KR101680348B1

KR101680348B1 - 말뚝 주입재 조성물

Info

Publication number: KR101680348B1
Application number: KR1020150014799A
Authority: KR
Inventors: 박원춘
Original assignee: 건설자원기술단 주식회사
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2016-11-29
Also published as: KR20160093901A

Abstract

본 발명은 제3종 고로슬래그 시멘트 100중량부에 대하여 페로니켈 슬래그 미분말 10~100중량부와 경소백운석 미분말 10~100중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 말뚝 주입재 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 페로니켈 슬래그 미분말과 경소백운석 미분말의 유리화된 CaO, SiO₂ 성분들이 3종 고로슬래그 시멘트의 수화반응시 생성되는 알칼리 및 황산염의 자극에 의해 활성화되어 1종 보통시멘트와 동등 이상의 강도를 발현할 수 있다.
또한, 페로니켈 슬래그 미분말과 경소백운석 미분말에 각각 30중량% 이상 함유된 MgO 성분이 배합수(H₂O)와 만나 Mg(OH)₂로 전이되면서 강도를 발현하는 동시에 팽창하는 체적 팽창작용을 이용하여 천공지반과 원지반의 간극을 채워주며 천공구멍과 매입말뚝 사이에 존재할 수 있는 지하수에 의한 주입액의 유실을 방지하여 매입 말뚝의 선단지지력 및 주면마찰력을 기존 시멘트 주입액에 비하여 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

말뚝 주입재 조성물{PILE GROUTING MATERIALS}

본 발명은 말뚝 주입재 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시멘트의 함량을 최소화하고, 말뚝 주입재로 가장 널리 사용되는 1종 보통 포틀랜트 시멘트를 대체할 수 있는 말뚝 또는 선단확장형 말뚝 주입재 조성물에 관한 것이다.

지반 개량이나 연약 지반 보강을 위한 그라우팅 공법에 있어서 주입재는 지반의 조건과 시공목적에 부합하는 각종 화학적 혼화재료를 배합한 액상 약액 주입재, 시멘트를 주재료로 하고 기타 혼화재를 포함한 모르타르 주입재, 및 모르타르에 골재를 포함한 콘크리트 주입재 등으로 나눌 수 있다.

또한 주입재의 주입 공법은 원지반의 구조를 그대로 둔 채 지반 내 공극으로만 주입액을 주입하는 액상주입공법, 주입압을 높여 원지반을 일부 할열시키며 주입 범위와 보강 효과를 확장하는 할열 주입공법, 원지반을 교반 또는 치환하는 치환공법 및 압밀주입공법 등이 있다.

이러한 여러 방법 중 최근 주택이나 대규모 건축, 구축물을 신설하는 건설 현장에 있어서, 원지반을 굴착하고 부상토를 제거한 후 파일(Pile)을 매입하는 파일공법이 많이 시공되고 있다.

매입 말뚝 시공은 지반에 오거(Auger)를 이용해 구멍을 파고 기성 제품인 PHC 말뚝 또는 선단 확장형 말뚝을 심는 방법으로서, 지반과 말뚝의 공간에 포틀랜트 1종 보통시멘트 또는 1종 시멘트에 벤토나이트를 첨가한 분말에 물을 혼합하여 제조된 주입액을 충진하여 말뚝의 마찰력 및 지지력을 강화시키는 방법으로 수행된다.

천공 구멍과 말뚝 사이의 주입재는 하중 재하 초기 단계에서 파일의 자립을 위한 채움재 및 파일 주면마찰력을 강화시키는 기능을 발휘하는 것이 기본 역할이다.

하지만, 상기 1종시멘트는 석회석, 철광석, 점토, 규석 등을 원료로 하고 수입석탄을 연료로 하여 1,450℃의 고온에서 소성하여 제조하고 있는 제품으로서 환경친화적인 재료가 아니라는 문제가 있다.

또한, 벤토나이트는 국내에 천연자원으로 부존하지 않는 광물로서 전량 수입에 의존하고 있는 고가의 재료이며, 염분과 접촉하면 그 팽윤도가 현저히 떨어져 차수성이 크게 저하되는 문제점이 있어 해안가의 말뚝공사 시공의 경우 소요 성능을 발휘하지 못하는 단점이 있다.

국내에서는 선굴착 매입{(S.I.P : Soil-cement Injected Precast Pile), (S.A.I.P : Special Auger & Soil-cement Injected Precast Pile), (S.D.A : Separated Doughnut Auger) 등} 말뚝 공법이 일본으로부터 1987년부터 도입되면서 물/시멘트비(W/C)가 83%인 시멘트 주입액이 주로 사용되었으며 이는 현재 토지주택공사의 전문시방서에도 동일하게 규정되어 있다.

물시멘트비가 83%인 시멘트 페이스트 1.0㎥를 만들기 위해서는 시멘트 880kg과 물 730kg이 필요하다. 이는 시멘트의 질량이 3.15 정도이고, 이를 부피로 환산하면 280ℓ(880÷ 3.15)가 되며, 여기에 물 730ℓ와 더하면 1,010ℓ즉, 약 1.0㎥의 체적이 되기 때문이다.

그러나 이와 같은 배합비를 갖는 시멘트 페이스트는 주입하더라도 말뚝 주변 지반으로 빠져나가 충진이 되지 않으며, 지하수가 많은 경우에는 희석되어 더욱 빈배합이 되기 때문에 지지력이 떨어지게 된다. 이에 따라 투수성이 큰 지반이나 지하수가 많은 현장에서는 부배합으로 변경하여 사용하고 있어 과도한 시멘트가 지반에 투입되는 현상을 초래한다.

또한, 시멘트는 지반의 강알칼리 및 육가 크롬에 의한 환경오염을 유발할 수 있고 물이 다량 함유됨에 따라 수화반응 진행 시 시멘트 자체의 체적수축특성에 더해 주변의 지반으로 물이 흡수 및 유실되는 등의 원인으로 과도한 체적 수축이 발생하여 매입 말뚝의 주면 마찰력이 저하되는 문제점을 내포하고 있다.

최근에는 이러한 기존의 시멘트를 주입재로 사용하는 문제점을 개선하기 위한 몇가지 기술이 제시되고 있다.

예를 들면, 대한민국 등록특허 제10-1377552호에서는 산화칼슘 함량이 30~60%인 석탄재 100중량부에 대하여 고로슬래그 미분말 100~300중량부, 페트롤코크스 탈황석고 20~100중량부 및 황산염자극제 20~50중량부의 구성비를 가진 주입재에 팽창재를 석탄재 100중량부에 대하여 40~100중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시멘트를 사용하지 않은 매입말뚝 시공용 밀크 주입재 기술을 제시하였다.

또한, 대한민국 등록특허 제 10-1402877호 에서는 고로슬래그 미분말 55~65중량%와 F급 플라이애시 10~20중량%와 산화칼슘 함량이 20% 이상인 C급 플라이애시 10~20 중량%와 탈황석고 2~5중량% 및 제지슬러지 소각재 10~20 중량%를 혼합한 고로 슬래그를 이용한 친환경 에코 채움재 제조 기술을 제시하였다.

또한, 본 출원인의 대한민국 특허 출원 제 2013-147586호 에서는 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여 페트로 코우크스 탈황석고 5~200중량부와 배합수 50~300중량부를 포함하되, 팽창재가 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여 5~100중량부 더 포함되는 것을 특징으로 하는 기술을 제시하였다.

이러한 상기 기술 등은 고로슬래그 미분말을 탈황 공정의 부산물로 발생되는 석고에 의한 알칼리 및 황산염자극으로 활성화시키는 알칼리 활성화 슬래그의 이론을 바탕으로 하고, 고 칼슘 소각재를 팽창재로 활용하는 기술 내용이다. 즉, 상기 특허들은 알칼리 활성화 슬래그의 강도발현과 고칼슘 소각재의 팽창성을 활용하여 지반을 조기에 안정시키는 기술이라 할 수 있다.

그러나 상기 기술 중 일부는 배합되는 원료의 종류가 5종류 이상이거나, 고가의 약품을 황산염 자극제로 활용하는 등 제조 공정의 복잡성 및 고가의 원재료비 소요 등의 사유로 현재 상업화되지 못하고 있는 형편이다.

또한 상기 기술 등은 그 조성물에 팽창제를 별도로 포함하는데 반하여 본 발명에서는 페로니켈 슬래그와 경소백운석의 활성화 반응과 팽창작용을 이용하기 때문에 별도의 팽창재를 사용하지 않는 차별성이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1377552호 대한민국 등록특허 제 10-1402877호 대한민국 특허출원 제 2013-147586호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 시멘트 함량을 최소화하면서, 종래 1종 보통시멘트를 말뚝 주입재로 사용한 것과 동등 이상의 강도를 발현할 수 있는 말뚝 주입재 조성물을 제공하는 데 있다.

위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 말뚝 주입재는 제3종 고로슬래그 시멘트 100중량부에 대하여 페로니켈 슬래그 미분말 10~100중량부와 경소백운석 미분말 10~100중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 페로니켈 슬래그 미분말은 물에 의해 슬래그를 급냉시킨 수쇄 급냉 페로니켈 슬래그를 분말화시킨 것일 수 있다.

상기 말뚝 주입재 조성물은 플라이애시가 더 포함될 수 있다.

상기 플라이애시는 이산화규소(SiO₂) 함량이 30중량% 이상인 석탄연소 플라이애시가 바람직하다.

상기 플라이애시는 상기 제3종 고로슬래그 시멘트 100중량부에 대하여 10~100중량부 혼입되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 페로니켈 슬래그 미분말과 경소백운석 미분말의 유리화된 CaO, SiO₂ 성분들이 3종 고로슬래그 시멘트의 수화반응시 생성되는 알칼리 및 황산염의 자극에 의해 활성화되어 1종 보통시멘트를 말뚝 주입재로 사용할 때와 동등 이상의 강도를 발현할 수 있다.

또한, 페로니켈 슬래그 미분말과 경소백운석 미분말에 각각 30중량% 이상 함유된 MgO 성분이 배합수(H₂O)와 만나 Mg(OH)₂로 전이되면서 강도를 발현하는 동시에 팽창하는 체적 팽창작용을 이용하여 천공지반과 원지반의 간극을 채워주며 천공구멍과 매입말뚝 사이에 존재할 수 있는 지하수에 의한 주입액의 유실을 방지하여 매입 말뚝의 선단지지력 및 주면마찰력을 기존 시멘트 주입액에 비하여 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 실시예와 비교예에 따른 말뚝 주입재의 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.

본 발명은 시멘트의 사용을 최소화한 말뚝 또는 선단확장형 말뚝 주입재 조성물에 관한 것으로, 이하에서 말뚝 주입재 조성물에 포함되는 각 구성 성분 및 작용을 설명한다.

본 발명에 따른 시멘트의 사용을 최소화한 말뚝 주입재는 제3종 고로슬래그시멘트 100중량부에 대하여 페로니켈 슬래그 미분말 10~100중량부와 경소백운석 미분말 10~100중량부를 포함한다.

본 발명에서 사용되는 제3종 고로슬래그 시멘트는 KS(한국산업규격) 인증제품으로서, 그 구성 성분은 1종 포틀랜트 시멘트 약 50%, 고로슬래그 미분말 약 45%, 석고 약 5%의 비율로 구성되어 있다.

상기 제3종 고로슬래그 시멘트가 강도를 발현하는 원리는 1종 포틀랜트 시멘트가 먼저 물과 반응하여 수화반응을 개시하는데, 수화 초기에 시멘트 중의 CaO 성분이 배합수와 결합하여 Ca(OH)₂로 전이되며, 상기 전이된 Ca(OH)₂ 알칼리 성분이 고로슬래그 미분말을 자극하여 고로슬래그의 잠재수경성을 활성화시키는 역할을 한다. 또한 소량 포함된 석고도 마찬가지로 알칼리 및 황산염 자극제로서 기능하여 고로슬래그의 잠재수경성을 활성화시키는 역할을 수행한다.

또한 본 발명의 말뚝 주입재 조성물에 포함되는 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.

이 페로니켈 슬래그는 일부를 소결용 원료로 사용하거나 도로용 골재, 코크리트용 골재 등으로 일부 재활용 되고 있으나, 대부분을 매립 등으로 폐기하고 있는 형편이다.

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.

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.

다음 표 1에 본 발명에서 사용되는 페로니켈 슬래그 미분말의 화학적 조성을 %로 나타내었다.

함량(%)	화학 조성
함량(%)	SiO₂	MgO	CaO	Al₂O₃	T-Fe	T-Ni
Fe-Ni 슬래그	52.4	35.6	0.9	1.6	4.6	0.03

상기 표 1을 참조하면, 페로니켈 슬래그 미분말의 주요 화학 성분은 유리화된 SiO₂와MgO이다. 잘 알려진 바와 같이 SiO₂는활성화하여 강도가 발현하는 속도가 CaO나 Al₂O₃에 비하여 늦게 개시된다.또한MgO는 물과 반응하며 Mg(OH)₂로 전이되면서 팽창하는 물질이다. 시멘트에서는 MgO의 함량을 제한하고 있는 것도 팽창성 때문이라 알려져 있다.

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.

그러나, 본 발명에서는 이러한 팽창성을 오히려 이용하여 지반의 구속압을 증가시키는 재료로 활용하는 데 특징이 있다.

본 발명에 따른 말뚝 주입재 조성물은 페로니켈 슬래그 미분말을 상기 3종 고로슬래그 시멘트 100중량부에 대하여 10~100중량부 혼입시키는 것이 바람직하다. 상기 페로니켈 슬래그 미분말이 10중량부 미만으로 혼입될 경우 팽창성 물질인 MgO의 함량이 상대적으로 낮게 되어 요구하는 팽창이 일어나지 않아 소정의 목적을 달성할 수 없게 되며, 100중량부를 초과하여 혼입될 경우 팽창효과는 더욱 커지나 상대적으로 잠재수경성 물질인 CaO의 함량이 낮게 되어 요구되는 강도를 발현할 수 없게 된다.

또한, 본 발명에 따른 말뚝 주입재 조성물은 경소백운석을 포함하는데, 경소백운석은 백운석을 비교적 낮은 온도에서 하소시켜 제조된 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 2와 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)

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)

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.

상기 경소백운석은 제3종 고로슬래그시멘트 100중량부에 대하여 10~100중량부 혼입되는 것이 바람직하다. 경소백운석의 함량이 10중량부 미만으로 혼입되면 페로니켈 슬래그의 유리화된 규산 성분을 자극하여 활성화시키기 위한 알칼리 자극제로서 그 효과가 미미하고, 100중량부를 초과하면 페로니켈 슬래그 및 고로슬래그와 반응하지 못한 잉여량이 존재할 수 있으며, MgO 성분의 과다로 과팽창을 나타내거나 강도가 저하될 우려가 있다.

또한 본 발명에 따른 말뚝 주입재 조성물에는 선택적으로 유동성 개선과 장기강도의 증진을 위하여 포졸란 활성을 나타내는 플라이애시가 더 포함될 수 있다.

상기 플라이애시는 포졸란 활성을 나타내는 이산화규소 함량이 30중량% 이상, 바람직하기로는 45 ~ 65중량%인 석탄연소 플라이애시인 것이 포졸란 활성 발현을 위해 바람직하다.

상기 플라이애시는 제3종 고로슬래그 시멘트 100중량부에 대하여 10~100중량부 혼입되는 것이 바람직하다. 상기 플라이애시가 10중량부 미만으로 혼입되면 포졸란 활성효과가 미미하여 장기강도의 증진을 기대하기 어렵고, 100중량부를 초과하여 혼입되면 장기강도는 증가하나 초기강도가 하락할 우려가 있다.

본 발명에 따른 말뚝 주입재 조성물은 상기 각 구성 성분들을 소정의 혼합비로 배합함으로써 제조될 수 있다.

또한, 상기 말뚝 주입재에 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.

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, 3종 고로슬래그 시멘트(1종 포틀랜트 시멘트 50%, 고로슬래그 미분말 45%, 석고 5%의 비율로 혼합된 것임) 100중량부에 대하여, 수쇄 급냉시킨 페로니켈 슬래그 미분말 50중량부, 경소백운석 미분말 50중량부, 및 이산화규소 함량이 49%인 플라이애시 50중량부를 균일하게 혼합하여 말뚝 주입재를 제조하였다.

다음으로 말뚝 주입재에 물/바인더비(W/B ratio)가 83%가 되도록 물을 첨가하여 강제식 믹서로 충분히 혼합하여 주입액을 제조하였다.

다음으로 실제 시공시 Auger 천공 구멍에서 매입 말뚝 주면 흙이 무너져 주입액에 혼입되는 것을 고려하여 주입액 중량비로 점성토 흙을 50%, 60%, 70%, 100% 혼입하여 유동성을 측정하였고, 주입액 중량비로 점성토 흙을 70% 혼입한 압축강도 공시체를 제작하여 재령에 따른 압축강도를 측정하였다.

비교예 : 1종 보통 포틀랜트 시멘트 사용 예

먼저, 말뚝 주입재로서 1종 포틀랜트 시멘트를 사용하고, 물/바인더비(W/B ratio)가 83%가 되도록 물을 첨가하여 강제식 믹서로 충분히 혼합하여 주입액을 제조하였다.

다음으로 실제 시공시 천공 구멍의 매입 말뚝 주면 흙이 무너져 주입액에 혼입되는 것을 고려하여 주입액 중량비로 점성토 흙을 50%, 60%, 70%, 100% 혼입하여 유동성을 측정하였고, 주입액 대비 중량비로 점성토 흙을 70% 혼입한 압축강도 공시체를 제작하여 재령에 따른 재령에 따른 압축강도를 실시예와 비교 측정하였다.

실험예 : 말뚝 주입재의 성능시험방법 및 결과

아래 표 3에 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

말뚝 주입재의 유동성 변화(플로우)를 측정한 결과를 다음 표 4에 나타내었다.

단위(cm)	흙 중량비(%)
단위(cm)	0	50	60	70	100
실시예	61	40	38	34	28
비교예	68	42	40	36	31

상기 표 4를 참조하면, 말뚝 주입재의 유동성 변화를 관찰한 결과 전반적으로 흙의 혼입율이 증가함에 따라 유동성은 감소하는 특성을 보였다. 3종 고로슬래그 시멘트를 사용한 본 발명에 따른 실시예는 비교예인 1종 보통시멘트를 사용한 것에 비하여 유동성이 약간 저하되는 경향을 보였다. 이는 시멘트의 질량인 3.15에 비해 본 발명의 주입재가 질량이 3.06으로서 상대적으로 낮기 때문에 분체량이 많아져 상대적인 표면적이 커서 유동성이 저하된 것으로 판단된다.

그러나 말뚝 주입재의 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

다음 표 5에 실시예 및 비교예의 흙 혼입 비율에 따른 일축압축강도 실험결과를 나타내었다.

재령	3일	7일	28일
흙 중량비(%)	70%	70%	70%
실시예 압축강도(MPa)	10.1	16.3	21.5
비교예 압축강도(MPa)	10.9	15.5	18.9

상기 표 5를 참조하면, 실시예의 경우 비교예인 1종 시멘트에 비하여 초기 강도는 동등한 수준이었으나 장기강도가 상당히 높게 발현되었다. 이는 시멘트량이 상대적으로 부족하지만 경소백운석 및 페로니켈슬래그 미분말이 알칼리 자극을 받아 잠재 수경성이 발현되었으며, 플라이애시의 포졸란 활성에 기인한 것으로 판단된다. 즉, 시멘트 수화물의 알칼리자극 및 경소백운석의 알칼리 복합자극에 의해 경소백운석 및 페로니켈 슬래그 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 다량 포함된 MgO의 팽창성에 의해 수축 발생량을 보상하고도 체적이 증가하였으나, 비교예는 체적 수축이 발생함을 육안으로 확인할 수 있었다.

Claims

1종 포틀랜트 시멘트 50%, 고로슬래그 미분말 45%, 석고 5%의 비율로 혼합된제3종 고로슬래그 시멘트 100중량부에 대하여,
물에 의해 슬래그를 급냉시킨 수쇄 급냉 페로니켈 슬래그를 분말화시킨 페로니켈 슬래그 미분말 10~100중량부와
경소백운석 미분말 10~100중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 말뚝 주입재 조성물.

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제 1 항에 있어서,
상기 말뚝 주입재 조성물은 포졸란 활성을 나타내는 이산화규소(SiO₂) 함량이 45 ~ 65중량%인 플라이애시를 상기 제3종 고로슬래그 시멘트 100중량부에 대하여 10~100중량부 더 포함되는 것을 특징으로 하는 말뚝 주입재 조성물.

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