KR101780188B1 - 하수관 주변 동공발생 예방용 기능성 유동화 뒷채움재 조성물 - Google Patents

하수관 주변 동공발생 예방용 기능성 유동화 뒷채움재 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 하수관 주변 동공발생 예방용 기능성 유동화 뒷채움재 조성물은, 산업부산물 결합재 100 중량부에 대하여 반응활성화 촉진제 5~20 중량부, 조기강도 발현제 0.1~12.5 중량부, 수축억제를 위한 팽창제 0.5~7.0 중량부, 유동성 확보를 위한 혼화제 0.1~2.5 중량부, 채움용 골재 200~800 중량부, 및 혼합수 100~300 중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 종래의 하수관용 뒷채움재로 활용되는 모래 및 토사 다짐공법의 문제점을 해소하여 자기충진, 자기다짐, 자기수평 등의 경제적 뒷채움 기능을 확보할 수 있다.

Description

하수관 주변 동공발생 예방용 기능성 유동화 뒷채움재 조성물{Composition of Controlled Low Strength Materials for preventing void around a sewage pipe}
본 발명은 하수관 주변 동공발생 예방용 기능성 유동화 뒷채움재 조성물에 관한 것으로서, 특히 모래 및 토사를 뒷채움재로 사용하는 종래 다짐공법의 문제점이 해소될 수 있도록 자기충진, 자기다짐, 자기수평 등의 기능성을 갖는 뒷채움재 조성물에 관한 것이다.
최근 사회적으로 이슈화 되고 있는 서울시 도로 함몰의 원인 중 85% 정도가 하수관의 손상으로 인해 발생하였으며, 하수관의 주된 손상 원인으로는 노후화로 인한 부식/균열, 굴착공사 후 뒷채움재의 다짐불량, 굴착장비에 의한 관 파손, 동결융해로 인한 지반이완 등이 있다.
특히 서울시의 경우 총 연장 10,392km에 이르는 하수관로 중 20년 이상 된 노후 관로의 비중이 73%에 이르러 노후 하수관의 결함으로 인한 지하동공 예방기술의 수요는 점차 증가할 것으로 예상된다.
한편 서울시는 상술한 문제점의 해결을 위하여 향후 4년간 약 1조200억원의 예산을 들여 노후 하수관로를 정비할 계획으로 이와 관련된 기능성 뒷채움재에 대한 수요 역시 지속적으로 증가할 것으로 예상된다.
상술한 바와 같이 하수관로의 파손은 지반함몰이 주요원인으로 작용하고 있으며, 지반함몰의 주요원인 중 하나는 하수관 주변 뒷채움재의 다짐불량 등의 부실시공에 기인한 것이다.
현재 하수관용 뒷채움 작업은 대부분 모래나 토사를 사용한 다짐공법이 적용되고 있으나, 도심 하수관의 경우 주거지역내 협소한 공간, 지장물이 인접한 지역에 매설되어 있어 하수관 신설 및 보수를 위한 굴착 시 소규모 작업공간 및 인접한 다양한 지장물로 인해 사실상 효율적인 기계 다짐이 불가능하며, 인접지반과 구조물의 영향으로 다짐효율이 크게 저하되어 매설 하수관 지반의 부등침하 발생, 관 손상에 따른 하수 유출에 따른 뒷채움재 유실 그리고 상기와 같은 원인들로 인한 도로함몰 발생의 주요 원인으로 작용하고 있다.
따라서 신규 하수관 매설 및 하수관로 파손으로 인한 긴급 굴착공사 시 제한된 공간 내에서 뒷채움 재료의 다짐문재 해결, 효율적인 작업성 확보를 위한 유동성 확보, 한정주입을 위한 가소성 확보, 유출수에 대한 저항성 확보 및 신속한 공사 완료를 위한 조기강도 확보 등의 기능성을 확보할 수 있는 하수관 주변 동공발생 예방용 유동화 뒷채움재의 제조기술이 절실한 실정이다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 종래의 하수관용 뒷채움재로 활용되는 모래 및 토사 다짐공법의 문제점을 해소하여 자기충진, 자기다짐, 자기수평 등의 경제적 뒷채움 기능을 갖는 하수관 주변 동공발생 예방용 기능성 유동화 뒷채움재 조성물을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 하수관 주변 동공발생 예방용 기능성 유동화 뒷채움재 조성물은, 산업부산물 결합재 100 중량부에 대하여 반응활성화 촉진제 5~20 중량부, 조기강도 발현제 0.1~12.5 중량부, 수축억제를 위한 팽창제 0.5~7.0 중량부, 유동성 확보를 위한 혼화제 0.1~2.5 중량부, 채움용 골재 200~800 중량부, 및 혼합수 100~300 중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 종래의 하수관용 뒷채움재로 활용되는 모래 및 토사 다짐공법의 문제점을 해소하여 자기충진, 자기다짐, 자기수평 등의 경제적 뒷채움 기능을 확보할 수 있다.

도 1은 일축 압축시험을 보여주는 도면;
도 2는 흐름 시험을 보여주는 도면이다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다.
본 발명의 하수관 주변 동공발생 예방용 기능성 유동화 뒷채움재는 산업부산물 결합재, 반응활성화 촉진제, 조기강도 발현제, 수축억제를 위한 팽창제, 유동성 확보를 위한 혼화제, 채움용 골재, 및 혼합수를 포함하여 이루어진다.
구체적으로는, 상기 산업부산물 결합재 100 중량부에 대하여 상기 반응활성화 촉진제 5~20 중량부, 상기 조기강도 발현제 0.1~12.5 중량부, 상기 팽창제 0.5~7.0 중량부, 상기 혼화제 0.1~2.5 중량부, 상기 채움용 골재 200~800 중량부, 및 상기 혼합수 100~300 중량부를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 산업부산물 결합재는 산업부산물을 이용하는 것을 말하는 데, 슬래그계 미분말과 애시계 미분말을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 이 때 상기 슬래그계 미분말 100중량부에 대하여 상기 애시계 미분말이 15~100중량부만큼 혼합 사용되는 것이 더욱 바람직하다.
상기 슬래그계 미분말로는 석탄가스화 복합발전 슬래그 및 고로슬래그 중에서 선택되는 어느 한 가지 이상을 사용하며, 상기 애시계 미분말로는 F급 플라이애시, C급 플라이애시, 및 제지애시 중에서 선택되는 어느 한 가지 이상을 사용한다.
상기 반응활성화 촉진제는 상기 산업부산물 결합재의 수화반응 유도 및 알칼리 자극을 위해 사용되는 것이다. 상기 반응활성화 촉진제로는 CaSO4, CaO, 및 Ca(OH)2 중에서 선택되는 어느 두 가지 이상을 동시에 사용하는 것이 바람직하다.
상기 조기강도 발현제는 다량의 CaO와 SO3의 함유로 발열특성 및 간극 중 침상결정에 의한 3차원 골격구조 형성특성으로 내부 조직의 치밀화를 통해 조기강도를 확보하기 위한 것이다.
상기 조기강도 발현제로는 황의 중화 화학공정에서 발생되는 티탄석고, 탄산칼륨, 및 황산소다 중에서 선택되는 어느 한 가지 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 팽창제는 뒷채움재의 수축 억제를 위해 사용되는 것인데, 수화반응에 따른 에트린자이트 또는 수산화칼슘의 생성으로 복합체의 수축에 의한 침윤 및 균열발생 억제제로서 CSA(Calcium Sulfoaluminate) 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 혼화제는 하수관 주변 동공발생 예방용 기능성 유동화 뒷채움재의 자기충진 및 수평성 확보를 위하여 미세공기의 연행 및 베어링 작용에 의해 기능성 뒷채움재의 유동성 확보를 위한 것이다.
상기 혼화제로는 폴리카본산계 AE제, 나프탈렌계 유동화제, 및 음이온계 계면활성제 중에서 선택되는 한 가지를 이상을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 채움용 골재로는 철강슬래그 골재, 석탄회 골재, 순환골재, 천연골재, 및 현장 발생토 중에서 선택되는 한 가지 이상을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 혼합수로는 일반적인 상수도, 지하수 등 뒷채움재의 물성에 해로운 영향을 주지 않은 것을 사용하는 것이 바람직하다.
<실시예1>
슬래그계 미분말 100중량부에 대하여 애시계 미분말 50중량부로 이루어진 산업부산물 결합재 100중량부에 대하여, 반응활성화 촉진제 5중량부, 조기강도 발현제 0.1중량부, 팽창제 3.5중량부, 혼화제 1.2중량부, 채움용 골재 400중량부, 혼합수 250중량부를 혼합하여 유동화 뒷채움재를 제조한다.
상기 유동화 뒷채움재의 혼합은 산업부산물 결합재, 반응활성화 촉진제, 조기강도 발현제, 팽창제, 혼화제를 믹서에 투입한 후 1차 건비빔을 실시하고, 1차 건비빔을 실시한 혼합물에 혼합수를 투입하여 혼합하는 1차 습비빔단계를 거쳐 최종 채움용 골재를 믹서를 투입하여 최종 비빔단계를 실시한다.
유동화 뒷채움재의 성능평가를 위한 시험은 재령별 일축압축강도와 흐름시험을 실시한다. 일축압축강도 시험은 지름과 높이의 비가 1:2를 갖는 원주형 공시체를 제작하여 재령 7일과 재령 28일에 일축압축강도를 측정하며, 유동성 평가를 위한 흐름 시험은 높이80mm*직경80mm의 원주형 관에 재료를 투입한 후 관을 인상하여 시료가 흘러퍼지는 직경을 측정하여 평가한다.
<실시예2>
슬래그계 미분말 100중량부에 대하여 애시계 미분말 50중량부로 이루어진 산업부산물 결합재 100중량부에 대하여, 반응활성화 촉진제 10.0중량부, 조기강도 발현제 6.0중량부, 팽창제 3.5중량부, 혼화제 1.2중량부, 채움용 골재 400중량부, 혼합수 250중량부를 혼합하여 유동화 뒷채움재를 제조한다.
<실시예3>
슬래그계 미분말 100중량부에 대하여 애시계 미분말 50중량부로 이루어진 산업부산물 결합재 100중량부에 대하여, 반응활성화 촉진제 20.0중량부, 조기강도 발현제 12.5중량부, 팽창제 3.5중량부, 혼화제 1.2중량부, 채움용 골재 400중량부, 혼합수 250중량부를 혼합하여 유동화 뒷채움재를 제조한다.
<비교예1>
슬래그계 미분말 100중량부에 대하여 애시계 미분말 50중량부로 이루어진 산업부산물 결합재 100중량부에 대하여, 반응활성화 촉진제 4.0중량부, 조기강도 발현제 0.05중량부, 팽창제 3.5중량부, 혼화제 1.2중량부, 채움용 골재 400중량부, 혼합수 250중량부를 혼합하여 유동화 뒷채움재를 제조한다.
<비교예2>
슬래그계 미분말 100중량부에 대하여 애시계 미분말 50중량부로 이루어진 산업부산물 결합재 100중량부에 대하여, 반응활성화 촉진제 21.0중량부, 조기강도 발현제 13.0중량부, 팽창제 3.5중량부, 혼화제 1.2중량부, 채움용 골재 400중량부, 혼합수 250중량부를 혼합하여 유동화 뒷채움재를 제조한다.
도 1은 일축압축시험을 보여주는 도면이고, 도 2는 흐름시험을 보여주는 도면이며, 표 1은 그 결과를 정리한 것이다.
　구 분 일축압축강도(MPa) 흐름값(mm) 비 고
재령7일 재령28일
실시예1 0.33 1.05 225
실시예2 0.45 1.21 220
실시예3 0.51 1.39 205
비교예1 0.24 0.79 260
비교예2 0.67 2.14 185
본 발명의 하수관 주변 동공발생 예방용 기능성 유동화 뒷채움재는 자기수평, 자기다짐 및 자기충진 등의 기능성을 발현하기 위하여 적정 유동성(흐름값)범위는 200~250mm이며, 일축압축강도는 조기 교통개방 또는 후속공정의 조기 진행을 위하여 재령 7일 일축압축강도는 0.3MPa이상을 성능 기준으로 하며, 재령 28일 일축압축강도는 하자보수시 기계굴착을 위하여 1.4MPa 이하를 성능기준으로 한다.
상기 실시예 및 비교예의 결과를 살펴보면, 반응활성화 촉진제 및 조기강도발현제가 각각 산업부산물 결합재 100중량부에 대하여 5중량부 및 0.1중량부 미만일 경우에는 재령 7일 일축압축강도가 0.3MPa 미만으로 급격히 저하되어 후속공정 진행을 위한 소정의 강도를 확보하지 못할 뿐 아니라 반응지연에 따라 과도한 유동성 및 재료분리가 발생되어 복합체로서의 균질성 확보가 어렵다.
또한 산업부산물 결합재 100중량부에 대하여 반응활성화 촉진제 및 조기강도발현제가 각각 20중량부 및 12.5중량부를 초과할 경우에는 산업부산물 결합재에 대한 과도한 알칼리 반응성 부여와 수화반응 촉진으로 인하여 기계를 이용한 재굴착가능 강도 상한치를 초과할 뿐 아니라 반응활성화에 따른 유동성(흐름값) 저하로 자기충진, 자기다짐 및 자기수평을 유지할 수 없게 된다.

Claims (7)

  1. 산업부산물 결합재 100 중량부에 대하여 반응활성화 촉진제 5~20 중량부, 조기강도 발현제 0.1~12.5 중량부, 수축억제를 위한 팽창제 0.5~7.0 중량부, 유동성 확보를 위한 혼화제 0.1~2.5 중량부, 채움용 골재 200~800 중량부, 및 혼합수 100~300 중량부를 포함하여 이루어지고,
    상기 산업부산물 결합재로는 슬래그계 미분말 100 중량부에 대하여 애시계 미분말 15~100 중량부가 혼합 사용되며, 상기 슬래그계 미분말로는 석탄가스화 복합발전 슬래그 및 고로슬래그 중에서 선택되는 어느 한 가지 이상을 사용하고, 상기 애시계 미분말로는 F급 플라이애시, C급 플라이애시, 및 제지애시 중에서 선택되는 어느 한 가지 이상을 사용하며,
    상기 반응 활성화 촉진제로는 CaSO4, CaO, 및 Ca(OH)2 중에서 선택되는 어느 두 가지 이상을 사용하며,
    상기 조기강도 발현제로는 티탄석고, 탄산칼륨, 및 황산소다 중에서 선택되는 어느 한 가지 이상을 사용하며,
    상기 팽창제로는 CSA(Calcium Sulfoaluminate) 분말을 사용하는 것을 특징으로 하는 하수관 주변 동공발생 예방용 기능성 유동화 뒷채움재 조성물.
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  6. 제1항에 있어서, 상기 혼화제는 폴리카본산계 AE제, 나프탈렌계 유동화제, 및 음이온계 계면활성제 중에서 선택되는 한 가지를 이상을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 하수관 주변 동공발생 예방용 기능성 유동화 뒷채움재 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 채움용 골재는 철강슬래그 골재, 석탄회 골재, 순환골재, 천연골재 및 현장 발생토 중에서 선택되는 한 가지 이상을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 하수관 주변 동공발생 예방용 기능성 유동화 뒷채움재 조성물.
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