KR101638084B1 - Expansion grouting materials composition using ferro-nickel slag - Google Patents

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KR101638084B1 KR1020150022164A KR20150022164A KR101638084B1 KR 101638084 B1 KR101638084 B1 KR 101638084B1 KR 1020150022164 A KR1020150022164 A KR 1020150022164A KR 20150022164 A KR20150022164 A KR 20150022164A KR 101638084 B1 KR101638084 B1 KR 101638084B1
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Abstract

The present invention relates to an expansion grouting material composition, which includes, based on 100 parts by weight of ferronickel slag fine aggregates, 100-200 parts by weight of blast furnace slag fine aggregates and 100-500 parts by weight of gypsum containing at least 50 wt% of calcium oxide and at least 15 wt % of sulfate oxide. According to the present invention, CaO and SiO_2 ingredients obtained by vitrification of ferronickel slag fine aggregates and blast furnace slag fine aggregates are activated by alkaline and sulfate stimuli of the gypsum including at least 50 wt% of calcium oxide and at least 15 wt% of sulfate oxide at hydrogen ion concentration (pH) of 12 or more, so that strength of the composition equal to or greater than that of type I ordinary cement used as an expansion grouting material can be obtained. Accordingly, the expansion grouting material is completely substituted with cement for earth concrete for an earth retaining wall and reinforced concrete. In addition, the expansion grouting material can be substituted with cement milk used for secondary grouting after the construction of the reinforced concrete. In addition, according to the present invention, a bore and a rear cavity can be efficiently charged through a volume expansion reaction in which at least 30 wt% of MgO ingredients contained in ferronickel slag fine aggregates meet water (H_2O) to be transformed into Mg(OH)_2 and expand, so that the adhesive power with an original ground can be enhanced and thus perfect construction can be ensured.

Description

페로니켈 슬래그를 활용한 팽창성 그라우트 조성물 {EXPANSION GROUTING MATERIALS COMPOSITION USING FERRO-NICKEL SLAG}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an expandable grout composition utilizing a ferronickel slag,

본 발명은 소일 네일링 공법(soil-nailing method)용, 터널 구조물 등의 배면 주입용, 각종 흙막이 공사 배면 주입용 등으로 사용되는 팽창성 그라우트 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 토목공사 중 연약지반인 경사면이나 터파기 굴착면의 균열이나 무너짐을 방지하기 위한 목적으로 시공할 시 사용되는 페로니켈 슬래그를 활용한 팽창성 그라우트 조성물에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an expandable grout composition used for a soil-nailing method, a backside injection of a tunnel structure or the like, The present invention relates to an expandable grout composition utilizing ferronickel slag for use in construction for the purpose of preventing cracks or crumbling of inclined surfaces or terraced excavation surfaces.

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. In general, excavation support systems necessary for the construction of civil engineering facilities such as terraces, reinforced natural and artificial slopes adjacent to railways and roads, underground structures and tunnels, and repairing existing retaining walls or installing retaining walls, Soil-nailing method is used to prevent the risk of cracking and collapsing of the excavated surface or the adjacent grounds in case of soft soil where soil and soil and rock wall are mixed, It is installed as a safety measure.

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. In other words, soil nailing is used to excavate the slope or trench excavation surface at a stable height to allow it to stand alone, to construct a surface protection surface with shotcrete (shotcrete), to puncture the back surface of the excavation, The shear resistance of the soft ground is improved by grouting a nail which is resistant to stress, shear stress and bending moment and grouting to improve the problem of cracks or collapses in the excavated soft ground .

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.In the construction method of soilless nailing, after confirming whether the original ground is self-supported by excavation at the specified excavation depth, shotcrete is cast on the excavation surface to prevent loosening of the original ground immediately after excavation. Thereafter, the drill is drilled to the required depth using a perforator and the nail is inserted into the perforated anchor hole. In this way, grouting with reinforced concrete in the anchor holes in which the nails are inserted improves the adhesion of the cut surface or slope with the paper sheet.

이때 사용되는 보강콘크리트는 공사의 목적에 부합되게 가시설용으로는 낮은 강도의 흙 콘크리트가 선택될 수 있고 또는 반영구적인 벽체가 형성되도록 시멘트 철근콘크리트가 시공 될 수 있는 것이다.
The reinforced concrete used in this case can be selected from low strength soil concrete for the purpose of construction, or cement reinforced concrete can be constructed to form a semi-permanent wall.

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. In addition, it is very important to inject the backside of the structures such as tunnels and the backside of the various earthworks. In general, many factors are taken into consideration when determining the thickness of the lining of tunnels. The most important of these premises is that the earth pressure acts on the entire surface of the tunnel uniformly. However, no matter how well construction works, it is impossible not to leave a cavity on the back of the tunnel, and if it is assumed that there is a cavity, it means that unequal earth pressure can act locally on the back of tunnel concrete. Therefore, the backfill should be constructed to maintain the safety of the tunnel during tunnel construction. Also, backfilling holes are indispensable for the earthworks of foundation works.

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.
In this case, the backfill material used is generally prepared by mixing a small amount of fly ash gypsum or the like to form a binder and cementing the silica as an aggregate for the purpose of improving the expandability and fluidity of the cement as the main raw material.

시멘트의 경우 강도를 발현하는 수화과정에서 수축을 하는 특성 때문에 팽창성을 부여하기 위하여 팽창재로서 벤토나이트를 사용하거나, 발포제로서 알루미늄 분말을 사용해 왔다.In the case of cement, bentonite has been used as an expanding agent or aluminum powder has been used as a foaming agent in order to give an expandability due to the shrinkage property in the hydration process of expressing strength.

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. For example, Korean Patent No. 10-0377829 discloses a grout material having a weight ratio of 38% cement, 50% fly ash and 12% bentonite, and mixing the mixture material and water at a weight ratio of 0.8 to 0.8, A grout technique for joint injection was proposed.

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.However, the bentonite is a high-priced material that does not exist as a natural resource in Korea and is dependent on the whole amount of imported materials. The aluminum powder has a characteristic of using fine particles having a high degree of powder in order to exhibit maximum foaming performance, Due to the low characteristics, it is difficult to handle and mix, which is also a very expensive product, which leads to a problem of lowering the economical efficiency.

한국 등록 특허 제10-0377829호Korean Patent No. 10-0377829

이에 본 발명은 상술한 종래기술의 제반 문제점을 보완하여 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 종래 1종 포틀랜트 시멘트를 주원료로 사용하고 팽창재로 벤토나이트 또는 발포제로서 알루미늄 분말을 사용하는 기존의 그라우트를 대체할 수 있도록 1종 보통시멘트 및 슬래그 시멘트와 동등 이상의 강도를 발현할 수 있고, 별도의 팽창제를 포함하지 않고도 충분한 체적 팽창작용을 발현할 수 있는 팽창성 그라우트 조성물을 제공하는 데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to overcome the above-mentioned problems of the prior art and to provide a conventional method of using the one-kind portland cement as the main material and using bentonite as the expanding agent or aluminum powder as the foaming agent The present invention is to provide an expandable grout composition capable of exhibiting a strength equal to or higher than that of one kind ordinary cement and slag cement so as to replace grout and capable of exhibiting a sufficient volume expansion function without containing any additional expanding agent.

위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 팽창성 그라우트 조성물은 페로니켈 슬래그 미분말 100중량부에 대하여 고로슬래그 미분말 100~200 중량부 및 수소이온농도(pH) 12 이상이면서 칼슘 옥사이드(Calcium oxide) 함량이 50중량% 이상이고 설페이트 옥사이드(Sulfate oxide) 함량이 15중량% 이상인 석고 100~150 중량부를 포함한다. In order to solve the above technical problems, an expandable grout composition according to the present invention comprises 100 to 200 parts by weight of a blast furnace slag fine powder, 100 parts by weight of a ferric oxide slag fine powder, a calcium oxide (calcium oxide) And 50 to 150 parts by weight of a gypsum having a sulfur oxide content of 15% by weight or more.

또한 본 발명에 따른 팽창성 그라우트 조성물은 속경성과 강도를 증진시키기 위해 시멘트를 더 포함하되, 상기 시멘트는 1종 시멘트, 3종 시멘트, 고로슬래그 시멘트 및 플라이애시 시멘트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.Further, the expandable grout composition according to the present invention may further comprise cement to improve the quickness and strength, wherein the cement is one or more selected from the group consisting of one kind of cement, three kinds of cement, blast furnace slag cement and fly ash cement Or more.

상기 시멘트는 페로니켈 슬래그 미분말 100중량부에 대하여 50~200중량부가 혼입되는 것이 바람직하다. The cement is preferably mixed with 50 to 200 parts by weight based on 100 parts by weight of the ferronickel slag fine powder.

또한 팽창성 그라우트 조성물은 장기강도의 증진을 위한 목적으로 포졸란 활성을 나타내는 플라이애시가 더 포함되는 것이 바람직하다. It is also preferable that the expandable grout composition further includes fly ash exhibiting pozzolanic activity for the purpose of promoting long-term strength.

또한 상기 플라이애시는 포졸란 활성을 나타내는 이산화규소 함량이 30중량% 이상인 석탄연소 플라이애시인 것이 바람직하다. The fly ash is preferably a coal-fired fly ash having a silicon dioxide content of 30% by weight or more showing pozzolanic activity.

상기 플라이애시는 페로니켈 슬래그 미분말 100중량부에 대하여 100~200중량부 혼입되는 것이 바람직하다.The fly ash is preferably mixed with 100 to 200 parts by weight based on 100 parts by weight of the ferronickel slag fine powder.

본 발명에 따르면, 페로니켈 슬래그 미분말과 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 보통시멘트를 팽창성 그라우트로 사용할 때와 동등 이상의 강도를 발현할 수 있다. 따라서, 가시설용 흙콘크리트 및 시멘트 철근콘크리트에 사용되는 시멘트를 완전히 대체하며, 또한 보강콘크리트 시공 후 2차 그라우팅에 사용하는 시멘트 밀크까지 완전히 대체할 수 있는 효과를 가진다. According to the present invention, the vitrified CaO and SiO 2 components of the ferronickel slag fine powder and the blast furnace slag fine powder have a hydrogen ion concentration (pH) of 12 or more, a calcium oxide content of 50 wt% or more and sulfate oxide It is activated by the alkali and sulfate stimulation of the gypsum having a content of 15% by weight or more, so that the strength equivalent to or higher than that when one kind of ordinary cement is used as the expandable grout can be exhibited. Therefore, it completely replaces the cement used for the temporary soil concrete and cement reinforced concrete, and can completely replace the cement milk used for the second grouting after the reinforced concrete construction.

또한, 페로니켈 슬래그 미분말에 30중량% 이상 함유된 MgO 성분이 배합수(H2O)와 만나 Mg(OH)2로 전이되면서 팽창하는 체적 팽창작용을 이용하여 천공구멍과 배면 공동을 효율적으로 충진하여, 원지반과의 부착력을 강화시켜 완벽한 시공을 보장하는 그라우트 조성물을 제공할 수 있다.In addition, the MgO component contained in the ferronickel slag powder in an amount of 30% by weight or more is filled with the compounding water (H 2 O) to expand the MgO (OH) 2 , Thus, it is possible to provide a grout composition which ensures a perfect installation by enhancing the adhesion with the paperboard.

도 1은 실시예와 비교예에 따른 팽창성 그라우트의 배합시간에 따른 체적 변화를 육안으로 관찰한 결과이다.Fig. 1 shows the results of visual observation of the volume change of the expandable grout according to the mixing time according to the examples and the comparative examples.

이하에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

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.
The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms "a,""an," and "the" include singular forms unless the context clearly dictates otherwise. Also, " comprise "and / or" comprising "when used herein should be interpreted as specifying the presence of stated shapes, numbers, steps, operations, elements, elements, and / And does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, operations, elements, elements, and / or groups.

이하, 본 발명에 의한 팽창성 그라우트 조성물의 구성성분 및 작용에 대하여 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the constituent components and actions of the expandable grout composition according to the present invention will be described in detail.

본 발명에 의한 팽창성 그라우트 조성물은 페로니켈 슬래그 미분말 100중량부에 대하여 고로슬래그 미분말 100~200 중량부 및 수소이온농도(pH) 12 이상이면서 칼슘 옥사이드(Calcium oxide) 함량이 50중량% 이상이고 설페이트 옥사이드(Sulfate oxide) 함량이 15중량% 이상인 석고 100~150 중량부를 포함한다.
The expandable grout composition according to the present invention comprises 100 to 200 parts by weight of a blast furnace slag fine powder per 100 parts by weight of a ferronickel slag fine powder, a calcium oxide content of 50% by weight or more and a hydrogen ion concentration (pH) And 100 to 150 parts by weight of gypsum having a sulfate oxide content of 15% by weight or more.

본 발명에서 주원료로 쓰이는 페로니켈 슬래그는 페로니켈 제조공정에서 발생되는 부산물로 2014년 현재 우리나라에서 연간 200만톤 발생하는 제조공정이 가동되고 있다. 페로니켈이란 철 80%와 니켈 20%를 함유한 합금철을 일컫는 용어로서, 주로 스테인레스강의 원료로 사용된다. 페로니켈의 원료는 사문암을 모암으로 하는 산화니켈광이며 일반적으로 순수한 니켈의 품위는 원광의 2~3%로 낮은 편이고 1,500℃ 이상의 정련공정을 거쳐 니켈 1톤 생산 시 약 30톤의 페로니켈 슬래그가 발생한다고 알려져 있다. Ferronickel slag, which is the main raw material in the present invention, is a byproduct produced in the ferronickel manufacturing process, and the production process of producing 2 million tons per year in Korea is being operated as of 2014. Ferronickel is a term for alloy iron containing 80% of iron and 20% of nickel and is mainly used as a raw material of stainless steel. The raw material of ferronickel is nickel oxide light with serpentinite as a parent rock. In general, the quality of pure nickel is as low as 2 ~ 3% of the ore, and after refining process at 1,500 ℃ or more, about 30 tons of ferronickel slag Is known to occur.

이 페로니켈 슬래그는 일부를 소결용 원료로 사용하거나 도로용 골재, 코크리트용 골재 등으로 일부 재활용 되고 있으나, 대부분을 매립 등으로 폐기하고 있는 형편이다. This ferronickel slag is partially recycled as a raw material for sintering, or as a part of road aggregate or aggregate for cocrit, but most of the ferronickel slag is disposed of by landfill.

페로니켈 슬래그의 광물 조성은 휘석과 감람석을 주체로 하고 있어 천연의 감람암(Olivine)과 유사하다. 페로니켈 슬래그에 포함된 SiO2, MgO, FeO, CaO 등을 광물분석을 해보면 완화휘석(Enstatite), 고토 감람석(Forsterite), 투휘석(Diopside) 등의 결정성 광물과 비정질 유리(glass) 상으로 형성되어 있다. 이와 같은 광물 조성의 비율과 비정질 유리상의 양과 성질은 페로니켈 슬래그의 냉각조건 등에 의해 변화하여 화학적 자극에 의한 반응성 등 화학적 성질에 영향을 미친다. The mineral composition of ferronickel slag is mainly composed of pyroxene and olivine, similar to natural Olivine. Minerals such as SiO 2 , MgO, FeO and CaO contained in the ferronickel slag are crystallized into amorphous glass and crystalline minerals such as relaxed enstatite, forsterite and diopside. . The ratio of the mineral composition and the amount and properties of the amorphous glass vary depending on the cooling conditions of the ferronickel slag and affect the chemical properties such as reactivity by chemical stimulation.

본 발명에 의한 페로니켈 슬래그의 냉각조건은 물에 의해 슬래그를 급냉한 수쇄 페로니켈이며, 사용 재료는 수쇄 급냉 페로니켈 슬래그를 분말화한 것이다. 비정질 물질의 양이 많을수록 화학적 활성도가 크다는 것과 비정질 물질의 양이 많아지기 위해서는 급냉이 필수조건이라는 것은 일반적으로 널리 알려진 사실이다. The cooling conditions for the ferronickel slag according to the present invention are water-chain ferronickel quenched by water with slag, and the material used is powdered quench-hardened ferronickel slag. It is generally known that quenching is a prerequisite for increasing the amount of amorphous material and that the greater the amount of amorphous material, the greater the chemical activity.

다음 표 1에 본 발명에서 사용되는 페로니켈 슬래그 미분말의 화학적 조성을 %로 나타내었다. The chemical composition of the ferronickel slag powder used in the present invention is shown in Table 1 below in%.

함량(%)content(%) 화학 조성Chemical composition SiO2 SiO 2 MgOMgO CaOCaO Al2O3 Al 2 O 3 T-FeT-Fe T-NiT-Ni Fe-Ni 슬래그Fe-Ni slag 52.452.4 35.635.6 0.90.9 1.61.6 4.64.6 0.030.03

상기 표 1을 참조하면, 페로니켈 슬래그 미분말의 주요 화학 성분은 유리화된 SiO2 MgO이다. 잘 알려진 바와 같이 SiO2 활성화하여 강도가 발현하는 속도가 CaO나 Al2O3에 비하여 늦게 개시된다. 또한 MgO는 물과 반응하며 Mg(OH)2로 전이되면서 팽창하는 물질이다. 시멘트에서는 MgO의 함량을 제한하고 있는 것도 팽창성 때문이라 알려져 있다. Referring to Table 1, the main chemical components of the ferronickel slag powder are vitrified SiO 2 and MgO. As is well known, SiO 2 The rate at which the strength is developed is activated later than CaO or Al 2 O 3 . Also MgO is a substance that reacts with water and expands when it is transferred to Mg (OH) 2 . It is known that the limit of MgO content in cement is also due to its swelling property.

따라서 시멘트의 주성분인 CaO를 거의 함유하고 있지 않으며, 팽창성을 나타내기 때문에 콘크리트가 양생된 후 팽창에 의한 균열을 우려하여 페로니켈 슬래그가 시멘트의 원료 및 혼화재료로 사용되지 못하고 있는 것이다.
Therefore, CaO is not contained in the main component of cement, and since it shows swelling property, after the concrete is cured, the ferronickel slag is not used as raw material and admixture material because of fear of cracking due to expansion.

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.The blast furnace slag fine powder contained in the expandable grout composition of the present invention has a specific surface area of not less than 3,000 cm 2 / g which is dried and pulverized by cooling the blast furnace slag discharged from the steel making process by water chain. The blast furnace slag fine powder is usually a commercially available product. The blast furnace slag fine powders exhibit a cement-like cement-like effect due to their potential hydraulic properties due to alkali and sulphate stimuli as main components CaO and SiO 2 .

이러한 고로슬래그 미분말은 상기 페로니켈 슬래그 미분말 100중량부에 대하여 100~200중량부 포함되는 것이 바람직하다. 고로슬래그 미분말의 함량이 100중량부 미만으로 혼입될 경우 상대적으로 잠재수경성 물질인 CaO의 함량이 낮게 되어 요구되는 강도를 발현할 수 없으며, 200중량부를 초과하여 혼입될 경우 강도발현은 가능하나 팽창성 물질인 MgO의 함량이 상대적으로 낮게 되어 요구하는 팽창이 일어나지 않아 소정의 목적을 달성할 수 없게 된다.
The blast furnace slag fine powder is preferably contained in an amount of 100 to 200 parts by weight based on 100 parts by weight of the ferronickel slag fine powder. When the content of the blast furnace slag powder is less than 100 parts by weight, the content of CaO as a latent hydraulic material is relatively low and the required strength can not be exhibited. When the blending amount exceeds 200 parts by weight, The content of MgO is relatively low, so that the required expansion does not occur and the predetermined purpose can not be achieved.

또한 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 포함한다. Also, the expandable grout composition according to the present invention includes a gypsum having a hydrogen ion concentration (pH) of 12 or more, a calcium oxide content of 50 wt% or more, and a sulfate oxide content of 15 wt% or more.

상기 석고는 페로니켈 슬래그 및 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. The gypsum breaks down the acidic film of the ferronickel slag and the blast furnace slag in a short period of time by accelerating the release of ions in the slag and reacting with them to produce a large amount of etrinite at the beginning of hydration. In addition, it is a substance that simultaneously acts as a stimulant and a binding material for generating calcium silicate hydrate and exhibiting strength as age elapses.

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. The gypsum having such a function is made to have an alkali of pH 12 or more, preferably 12 to 12.5, so that the acidic coating of the blast furnace slag compound is stimulated with an alkali and a sulfate to induce destruction in a short time to obtain a desired effect .

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. It is also preferable that the content of calcium oxide in the gypsum is 50% by weight or more, preferably 65 to 75% by weight and the content of sulfate oxide is 15% by weight or more, preferably 20 to 30% by weight desirable.

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. Generally, the purity of high grade gypsum means that the calcium oxide content and the sulfate oxide content are 95% or more. Silicon dioxide, ferric oxide, aluminum oxide and the like contained in the gypsum are regarded as impurities. Therefore, if the content of calcium oxide in the gypsum is less than 65% by weight, the alkali-stimulating effect is not sufficient and the strength development may be delayed. If the calcium oxide content in the gypsum exceeds 75% by weight, The fade oxide content is lowered and the sulfate stimulating effect is reduced.

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.
If the sulfide oxide content is less than 20 wt%, the effect of the sulfate stimulation is insufficient and the strength development may be delayed. If the sulfide oxide content exceeds 30 wt%, the relative calcium oxide content in the gypsum is lowered, The stimulation effect is reduced.

상기 특징을 가지는 본 발명의 석고의 구체 예로는, 천연 석고, 배연탈황석고, 페트로 코크스 탈황석고, 및 석탄 코크스 탈황석고로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.Specific examples of the gypsum of the present invention having the above characteristics may be one or a mixture of two or more selected from the group consisting of natural gypsum, flue gas desulfurization gypsum, petro coke desulfurization gypsum, and coal coke desulfurized gypsum.

상기 석고는 페로니켈 슬래그 미분말 100중량부에 대하여, 100~150중량부 포함되는 것이 바람직하다. 상기 석고의 함량이 100중량부 미만이면 생석회 성분과 석고 성분을 동시에 함유하고 있는 알칼리 및 황산염 복합 자극제로서 그 효과가 미미하고, 150중량부를 초과하면 페로니켈슬래그 및 고로슬래그와 반응하지 못한 잉여량이 존재하여 오히려 강도가 저하될 우려가 있다.
The gypsum is preferably contained in an amount of 100 to 150 parts by weight based on 100 parts by weight of the ferronickel slag fine powder. If the content of the gypsum is less than 100 parts by weight, the effect of the alkali and sulfate complex irritant containing the quicklime component and the gypsum component at the same time is insignificant. When the amount of the gypsum exceeds 150 parts by weight, the ferronickel slag and the blast- There is a possibility that the strength is lowered.

또한 본 발명에 따른 팽창성 그라우트 조성물은 팽창성 그라우트의 조기강도를 향상시키기 위하여 시멘트가 더 포함될 수 있다. 상기 시멘트는 1종 포틀랜트 시멘트, 3종 포틀랜트 시멘트, 고로슬래그 시멘트, 및 플라이애시 시멘트로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나이거나 둘이상의 혼합물로서 시중에서 일반적으로 판매되는 제품이다. Also, the expandable grout composition according to the present invention may further include cement to improve the early strength of the expandable grout. The cement is a commercially available product commercially available in the market as any one or a mixture of two or more selected from the group consisting of one kind of portland cement, three kinds of portland cement, blast furnace slag cement, and fly ash cement.

상기 시멘트는 페로니켈 슬래그 미분말 100중량부에 대하여 50~200중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 시멘트의 함량이 50중량부 미만이면 팽창성 그라우트의 양생 시 속경성 및 강도증진 효과가 부족하고, 200중량부를 초과하면 상대적으로 고가인 재료가 포함되어 경제성이 하락하며 수화반응시 체적이 수축할 우려가 있다. The cement is preferably contained in an amount of 50 to 200 parts by weight based on 100 parts by weight of the ferronickel slag fine powder. If the content of the cement is less than 50 parts by weight, the effect of improving the fastness and strength in curing of the expandable grout is insufficient. When the amount of the cement is more than 200 parts by weight, the material is relatively expensive and the economical efficiency is lowered. have.

또한 본 발명에 따른 팽창성 그라우트 조성물은 팽창성 그라우트의 장기적인 고결강도를 향상시키기 위하여 포졸란 활성을 나타내는 플라이애시가 더 포함될 수 있다. The expandable grout composition according to the present invention may further include fly ash exhibiting pozzolanic activity to improve the long-term cement strength of the expandable grout.

상기 플라이애시는 포졸란 활성을 나타내는 이산화규소 함량이 30중량% 이상, 바람직하기로는 45 ~ 65중량%인 석탄연소 플라이애시인 것이 포졸란 활성 발현을 위해 바람직하다. The fly ash is preferably a coal-fired fly ash having a silicon dioxide content of 30 wt% or more, preferably 45 to 65 wt%, which exhibits pozzolan activity, for pozzolan activity expression.

상기 플라이애시는 페로니켈슬래그 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 장기강도는 상승하나 상대적으로 초기강도가 하락하게 되어 소정의 목적을 달성할 수 없다. The fly ash is preferably mixed with 100 to 200 parts by weight based on 100 parts by weight of the ferronickel slag fine powder. When the amount of the fly ash is less than 100 parts by weight, the effect of improving the long-term strength of the expandable grout is insufficient due to insufficient pozzolanic active material. When the amount of fly ash is more than 200 parts by weight, The predetermined purpose can not be achieved.

본 발명에 따른 팽창성 그라우트 조성물은 상기 각 구성 성분들을 소정의 혼합비로 배합함으로써 제조될 수 있다.The expandable grout composition according to the present invention can be produced by compounding the respective components in a predetermined mixing ratio.

또한, 상기 팽창성 그라우트에 물을 혼합하여 물/바인더 비율(W/B ratio)가 사용하는 용도에 맞도록 그 농도를 조절하여 물을 첨가한 다음, 충분히 혼합하여 주입액을 제조하여 사용할 수 있다.
In addition, water may be mixed with the expandable grout, water / binder ratio (W / B ratio) may be adjusted to suit the application to be used, and water may be added and mixed thoroughly to prepare an injection solution.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다. 또한 이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한하는 것으로 이해되어져서는 아니된다.
Hereinafter, preferred embodiments and comparative examples of the present invention will be described. The following examples are intended to illustrate the invention and should not be construed as limiting the scope of the invention.

실시예Example

먼저, 수쇄 급냉 페로니켈 슬래그 미분말 100중량부에 대하여 고로슬래그 미분말 150중량부, 페트로 코크스 탈황석고(pH 12.4, 칼슘 옥사이드 함량 72 중량%, 설페이트 옥사이드 함량이 25 중량%인 것임) 125중량부, 1종 시멘트 100중량부 및 이산화규소 함량이 49%인 플라이애시 150중량부를 균일하게 혼합하여 팽창성 그라우트 조성물을 제조하였다. First, 150 parts by weight of fine blast furnace slag powder, 125 parts by weight of petroleum coke desulfurized gypsum (pH 12.4, content of calcium oxide: 72% by weight, content of sulfate oxide: 25% by weight) 100 parts by weight of the longitudinal cement and 150 parts by weight of fly ash having a silicon dioxide content of 49% were uniformly mixed to prepare an expandable grout composition.

다음으로 상기 제조된 팽창성 그라우트에 물/바인더비(W/B) 83%가 되도록 물을 첨가하여 강제식 믹서로 충분히 혼합하여 주입액을 제조하였다. Next, water was added to the expandable grout so as to have a water / binder ratio (W / B) of 83%, and the mixture was thoroughly mixed with a forced mixer to prepare an infusion liquid.

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.
Next, 50%, 60%, 70%, and 100% of the clay soil were mixed with the weight of the injected solution considering the fact that the soil was crumbled in the Auger hole at the time of actual construction or the soil around the cavity was injected into the infusion solution at the backside injection The compressive strength according to the ages was measured by measuring the fluidity and preparing a uniaxial compressive strength specimen containing 70% of clay soil as the weight of injected solution.

비교예Comparative Example : 1종 보통시멘트를 사용한 팽창성 그라우트 : 1 kind of expandable grout using ordinary cement

먼저, 팽창성 그라우트로서 1종 시멘트를 사용하고, 물/바인더비(W/B) 83%가 되도록 물을 첨가하여 강제식 믹서로 충분히 혼합하여 주입액을 제조하였다. First, water was added so that the water / binder ratio (W / B) of 83% was used as the expandable grout, and the mixed solution was sufficiently mixed with a forced mixer.

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.
Next, 50%, 60%, 70%, and 100% of the clay soil were mixed with the weight of the injected solution considering the fact that the soil was crumbled in the Auger hole at the time of actual construction or the soil around the cavity was injected into the infusion solution at the backside injection The compressive strength according to the ages was measured and compared with the experimental results. The unconfined compressive strength specimens were prepared by mixing 70% of clay soil with the weight ratio of injected solution.

실험예Experimental Example : 팽창성 그라우트의 성능시험방법 및 결과 : Performance test method and result of inflatable grout

아래 표 2에 나타낸 바와 같이 플로우 시험은 KS F 2594, 압축강도시험은 KS F 2343 방법, 재료분리 정도와 체적변화는 육안 검사를 실시하였다.As shown in Table 2 below, the flow test was performed with KS F 2594, the compressive strength test with KS F 2343 method, and the material separation degree and volume change were visually inspected.

실험Experiment 방법Way 비고Remarks 슬럼프 플로우Slump flow KS F 2594KS F 2594 슬럼프 플로우 시험방법Slump flow test method 압축강도Compressive strength KS F 2343KS F 2343 일축압축강도시험방법Uniaxial Compressive Strength Test Method 재료분리 정도Degree of material separation 육안검사Visual inspection 체적변화Volume change 육안검사Visual inspection

(1) (One) 플로우Flow 시험 결과 Test result

팽창성 그라우트의 유동성 변화(플로우)를 측정한 결과를 다음 표 3에 나타내었다.The flowability change (flow) of the expandable grout was measured, and the results are shown in Table 3 below.

단위(cm)Unit (cm) 흙 중량비(%)Soil weight ratio (%) 00 5050 6060 7070 100100 실시예Example 6565 3939 3838 3333 2626 비교예Comparative Example 6868 4242 4040 3636 3131

상기 표 3을 참조하면, 전반적으로 흙의 혼입율이 증가함에 따라 유동성은 감소하는 특성을 보였다. Referring to Table 3, the fluidity decreases as the soil incorporation rate increases.

본 발명에 따른 실시예는 비교예인 1종 보통시멘트에 비하여 유동성이 약간 저하되는 경향을 보였다. 이는 시멘트의 질량인 3.15에 비해 본 발명의 주입재가 질량이 3.02 로서 상대적으로 낮기 때문에 분체량이 많아져 상대적인 표면적이 커서 유동성이 저하된 것으로 판단된다. The examples according to the present invention show a tendency that the fluidity is slightly lower than that of the one kind ordinary cement which is the comparative example. This is because the injected material of the present invention has a relatively low mass of 3.02 as compared with the cement weight of 3.15, so that the amount of the powder is increased and the relative surface area is large.

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.
However, in the case of the inflatable grout, the lowering of the fluidity in the absence of the drop in the feed pipe and the clogging of the injection pipe increases the resistance to material separation and can be advantageous in the case of large pore spaces such as sand.

(2) 일축 압축강도의 변화(2) Change in uniaxial compressive strength

다음 표 4에 실시예 및 비교예의 흙 혼입 비율에 따른 일축압축강도 실험결과를 나타내었다. Table 4 shows the results of uniaxial compressive strength test according to the mixing ratio of soil in the examples and comparative examples.

재령Young 3일3 days 7일7 days 28일28th 흙 중량비(%)Soil weight ratio (%) 70%70% 70%70% 70%70% 실시예 압축강도(MPa)Example Compressive Strength (MPa) 10.210.2 15.815.8 22.322.3 비교예 압축강도(MPa)Comparative Example Compressive Strength (MPa) 10.910.9 15.515.5 18.918.9

상기 표 4에서와 같이, 실시예의 경우 비교예인 1종 시멘트에 비하여 초기 강도는 동등한 수준이었으나 장기강도가 상당히 높게 발현되었으며, 이는 시멘트량이 상대적으로 부족하지만 페로니켈 슬래그 및 고로슬래그 미분말이 페트로 코크스 탈황석고의 자극을 받아 잠재 수경성이 발현되었으며, 플라이애시의 포졸란 활성에 기인한 것으로 판단된다. 즉 페트로 코크스의 황산염 및 알칼리 자극에 의해 페로니켈슬래그 및 고로슬래그 미분말과 플라이애시의 비정질 물질이 지속적으로 수화물을 만들어낸 결과로 판단된다. As shown in Table 4, in the case of the example, the initial strength was comparable to that of the one-kind cement, which was a comparative example, but the long-term strength was remarkably high and the cement amount was relatively insufficient, but the ferronickel slag and the blast- , And it was judged that it was caused by the pozzolanic activity of fly ash. That is, it is judged that ferro-nickel slag, blast furnace slag fine powder and fly ash amorphous material continuously produce hydrates by the sulfuric acid and alkali stimulus of petro coke.

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.In addition, when the same amount of injection was used, the compressive strength of the example was excellent, so that the same strength as that of the one-kind cement can be exhibited even when the unit bonding amount is reduced at the actual site application, .

(3) (3) 재료분리정도Degree of material separation 및 체적변화 확인 And volume change confirmation

실시예와 비교예 모두 재료분리는 발생하지 않아 현장 시공성을 보장할 수 있었다.In both of the examples and the comparative examples, material separation did not occur, thus ensuring the workability in the field.

또한, 배합 후 72시간 체적 변화를 육안으로 관찰한 결과, 다음 도 1에서와 같이 실시예는 다량 포함된 MgO의 팽창성에 의해 수축 발생량을 보상하고도 체적이 증가하였으나, 비교예는 체적 수축이 발생함을 육안으로 확인할 수 있었다.As a result of visual observation of the volume change for 72 hours after the blending, as shown in the following Fig. 1, the volume increased as the amount of shrinkage was compensated for by the swelling property of MgO, which was included in large amounts, I was able to visually confirm the vessel.

Claims (6)

물에 의해 슬래그를 급냉시킨 수쇄 급냉 페로니켈 슬래그를 분말화시킨 페로니켈 슬래그 미분말 100중량부에 대하여,
고로슬래그 미분말 100~200중량부와
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 100~150중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창성 그라우트 조성물.
To 100 parts by weight of a ferronickel slag fine powder obtained by pulverizing water-quenched ferronickel slag in which slag was quenched by water,
100 to 200 parts by weight of fine blast furnace slag powder
Wherein the pH value is 12 to 12.5, the content of calcium oxide is 65 to 75 wt%, the content of sulfate oxide is 20 to 30 wt%, the content of calcium oxide and sulfate oxide Of 100 to 150 parts by weight of gypsum having a composition of 95% or more.
제 1 항에 있어서,
상기 팽창성 그라우트 조성물은 시멘트를 더 포함하되, 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.
The method according to claim 1,
Wherein the inflatable grout composition further comprises cement, wherein the cement is any one or a mixture of two or more selected from the group consisting of a first type cement, a third type cement, a blast furnace slag cement and a fly ash cement.
제 2 항에 있어서,
상기 시멘트는 페로니켈 슬래그 미분말 100중량부에 대하여 50~200중량부로 혼입되는 것을 특징으로 하는 팽창성 그라우트 조성물.
3. The method of claim 2,
Wherein the cement is incorporated in an amount of 50 to 200 parts by weight based on 100 parts by weight of the ferronickel slag fine powder.
제 1 항에 있어서,
상기 팽창성 그라우트 조성물은 플라이애시가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 팽창성 그라우트 조성물.
The method according to claim 1,
≪ / RTI > wherein the expandable grout composition further comprises fly ash.
제 4 항에 있어서,
상기 플라이애시는 이산화규소(SiO2) 함량이 30중량% 이상인 석탄연소 플라이애시인 것을 특징으로 하는 팽창성 그라우트 조성물.
5. The method of claim 4,
Characterized in that the fly ash is a coal-fired fly ash having a silicon dioxide (SiO 2 ) content of at least 30 wt%.
제 5 항에 있어서,
상기 플라이애시는 페로니켈 슬래그 미분말 100중량부에 대하여 100~200중량부로 혼입되는 것을 특징으로 하는 팽창성 그라우트 조성물.
6. The method of claim 5,
Wherein the fly ash is incorporated at 100 to 200 parts by weight per 100 parts by weight of the ferronickel slag fine powder.
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