KR101636279B1 - 경소백운석을 활용한 팽창성 그라우트 조성물 - Google Patents

경소백운석을 활용한 팽창성 그라우트 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 경소백운석 미분말 100중량부에 대하여, 고로슬래그 미분말 200~400중량부와 칼슘 옥사이드(Calcium oxide) 함량이 50중량% 이상이고 설페이트 옥사이드(Sulfate oxide) 함량이 15중량% 이상인 석고 50~200중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창성 그라우트 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 고로슬래그 미분말의 유리화된 CaO, SiO2 성분들이 수소이온농도(pH) 12 이상이며 칼슘 옥사이드(Calcium oxide) 함량이 50중량% 이상이고 설페이트 옥사이드(Sulfate oxide) 함량이 15중량% 이상인 석고의 알칼리 및 황산염 자극에 의해 활성화되어 1종 보통시멘트와 동등 이상의 강도를 발현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 조성물은 팽창재로 벤토나이트 또는 발포제로서 알루미늄 분말을 사용하지 않으면서, 경소백운석 미분말에 30중량% 이상 함유된 MgO 성분이 배합수(H2O)와 만나 Mg(OH)2로 전이되면서 팽창하는 체적 팽창작용을 이용하여 천공구멍과 배면 공동을 효율적으로 충진하는 효과가 있다. 따라서, 본 발명에 의한 팽창성 그라우트 조성물은 가시설용 흙 콘크리트 및 시멘트 철근 콘크리트에 사용되는 시멘트를 완전히 대체할 수 있으며, 또한 보강콘크리트 시공 후 2차 그라우팅에 사용하는 시멘트 밀크까지 완전히 대체할뿐만 아니라, 팽창성까지 부여하여 원지반과의 부착력을 강화시켜 완벽한 시공을 보장하는 효과를 가진다.

Description

경소백운석을 활용한 팽창성 그라우트 조성물 {EXPANSION GROUTING MATERIALS USING LIGHT BURNED DOLOMITE}
본 발명은 경소백운석을 활용한 팽창성 그라우트 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소일 네일링 공법(soil-nailing method)용, 터널 구조물 등의 배면 주입용, 각종 흙막이 공사 배면 주입용 등으로 사용되는 팽창성 그라우트 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 터파기, 흙막이, 철도 및 도로에 인접한 자연 및 인공 사면의 보강, 지하구조물 및 터널 등과 같은 토목 관련 시설물 축조에 필요한 굴착 지보체계 및 기존 옹벽의 보수 또는 옹벽을 설치하는 공사에서 소일네일링(soil-nailing method)은 지반의 붕괴와 균열이 쉽게 일어날 수 있는 토사나 토사와 암벽이 혼조된 연약지반인 경우, 굴착면이나 주변의 인접한 지반이 균열되고 무너지는 현상이 발생되는 위험을 예방하기 위한 안전조치로서 시공된다.
즉, 소일네일링이란 비탈면이나 터파기 굴착면을 자립할 수 있는 안정높이로 굴착함과 동시에 숏크리트(shotcrete; 뿜어붙이기 콘크리트)로 표면 보호면을 시공하고 굴착배면을 천공하여 철근이나 와이어 등의 인장응력, 전단응력 및 휨모멘트에 저항 할 수 있는 네일(nail)을 삽입한 후, 그라우팅하여 보강토체를 조성함으로써 연약지반의 전단 저항력을 향상시켜 굴착한 연약지반에서 발생할 수 있는 균열이나 붕괴 등의 문제점을 해결하는 것이다.
소일네일링의 시공방법을 살펴보면, 지정된 굴착심도 만큼 굴착하여 원 지반이 자립하는지 확인된 후, 굴착 즉시 원 지반의 이완을 막기 위해 굴착면에 숏크리트를 타설한다. 이후, 요구되는 심도까지 천공기를 사용해 굴착하고 천공된 앵커공 내부에 네일을 삽입한다. 이렇게 네일이 삽입된 앵커공 내부에 보강콘크리트로 그라우팅 함으로써, 원지반과의 절개면 또는 사면의 부착력이 향상되도록 하는 것이다.
이때 사용되는 보강콘크리트는 공사의 목적에 부합되게 가시설용으로는 낮은 강도의 흙 콘크리트가 선택될 수 있고 또는 반영구적인 벽체가 형성되도록 시멘트 철근콘크리트가 시공될 수 있는 것이다.
또한 터널 등 구조물의 배면 주입공사나 각종 흙막이 공사 중 배면 주입공사가 대단히 중요하다. 일반적으로 터널의 복공 두께를 결정할 때 여러 가지 요인을 고려하게 되는데 그 여러 가지 전제 중 제일 중요한 것은 토압이 터널의 전면에 균등하게 작용한다는 것이다. 그러나 아무리 시공을 잘 한다 하더라도 터널의 배면에 공동을 남기지 않는다는 것은 불가능하며, 공동이 있다고 가정되면 터널 콘크리트의 배면에 불균등한 토압이 국부적으로 작용할 수 있다는 의미이다. 따라서 터널공사시 배면 주입공은 터널의 안전유지를 위하여 반드시 시공되어야 한다. 또한 기초공사의 각종 흙막이공사에서도 상기와 같은 이유로 배면 주입공이 반드시 필요하다.
이러한 경우 사용되는 배면 주입재는 일반적으로 시멘트를 주원료로 하고, 부원료로 팽창성과 유동성을 향상시킬 목적으로 플라이애시 석고 등을 소량 혼합하여 결합재를 구성하고 골재로는 규사 등을 혼합하여 제조된다.
시멘트의 경우 강도를 발현하는 수화과정에서 수축을 하는 특성 때문에 팽창성을 부여하기 위하여 팽창재로서 벤토나이트를 사용하거나, 발포제로서 알루미늄 분말을 사용해 왔다.
예를 들어, 한국 등록 특허 제10-0377829호에는 시멘트 38%, 플라이애시 50%, 벤토나이트 12%의 중량비로 그라우트재를 구성하고 이 배합재료와 물을 중량비로 1 대 0.8이 되도록 혼합하는 터널 배면 공동 주입용 그라우트 기술을 제시하였다.
그러나, 상기 벤토나이트는 국내에 천연자원으로 부존하지 않는 광물로서 전량 수입에 의존하고 있는 고가의 재료이며, 알루미늄 분말은 발포성능을 최대한 발현하기 위해 높은 분말도를 가진 미립자를 사용해야 하는 특성과 알루미늄의 비중이 낮은 특성 때문에 취급 및 혼합이 곤란하며 이 역시 상당히 고가의 제품으로서 경제성이 저하되는 문제가 있다.
한국 등록 특허 제10-0377829호
이에 본 발명은 상술한 종래기술의 제반 문제점을 보완하여 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 1종 보통시멘트 및 슬래그시멘트를 팽창성 그라우트로 사용할 때와 동등 이상의 강도를 발현할 수 있고, 별도의 팽창제를 포함하지 않고도 충분한 체적 팽창작용을 발현할 수 있는 팽창성 그라우트 조성물을 제공하는 데 있다.
위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 팽창성 그라우트 조성물은 경소백운석 미분말 100중량부에 대하여 고로슬래그 미분말 200~400 중량부 및 수소이온농도(pH) 12 이상이면서 칼슘 옥사이드(Calcium oxide) 함량이 50중량% 이상이고 설페이트 옥사이드(Sulfate oxide) 함량이 15중량% 이상인 석고 50~200 중량부를 포함한다.
또한 속경성과 강도를 증진시키기 위해 시멘트를 더 포함하되, 시멘트는 1종 시멘트, 3종 시멘트, 고로슬래그 시멘트 및 플라이애시 시멘트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
상기 시멘트는 페로니켈슬래그 미분말 100중량부에 대하여 50~200중량부가 혼입되는 것이 바람직하다.
또한 장기강도의 증진을 위한 목적으로 포졸란 활성을 나타내는 플라이애시가 더 포함되는 것이 바람직하다.
또한 상기 플라이애시는 포졸란 활성을 나타내는 이산화규소 함량이 30중량% 이상인 석탄연소 플라이애시인 것이 바람직하다.
상기 플라이애시는 페로니켈슬래그 미분말 100중량부에 대하여 100~200중량부 혼입되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 고로슬래그 미분말의 유리화된 CaO, SiO2 성분들이 수소이온농도(pH) 12 이상이며 칼슘 옥사이드(Calcium oxide) 함량이 50중량% 이상이고 설페이트 옥사이드(Sulfate oxide) 함량이 15중량% 이상인 석고의 알칼리 및 황산염 자극에 의해 활성화되어 1종 보통시멘트와 동등 이상의 강도를 발현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 조성물은 팽창재로 벤토나이트 또는 발포제로서 알루미늄 분말을 사용하지 않으면서, 경소백운석 미분말에 30중량% 이상 함유된 MgO 성분이 배합수(H2O)와 만나 Mg(OH)2로 전이되면서 팽창하는 체적 팽창작용을 이용하여 천공구멍과 배면 공동을 효율적으로 충진하는 효과가 있다.
따라서, 본 발명에 의한 팽창성 그라우트 조성물은 가시설용 흙 콘크리트 및 시멘트 철근 콘크리트에 사용되는 시멘트를 완전히 대체할 수 있으며, 또한 보강콘크리트 시공 후 2차 그라우팅에 사용하는 시멘트 밀크까지 완전히 대체할뿐만 아니라, 팽창성까지 부여하여 원지반과의 부착력을 강화시켜 완벽한 시공을 보장하는 효과를 가진다.
도 1은 실시예와 비교예에 따른 팽창성 그라우트의 배합시간에 따른 체적 변화를 육안으로 관찰한 결과이다.
이하에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명에 의한 팽창성 그라우트 조성물의 구성성분 및 작용에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명에 의한 팽창성 그라우트 조성물은 경소백운석 미분말 100중량부에 대하여 고로슬래그 미분말 200~400 중량부 및 수소이온농도(pH) 12 이상이면서 칼슘 옥사이드(Calcium oxide) 함량이 50중량% 이상이고 설페이트 옥사이드(Sulfate oxide) 함량이 15중량% 이상인 석고 50~200 중량부를 포함한다.
본 발명에서 주원료로 쓰이는 경소백운석은 백운석을 비교적 낮은 온도에서 하소하여 생산한 물질이다. 아래의 하소온도에 따른 흡열반응(반응식 1)과 같이 600 ~ 800℃의 온도에서 MgCO3가 먼저 탈탄산되어 반응성이 높은 비정질 상태의 활성마그네시아로 전이되며, 800 ~ 1000℃의 온도에서 CaCO3가 탈탄산되어 반응성이 높은 산화칼슘으로 전이된다.
(반응식 1)
600~800℃ : CaMg(CO3)2 = CaCO3 + MgO + CO2↑
800~1000℃ : CaCO3 + MgO = CaO + MgO + CO2↑
또한, 본 발명에 따른 경소백운석 미분말의 화학적 조성은 다음 표 1과 같다.
성분(%) SiO2 MgO CaO Al2O3 Fe2O3 SO3
경소백운석
(Light Burned Dolomite)		 4.3 30.6 52.3 3.7 1.8 0.7
이 경소백운석의 활성 마그네시아는 다음 반응식 2와 같이, 초기 반응성이 매우 강한 비정질(Amorphous) 상태로 존재하기 때문에 시멘트와 혼합되어 물과 수화 반응하면 결정질의 Brucite를 형성한다.
(반응식 2)
Figure 112015010286692-pat00001
위의 수화 반응식과 같이 수화 초기에는 다량의 Brucite(Mg(OH)2) 겔이 형성되면서 많은 양의 과잉수분을 결정수로서 가두어 두며, 이는 시멘트의 수화초기에 생성되는 ettringite와 같은 공극 수화물의 비율을 상대적으로 줄이는 결과가 되어 치밀한 조직을 형성하고 그 결과 압축강도 상승에 기여한다. 또한 활성 마그네시아는 수화시 생석회나 반수석고 등의 팽창재와 유사한 팽창작용을 하는데 그 반응식은 다음과 같다.
(반응식 3)
Figure 112015010286692-pat00002
수화반응시 MgO로부터 형성되는 Mg(OH)2 결정의 부피는 MgO와 H2O 부피의 합보다 두배 이상 팽창하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 경소백운석의 이러한 팽창작용과 CaO가 Ca(OH)2로 지속적으로 전이되는 알칼리 자극효과를 복합적으로 활용하는 것이다.
한편, 백운석을 아주 높은 고온에서 연소(사연소:Dead-Burn)하여 탈탄산된 MgO는 사연소 마그네시아(Periclase)라 하는데 이는 활성마그네시아와 같이 초기에 팽창작용을 하는 것이 아니라 경화 후기 매우 늦은 재령에서 지나친 팽창을 유발하여 콘크리트 구조물의 균열을 일으키게 된다. 시멘트의 소성온도는 1,450℃ 이상이기 때문에 시멘트 클링커 제조과정에서 생성된 MgO는 사연소 마그네시아(Periclase)이며 이러한 이유로 시멘트 제조시에는 MgO의 함량을 엄격히 제한하고 있다.
또한, 본 발명의 팽창성 그라우트 조성물에 포함되는 고로슬래그 미분말은 제철공정 부산물로 배출되는 고로슬래그를 수쇄 냉각하여 배출된 것을 건조 및 분쇄시킨 비표면적 3,000㎠/g 이상의 것이다. 상기 고로슬래그 미분말은 통상적으로 시중에서 수득이 가능한 제품이다. 고로슬래그 미분말은 주성분이 CaO 및 SiO2로서 알칼리 및 황산염 자극에 의해 잠재수경성을 발휘하여 시멘트와 유사한 고결효과를 나타낸다.
이러한 고로슬래그 미분말은 경소백운석 미분말 100중량부에 대하여 200~400중량부 포함되는 것이 바람직하다. 200중량부 미만 혼입될 경우 상대적으로 잠재수경성 물질인 CaO의 함량이 낮게 되어 요구되는 강도를 발현할 수 없으며, 400중량부를 초과하여 혼입될 경우 강도발현은 가능하나 팽창성 물질인 MgO의 함량이 상대적으로 낮게 되어 요구하는 만큼의 팽창이 일어나지 않아 소정의 목적을 달성할 수 없게 된다.
본 발명에 따른 팽창성 그라우트 조성물에는 수소이온농도(pH) 12 이상이면서 칼슘 옥사이드(Calcium oxide) 함량이 50중량% 이상이고 설페이트 옥사이드(Sulfate oxide) 함량이 15중량% 이상인 석고를 상기 경소백운석 미분말 100중량부에 대하여 50~200 중량부로 포함한다.
또한 상기 석고는 고로슬래그 미분말의 산성 피막을 알칼리 및 황산염 복합 자극에 의해 단시간 내에 파괴하여 슬래그 내부에서 이온 방출을 가속화시키고 이들과 반응하여 수화초기에 에트린가이트를 다량 생성해준다. 또한, 재령이 경과함에 따라 칼슘실리케이트 수화물을 생성해 강도를 발현해주는 자극제 및 결합재의 동시 역할을 하는 물질이다.
이러한 기능을 수행하는 석고는 수소이온농도(pH) 12 이상, 바람직하기로는 12~12.5의 알칼리를 띄도록 하는 것이 고로슬래그 미분말의 산성 피막을 알칼리 및 황산염 복합 자극시켜 단시간에 파괴시켜 원하는 효과를 얻을 수 있어 바람직하다.
또한, 석고 내 칼슘 옥사이드(Calcium oxide) 함량이 50중량% 이상, 바람직하기로는 65 ~ 75 중량%이고, 설페이트 옥사이드(Sulfate oxide) 함량이 15중량% 이상, 바람직하기로는 20 ~ 30 중량%인 것이 바람직하다.
일반적으로 품위가 높은 석고의 순도는 칼슘 옥사이드 함량과 설페이트 옥사이드 함량이 95% 이상인 것을 의미한다. 석고에 포한된 이산화규소, 산화제이철, 산화알루미늄 등은 불순물로 간주된다. 따라서 석고 내 칼슘 옥사이드(Calcium oxide) 함량이 65중량% 미만이면 알칼리 자극 효과가 충분치 못해 강도발현이 지연될 수 있으며, 석고 내 칼슘 옥사이드(Calcium oxide) 함량이 75중량%를 초과하면석고 내의 상대적인 설페이드 옥사이드 함량이 낮게 되어 황산염 자극 효과가 줄어들게 된다.
마찬가지 이유로 석고 내 설페이드 옥사이드 함량이 20중량% 미만이면 황산염 자극 효과가 충분치 않아 강도 발현이 지연될 수 있으며, 설페이드 옥사이드 함량이 30중량%를 초과하게 되면 석고내의 상대적인 칼슘 옥사이드함량이 낮게 되어 알칼리 자극 효과가 줄어들게 된다.
상기 특징을 가지는 본 발명의 석고의 구체 예로는, 천연 석고, 배연탈황석고, 페트로 코크스 탈황석고, 석탄 코크스 탈황석고로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
상기 석고는 경소백운석 미분말 100중량부에 대하여, 50~200중량부 포함되는 것이 바람직하다. 50중량부 미만이면 생석회 성분과 석고 성분을 동시에 함유하고 있는 알칼리 및 황산염 복합 자극제로서 그 효과가 미미하고, 200중량부를 초과하면 경소백운석에 포함된 알칼리 자극성분을 포함하여 고로슬래그와 반응하지 못한 잉여량이 존재하기 때문에 오히려 강도가 저하될 우려가 있다.
또한 본 발명에 따른 팽창성 그라우트 조성물은 팽창성 그라우트의 조기강도를 향상시키기 위하여 시멘트가 더 포함될 수 있다.
상기 시멘트는 1종 포틀랜트 시멘트, 3종 시멘트, 고로슬래그 시멘트 및 플라이애시 시멘트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
상기 시멘트는 경소백운석 미분말 100중량부에 대하여 50~200중량부가 혼입되는 것이 바람직하다. 시멘트의 함량이 50중량부 미만이면 팽창성 그라우트의 양생 시 수화반응을 조기에 유도하는 효과가 부족하고, 200중량부를 초과하면 상대적으로 고가인 재료가 포함되어 경제성이 하락하며 수화반응시 체적이 수축할 우려가 있다.
또한, 본 발명에 따른 팽창성 그라우트 조성물은 장기적인 고결 강도의 증진을 위하여 포졸란 활성을 나타내는 플라이애시가 더 포함되는 것이 바람직하다. 상기 플라이애시는 포졸란 활성을 나타내는 이산화규소 함량이 30중량% 이상, 바람직하기로는 45~65중량%인 석탄연소 플라이애시인 것이 포졸란 활성 발현을 위해 바람직하다.
이러한 플라이애시는 경소백운석 미분말 100중량부에 대하여 100~200중량부 혼입되는 것이 바람직하다. 상기 플라이애시의 혼입량이 100중량부 미만이면 포졸란활성 물질이 부족하여 팽창성 그라우트의 장기강도 향상에 대한 효과가 부족하며, 200중량부를 초과하면 장기적인 포졸란 활성의 증가로 장기 강도는 상승하나 상대적으로 초기 강도가 하락하게 되어 소정의 목적을 달성할 수 없다.
본 발명에 따른 팽창성 그라우트 조성물은 상기 각 구성 성분들을 소정의 혼합비로 배합함으로써 제조될 수 있다.
또한, 상기 팽창성 그라우트 조성물에 물을 혼합하여 물/바인더 비율(W/B ratio)가 사용하는 용도에 맞도록 그 농도를 조절하여 물을 첨가한 다음, 충분히 혼합하여 팽창성 그라우트 주입액을 제조하여 사용할 수 있다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다. 또한 이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한하는 것으로 이해되어져서는 아니된다.
실시예
먼저, 경소백운석 미분말 100중량부에 대하여 고로슬래그 미분말 300중량부, 페트로 코크스 탈황석고(pH 12.4, 칼슘 옥사이드 함량 72 중량%, 설페이트 옥사이드 함량이 25 중량%인 것임) 100중량부, 1종 시멘트 100중량부 및 이산화규소 함량이 49%인 플라이애시 100중량부를 균일하게 혼합하여 팽창성 그라우를 제조하였다.
다음으로 팽창성 그라우트에 물/바인더비(W/B) 83%가 되도록 물을 첨가하여 강제식 믹서로 충분히 혼합하여 팽창성 그라우트 주입액을 제조하였다.
다음으로 실제 시공시 Auger 천공 구멍에서 주면 흙이 무너지거나 배면 주입시 공동주변의 흙이 주입액에 혼입되는 것을 고려하여 주입액 중량비로 점성토 흙을 50%, 60%, 70%, 100% 혼입하여 유동성을 측정하였고, 주입액 중량비로 점성토 흙을 70% 혼입한 일축 압축강도 공시체를 제작하여 재령에 따른 압축강도를 측정하였다.
비교예 : 1종 보통시멘트를 사용한 팽창성 그라우트 조성물 제조
먼저, 팽창성 그라우트로서 1종 시멘트를 사용하고, 물/바인더(W/B) 비율이 83%가 되도록 물을 첨가하여 강제식 믹서로 충분히 혼합하여 팽창성 그라우트 주입액을 제조하였다.
다음으로 실제 시공시 Auger 천공 구멍에서 주면 흙이 무너지거나 배면 주입시 공동주변의 흙이 주입액에 혼입되는 것을 고려하여 주입액 중량비로 점성토 흙을 50%, 60%, 70%, 100% 혼입하여 유동성을 측정하였고, 주입액 대비 중량비로 점성토 흙을 70% 혼입한 일축 압축강도 공시체를 제작하여 재령에 따른 압축강도를 실시예와 비교 측정하였다.
실험예 : 팽창성 그라우트의 성능시험방법 및 결과
아래 표 2에 나타낸 바와 같이 플로우 시험은 KS F 2594, 압축강도시험은 KS F 2343방법, 재료분리 정도와 체적변화는 육안검사를 실시하였다.
실험 방법 비고
슬럼프 플로우 KS F 2594 슬럼프 플로우 시험방법
압축강도 KS F 2343 일축압축강도시험방법
재료분리 정도 육안검사
체적변화 육안검사
(1) 플로우 시험 결과
실시예와 비교예에 따른 팽창성 그라우트의 유동성 변화를 관찰하기 위하여 플로우 시험을 진행하였으며, 그 결과를 다음 표 3에 나타내었다.
단위(cm) 흙 중량비(%)
0 50 60 70 100
실시예 63 40 39 35 29
비교예 68 42 40 36 31
상기 표 3을 참조하면, 팽창성 그라우트의 유동성 변화를 관찰한 결과 전반적으로 흙의 혼입율이 증가함에 따라 유동성은 감소하는 특성을 보였다. 특히 본 발명의 팽창성 그라우트 조성물을 이용한 실시예는 비교예인 1종 보통시멘트에 비하여 유동성이 약간 저하되는 경향을 보였다. 이는 시멘트의 질량인 3.15에 비해 본 발명의 주입재가 질량이 3.03 으로서 상대적으로 낮기 때문에 분체량이 많아져 상대적인 표면적이 커서 유동성이 저하된 것으로 판단된다.
그러나 팽창성 그라우트의 경우 주입관의 이송 저하 및 막힘 현상이 없는 상태에서의 유동성 저하는 오히려 재료분리 저항성이 커지며 사질토 등의 공극이 큰 지반에서는 유리하게 작용할 수 있다.
(2) 일축압축강도의 변화
표 4에 실시예 및 비교예의 흙 혼입 비율에 따른 일축압축강도 실험결과를 나타내었다.
재령 3일 7일 28일
흙 중량비(%) 70% 70% 70%
실시예 압축강도(MPa) 10.5 15.4 23.2
비교예 압축강도(MPa) 10.9 15.5 18.9
상기 표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 팽창성 그라우트 조성물을 이용한 실시예의 경우 비교예인 1종 시멘트에 비하여 초기 강도는 동등한 수준이었으나 장기강도가 상당히 높게 발현되었으며, 이는 시멘트량이 상대적으로 부족하지만 고로슬래그 미분말이 페트로 코크스 탈황석고와 경소백운석의 자극을 받아 잠재 수경성이 발현되었으며, 플라이애시의 포졸란 활성에 기인한 것으로 판단된다. 즉 페트로 코크스의 황산염 및 알칼리 자극에 의해 고로슬래그 미분말과 플라이애시의 비정질 물질이 지속적으로 수화물을 만들어낸 결과로 판단된다.
또한, 동일한 양의 주입량을 사용하였을 시 실시예의 압축강도가 우수하게 나타난 바, 실제 현장 적용 시 단위 결합재량을 감소하여도 1종 시멘트와 동일한 강도를 발현할 수 있어 경제적인 시공을 보장할 수 있을 것이라 판단된다.
(3) 재료분리정도 및 체적변화 확인
실시예와 비교예 모두 재료분리는 발생하지 않아 현장 시공성을 보장할 수 있었다.
또한, 배합 후 72시간 체적 변화를 육안으로 관찰한 결과, 다음 도 1에서와 같이 실시예는 경소백운석에 다량 포함된 MgO의 팽창성에 의해 수축 발생량을 보상하고도 체적이 증가하였으나, 비교예는 체적 수축이 발생함을 육안으로 확인할 수 있었다.

Claims (6)

  1. 경소백운석 미분말 100중량부에 대하여,
    고로슬래그 미분말 200~400중량부 및
    수소이온농도(pH) 12~12.5이고, 칼슘 옥사이드(Calcium oxide) 함량이 65 ~ 75 중량%이고, 설페이트 옥사이드(Sulfate oxide) 함량이 20 ~ 30 중량%이며, 상기 칼슘 옥사이드와 설페이트 옥사이드를 합한 함량이 95% 이상인 석고 50~200중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창성 그라우트 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 팽창성 그라우트 조성물은 시멘트를 더 포함할 수 있으며, 상기 시멘트는 1종 시멘트, 3종 시멘트, 고로슬래그 시멘트 및 플라이애시 시멘트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 팽창성 그라우트 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 시멘트는 경소백운석 미분말 100중량부에 대하여 50~200중량부가 혼입되는 것을 특징으로 하는 팽창성 그라우트 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 팽창성 그라우트 조성물은 플라이애시가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 팽창성 그라우트 조성물.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 플라이애시는 이산화규소(SiO2) 함량이 30중량% 이상인 석탄연소 플라이애시인 것을 특징으로 하는 팽창성 그라우트 조성물.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 플라이애시는 경소백운석 미분말 100중량부에 대하여 100~200중량부 혼입되는 것을 특징으로 하는 팽창성 그라우트 조성물.
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