KR101619218B1 - 그라우트용 고기능성 주입재 및 고기능성 주입재가 포함된 그라우트재 및 그라우트재 혼합 주입장치 및 고기능성 주입재와 혼합 주입장치를 이용한 그라우트 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연약지반에 대하여 차수 및 지반보강을 하기 위한 그라우트에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 무기질계 알루미나 분말과 식물성 기포제 및 아크릴계 폴리머가 혼합된 고기능성 주입재 및 상기 고기능성 주입재가 포함된 그라우트재와, 상기 그라우트재를 혼합 생산 및 이를 지반에 주입하기 위한 주입장치와, 상기 고기능성 주입재를 포함한 그라우트재 및 상기 주입장치를 이용한 그라우트 공법을 제안함에 따라,
그라우팅 시공 성능 및 내구성이 향상되고 환경오염을 일으키는 기존 재료의 사용량을 최소화하여 매우 친환경적인 것이며, 지반 공극이 큰 경우에도 그라우트재의 주입 성능을 향상되는 것이고 시공 후 구조체의 휨 강도 및 지반 부착성을 증대시켜 용탈 현상을 억제시킬 수 있는 것이며, 현장에서 혼합 및 주입하므로 현장에서의 사용성이 우수한 것이고 계절의 온도 변화에 관계없이 속경 성능이 우수하여 균질한 시공 성능을 얻을 수 있는 것이며, 그라우트재의 휨강도 및 지반 마찰력을 향상시켜 지반 변위를 최소화시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

Description

그라우트용 고기능성 주입재 및 고기능성 주입재가 포함된 그라우트재 및 그라우트재 혼합 주입장치 및 고기능성 주입재와 혼합 주입장치를 이용한 그라우트 공법 {Fiber reinforcement grouting method of construction}

본 발명은 연약지반에 대하여 차수 및 지반보강을 하기 위한 그라우트에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 그라우트를 위해 고기능성 주입재가 포함된 그라우트재를 현장에서 직접 혼합 주입함에 따라 시공 편리성은 물론 고기능성 주입재로 인해 경화된 주입재의 휨강도 및 지반마찰력을 향상시켜 지반변위를 최소화시킬 수 있도록 한 고기능성 주입재와 그라우트재 혼합 주입장치 및 이를 이용한 그라우트 공법에 관한 것이다.

일반적으로 연약지반에 차수 및 지반보강을 하는 경우 지반을 천공한 후 주입관을 삽입하여 시멘트나 마이크로시멘트에 규산 또는 벤토나이트 등의 그라우트재를 물과 혼합하여 저압 또는 고압으로 분사하여 경화된 그라우트재를 통해 지반을 보강하게 된다.

또한, 전 세계적으로 상기 그라우트재에 대한 연구가 다양하게 수행되고 있으나 대부분 시멘트 또는 마이크로시멘트에 물유리계열의 급결제 또는 벤토나이트를 첨가한 그라우트재가 사용되었고, 최근에는 CSA와 석고를 혼합한 속경재가 사용되고 있다.

이에 따라, 특허등록 제10-1078044호와 같이 SiO2 16 내지 26.5 중량%과 Na2O 3 내지 7 중량% 및 물 66.5 내지 81 중량%로 이루어진 규산소다 화합물에 의한 그라우트 조성물 및 이를 이용한 그라우트 공법에 제안된 바 있고, 특허등록 제10-1343086호와 같이 탄산칼슘 미분말을 형성할 수 있는 미생물을 무기계 그라우팅 재료에 혼입하여 무기계 그라우팅 재료 내에 있는 미세균열과 미세공극 사이에서 미생물이 탄산칼슘 입자를 형성하도록 하고, 이로써 기존 무기계 그라우팅 재료의 치밀성 및 수밀성을 증가시킬 수 있는 무기계 그라우팅 재료 및 그 제조방법과 이 재료를 이용한 콘크리트 균열 보수방법이 안출된 바 있다.

또한, 특허등록 제10-1351495호와 같이 메타규산나트륨(Na2SiO3)에 물을 메타규산나트륨의 0.8~1의 체적비로 첨가하여 이규산나트륨(Na2Si2O5)을 제조하는 단계; 글리옥살계 또는 아세테이트계 또는 에스테르계 유기화합물 중의 어느 하나를 물에 희석하여 역촉매 유기화합물을 제조하는 단계; 상기 이규산나트륨과 역촉매 유기화합물을 7~8:1의 중량비로 혼합하여 친환경 실리케이트 그라우팅 약액을 제조하는 단계;를 포함하는 친환경 실리케이트 그라우팅 약액 및 그라우팅 겔 제조방법이 안출된 바 있는 것이다.

또한, 본원발명의 출원인에 의한 등록특허공보 제10-0942523호와 같은 속경 및 팽창성 혼합재를 이용한 그라우트 혼합재 및 이를 이용한 심층 그라우트 공법이 안출된 바 있고, 공개특허 제10-2006-0102123호와 같은 가소상 그라우트 주입재가 안출된 바 있다.

그러나, 기존의 그라우트재의 경우 연약지반의 공극에 침투하여 양생된 상태에서 지반의 전리나 외부의 진동과 충격에 의해 그라우트재의 강도가 저하되는 것이고, 지반과의 마찰력 저하로 인해 지반에 변위가 발생되어 차수능력이 상실되며, 향후 지반 자체가 슬라이딩 되면서 구조체에 심각한 문제를 발생시켜 차수 및 지반 보강시공이 제대로 안 되는 경우가 빈번히 발생하고 있다.

또한, 지반에 대한 그라우트재의 주입 시 자갈층 및 전석층과 전리가 있는 암반층은 공극률이 커서 그라우팅 재료의 손실이 많아 지반의 수밀하고 효율적인 주입이 어려운데 이때에도 상기와 같은 문제점을 발생시킬 수 있다.

또한, 기존 그라우트재 중 물유리계열의 급결제 또는 벤토나이트는 순간적인 효과는 좋으나 시공 시 주입 및 침투성을 저하시키고 시공 후 구조체의 휨강도 및 지반 부착성이 현저히 저하되는 단점이 있고 장기적으로는 공기와 접촉 시 용탈현상이 발생되어 구조체가 부스러지는 치명적인 약점을 지니고 있다.

특히, CSA계 분말와 석고를 혼합한 속경재는 시멘트대비 사용량(10%~20%)이 많아 현장에서 사용이 불편하고, 계절변화(온도)에 따른 속경 성능이 현저히 차이가 나서 균질한 시공성능을 기대하기 어려운 단점이 있다.

더욱이, 기존 속경성 무기질재료로 주로 사용되는 CSA(칼슘 설포 알루미네이트)계 분말은 시멘트 및 물과 반응하여 시멘트의 경화시간을 단축시켜 주는 물질인 Al₂O₃의 함량이 28 ~ 34%로 낮아 시멘트 대비 10%~20% 이상 사용하여야 현장요구 성능을 발현할 수 있는 것인데, 이는 혼화재료로 현장에서 사용하기에는 중량 및 부피가 너무 커 작업공간확보 및 보관이 쉽지 않고 작업자들의 작업량 증대에 따른 불만이 빈번하였다.

본 발명은 전기한 바와 같은 문제점을 개선한 것으로서, 무기질계 알루미나 분말과 식물성 기포제 및 아크릴계 폴리머가 혼합된 고기능성 주입재를 통해 재료의 물리적 성능을 향상시킬 수 있도록 한 그라우트용 고기능성 주입재를 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 고기능성 주입재가 포함된 그라우트A액과 시멘트와 식물성 섬유 및 실리카졸과 물이 포함된 그라우트 B액으로 된 급결성 그라우트재와, 고기능성 주입재와 시멘트 및 식물성 섬유와 물 등으로 이루어진 완결성 그라우트재를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 고기능성 주입재와 시멘트 및 실리카졸과 물 그리고 식물성 섬유를 현장에서 효과적으로 배합 및 혼합시키는 동시에 이를 지중 천공부에 주입할 수 있도록 한 고기능성 주입재가 포함된 그라우트재 혼합 주입장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 그라우트재를 구성하는 각 재료를 현장에서 혼합하는 동시에 이를 주입장치를 통해 천공부에 편리하게 주입시킬 수 있도록 한 고기능성 주입재와 혼합 주입장치를 이용한 그라우트 공법을 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 천공비트를 갖는 천공로드와 케이싱을 이용하여 지반에 대한 천공 및 케이싱을 삽입하는 천공 및 케이싱 삽입단계와; 케이싱 내부에 상기 청구항 4항에서의 혼합 주입장치를 삽입하는 주입관 삽입단계와; 혼합배출관 내부에 상기 청구항 1항에서의 고기능성 주입재와 시멘트 및 물과 식물성 섬유 및 실리카졸을 투입하여 혼합배출관 내에서 스크류에 의해 혼합되게 하는 그라우트재 혼합단계와; 혼합된 그라우트재는 혼합배출관의 하단을 통해 배출되어 주입관 내에 채워지고, 주입관 내의 그라우트재는 주입관의 토출구를 통해 케이싱 내부에 채워지도록 하는 그라우트재 주입단계와; 상기 그라우트재가 케이싱 내에 모두 채워진 상태에서 상기 케이싱을 인발하는 케이싱 제거단계;를 순차적으로 수행함에 따라 이루어질 수 있는 것이다.

본 발명은, 그라우팅 시공 성능 및 내구성이 향상되고 환경오염을 일으키는 기존 재료의 사용량을 최소화하여 매우 친환경적인 것이며, 지반 공극이 큰 경우에도 그라우트재의 주입 성능을 향상되는 것이고 시공 후 구조체의 휨 강도 및 지반 부착성을 증대시켜 용탈 현상을 억제시킬 수 있는 것이며, 현장에서 혼합 및 주입하므로 현장에서의 사용성이 우수한 것이고 계절의 온도 변화에 관계없이 속경 성능이 우수하여 균질한 시공 성능을 얻을 수 있는 것이며, 그라우트재의 휨강도 및 지반 마찰력을 향상시켜 지반 변위를 최소화시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 그라우트재 혼합 주입장치에 대한 전체 구성도
도 2는 본 발명에 따른 그라우트재 혼합 주입장치에 대한 요부 확대도
도 3은 본 발명에 따른 구조체에 대하여, 하중으로 인한 파괴현상 및 용탈현상에 대한 기존 구조체와의 비교사진
도 4는 본 발명에 따른 구조체에 대하여, 휨강도 측정에 대한 기존과의 비교사진
도 5는 본 발명에 따른 구조체에 대하여, 시간 경과로 인한 용탈현상에 대한 기존 구조체와의 비교사진

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 그라우트재 혼합 주입장치에 대한 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 그라우트재 혼합 주입장치에 대한 요부 확대도이다.

먼저, 본 발명에 따른 그라우트용 고기능성 주입재는 무기질계 알루미나분말과 식물성 기포제 및 아크릴계 폴리머의 혼합을 통해 만들어지는 것으로, 상기 무기질계 알루미나 분말의 경우 속경성 및 압축강도를 높이는 목적으로 사용하고 상기 식물성 기포제의 경우 재료의 유동성을 개선하고 침하를 방지할 목적으로 사용되며 상기 아크릴계 폴리머는 지반과의 부착성 및 마찰력을 높이는 목적으로 사용되는 것이다.

이때, 이들의 혼합비율은 무기질계 알루미나분말이 50~60중량%가 사용되고, 식물성 기포제의 경우 10~15중량%가 사용되며, 아크릴계 폴리머의 경우 30~35중량%가 사용되는 것이다.

여기서, 상기의 무기질계 알루미나분말의 경우, 기존 속경성 무기질재료로 주로 사용되는 CSA(칼슘 설포 알루미네이트)계 분말은 시멘트 및 물과 반응하여 시멘트의 경화시간을 단축시켜주는 물질인 Al₂O₃의 함량이 28~34%로 낮아 시멘트 대비 10%~20%이상 사용하여야 현장요구 성능을 발현할 수 있었는데, 이는 혼화재료로 현장에서 사용하기에는 중량 및 부피가 너무 커 작업공간확보 및 보관이 쉽지 않고 작업자들의 작업량 증대에 따른 불만이 빈번하였다.

따라서, 고 순도 알루미나분말(Al₂O₃의 함량 60%이상)을 사용하여 시멘트 대비 사용량을 50%이상 감소시켜 상기 문제점을 해결하고, 계절별 온도편차에 따른 품질변화를 최소화해 안정적인 속경 성능이 발현될 수 있도록 한 것이다.

즉, 상기 표 1에서와 같이 기존 CSA계와 알루미나계에 대한 성분 비교표를 보면 알루미나계에서 Al₂O₃의 함량이 월등히 높은 것을 확인할 수 있는 것이고, 이에 따라 알루미나계를 사용하는 경우 속경성 무기질 재료에 가장 적합한 것임을 알 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에서의 알루미나분말은 순도가 높은 고 순도의 하소 알루미나와 석회석을 원료로 하여 1600℃ 가량의 고온에서 소성하고 볼밀에서 소정의 분말도(Blaine)로 분쇄하여 제조되고, 1700℃의 고온에서도 사용이 가능한 재료로서 주 화학성분은 알루미나와 산화칼슘으로 이루어지게 되며, 광물상으로는 주광물인 Calcium mono-Aluminate(CaO· Al2O3, CA)와 부광물인 Calcium di-Aluminate(CaO· 2Al2O3, CA2)로 구성되어 있다. 첨가물을 전혀 함유하고 있지 않은 순수 재료로서 다양한 첨가제와 혼합하여 사용할 수 있어 응용성이 뛰어나며, 안정적인 반응성과 높은 양생 및 건조강도 발현이 특징인 재료이다.

이러한 무기질계 알루미나분말을 기존 그라우트 주요 재료인 시멘트 및 물과 혼합하는 경우 각각의 혼합비를 아래의 표 2에서 확인할 수 있다.

이처럼 기존 CSA에 비하여 지극히 소량인 알루미나분말을 혼합하여도 우수한 강도를 얻을 수 있는 것으로, 이에 대한 결과치는 표 3을 통해 확인할 수 있다.

표 3에서 보여지는 바와 같이 시멘트만을 단독으로 사용하는 경우에는 압축강도가 매우 떨어지므로 기존에는 이에 CSA를 혼합하여 사용하였던 것이다. 그러나 전기한 바와 같이 CSA에 대한 현장 사용성이 매우 떨어지는바, 본 발명에서는 CSA의 대체재로 알루미나분말을 사용한 것이고, 알루미나분말은 CSA에 비하여 사용량도 크게 줄어들 뿐만 아니라 단기 압축강도 및 장기 압축강도가 더욱 우수한 것임을 알 수 있는 것이다.

또한, 상기 고기능성 주입재의 또 다른 혼합제인 식물성 기포제는 폴리에톡실레이티드(POLYETHOXYLATED) 화합물이 주성분으로 구상형의 미세기포를 만들어 계면활성제 역할을 하는 것이다. 이를 첨가 시 시멘트 등의 거친 분말입자 사이에 구형의 입자가 존재해 유동성이 개선되어 주입성능이 좋아진다.

또한 기존에 시공 후 침하방지를 위하여 알루미늄분말 또는 무기질계 팽창재를 사용하는데, 이는 팽창 시 상부방향 일직선으로 팽창하는 특성이 있어 내부균열의 원인이 되어 구조체의 안정성을 저하시키는 원인이 되는 것으로, 식물성 기포제 사용 시에는 구조체 내부에 균질한 원형의 미세기포가 일정간격으로 배열해 주입 후 침하방지 및 안정한 구조체를 형성시킬 수 있게 된다.

이러한 식물성 기포제에 대한 물리적 특성을 표 4에서와 같이 시멘트 및 물과의 혼합량을 달리하여 이를 표 5에서의 시험결과를 통해 알 수 있게 된다.

상기 표 4에서는 기포제의 안정적이고 경제적인 함량을 얻기 위해 다양한 량의 기포제를 혼합해보았다.

이어, 이들 다양한 혼합량에 따른 콘크리트의 용적변화를 살펴본 결과 표 5에서와 같이 기포제 1%에서도 용적변화가 거의 없는 나타남을 알 수 있는 것이다.

이때의 기포제 혼합량은 시멘트와 물 등을 혼합 사용하는 경우에 해당되는 것으로 상기 고기능성 주입재를 단독으로 구성하는 경우 10~15중량%가 이상적인 것으로 이들 재료의 혼합에 의해 만들어진 고기능성 주입재의 경우 시멘트 및 물의 혼합중량 대비 5중량%만 혼합 사용하면 되는 것이다.

또한, 아크릴계 폴리머는 아크릴 수지 아크릴산 및 그 유도체의 중합에 의해서 얻어지는 합성수지의 총칭으로 건조 및 경화과정에서 바탕면과의 접착력 및 내마모성을 증가시키고 시멘트와의 결합재로 사용 시 방수성 및 내수성이 증가되는 특성이 있다. 이러한 아크릴계 폴리머는 구조체의 휨강도를 증진시키고 시멘트 수축에 의한 균열을 방지시킨다.

이러한 아크릴계 폴리머의 물리적 특성을 알아보기 위해 표 6의 배합비를 통해 표 7의 시험 결과를 얻을 수 있었다.

이때, 상기 폴리머의 혼합량은 표 7에서 보여지는 바와 같이 전체 그라우트재 대비 3중량%가 혼합된 것이 가장 이상적임을 알 수 있는 것이다.

이렇게 혼합되어진 고기능성 주입재는 현장에서 시멘트와 물과 함께 혼합 사용되는 것으로, 실리카 졸과 식물성 섬유를 함께 혼합 사용하여 경화 속도의 조절은 물론 구조체에 대하여 휨 강도를 증진시킬 수 있도록 한 것이다.

즉, 급결형 그라우트재의 경우 상기의 고기능성 주입재에 시멘트와 물을 혼합하되 이들 고기능성 주입재와 시멘트와 물의 혼합비는 5:100:100의 중량 비율을 갖게 한다.

이렇게 고기능성 주입재와 시멘트 및 물의 혼합물을 그라우트 A액이라 칭하고, 실리카 졸과 식물성 섬유와 물을 25:0.5:100의 중량 비율로 혼합한 것을 그라우트 B액이라 각각 칭하여 이들이 혼합되지 않도록 각기 구비해 두면 이들이 급결성 그라우트재가 되는 것이다.

따라서, 이렇게 만들어진 그라우트 A액과 그라우트 B액을 현장에서 1:1의 중량비로 혼합하여 지반 천공부에 주입하게 되면 상기 그라우트 B액의 실리카 졸에 의한 그라우트재의 경화가 신속하게 이루어지는 것이고, 그라우트 B액의 식물성 섬유는 구조체의 휨강도를 증진시키는 동시에 경화 수축에 의한 균열 감소는 물론 원지반과의 결합력을 증진시켜 안정적인 구조체가 형성되도록 하는 것이다.

여기서, 상기의 식물성 섬유는 셀룰로오스로 구성된 면화, 아마, 황마 등이 있는 것으로, 물과의 분산성이 좋아 구조체에 고르게 분포되어 안정된 구조체를 형성할 수 있고, 특히 합성섬유에 비해 환경오염을 일으키지 않는다.

또한, 상기 식물성 섬유의 물리적 특성을 알아보기 위해 표 8에서와 같이 다양한 배합비를 갖고 시멘트 및 물과 혼합하여 보았다.

이러한 혼합비를 갖고 경화된 구조체에 대한 휨강도의 측정값을 살펴본 결과 표 9에서와 같이 섬유 0.5중량%가 혼합된 상태일 때 가장 효율적이고 경제적임을 확인할 수 있었다.

이처럼 상기 고기능성 주입재가 포함된 그라우트 A액과 상기 식물성 섬유와 실리카 졸이 포함된 그라우트 B액을 현장에서 혼합 사용함에 따라 급결형 그라우트재가 완성될 수 있는 것이다.

표 10은 상기 혼합비를 통해 사용된 급결형 그라우트재에 의한 구조체의 압축강도를 측정한 것이다.

반면, 상기 고기능성 주입재가 포함된 그라우트재를 완결형 그라우트재로 사용하고자 하는 경우에는 무기질계 알루미나분말 50~60중량% 및 식물성 기포제 10~15중량% 및 아크릴계 폴리머 30~35중량%가 혼합되어진 고기능성 주입재에 시멘트와 물과 식물성 섬유를 혼합하되, 이들 고기능성 주입재와 시멘트 및 물과 식물성 섬유는 5:100:100:0.5의 중량 비율로 혼합 사용되게 함에 따라 상기 급결형 그라우트재에 비하여 실리카 졸이 제거되므로 천천히 치밀 조직 구조를 갖고 경화된 구조체를 형성할 수 있는 것이다.

아래의 표 11은 완결형 그라우트재를 이용하여 만들어진 구조체의 압축강도를 시간 경과에 따라 측정한 결과값으로 상기 급결형 그라우트재에 의한 구조체보다 더욱 우수한 압축강도를 갖고 있음을 확인할 수 있는 것으로, 연약지반과 같이 빠른 구조체의 성형이 필요한 지반을 제외하고는 상기 완결형 그라우트재를 사용하는 것이 더욱 효과적일 것이다.

이에 따라 상기 급결형 그라우트재의 경우 연약지반과 같이 구조체의 빠른 형성이 필요한 경우에 적용되는 것이고, 상기 완결형 그라우트재의 경우 암반구조 및 토사구조의 지반에 적용될 수 있어, 현장 상황에 따라 급결형 또는 완결형 그라우트재의 탄력적인 전용이 이루어질 수 있는 것이다.

이렇게 본 발명의 고기능성 주입재가 포함된 그라우트재는 일반 주입재에 비하여 더욱 우수한 물리적 특성을 연출하는 것인데, 표 12에서와 같이 수축균열 감소량에서도 현저하게 우수한 것이다.

또한, 표 13에서와 같은 일반 주입재와의 휨 강도 비교표에서도, 고기능성 주입재를 사용한 그라우트재의 경우 구조체에 대한 휨 강도가 탁월하게 증대된 것을 알 수 있다.

또한, 일반 주입재료와 고기능성 주입재에 의한 그라우트재의 부착강도를 표 14에 의해 비교하여 보면,

부착강도의 증가와 함께 압축강도가 현저히 향상됨을 알 수 있었다.

또한, 도 3의 도시와 같은 하중에 따른 공시체 파괴현상 및 용탈현상 비교도를 보더라도, 일반 주입재료에 의한 그라우팅 구조체의 경우 하중에 의한 전단 파괴 및 크랙이 무수히 발생하는 반면, 본 발명의 고기능성 주입재 및 식물성 섬유가 포함된 그라우트재에 의한 구조체의 경우 하중으로 인한 균열파괴가 억제되는 것은 물론 용탈현상 역시 억제되는 것을 육안으로 확인할 수 있다.

또한, 도 4의 도시에서는 기존 주입재료와 고기능성 주입재료를 통해 만들어진 구조체에 대한 휨 강도 측정 상태를 도시한 것으로, 동일 조건 및 크기의 시료에 대하여 동일한 하중을 작용하는 경우 기존 주입재료에 의한 구조체는 완전 전단 상태가 연출된 반면, 본 발명의 고기능성 주입재가 포함된 그라우트재에 의한 구조체는 기존의 구조체에 비하여 휨강도가 크게 향상됨을 확인할 수 있는 것이다.

특히, 구조체의 장기적 안정성 및 유지성을 확인할 수 있는 용탈현상 비교도는 도 5의 도시와 같은 것으로, 좌측이 기존 주입재료에 의한 시료이고 우측이 본 발명의 고기능성 주입재에 의한 시료로써, 90일이 경과한 후 양 시료는 용탈현상에서 엄청난 차이점을 갖고 있음을 확인할 수 있는 것이다.

이에 따라, 본 발명의 고기능성 주입재 및 이를 포함하고 있는 그라우트재는 우수한 물리적 특성을 연출하는 것은 물론 시공 대상의 지반에 따라 급결형 그라우트재 혹은 완결형 그라우트재로 선택 사용할 수 있어 효율성 및 경제성이 매우 탁월한 것이다.

또한, 상기 고기능성 주입재를 포함하고 있는 그라우트재를 지중 천공부에 효과적으로 혼합 및 주입하기 위한 장치로는, 도 1 및 도 2의 도시와 같이 하측에 복수의 토출구(11)(11')가 형성된 주입관(10)이 구비되고 상기 주입관(10)의 선단에는 별도의 혼합배출관(20)이 결합 형성되어 있는 것으로, 상기 혼합배출관(20)은 그라우트재를 형성하기 위한 각각의 부재를 각기 공급받아 혼합배출관(20) 내에서 이들을 혼합하여 주입관(10) 내부로 공급하는 역할을 하는 것이다.

이러한 혼합배출관(20)의 내부에는 혼합스크류(21)가 회전 가능하도록 수직으로 배치되어 있고 상기 혼합스크류(21)의 선단에는 에어회전판(22)이 장착되어 있는 것이로, 상기 에어회전판(22)의 회전에 따라 상기 혼합스크류(21)가 회전되는 구조를 갖게 된다.

또한, 상기 혼합배출관(20)의 하단에는 혼합 상태의 그라우트재를 배출하기 위한 혼합배출공(23)이 형성되어 있고 상기 혼합배출공(23)에는 회전 개폐되는 가압커버(28)가 결합되어 있는 것이다.

또한, 상기 혼합배출관(20)의 상부로부터 각기 제1호스(24)와 제2호스(25) 및 제3호스(26)가 혼합배출관(20)의 내부로 삽입되어 있고, 별도의 에어호스(27)는 상기 에어회전판(22)을 향하여 배치되어 있는 것이다.

이에 따라, 천공비트를 갖는 천공로드와 케이싱을 이용하여 목적하는 지반에 대한 천공 및 케이싱을 삽입하는 케이싱 삽입단계를 수행하고, 상기 천공로드를 인발하여 제거한 상태에서 상기 케이싱의 내부에 본 발명의 주입관(10)을 삽입하는 주입관 삽입단계를 수행하게 된다.

이와 같이 케이싱 내에 주입관(10)이 삽입된 상태에서 각각의 호스 및 에어호스에 크라우트 부재 및 고압의 공기를 공급하되, 상기 제1호스(24)로는 무기질계 알리무니분말 50~60중량%와 식물성 시포제 10~15중량% 및 아크릴계 폴리머 30~35중량%가 혼합되어진 고기능성 주입재가 공급되도록 하고, 상기 제2호스(25)로는 시멘트와 물 및 식물성 섬유가 혼합된 베이스 부재가 공급되도록 하며, 상기 제3호스로는 실리카졸이 공급되도록 함에 따라 이들 고기능성 주입재와 베이스 부재 및 실리카졸이 혼합배출관(20) 내에서 고르게 혼합될 수 있게 된다.

또한, 상기 에어호스(27)를 통해 고압의 공기를 토출시킴에 따라 상기 에어회전판(22)의 회전 및 혼합스크류(21)의 회전이 일어나면서 이들 고기능성 주입재와 베이스 부재 및 실리카졸에 대한 혼합이 이루어지는 것이고, 지속적인 주입재 및 부재와 실리카졸의 공급으로 인해 상기 혼합배출관(20)의 내부에는 압력이 상승하게 될 것이다.

이는, 상기 혼합배출공(23)을 밀폐하고 있는 가압커버(28)의 밀폐 가압력에 의한 것으로 상기 가압커버(28)는 스프링 혹은 댐퍼나 엑츄에이터 등의 가압수단에 의해 일정한 압력을 갖고 상기 혼합배출공(23)을 밀폐하고 있는 상태이므로 혼합배출관(20) 내부의 압력이 충분히 상승하기 전까지는 가압커버(28)가 개방되지 않고 지속적인 재료의 혼합 상태가 이루어지게 된다.

이어, 상기 혼합배출관(20)의 내부 압력이 가압커버(28)의 밀착 압력보다 상승하게 되면 순간적으로 혼합배출관(20) 내의 그라우트재가 혼합배출공(23)을 통해 주입관(10) 내부로 토출 및 배출되는 것이고, 혼합배출관(20) 내의 압력이 떨어지면 다시 가압커버(28)가 혼합배출공(23)을 밀폐시켜 각 재료에 대한 계속적인 혼합이 이루어지도록 하는 것이다.

이때, 상기 가압커버(28)에 작용하는 가압수단은 타이머 또는 압력게이지를 이용한 작동수단 또는 스텝 모터나 캠 구동 장치 등을 이용하여 일정 시간마다 자동으로 개폐 작동될 수 있도록 구성할 수 있을 것이다.

특히, 상기 혼합배출관(20)의 내면 전체에는 크롬도금층(29)을 형성함에 따라 혼합배출관(20)의 내부로 제공된 각 재료가 혼합스크류(21)의 회전에 따라 더욱 원활하게 회전되면서 보다 효율적으로 혼합이 이루어질 수 있도록 구성할 수 있는 것이다.

이처럼 상기 혼합배출관(20)의 내부에서 충분히 혼합된 상태의 그라우트재는 주입관(10) 내부로 배출되는 동시에 주입관(10)의 토출구(11)(11')를 통해 케이싱 내부로 채워지게 되는 그라우트재 주입단계를 수행하게 된다.

이어, 상기 혼합배출관(20)에 의한 재료의 혼합을 통한 그라우트재의 생성 및 주입관(10) 내 공급과 주입관(10)으로부터 케이싱 내부에 그라우트재가 채워지면 상기 케이싱을 인발 및 제거하는 케이싱 제거단계를 수행하여 상기 그라우트재가 지반 내 공극이나 틈새 등으로 유입되면서 지반 전체에 대한 보강이 이루어지는 동시에 견고하게 양생된 구조체로부터 안정적인 지반 보강 상태를 연출할 수 있게 된다.

이처럼 본 발명은 고기능의 주입제와 이를 포함하는 그라우트재를 전용의 주입장치를 통해 신규한 시공방법을 통해 그라우팅이 이루어지도록 함으로써, 기존 그라우트 시공에 의한 구조체에 비하여 혁신적으로 우수한 물리적 특성 및 구조적 안정성을 얻을 수 있는 것이다.

이상과 같은 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

10 : 주입관 11,11' : 토출구
20 : 혼합배출관 21 : 혼합스크류
22 : 에어회전판 23 : 혼합배출공
24 : 제1호스 25 : 제2호스
26 : 제3호스 27 : 에어호스
28 : 가압커버 29 : 크롬도금층

Claims (8)

1. 하단에 상,하 반복의 토출구(11)(11')를 갖는 주입관(10)이 구비되고, 상기 주입관(10)의 선단에는 혼합배출관(20)이 장착되며, 상기 혼합배출관(20)의 내부에는 혼합스크류(21)와 상기 혼합스크류를 회전시키기 위한 에어회전판(22)을 내장하며, 상기 혼합배출관(20)의 하단에는 상기 주입관(10)의 내부로 그라우트재를 배출하기 위한 혼합배출공(23)이 형성되고, 상기 혼합배출관(20)의 선단에는 각기 제1호스 내지 제3호스(24)(25)(26)와 에어호스(27)를 결합 형성하되,
   상기 제1호스(24)는 무기질계 알루미나분말과 식물성 기포제 및 아크릴계 폴리머가 혼합된 고기능성 주입재를 혼합배출관(20) 내에 공급하고, 상기 제2호스(25)는 시멘트 및 물과 식물성 섬유가 혼합된 베이스 부재를 혼합배출관(20) 내에 공급하며, 상기 제3호스(26)는 실리카 졸을 혼합배출관(20) 내에 공급하고, 상기 에어호스(27)는 고압의 공기가 에어회전판(22)으로 토출되도록 구성함에 따라,
   고기능성 주입재와 베이스 부재 및 실리카졸이 혼합배출관(20)으로 공급되는 동시에 고압의 에어에 의해 에어회전판(22) 및 혼합스크류(21)가 회전되면, 이들 부재의 혼합에 의한 그라우트재는 하단의 혼합배출공(23)을 통해 주입관(10)의 내부로 배출되고, 주입관(10) 내부의 그라우트재는 토출구(11)(11')를 통해 지중 천공부에 주입되도록 구성함을 특징으로 하는 고기능성 주입재가 포함된 그라우트재 혼합 주입장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   혼합배출관(20)의 혼합배출공(23)에는 압력을 갖고 혼합배출공(23)을 밀폐하고 있는 가압커버(28)를 결합 형성하여, 상기 혼합배출공(23)에 대하여 작용하는 가압커버(28)의 밀착력 이상의 그라우트재 압력이 형성되면 상기 그라우트재의 압력으로 인해 가압커버(28)를 개방시키며 자동으로 그라우트재가 주입관(10) 내부로 배출되도록 구성함을 특징으로 하는 고기능성 주입재가 포함된 그라우트재 혼합 주입장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 혼합배출공(23)에 대한 가압커버(28)의 밀착 가압력은 스프링 또는 유압 댐퍼 혹은 엑츄에이터 중 어느 하나의 압력수단에 의해 이루어지도록 구성함을 특징으로 하는 고기능성 주입재가 포함된 그라우트재 혼합 주입장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   혼합배출관(20)의 내면에는 크롬도금층(29)을 형성하여 재료의 회전 및 혼합이 원활하게 이루어지도록 구성함을 특징으로 하는 고기능성 주입재가 포함된 그라우트재 혼합 주입장치.
   
5. 천공비트를 갖는 천공로드와 케이싱을 이용하여 지반에 대한 천공 및 케이싱을 삽입하는 천공 및 케이싱 삽입단계와;
   케이싱 내부에 상기 청구항 4항에서의 혼합 주입장치를 삽입하는 주입관 삽입단계와;
   혼합배출관 내부에 상기 청구항 1항에서의 고기능성 주입재와 시멘트 및 물과 식물성 섬유 및 실리카졸을 투입하여 혼합배출관 내에서 스크류에 의해 혼합되게 하는 그라우트재 혼합단계와;
   혼합된 그라우트재는 혼합배출관의 하단을 통해 배출되어 주입관 내에 채워지고, 주입관 내의 그라우트재는 주입관의 토출구를 통해 케이싱 내부에 채워지도록 하는 그라우트재 주입단계와;
   상기 그라우트재가 케이싱 내에 모두 채워진 상태에서 상기 케이싱을 인발하는 케이싱 제거단계;를 순차적으로 수행함을 특징으로 하는 고기능성 주입재와 혼합 주입장치를 이용한 그라우트 공법.
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