KR101366864B1

KR101366864B1 - 석조문화재의 지반보강구조

Info

Publication number: KR101366864B1
Application number: KR1020130023861A
Authority: KR
Inventors: 배병선; 김현용; 이동식; 민황식
Original assignee: 대한민국
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2014-02-21

Abstract

본 발명은 석조문화재의 기단이 놓일 위치에 해당하는 지반을 보강하거나 지반의 지지력을 증가시키기 위한 석조문화재의 지반보강구조에 관한 것으로서, 보다 상세하면, 예부터 알려진 지정(地定) 방법 중에 하나인 단순히 흙만을 달고질 하여 층층히 다지면서 기초를 쌓아올리는 지반보강방법(판축지정)의 흙층의 일부를 흙보다 보강력이 우수한 보강바인더를 이용하여 다짐처리한 석조문화재의 지반보강구조에 관한 것이다.
또한 본 발명은 석조문화재의 기단 하부에 위치한 기반을 재조성함에 있어 가능한 원래의 지반보강방법과 재료를 반영할 수 있는 효과를 얻을 수 있고; 석조문화재의 복원 시점과 유사한 정도의 구조적인 안정성과 충분한 지내력을 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

석조문화재의 지반보강구조{Ground reinforcing structure for stone pagoda cultural heritage}

본 발명은 석조문화재의 기단이 놓일 위치에 해당하는 지반을 보강하거나 지반의 지지력을 증가시키기 위한 석조문화재의 지반보강구조에 관한 것으로서, 보다 상세하면, 예부터 알려진 지정(地定) 방법 중에 하나인 단순히 흙만을 달고질 하여 층층히 다지면서 기초를 쌓아올리는 지반보강방법(토사판축)의 흙층의 일부를 흙보다 보강력이 우수한 보강바인더를 이용하여 다짐처리한 석조문화재의 지반보강구조에 관한 분야이다.

종래 석조문화재의 기단이 놓이는 지반은 터를 단단히 다지는 공사인 '터다지기' 또는 '지정(地定)'이라 불리는 지반보강방법이 처리되었다. 또한 지정의 옛기법은 다지는 재료와 방법에 따라 적심석지정, 입사지정, 장대석지정 또는 판축지정 등이 있다.

즉, 적심석지정은 초석이 놓일 위치의 땅을 생땅이 나올 때까지 웅덩이를 파고, 잔자갈을 층층이 다지면서 쌓아 올리는 지반보강방법으로, 위와 같은 방법을 대여섯 번 반복하여 지반을 단단하게 만드는 보강구조를 하였고; 입사지정은 초석이 놓일 위치의 땅을 생땅이 나올 때까지 웅덩이를 파고, 모래를 층층이 물을 부어가면서 다져 올리는 지반보강방법으로, 위와 같은 방법을 대여섯 번 반복하여 지반을 단단하게 만드는 보강구조를 하였으며; 장대석지정은 지반이 약하거나 건물 규모가 매우 크고 하중이 과할 때 사용하는 것으로, 생땅이 나올 때까지 웅덩이를 파고 장대석을 우물정자형으로 쌓아올려 지반을 보강하는 방법이었으며; 판축지정(토사판축)은 단순히 흙 또는 잡석 등을 얇게 펴 깔고 달고질하여 층층이 다지면서 쌓아올리려 지반을 보강하는 방법이었다.

상기 지반보강방법에 의한 종래 지반보강구조는 석조문화재를 최초에 세울 때에 조성된 것이기 때문에, 시간이 지난 이후의 지반은 시간이 지나면서 석탑의 하중에 의해 당시 조성된 것보다 더욱 단단하게 굳어져 구조적으로 안정적인 상태를 유지하고 있다.

즉, 상기 지반보강구조의 적용은 석조문화재를 최초에 세울 때에는 상기 지반보강구조 중 어느 하나를 선택하여 적용가능하나, 이미 세워진 석조문화재를 복원하거나 수리할 때에는 적용하기 곤란한 점이 있었다.

다음은 지반보강에 관한 대표적인 종래기술이다.

국내공개특허 제10-2012-0114972호는 건축구조물 보수공사를 위한 지반 및 구조 보강공법에 관한 것으로서, 균열부위가 발생된 구조물의 슬라브 저면에서 슬라브층과 방수층 사이에 구비된 방수시트가 손상되지 않도록 방수시트의 밑단까지 상향식으로 인젝션홀을 다수 형성하는 제1단계와; 슬라브 저면에서 슬라브층에 형성한 인젝션홀에 보수액 주입용 니플을 틈새없이 설치하는 제2단계와; 수용성에폭시(20~35중량%): 시멘트(30~35중량%): 물(35~45중량%)의 비율로 혼합하여 보수액을 준비하는 제3단계와; 니플과 연결된 펌프를 가동시켜서 보수액 주입시의 모세관현상을 위한 길 확보를 위해 균열부위에 물만을 일정량 먼저 주입하는 제4단계와; 준비된 일반 물에 상기 제3단계에서 준비된 보수액을 물 총중량의 0.15~0.25% 에 해당하는 량을 섞어 일정량 1차 주입하고, 다음부터는 앞 차례에서 남은 물에 보수액의 량을 2~3 배수로 섞어 일정량 주입하는 과정을 2차, 3차,‥‥ n차로 반복하여 최종 주입액의 성분이 제2단계의 보수액 원배합비에 도달되게 하므로서 상이한 농도의 보수액이 균열부위에 수겹으로 채워져 양생되게 하는 제5단계; 로 이루어진 건축구조물 보수공사를 위한 지반 및 구조 보강공법에 관한 것이다.

상기 종래기술은 구조물의 지반이나 구조의 결함으로 인해 구조물 슬라브의 내부에 부실한 부분이나 균열 부위 발생시에 그 균열부위를 따라 물이 침투하는 현상을 이용하여 구조물과 동일성 재료인 무기질계의 보수액을 최적의 주입방법에 따라 주입하여 구조물 모체와의 밀착을 도모하는 것이므로 구조물의 지반 및 구조가 보다 견고하게 보강되는 효과를 발휘하나, 문화재적인 가치를 갖는 건물이나 석탑과 같은 구조물의 지반보강을 위한 방법으로는 적합하지 못하여, 이를 해결하기 위한 지속적인 연구개발이 요구되는 실정이다.

본 발명은 석조문화재의 보수 또는 복원작업 시의 지반보강구조의 종래기술에 따른 문제점들을 개선하고자 안출된 기술이다. 특히 석조문화재를 복원하기 위해서는 발굴조사 과정에서 제거된 토층을 다시 조성하여야 하나, 원래의 지반보강방법을 그대로 적용하여 다시 조성하는 토층(지반)은 기존의 견고해진 토층과 동일한 지내력 및 안정성을 확보하기가 쉽지 않은 문제가 발생하고;

현대의 지반보강방법을 그대로 석조문화재의 지반에 적용하면, 향후 석조문화재의 훼손가능성이 더욱 증가되는 문제가 발생하여, 이에 대한 해결점을 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자,

기단이 놓일 위치에 해당하여 파인 웅덩이에 순차적으로 다짐 적층되는 석조문화재의 지반보강구조에 있어서, 5~20cm의 두께로 흙을 다짐처리하여 형성되는 흙다짐층과; 산화마그네슘계 무기바인더를 포함하는 배합재와 물을 배합한 보강바인더를 타설하여, 상기 흙다짐층의 상부에 5~20cm의 두께로 다짐처리하여 형성되는 보강바인더층;이 반복되어 복수 층을 이루며 구성되는 석조문화재의 지반보강구조를 제시한다.

상기와 같이 제시된 본 발명에 의한 석조문화재의 지반보강구조는 석조문화재의 기단 하부에 위치한 기반을 재조성함에 있어 가능한 원래의 지반보강방법과 재료를 반영할 수 있는 효과를 얻을 수 있고; 석조문화재의 복원 시점과 유사한 정도의 구조적인 안정성과 충분한 지내력을 확보할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 바람직한 실시예의 석조문화재 지반보강구조의 보강바인더의 압축강도를 나타내는 그래프.
도 2는 본 발명에 의한 바람직한 실시예의 석조문화재 지반보강구조의 보강바인더의 휨인장강도를 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명에 의한 바람직한 실시예의 석조문화재 지반보강구조의 보강바인더의 흡수율 변화를 나타내는 그래프.
도 4는 본 발명에 의한 바람직한 실시예의 석조문화재 지반보강구조의 보강바인더의 용출시험을 나타내는 사진.
도 5는 본 발명에 의한 바람직한 실시예의 석조문화재 지반보강구조의 보강바인더의 동결융해 저항성을 나타내는 그래프.
도 6 내지 8은 본 발명에 의한 바람직한 실시예의 석조문화재 지반보강구조의 보강바인더의 산성도별 중량 감소율을 나타내는 그래프.
도 9는 본 발명에 의한 실시예 및 종래기술에 의한 비교예의 시험체를 제작하기 위한 형틀의 개략도.
도 10은 본 발명에 의한 실시예 및 종래기술에 의한 비교예의 시험체 구성 및 제작 개념도.
도 11은 본 발명에 의한 실시예 및 종래기술에 의한 비교예의 시험체를 제작하기 위한 세부제작 순서도.
도 12는 본 발명에 의한 실시예 및 종래기술에 의한 비교예의 시험체의 평판재하시험을 위한 개략도.
도 13 내지 24는 본 발명에 의한 실시예 및 종래기술에 의한 비교예의 P-S곡선과 Log P-Log S곡선 그래프.

본 발명은 석조문화재의 기단이 놓일 위치에 해당하는 지반을 보강하거나 지반의 지지력을 증가시키기 위한 석조문화재의 지반보강구조에 관한 것으로서, 기단이 놓일 위치에 해당하여 파인 웅덩이에 순차적으로 다짐 적층되는 석조문화재의 지반보강구조에 있어서, 5~20cm의 두께로 흙을 다짐처리하여 형성되는 흙다짐층과; 산화마그네슘계 무기바인더를 포함하는 배합재와 물을 배합한 보강바인더를 타설하여, 상기 흙다짐층의 상부에 5~20cm의 두께로 다짐처리하여 형성되는 보강바인더층;이 반복되어 복수 층을 이루며 구성되는 석조문화재의 지반보강구조에 관한 것이다.

이하 본 발명의 실시예를 도시한 도면 1 내지 24를 참고하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 지반보강구조는 문화재적인 가치를 갖는 건물이나 석탑과 같은 구조물의 하부인 기단이 놓일 위치에 해당하는 기초지반을 단단히 하기 위한 구조이다. 아울러 본 발명의 '석조문화재'는 상기 '문화재적인 가치를 갖는 건물이나 석탑과 같은 구조물'을 통칭하는 표현이고, '지반보강구조'는 상기 석조문화재를 지지하는 기초지반을 일컫는다.

구체적으로, 기단이 놓일 위치에 해당하는 웅덩이는 지반보강구조가 조성될 토층을 파낸 부분으로서, 기존의 보강된 지반을 제거하고 본 발명에 의한 지반보강구조를 조성하기 위한 토층 내부의 공간이다. 이때, 작업자는 지반보강구조가 형성될 깊이와 직경에 해당하는 만큼의 깊이와 직경으로 웅덩이를 파냄은 자명할 것이다.

또한 상기 흙다짐층은 5~20cm의 두께로 흙을 다짐처리하여 형성되는 층으로서, 종래의 흙다짐층과 같이 현장의 토질과 유사한 토질을 갖는 흙을 목봉 또는 달고를 이용한 손다짐 방식 또는 다짐기계를 이용한 기계다짐 방식 중 어떠한 방법으로도 처리가능하다.

이때, 손다짐 방식을 채택한 경우에는 목봉 또는 달고의 다짐횟수를 복수 회 처리하여, 흙다짐층의 흙이 최대한 다짐 적층될 수 있도록 구성하는 것이 바람직하고, 사용되는 목봉 또는 달고의 무게에 따라서 다짐횟수를 적절하게 조절가능하며, 흙다짐층의 성토 두께는 지반보강처리된 기초지반의 상부에 복원 축조되는 석조문화재의 하중에 따라 5~20cm의 두께의 범위를 갖도록 적절하게 조절하는 것이 바람직하다.

아울러 다짐처리되어 조성된 흙다짐층은 다져진 흙이 굳혀지고 외부의 충격에 의하여 파손되지 않도록 양생기간을 거치는 것이 바람직한데, 현장의 상황과 날씨에 따라 3~7일의 양생기간을 갖으며 구성되는 것이 바람직하다.

또한 보강바인더층은 산화마그네슘계 무기바인더를 포함하는 배합재와 물을 배합한 보강바인더를 타설하여, 상기 흙다짐층의 상부에 5~20cm의 두께로 다짐처리하여 형성되는 층으로서, 흙다짐층의 흙보다 우수한 물리적인 특성 및 내구성를 갖는 보강바인더를 이용하여 지반을 더욱 보강시키는 층이다.

즉, 상기 보강바인더는 흙다짐층과 순차적으로 적층되는 보강바인더층이 흙다짐층보다 우수한 물리적인 특성 및 내구성를 갖아 본 발명에 의한 지반보강구조층이 구조적인 안정성과 충분한 지내력을 확보할 수 있도록 하면, 어떠한 종류의 것으로 구성되어도 무방하나, 일반적인 구조물의 지반보강구조에 이용되는 시멘트와 대등한 물리적인 특성과 내구성을 갖되, 시멘트에 다량 함유된 산화칼슘(CaO) 성분으로 인한 여러 가지 문제를 해결할 수 있는 산화마그네슘계 무기바인더를 포함하는 보강바인더를 이용하는 것이 바람직하다.

또한 보강바인더의 다짐 두께 역시 상기 흙다짐층과 같이 5~20cm를 갖는 것이 바람직하고, 다짐방법 또한 목봉 또는 달고를 이용한 손다짐 방식 또는 다짐기계를 이용한 기계다짐 방식 중 어떠한 방법으로도 처리가능하다.

아울러 다짐처리되어 조성된 보강바인더층은 다져진 보강바인더가 굳혀지고 외부의 충격에 의하여 파손되지 않도록 양생기간을 거치는 것이 바람직한데, 현장의 상황과 날씨에 따라 3~7일의 양생기간을 갖으며 구성되는 것이 바람직하다.

상기와 연관하여, 본 발명은 산화마그네슘만으로 이루어진 무기바인더 또는 산화마그네슘을 주성분으로 하는 무기바인더(MgO) 100중량부에 대하여, 천연규사 150~200중량부, 충전재(Filler) 5~90중량부를 포함하여 구성되는 배합재 100중량부와; 물 15~25중량부;가 혼합되어 구성되는 보강바인더를 이용하여 보강바인더층을 구성할 수 있다.

구체적으로, 상기 배합재는 산화마그네슘만으로 이루어지거나, 산화마그네슘을 주성분으로 하는 무기바인더(이하, '무기바인더'라 칭함.)와, 천연규사 및 충전재가 일정의 조성비로 혼합된 구성으로서, 상기 무기바인더는 종래 시멘트 또는 석회와 같이 일정의 강도 및 접착력을 갖아 보강바인더층의 물리적인 특성을 향상시켜주고, 보강바인더층의 상ㆍ하부에 위치된 흙다짐층을 유기적으로 적층시켜 주기 위한 구성이다.

이때, 본 발명의 무기바인더는 산화마그네슘만으로 이루어지거나, 산화마그네슘을 주성분으로 하는 무기물질로 구성되어, 종래 시멘트(Cement) 또는 석회(Lime)가 주성분으로 산화칼슘(CaO)을 포함하여 산화칼슘(CaO)의 칼슘이온(Ca)이 탄소나 물과 반응하여 형성되는 탄산칼슘이나 수산화칼슘에 의한 박리 박락 현상과 같은 내구성 저하의 문제를 해결하는 효과를 얻을 수 있다.

즉, 본 발명의 무기바인더의 실시예 중의 하나인 산화마그네슘(천연미네랄 바인더)은 표 1(시멘트(Cement), 석회(Lime) 및 천연미네랄 바인더(MB)의 화학적 조성과 물리적 특성)과 같이 박리 박락 현상을 유발할 수 있는 산화칼슘(CaO)의 성분은 5~8%로 거의 없고, 마그네슘과 산소의 화합물로 공기 중에서 물 및 이산화탄소를 흡수하는 특성이 있다.

또한 산화마그네슘은 자연상에서 페리클레이스(Periclase) 형태로 존재하며, 인공적으로는 탄산마그네슘(Magnesite)이나 수산화마그네슘(Brucite)의 하소(열처리)를 통해서 얻을 수 있다.

상기와 연관하여, 본 발명에 의한 무기바인더는 당업자의 판단에 따라 다양한 평균 입자 크기를 갖는 것을 이용가능하나, 20~60㎛ 이내의 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이는 보강바인더의 접착제 역할을 하는 무기바인더의 평균 입자 크기가 20㎛ 미만이면, 입자 크기가 지나치게 작아 배합재의 구성성분을 서로 혼합시키는 물에 대한 무기바인더의 분산이 용이하지 못한 어려움이 발생하고, 60㎛를 초과하면, 입자 크기가 지나치게 커서 접착력이 떨어지는 문제가 발생하기 때문에 상기 범위 내의 평균 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다.

아울러 산화마그네슘은 상온에서 반응성이 매우 낮은 분자로서, 2000℃ 이상의 고온 상태와 장기간이라는 환경이 주어져야만 이온으로 분리되고 다른 분자와 결합하여 염이나 수화물을 생성할 수 있기 때문에, 보강바인더층의 보강바인더로 이용되어도 염이나 수화물을 생성하는 원인물질 이온이 산화칼슘을 다량 포함하는 시멘트보다 적게 생성되어, 보강바인더층의 우수한 내구성을 확보할 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

즉, 산화마그네슘에 포함된 마그네슘과 시멘트의 산화칼슘에 포함된 칼슘의 상관성을 규명하면, 하기 표 2(마그네슘과 칼슘의 화학적 성질 비교)와 같다. 이때, 마그네슘과 칼슘은 주기율표상에 같은 족(Group)에 해당하기 때문에 서로 유사한 화학적인 성질을 가지고 있으나, 이온화 정도에 따른 보강바인더층의 내구성 확보 효과는 전혀 상이한 특성을 갖는다. 구체적으로, 이온간 거리는 원자 번호 간 거리로도 표시하며, 이온간 거리가 짧을수록 이온 결합력이 크기 때문에 산화마그네슘(MgO)의 결합력이 산화칼슘(CaO)의 결합력 보다 커서 산화마그네슘(MgO)의 반응성이 산화칼슘(CaO)의 반응성보다 작다고 할 수 있다. 또한 용해도 곱 상수는 용매에 용해되는 정도로 Ksp는 물(H₂O)에 의한 용해도 상수를 뜻한다. 용해도곱 상수가 낮을수록 용액에서 이온화되지 않는다.

또한 천연규사는 배합재에 포함되어 보강바인더의 강도를 향상시키기 위한 구성으로서, 일반적인 보강모르타르에 포함되어 보강바인더의 강도를 향상시키는 천연규사와 동일한 목적을 갖는 구성이다. 이때, 본 발명의 천연규사는 지반의 상부에 놓이는 석조문화재의 하중 및 주변 지반의 상태에 따라 다양한 종류의 것을 적용가능함은 자명할 것이다.

상기와 연관하여, 본 발명에 의한 천연규사의 평균 입자 크기는 당업자의 판단에 따라 자유롭게 적용가능하나, 5~10㎛의 것을 이용하는 것이 바람직하다. 즉, 천연규사의 평균 입자 크기가 5㎛ 미만이면, 입자 크기가 지나치게 작아 상기 무기바인더 및 물에 대한 분산이 용이하지 못한 어려움이 발생하고, 10㎛를 초과하면, 입자 크기가 지나치게 커서 흙다짐층에 대한 이물감이 발생하기 때문에 상기 범위 내의 평균 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다.

아울러 천연규사의 조성비는 상기 무기바인더 100중량부에 대하여, 150~200중량부로 배합재에 포함되는 것이 바람직한데, 천연규사의 조성이 150중량부 미만이면, 천연규사의 조성이 미미하여 보강바인더의 강도실현이 어려운 문제가 발생하고, 200중량부를 초과하면, 무기바인더에 대한 천연규사의 조성이 지나치게 높아 무기바인더에 의한 접착력이 미흡해지는 문제가 발생하므로, 상기 범위 내의 조성비를 유지하는 것이 바람직하다.

또한 충전재(Filler)는 본 발명에 의한 보강바인더의 강도에 관한 물리적인 특성과 내구성을 더욱 우수하게 향상시키기 위한 구성으로서, 배합재에 포함되는 무기바인더와 천연규사와 원활하게 혼합될 수 있고, 특히 천연규사의 물리적인 강도를 더욱 보강시켜며, 다양한 지중환경에 놓인 보강바인더층에 따른 세부적인 물리적인 특성과 내구성 향상을 조절할 수 있도록 하는 효과를 실현하는 구성이다.

즉, 충전재는 일반적인 무기물질을 이용하여, 무기물질의 물리ㆍ화학적인 특성을 보강바인더에 반영시킬 수 있는 것이면 어떠한 것을 이용하여도 무방하나, 황토(Hwangto), 플라이애시(Fly Ash), 규회석(Wollastonite), 고로슬래그(Blast Furnace Slag), 샤모트(Chamotte) 또는 실리카퓸(Silica Fume) 중 어느 하나 이상의 것을 이용하는 것이 바람직하다.

구체적으로, 상기 황토(Hwangto)는 광물학적 구분으로 고령토와 동일한 카올린(Kaolin) 족의 할로이사이트(Halloysite) 계에 속하는 광물로서, 주요 성분은 SiO₂와 Al₂O₃ Fe₂O₃ 등으로 일반적인 콘크리트 혼화제와 그 성분이 유사하여 천연 포졸란의 성질을 갖는 것으로 알려지고 있다. 또한 본 발명의 황토는 소성하여 수분을 뺀 것을 사용하는 것이 바람직하다.

아울러 플라이애시(Fly Ash)는 화력발전소에서 석탄을 원료로 하는 미분탄을 약 1400~1500℃의 고온으로 소각시켰을 때 발생되는 먼지로서, 주성분으로는 SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ 등으로 구분되어 있으며 인공 포졸란에 속한다. 더불어 플라이애시는 입상이 구형이므로 배합재에 혼합되어 사용됨으로써, 동일 슬럼프에서 사용수량을 감소시키고 수화열을 낮추는 등 워커빌리티를 개선시킨다. 또한 분말도가 큰 플라이애시는 본 발명의 무기바인더 입자 사이사이의 공극을 충진시켜 내구성을 향상시키는 역할을 한다. 또한 배합재에 대한 플라이애시의 혼합률은 제조된 보강바인더의 압축강도와 정비례하는 관계를 갖지 않지만, 플라이애시에 혼합에 따라 3-6개월 사이에 보강바인더의 장기강도를 증진시키는 효과를 발휘한다.

또한 규회석(Wollastonite)은 본 발명의 배합재에 혼합되어 제조완료된 물과 혼합된 배합재의 수화팽창을 억제하고, 제조완료된 보강바인더의 소성강도를 높이며 열충격에 대한 저항성을 높이는 효과를 발휘한다. 특히, 규회석이 포함된 일반적인 재료는 휨강도가 개선될 수 있다고 알려져 있는 물질로서, 본 발명에 있어서 역시 보강바인더의 물리적인 강도를 향상시키는 효과를 발휘한다.

아울러 고로슬래그(Blast Furnace Slag)는 고로에서 선철을 제조하는 과정에서 얻어지는 부산물이고, 철광석 중의 점토 성분과 석회석이 합성되면서 형성되는 물질로서, 주성분은 CaO, SiO₂, Al₂O₃ 등으로 화학적 성분이 포틀랜드 시멘트와 유사하다. 또한 본 발명에서의 고로슬래그는 미분말 형태로 사용되어 배합재와 물의 혼합시에 작업성을 향상시키는 효과를 발휘하는데, 이는 미분말 형태의 고로슬래그 표면이 매끄럽고 촘촘하기 때문에 배합 초기에 점성을 발휘하지 않아 유동성을 갖게 해주기 때문이다. 특히, 본 발명에 의한 고로슬래그는 보강바인더의 강도를 증진시켜주며 배합재의 각 조성들 간의 공극의 크기를 줄여주어 투수성을 감소시키고 내산성을 향상시키는 효과를 발휘한다.

또한 샤모트(Chamotte)는 점토를 한번 소성하여 분쇄해 놓은 가루로서, SiO₂, Al₂O₂ 등의 주성분으로 이루어져 일반적인 내화 벽돌 또는 내화 모르타르의 주요 원료로 알려져 있다. 더불어 본 발명의 샤모트는 배합재의 다른 조성들과 함께 혼합되면 보강바인더의 소성 수축률을 줄일 수 있는 효과를 발휘한다.

아울러 실리카퓸(Silica Fume)은 금속 실리콘 또는 규소 합금을 제조할 때에 발생하는 산업부산물로서, 주성분은 SiO₂이다. 구체적으로, 실리카퓸은 대부분이 SiO₂로 이루어져 있으며 초미분 상태이기 때문에 알칼리성 용액에 빨리 용해되어 실리카질의 겔 층을 석출한다. 때문에 본 발명에서 사용되는 실리카퓸은 플라이애시와 마찬가지로 포졸란 반응을 활성화시켜 수화열 억제하는 효과를 발휘하고, 보강바인더의 장기강도를 증진시킬 뿐만 아니라 단기강도 또한 증진시키는 효과를 발휘한다.

또한 본 발명의 충전재는 배합재에 첨가제로서 배합재에 일정의 조성으로 혼합될 수 있고, 충전재의 종류에 따른 특성을 다양한 지중환경에 놓인 보강바인더층에 적절하게 한 종류 이상 배합재에 혼합함으로써 반영할 수 있다. 이때, 배합재에 혼합되는 충전재의 조성비 역시 당업자의 판단에 따라 적적하게 조절가능하나, 무기바인더 100중량부에 대하여, 5~90중량부의 조성비로 포함되는 것이 바람직하다.

즉, 충전재의 조성이 무기바인더 100중량부에 대하여, 5중량부 미만이면, 충전재의 조성이 미미하여 충전재에 의한 보강바인더의 강도에 관한 물리적인 특성과 내구성을 향상 효과가 미약해지는 문제가 발생하고, 90중량부를 초과하면, 무기바인더에 대한 충전재의 조성이 지나치게 높아 무기바인더에 의한 접착력이 저하되는 문제가 발생하므로, 상기 범위 내의 조성비를 유지하는 것이 바람직하다.

아울러 상기 구성의 배합재는 무기바인더, 천연규사 및 충전재가 균일하게 혼합된 상태로 일정량의 물이 더 혼합되어 보강바인더로 만들어진다.

즉, 상기 구성의 배합재는 물이 혼합됨으로써, 시멘트처럼 일정의 유동성을 갖는 보강바인더로 만들어지고, 일정의 유동성을 갖는 보강바인더는 일정의 두께를 가지며 보강바인더층으로 타설되어 양생된다.

이때, 배합재와 물의 혼합비는 배합재의 묽기에 의한 보강바인더의 강도, 작업성 또는 경화시간을 고려하여 당업자가 적절하게 조절가능하나, 배합재 100중량부에 대하여, 물 15~25중량부의 혼합비를 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로, 물이 배합재 100중량부에 대하여 15중량부 미만으로 혼합되면, 물의 조성이 지나치게 적어 배합재의 각 조성물이 원활하게 혼합되기 어려운 문제가 발생하고, 25중량부를 초과하면, 물의 조성이 지나치게 높아 제조완료된 보강바인더의 강도가 저하되고, 보강바인더가 지나치게 묽어 작업성이 저하되며, 타설된 보강바인더층의 경화시간이 지나치게 오래 걸리는 문제가 발생하므로, 상기 범위 내의 혼합비를 유지하는 것이 바람직하다.

상기와 연관하여, 본 발명은 배합재와 물의 혼합비를 상기와 같은 범위를 유지하되, 일반적으로 콘크리트와 같은 모르타르의 유동성을 나타내는 값인 플로어 테스트 값이 160~180mm의 범위를 갖도록 구성하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 범위의 플로어 테스트 값은 본 발명에 의한 보강바인더의 유동성을 적절하게 확보하여 작업의 용이성을 더욱 향상시키는 효과를 발휘한다.

다음은 본 발명에 의한 석조문화재의 지반보강구조의 보강바인더층의 물리적인 특성 및 내구성을 확인하기 위한 실시예 및 일반적인 보강바인더를 만드는 비교예이다. 또한 상기 실시예 및 비교예에 의하여 만들어진 시험편의 물리적인 특성과 내구성을 시험하기 위한 시험 및 시험결과이다.

Ⅰ. 시험편 제작

1. 하기 표 3과 같은 조성비와 혼합비로 비교예 및 실시예의 모르타르(보강바인더와 대응됨.)를 만들고, 성형틀에 인입시켜 시험편을 만든다.

2. 시험편의 저장

시험편은 성형 후 1일 동안은 공기 중에 양생하고, 나머지 양생기간 동안은 시멘트 모르타르(No. 1)의 경우 23±2℃의 양생수조 안에서 수중양생을 하며, 석회 모르타르(No. 2) 및 무기바인더 모르타르(No. 3 ~ No. 9)의 경우 온도 20±2℃, 상대습도 65±10%의 항온항습기 안에서 양생한다.

Ⅱ. 시험

Ⅱ-1. 물리적인 특성 시험

1. 압축강도 시험

압축강도 시험은 축응력 중 압축응력에 저항하는 성능을 평가할 수 있다. 재료의 압축강도 보다 큰 압축응력을 외부에서 받을 경우 국부적인 압축파괴에 따른 변형이 발생하여 구조물의 변형이 발생하거나, 보강바인더의 경우 구조물의 무게를 버티지 못하고 무너지게 된다.

압축강도 측정은 KS L 5101(한국산업표준 : 시멘트 모르타르의 압축강도 시험방법)측정법에 의거하여, 시험편은 변수별로 50×50×50mm 크기 시험편 3개씩을 각각 7, 14, 28, 56일 재령 후 측정하였다.

시험편을 Universal testing machine(UTM) 가압판에 놓고 기편과 시험장치의 중심선이 같은 수직선 위에 있게 하며, 시험편의 윗면이 시험기의 가압 면과 완전한 평행이 되도록 하였다. 가압 속도는 최대하중(약 1350kg)이 20초 이상 80초 이내에 미치는 속도로 가한다. 압축강도는 다음 식으로 구한다.

2. 휨인장강도 시험

일반적인 석재 및 콘크리트 구조물은 인장응력에 취약하다. 재료의 휨강도보다 큰 응력이 발생 할 경우 구조체에 균열 및 탈락이 발생할 수 있다. 보강바인더층 또한 위치에 따라 인장응력을 받을 수 있기 때문에 인장강도 측정을 실시하였다. 시험편은 KS F 4042(한국산업표준 : 콘크리트 구조물 보수용 폴리머 시멘트 모르타르)에 따라 40×40×160mm 시험편 3개를 양생 28일에 측정하였다.

휨인장강도 시험은 지간의 거리를 100mm로 하고 시험편의 중앙을 매초 (50±10)N의 하중 속도로 재하하여 최대하중을 구한다. 휨인장강도는 다음식 에 의해 산출하고 시험편 3개의 평균값으로 하여 소수점 이하 한자리로 끝맺음한다.

Ⅱ-2. 내구성 시험

1. 흡수율 시험

흡수율은 물체의 절건상태 중량에 대한 흡수량의 비의 백분율이다. 이때 흡수량은 표건내포상태 중량에서 절건상태의 중량을 뺀 값이다. 흡수율 시험을 통해 물체의 상대적인 공극의 량 및 내구성을 알 수 있다. 특히 보강바인더의 경우 흡수율이클 경우 눈, 비 등 외부환경침투에 의해 영향을 많이 받을 수 있으므로 흡수율이 낮은 것이 좋다.

흡수율 시험은 KS F 2518(한국표준협회 : 석재의 흡수율 및 비중 시험 방법)에 따라 시험편을 온도 105±2℃의 건조기에서 24시간 건조시킨 후 30분 동안 식혀 건조상태 시험편의 질량을 달고, 20±5℃의 증류수나 여과수 속에 48시간 침수시킨다. 이 시간이 지난 후 시험편을 수조에서 동시에 꺼내어 표면을 젖은 헝겊으로 닦아내고 0.1g의 정밀도로 단다. 양생 28일, 56일 경과한 시험편에 대하여 각각 세 개의 시험편으로 시행하며, 다음 식에 의해 흡수율을 산출하여 세 시험편의 평균값을 기록한다.

2. 용출 시험

보강바인더가 장기간 수분(H2O)에 노출되었을 때 용출되는 이온을 알아보기 위해 이온크로마토그래피(ICS-3000/Dionex)분석을 실시하여 양이온과 음이온을 측정하였다. 시멘트, 석회 및 무기바인더와 필러들의 조합에서 재료의 화학적 조성성분이 무엇인지에 따라 빗물을 받았을 때 용출되어 나오는 이온 중, 이차 오염물질을 발생시킬 가능성이 있는 지를 확인하고자 하는 것이다.

본 시험에서는 동일 부피의 시료에서 용출되는 이온농도 측정을 위해 28일 양생한 시험편을 40×40×15mm로 제단하여 증류수로 세정하고, 세정한 시험편 9조각을 증류수 500ml에 각각 14일, 28일, 56일 동안 침지시켰다. 각 측정시간에 해당하는 시점에서 얻어진 수용액를 스포이드로 추출하여 20ml 용기에 저온 보관 후 이온크로마토그래피분석을 실시하였다.

3. 동결융해 시험

보강바인더로서 동결융해 저항성능은 매우 중요한 요소이다. 보강바인더층은 지중 환경에 노출되어 있기 때문에 지중에 흡수된 물에 의한 영향을 받기 쉽다. 암석과 마찬가지로 보강바인더 또한 골재로 이루어져 있으므로 균열이나 공극 속에 있는 물이 동결될 때 부피 팽창으로 인하여 공극이나 균열사이에서 인장응력이 발생하여, 균열이 확장되고 미세균열이 추가로 발생하는 등의 풍화현상이 발생된다. 동결 융해 반복과정에서는 온도변화에 의한 광물간의 열팽창률의 차이, 물에 의한 입자간 결합력의 약화, 공극 속에서 물의 동결에 따른 부피 팽창 등이 복합적으로 작용한다. 동결융해에 의한 풍화현상은 보강바인더의 내구성에 심각한 저하를 발생시켜 강도 저하 및 외관 변화를 일으켜 문화재에 심각한 피해를 입힐 수 있다.

즉, 본 시험은 KS F 2456 B방법(한국표준협회 : 기중 급속 동결 후 수중 융해 시험 방법) 및 ASTM C 666에 의거하여 동결 단계 시 공기 중, 융해 단계 시 수중에 놓이도록 배치하였다. 시험편은 각 배합별 5×5×5cm 로 제작하여 재령 28일에 시험을 진행하였다. 동결융해 1사이클의 소요시간은 3시간, 시험편의 온도는 동결 시 -18℃, 융해 시 4℃로 관리하였다. 시간 경과 후 동탄성계수의 변화를 관찰하기 위하여 100사이클 마다 꺼내어 상대 동탄성계수를 측정하였다. 최종 동결융해 300사이클에 동결융해 시험기에서 시험편을 꺼내어 외관변화, 중량변화 및 초음파 속도를 측정하였다.

4. 내산성 시험

보강 모르타르에 대한 내산성 평가는 아직 국내에서는 규격화되어 있지 않다. 재령 28일의 5×5×5cm 시험편을 산성용액 속에 침지시켜 7일, 14일, 28일의 중량 변화 및 외관 변화를 관찰하였다.

침지 용액은 산성비의 84% 비율을 차지하는 분자량 98.08의 황산(H₂SO₄) 수용액을 pH1, pH3, pH5 상태로 제조하였다. pH 농도는 0.1N(2.7%) 황산 수용액 = pH 1로 환산하여 pH 1 황산 수용액을 증류수에 100배 희석하여 pH3, pH3을 100배 희석하여 pH 5 황산 수용액을 제조하였다.

산성 용액 침지전 시멘트와 석회, 무기바인더 모르타르의 표면이 강한 염기성으로 덮여져 있기 때문에 초기에 산성용액 침지 시 중성화 속도가 매우 빠르다. 따라서 초반 2주 동안은 24시간마다 농도변화를 측정하여 산성을 유지시켜 주었으며, 남은 기간은 3일마다 용액을 교체해 주었다. 시험편의 중량 감소율을 구하는 식은 다음과 같다.

Ⅲ. 시험결과

Ⅲ-1. 물리적인 특성 시험결과

1. 압축강도 시험결과

압축강도는 변수별로 각각 7, 14, 28, 56일 재령 한 시험편을 3번씩 시험하여 평균값을 내어 평가하였다. 측정한 압축강도의 결과값을 표 4에 나타내었다. 28일 강도를 기준으로 KS F 4042 (한국산업표준 : 폴리머 시멘트 모르타르 품질기준) 압축강도 품질 기준 20MPa를 만족하는 시험편은 6가지로, 강도가 높은 순서대로 시멘트(No. 1), MB+SF0.1(No. 8), MB+CH(No. 7), MB+BFS(No. 6), MB+FA(No. 4), MB+SF0.2(No. 9)로 나타났다. 전체적으로 시멘트의 강도가 가장 높았고 석회(No. 2)의 경우 보강바인더로서의 성질을 전혀 가지지 못하였다. 특히 시멘트를 제외하고 가장 우수한 강도를 가지는 MB+SF0.1(No. 8)은 7일 강도에서 시멘트의 82%, 14일강도 87%, 28일에서 75%, 56일에서 100.1%에 준하는 강도를 내었다.

도 1의 압축강도 비교 그래프를 보면, MB+SF0.1 시험편(No. 8)과 MB+SF0.2 시험편(No. 9)이 높은 조기강도를 발현했지만 28일까지는 다른 시험편들보다 완만하게 증가하다가, 56일에 강도가 급상승하는 모습을 볼 수 있다. 이는 실리카퓸이 마그네슘의 장기 강도에 긍정적인 영향을 준다는 것을 뜻한다.

2. 휨인장강도 시험결과

28일 양생 후 휨인장강도 시험을 실시한 각 변수별 시험편 3개의 평균값을 도 2에 나타내었다. KS F 4042 (한국산업표준 : 폴리머 시멘트 모르타르 품질기준) 휨강도 품질기준 6MPa 이상을 만족하는 시험편은 4가지로, 압축강도와 마찬가지로 시멘트(No. 1)에서 가장 우수한 결과값이 나왔고, MB+BFS(No. 6), MB+CH(No. 7), MB+SF0.1(No. 8) 순으로 높은 강도가 나왔다. 압축강도 결과값과는 다르게 실리카퓸을 첨가한 시험편들 보다 고로슬래그 또는 샤모트를 포함하는 모르타르에서 휨인장강도에 도움을 주는 그물 형태의 수화물 구조가 생성된 것으로 추정된다.

Ⅲ-2. 내구성 시험

1. 흡수율 시험결과

흡수율 값은 Cement 모르타르(No.1)가 28일, 56일 양생한 시험편 모두 제일 낮았고, lime 모르타르가(No.2) 제일 높았다. 무기바인더와 충전재를 조합한 시험편 중에는 압축강도, 휨강도 결과와 같이 MB+SF0.1(No.8) 모르타르가 제일 낮은 수치를 보여 조직이 치밀하다는 것을 알 수 있었다.

또한 도 3에는 재령 28일과 56일의 흡수율 변화 양상을 나타내었다. 상기 압축강도 시험에서 28일에서 56일 사이에 급격한 강도 상승을 발현했던 MB+SF0.1(No.8), MB+SF0.2(No.9) 시험편의 흡수율 감소비율이 MB+BFS(No.6), MB+CH(No.7), MB+FA(No.4), MB+WS(No.5), MB+HT(No.3) 에 비해 현저히 높은 것을 알 수 있다. 이는 실리카퓸이 초속경 성능을 가진 무기바인더 모르타르의 초기 급격한 수화반응 집중을 분산시켜 줄 수 있다는 것을 뜻한다.

2. 용출 시험결과

시험편 9개의 14일, 28일, 56일 용출 이온 측정 결과 값(ppm)과 이온농도 변화량을 표 6 내지 7에 나타내었다. 석회 모르타르의 경우 증류수에 넣자 부피가 팽창하여, 시험편이 파괴되었기 Ca성분이 지나치게 많이 용출되어 정확한 수치를 얻을 수 없었다.

시험편 별로 분석한 결과, 첫 번째로, 시멘트 모르타르의 경우 반응성이 빠른 K, Ca, Na를 제외한 이온에서 용출이온이 감소되었는데, 이는 시멘트가 용출시험 과정에서 증류수 안에서 수화반응을 하였기 때문이라 할 수 있다. 그럼에도 불구하고 수화과정에 가장 많이 작용하는 Ca 이온이 점점 증가하는 것은, 가용성 Ca(OH)2 염 때문이다. Ca(OH)2는 물에 녹아 높은 pH농도를 유지시켜 시멘트의 수화작용을 도와주는 염으로, 박리 박락 현상을 일으킨다고 밝혀진 바 있다.

또한 시멘트와 석회 모르타르에 비해 무기바인더 모르타르(No.3~No.9)에서 칼륨(K+)이온의 농도가 30배 이상으로 나왔는데, 이것은 무기바인더 모르타르의 수화물중 K+와 Mg2+이온의 결합으로 이루어진 수화물 때문이다, 즉, 크로마토그래피는 물질의 반응성에 따라 성분을 분석하는 장치인데, 용출 이온 중 K, Ca, Na, Mg 는 K(칼륨)으로 갈수록 이온화 경향(반응성)이 크다. 반응성 순서에서 두 이온 간의 거리가 멀수록 반응 상수비가 커서, 반응성 큰 이온의 반응속도가 빨라지고, 반응성이 낮은 이온의 용출이 작아지는데, 무기바인더 모르타르의 경우 K이온과 Mg이온의 결합으로 수화물이 만들어졌을 가능성이 크고, K이온과 Mg이온의 반응성 순서에서 두 이온 간의 거리가 Ca과 K의 거리보다 크므로 반응성이 큰 K이온 용출량이 극도로 활발해 지고 상대적으로 반응성이 작은 Mg 이온의 경우 용출 양이 줄어든 것이다.

칼슘이온은 가용성 이온이지만, Ca(OH)₂ 형태로 용출되면 공기 중의 탄소와 만나 불용성 염인 CaCO₃을 생성하여 백화현상을 유발한다. 그러나 칼륨은 매우 반응성인 이온이자 가용성 이온으로, 칼륨이 생성하는 염은 모두 물에 녹아버리기 때문에 눈에 보이지 않는다. 따라서 칼륨보다는 Mg이온의 용출이 문제인데, Ca(OH)₂보다 10배나 용해도가 Mg(OH)₂이 낮고 불용성 염이어서 용출될 위험이 적다. 도 4는 용출 시험 마지막 날 촬영한 사진이다, 시멘트와 석회 모르타르의 경우 하얀 염이 생성되어 수면 위로 떠올랐지만, 무기바인더 모르타르의 경우는 염이 생성되지 않았다.

3. 동결융해 시험결과

동결융해 저항성은 모르타르 내 연행 공기량 및 연행 공기의 간격에 따라 달라지게 되며, 측정한 상대 동탄성계수를 측정하므로써 평가된다. 각 사이클 당 상대 동탄성 계수를 표 8에 나타내었다. 석회 모르타르(No.2)는 20 cycle에서 파괴하여 상대 동탄성계수를 측정할 수 없었다. 100cycle 까지는 약 12.5일로, No.1, No.4, No.6, No.8 (시멘트, MB+FA, MB+BFS, MB+SF0.1)이 상대적으로 높은 동탄성계수를 가져 동해영향에 상대적으로 안정적이었으나, 300cycle(약 37.5일)에는 No.1, No.6(시멘트, MB+BFS) 시험편이 각각 61.6%, 59.9%로 100cycle에 비해 급속도로 동탄성계수가 낮아져서, 동결융해 저항성이 상대적으로 떨어지는 것으로 나타났다(도 5). 따라서 무기바인더를 첨가한 모르타르가 장기적으로 봤을 때 동결융해 저항성이 증대된다고 볼 수 있으며, 시멘트(NO.1)에 비해 전반적으로 비슷하거나 높은 동탄성을 보였다.

4. 내산성 시험결과

표 9는 날짜별 시험편의 중량변화를 보여준다. 석회 모르타르(Np.2)는 공극이 치밀하지 못하기 때문에, 황산수용액이 모르타르 내부로 급속도로 침투하면서 시험편 내부에서 불용성 염(CaSO₄)를 형성하여 팽창하기 때문에, 침지 하루 만에 균열이 가고, 파손되며, pH1에서처럼 염의 무게가 증가하여 이론과는 정반대의 그래프를 나타내었다.

도 6, 7, 8는 침지 전 무게와 7일/14일/28일 침지 후의 중량 감소율을 산성도별 그래프로 나타낸 것이다. 중량 감소 변화가 클수록 그래프의 기울기가 큰 것을 확인 할 수 있다. 초기 중량 감소율은 무기바인더(No.3~No.9)가 -2.5~-4%로 시멘트-1.02%보다 대체적으로 컸다. 이는 시멘트가 양생 시 높은 염기성(pH12~13)을 유지하기 때문에, 침지 초기에 산성용액과 만나 활발한 중화 작용을 하는 반면, 무기바인더 모르타르는 초기 수화물 K-Struvite를 형성하기 위해서, 중성 영역인 pH8~10을 유지하기 때문에, 초기에 산성용액으로부터 많은 침식을 받아 초기 중량 감소율에 차이가 나타난 것이다. 비슷한 이유로 충전재 중 시멘트처럼 칼슘이 일부 섞인 무기바인더 모르타르 시험편(No.4, No.5, No6)는 초기 중량 감소율은 NO.7, NO.8 시험편 보다 작은 반면, 침지 일수가 지날수록 급격히 커지는 것으로 나타났다.

도 8이 나타내는 pH5의 경우, 약산성이라 침식의 영향이 적어 0.1g 차이만으로도 중량감소율에 큰 영향을 주기 때문에, 공기 중의 수분, 온도 등의 영향을 받아 변수가 생겨 신뢰도가 떨어진다. 따라서 내산성 시험은 산성비(pH5.6)에 의한 장기적인 손상을 pH1, pH3의 극한 환경으로 가정하여 분석한 결과를 평가하는 것이 좋다는 것을 나타낸다.

MB+SF0.1 시험편(No.8)은 높은 내구성 덕분에 황산수용액의 침투를 다른 무기바인더 시험편들보다 적게 받는 것으로 나타났다. 이는 다른 무기바인더 시험편은 타설 중 초반 급결로 다수의 공극을 가지게 되는데, MB+SF0.1 시험편의 경우 실리카퓸이 마그네슘과 인산칼륨의 초기 수화반응 집중을 지연시켜 주면서 공극을 줄여주었기 때문이다.

내산성 실험 결과 시멘트가 낮은 중량 감소를 보이며 내산성이 뛰어난 것으로 보이지만 정확한 실험을 위해서는 시멘트를 무기바인더와 마찬가지로 기중양생 하여 비교해야 한다. 이는 시멘트의 28일 동안의 수중양생에 의한 강한 알칼리성 표면형성 및 Si-O-Si의 강한 결합력을 가진 C-S-H Gel을 형성하기 때문이다. 그러나 실제 지반보강 현장은 실험 환경과는 달리, 28일 동안 시멘트가 충분히 수화되는 환경을 못 만들어 주기 때문에, 실험 결과보다 기중양생에 강한 무기바인더의 내구성이 더 뛰어날 것이다.

또한 본 발명에 의한 흙다짐층과 보강바인더층은 서로 반복되어 복수 층으로 적층구성되고, 전체 층수는 보강된 지반의 상부에 놓이는 석조문화재의 무게 또는 주변 지반의 상태에 따라 변동가능하나 5~10층을 갖도록 구성하는 것이 바람직하다. 아울러 파인 웅덩이의 바닥에 첫 번째로 다짐처리되어 형성되는 층은 흙다짐층 또는 보강바인더층 중 어느 층이 먼저 구성되어도 무방하다.

다음은 본 발명에 의한 석조문화재의 지반보강구조를 만드는 바람직한 실시예 및 종래 지반보강구조를 만드는 비교예이다.

1. 시험체 제작

표 10과 같이 구성된 각각의 시험체를 도 9와 같은 형틀에 제작하여, 도 10과 같은 개념도의 단면을 갖는 지반보강구조체를 만들었다. 또한 실시예와 비교예에 의한 시험체를 제작하기 위한 세부제작 순서는 도 11과 같다.

또한 본 발명에 의한 실시예 1의 보강바인더는 상기 실시예의 No.8의 보강바인더와 동일한 조성비를 갖는 것을 이용하였다.

2. 시험

평판재하시험(P.BT : Plate Beering Test) 결과를 이용하여 기초지반에 해당하는 시험체의 지지력을 파악하였다. 즉, 도 12와 같이 원위치 상태의 지반상에 재하평판을 놓고 연직 정하중(static load)을 단계적으로 가하여 대상 시험체의 하중(load)/시간(time)/침하량(settlement) 관계를 실측함으로써 시험체의 지지력을 조사하였고, KS F 2444의 규정을 적용하여 실시하였다.

또한 시험결과 데이터를 이용하여 도 13 내지 24와 같은 P-S곡선과 Log P-Log S곡선을 만들고, 이를 이용하여 항복하중 및 극한하중을 구한 뒤, 하기의 수학식에 의하여 표 11과 같은 시험체 각각의 장기허용지지력 및 장기허용지지력을 구하였다.

3. 결과

상기 표 11의 단기허용지지력과 장기허용지지력의 결과값이 나타내는 바와 같이, 본 발명에 의한 실시예1(시험체 C-2)는 종래기술에 의한 시험체(A-1, A-2, B-1, B-2, C-1)보다 월등히 우수한 지지력을 갖음을 알 수 있다.

즉, 본 발명에 의한 보강바인더를 이용하여 보강바인더층을 조성하고, 상기 보강바인더층을 흙다짐층과 반복 적층하여 석조문화재의 지반보강구조를 구성하면, 구성된 지반보강구조는 720~780kN/m²의 단기허용지지력을 가지고, 340~400kN/m²의 장기허용지지력을 가질 수 있고, 상기의 단기허용지지력과 장기허용지지력은 종래기술에 의한 보강된 지반보다 월등히 우수한 지지력을 제공할 수 있는 효과를 얻을 수 얻을 수 있다.

상기는 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명하였으며, 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.

Claims

기단이 놓일 위치에 해당하여 파인 웅덩이에 순차적으로 다짐 적층되는 석조문화재의 지반보강구조에 있어서,
5~20cm의 두께로 흙을 다짐처리하여 형성되는 흙다짐층과; 산화마그네슘계 무기바인더를 포함하는 배합재와 물을 배합한 보강바인더를 타설하여, 상기 흙다짐층의 상부에 5~20cm의 두께로 다짐처리하여 형성되는 보강바인더층;이 반복되어 복수 층을 이루며 구성되고,
상기 보강바인더는 산화마그네슘만으로 이루어진 무기바인더 또는 산화마그네슘을 포함하는 무기바인더(MgO) 100중량부에 대하여, 천연규사 150~200중량부, 충전재(Filler) 5~90중량부를 포함하여 구성되는 배합재 100중량부와; 물 15~25중량부;가 혼합되어 구성되며,
상기 충전재는 황토, 플라이애시, 규회석, 샤모트 또는 실리카퓸 중 어느 하나 이상의 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 석조문화재의 지반보강구조.
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삭제
제1항에 있어서,
상기 지반보강구조는,
720~780kN/m²의 단기허용지지력을 가지고, 340~400kN/m²의 장기허용지지력을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 석조문화재의 지반보강구조.