되는 원통부(5-1)와, 상기 원통부(5-1)의 하단부에 구비되어 투입되는 시멘트수용액의 유동흐름을 반사시켜 와류를 형성하는 와류형성부재(8)와, 상기 원통부(5-1)와 와류형성부재(8) 사이를 연결하는 막대 형상의 다수의 혼합배관 수직 지지부재(7)를 포함하여 구성된다.

상기 그라우트 혼합부(2)는 대략 50㎝ 정도로 제작되며, 상기 그라우트 투입부(1)의 하단에 나사 결합 등으로 조립된다.

상기 와류형성부재(8)는, 시멘트수용액이 공급되는 혼합배관(5)의 하부에 구비되어 시멘트수용액의 유동 흐름을 반사시킴으로써 그라우트 혼합부(2)내에서 와류를 형성한다.

이에 따라 상기 혼합배관(5)의 내부로 공급되는 시멘트수용액과, 상기 혼합배관(5)의 외부로 공급되는 약액의 혼합성을 향상시킬 수가 있다.

이때 상기 혼합배관 수직 지지부재(7) 사이는 개방된 상태이므로, 상기한 약액과 시멘트수용액은 서로 잘 혼합될 수 있다.

또한, 상기 그라우트 혼합부(2) 내부에는 상기 혼합배관(5)을 수평으로 지지하기 위한 혼합배관 수평 지지부재(6)가 구비된다.

상기 혼합배관 수평 지지부재(6)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 혼합배관(5)의 상부에 구비되는 원통부(5-1)와, 혼합배관(5)의 하부에 구비되는 와류형성부재(8)를 지지한다.

또한, 상기 그라우트 혼합부(2)의 하부에는, 약액과 시멘트수용액이 혼합된 급결제 또는 완결제 그라우트가 통과하기 위한 단면감소부재(11)가 구비된다.

상기 단면감소부재(11)는, 그라우트 혼합부(2)에서 혼합된 급결제 그라우트 또는 완결제 그라우트가 통과되는 단면적을 감소시켜 혼합성을 증대시킨다. 이를 위해 상기 단면감소부재(11)의 중앙에는 단면이 감소된 그라우트 통과공(12)이 형성되어 있다.

한편, 상기 그라우트 혼합부(2)의 하부 선단에는 천공 날(10)이 구비되고, 상기 그라우트 혼합부(2)는 그라우팅하는 동안 180°내지 360°의 범위 내에서 좌우로 요동하는 것이 바람직하다. 이 경우 약액과 시멘트수용액의 혼합성을 더욱 증대시킬 수가 있다.

상기한 혼합배관(5)의 하부에 구비되는 와류형성부재(8)는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 그 하부가 반구형으로 아래로 볼록하게 형성되는 것이 바람직하나 이에 한정되지 아니한다.

상기 혼합배관(5)의 하부를 막아 와류를 형성할 수 있으면 어떠한 형상을 사용하여도 무방하며, 불규칙한 형상의 와류형성부재를 사용할 수도 있다.

또한, 상기 와류형성부재(8)의 상부 평면에 다수의 반구형 오목홈(14)을 더 형성하여 와류 형성을 촉진할 수도 있다.

상기한 오목홈(14)의 형상은 반구형에 한정되지 아니하며, 다양한 형상의 홈을 형성할 수도 있다.

또한, 상기 와류형성부재(8)는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 그 상부가 반구형으로 위로 볼록하게 형성될 수도 있다.

이때에도 상기 와류형성부재(8)의 반구형 볼록부의 표면에 다수의 반구형 오목홈(14)을 형성하여 와류의 형성을 증대시킬 수 있다.

이하 본 발명에 따른 와류형 그라우트 혼합장치의 작용 효과를 설명한다.

먼저 시멘트수용액 공급부(4)로 시멘트수용액을 공급함과 동시에, 약액 공급부로 급결제 약액 또는 완결제 약액을 공급한다.

상기 시멘트수용액 공급부(4)를 통해 공급되는 시멘트수용액의 일부는, 혼합배관(5)의 원통부(5-1)를 통과한 후, 지지부재(7) 사이의 개방부를 통해 혼합배관(5)의 외부로 유출되어 약액 공급부(3)를 통해 공급되는 약액과 혼합된다.

또한 하부로 투입되는 시멘트수용액은, 혼합배관(5)의 하부에 구비된 와류형성부재(8)에 부딪힌 후 반사되면서 와류를 형성한다.

이에 따라 유체의 유동 흐름이 와류상태가 되어 약액과 시멘트수용액이 잘 혼합될 수 있다.

상기 그라우트 혼합부(2)에서 혼합된 약액과 시멘트수용액은, 다시 단면감소부재(11)에 의해 유동 흐름의 저항을 받게 된다. 이에 따라 상기 약액과 시멘트수용액의 혼합성이 더욱 향상된다.

약액과 시멘트수용액이 혼합되어 형성된 급결제 그라우트 또는 완결제 그라우트는, 그라우트 혼합부(2)의 선단부에 구비된 그라우트 배출구(13)를 통해 천공 부위 및 그 주위에 분사된다.

본 발명에 의하면, 복잡한 혼합장치를 사용하지 않고서도 약액과 시멘트수용액의 혼합성을 현저히 향상시킬 수가 있다.

또한 약액과 시멘트수용액을 혼합하기 위한 그라우트 혼합부의 크기를 소형화할 수 있으므로, 취급이 간편하고 시공비용을 절감할 수가 있다.

<제2 실시 예>

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 제2 실시 예를 도시한 것이다.

본 발명에 따른 제2 실시 예는, 제1 실시예에서 원통부(5-1)의 외주면에 다수의 시멘트수용액 유출구(9)를 형성한 것이다.

즉, 제2 실시 예에 따른 그라우트 혼합부(2)는, 그라우트 투입부(1) 내부의 시멘트수용액 공급부(4)의 하부와 조립되는 원통부(5-1)와, 상기 원통부(5-1)의 외주면에 형성되는 다수의 시멘트수용액 유출구(9)와, 상기 원통부(5-1)의 하단부에 구비되어 투입되는 시멘트수용액의 흐름을 반사시켜 와류를 형성하는 와류형성부재(8)를 포함하여 구성된다.

또한, 제2 실시 예의 와류형성부재(8)는, 그 하부가 반구형으로 아래로 볼록하게 형성될 수도 있고, 위로 볼록하게 형성될 수도 있는데, 이에 한정되지 아니한다. 혼합배관(5)의 단부를 막아 와류를 형성할 수 있는 형상이면 어떠한 형상을 사용하여도 무방하다.

그 이외의 사항은 상기한 제1 실시 예와 동일하므로 중복된 설명은 생략하기로 한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것으로서 본 발명의 범위는 상기한 특정 실시 예에 한정되지 아니한다. 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어남이 없이 다양한 변경 및 수정이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

1: 그라우트 투입부
2: 그라우트 혼합부
3: 약액 공급부
4: 시멘트수용액 공급부
5: 혼합배관
6: 혼합배관 수평 지지부재
7: 혼합배관 수직 지지부재
8: 와류형성부재
9: 시멘트수용액 유출구
10: 천공 날
11: 단면감소부재
12: 그라우트 통과공
13: 그라우트 배출구
14: 오목 홈

Claims (12)

1. 지반을 천공한 후 그라우팅(Grouting)을 하기 위해 약액과 시멘트수용액을 혼합하는데 사용되는 그라우트 혼합장치에 있어서,
   상기 그라우트 혼합장치는,
   원통형의 약액 공급부(3) 내부에 소형의 원통형 시멘트수용액 공급부(4)가 삽입된 이중파이프 형상의 그라우트 투입부(1)와,
   상기 그라우트 투입부(1)의 하부에 연결되어 약액과 시멘트수용액을 혼합하는 그라우트 혼합부(2)로 이루어지고,
   상기 그라우트 혼합부(2)는,
   상기 그라우트 투입부(1) 내부의 시멘트수용액 공급부(4)의 하부와 조립되는 원통부(5-1)와,
   상기 원통부(5-1)의 하단부에 구비되어, 투입되는 시멘트수용액의 유동 흐름을 반사시켜 와류를 형성하는 와류형성부재(8)와,
   상기 원통부(5-1)와 와류형성부재(8) 사이를 연결하는 막대 형상의 다수의 혼합배관 수직 지지부재(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 와류형 그라우트 혼합장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 그라우트 혼합부(2)에, 혼합배관(5)을 수평으로 지지하기 위한 혼합배관 수평 지지부재(6)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 와류형 그라우트 혼합장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 혼합배관 수평 지지부재(6)는, 상기 혼합배관(5)의 상부에 구비되는 원통부(5-1)와, 혼합배관(5)의 하부에 구비되는 와류형성부재(8)를 지지하는 것을 특징으로 하는 와류형 그라우트 혼합장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 그라우트 혼합부(2)의 하부에 단면감소부재(11)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 와류형 그라우트 혼합장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 그라우트 혼합부(2)의 하부 선단에 천공 날(10)이 구비되고,
   상기 그라우트 혼합부(2)는 그라우팅하는 동안 180°내지 360°의 범위 내에서 좌우로 요동하는 것을 특징으로 하는 와류형 그라우트 혼합장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 와류형성부재(8)는, 그 하부가 반구형으로 아래로 볼록하게 형성되는 것을 특징으로 하는 와류형 그라우트 혼합장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 와류형성부재(8)의 상부 평면에 다수의 반구형 오목홈(14)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 와류형 그라우트 혼합장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 와류형성부재(8)는, 그 상부가 반구형으로 위로 볼록하게 형성되는 것을 특징으로 하는 와류형 그라우트 혼합장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 와류형성부재(8)의 반구형 볼록부의 표면에 다수의 반구형 오목홈(14)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 와류형 그라우트 혼합장치.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 그라우트 혼합부(2)는,
    상기 그라우트 투입부(1) 내부의 시멘트수용액 공급부(4)의 하부와 조립되는 원통부(5-1)와,
    상기 원통부(5-1)의 외주면에 형성되는 다수의 시멘트수용액 유출구(9)와,
    상기 원통부(5-1)의 하단부에 구비되어, 투입되는 시멘트수용액의 흐름을 반사시켜 와류를 형성하는 와류형성부재(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 와류형 그라우트 혼합장치.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 와류형성부재(8)는, 그 하부가 반구형으로 아래로 볼록하게 형성되는 것을 특징으로 하는 와류형 그라우트 혼합장치.
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 와류형성부재(8)는, 그 상부가 반구형으로 위로 볼록하게 형성되는 것을 특징으로 하는 와류형 그라우트 혼합장치.

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