KR101701417B1 - 지반안정, 지수 또는 차수용 조성물 및 이를 이용한 시공방법 - Google Patents

지반안정, 지수 또는 차수용 조성물 및 이를 이용한 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무기염 용액 및 라텍스 에멀젼 용액을 포함하고 검(gum)을 형성시키는 지반안정, 지수 또는 차수용 그라우트(grout) 조성물 및 이를 이용한 지반안정, 지수 또는 차수 방법에 관한 것이다. 본 발명은 무기염 용액 및 라텍스 에멀젼 용액을 접촉시켜 인위적으로 만든 안정 상태의 라텍스 에멀젼 용액이 균형이 깨어지면서 화학적인 반응과 결합에 의해 검(Gum)이 형성되는 것을 이용한 것으로서, 이렇게 형성된 검(Gum)이 지반의 빈 공극을 메워주면서 연약지반을 안정화 시키고 지수차수 효과를 나타낸다.

Description

지반안정, 지수 또는 차수용 조성물 및 이를 이용한 시공방법{Compositions for Stabilizing Ground or Blocking Water Leakage and Method of Using It Thereof}
본 발명은 무기염 용액 및 라텍스 에멀젼 용액을 포함하고 검(gum)을 형성시키는 지반안정, 지수 또는 차수용 그라우트(grout) 조성물 및 이를 이용한 지반안정, 지수 또는 차수 방법에 관한 것이다.
약액 주입 공법이란 지반 내에 주입관을 통하여 주입 약액을 지중에 압송, 충적시켜 겔 타임(gel-time)이 지나면 지반이 고결되면서 지반의 불투수화(차수, 지수), 지반 강도 증대 시키는 공법을 말한다. 그러나 본 공법은 아직 해결하지 못한 기술적 과제가 많이 있는데, 약액의 불확실한 주입 범위, 점성토에서의 침투 주입의 어려움과 장기 내구성 및 환경 공해 문제가 바로 그것이다. 자연 지반토는 매우 불균질하고, 토질이 다양하기 때문에 설계 시 주입 범위를 정한다 하더라도 실제 목적한 범위에 충분히 주입되지 못하고 이를 개선하기 위하여 주입 방법 또는 시공에 자체 제어 시스템을 도입하는 등 많은 노력이 계속되고 있으나 아직도 많은 기술적 문제점을 안고 있다.
모래 지반 등 밀도가 매우 큰 경우 약액을 주입하게 되면 배수 상태에서 비배수 상태로 되므로 공극 수압이 높아져서 모래의 마찰 저항이 감소하게 되고, 전단 강도는 겔 강도가 주체로 되기 때문에 약액 주입에 의해 오히려 그 강도가 원래의 배수 전단 강도 보다 작게 될 경우도 있다.
물유리계 약액은 배합비 문제가 있어 미반응되거나 겔이 내부의 액체를 방출하여 부피를 감소시키는 현상 등으로 주입 완료 후 주입효과는 시간이 흐를수록 상당히 떨어지게 되는 반면에 구조물 기초의 보강이나 댐 기초의 커튼 그라우트 등 내구성이 요망되는 경우가 많다. 종래 커튼 그라우트 재료는 시멘트가 주로 쓰여 왔으나 이제는 주입재의 개선으로 고분자계의 우수한 약액이 쓰이고 있다. 그러나 약액 주입 시공 시 토중유수에 의해 희석ㆍ유실되어 환경문제가 야기될 수 있으며, 약액의 주입에 의한 지하수 오염 등 환경 안전사고 사례가 보고되면서 주입공법의 내구성, 환경안전성, 침투성 등이 강조되어 이러한 문제해결을 위해 본 발명에서는 많은 연구와 노력을 하였다.
약액주입공법에서 약액 재료를 분류하자면 시멘트계와 물유리계, 그리고 고분자계로 구분할 수 있다. 물유리계는 알칼리계와 물유리에 산을 가하여 알칼리성을 중화한 실리카졸계로 나눌 수 있다. 고분자계는 성분에 따라 크롬리그닌계, 아크릴아미드계, 아크릴레이트계, 요소계, 우레탄계로 나눌 수 있다. 일반적으로 물유리계 및 고분자계의 약액은 점성이 낮고 입자가 없어서 시멘트로는 기대할 수 없는 협소한 균열 깊숙이 주입, 충전될 수 있으며 시멘트와의 병용으로 부족한 강도를 증대시킬 수도 있다. 그리고 현재 고분자계 약액은 주입으로 인한 공해 문제로 특수한 목적 외에는 잘 쓰이지 않고 있으며 대부분 물유리계 만이 쓰이고 있다.
고분자계의 문제점을 상세히 살펴보면, 크롬리그닌계는 물유리계와 비슷한 점성을 갖고 있으나 재료자체에 계면활성효과가 있어 침투성은 우수한 편이다. 또한 강도증대효과도 크며 비교적 값도 저렴하다. 그러나 유동성의 중크롬산염을 함유하고 있어 지하수 오염 등에 충분한 주의를 요한다.
아크릴아미드계는 아크릴아미드 주제와 경화제를 1.5 shot 주입방식으로 혼합주입하는 약액으로서 아크릴아미드 단량체가 수용액 중에서 연쇄중합반응하여 폴리아크릴아미드 중합체의 하이드로겔로 변화하는 성질을 이용하는 주입약액이다. 이것은 점도가 1.2 cps로서 순수한 물의 1 cps와 비슷한 정도로 매우 낮아 침투성이 약액 중 가장 우수하며 겔 타임을 광범위하게 조절 가능하므로 지반조건에 따른 침투성 조절이 용이하며 겔화 직전까지도 저 점성을 그대로 유지할 수 있는 장점이 있다. 또한 생성되는 겔(gel)의 공학적 특성도 비교적 우수할 뿐 아니라 겔 물성의 경시변화도 거의 없는 등 내구성이 매우 우수하다. 아미드로 변화되는 중합반응이 중성 내지는 알칼리성에서 진행되는 특성을 지니기 때문에 강산성 지반에서는 겔화가 잘 진행되지 않는 단점이 있다. 더욱, 이 주입 약액은 1974년 일본의 Fukuoka에서 우물을 오염시키는 사고가 발생하여 그 독성이 문제가 되었는데 독성 실험결과에 의하면 미고결 아크릴아미드 단량체는 독성이 큰 것(LD50 = 약 200 mgf/kgf)으로 알려져 있는 바, 현재는 그 사용이 크게 제한 받고 있는 실정이다.
아크릴레이트계 약액은 앞에서 설명한 아크릴아미드계 주입약액의 장점인 주입성, 내구성 등을 최대한 살리면서도 독성의 문제점을 개선키 위해 개발된 주입약액으로서 아크릴레이트 금속염 주제와 경화제를 혼합주입 함으로써 아크릴레이트 단량체가 연쇄 중합하여 폴리아크릴레이트 중합체 하이드로로 변화되는 약액이다. 이 약액은 아크릴아미드계 약액과 그 특성에 있어서 유사한 점이 많아 저점도(1-3 cps)이며 겔 타임 조절도 수초에서 수 시간까지 넓은 범위에서 조절이 가능하다. 따라서 조밀한 암반의 균열이나 토사에 충전하면 지수막을 형성하여 여기를 통과하는 수량을 대폭적으로 줄이기 때문에 그 차수효과가 약액 중 가장 우수하다. 아크릴레이트계 약액은 아크릴레아미드계 약액에 비해 독성이 낮은 것으로 보고 있어 비교적 안전하게 사용될 수 있다. 그러나 매우 고가이므로 사용에 한계가 많다.
요소계는 침투성이 좋은 편이며 약액 중 강도효과가 가장 우수하고 다른 약액에 비해 비교적 경제적이다. 그러나 강산성 조건이 아니면 겔화가 어렵다. 따라서 물유리계와 같은 강알칼리계 약액과 병용할 경우 주입순서 등에 주의를 요한다. 우레탄계는 지반에 주입되어 물과 닿자마자 고결화가 이루어지기 때문에 유속이 빠른 지하수류에서 차수용으로 그 효과가 특히 인정되고 있다. 팽창성을 갖고 있어서 주입량 이상의 고결화가 가능하고 강도 증대 효과가 매우 높은 것이 특징이다. 그러나 물과 혼합되지 않는 부분에서는 고결이 어렵고 또 점도가 매우 높으며 경우에 따라서는 용제에서 유독가스가 나올 수 있으므로 주의를 요한다.
이상과 같이 약액은 각각 다른 재료적으로 특이성을 갖고 있으므로 약액을 선택할 경우에는 지반조건 및 목적별로 약액의 입경, 점성, 안전성, 차수성, 강도 내구성, 경제성 등을 다각적으로 고려하여야 한다.
본 발명에 이용되는 라텍스계는 고분자계이면서도 상술한 바와 같이 독성이 거의 없으며 지하수에 의한 희석에 강하며 점도가 낮아 미세한 공극으로의 침투가 용이하고, 겔 형성 강도가 강하며 지수차수 효과가 매우 크므로 종전의 한계를 뛰어넘는 성능을 발휘하였다.
본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허 문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.
대한민국 등록특허 제10-0938884호
본 발명자는 지반안정, 지수 또는 차수에 적합한 조성물 및 이를 이용하여 공법을 개발하고자 예의 연구 노력하였다. 그 결과, 무기염 용액 및 라텍스 에멀젼 용액이 접촉 하면 인위적으로 만든 안정 상태의 라텍스 에멀젼 용액이 균형이 깨어지면서 화학적인 반응과 결합에 의해 검(Gum)이 형성되고, 이것이 지반의 빈 공극을 메워주면서 연약지반을 안정화 시키고 지수차수 작용을 하게 됨을 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서 본 발명의 목적은 지반안정, 지수 또는 차수용 그라우트(grout) 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 지반안정, 지수 또는 차수 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 무기염 용액 및 라텍스 에멀젼 용액을 포함하고 검(gum)을 형성시키는 지반안정, 지수 또는 차수용 그라우트(grout) 조성물을 제공한다.
본 발명자는 지반안정, 지수 또는 차수에 적합한 조성물 및 이를 이용하여 공법을 개발하고자 예의 연구 노력하였다. 그 결과, 무기염 용액 및 라텍스 에멀젼 용액이 접촉 하면 인위적으로 만든 안정 상태의 라텍스 에멀젼 용액이 균형이 깨어지면서 화학적인 반응과 결합에 의해 검(Gum)이 형성되고, 이것이 지반의 빈 공극을 메워주면서 연약지반을 안정화 시키고 지수차수 작용을 하게 됨을 확인하였다.
본 발명에서 상기 무기염 용액 및 라텍스 에멀젼 용액은 다양한 비율로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 상기 무기염 용액 및 라텍스 에멀젼 용액은 중량 비 1:0.33-3으로 포함되며, 상기 중량비로 포함되는 경우 겔 타임(gel-time), 형성 검(Gum)의 크기 및 상태를 고려하여 지반주입이 용이하며 지반 안정 효과가 우수하였다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 무기염 용액은 칼슘염, 마그네슘염, 알루미늄염 또는 시멘트로 구성된 군으로부터 선택되는 무기염 및 물을 포함한다.
본 발명에 이용되는 시멘트는 당업계에 공지된 다양한 시멘트를 이용할 수 있으며, 바람직하게는 SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, SO3, Na2O 및 K2O 를 포함하고 있는 시멘트를 이용할 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트, 마이크로 시멘트 또는 슬래그 시멘트이고, 보다 더 바람직하게는 상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트 또는 슬래그 시멘트이다.
바람직하게는, 본 발명에 이용되는 무기염 용액은 칼슘염, 마그네슘염 및 알루미늄염을 포함하는 무기계염과 상기 시멘트를 물에 혼합한 밀크용액을 사용하는 것도 가능하다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 무기염 용액은 5-55(w/v)%의 무기염을 포함한다. 무기염 용액의 농도가 5(w/v)% 미만인 경우에는 겔(gel)의 형성크기가 너무 작아 지반내 공극 메움 효과가 미약하며, 55(w/v)%를 초과하는 경우에는 용액의 점도가 지나치게 높아 지반내 주입이 곤란한 문제점이 있다. 보다 바람직하게는 무기염 용액의 농도는 10-50(w/v)%이며 가장 바람직하게는 20-40(w/v)% 농도일 때, 겔(gel) 형성의 크기와 강도가 가장 양호하다.
본 발명의 라텍스 에멀젼 용액에 이용되는 라텍스는 당업계에 공지된 다양한 천연라텍스 또는 합성라텍스를 이용할 수 있으며, 바람직하게는 상기 라텍스는 천연 고무, 폴리이소부틸렌(polyisobutylene), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리클로로프렌, 실리콘, 스티렌-부타디엔-스티렌(styrene-butadiene-styrene, SBS), 니트릴-부타디엔 고무(nitrile-butadiene rubber, NBR) 또는 스티렌-부타디엔 고무(styrene butadiene rubber, SBR)이며, 보다 바람직하게는 천연 고무, NBR 또는 SBR이며, 가장 바람직하게는 천연 고무이며, 본 발명에서 천연 고무 라텍스 에멀젼 용액을 이용하는 경우, SBS 또는 NBR 에멀젼 용액을 이용하는 경우 보다 겔 타임(gel-time), 형성 검(Gum)의 크기 및 상태를 고려하여 지반주입이 용이하며 지반 안정 효과가 우수하였다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 라텍스 에멀젼 용액은 10-70(w/v)%의 라텍스를 포함한다. 라텍스 에멀젼 용액의 농도가 10(w/v)% 미만인 경우에는 검(Gum)의 형성 크기가 지나치게 작아 지반 내 공극 충진 효과가 떨어지며 검(Gum)의 강도가 너무 약해 지반 안정 효과가 미비하고, 70(w/v)%을 초과하면 용액의 점도가 너무 높아져 지반에 침투하기 어려워지는 단점이 있다. 보다 바람직하게는 20-60(w/v)%이며, 가장 바람직하게는 30-50(w/v)% 농도일 때 지반주입이 용이하며 지반 안정 효과가 가장 크다.
본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 상기 라텍스 에멀젼 용액은 계면활성제 및 물을 혼합하고 교반하면서 라텍스를 첨가하여 용해시킨 다음 안정제를 첨가하여 교반하여 제조한다.
보다 바람직하게는, 상기 라텍스 에멀젼 용액은 라텍스 100 중량부에 대하여 계면활성제 0.1 내지 10 중량부, 물 150-350 중량부 및 안정제 0.1 내지 5 중량부를 포함하고, 보다 더 바람직하게는 라텍스 100 중량부에 대하여 계면활성제 0.5 내지 3 중량부, 물 200-250 중량부 및 안정제 0.5 내지 1.5 중량부를 포함한다.
상기 라텍스 에멀젼 용액을 제조하는데 이용되는 성분의 함량이 상기 범위를 갖는 경우에 에멀젼 용액의 보다 안정된 상태가 유지된다.
상기 계면활성제는 당업계에 공지된 다양한 계면활성제를 이용할 수있으나, 바람직하게는 알킬페놀이고, 보다 바람직하게는 4-프로필페놀, 4-부틸페놀, 4-펜틸페놀, 4-옥틸페놀, 4-t-부틸페놀, 4-t-옥틸페놀, 4-페닐페놀 또는 노닐페놀이고, 가장 바람직하게는 노닐페놀이다.
상기 안정제는 당업계에 당업계에 공지된 다양한 안정제를 이용할 수 있으며, 바람직하게는 모노 에탄올 아민, 디 에탄올 아민 또는 트리 에탄올 아민이고, 가장 바람직하게는 모노 에탄올 아민이다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 조성물은 10-50(w/v)%의 포틀랜드 시멘트 또는 슬래그 시멘트 용액 및 20-60(w/v)% 농도의 천연 고무 라텍스 용액을 중량비 1:0.33-3로 포함하고, 보다 바람직하게는 20-40(w/v)%의 포틀랜드 시멘트 또는 슬래그 시멘트 용액 및 30-50(w/v)% 농도의 천연 고무 라텍스 용액을 중량비 1:0.33-3로 포함하며, 보다 더 바람직하게는 20-40(w/v)%의 포틀랜드 시멘트 또는 슬래그 시멘트 용액 및 30-50(w/v)% 농도의 천연 고무 라텍스 용액을 중량비 1:1로 포함하고, 가장 바람직하게는 30(w/v)%의 포틀랜드 시멘트 또는 슬래그 시멘트 용액 및 40(w/v)% 농도의 천연 고무 라텍스 용액을 중량비 1:1로 포함한다.
상기 포틀랜드 시멘트 또는 슬래그 시멘트 용액 및 천연 고무 라텍스 용액이 상기 농도 및 중량비로 포함되는 경우, 겔 타임(gel-time), 형성 검(Gum)의 크기 및 상태를 고려하여 지반주입이 용이하며 지반 안정 효과가 우수하다.
본 발명에 이용되는 시멘트 및 라텍스의 입자크기가 2.5 마이크로미터 이하로 하는 것이 바람직하다. 이는 지반 내 토립자 사이의 간극 특히 점토실트층에서도 침투가 가능하도록 하기 위함이다.
본 발명의 조성물은 활성화되기 전에는 안정된 상태를 유지하다가 무기염 용액과의 접촉으로 안정성이 깨져 콜로이드 형태로 퍼지면서 응고하여 젤리처럼 단단한 검(Gum)을 형성하며, 이렇게 형성된 검(Gum)은 공극과 균열부를 메워 지반을 안정시키거나 지수 차수 작용을 한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 다음의 단계를 포함하는 지반안정, 지수 또는 차수 방법을 제공한다: (a) 지반에 무기염 용액 및 라텍스 에멀젼 용액을 순차로 각각 주입 또는 동시 주입하는 단계; 및 (b) 상기 무기염 용액 및 라텍스 에멀젼 용액으로부터 검(gum)을 형성시키는 단계.
본 발명의 지반안정, 지수 또는 차수 방법은 상술한 본 발명의 그라우트(grout) 조성물에 의해 실시되는 것이기 때문에, 이 둘 사이에 공통된 내용은 반복 기재에 따른 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위하여, 그 기재를 생략한다.
이하, 지반안정, 지수 또는 차수를 위한 본 발명의 방법을 단계별로 상세하게 설명하면 다음과 같다:
(a) 지반에 무기염 용액 및 라텍스 에멀젼 용액을 각각 주입, 순차로 주입 또는 동시 주입
우선, 본 발명의 방법은 (a) 지반에 무기염 용액 및 라텍스 에멀젼 용액을 각각 주입, 순차로 주입 또는 동시 주입하는 단계를 거친다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 단계 (a)의 순차로 주입은 (a-1) 지반에 무기염 용액을 주입한 다음 라텍스 에멀젼 용액을 주입하는 단계; 또는 (a-2) 지반에 라텍스 에멀젼 용액을 주입한 다음 무기염 용액을 주입하는 단계를 포함하는 방법으로 실시된다.
약액 주입방식은 2 shot system 또는 1.5 shot system을 이용할 수 있고, 약액의 겔 타임(gel-time)이 짧을(수 초) 경우 주입관 내에서 약액이 고결되지 않도록 주입관을 이중구조로 하여, 두 용액을 개별 압송하여 주입관으로부터 지중에 토출 직전 또는 직후에 합류ㆍ혼합 시킬 수 있는 2 shot system을 이용하는 것이 바람직하고, 겔 타임(gel-time)이 수 십초~10분 정도일 경우 지중에 매설한 주입관에 들어가기 직전에 Y자관 등으로 두 용액을 혼합하는 방식으로서, 약액이 주입관내에서는 고결되지 않고 지중에 침투시키는 1.5 shot system이 바람직하다.
본 발명에서 무기염 용액 및 라텍스 에멀젼 용액을 각각 주입 또는 순차로 주입은 단관 또는 이중관을 이용하여 실시하고, 동시 주입은 Y자 관을 이용하여 실시한다.
본 발명에서 상기 무기염 용액 및 라텍스 에멀젼 용액은 다양한 비율로 주입될 수 있으며, 바람직하게는 상기 무기염 용액 및 라텍스 에멀젼 용액은 중량 비 1:0.33-3으로 주입된다.
(b) 상기 무기염 용액 및 라텍스 에멀젼 용액으로부터 검(gum)의 형성
마지막으로, 본 발명의 방법은 (b) 상기 무기염 용액 및 라텍스 에멀젼 용액으로부터 검(gum)을 형성시키는 단계를 거친다.
후술하는 실시예에서 명확히 확인할 수 있듯이, 인위적으로 만든 안정 상태의 라텍스 에멀젼 용액이 무기염 용액과의 접촉에 의해 균형이 깨어지면서 화학적인 반응과 결합에 의해 검(Gum)이 형성되고, 이것이 지반의 빈 공극을 메워주면서 연약지반을 안정화 시키고 지수차수 작용을 하게 됨을 확인하였으며, 이는 본 발명의 가장 큰 특징이다.
본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:
(a) 본 발명은 무기염 용액 및 라텍스 에멀젼 용액을 포함하고 검(gum)을 형성시키는 지반안정, 지수 또는 차수용 그라우트(grout) 조성물 및 이를 이용한 지반안정, 지수 또는 차수 방법을 제공한다.
(b) 본 발명은 무기염 용액 및 라텍스 에멀젼 용액을 접촉시켜 인위적으로 만든 안정 상태의 라텍스 에멀젼 용액이 균형이 깨어지면서 화학적인 반응과 결합에 의해 검(Gum)이 형성되는 것을 이용한 것으로서, 이렇게 형성된 검(Gum)이 지반의 빈 공극을 메워주면서 연약지반을 안정화 시키고 지수차수 효과를 나타낸다.
도 1은 실시예 1 중 SBR 40% 에멀젼 용액에 포틀랜드 시멘트 30% 용액을 1:1 비율로 동시 주입한 결과를 보여준다.
도 2는 실시예 1 중 천연고무 40% 에멀젼 용액에 포틀랜드 시멘트 30%를 1:1 비율로 동시 주입한 결과를 보여준다.
도 3은 드럼용기 내에 모래를 가득 채운 상태에서 본 발명 약액 중 천연라텍스 30% 농도액과 포틀랜드시멘트 30% 농도액을 1:1 주입비율로 주입하는 과정을 보여준다.
도 4는 천연라텍스 30% 농도액과 포틀랜드시멘트 30% 농도액을 1:1 주입비율로 주입 결과를 보여준다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
실시예
본 명세서 전체에 걸쳐, 특정 물질의 농도를 나타내기 위하여 사용되는 “%“는 별도의 언급이 없는 경우, 고체/고체는 (중량/중량) %, 고체/액체는 (중량/부피) %, 그리고 액체/액체는 (부피/부피) %이다.
제조예 1: 라텍스 에멀젼 용액의 조제
30% 농도의 라텍스 성분을 에멀젼용액으로 만들기 위해서는 계면활성제 Nonylphenol 3 g을 물 695 g에 용해한 후 호모믹서 또는 호모게나이즈 등으로 고속교반하면서 라텍스 성분 300 g을 용해시킨 후 안정제로써 Mono ethanol Amine 2 g을 투입하여 30분간 강교반하여 조제하였다.
제조예 2: 무기염 용액의 조제
무기염을 포함하는 용액으로서 시멘트를 포함하는 용액은 시멘트(포틀랜드, 슬래그 시멘트 또는 마이크로 시멘트)를 물에 5-55%의 농도로 혼합하여 제조하였다. 구체적으로, 30% 농도의 시멘트용액 제조 시에는 무게비로 청수 700 L에 시멘트 300 g을 녹여 조제하였다. 이 때 장거리 압송 시에 발생할 수 있는 재료 분리 및 침강을 방지하기 위하여 벤토나이트를 약 0.3% 녹인 후 시멘트를 투입하여 용액을 조제할 수도 있다.
실시예 1: 포틀랜드 시멘트 용액에서 라텍스 용액의 종류 및 농도 별 Gel 상태
라텍스 종류 및 농도 별로 10%, 30%, 50% 농도의 포틀랜드 시멘트용액을 1:1 비율로 혼합했을 때, 겔 타임(gel-time), 형성 검(Gum)의 크기 및 상태를 관찰하고 그 결과를 아래 표 1에 정리하였다:
라텍스 에멀젼 용액 포틀랜드 시멘트 용액
종류 농도 10% 30% 50%
Gel
time		 Gel
크기		 Gel
강도		 Gel
time		 Gel
크기		 Gel
강도		 Gel
time		 Gel
크기		 Gel
강도
천연고무 20% 26초 小 약 28초 小 중 32초 中 강
40% 16초 小 중 20초 中 강 24초 大 강
60% 13초 小 중 17초 大 강 18초 大 강
SBR 40% 2초 小 약 즉시 中 중 즉시 大 중
NBR 20% 3초 小 약 즉시 中 약 즉시 中 약
비교예 1: 포틀랜드 시멘트 용액에서 라텍스 용액의 종류 및 농도 별 Gel 상태
라텍스 종류 및 농도(8% 또는 75%) 별로 4%, 30%, 60% 농도의 포틀랜드 시멘트용액을 1:1 비율로 혼합했을 때, 겔 타임(gel-time), 형성 검(Gum)의 크기 및 상태를 관찰하고 그 결과를 아래 표 2에 정리하였다:
라텍스 에멀젼 용액 포틀랜드 시멘트 용액
종류 농도 4% 30% 60%
Gel
time		 Gel
크기		 Gel
강도		 Gel
time		 Gel
크기		 Gel
강도		 Gel
time		 Gel
크기		 Gel
강도
천연고무 8% 반응되지 않음 입자 상태 소량 석출 입자 상태로 석출
75% 아주 미세한 입자 소량 석출 20초 中 강 혼합시 크고 단단한 상태의 Gum이 형성되나 주입 불가
SBR 8% 반응되지 않음 입자 미량 석출 입자 소량 석출
NBR 75% 입자 소량 석출 퍼석이는 입자 상태 Gel 상태가 아닌 힘없는 죽 상태
실시예 2: 천연 고무 라텍스 에멀젼 용액에서 시멘트와 같은 무기염 종류 및 농도별 Gel 상태
무기염(시멘트)의 종류 및 농도 별로 20%, 40%, 60% 농도의 천연 라텍스 에멀젼 용액을 1:1 비율로 혼합했을 때, 겔 타임(gel-time), 형성 검(Gum)의 크기 및 상태를 관찰하고 그 결과를 아래 표 3에 정리하였다:
무기염 용액 천연 라텍스 에멀젼 용액
종류 농도 20% 40% 60%
Gel
time		 Gel
크기		 Gel
강도		 Gel
time		 Gel
크기		 Gel
강도		 Gel
time		 Gel
크기		 Gel
강도
슬래그 시멘트
(삼표)		 10% 23초 小 약 21초 中 중 16초 中 중
30% 17초 中 중 15초 中 강 11초 大 강
50% 13초 中 강 13초 大 강 3초 大 강
마이크로 시멘트
(한일)		 30% 5초 大 중 3초 大 강 즉시 大 강
비교예 2: 천연 고무 라텍스 에멀젼 용액에서 시멘트와 같은 무기염 종류 및 농도별 Gel 상태
무기염(시멘트)의 종류 및 농도(4% 또는 60%) 별로 4%, 30%, 60% 농도의 천연 라텍스 에멀젼 용액을 1:1 비율로 혼합했을 때, 겔 타임(gel-time), 형성 검(Gum)의 크기 및 상태를 관찰하고 그 결과를 아래 표 4에 정리하였다:
무기염 용액 천연 라텍스 에멀젼 용액
종류 농도 4% 30% 60%
Gel
time		 Gel
크기		 Gel
강도		 Gel
time		 Gel
크기		 Gel
강도		 Gel
time		 Gel
크기		 Gel
강도
포틀랜드 시멘트
(쌍용양회)		 4% 반응되지 않음 입자 소량 석출 입자 소량 석출
슬래그 시멘트
(삼표)		 4% 반응되지 않음 반응되지 않음 미량 입자 석출
마이크로 시멘트
(한일)		 60% 입자 소량 석출 즉시 大 강 즉시 大 강
그러나 점도가 매우 높음 그러나 점도가 매우 높음
실시예 3: 라텍스 용액과 시멘트용액의 주입비율의 따른 Gel 형성 상태
주입 비율 Gel 상태
천연고무라텍스
40%용액		 포틀랜드시멘트
30%용액		 Gel Time Gel 크기 Gel 강도
100 0 0 형성되지 않음 없음
100 15 일부 Gel형성 43초 일부 응결상태 없음
100 33 애액이 많으나
부분 Gel형성 36초		 일부Gel 小 -
100 66 애액이 조금 있으나
대부분 Gel 21초		 中 중
100 100 20초 大 강
100 200 시멘트액이 조금 있으나 Gel 17초 大 강
100 300 부분 Gel 16초 中 강
100 400 부분 Gel 13초 小 중
비 고 - Gel 형성된 부분에서의
Gel Time		 용액량 대비
Gel 크기		 형성된 Gel 부분만의 강도
실시예 4: 모래 지반 주입 시험
실시예 1 및 2에서 겔 타임(gel-time)이 빠른 경우와 약 20초 정도의 두 종류 용액을 모래 지층에서 주입한 결과, 도 1에서와 같이 겔 타임이 즉시에 가까운 경우 주입 노즐 끝에서 바로 겔(gel) 화가 일어나 막힘으로써 지반내 침투가 어려웠다. 도 2의 경우 모래 지반 전체에 침투되어 빈공극을 완전히 채워 지수 차수 효과를 나타냄을 명확히 알 수 있었다.
도 1은 실시예 1 중 SBR 40% 에멀젼 용액에 포틀랜드 시멘트 30% 용액을 1:1 비율로 동시 주입한 결과를 보여준다.
도 2는 실시예 1 중 천연고무 40% 에멀젼 용액에 포틀랜드 시멘트 30%를 1:1 비율로 동시 주입한 결과를 보여준다.
도 1은 실시예 1 중 SBR 40% 에멀젼 용액에 포틀랜드 시멘트 30% 용액을 1:1 비율로 동시 주입한 결과를 보여준다.
도 2는 실시예 1 중 천연고무 40% 에멀젼 용액에 포틀랜드 시멘트 30%를 1:1 비율로 동시 주입한 결과를 보여준다.
실시예 5: 모래 지반 주입 시험
드럼용기 내에 모래를 가득 채운 상태에서 본 발명 약액 중 천연라텍스 30% 농도액과 포틀랜드시멘트 30% 농도액을 1:1 주입비율로 지반 내에 주입한 후 구조형성을 확인한 결과 매우 우수한 침투력으로 강한 구근이 형성되었음을 알 수 있었다(도 4).
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (9)

  1. 무기염 용액 및 라텍스 에멀젼 용액을 포함하고 검(gum)을 형성시키는 지반안정, 지수 또는 차수용 그라우트(grout) 조성물로서, 상기 무기염 용액은 물 및 무기염으로 시멘트를 포함하고, 상기 무기염 용액은 5-55(w/v)%의 무기염을 포함하며, 상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트 또는 슬래그 시멘트이고, 상기 라텍스 에멀젼 용액은 10-70(w/v)%의 라텍스를 포함하고, 상기 라텍스 에멀젼 용액은 라텍스 100 중량부에 대하여 계면활성제 0.1 내지 10 중량부, 물 150-350 중량부 및 안정제 0.1 내지 5 중량부를 포함하며, 상기 계면활성제는 알킬페놀이고, 상기 안정제는 모노 에탄올 아민, 디 에탄올 아민 또는 트리 에탄올 아민이고, 상기 라텍스 에멀젼 용액은 천연 고무 라텍스 에멀젼 용액이며, 상기 무기염 용액 및 라텍스 에멀젼 용액은 중량 비 1:0.33-3으로 포함되는 것을 특징으로 하는 지반안정, 지수 또는 차수용 그라우트(grout) 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 조성물은 10-50(w/v)%의 포틀랜드 시멘트 또는 슬래그 시멘트 용액 및 20-60(w/v)% 농도의 천연 고무 라텍스 용액을 중량비 1:0.33-3로 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
  8. 다음의 단계를 포함하는 지반안정, 지수 또는 차수 방법:
    (a) 지반에 무기염 용액 및 라텍스 에멀젼 용액을 각각 주입, 순차로 주입 또는 동시 주입하는 단계; 및
    (b) 상기 무기염 용액 및 라텍스 에멀젼 용액으로부터 검(gum)을 형성시키는 단계; 그리고,
    상기 무기염 용액은 물 및 무기염으로 시멘트를 포함하고, 상기 무기염 용액은 5-55(w/v)%의 무기염을 포함하며, 상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트 또는 슬래그 시멘트이고, 상기 라텍스 에멀젼 용액은 10-70(w/v)%의 라텍스를 포함하고, 상기 라텍스 에멀젼 용액은 라텍스 100 중량부에 대하여 계면활성제 0.1 내지 10 중량부, 물 150-350 중량부 및 안정제 0.1 내지 5 중량부를 포함하며, 상기 라텍스 에멀젼 용액은 천연 고무 라텍스 에멀젼 용액이며, 상기 무기염 용액 및 라텍스 에멀젼 용액은 중량 비 1:0.33-3으로 주입된다.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 단계 (a)의 순차로 주입은 (a-1) 지반에 무기염 용액을 주입한 다음 라텍스 에멀젼 용액을 주입하는 단계; 또는 (a-2) 지반에 라텍스 에멀젼 용액을 주입한 다음 무기염 용액을 주입하는 단계를 포함하는 방법으로 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
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