KR101416867B1

KR101416867B1 - 토양 고화제를 이용한 연약지반 개량공법

Info

Publication number: KR101416867B1
Application number: KR1020120054896A
Authority: KR
Inventors: 송기용
Original assignee: 스키너스 주식회사
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2014-07-08
Also published as: KR20130131097A

Abstract

본 발명은 염화칼슘 22.4~35.7 중량부, 염화암모늄 12~26 중량부, 염화마그네슘 21.42~34.68 중량부, 황산마그네슘 1.2~7 중량부, 알민산 소다 11.1~13 중량부, 리그린 설폰산염 7.1~10 중량부, 스테아린산 마그네슘 2.5~3.5 중량부, 2가 철 화합물 1~2 중량부를 포함하는 토양 고화제를 제시함으로써, 현장발생토나 부산물 폐토류를 효과적으로 고화하여 충분한 강도를 발휘할 수 있도록 한다.

Description

토양 고화제를 이용한 연약지반 개량공법{STABILIZING METHOD USING SOIL STABILIZER}

본 발명은 토목 분야에 관한 것으로서, 상세하게는 토양 고화제를 이용한 연약지반 개량공법에 관한 것이다.

토목 구조물의 기초가 되는 지반의 토양이 소요 강도를 충족하지 못하는 경우, 토양에 고화제를 혼입하여 고화시키는 토양 고화공법이 사용된다.

토목, 건설 현장의 굴착에 의해 발생하는 현장발생토나, 해안부, 댐, 연못 등에서 준설되는 부산물 폐토류(연약 점성토, 폐 미세 토사, 마사토, 슬러지, 오니 등)는 강도가 대단히 약하므로, 종래의 고화공법에 의해서는 이를 기초 토양으로 사용하지 못하고 폐기하는 것이 현실이었는바 문제로 지적되어 왔다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 현장발생토나 부산물 폐토류를 효과적으로 고화하여 충분한 강도를 발휘할 수 있도록 하는 토양 고화제 및 이를 이용한 연약지반 개량공법을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 염화칼슘 22.4~35.7 중량부, 염화암모늄 12~26 중량부, 염화마그네슘 21.42~34.68 중량부, 황산마그네슘 1.2~7 중량부, 알민산 소다 11.1~13 중량부, 리그린 설폰산염 7.1~10 중량부, 스테아린산 마그네슘 2.5~3.5 중량부, 2가 철 화합물 1~2 중량부를 포함하는 토양 고화제를 제시한다.

본 발명은 상기 토양 고화제 1~2kg, 바인더 50~120kg을 혼입하여 고화시키는 것을 특징으로 하는 토양 고화공법을 함께 제시한다.

토양 1㎥에 대하여, 상기 토양 고화제의 수용액 30~35ℓ를 혼입하는 것이 바람직하다.

상기 바인더는 시멘트 30~40 중량부, 슬래그 또는 플라이애쉬 50~60 중량부, 석고 5~15 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.

토양 1㎥에 대하여, 메타크릴수지와 실리카계 고화제를 혼합한 에멀젼 용액 3~5 중량부 수용액 1~5ℓ를 더 첨가하는 것이 바람직하다.

본 발명은 현장발생토나 부산물 폐토류를 효과적으로 고화하여 충분한 강도를 발휘할 수 있도록 하는 토양 고화제 및 이를 이용한 연약지반 개량공법을 제시한다.

도 1 이하는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것으로서,
도 1은 단위 시멘트량에 대한 최대건조밀도 및 최적함수비의 관계의 그래프.
도 2,3은 비교예에 의한 시험체의 조직화상분석 사진.
도 4,5는 본 발명의 실시예에 의한 시험체의 조직화상분석 사진.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

도 1 이하에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 토양 고화제는 기본적으로, 염화칼슘 22.4~35.7 중량부, 염화암모늄 12~26 중량부, 염화마그네슘 21.42~34.68 중량부, 황산마그네슘 1.2~7 중량부, 알민산 소다 11.1~13 중량부, 리그린 설폰산염 7.1~10 중량부, 스테아린산 마그네슘 2.5~3.5 중량부, 2가 철 화합물 1~2 중량부를 포함하여 구성된다.

연약지반의 경우, 토양 1㎥에 대하여, 위 토양 고화제 1~2kg, 시멘트를 포함하는 바인더 50~120kg을 혼입하여 고화시키는 것만으로도 10~50kgf/㎠ 이상의 압축강도 및 우수한 동결융해성, 불투수성(투수계수 1 × 10-7 cm/sec)을 얻을 수 있다.

연약점성토 및 저니 점결토의 경우, 함수비가 높고 유기물(Humic산)에 분산 생성된 고분자 화합물 등이 토립자 주위의 부착수에 용해되어 있으므로, 이에 시멘트가 포함된 고화제를 주입하는 경우, 시멘트 Paste층이 칼슘이온과 반응하여 시멘트 수화물 표면에 불투수막을 형성한다는 문제가 있다.

본 발명에 의한 토양 고화제는 알민산 소다 11.1~13 중량부, 리그린 설폰산염 7.1~10 중량부를 포함하는데, 이들 성분은 연약한 토립자 간에 고른 분산과 연약토의 접결성을 높이고 안정적인 수화반응을 유도한다는 특징이 있다.

여기서, 토양 고화제는 수용액의 형태로, 토양 1㎥에 대하여 30~35ℓ를 혼입하는 것이 시공성, 구조적 안정성을 위하여 바람직하다.

바인더로는 시멘트만을 적용할 수도 있으나, 시멘트 30~40 중량부, 슬래그 또는 플라이애쉬 50~60 중량부, 석고 5~15 중량부를 포함하는 구성을 취하는 경우 더욱 우수한 물성을 얻을 수 있고, 이들은 위 토양 고화제와 혼입하여 프리믹스(pre-mix) 형태로 제공될 수 있다.

위 토양 고화제와 함께, 메타크릴수지와 실리카계 고화제를 혼합한 에멀젼 용액 3~5 중량부 수용액 1~5ℓ를 더 첨가하는 경우, 토립자 간의 화학 결합에 의해 3차원 망상구조가 이루어져 가교 경화 반응이 더욱 촉진된다는 장점이 추가된다.

이하, 본 발명에 의한 고화제 및 개량공법의 효과를 입증하기 위한 시험예에 관하여 설명한다.

토양 고화제는 염화칼슘 29.4 중량부, 염화암모늄 20 중량부, 염화마그네슘 28 중량부, 황산마그네슘 3 중량부, 알민산 소다 12 중량부, 리그린 설폰산염 9 중량부, 스테아린산 마그네슘 3 중량부, 황산철 1.6 중량부의 혼입에 의해 형성하였다.

이를 대상 토양에 1kg/㎥ 첨가하여 공시체를 제작하였다.

시험방법은 폐기물공정시험기준(환경부고시 제2011-3호)에 의거하여 다음과 같은 관련 표준을 적용하였다.

KS F 2302 흙의 입도 시험 방법

KS F 2303 흙의 액성 한계, 소성 한계 시험 방법

KS F 2306 흙의 함수비 시험 방법

KS F 2308 흙의 밀도 시험 방법

KS F 2312 흙의 다짐 시험 방법

KS F 2322 흙의 투수 시험 방법

KS F 2324 흙의 공학적 분류 방법

KS F 2328 토양-시멘트의 압축강도 시험 방법

KS F 2329 시험실에서 토양-시멘트의 압축 및 강도 시험용 공시체를 제작하고 양생하는 방법

KS F 2331 토양-시멘트 혼합물의 함수량과 밀도 관계 시험 방법

시멘트는 국내산 1종 보통포틀랜드시멘트(OPC)를 사용하였고, 대상 토양은 2mm 체 통과분, 밀도 2.615, 염화물 함유량 0.02%, SM을 사용하였으며, 배합수는 일반 수돗물을 사용하였다.

본 발명에 의한 고화제와 시멘트의 배합은 다음과 같이 하였다.

(단위:kg/m³)

No.	시료명	단위 시멘트량	대상토	바인더스5000
1	C70B1	70	2571	1
2	C80B1	80	2563	1
3	C100B1	100	2546	1

여기서, C70B1은 토양 1㎥에 시멘트 70kg, 고화제 1kg이 혼입됨을 의미하고, C80B1은 토양 1㎥에 시멘트 80kg, 고화제 1kg이 혼입됨을 의미한다.

압축강도 시험은 KS F 2328에 의거하여 유압식 압축시험기를 사용하여 토양-시멘트 공시체의 고화제 첨가에 따른 재령 3, 7 및 28일 압축강도 시험을 수행하였다.

투수 시험은 KS F 2322를 기준으로 C70B1 배합을 적용하고 토양-시멘트 공시체의 고화제 첨가 유무에 따른 투수 시험을 수행하였다.

유해물질 용출 시험은 폐기물공정시험기준(환경부고시 제 2011-3호)에 따라 본 발명에 의한 고화제를 사용하여 시험항목 Pd, Cd, Cr⁶ ⁺, Cu, Hg, As, CN^-, 유기인, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌, 기름성분 등 11가지 항목에 대해서 유해물질 용출 유무 시험을 수행하였다.

KS F 2331 시험방법에 따른 배합별 단위시멘트량에 따른 최대건조밀도 및 최적함수비 시험 결과는 다음과 같다.

No.	단위 시멘트량 (kg/m³)	최대 건조밀도 (kg/m³)	최적 함수비 (%)
1	50	1928	9.8
2	70	1933	9.7
3	75	1935	9.7
4	80	1936	9.7
5	90	1939	9.6
6	100	1942	9.5
7	120	1946	9.5
8	150	1955	9.3
9	200	1972	9.0

단위 시멘트량에 대한 최대건조밀도 및 최적함수비의 관계는 도 1의 그래프와 같다.

압축강도는 KS F 2328에 따라 시험하였으며, 토양-시멘트 공시체의 고화제 첨가 유무에 따라 재령 3, 7 및 28일 압축강도 시험을 수행한 시험결과는 다음과 같다.

No.	시료명	압축강도(MPa)
No.	시료명	3일	7일	28일
1	C70B0	0.2	0.7	1.0
2	C70B1	0.6	1.0	1.6
3	C100B0	1.1	1.4	-
4	C100B1	1.2	1.8	-
5	C120B0	1.5	2.1	-
6	C120B1	1.5	2.5	-

여기서, C70B0은 토양 1㎥에 시멘트 70kg, 고화제 0kg이 혼입됨을 의미하고, C100B0은 토양 1㎥에 시멘트 100kg, 고화제 0kg이 혼입됨을 의미한다.

투수 시험은 KS F 2322를 기준으로 C70B0 및 C70B1 배합을 적용한 재령 5일의 공시체를 대상으로 하였고, 투수계수(k) 시험 결과는 다음과 같다.

구분	투수계수 (cm/s)
C70B0	6.1 ×10^-5
C70B1	2.5 ×10^-5

폐기물공정시험기준(환경부고시 제2011-3호)에 따라 고화제를 사용하여 시험항목 Pd, Cd, Cr⁶ ⁺, Cu, Hg, As, CN^-, 유기인, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌, 기름성분 등에 대한 유해물질 용출시험을 실시하여, 아래와 같은 결과를 얻었다.

시험항목	단위	시험결과	시험방법
Pd	mg/L	검출안됨	폐기물공정시험기준 (환경부고시 제2011-3호)
Cd	mg/L	검출안됨	폐기물공정시험기준 (환경부고시 제2011-3호)
Cr⁶ ⁺	mg/L	검출안됨	폐기물공정시험기준 (환경부고시 제2011-3호)
Cu	mg/L	검출안됨	폐기물공정시험기준 (환경부고시 제2011-3호)
Hg	mg/L	검출안됨	폐기물공정시험기준 (환경부고시 제2011-3호)
As	mg/L	검출안됨	폐기물공정시험기준 (환경부고시 제2011-3호)
CN^-	mg/L	검출안됨	폐기물공정시험기준 (환경부고시 제2011-3호)
유기인	mg/L	검출안됨	폐기물공정시험기준 (환경부고시 제2011-3호)
트리클로로에틸렌	mg/L	검출안됨	폐기물공정시험기준 (환경부고시 제2011-3호)
테트라클로로에틸렌	mg/L	검출안됨	폐기물공정시험기준 (환경부고시 제2011-3호)
기름성분	mg/kg	검출안됨	폐기물공정시험기준 (환경부고시 제2011-3호)

직화상분석은 C70B0 및 C70B1 시험체의 표면 연마 후 ×100 배율로 촬영한 화상을 대상으로 하였고, 단면은 도 2 내지 5의 사진에 나타난 바와 같다.

도 2,3은 C70B0에 관한 것이고, 도 4,5는 C70B1에 관한 것이다.

시험 결과, 본 발명에 의한 고화제 첨가에 따른 토양-시멘트 공시체의 압축강도는, 재령 28일시 C70B1에서 압축강도가 60% 증진된 1.6MPa, 재령 7일시 C100B1에서 압축강도가 29% 증진된 1.8MPa, C100B1에서 압축강도가 19% 증진된 2.5MPa를 나타내었다.

본 발명에 의한 고화제 첨가에 따른 C70B1의 투수계수 측정 결과는 C70B0 대비 40% 감소한 2.5×10^-5cm/s으로 나타났다.

본 발명에 의한 고화제 첨가에 따른 유해물질 용출시험 결과는 Pd, Cd, Cr⁶⁺, Cu, Hg, As, CN^-, 유기인, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에틸렌, 기름성분 등 11가지 시험항목에서 유해물질 용출이 없는 것으로 나타났다.

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

Claims

삭제
염화칼슘 22.4~35.7 중량부, 염화암모늄 12~26 중량부, 염화마그네슘 21.42~34.68 중량부, 황산마그네슘 1.2~7 중량부, 알민산 소다 11.1~13 중량부, 리그린 설폰산염 7.1~10 중량부, 스테아린산 마그네슘 2.5~3.5 중량부, 2가 철 화합물 1~2 중량부를 포함하는 토양 고화제를 이용한 연약지반 개량공법으로서,
토양 1㎥에 대하여,
상기 토양 고화제 1~2kg, 바인더 50~120kg을 혼입하여 고화시키는 것을 특징으로 하는 연약지반 개량공법.
제2항에 있어서,
토양 1㎥에 대하여,
상기 토양 고화제의 수용액 30~35ℓ를 혼입하는 것을 특징으로 하는 연약지반 개량공법.
제2항에 있어서,
상기 바인더는
시멘트 30~40 중량부, 슬래그 또는 플라이애쉬 50~60 중량부, 석고 5~15 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연약지반 개량공법.
제2항에 있어서,
토양 1㎥에 대하여,
메타크릴수지와 실리카계 고화제를 혼합한 에멀젼 용액 3~5 중량부 수용액 1~5ℓ를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 연약지반 개량공법.