KR101662721B1 - 경량 그라우트 조성물 및 이를 이용한 그라우팅 시공방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 경량 그라우트 조성물 및 이를 이용한 그라우팅 시공방법에 관한 것이다. 경량 그라우트 조성물은 포틀랜드시멘트 10∼60 중량%, 실리콘 웨이퍼 폐슬러지 고액분리 건조물 1~10 중량%, 공랭식 건조 바텀애쉬 10~60 중량%, 칼슘설포알루미네이트 또는 마그네슘설포알루미네이트 또는 칼슘알루미네이트 0.1~10 중량%, 무수석고 또는 반수석고 또는 이수석고 0.1~10 중량%, 유동화제 0.01~3 중량%, 증점제 0.001~1 중량%, 소포제 0.01~1 중량%를 포함하여 이루어진다.
본 발명은 실리콘 웨이퍼 폐슬러지 고액분리 건조물을 혼입하여 초기 재령의 압축, 휨, 인장강도, 특히 팽창특성에 의한 균열저감의 특성을 부여하고, 포졸란 반응 특성이 있는 건조 바텀애쉬를 모래 대용으로 사용하여 내산 및 내염해성을 개선시키고, 모래보다 밀도가 낮아 재료분리가 거의 발생하지 않기 때문에 기존의 그라우트 조성물보다 내구성이 우수한 특성을 보유한, 터널, 공동구, 터파기 굴착면, 사면(또는 법면, 비탈면), 연약지반 등의 침식이나 토사의 유실을 방지하기 위하여 사용될 수 있다
본 발명은 실리콘 웨이퍼 폐슬러지 고액분리 건조물을 혼입하여 초기 재령의 압축, 휨, 인장강도, 특히 팽창특성에 의한 균열저감의 특성을 부여하고, 포졸란 반응 특성이 있는 건조 바텀애쉬를 모래 대용으로 사용하여 내산 및 내염해성을 개선시키고, 모래보다 밀도가 낮아 재료분리가 거의 발생하지 않기 때문에 기존의 그라우트 조성물보다 내구성이 우수한 특성을 보유한, 터널, 공동구, 터파기 굴착면, 사면(또는 법면, 비탈면), 연약지반 등의 침식이나 토사의 유실을 방지하기 위하여 사용될 수 있다
Description
본 발명은 경량 그라우트 조성물 및 이를 이용한 그라우팅 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘 웨이퍼 폐슬러지 고액분리 건조물 및 바텀애쉬와 같은 산업폐기물 중 팽창특성과 내산 내염해성, 저밀도성 등의 우수한 특성을 가진 성분을 이용함으로써 산업폐기물의 재활용도을 높일 뿐만 아니라 고강도, 고내구성 및 경량 특성을 가진 그라우트 조성물 및 이를 이용한 그라우팅 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로 연약지반이라고 하면 상부구조물을 지지할 수 없는 상태의 지반을 말하며, 예를 들면 연약한 점토, 느슨한 사질토, 유기질토 등이 이에 속하고, 연약한 점성토나 유기질토로 구성된 지반 위에 도로, 교량, 건물 등이 그대로 놓여 진다면 침하량이 과대해지고, 지지력이 부족하여 안전상의 문제가 생기게 된다.
이러한 문제들이 예상되는 연약지반을 개량하여 어떠한 목적물을 건설하는데 있어 안전상의 문제점을 제거하기 위한 수단으로 연약지반 개량공법인 그라우팅 공법이 이용되고 있다. 예를 들면, 도로를 건설함에 있어 단단한 기초지반을 필요로 하는데, 연약지반 구간을 피해 도로를 건설할 경우 과다한 공사비의 지출이 불가피해짐으로써, 지반의 경도를 건설에 필요로 하는 정도의 경도로 끌어올리는 작업이 필요하게 된다.
한편, 터널구조물(특히 라이닝 콘크리트)은 터널을 형성하는 주변암체와 일체화되는 것이 바람직하며, 터널 설계 시 지진 등 외부충격에도 터널구조물은 주변암체와 일체 거동하는 것으로 해석되므로 터널 배면 공동의 존재는 설계와 시공에서 근본적으로 인정되지 않고, 배면공동이 존재할 시 지하수의 유로가 되어 주변암체와 분리가 됨으로써 외부 충격 시 안전에도 심각한 영향을 줄 수 있다. 특히, 천정부에서의 공동 존재는 지하수 축척으로 인한 열화를 발생시켜 사용성을 저하시켜며 심지어 상부지반의 이완 또는 라이닝 천정부의 종방향 균열 등을 발생시킬 수도 있다. 현재 타설되는 터널 공동 뒤채움 이입재는 재료분리, 블리딩 및 현장 배합에 따른 시공의 어려움 등으로 인해 배면공동이 발생하게 되고, 이러한 터널 배면공동은 라이닝의 균열, 응력집중, 누수 등으로 터널의 수명을 단축시키고 있다.
현재 터널 라이닝 배면을 충전하기 위해서는 그라우팅을 일반적으로 사용하고 있다. 그라우팅 재료는 시멘트 밀크 주입이나 시멘트 몰탈 등을 이용하여 채우는 방법을 사용하고 있지만, 시멘트 밀크 주입은 주입성은 양호하나, 경화 후 수축이 심해 배면과의 밀착이 분리되어 공동발생의 위험이 크고, 시멘트 몰탈은 밀도가 큰 모래를 충진재로 사용함으로써 재료분리가 발생하는 문제점이 있으며, 재료분리를 방지하기 위하여 물-그라우트비를 낮추면 완전하게 충전이 이루어지지 않아 상당수의 터널에서 보수가 요구되고 있고, 특히 노후터널에서는 당초 시공 시에 완전하게 충전이 이루어지지 않아 라이닝에 누수현상과 사용성이 급격히 저하되고 있다. 따라서 터널의 안전과 라이닝 보호를 위해서는 적합한 주입 재료를 사용하여 시공 시 배면 공동을 완전히 충전시켜야 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 산업 부산물이고 재료 자체의 내구성이 높은 실리콘 웨이퍼 폐슬러지 고액분리 건조물을 실리카질 혼화재 및 팽창재 대용으로 사용함으로써, 기존의 시멘트 콘크리트 조성물 보다 매우 높은 초기강도 발현, 균열저감 및 내구성 개선 효과를 나타낼 수 있으며, 경량이면서 포졸란 반응특성이 있는 바텀애쉬를 모래 대용으로 사용함으로써 재료분리 방지, 장기 내구성 증진 및 산업 부산물의 재활용 효과도 얻을 수 있는, 실리콘 웨이퍼 폐슬러지 고액분리 건조물 및 건조 바텀애쉬를 이용한 경량 그라우트 조성물 및 이를 이용한 그라우팅 시공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적은 본 발명에 따라 제공되는 경량 그라우트 조성물 및 이를 이용한 그라우팅 시공방법에 의해 달성된다.
본 발명의 일 양상에 따라 제공되는 경량 그라우트 조성물은, 포틀랜드시멘트 10∼60 중량%, 실리콘 웨이퍼 폐슬러지 고액분리 건조물 1~10 중량%, 공랭식 건조 바텀애쉬 10~60 중량%, 칼슘설포알루미네이트 또는 마그네슘설포알루미네이트 또는 칼슘알루미네이트 0.1~10 중량%, 무수석고 또는 반수석고 또는 이수석고 0.1~10 중량%, 유동화제 0.01~3 중량%, 증점제 0.001~1 중량%, 소포제 0.01~1 중량%를 포함하여 이루어진다.
상기 그라우트 조성물은 상기 경량 그라우트 조성물은, 아크릴 계열, 에틸렌비닐아세테이트(EVA, Ethylene-vinyl acetate) 계열, 스티렌-부타디엔 고무(SBR, Stryrene-butadiene rubber) 계열, 또는 이들의 혼합물 중에서 선택되는 재유화형 폴리머 결합재 0.05∼10중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 그라우트 조성물은 생석회 또는 석유탈황석고 0.05~5 중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 그라우트 조성물은 고로슬래그, 플라이애쉬, 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 잠재수경성 또는 포졸란물질 1~20 중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 그라우트 조성물은 팽창 퍼라이트, 팽창 버미큘라이트, 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 경량재 0.01∼5중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 양상에 따라 제공되는 경량 그라우트 조성물을 이용한 그라우팅 시공방법은, 지반 보강을 위해 시공하려는 지반을 터널 표면에서부터 지중을 향해 방사형태로 천공장비를 이용하여 천공하는 단계와, 상기 지반에 천공 후 구멍내부의 슬라임을 에어를 이용하여 처리하여 천공구멍을 형성하는 단계와, 상기 천공구멍 각각의 내부에 지반을 안정시키기 위하여 강관을 설치하는 단계 및 상기 천공구멍에 본 발명의 실시예들에 따른 경량 그라우트 조성물을 유압 또는 무압으로 구멍 내부에 주입하는 단계와 양생하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 시멘트 결합재에 산업 부산물인 실리콘 웨이퍼 폐슬러지 고액분리 건조물을 사용함으로써, 기존의 그라우트 팽창제와는 달리 경화 후에도 일정 기간 동안 지속적인 팽창이 이루어져 지반과의 밀착을 증진시키는 동시에 조기에 고강도 발현으로 안정성 증가 및 공사기간 단축에 의한 시공비 절감효과를 얻을 수 있다. 경량 특성이 있는 건조 바텀애쉬를 모래 대용으로 사용함으로써 재료분리가 발생하지 않는 안정적인 그라우팅 공사가 가능하고, 바텀애쉬의 포졸란 반응특성으로 내산 및 내염성이 우수하여 고내구성 구조물 형성이 가능하다.
본 발명의 그라우팅 시공방법에 의하면, 지반 보강을 위해 시공하려는 터널 배면, 지중 구조물의 공동구, 터파기 굴착면, 사면(또는 법면, 비탈면), 연약지반 등의 지반을 신속하게 보강할 수 있으므로 침식이나 토사의 유실 등을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은, 포틀랜드시멘트 10∼60 중량%, 실리콘 웨이퍼 폐슬러지 고액분리 건조물 1~10 중량%, 공랭식 건조 바텀애쉬 10~60 중량%, 칼슘설포알루미네이트 또는 마그네슘설포알루미네이트 또는 칼슘알루미네이트 0.1~10 중량%, 무수석고 또는 반수석고 또는 이수석고 0.1~10 중량%, 유동화제 0.01~3 중량%, 증점제 0.001~1 중량%, 소포제 0.01~1 중량%를 포함하여 이루어진다.
상기 그라우트 조성물은 재유화형 폴리머 결합재 0.05∼10중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 그라우트 조성물은 생석회 또는 석유탈황석고 0.05~5 중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 그라우트 조성물은 잠재수경성 또는 포졸란물질 1~20 중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 그라우트 조성물은 경량재 0.01∼5중량%를 더 포함할 수 있다.
다음으로 상기 그라우트 조성물의 구성을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
상기 시멘트는 KS에 규정된 보통 포틀랜드 1종~5종 시멘트를 사용할 수 있다. 시멘트는 경량 그라우트 조성물에 대하여 10~60 중량%가 함유되는 것이 바람직하다. 상기 시멘트 함량이 60 중량%를 초과하면 작업성, 강도 및 내구성은 개선되나 건조수축 및 경제성이 떨어질 수 있고, 상기 시멘트 결합재의 함량이 10 중량% 미만이면 건조수축은 적어지나 강도 및 내구성이 저하될 수 있기 때문이다.
상기 실리콘 웨이퍼 폐슬러지 고액분리 건조물은 표 1에 표시된 화학조성과 같이 SiO2가 함유되어 가용성 Ca(OH)2가 반응식 1과 같이 불용성 CSH로 전환되는 포졸란 반응특성을 나타낼 뿐 아니라, 반응식 2와 같이 미반응 실리콘금속(free-Si)은 수소가스를 발생시키는 초기 팽창반응을 나타내기 때문에, 균열저감, 내구성 증진효과를 나타낼 뿐만 아니라, 실리콘 금속의 반응은 발열반응으로써 시멘트 수화반응을 촉진시켜 높은 초기강도 발현을 유도하고, 석고 사용 시 응결지연에 따른 부작용을 해결하는 기능이 있다. 이 때 형성된 SiO2는 반응식 2와 같은 포졸란 반응특성을 갖는다.
아래의 표 1은 1300℃ 열처리조건시 폐슬러지 고액분리 건조물 화학조성(중량%)을 보여주고, 반응식 1은 포졸란 반응 특성을 보여주며, 반응식 2는 초기 팽창 반응을 보여준다.
| 온도 | SiC | free-C | SiO2 | free-Si |
| 1300℃ | 85.7 | trace | 5.94 | 8.12 |
반응식 1:
반응식 2:
그리고 상기 실리콘 웨이퍼 폐슬러지 고액분리 건조물은 상기 경량 그라우트 조성물에 대하여 1~10 중량%가 함유되는 것이 바람직하다. 실리콘 웨이퍼 폐슬러지 고액분리 건조물의 함량이 1 중량% 미만일 경우에는 조성물의 초기 반응성이 저하되어 초기강도 발현, 건조수축 방지효과 및 내구성 개선효과가 저하될 수 있고, 상기 실리콘 웨이퍼 폐슬러지 고액분리 건조물의 함량이 10중량%를 초과하는 경우에는 조성물의 초기 강도 및 내구성은 개선되나 수화열이 높아져 과팽창 및 균열이 우려될 수 있기 때문이다.
상기 바텀애쉬는 골재역할을 하면서 수산화칼슘과 28일 이후의 장기적인 포졸란반응(반응식 1)을 하여 불용성 칼슘실리케이트 수화물을 형성하기 위하여 첨가되는 활성실리카 물질로, 화력발전소에서 산출된 공냉식 바텀애쉬를 사용한다. 상기 공냉식 바텀애쉬는 염분이 포함되지 않은 건조상태의 바텀애쉬로 바닷물로 냉각하는 기존의 바텀애쉬와 달리 철근의 부식을 초래하지 않는 장점이 있다. 상기 바텀애쉬는 입도 4㎜ 이하의 것을 사용하며, 바람직하게는 2.5㎜ 이하의 것을 사용한다. 또한, 상기 바텀애쉬는 공극율 45∼55%, 진비중 2.0∼2.5의 다공성을 구비하고 있으며 아래 표2에 따른 화학성분 특성을 구비한다. 표 2에는 바텀애쉬 화학조성물의 예를 보여준다.
| 성분 | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | K2O | MgO |
| % | 50~60 | 20~25 | 8~12 | 3~8 | 3~4 | 1~3 |
상기 바텀애쉬는 경량 그라우트 조성물에 대하여 10~60 중량%가 함유되는 것이 바람직하다. 10 중량% 미만이면 경량성이 저하되고, 60 중량% 이상 사용하면 경량성은 증가하나, 과도한 물-시멘트 비의 증가 및 결합재량 감소로 강도특성이 저하된다.
상기 칼슘설포알루미네이트 또는 마그네슘설포알루미네이트 또는 칼슘알루미네이트는 반응식 3과 같은 수화반응 초기 강도발현 물질인 에트린자이트 형성반응 에 필요한 산화알루미늄의 공급원으로서 석고와 더불어 다량의 에트린자이트를 수화반응 초기에 효과적으로 생성시키는 원료이다.
반응식 3:
상기 칼슘설포알루미네이트 또는 마그네슘설포알루미네이트 또는 칼슘알루미네이트는 경량 그라우트 조성물에 대하여 0.1~10 중량%가 함유되는 것이 바람직하다. 0.1 중량% 미만일 경우 초기의 에트린자이트의 생성이 적어져 치밀한 조직형성이 어렵고, 10 중량%를 초과할 경우에는 반응속도가 너무 빨라져 작업시간 확보가 어렵게 된다.
상기 석고(CaSO4)는 시멘트 중의 성분, 특히 C3A(3CaO·Al2O3)와 반응하여 침상형구조인 에트린자이트(AFt상, C3A·3CaSO4 ·32H2O)를 생성하여 시멘트의 조직을 치밀하게 하여 내구성 증진 및 강도증진 효과를 나타낸다. 그러나 과량의 석고는 시멘트의 응결을 지연하여 초기 반응을 억제하기 때문에 포틀랜드 시멘트 조건하에서는 사용량에 한계를 갖는 단점이 있으나, 상기 실리콘 웨이퍼 폐슬러지 고액분리 건조물의 높은 초기 반응성으로 인하여 석고의 응결지연 효과를 상쇄시켜 기존 시멘트에 비해 많은 양의 석고를 사용할 수 있으며, 이는 초기강도 및 장기강도 증진 뿐 아니라, 조직의 치밀화로 고내구성의 콘크리트가 가능하게 한다. 그리고 상기 석고는 경량 그라우트 조성물에 대하여 0.1~10 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 석고의 함량이 0.1 중량% 미만일 경우 초기의 에트린자이트의 생성이 적어져 치밀한 조직형성이 어렵고, 10 중량%를 초과할 경우에는 과량의 에트린자이트 생성에 의한 팽창균열 및 응결지연을 유발할 수 있다.
상기 유동화제는 적은 물-시멘트비에서도 충분한 주입성을 얻을 목적으로 사용한다. 그리고 상기 유동제는 폴리카르본산계, 멜라민계, 아미노슬폰산계 또는 나프탈렌계 유동화제를 사용할 수 있다. 상기 유동화제는 경량 그라우트 조성물에 대하여 0.01~3 중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 0.01 중량% 이하에서는 충분한 유동성 확보가 어렵고 3 중량% 이상에서는 재료분리가 발생하여 제품의 하자가 발생한다.
상기 증점제는 재료분리 방지를 위한 목적으로 사용한다. 상기 증점제는 셀룰로오스 또는 스타치를 사용할 수 있으나, 바람직하게는 메틸셀롤로오스와 폴리비닐아민을 1:0.05~0.5중량비로 혼합된 혼합물을이 적정하다. 상기 증점제는 경량 그라우트 조성물에 대하여 0.001∼1중량% 함유되는 것이 바람직하다. 0.001 중량% 이하에서는 재료분리 방지특성이 미흡하고, 1 중량% 이상에서는 지나치게 점도가 높아 충분한 유동성을 확보하기가 어렵다.
상기 소포제는 상기 실리콘 웨이퍼 폐슬러지 고액분리 건조물의 초기 수소형성 반응에 의해 발생하는 거대기포를 미세기포로 전환시킴과 아울러 증점제 사용에 의해 발생하는 공기를 적정량 함유하게 하여 동결융해 저항성을 높이기 위한 목적으로 사용한다. 상기 소포제는 알콜계 소포제, 실리콘계 소포제, 지방산계 소포제, 오일계 소포제, 에스테르계 소포제, 옥시알킬렌계 소포제 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 소포제는 0.01~1 중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 0.01 중량% 이하에서는 소포효과가 미미하고, 1 중량% 이상에서는 공기량이 너무 적어 동결융해 등 장기물성에 부정적인 효과를 나타낸다.
다음으로 상기 경량 그라우트 조성물은 용도와 목적 등에 따라 재유화형 폴리머 결합재 0.05~10 중량%, 생석회 또는 석유탈황석고 0.05~5 중량%, 잠재수경성 또는 포졸란물질 1~20 중량% 경량재 0.01~5 중량%가 선택적으로 더 포함될 수 있다.
상기 재유화형 폴리머 결합재는 시멘트 모르타르 경화체에 분산되면서 시멘트 모르타르 경화체의 내부에 필름을 형성하여 휨, 인장, 부착강도 및 내 마모성능을 향상시키고, 중성화, 염화물 이온 침투, 동결융해 등의 내구성을 향상시킬 수 있는 방수성을 부여하는 역할을 한다. 상기 재유화형 폴리머 결합재는 아크릴 계열, 에틸렌비닐아세테이트(EVA, Ethylene-vinyl acetate) 계열, 스티렌-부타디엔 고무(SBR, Stryrene-butadiene rubber) 계열, 또는 이들의 혼합물 중에서 선택할 수 있다. 특히 상기 재유화형 폴리머 결합재는, 메틸아크릴레이트-부타디엔 75∼99중량%, 부틸아크릴레이트-스티렌 0.1∼10중량%, 말레인산디에틸 0.1∼10중량%, 메틸아크릴레이트-아크릴로니트릴 0.1∼10중량% 및 폴리스티렌 0.01∼5중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 재유화형 폴리머 결합재는 상기 경량 그라우트 조성물에 대하여 0.05∼10중량% 함유되는 것이 바람직하다. 0.05 중량% 이하에서는 폴리머의 특성이 미흡하고, 10 중량% 이상에서는 성능대비 가격이 지나치게 상승하는 부작용이 있다.
상기 생석회 또는 석유탈황석고는 물과 만나 소석회가 되는 과정에서 팽창특성을 부여하여 상기 경량 그라우트재의 수축을 보상하는 역할을 한다. 석유탈황석고는 석유 정제 시 황을 제거하기 위하여 아래 반응식 4와 같이 생석회로 처리하여 산출된 부산물로서, Free-CaO 뿐만 아니라 표 3의 화학조성물에서 알 수 있듯이 SO3함량이 높아 석고 대체재로의 역할이 가능하다. 아래의 표 3에는 석유탈황석고 화학조성물의 예가 도시된다. 상기 생석회 또는 석유탈황석고는 경량 그라우트 조성물에 대하여 0.05∼5 중량% 함유되는 것이 바람직하다. 0.05 중량% 이내에서는 수축보상 효과가 미미하고, 5 중량% 이상에서는 과팽창의 염려가 있다.
반응식 4:
| 구분 | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 | LOI | f-CaO |
| 석유연소재 | 4.50 | 0.06 | 0.31 | 59.30 | 0.73 | 24.73 | 10.31 | 38.47 |
상기 잠재수경성 또는 포졸란 물질은 무기질계 미분말로 시멘트 경화체의 장기강도를 증진시키며 시멘트 경화체의 수화조직을 치밀하게 하여 화학저항성과 내구성을 증대시키는 역할을 한다.잠재수경성 또는 포졸란 물질로는 고로슬래그, 플라이애쉬가 바람직하며, 경량 그라우트 조성물에 대하여 1∼20 중량% 범위에서 사용하는 것이 바람직하다. 1 중량% 미만이면 장기강도 발현 및 내구성 개선 효과가 미약할 수 있고, 20중량%를 초과하면 시멘트량의 감소로 인하여 초기강도 발현이 지연될 수 있다.
상기 경량재는 바텀애쉬 사용에 의해 얻어지는 경량화가 미흡할 경우 추가적인 경량화 목적으로 사용한다. 사용 가능한 경량재로는 팽창 퍼라이트, 팽창 버미큘라이트가 바람직하며, 경량 그라우트 조성물에 대하여 0.01∼5 중량% 범위에서 사용하는 것이 바람직하다. 0.01 중량% 미만이면 경량화의 효과가 떨어지고, 5 중량%를 초과하면 작업성 및 강도를 저하시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 경량 그라우트 조성물을 이용한 그라우팅 시공방법은, 지반 보강을 위해 시공하려는 지반을 터널 표면에서부터 지중을 향해 방사형태로 천공장비를 이용하여 천공하는 단계와, 상기 지반에 천공 후 구멍내부의 슬라임을 에어를 이용하여 처리하여 천공구멍을 형성하는 단계와, 상기 천공구멍 각각의 내부에 지반을 안정시키기 위하여 강관을 설치하는 단계 및 상기 천공구멍에 상기 경량 그라우트 조성물을 유압 또는 무압으로 구멍 내부를 주입하는 단계와 양생하는 단계를 포함한다.
이하에서, 본 발명에 따른 경량 그라우트 조성물의 실시예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 표 4에는 실시예 및 비교예 조성물 배합조건(숫자는 중량%를 나타내며, CSA는 칼슘설포알루미네이트를 지칭함)이 도시된다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 시멘트 | 40.0 | 40.0 | 40.0 | 40.0 | 40.0 | 40.0 | 40.0 |
| 실리콘건조물 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | - |
| 바텀애쉬 | 53.0 | 51.0 | 49.0 | 44.0 | 42.0 | - | 56.0 |
| 모래 | - | - | - | - | - | 53.0 | |
| CSA | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
| 석고 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
| 유동화제 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 | 0.6 |
| 증점제 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| 소포제 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| 재유화형 폴리머 | - | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | - | - |
| 고로슬래그 | - | 2.0 | 2.0 | 2.0 | 2.0 | - | - |
| 퍼라이트 | - | - | - | 5.0 | 5.0 | - | - |
| 계 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 | 100.00 |
상기 표 4에 실시예 1 내지 실시예 5 및 비교예 1 내지 비교예 2에서 제시한 배합에 따라 KS F 4044(수경성 시멘트 무수축 그라우트)에 의하여 유하시간, 플로, 응결시간, 블리딩률, 팽창높이, 압축강도 및 염화물량을 측정하여 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다. 흡수량은 KS F 4919에 의하여 측정하여 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다. 표 5에는 실시예 및 비교예 물리특성이 도시된다.
| 구분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예 5 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 유하시간(초) | 52 | 50 | 50 | 49 | 51 | 48 | 50 | |
| 플로(mm) | 302 | 305 | 306 | 308 | 304 | 312 | 306 | |
| 밀도 |
슬러리 | 1.82 | 1.84 | 1.84 | 1.89 | 1.54 | 2.21 | 1.92 |
| 건조 | 1.72 | 1.72 | 1.73 | 1.74 | 1.38 | 2.12 | 1.78 | |
| 응결시간(시간:분) | 초결 | 4:25 | 4:45 | 4:50 | 4:45 | 4:55 | 4:10 | 5:10 |
| 종결 | 6:10 | 6:40 | 6:25 | 6:30 | 6:45 | 5:55 | 7:20 | |
| 블리딩율(%) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.26 | 0 | |
| 팽창높이(%) | 28일 | 0.005 | 0.004 | 0.008 | 0.009 | 0.002 | 0.004 | -0.006 |
| 압축강도 (N/mm2) |
1일 | 18.2 | 16.3 | 17.2 | 18.6 | 13.3 | 19.8 | 15.0 |
| 3일 | 42.3 | 41.5 | 44.2 | 45.3 | 38.6 | 45.2 | 24.3 | |
| 7일 | 51.2 | 50.7 | 55.4 | 57.6 | 46.4 | 51.3 | 39.3 | |
| 28일 | 60.4 | 60.2 | 62.3 | 65.2 | 51.2 | 60.4 | 58.3 | |
| 염화물량(kg/m3) | 0.034 | 0.026 | 0.022 | 0.014 | 0.065 | 0.069 | 0.068 | |
| 흡수량(g) | 2.3 | 1.1 | 1.0 | 0.9 | 3.4 | 2.2 | 2.8 | |
상기 실시예 및 비교예의 시험결과 다음과 같은 특성이 발현되는 것을 확인할 수 있었다. 우선 실리콘 웨이퍼 폐슬러지 고액분리 건조물을 사용한 경량 그라우트 조성물의 경우, 사용하지 않은 비교예 2에 비해 3일 압축강도가 현저히 개선되고, 염화물량이 감소되는 것을 확인할 수 있었다. 바텀애쉬를 사용한 경량 그라우트 조성물의 경우 사용하지 않은 비교예 1에 비해 밀도가 낮아지고, 블리딩이 감소함을 확인할 있다. 재유화형 폴리머를 사용한 배합의 경우 흡수율이 낮아지는 것을 알 수 있다. 탈황석고를 사용한 실시예 3의 경우 팽창높이가 증가함을 알 수 있다. 고로 슬래그를 사용한 배합의 경우 장기 강도특성이 증가하는 것을 알 수 있다. 경량재인 퍼라이트를 사용한 경우 밀도가 현저히 낮아지는 것을 확인할 수 있었다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
Claims (6)
- 경량 그라우트 조성물로서,
포틀랜드시멘트 10∼60 중량%, 실리콘 웨이퍼 폐슬러지 고액분리 건조물 1~10 중량%, 공랭식 건조 바텀애쉬 10~60 중량%, 칼슘설포알루미네이트 또는 마그네슘설포알루미네이트 또는 칼슘알루미네이트 0.1~10 중량%, 무수석고 또는 반수석고 또는 이수석고 0.1~10 중량%, 유동화제 0.01~3 중량%, 증점제 0.001~1 중량%, 소포제 0.01~1 중량%를 포함하고,
또한 고로슬래그, 플라이애쉬, 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 잠재수경성 또는 포졸란물질 1~20 중량%를 더 포함하는, 것을 특징으로 하는 경량 그라우트 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 경량 그라우트 조성물은, 아크릴 계열, 에틸렌비닐아세테이트(EVA, Ethylene-vinyl acetate) 계열, 스티렌-부타디엔 고무(SBR, Stryrene-butadiene rubber) 계열, 또는 이들의 혼합물 중에서 선택되는 재유화형 폴리머 결합재 0.05∼10중량%를 더 포함하는, 경량 그라우트 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 경량 그라우트 조성물은 생석회 또는 석유탈황석고 0.05~5 중량%를 더 포함하는, 경량 그라우트 조성물. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 그라우트 조성물은 팽창 퍼라이트, 팽창 버미큘라이트, 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 경량재 0.01∼5중량%를 더 포함하는, 경량 그라우트 조성물. - 제1항 내지 제3항 및 제5항 중 어느 한 항에 기재된 경량 그라우트 조성물을 이용한 그라우팅 시공방법으로서,
지반 보강을 위해 시공하려는 지반을 터널 표면에서부터 지중을 향해 방사형태로 천공장비를 이용하여 천공하는 단계와,
상기 지반에 천공 후 구멍내부의 슬라임을 에어를 이용하여 처리하여 천공구멍을 형성하는 단계와,
상기 천공구멍 각각의 내부에 지반을 안정시키기 위하여 강관을 설치하는 단계 및 상기 천공구멍에 상기 경량 그라우트 조성물을 유압 또는 무압으로 구멍 내부에 주입하는 단계, 및
양생하는 단계를 포함하는 경량 그라우트 조성물을 이용한 그라우팅 시공방법.
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