KR101764665B1 - 점토질 흙을 포함하는 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물 및 이를 이용한 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 점토질 흙 100중량부 기준으로, 글리시딜 메타크릴레이트계 수지 10 내지 40중량부; 고분자 분말 수지 20 내지 50중량부; 골재 50 내지 1,000중량부; 실리케이트 10 내지 30중량부; 분산제 1 내지 10중량부; 결합제 2 내지 20중량부; 및 나노세라믹 입자 3 내지 15중량부를 포함하는 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.
본 발명은 점토질 흙을 포함하는 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물을 이용하여 천공을 이용한 간단한 시공으로 짧은 시간에 보강 및 복원작업을 완료할 수 있도록 하는 것에 효과가 있다.

Description

점토질 흙을 포함하는 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물 및 이를 이용한 시공방법{ A Composition for Reinforcing Soft Ground and Restoring Depressed structures including Clay and Construction Methods Using Thereof }

본 발명은 점토질 흙을 포함하는 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 연약지반이나 침하구조물의 하부에 삽입되어 연약지반을 보강하고, 침하구조물을 복원할 수 있도록 하며, 또한 지하 구조물 주변은 물론 성토체의 연약 지반 보강에 사용되는, 점토질 흙을 포함하는 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.

산업사회의 발달로 다양한 형태의 구조물이 건설되고, 건설된 구조물의 하부에 지반변화로 인해 토양의 침하가 진행되거나, 연약지반화 되어 이를 보강하는 것이 필요해 지고 있다.

특히, 도시 인구가 증가하고 경제 활동 영역이 넓어지면서, 지하 상업 시설이나 지하철 등과 같이 지하 공간을 활용할 수 있는 지하 구조물이 건설되고 있는데, 이 지하 구조물의 시공 중 하부는 물론 주변 지반에 영향을 미쳐 연약 지반을 발생시키는 문제가 있다. 또한 성토에 의해 조성된 택지, 도로, 철도 역시 시간이 지남에 따라 침하의 우려가 있고, 이 또한 보강이 필요한 실정이다.

이러한 연약지반 여건에서는 강관다단주입 공법이나, 우레탄계 약액주입공법이 많이 활용되고 있다.

강관다단주입 공법은 강도증진이나 하중경감의 효과는 양호하나, 차수 효과가 떨어지며 보강에 필요한 공정이 굴착공정에 지대한 영향을 미치므로 공기를 맞추는데 매우 불리하며, 또한 지하수 유출이 많을 경우 차수 효과는 거의 기대할 수 없으므로 적용범위가 매우 제한된다.

또한, 최근 많이 사용되는 LW(Lables Wasser Glass)계 약액주입공법 및 SGR(Space Grouting Rocket System)계 약액주입공법은 물유리 약액과 시멘트 현탁액을 혼합하면 겔(GEL)화 된다는 현상에 착안하여 개발된 공법으로, 재료의 낭비가 발생하지 않아 재료비, 공사비가 저렴한 장점이 있지만, 대규모 설비가 필요하고 천공에 보링 머신 등 막장에 여타 복잡한 기계설비가 설치되어야 하며, 세사층이나 점토층과 같은 변동지반에 대한 고결특성에 있어 지하수에 의한 영향이 지대하므로 계획적 시공이 곤란한 단점이 있다.

그리고 현재 새롭게 알려지고 있는 폴리우레탄 주입공법(이하 우레탄 공법이라 함)은 암반고결공법(PUIF)으로 1990년대부터 시공되기 시작하였다.

이러한 우레탄 공법은 연약한 지층, 파쇄대 및 단층대 등에 일정한 간격으로 천공한 후 주입볼트를 삽입하고, 이 삽입된 주입볼트내에 2액형의 발포성 우레탄계 약액을 혼합하여 20kg/cm² 정도의 압력을 가하여 절리가 발달된 암반의 암핀 사이를 완전히 충진함으로 하나의 암반체가 아치형태를 이루어 터널 상부의 암반 상재 하중을 지지하여 변형을 방지하게 하는 공법이다.

또한, 측벽부의 측암에 의한 변형도 방지할 수 있으며, 특히 암편사이의 공극이 완전히 우레탄 약액으로 충진되므로 완벽한 차수 효과를 얻을 수 있다.

종래의 우레탄 공법에 사용되는 우레탄 주입액은 경화제인 A액 및 주재인 B액으로 구성된 2액형 우레탄 약액을 사용한다.

상기 경화제로 사용되는 A액의 경우, 폴리올계 혼합물에 가교제, 정포제, 발포제, 점도저하제를 혼합하여 사용하였으며, B액의 경우는 디페닐메탄 디이소시아네이트(MDI)계 폴리머를 사용하였다.

반응상태는 주재의 이소시아네이트기(B액)와 경화재의 폴리올수산기(A액)가 주입기 내에 장착된 고정 믹서기를 통하여 혼합 교반되어 목적한 부위에 혼합 주입하여 사용한다.

이러한 종래의 우레탄 약액은 화학조성물이 상당히 고가이어서 경제적으로도 부담이 되는 문제가 발생하였다.

한편, 공개특허 제2002-0024198호에는 연약지반 보강을 위한 조성물 및 그에 대한 보강공법을 개시하고 있는데, 상기 선행문헌은 조성물에 소석회와 비석을 포함하는 것에 특징이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출한 것으로서, 점토질 흙을 포함하는 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물을 이용하여 보강하고자 하는 연약지반 및/또는 침하구조물의 하부에 천공하여 삽입함으로써, 간편한 시공으로 공사기간을 단축할 수 있도록 하는 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물 및 이를 및 이의 시공방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 연약 지반에 주입된 조성물이 팽창하며, 주변의 흙을 사방으로 밀어 다짐이 이루어지도록 함으로써, 연약 지반의 밀도가 향상되고 안정화가 이루어지도록 하는 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물을 제공하고자 한다.

또한, 발명은 지하 구조물 하부 및 주변의 연약 지반을 보강하고, 나아가 흙을 쌓아올려 부지를 조성하는 택지 조성, 철도, 도로 시공 시에 성토된 성토체의 다짐 불량 및 시간 경과에 따라 연약 지반화된, 연약 지반을 효과적으로 보강할 수 있도록 하는 연약 지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물을 제공하고자 한다.

본 발명은

점토질 흙 100중량부 기준으로,

글리시딜 메타크릴레이트계 수지 10 내지 40중량부;

고분자 분말 수지 20 내지 50중량부;

골재 50 내지 1,000중량부;

실리케이트 10 내지 30중량부;

분산제 1 내지 10중량부;

결합제 2 내지 20중량부; 및

나노세라믹 입자 3 내지 15중량부를 포함하는 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은

시공할 지반에 구멍을 뚫는 지반천공단계; 및

상기 지반천공단계가 종료된 후 천공으로 보강 및 복원하고자 하는 지반까지 점토질 흙 100중량부 기준으로, 글리시딜 메타크릴레이트계 수지 10 내지 40중량부, 고분자 분말 수지 20 내지 50중량부, 골재 50 내지 1,000중량부, 실리케이트 10 내지 30중량부, 분산제 1 내지 10중량부, 결합제 2 내지 20중량부, 및 나노세라믹 입자 3 내지 15중량부를 포함하는 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물을 강제로 주입하는 주입단계; 및

상기 주입단계가 종료된 후 경화시키는 경화단계를 포함하는 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물의 시공방법을 제공한다.

본 발명은 점토질 흙을 포함하는 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물을 이용하여 천공을 이용한 간단한 시공으로 짧은 시간에 보강 및 복원작업을 완료할 수 있도록 하는 효과가 있다.

본 발명의 연약 지반 보강 및 침하 구조물 복원제 조성물은, 구멍에 끼워진 주입 파이프로 주입되며, 주입된 조성물은 연약 지반의 틈새로 공급되며 채워지고, 조성물이 팽창하면서 흙을 밀어 다짐을 하고, 다짐이 끝난 후 지반이 안정화된 후 침하 구조물을 복원시키는 효과가 있다.

또한 본 발명은, 지하철, 배수로, 지하 상업 시설 및 지하 발전소 등을 포함하는 지하 구조물의 건설에 따른 구조물 하부 및 주변의 연약 지반 보강하고, 나아가 택지 조성, 도로, 철도 시공 시 성토된 성토체의 다짐 불량 또는 시간이 지남에 따라 연약 지반화된, 연약 지반을 보강하여 인명 사고는 물론 재산 피해를 예방하는 것에 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 시공 과정을 나타낸 일측면도.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

한 가지 관점에서, 본 발명은 점토질 흙 100중량부 기준으로, 글리시딜 메타크릴레이트계 수지 10 내지 40중량부; 고분자 분말 수지 20 내지 50중량부; 골재 50 내지 1,000중량부; 실리케이트 10 내지 30중량부; 분산제 1 내지 10중량부; 결합제 2 내지 20중량부; 및 나노세라믹 입자 3 내지 15중량부를 포함하는 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물을 제공한다.

다른 관점에서, 본 발명은 시공할 지반에 구멍을 뚫는 지반천공단계; 및 상기 지반천공단계가 종료된 후 천공으로 보강 및 복원하고자 하는 지반까지 점토질 흙 100중량부 기준으로, 글리시딜 메타크릴레이트계 수지 10 내지 40중량부, 고분자 분말 수지 20 내지 50중량부, 골재 50 내지 1,000중량부, 실리케이트 10 내지 30중량부, 분산제 1 내지 10중량부, 결합제 2 내지 20중량부, 및 나노세라믹 입자 3 내지 15중량부를 포함하는 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물을 강제로 주입하는 주입단계; 및 상기 주입단계가 종료된 후 경화시키는 경화단계를 포함하는 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물의 시공방법을 제공한다.

본 발명에 따른 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물, 특정적으로 점토질 흙을 포함하는 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물은 보강하고자 하는 연약지반 및/또는 침하구조물의 하부에 삽입되어 연약지반을 보강하고, 침하구조물을 복원하는 것이라면 특별히 한정되지 않는다.

본 발명에 따른 점토질 흙은 당업계에서 통상적으로 사용되는 점토질 흙이라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 점토질 모래, 점토질 황토, 점토질 규사 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 사용하는 것이 좋다.

여기서, 상기 점토질 흙의 점토질은 적어도 흙 100중량%에서 점토가 차지하는 비율이 60중량% 이상인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물을 구성하는 점토질 흙 외 나머지 성분들의 함량은 점토질 흙 100중량부를 기준으로 한다.

본 발명에 따른 글리시딜 메타크릴레이트(GMA)계 수지는 충격강도, 신율, 인장강도 및/또는 탄성력 등을 향상사키기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계의 통상적인 글리시딜 메타크릴레이트계 수지라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 에틸렌-글리시딜메타크릴레이트 코폴리머(EGMA), 에틸렌-부틸아크릴레이트-글리시딜메타크릴레이트 코폴리머(EBA-GMA) 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 사용하는 것이 좋다.

바람직한 글리시딜 메타크릴레이트계 수지의 사용량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 점토질 흙 100중량부 기준으로 10 내지 40중량부인 것이 좋다.

본 발명에 따른 고분자 분말 수지는 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물의 방수성 및 부착성 등을 제공하는 동시에 강도를 향상시키고, 균열 발생을 억제하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 고분자 분말 수지라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 분말 형태의 폴리에스테르(Polyester), 열가소성 폴리우레탄 탄성중합체(TPU), 메틸메타아크릴레이트(MMA: Methyl MethAcrylate), 스티렌이소프렌스티렌(stylene isoprene stylene; SIS), 스티렌 부타디엔 러버(stylene butadiene rubber; SBR), 스티렌 부타디엔 스티렌(stylene butadiene stylene; SBS), 에틸렌 비닐아세트산 공중합체(EVA), 폴리아마이드(Polyamide), 멜라민 수지, 알키드 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 페놀 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지 또는 이들로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 혼합물을 사용하는 것이 좋다.

이때, 상기 고분자 분말 수지의 함량은 특별히 한정되지 않지만, 점토질 흙 100중량부를 기준으로 20 내지 50중량부를 포함하는 것이 좋다.

본 발명에 따른 골재는 점토질 흙, 글리시딜 메타크릴레이트계 수지, 고분자 분말수지, 결합재 등에 의하여 뭉쳐져서 한 덩어리를 이룰 수 있는 건설용 광물질 재료이며, 화학적으로 안정하다.

바람직한 골재로는 모래, 자갈, 현무암, 오석, 바잘트, 기타 이와 비슷한 재료를 사용할 수 있다.

특정적으로, 상기 골재로서 약 25mm의 입경 및 약 0.7%의 흡수율을 갖는 염기성 맥암 및/또는 약 5mm의 입경 및 5.40%의 흡수율을 갖는 보크사이트를 더 포함할 수 있다.

상기 골재는 크기에 따라 0.074mm 이상 4.76mm 미만의 것은 잔골재라 하고, 4.76mm 이상의 것은 굵은 골재라 한다. 바람직한 골재의 사용량은 점토질 흙 100중량부를 기준으로 50 내지 1,000중량부인 것이 좋고, 상기 골재에 포함되는 잔골재 및 굵은 골재의 혼합량은 특별히 제한되지 않으므로 필요에 따라 적절하게 조절할 수 있다.

본 발명에 따른 실리케이트는 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물의 내크랙성, 내수성, 내오염성, 내마모성 및/또는 내부착성 등을 향상시키기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계의 통상적인 실리케이트라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 칼슘 실리케이트, 나트륨 실리케이트 및 리튬 실리케이트 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 사용하는 것이 좋고, 그 사용량은 점토질 흙 100중량부 기준으로 10 내지 30중량부인 것을 추천한다.

본 발명에 따른 분산제는 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물에 포함된 각 구성성분이 서로 잘 분산되도록 하여 시공을 용이하게 하고, 시공 후 경화시 경화된 조성물 전체 물성이 균일할 수 있도록 하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 분산제라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 추천하기로는 수분산 폴리우레탄 분산제를 사용하는 것이 좋다.

상기 분산제의 사용량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 점토질 흙 100중량부 기준으로 1 내지 10중량부인 것이 좋다.

본 발명에 따른 결합제는 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물간의 결합력을 향상시키기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계의 통상적인 결합제라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 에틸렌－비닐아세테이트(EVA), 폴리비닐 부티랄(PVB), 에틸렌 디－스티렌 아크릴계 수지(Ethylene Di-Stylene Acrylic Resin) 및 폴리비닐알코올(PVA), 석유계 수지, 페놀수지, 로진수지 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 사용하는 것이 좋다.

바람직한 결합제의 사용량은 점토질 흙 100중량부 기준으로 2 내지 20중량부인 것을 추천한다.

본 발명에 따른 나노세라믹 입자는 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물의 경화 중에 표면으로 부상하여 치밀하고 경도가 높은 표면을 형성하기 때문에, 수증기와 기타 기체, 액체의 투과를 방지함은 물론, 내습성, 내구성, 내후성, 내충격성, 내약품성이 향상된다.

상기 나노세라믹 입자의 사용량은 점토질 흙 100중량부 기준으로 3 내지 15중량부인 것이 좋다.

바람직한 나노세라믹 입자는 실리콘카바이드, 알루미나, 실리카, 지르코니아-실리카, ZnO, TiO₂ 및/또는 CaCO₃가 포함된다.

이들 세라믹입자는 평균 입경이 나노 범위인 것이 바람직한데, 구체적으로 상기 실리콘카바이드의 평균 입경은 300 내지 500nm, 상기 알루미나의 평균 입경은 500 내지 1000nm, 상기 실리카의 평균 입경은 700 내지 1500nm, 상기 지르코니아-실리카의 평균 입경은 500 내지 1000nm, 상기 ZnO의 평균 입경은 500 내지 1000nm, 상기 TiO₂의 평균 입경은 100 내지 300nm, 그리고 CaCO₃의 평균 입경은 500 내지 1000nm인 것이 바람직하다.

이 중에서도 실리콘카바이드는 천연광물로 존재하지 않으므로 인공적으로 합성하며, 고온에서의 화학적 안정성 및 내식성이 뛰어나고 높은 경도를 갖는다.

특정 양태로서, 본 발명에 따른 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물은 치수 안정성 및 내마모성을 향상시키기 위하여 점토질 흙 100중량부 기준으로 5 내지 50중량부의 충진제를 더 포함할 수 있다.

바람직한 충진제로는 수산화알루미늄, 탄산칼슘 또는 이들의 혼합물을 추천한다.

다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물은 조성물 내부에 필름을 형성하여 휨 및 부착강도를 향상시키며, 보수성이 개선되어 중성화, 염화물 이온 침투, 동결융해 등에 대한 내구성을 향상시킬 수 있도록 점토질 흙 100중량부 기준으로 1 내지 10중량부의 재유화형 폴리머 분말(Redispersible Polymer Powder)을 더 포함할 수 있다.

바람직한 재유화형 폴리머 분말은 에틸렌 초산 비닐(EVA) 또는 초산비닐/비닐바사테이트(Va/VeoVa) 중 선택된 어느 하나 이상으로 구성되는데, 겉보기 비중은 475ㅁg/l, 입도는 max,2%>400㎛이고, 물에 재분산 시 0.3 내지 9㎛의 입도분포를 나타는 것이 바람직하다.

또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물은 시공 후 경화된 조성물이 수축되는 것을 방지하기 위하여 점토질 흙 100중량부 기준으로 3 내지 15중량부의 저수축제를 더 포함하는 것이 좋다.

바람직한 저수축제로는 폴리비닐 아세테이트계 저수축제, 폴리에스터계 저수축제, 특정적으로 불포화 폴리에스터 수지로 이루어진 저수축제를 사용하는 것이 좋다.

또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물은 소성변형을 감소시키기 위해 점토질 흙 100중량부 기준으로 5 내지 30중량부의 변형방지제를 더 포함할 수 있다.

바림직한 변형방지제는 폴리에틸렌, 폴리뷰텐, 하임팩트폴리스티렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 추천한다.

또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물은 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물과 시공 부위 사이의 밀착성, 내수성, 내약품성, 기계적 특성(탄성, 유리전이온도, 응력완화) 등을 제공하기 위하여, 점토질 흙 100중량부 기준으로 10 내지 50중량부의 아크릴코폴리머를 더 포함할 수 있다.

바람직한 아크릴코폴리머는 아크릴 모노머, 4-시아노바릭 산(4-cyanovaleric acid), 글리시달메타아크릴레이트(GMA)의 중합에 의해 형성된 것을 사용하는 것이 바람직하고, 추천하기로는 아크릴레이트코폴리머(Acrylates copolymer)를 사용하는 것이 좋다.

이때, 상기 아크릴 모노머는 부틸아크릴레이트(BAM), 글리시달메타아크릴레이트(GMA) 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 좋다.

또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물은 테트라에틸렌펜타민(Tetraethylenepentamine; TEPA)을 점토질 흙 100중량부 기준으로 2 내지 8중량부로 더 포함할 수 있는데, 테트라에틸렌펜타민은 폴리아민의 일종으로서, 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물의 경화속도 및 점도 조절의 역할을 하며, 그 사용량이 2중량부 이하 일 때는 효과가 미미하며, 8중량부 이상일 경우에는 그 양이 과도하여 경제적이지 못하다.

또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물은 실온에서 효과적으로 경화하고 내열성, 저온 성능, 내화학성, 내용매성 및 내유성과 같은 개선된 특성을 제공하기 위하여 아미노기 함유 실록산(Aminofunctional siloxan)을 더 포함할 수 있다.

상기 아미노 함유 실록산은 특별히 제한되는 것은 아니며, 일례로서 아미노메틸폴리디메틸실록산을 들 수 있으며, 그 사용량은 점토질 흙 100중량부 기준으로 3 내지 10중량부인 것을 추천한다.

또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물은 점토질 흙 100중량부 기준으로 10 내지 70중량부의 탈크를 더 포함할 수 있는데, 점토질 흙 100중량부에 대하여 함량이 10중량부 미만이면 내수성 향상 효과를 기대하기 어렵고, 함량이 30중량부를 초과하면 증점을 유발하기 때문에 좋지 않다.

상기 탈크는 백색도가 우수한 수화 마그네슘 실리케이트 광물로서 활석이라고도 불리는데, 탈크는 무기 광물이기 때문이 녹는점이 1400도로 불에 강하고 내수성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 인장강도 및 휨강도를 증가시켜 주는 효과가 있다.

또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물은 압축강도 및 휨강도 향상을 위하여 점토질 흙 100중량부 기준으로 1 내지 5중량부의 메타규산나트륨(Na₂SiO₃)을 더 포함할 수 있는데, 점토질 흙 100중량부에 대하여 함량이 1중량부 미만이면 유동성이 낮아지고 불규칙한 기포가 형성되며, 함량이 5중량부를 초과하면 유동성이 급격히 낮아져 경화시간 확보가 곤란하여 좋지 않다.

상기 메타큐산나트륨은 수화물도 있으나, 석영과 탄산나트륨의 혼합물을 1,000℃로 가열 융해하여 고체화시켜 만든 무수물도 사용될 수 있다.

또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물은 점도증진 및 부착력 강화를 위하여 점토질 흙 100중량부 기준으로 5 내지 10중량부의 알긴산 나트륨을 더 포함할 수 있는데, 점토질 흙 100중량부에 대하여 함량이 5중량부 미만이면 소수성이 저하되고, 함량이 10중량부를 초과하면 과도하게 점도가 상승되어 좋지 않다.

상기 알긴산 나트륨은(C₆H₈O₆)n으로 표시되는 다당류의 하나로서 카르복실기를 가지고 있으며, 다시마류를 소다회 처리하여 만들 수 있는데, 알긴산 나트륨 자체에 점성을 갖고 있어 이를 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물에 혼입되면 점도증진 및 부착력을 강화하게 된다.

또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물은 수분침투를 방지하여 내구성을 향상시키기 위해 점토질 흙 100중량부 기준으로 가교된 폴리아크릴레이트염 1 내지 10중량부를 더 포함할 수 있다.

상기 가교된 폴리아크릴레이트염은 조성물 내부의 공극을 채우게 되어 수분의 침투를 방지하게 되고 이에 따라 내부의 내구성을 증진시키는 역할을 하게 되는데, 상세하게는 상기 가교된 폴리아크릴레이트염은 아크릴레이트염의 중합체가 가교(crosslinking)된 물질을 말하며, 가교제로 아크릴산(Acrylic acid)이 포함된 아크릴산과 소듐아크릴레이트(sodium acrylate)의 공중합체로 이루어지며, 하기 (C₃H₄O₂.C₃H₃O₂Na)x의 분자식을 갖는다.

상기 구조로 이루어지는 가교된 폴리아크릴레이트염은 고분자 사슬 간의 가교결합(cross-linking)을 통한 3차원 망상구조 또는 단일 사슬구조에서 친수성기의 도입에 따라 가교된 폴리아크릴레이트염이 사용되면 수분 침투시 팽창하여 내부 공극을 채워 수분의 침투를 방지하고, 내구성을 증진시키게 된다.

또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 연약지반 보강 및 침하구조물 복원제 조성물은 조성물의 가교성을 향상시키기 위하여 점토질 흙 100중량부 기준으로 10 내지 30중량부의 트리에탄올 아민을 더 포함할 수 있다.

또 다른 양태로서, 본 발명에 따른 연약지반 보강 및 침하구조물 복원제 조성물은 조성물의 수밀성과 투수계수를 개선하기 위하여 점토질 흙 100중량부를 기준으로 0.1 내지 5중량부의 벤토나이트를 더 포함할 수 있는데, 벤토나이트가 0.1중량부 보다 적을 경우 효과가 미미하며, 5중량부를 초과할 경우 과량이 되어 물성을 저하시킬 수 있다.

또 다른 양태로서, 본 발명에 따른 연약지반 보강 및 침하구조물 복원제 조성물은 조성물의 겔타임 확보를 위하여 첨토질 흙 100중량부를 기준으로 0.1 내지 5중량부의 칼슘 플루오로 알루미네이트를 더 포함할 수 있는데, 칼슘 플루오로 알루미네이트는 C₁₁A₇CaF₂가 주요 구성 화합물로서, 사용량이 0.1중량부 보다 적을 경우에는 조성물의 겔화 시간이 길어지기 때문에 소기의 성과를 얻을 수 없으며, 5중량부를 초과할 경우 과다하게 겔화되어 작업성에 문제를 초래할 수 있다.

또 다른 양태로서, 본 발명에 따른 연약지반 보강 및 침하구조물 복원제 조성물은 조성물의 내부에 폴리머 필름을 형성하여, 휨, 인장 및 부착강도를 증진시킬 뿐만 아니라 폴리머 필름막으로 인하여 내구성을 개선하기 위하여 점토질 흙 100중량부를 기준으로 1 내지 5중량부의 스티렌-부파디엔 수지를 더 포함할 수 있는데, 사용량이 1중량부 보다 적을 경우에는 효과가 미미하며, 5중량부를 초과할 경우 과다하여 경제성이 떨어질 수 있다.

또 다른 양태로서, 본 발명에 따른 연약지반 보강 및 침하구조물 복원제 조성물은 조성물의 건조 수축을 방지하기 위하여 점토질 흙 100중량부를 기준으로 1 내지 5중량부의 알루민산 칼슘을 더 포함할 수 있는데, 알루민산 칼슘은 조성물에 포함되면 팽창성을 띠게 되어 건초수축을 방지하게 되는데, 사용량이 1중량부 보다 적을 경우에는 효과가 미미하며, 5중량부를 초과할 경우 과다하여 작업성을 저하 시킬수 있다.

또 다른 양태로서, 본 발명에 따른 연약지반 보강 및 침하구조물 복원제 조성물은 조성물의 충진성 및 내구성을 향상시키기 위하여 점토질 흙 100중량부를 기준으로 1 내지 5중량부의 플루오린화나트륨을 더 포함할 수 있는데, 플루오린화 나트륨은 1차적으로 충진제로서의 역할도 하지만, 2차적으로는 내구성을 향상시키는 역할을 하는 것으로, 상기와 같은 함량 범위에서 그 효과를 얻을 수 있다.

또 다른 양태로서, 본 발명에 따른 연약지반 보강 및 침하구조물 복원제 조성물은 조성물의 내구성 및 내알칼리성을 개선하기 위하여 점토질 흙 100중량부를 기준으로 1 내지 10중량부의 아크릴니트릴을 더 포함할 수 있는데, 사용량이 1중량부 보다 적을 경우에는 내구성 및 내알칼리성 개선 효과가 미미하며, 10중량부를 초과할 경우 점도가 높아져 작업성을 저하 시킬수 있다.

또 다른 양태로서, 본 발명에 따른 연약지반 보강 및 침하구조물 복원제 조성물은 조성물의 도포시 표면경화 및 도막의 형성을 용이하게 위하여 옥틸페놀 에톡실레이트를 더 포함할 수 있는데, 옥틸페놀 에톡실레이트는 에톡실화된 옥틸페놀 유도체로서 표면경화 및 도막 형성에 도움을 주는 것으로 그 사용량은 점토질 흙 100중량부를 기준으로 1내지 10중량부가 좋다.

또 다른 양태로서, 본 발명에 따른 연약지반 보강 및 침하구조물 복원제 조성물은 탄성력 향상과 충격흡수력 향상을 통하여 조성물의 내구성을 향상시키기 위하여 구아검을 더 포함할 수 있는데, 구아검은 천연수지로서 고유의 탄성력에 의해 조성물의 내구성 향상에 도움을 주는 것으로 그 사용량은 점토질 흙 100중량부를 기준으로 0.5내지 3중량부가 좋다.

또 다른 양태로서, 본 발명에 따른 연약지반 보강 및 침하구조물 복원제 조성물은 흡수성, 투과성 및 보습성을 향상시키기 위하여 음이온 변성스타치의 일종인 스타치 포스페이트 에스테르를 더 포함할 수 있는데, 그 사용량은 점토질 흙 100중량부를 기준으로 0.1내지 2중량부가 좋다.

또 다른 양태로서, 본 발명에 따른 연약지반 보강 및 침하구조물 복원제 조성물은 조성물의 균열발생을 억제하고, 접착력 및 내구성을 향상시키기 위하여 유변성 알키드 수지를 더 포함할 수 있는데, 그 사용량은 점토질 흙 100중량부를 기준으로 0.1내지 2중량부가 좋다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물을 이용한 시공방법을 설명하면 다음과 같다. 여기서, 하기 시공방법은 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물의 일 실시양태로서 이에 한정되지 않고, 당업계의 통상적인 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물을 이용한 시공방법이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.

본 발명에 따른 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물의 시공방법은 시공할 지반에 구멍(12)을 뚫는 지반천공단계; 및

상기 지반천공단계가 종료된 후 구멍(12)으로 보강 및 복원하고자 하는 지반까지 점토질 흙 100중량부 기준으로, 글리시딜 메타크릴레이트계 수지 10 내지 40중량부, 고분자 분말 수지 20 내지 50중량부, 골재 50 내지 1,000중량부, 실리케이트 10 내지 30중량부, 분산제 1 내지 10중량부, 결합제 2 내지 20중량부, 및 나노세라믹 입자 3 내지 15중량부를 포함하는 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물을 강제로 주입하는 주입단계; 및

상기 주입단계가 종료된 후 경화시키는 경화단계를 포함한다.

다른 한편으로 본 발명은, 상기 구멍(12)에 파이프를 끼워 지면에 박은 다음 이를 통해 조성물을 주입하고, 파이프 제거 후 구멍을 밀봉시키는 시공 방법도 가능하다.

다른 관점에서 본 발명은, 첨부된 도 1과 같이 구멍(12)을 천공하고, 이 구멍에 직접 조성물을 주입하거나, 상기 구멍에 주입 파이프를 끼워 조성물을 주입하되,

상기 조성물은 연약 지반의 각 틈새에 채워지면서 사방으로 연약 지반의 흙을 밀어 다짐이 이루어지도록 하고, 다짐 후 연약 지반의 안정화가 이루어지도록 다음, 상부로 점차 채워지고 팽창하여 연약 지반을 보강하고, 침하 구조물을 복원한다

이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 하기의 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

[실시예 1]

점토질과 모래가 7:3의 중량비율로 포함된 점토질 모래 100g, 에틸렌-글라시딜메타크릴레이트 코폴리머 20g, 스티렌이소프렌스티렌 25g, 약 25mm의 입경을 갖는 자갈 150g, 칼슘 실리케이트 15g, 수분산 폴리우레탄 분산제 5g, 에틸렌 디－스티렌 아크릴계 수지 10g 및 평균입경이 450nm인 실리콘카바이드 8g을 혼합하여 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물을 제조하였다.

[실시예 2]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 탄산칼슘 25g을 더 포함시켜 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물을 제조하였다.

[실시예 3]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 에틸렌 초산 비닐 5g을 더 포함시켜 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물을 제조하였다.

[실시예 4]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물에 불포화 폴리에스터 수지 7g을 더 부가하여 실시하였다.

[실시예 5]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물에 하임팩트폴리스티렌 15g을 더 부가하여 실시하였다.

[실시예 6]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물에 4-시아노바릭 산 25g을 더 부가하여 실시하였다.

[실시예 7]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물에 테트라에틸렌펜타민 4g을 더 포함시켜 실시하였다.

[실시예 8]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물에 아미노메틸폴리디메틸실록산 5g을 더 부가하여 실시하였다.

[실시예 9]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물에 탈크 20g을 더 부가하여 실시하였다.

[실시예 10]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물에 메타규산나트륨 3g을 더 포함시켜 실시하였다.

[실시예 11]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물에 알긴산 나트륨 8g을 더 부가하여 실시하였다.

[실시예 12]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물에 가교된 폴리아크릴레이트염 5g을 더 부가하여 실시하였다.

[실시예 13]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 트리에탄올 아민 15g을 더 부가하여 실시하였다.

[실시예 14]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 벤토나이트 3g을 더 부가하여 실시하였다.

[실시예 15]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 칼슘 플루오로 알루미네이트 3g을 더 부가하여 실시하였다.

[실시예 16]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 스티렌-부타디엔 수지 2g을 더 부가하여 실시하였다.

[실시예 17]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 알루민산 칼슘 2g을 더 부가하여 실시하였다.

[실시예 18]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 플루오린화나트륨 3g을 더 부가하여 실시하였다.

[실시예 19]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 아크릴니트릴 3g을 더 부가하여 실시하였다.

[실시예 20]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 옥틸페놀 에톡실레이트 7g을 더 부가하여 실시하였다.

[실시예 21]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 구아검 2g을 더 부가하여 실시하였다.

[실시예 22]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 스타치 포스페이트 에스테르 1g을 더 부가하여 실시하였다.

[실시예 23]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 유변성 알키드 수지 1g을 더 부가하여 실시하였다.

[비교예 1]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 점토질과 모래가 7:3의 중량비율로 포함된 점토질 모래 100g을 제외하여 실시하였다.

[비교예 2]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 스티렌이소프렌스티렌 25g을 제외하여 실시하였다.

[실 험]

실시예 및 비교예에 따라 제조된 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물을 경화시켜 압축강도, 휨강도 및 인장신율을 측정하여 표 1로 나타내었다.

	압축강도(kg/㎡)	휨강도(kg/㎡)	인장신율(%)
실시예 1	924	392	7.2
실시예 2	933	396	7.1
실시예 3	930	399	7.3
실시예 4	922	394	7.5
실시예 5	974	391	7.6
실시예 6	899	386	7.4
실시예 7	887	347	7.9
실시예 8	845	361	7.5
실시예 9	921	378	7.4
실시예 10	893	381	7.1
실시예 11	897	388	7.3
실시예 12	893	344	7.2
실시예 13	883	376	7.1
실시예 14	891	314	8.2
실시예 15	893	380	7.1
실시예 16	896	388	7.3
실시예 17	892	344	7.2
실시예 18	883	377	7.1
실시예 19	891	314	8.3
실시예 20	889	376	7.5
실시예 21	884	354	7.2
실시예 22	891	378	7.4
실시예 23	881	316	7.2
비교예 1	440	97	5.2
비교예 2	421	91	5.1

표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물을 사용한 실시예 1 내지 실시예 23은 비교예에 비하여 압축강도, 휨강도 및 인장신율 등의 물리적 특성이 좋음을 확인할 수 있었다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모두 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

1. 점토질 흙 100중량부 기준으로,
   에틸렌-글리시딜메타크릴레이트 코폴리머(EGMA), 에틸렌-부틸아크릴레이트-글리시딜메타크릴레이트 코폴리머(EBA-GMA) 또는 이들의 혼합물인 글리시딜 메타크릴레이트계 수지 10 내지 40중량부;
   고분자 분말 수지 20 내지 50중량부;
   골재 50 내지 1,000중량부;
   실리케이트 10 내지 30중량부;
   분산제 1 내지 10중량부;
   결합제 2 내지 20중량부; 및
   나노세라믹 입자 3 내지 15중량부를 포함하는 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물에,
   테트라에틸렌펜타민을 점토질 흙 100중량부 기준으로 2 내지 8중량부로 더 포함하고,
   아미노기 함유 실록산을 점토질 흙 100중량부 기준으로 3 내지 10중량부로 더 포함하며,
   메타규산나트륨을 점토질 흙 100중량부 기준으로 1 내지 5중량부로 더 포함하고,
   알긴산 나트륨을 점토질 흙 100중량부 기준으로 5 내지 10중량부로 더 포함하며,
   가교된 폴리아크릴레이트염을 점토질 흙 100중량부 기준으로 1 내지 10중량부로 더 포함하고,
   칼슘 플루오르 알루미네이트를 점토질 흙 100중량부 기준으로 0.1 내지 5중량부로 더 포함하며,
   플루오린화나트륨을 점토질 흙 100중량부 기준으로 1 내지 5중량부로 더 포함하고,
   아크릴니트릴을 점토질 흙 100중량부 기준으로 1 내지 10중량부로 더 포함하며,
   옥틸페놀 에톡실레이트를 점토질 흙 100중량부 기준으로 1 내지 10중량부로 더 포함하고,
   구아검을 점토질 흙 100중량부 기준으로 0.5 내지 3중량부로 더 포함하며,
   스타치 포스페이트 에스테르를 점토질 흙 100중량부 기준으로 0.1 내지 2중량부로 더 포함하고,
   유변성 알키드 수지를 점토질 흙 100중량부 기준으로 0.1 내지 2 중량부로 더 포함하는 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 시공할 지반에 구멍을 뚫는 지반천공단계; 및
   상기 지반천공단계가 종료된 후 천공으로 보강 및 복원하고자 하는 지반까지 점토질 흙 100중량부 기준으로, 에틸렌-글리시딜메타크릴레이트 코폴리머(EGMA), 에틸렌-부틸아크릴레이트-글리시딜메타크릴레이트 코폴리머(EBA-GMA) 또는 이들의 혼합물인 글리시딜 메타크릴레이트계 수지 10 내지 40중량부, 고분자 분말 수지 20 내지 50중량부, 골재 50 내지 1,000중량부, 실리케이트 10 내지 30중량부, 분산제 1 내지 10중량부, 결합제 2 내지 20중량부, 및 나노세라믹 입자 3 내지 15중량부를 포함하는 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물에, 테트라에틸렌펜타민을 점토질 흙 100중량부 기준으로 2 내지 8중량부로 더 포함하고, 아미노기 함유 실록산을 점토질 흙 100중량부 기준으로 3 내지 10중량부로 더 포함하며, 메타규산나트륨을 점토질 흙 100중량부 기준으로 1 내지 5중량부로 더 포함하고, 알긴산 나트륨을 점토질 흙 100중량부 기준으로 5 내지 10중량부로 더 포함하며, 가교된 폴리아크릴레이트염을 점토질 흙 100중량부 기준으로 1 내지 10중량부로 더 포함하고, 칼슘 플루오르 알루미네이트를 점토질 흙 100중량부 기준으로 0.1 내지 5중량부로 더 포함하며, 플루오린화나트륨을 점토질 흙 100중량부 기준으로 1 내지 5중량부로 더 포함하고, 아크릴니트릴을 점토질 흙 100중량부 기준으로 1 내지 10중량부로 더 포함하며, 옥틸페놀 에톡실레이트를 점토질 흙 100중량부 기준으로 1 내지 10중량부로 더 포함하고, 구아검을 점토질 흙 100중량부 기준으로 0.5 내지 3중량부로 더 포함하며, 스타치 포스페이트 에스테르를 점토질 흙 100중량부 기준으로 0.1 내지 2중량부로 더 포함하고, 유변성 알키드 수지를 점토질 흙 100중량부 기준으로 0.1 내지 2 중량부로 더 포함하는 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물을 강제로 주입하는 주입단계; 및
   상기 주입단계가 종료된 후 경화시키는 경화단계를 포함하는 연약지반 보강 및 침하구조물 복원에 관한 조성물의 시공방법.

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