KR101817125B1

KR101817125B1 - 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101817125B1
Application number: KR1020150162596A
Authority: KR
Inventors: 장수호; 이규필; 최순욱; 한진태; 이철호
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2015-11-19
Publication date: 2018-02-21
Also published as: KR20170058689A

Abstract

본 발명에 따르면, 지보재로 사용되는 분말형 박층 뿜칠 라이너(Thin Spray-on Liner) 조성물에 있어서, 폴리머(Polymer); 콜레마나이트(Colemanite); 옥산살(Oxalic acid); CSA(Calcium sulfo aluminate); 무수석고(Anhydrous gypsum); OPC(ordinary Portland cement); 및 웰란검(Welan gum);을 포함하는 것을 특징으로 하는 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물이 제공된다.

Description

분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물 및 그 제조방법{Thin spray-on liner for a tunnel support menber}

본 발명은 토목 기술 분야에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사면 및 터널면의 주지보재로 사용되는 숏크리트를 대용하여 사용할 수 있는 새로운 주지보재 조성물에 관한 것이다.

지보재란 굴착에 의해 형성되는 구조물의 굴착시의 안전성 증대를 위해 설치되는 숏크리트, 록볼트 및 강지보재 등을 말한다.

지보재는 숏크리트, 록볼트, 강지보재로 구성되는 주지보재와 굴착의 용이성 및 안전성 증징을 목적으로 주지보재에 추가하여 시공되는 강봉, 주입재, 강관 등의 보조지보재로 구분될 수 있다.

여기서 주지보재로 사용되는 숏크리트는 압축공기를 이용하여 굴착된 지반면에 뿜어 붙여지는 모르타를 또는 콘크리트를 말한다.

숏크리트는 지반의 이완을 방지하여 원지반의 강도를 유지하고, 콘크리트 아치로서 하중을 분담하며, 응력의 국부적인 집중을 방지하고, 암괴의 이동 및 낙반을 방지하며, 굴착면의 풍화를 방지하는 역할을 수행한다.

그러나 숏크리트는 불량한 지반조건에서는 타설량이 증가되어 시공의 경제성 및 시공성을 저하시키고, 시공시 20% 이상의 리바운드 및 다량의 분진이 발생되어 재료의 손실률이 높고 탈락된 강섬유 등의 폐기물의 처리문제가 발생된다.

또한, 급결성의 확보를 위해 급결제의 사용이 필수적이어서, 급결제에 의한 장기강도 및 내구성의 저하 문제 및 알칼리 성분의 급결제에 의한 작업환경의 저하 문제를 수반하고 있다.

또한, 급결제의 알칼리 성분에 의해 숏크리트의 내구성이 약화되고 지하수에 의해 용출된 알칼리 성분에 의해 지하수의 PH가 증대되고 터널 배수관의 폐색 현상이 발생됨과 아울러 해저터널의 경우에는 염해로 인한 더 큰 문제의 발생의 우려가 존재하는 실정이다.

본 발명은 상술된 숏크리트의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 불량한 지반조건 하에서도 타설량을 감소시켜 터널 시공의 시공성 및 경제성을 개선할 수 있는 주지보재 용도의 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 양생시간이 짧고 부착강도가 강하여 재료의 리바운드 및 낙반을 방지할 수 있는 주지보재 용도의 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 시공시 분진과 리바운드량을 최소한으로 하여 시공성을 높일 수 있는 주지보재 용도의 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 지하수 누수 문제에 대응할 수 있는 차수재로서의 역할을 수행함과 아울러 해저터널에서의 염해에 대한 저항성이 높은 주지보재 용도의 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물을 제공함에 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 지보재로 사용되는 분말형 박층 뿜칠 라이너(Thin Spray-on Liner) 조성물에 있어서, 폴리머(Polymer); 콜레마나이트(Colemanite); 옥산살(Oxalic acid); CSA(Calcium sulfo aluminate); 무수석고(Anhydrous gypsum); OPC(ordinary Portland cement); 및 웰란검(Welan gum);을 포함하는 것을 특징으로 하는 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물이 제공된다.

여기서, 상기 폴리머는, EVA copolymer 또는 PVAc-Latex 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물일 수 있다.

또한, 상기 폴리머(Polymer)의 중량%는 조성물의 총 중량에 대비하여 65 중량%인 것을 특징으로 하는 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물일 수 있다.

또한, 상기 콜레마나이트(Colemanite)의 중량%는 조성물의 총 중량에 대비하여 2 중량%인 것을 특징으로 하는 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물일 수 있다.

또한, 상기 옥산살(Oxalic acid)의 중량%는 조성물의 총 중량에 대비하여 1 중량%인 것을 특징으로 하는 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물일 수 있다.

또한, 상기 CSA(Calcium sulfo aluminate)의 중량%는 조성물의 총 중량에 대비하여 16 중량%인 것을 특징으로 하는 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물일 수 있다.

또한, 상기 무수석고(Anhydrous gypsum)의 중량%는 조성물의 총 중량에 대비하여 6 중량%인 것을 특징으로 하는 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물일 수 있다.

또한, 상기 OPC(ordinary Portland cement)의 중량%는 조성물의 총 중량에 대비하여 9 중량%인 것을 특징으로 하는 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물일 수 있다.

또한, 상기 웰란검(Welan gum)의 중량%는 조성물의 총 중량에 대비하여 1 중량%인 것을 특징으로 하는 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물일 수 있다.

본 발명에 따르면, 불량한 지반조건 하에서도 타설량을 감소시켜 터널 시공의 시공성 및 경제성을 개선할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 양생시간이 짧고 부착강도가 강하여 재료의 리바운드 및 낙반을 방지할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 시공 시 분진과 리바운드량을 최소한으로 하여 시공성을 높일 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따르면 지하수 누수 문제에 대응할 수 있는 차수재로서의 역할을 수행함과 아울러 해저터널에서의 염해에 대한 저항성이 높은 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 최적 조성비를 실험하기 위한 예비시험 조건을 나타내는 표.

도 2는 도 1의 예비시험 조건에 따른 인장강도 결과 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 두 가지 조성물(N1, N2)의 배합비를 나타내는 표.
도 4는 본 발명에 따른 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 성능평가용 시험체 제작방법을 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 재령 7일 인장강도를 나타내는 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 재령 28일 부착강도를 나타내는 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 재령 28일 압축강도를 나타내는 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 재령 28일 부착강도를 나타내는 타 조성물과의 비교 그래프.
도 9는 본 발명에 따른 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 재령 28일 부착강도를 나타내는 응력- 변형률 곡선 그래프.
도 10은 본 발명에 따른 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 선형블록지지시험법을 나타내는 도면.
도 11은 본 발명에 따른 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 비중첩전단시험법을 나타내는 도면.
도 12는 본 발명에 따른 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 LBS 시험법을 나타내는 도면.
도 13은 본 발명에 따른 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 LBS 시험법에 다른 결과 그래프
도 14는 본 발명에 따른 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 GSL 시험법에 다른 결과 그래프
도 15는 본 발명에 따른 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 안전율을 나타내는 그래프
도 16은 본 발명에 따른 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 EFNARC(2008)의 TSL의 등급을 나타내는 표

본 발명에 따른 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부된 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 이하 사용되는 제1, 제2 등과 같은 용어는 동일 또는 상응하는 구성 요소들을 구별하기 위한 식별 기호에 불과하며, 동일 또는 상응하는 구성 요소들이 제1, 제2 등의 용어에 의하여 한정되는 것은 아니다.

또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.

본 발명의 설명에서 사용되는 구성물의 명칭은 영문의 IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry) 명칭을 사용한다.

상술된 숏크리트의 문제점의 해결을 위한 대안으로 박층 뿜칠 라이너(Thin Spray-on Liner, 이하 TSL)가 사용된바 있다.

박층 뿜칠 라이너는 폴리머(polymer) 유기화합물의 기반 재료를 바탕으로 암반 보강과 차수를 위해 암반 표면에 뿜어 붙여지는 피복재이다.

TSL은 암반면에 대한 부착강도, 인장강도 등의 재료적인 특성이 우수하고 신속한 지보효과를 발휘하므로 자원개발 분야에서 숏크리트와 철망을 대체하기 위한 지보재로 적용되고 있다. 특히, 일반적인 TSL의 타설 두께는 3~5 mm이며 최대 10 mm미만으로서 숏크리트와 비교할 때 두께가 매우 얇은 것이 특징이다.

또한 TSL은 레디믹스(ready-mix)형태로 포장되어 타설장비의 호퍼(hopper)에 투입되기 때문에 숏크리트와 달리 배치플랜트(batch plant)가 필요 없으며, 낮은 압력의 압축공기로도 타설시공이 가능하기 때문에 타설장비도 매우 소형이다. 또한 암반면에 대한 부착력이 우수하기 때문에 타설 중의 분진과 리바운드를 저감시키고 암반 붕락과 누수를 방지할 수 있다는 장점을 가지고 있다.

또한, 기능에 따라서 TSL은 지보재로서의 활용뿐만 아니라, 암반의 풍화 등의 방지하기 위한 코팅재(비구조체)로서 활용되거나 굴착 암반면에 대한 뿜칠 방수재(sprayable waterproofing membrane)로도 활용될 수 있다.

그러나 폴리머 재료를 사용하기 때문에 TSL의 재료적인 단가는 숏크리트와 비교할 때 고가이며, 타설 두께가 두꺼울 경우에는 경제적인 측면뿐만 아니라 폴리머 재료로부터의 감수(dewatering)가 원활히 이루어지지 않기 때문에 조기에 지보성능을 발현하기 어려울 수 있다.

무엇보다도 TSL의 재료제작과 관련된 연구논문이나 특허 등이 거의 공개되지 않은 상황으로서 일부 외국 제작사에서만 TSL을 상용화하여 판매하고 있는 실정이다.

이에 본 발명은 국산화된 TSL의 개발 및 상용화를 위해 분말형 TSL의 구체적인 조성물 및 조성비를 제공하고자 한다.

TSL을 재료적인 혼합방식에 따라 구분하면 분말 1성분, 분말과 액상이 혼합되는 2성분, 그리고 2가지의 다른 액상이 혼합되는 2성분으로 구분할 수 있다.

일반적으로 2성분 액상, 분말 재료의 경우에는 분말 성분을 혼합하기 전에 액상 성분을 먼저 믹서에 투입하며, 분말 1성분의 경우에는 시멘트계 재료를 첨가하기 전에 물과 분말 폴리머를 먼저 배합해야 한다.

고가의 액상 2성분 TSL을 사용하게 되면 응결이 빠르고 분진과 리바운드를 극소화할 수 있다는 장점은 있으나, 재료적인 개발이 분말과 비교할 때 상대적으로 어렵고 경제적인 측면에서 불리하기 때문에 본 발명에서는 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 제공을 그 목표로 한다.

본 발명에서는 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 최적 재료배합 조건을 도출하고자, Chang et al. (2013)이 해외의 2개 TSL 재료에 수행한 성분분석 결과를 바탕으로 총 11개의 시험배합을 1차적으로 선정하였고 그 가운데 비교적 상대적으로 배합효율이 양호하였던 총 4개의 배합조건을 예비시험 조건으로 선정하였다(도 1).

예비 배합시험에서는 폴리머의 함량을 60~65%로 변화시켰으며 조기강도 발현을 촉진하기 위해 CSA(Calcium Sulfo-Aluminate)와 무수석고(anhydrous gypsum)를 첨가하였다.

또한 TSL의 성능 발현을 위한 보조 재료로서 폴리머 유화제인 콜레마나이트(colemanite), 증점제인 웰란검(Welan gum), 강도 보정용 혼화제인 옥살산(oxalic acid) 등을 소량 첨가하였다. 무기질 결합경화제로는 일반포틀랜드시멘트(OPC)와 알루미나시멘트를 첨가하였다.

도 1에서의 배합조건 H의 경우에는 알루미나시멘트 성분을 1%로 줄이는 대신에 숏크리트의 고성능화를 위해 실리카퓸(silica fume)의 대체 재료로 사용되고 있는 HPA(High-Performance Admixture)를 25%로 치환하여 시험을 실시하였다.

분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 여러 가지 역학적 특성을 평가하기 위한 시험방법들 가운데 가장 대표적인 직접인장시험(ASTM D638)을 도 1의 예비 배합시험 조건들에 대해 실시하였다. 시험결과, 2개의 외국산 TSL재료(도 2의 T 및 M)와 비교할 때 7번, 9번 및 10번 배합조건에 대해서는 연성(ductility)을 보다 향상시킬 필요가 있는 것으로 나타났다.

배합조건 H의 경우에는 상대적으로 파괴 후의 연성 특성은 크게 나타났으나 인장강도가 가장 낮게 평가되었다(도 2, 1a). 반면, 7번, 9번 및 10번 시험배합 조건들의 재령 28일 인장강도는 외국산 TSL 재료 가운데 T의 경우와 유사하였으나, 모든 예비 배합조건들이 EFNARC(2008)에서 지보재 용도의 TSL에 대해 규정하고 있는 재령 7일 최소 인장강도인 2 MPa 미만을 발현하는 것으로 나타나 요구성능을 만족하지 못하였다(도 2, 1b).

상술된 바와 같이 수행된 예비 배합시험 결과로부터, 조기재령의 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 인장강도와 연성 특성을 향상시킬 필요가 있음을 확인하였다.

따라서 본 발명에서는 이를 보완한 2가지의 시작품 배합조건을 도 3과 같이 도출하였다. 이때 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 연성 향상을 위하여 폴리머의 함량을 65%로 증가시켰으며, 재령 7일의 인장강도를 증가시키기 위하여 시멘트, CSA 및 무수석고의 배합비를 수정하였다.

특히, N2 배합조건과 비교할 때 N1 시작품 배합조건에 대해서는 시멘트 비율을 1% 증가시켰고 점도 향상을 위해 웰란검을 1%로 적용하였다. N2 시작품 배합조건의 경우에는 조기 인장강도 향상을 위해 CSA의 사용비율을 상대적으로 2% 증가시키는 대신, CSA로 인해 재료의 가사시간(pot life)이 짧아지므로 증점제인 웰란검과 강도 보정용 혼화제인 옥살산을 사용하지 않았다. 또한 인성 향상을 위해 폴리머 유화 및 가교 역할을 위한 콜레마나이트의 사용량을 N2 시작품 배합조건에서 1% 증가시켰다.

이하 본 발명에 따른 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 성능평가 결과에 대하여 설명한다.

분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 역학적 특성을 평가하기 위한 다양한 시험방법들이 제시 및 시도되고 있지만(Stern etl al., 2007, Yilmaz, 2007), EFNARC(2008)에서 제시하고 시험방법들을 제외하면 표준화된 시험방법은 없으며 관련 시험결과들도 좀처럼 공개되지 않고 있다.

따라서 본 발명에서는 Han et al.(2013)이 TSL의 지보 성능을 평가하기 위해 수행하였던 EFNARC(2008)의 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물 지지력 평가 시험방법, 직접인장시험 및 부착강도를 측정하기 위한 인발시험에 의해 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 특성을 평가하고자 하였다.

이와 더불어 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물에 의한 암반의 구속효과를 모사하기 위한 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물 코팅 시험편의 압축시험(TSL coated core compression test)을 병행하였다(Archibald, 2004; Chang et al., 2013; Han et al., 2013).

본 발명에서 도출한 2가지(N1, N2)의 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 시작품은 분말형인 관계로 분말 재료와 물을 중량비 기준으로 2:1의 비율로 혼합하여 시험체들을 제작하였다.

반면, 앞서 비교 대상으로 선정하였던 2개의 외국 박층 뿜칠 라이너 조성물 재료 가운데 T제품이 상대적으로 우수한 지보력을 발현하는 것으로 선행 연구로부터 분석되었다(Han et al., 2013). 따라서 본 연구에서는 외국산 박층 뿜칠 라이너 조성물 재료인 T제품을 본 연구의 시작품에 대한 성능 비교 대상으로 선정하였다. T제품은 라텍스계(latex) 폴리머가 포함된 액상과 분말로 이루어진 2성분계 제품으로서 본 연구의 시작품과 달리 물을 혼합하지 않고 액상과 분말 재료들만을 혼합하여 시험체들을 제작하였다. 또한 모든 시험방법들에 대해 EFNARC(2008)에서 제시하고 있는 바와 같이 박층 뿜칠 라이너 조성물의 두께를 3 mm로 일정하게 하여 시험체들을 제작하였다. 이상과 같이 제작된 시험체들을 사용하여 각 시험방법별로 재령 7일, 14일 및 28일 조건에서 최소 3회 이상의 시험을 실시하고 그 결과들을 분석하였다(도 4).

가. 직접인장강도 측정결과

본 발명에서 도출된 두 가지(N1, N2) 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물 시작품 배합조건의 재령 7일 인장강도는 EFNARC(2008)에서 규정하고 있는 2 MPa을 크게 상회하는 것으로 나타났다. 특히, 모든 재령에서 비교 대상으로 설정한 외국산 T제품보다도 월등한 인장강도를 발현하였다(도 5).

나. 부착강도 측정결과

두 가지(N1, N2)의 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물 시작품 배합조건 및 외국산 T제품 모두 EFNARC(2008)에서 제시하고 있는 재령 28일 부착강도인 1 MPa를 크게 상회하였다. 특히, 재령 7일에 EFNARC(2008)의 재령 28일 부착강도 기준을 상회하였다(Fig. 5). 본 연구에서 검토된 세 가지 재료 가운데 N1 시작품 배합의 부착력이 가장 우수한 것으로 나타났으며, 특히, N1이 부착된 부착면(모르타르)가 떨어져 나올 정도로 높은 부착강도가 발현되었음을 확인할 수 있다(도 6).

다. TSL 코팅 압축시험 결과

박층 뿜칠 라이너 조성물로 코팅이 되지 않은 비교 대상 시험체(reference)로서 설계강도가 40 MPa인 모르타르를 제작하였으며, 실제 재령 28일의 평균 압축강도는 약 50 MPa로 나타났다. 이와 같이 제작된 모르타르에 두께 3 mm로 TSL 재료를 피복한 후 재령별로 압축시험을 실시한 결과, 재령 경과에 따라 코팅을 하지 않은 모르타르 시험체들과 비교할 때 본 발명에 따른 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 구속력(confinement)에 의해 압축강도의 증진 효과가 뚜렷하게 나타났다(도 7).

특히, 본 발명에 따른 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물에 의한 구속효과로 인해 재령 7일에 무코팅 모르타르 시험체의 재령 28일 평균 압축강도를 상회하였으며, 재령 28일에는 무코팅 모르타르 압축강도 대비 155% 이상의 강도 증진효과가 확인되었다(도 8). 또한 본 발명에 따른 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 구속력으로 인해 코팅 시료의 강성이 무코팅 시료 대비 크게 향상되었음을 응력-변형률 곡선으로부터도 확인할 수 있었다(도 9).

라. TSL의 지지력 평가시험 결과

EFNARC(2008)에서는 박층 뿜칠 라이너의 지지력을 평가하기 위한 시험방법으로서, 선형블록지지시험(Linear Block Support Test, 이하 LBS시험)과 비중첩전단시험(Gap Shear Load Test, 이하 GSL시험)을 제시하고 있다. LBS시험은 록볼트 설치 간격 사이에서의 낙반 형상을 기하학적으로 단순화하여 TSL의 지지력을 추정하기 위한 방법으로서, 암반 블록에 하중이 가해져서 궁극적으로 TSL과 암반 블록 사이에서 부착 파괴(debonding)가 발생하는 현상을 모사한 것이다(도 10). 반면, GSL시험은 TSL과 암반 블록 사이에서 부착 파괴가 발생하지 않고 순수하게 전단응력에 의해서 파괴가 발생하는 조건의 고유 지지력을 평가하기 위한 것이다(도 11).

본 발명에서 도출된 두 가지의 TSL 시작품(N1, N2) 배합과 외국산 재료에 대해 재령별로 6개씩의 시험체를 제작하여, LBS시험과 GSL시험에 각각 3개씩 사용하였다. 시험시에는 TSL이 하부에 위치하도록 하여 EFNARC에서 제시한 시험 지그(jig)에 고정시킨 후, 파괴 시까지 중간 모르타르 블록에 압축 하중을 16 mm/min의 변위속도로 재하 하였다. GSL시험 시에는 시험 지그의 하단 블록과 좌우측 모르타르 블록 사이에 틈이 없도록 시험체를 설치한 반면, LBS시험 시에는 블록 사이의 0.3 cm 틈을 포함하여 지간(span)이 12.6 cm이 되도록 시험체를 설치하였다(도 12).

LBS시험을 실시한 결과, 재령 28일에 5 kN/m 이상으로 규정하고 있는 EFNARC(2008) 기준을 재령 7일에 모두 상회하였으며, 특히 N1 시작품 배합의 선형 내하력(linear load resistance)이 가장 우수한 것으로 나타났다(도 13). 또한 TSL과 암반 블록 사이에서 부착 파괴가 발생하지 않고 순수 전단파괴가 발생하는 조건을 모사하여 TSL의 고유 지지력을 평가하기 위한 GSL시험에서도 전반적으로 N1 시작품 배합의 지지력이 가장 크게 나타났다(도 14).

ENNARC(2008)에서는 이상과 같은 LBS시험 및 GSL시험에서 얻어진 선형 내하력의 비율을 다음의 [식 1]과 같이 TSL의 안전율로 제시하고 있다.

[식 1]

여기서

는 TSL의 안전율,

과

는 각각 GSL 및 LBS 시험으로부터 측정된 선형 내하력이다.

즉, [식 1]로부터 GSL시험의 내하력이 LBS시험의 내하력보다 상대적으로 커야 TSL의 안전율 측면에서 유리하다는 것을 알 수 있다. 이것은 TSL에서 파단이 발생하지 않고 부착 파괴가 발생하면 해당 TSL의 두께가 충분한 것으로 EFNARC(2008)에서 고려하고 있기 때문이다. 따라서 GSL시험과 LBS시험에서 얻어진 내하력의 상대적인 비율을 안전율로 정의하는 것이다.

도 14의 측정결과로부터 [식 1]에 의해 TSL의 안전율을 산정한 결과, 모든 재료에 대해 안전율이 1이상으로 나타났다.

마. 종합

EFNARC(2008)에서는 TSL의 등급을 Class S와 Class B로 구분하고 있다. 여기서 Class S는 영구적인 지보재와 코팅재로 사용할 수 있는 TSL을 의미하며, Class B는 비구조체인 풍화 방지용 코팅재로만 사용할 수 있는 TSL을 의미한다.

본 발명의 성능평가 결과에 따르면, 분말형 TSL인 N1 시작품 배합은 Class S의 TSL 성능기준을 모두 충족한 반면, N2 시작품 배합은 인장시험에서 파괴 시의 신장율 기준을 만족하지 못하여 Class B로 구분되었음을 알 수 있다(도 16).

따라서, N1 배합에 따른 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물은 본 연구의 비교대상인 외국산 TSL재료와 비교하여 상대적으로 큰 인장강도와 부착강도를 발현하는 등 모든 EFNARC 기준들을 만족하여 영구적인 지보재로 활용이 가능한 것으로 나타났다.

따라서, N1의 배합비를 본 발명에 따른 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물 및 조성비로 제시하고자 한다.

구체적으로, 본 발명에 따른 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물은 폴리머(Polymer), 콜레마나이트(Colemanite), 옥산살(Oxalic acid), CSA(Calcium sulfo aluminate), 무수석고(Anhydrous gypsum), OPC(ordinary Portland cement) 및 웰란검(Welan gum)을 구성으로 포함한다.

여기서 폴리머는, EVA copolymer 또는 PVAc-Latex 중 어느 하나로 구성될 수 있다.

상술된 N1 배합비에서 제시된 바와 같이 폴리머(Polymer)의 중량%는 조성물의 총 중량에 대비하여 65 중량%, 콜레마나이트(Colemanite)의 중량%는 조성물의 총 중량에 대비하여 2 중량%, 옥산살(Oxalic acid)의 중량%는 조성물의 총 중량에 대비하여 1 중량%, CSA(Calcium sulfo aluminate)의 중량%는 조성물의 총 중량에 대비하여 16 중량%, 무수석고(Anhydrous gypsum)의 중량%는 조성물의 총 중량에 대비하여 6 중량%, OPC(ordinary Portland cement)의 중량%는 조성물의 총 중량에 대비하여 9 중량%, 웰란검(Welan gum)의 중량%는 조성물의 총 중량에 대비하여 1 중량%인 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 제조방법을 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 제조방법은, 폴리머(Polymer)를 투입하는 제1 단계(S100), 제1 단계(S100) 이후에 웰란검(Welan gum)를 투입하는 제2 단계(S200), 제2 단계(S200) 이후에 옥산살(Oxalic acid)를 투입합는 제3 단계(S300), 제3 단계(S300) 이후에 콜레마나이트(Colemanite)를 투입하는 제4 단계(S400), 제4 단계(S400) 이후에 무수석고(Anhydrous gypsum)를 투입하는 제5 단계(S500), 제5 단계(S500) 이후에 CSA(Calcium sulfo aluminate)를 투입하는 제6 단계(S600) 및 제6 단계(S600) 이후에 OPC(ordinary Portland cement)를 투입하는 제7 단계(S700)를 포함할 수 있다.

상술된 바와 같이 재료의 투입 순서가 규정된 이유는 밀도가 낮은 재료부터 높은 재료 순으로 투입되도록 하기 위함이다.

즉, 밀도가 낮은 재료를 먼저 투입하고 밀도가 높은 재료를 투입하여야 밀도가 낮은 재료의 비산을 방지하고 밀도차에 의한 자연 혼합을 유도할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 재료들의 밀도는 하기와 같다.

polymer(0.5g/㎤)

welan gum(1.45g/㎤)

옥살산(1.9g/㎤)

colemanite(2.42g/㎤)

무수석고(2.89g/㎤)

CSA(2.98g/㎤)

OPC(3.15g/㎤)

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

S100 : 제1 단계
S200 : 제2 단계
S300 : 제3 단계
S400 : 제4 단계

Claims

지보재로 사용되는 분말형 박층 뿜칠 라이너(Thin Spray-on Liner) 조성물에 있어서,
폴리머(Polymer);
콜레마나이트(Colemanite);
옥살산(Oxalic acid);
CSA(Calcium sulfo aluminate);
무수석고(Anhydrous gypsum);
OPC(ordinary Portland cement); 및
웰란검(Welan gum);을 포함하되,
상기 폴리머(Polymer)의 중량%는 조성물의 총 중량에 대비하여 65 중량%인 것을 특징으로 하는 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물.
제1항에 있어서,
상기 폴리머는,
EVA copolymer 또는 PVAc-Latex 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물.
삭제
제1항에 있어서,
상기 콜레마나이트(Colemanite)의 중량%는 조성물의 총 중량에 대비하여 2 중량%인 것을 특징으로 하는 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물.
제4항에 있어서,
상기 옥살산(Oxalic acid)의 중량%는 조성물의 총 중량에 대비하여 1 중량%인 것을 특징으로 하는 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물.
제5항에 있어서,
상기 CSA(Calcium sulfo aluminate)의 중량%는 조성물의 총 중량에 대비하여 16 중량%인 것을 특징으로 하는 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물.
제6항에 있어서,
상기 무수석고(Anhydrous gypsum)의 중량%는 조성물의 총 중량에 대비하여 6 중량%인 것을 특징으로 하는 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물.
제7항에 있어서,
상기 OPC(ordinary Portland cement)의 중량%는 조성물의 총 중량에 대비하여 9 중량%인 것을 특징으로 하는 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물.
제8항에 있어서,
상기 웰란검(Welan gum)의 중량%는 조성물의 총 중량에 대비하여 1 중량%인 것을 특징으로 하는 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물.
제1항의 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 제조방법에 있어서,
상기 폴리머(Polymer)를 투입하는 제1 단계(S100);
상기 제1 단계(S100) 이후에, 상기 웰란검(Welan gum)를 투입하는 제2 단계(S200);
상기 제2 단계(S200) 이후에, 상기 옥살산(Oxalic acid)를 투입합는 제3 단계(S300);
상기 제3 단계(S300) 이후에, 상기 콜레마나이트(Colemanite)를 투입하는 제4 단계(S400);
상기 제4 단계(S400) 이후에, 상기 무수석고(Anhydrous gypsum)를 투입하는 제5 단계(S500);
상기 제5 단계(S500) 이후에, 상기 CSA(Calcium sulfo aluminate)를 투입하는 제6 단계(S600); 및
상기 제6 단계(S600) 이후에, 상기 OPC(ordinary Portland cement)를 투입하는 제7 단계(S700);를
포함하는 것을 특징으로 하는 분말형 박층 뿜칠 라이너 조성물의 제조방법.