KR101958356B1 - Synthetic fiber shotcrete composition with high strength spiral fiber composite - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 숏크리트를 배합함에 있어 고강력 Helix 구조를 가진 섬유복합체를 적정 배합비로 배합하여 휨강도, 휨인성이 우수한 것은 물론 분산성이 우수하여 낮은 슬럼프에서도 분사가 가능하며, 분사시 리바운드율이 저하되어 섬유 분포의 균일성으로 인해 내구성이 우수한 터널 등 구조물의 조성이 가능한 고강력 Helix 구조의 섬유 복합체가 혼합된 합성섬유 숏크리트 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a blend of shotcrete with a fiber composite having a high-strength Helix structure at an appropriate blending ratio, and has excellent bending strength and flexural toughness as well as excellent dispersibility and can be sprayed even at a low slump, The present invention relates to a synthetic fiber shotcrete composition comprising a fiber composite of a high-strength Helix structure capable of forming a structure such as a tunnel having excellent durability due to uniformity of fiber distribution.
최근 들어, 사회기반시설 확충의 필요성 및 국토 이용의 효율성을 위하여 지상 환경을 보존하고 국토의 효율적인 활용을 위하여 지하철, 도로, 국철 및 고속철도 공사 등에서 터널 및 지하 공간의 건설공사가 증가하고 규모의 장대화 및 단면의 대형화와 시공심도도 깊어지고 있는 추세에 있다.Recently, in order to preserve the ground environment and to utilize the land efficiently, the construction of tunnels and underground spaces in subways, roads, national railways, And the cross-section is becoming larger and the depth of construction is becoming deeper.
이와 같이, 대형화되는 지하공사의 일환으로 터널시공, 댐공사 또는 지하구조물 공사에 사용되는 공법은 TBM공법(Tunnel Boring Machine), NMT공법(Norwegian Method of Tunnelling) NATM공법(New Austrian Tunnelling Method)이 있으나, 주로 사용되는 공법은 NATM 공법으로, 이는 단순한 굴착, 지보공의 수단, 지보공의 설치 순서 등이 아닌 현실에 맞게 판단하는 지반 거동의 제 원칙에 따라 시공하는 것으로, 터널을 구성하는 주체가 주변 지반이고 지보공은 지반 본래의 강도를 유지하고 보강하는 수단으로 생각하는 개념이며, 강재지보, 락볼트와 숏크리트를 지보재로 사용하고 암반 굴착 직후 원지반의 지지능력을 최대로 활용하여 지반을 안정화함으로써 터널의 안정성을 유지시키는 것으로 굴착면을 안정화하는 굴착면 안정화 공법이다.Tunnel boring machine, NMT method (New Method of Tunneling), NATM method (New Austrian Tunneling Method) are used for tunnel construction, dam construction or underground structure construction, , The most commonly used construction method is NATM construction method, which is based on the principle of ground motion, which is judged according to reality, not simply excavation, means of installation, installation order of groundwork, It is a concept that is considered to be the means to maintain and reinforce the original strength of the ground. It uses the steel support, rock bolt and shotcrete as supporting materials and stabilizes the ground by making maximum use of the supporting ability of the ground immediately after excavation. And stabilizes the excavated surface by stabilizing the excavated surface.
상기와 같은 굴착면 안정화 공법의 지보재로 사용되는 숏크리트(Shotcrete)는 암반 또는 지반을 보강하여 붕괴를 방지하기 위한 작업으로써, 기존의 숏크리트의 경우 콘크리트내 별도의 보강섬유가 첨가되지 않은 일반 콘크리트를 시공함에 따라 취성에 약한 콘크리트의 취약점을 보완하기 위하여 와이어메쉬(Wire mash) 등의 보강재를 별도로 설치 후 숏크리트를 시공함으로써 공기와 경제성을 저하시키는 요인으로 작용함에 따라, 이와 같은 취약점을 보완하기 위하여 섬유보강 숏크리트 공법이 널리 사용되어 지고 있다.Shotcrete used as a supporting material of the above excavation surface stabilization method is a work to prevent collapse by reinforcing a rock or a ground. In the case of a conventional shotcrete, a general concrete without additional reinforcing fibers is applied In order to compensate for the weakness of weak concrete due to weakness, it is necessary to install shotcrete after wire mesh (wire mash) is installed separately. As a result, air and economic efficiency are reduced. Shotcrete methods are widely used.
현재 널리 사용되고 있는 섬유보강 숏크리트 공법에서 강섬유보강 숏크리트가 널리 사용되고 있으며, 상기 강섬유보강 숏크리트 공법에 있어 강섬유는 통상 숏크리트 전체 부피의 약 40∼80kg/㎥ 정도를 사용하며, 첨가량이 2.0%를 초과할 경우 강섬유의 높은 비중(7∼8)으로 단위 ㎡당 숏크리트의 하중 증가 및 강섬유의 뭉침현상이 발생함에 따라 숏크리트용으로는 적정하지 못하다.Steel fiber reinforced shotcrete is widely used in the widely used fiber reinforced shotcrete process. In the steel fiber reinforced shotcrete process, about 40 to 80 kg / m 3 of the total volume of the shotcrete is usually used. When the addition amount exceeds 2.0% The high specific gravity (7 ~ 8) of steel fiber is not suitable for shotcrete due to the increase of shotcrete load per unit ㎡ and the accumulation of steel fiber.
또한, 강섬유 보강 숏크리트의 최대 단점 중 하나는 재료가 상당히 고가이고, 콘크리트내 함유된 배합수 및 산성의 숏크리트용 급결제 사용시 급결제에 의한 강섬유 부식으로 인하여 장기내구성 저하 가능성이 존재한다는 점과 강섬유 자체의 비중으로 인하여 리바운드량이 크며, 숏크리트 타설시 높은 비중으로 인하여 강섬유 낱알이 균일하게 분사되지 못하고 종종 작은 뭉치로 분사됨으로써 섬유보강 숏크리트에 있어 균일한 숏크리트의 품질을 보장받기 어렵다.In addition, one of the biggest disadvantages of steel fiber reinforced shotcrete is that it has a considerably high cost of materials, and there is a possibility of deterioration of long-term durability due to steel fiber corrosion due to rapid settling during the use of acetic acid for shotcrete containing compounding water and acid, The amount of rebound due to the specific gravity of the shotcrete is large and due to the high specific gravity of the shotcrete, the steel fiber grains are not uniformly sprayed and are sometimes sprayed into a small bundle, so that it is difficult to ensure uniform shotcrete quality in the fiber reinforced shotcrete.
상기와 같은 숏크리트 보강섬유들의 특성으로 인하여 최근 들어 해저터널, 대심도터널 증가에 따른 지하수 유출부 및 콘크리트 라이닝을 설치하지 않는 터널의 노출된 숏크리트에서 강섬유 부식에 의한 강도저하 및 환경오염 문제를 해결하기 위하여 유럽 등 터널 선진국에서는 합성섬유 보강 숏크리트가 일반화되어 적용되고 있는 추세이며, 국내 터널에도 터널 선진국과 같이 숏크리트 보강재의 문제점을 보완하기 위하여 활발히 연구가 진행되고 있다.Due to the characteristics of shotcrete reinforcing fibers, it is possible to solve the problem of strength reduction and environmental pollution caused by steel fiber corrosion in exposed shotcrete of tunnels without groundwater outflow and concrete lining due to increase of submarine tunnels, Therefore, synthetic fiber - reinforced shotcrete has been applied to generalized tunnels in Europe and other countries, and researches are actively carried out in domestic tunnels in order to overcome the problems of shotcrete reinforcing materials as in advanced countries of tunnels.
국내 터널 시공에 있어 주로 사용되어 지는 공법은 NATM공법(New Austrian Tunnelling Method)으로 단순한 굴착, 지보공의 수단, 지보공의 설치 순서 등이 아닌 현실에 맞게 판단하는 지반 거동의 제 원칙에 따라 시공하는 공법을 적용하고 있으나, 지반의 거동 및 굴착면의 조건에 적합한 숏크리트 조성물 및 숏크리트 공법을 적용하지 못하고 있는 실정이다.The construction method that is mainly used in domestic tunnel construction is the NATM method (New Austrian Tunneling Method), which is based on the principle of ground motion, which is judged according to reality rather than simple excavation, The shotcrete composition and the shotcrete method are not suitable for the behavior of the ground and the condition of excavation surface.
숏크리트의 경우 사용되는 재료나 배합, 각종 시공조건 및 타설방법 등에 영향을 받음은 물론 뿜어 붙이는 특성으로 인하여 지반과의 부착성을 높이고 타설 후 조기에 강도를 발현하기 위하여 최적의 지보성능 발휘를 위하여 숏크리트에 사용되는 각각의 재료의 특성을 부각시켜 숏크리트 조성물을 조성하여야 하며, 이러한 숏크리트 조성물은 굴착 지반여건을 고려하여 부착성 향상 및 조기 강도 발현을 위하여 적정한 급결제를 선택하여 사용해야하는데 그렇지 않음에 따라 리바운드량이 증가하고 시공능률이 저하되는 등의 품질관리가 매우 까다로워 숏크리트의 지보 성능이 저하되는 주요 원인이 되고 있다.In the case of shotcrete, it is affected not only by the materials used, blending, various construction conditions and casting method, but also by spraying properties. In order to enhance the adhesion with the ground and to exhibit early strength after pouring, It is necessary to formulate a shotcrete composition, and in order to improve the adhesion and early strength development, it is necessary to select a suitable quick-setting material in consideration of excavation ground conditions. However, The quality control such as the increase in the amount of the concrete and the deterioration of the construction efficiency is very difficult, which is a main cause of deterioration of the support performance of the shotcrete.
뿐만 아니라 굴착 지반의 여건(RMR 암반등급에 따른 암반 등급 및 용수지반 등)에 적합한 성능의 숏크리트의 조성물을 조성하여 그에 적합한 시공 공법을 적용하는 것이 숏크리트의 성능 및 품질을 확보할 수 있으나, 현재 국내 적용중인 숏크리트 시공 공법의 경우 숏크리트의 성능이나 품질보다는 시공시간 단축을 통한 굴착공기 단축에 중점을 둠으로써 굴착 지반의 여건에 따른 급결제가 혼입된 최적의 숏크리트 조성물을 적용하지 않음에 따라 당초 시방서에 명시되어 있는 표준량보다 훨씬 많은 양의 숏크리트 조성물을 사공함에 따라 경제성을 해치는 요소로 작용하고 있으며, 각각의 급결제별 특성을 미고려한 숏크리트 조성물을 조성함에 따라 숏크리트의 반발재를 감소시키기 위하여 다량의 급결제를를 사용함에 따라 장기적으로 숏크리트의 강도 저하 및 경제성을 해치는 요소로 작용하고 있다.In addition, it is possible to secure the performance and quality of shotcrete by constructing a composition of shotcrete having a performance suitable for the excavation site condition (rock class and rock ground according to the RMR rock grade) and applying a suitable construction method thereto. However, In the case of applying the shotcrete construction method, the optimal shotcrete composition incorporating the rapid setting agent according to the condition of the excavation site is not applied by focusing on the shortening of the excavation air by shortening the construction time rather than the performance or quality of the shotcrete. In order to reduce the repellent of shotcrete, a large amount of shotcrete is added to the shotcrete composition in consideration of the properties of each shotcrete. Long term use of shotcrete Also another factor undermining the lowered and economic efficiency.
또한, 섬유 보강 숏크리트 시공 공법에 있어 실제 시공된 숏크리트 작업 후 발생하는 버림 섬유보강 콘크리트가 구분되어 관리되지 못하고 일괄적인 수량으로 계산되어지기 때문에 실제 생산된 섬유보강 콘크리트 대비 타설된 숏크리트내 혼입된 섬유의 양을 무게를 측정하여 혼입률을 산출하므로, 기준값에 미치지 못하는 경우가 발생하며, Batch Plant에서 콘크리트에 혼합되는 섬유가 혼합이 원활히 이루어졌다고 해도, 실제 시공시 섬유 상호간 작은 덩어리로 뭉치는 경우가 종종 발생하게 된다.In addition, in the fiber-reinforced shotcrete construction method, the foreclosure fiber-reinforced concrete generated after the actual construction of the shotcrete is not classified and managed, and is calculated in a batch quantity. Therefore, the mixed fibers in the shotcrete Since the mixing ratio is calculated by weighing the weights, it may not reach the reference value. Even if the fibers mixed in the concrete in the batch plant are smoothly mixed, the fibers are often bundled into small pieces in the actual construction. .
상기와 같이 총 생산된 콘크리트에서 버림 콘크리트와 실제 타설 된 숏크리트의 정확한 측정이 어려움에 따라 섬유보강 숏크리트에 있어 보강 섬유의 혼입률 측정에 있어 신뢰도를 낮추는 요소로 작용하며, 작은 덩어리의 섬유 뭉치들로 하여금 균일하게 분포된 숏크리트 시공이 어렵게 된다.As described above, it is difficult to precisely measure the abandoned concrete and the actual shotcrete in the produced concrete. Therefore, the reliability of the reinforcing fiber is lowered in the fiber-reinforced shotcrete, and the small bundle of fibers It is difficult to uniformly distribute the shotcrete.
이러한 섬유보강 숏크리트에 있어 현재 사용되어지고 있는 강섬유의 부식에 의한 장기 내구성 저하등의 단점 극복과 기존의 수동적인 숏크리트 시공에 따른 단점 극복을 위해 지보 패턴별 능동적인 숏크리트 시공을 통하여 최적의 지보성능 확보와 함께 실제 시공된 숏크리트의 양을 정량화함으로써 시공된 숏크리트내 혼합된 섬유의 혼입률의 오차를 줄일 수 있으며, 숏크리트 시공시 숏크리트내 혼합된 섬유 뭉치를 낱알로 재분해하여 균일하게 분포된 합성섬유 보강 숏크리트 구현을 위하여 고강력 Helix 구조의 섬유 복합체가 혼입된 합성섬유 숏크리트 조성물 및 디지털 섬유 투입량 표시기와 섬유분산 유도기가 장착된 시공 장비를 이용한 능동형 숏크리트 시공 공법을 개발하게 되었다.In order to overcome the disadvantages such as deterioration of long-term durability due to the corrosion of steel fiber currently used in fiber-reinforced shotcrete, and to overcome the disadvantages of conventional passive shotcrete construction, active shotcrete construction according to the support pattern ensures optimal support performance. The amount of shotcrete that is actually applied is quantified and the error of mixing ratio of the mixed fibers in the shotcrete can be reduced. Also, when the shotcrete is mixed with the shotcrete, the mixed fiber bundles are recollected into grains and the uniformly distributed synthetic fiber reinforced shotcrete For this purpose, we have developed an active shotcrete construction method using a synthetic fiber shotcrete composition containing a fiber composite of high strength Helix structure, and a construction equipment equipped with a digital fiber input indicator and fiber dispersion induction machine.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 기존의 강섬유 보강 숏크리트에 있어 강섬유의 단점인 부식에 의한 장기 내구성 저하와 강섬유의 혼입률 증가로 인한 숏크리트의 하중 증가에 따른 반발률 증가 및 강섬유의 재질, 형상에 따른 막힘 현상을 개선한 것으로 고강력 Helix 구조의 섬유 복합체를 혼입시켜 장기 내구성 및 숏크리트의 지보성능을 향상시킨 고강력 Helix 구조의 섬유 복합체가 혼합된 합성섬유 숏크리트 조성물을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the problems in the conventional steel fiber reinforced shotcrete by increasing the rebound ratio due to the decrease in the long term durability caused by the corrosion of the steel fiber and the increase of the shotcrete load due to the increase of the mixing ratio of the steel fiber, The present invention is to provide a synthetic fiber shotcrete composition comprising a fiber composite of a high-strength Helix structure, which has improved long-term durability and shotcrete retaining performance by incorporating a high-strength helix-structured fiber composite.
본 발명의 다른 해결과제는 지보 패턴 및 용수부위 등 다양한 굴착 지반의 여건에 능동적으로 대처할 수 있는 숏크리트 시공을 위하여 지보 패턴별로 사용가능한 고강력 Helix 구조의 섬유 복합체가 혼입된 숏크리트 조성물을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a shotcrete composition incorporating a fiber composite of a high strength Helix structure usable for each support pattern for a shotcrete construction capable of actively coping with various excavation site conditions such as a girder pattern and a water portion .
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본 발명의 실시예에 따른 고강력 Helix 구조의 섬유 복합체가 혼합된 합성섬유 숏크리트 조성물은, 시멘트 결합제 100 중량부에 대하여, 세골제 150 ～ 300 중량부, 조골재 150 ～ 250중량부, 물 30 ～ 60 중량부, 고성능 감수제 0.8 ～ 1.5 중량부, 고강력 Helix 구조의 섬유 복합체 1.5 ～ 3.5 중량부, 급결제 4 ～ 15 중량부를 포함하되, 섬유 복합체는 폴리에스테르 또는 폴리아미드에서 선택된 1종 이상의 필라멘트가 사용되며, 필라멘트는 선택된 종의 원사를 2 ～ 3가닥으로 연수가 200 내지 500TPM이 되도록 연사하여 Helix 구조를 갖고, 외부에 친수성기를 갖는 코팅물로 코팅되어 있으며, 길이 30mm ～ 60mm, 직경 0.2mm～2mm, 인장강도 450 ～ 900Mpa, 인장신도 10% 내지 20%, 비중 1.0 내지 1.5, 탄성 3GPa 내지 10GPa이고, 급결제는 액상형의 알루민산소다(NaAlO2)계 액상급결제 또는 수산화알루미늄(Al(OH)3)을 주성분으로 하는 알칼리프리계 액상급결제이고, 강재지보를 설치하지 않는 경암 재질에 사용되는 것을 특징으로 한다.A synthetic fiber shotcrete composition comprising a fiber composite of high strength Helix structure according to an embodiment of the present invention comprises 150-300 parts by weight of a cement paste, 150-250 parts by weight of a coarse aggregate, 0.8 to 1.5 parts by weight of a high-performance water reducing agent, 1.5 to 3.5 parts by weight of a high-strength helix-structured fiber composite, and 4 to 15 parts by weight of a quick-setting admixture, wherein at least one filament selected from polyester or polyamide is used The filaments have a Helix structure and are coated with a coating having a hydrophilic group on the outside and have a length of 30 mm to 60 mm and a diameter of 0.2 mm to 2 mm , tensile strength 450 ~ 900Mpa, a tensile elongation of 10% to 20% and a specific gravity of 1.0 to 1.5, and the elastic 3GPa to 10GPa, the rapid setting agent is the sodium aluminate aeksanghyeong (NaAlO 2) based liquid quick-setting admixture or a hydroxyl And aluminum (Al (OH) 3) an alkali-free-based liquid quick-setting admixture as a main component, characterized in that it is used in hard rock material does not place the steel gem.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 고강력 Helix 구조의 섬유 복합체가 혼합된 합성섬유 숏크리트 조성물은, 1종 보통 시멘트 60 내지 90 중량%, 고로슬래그 또는 플라이에쉬가 10 내지 40 중량%가 혼합된 시멘트 결합제 100중량에 대하여 세골재 150 ～ 250중량부, 조골재 150 ～ 250 중량부, 물 40 ～ 60 중량부, 고성능 감수제 0.6 ～ 1.5중량부, 고강력 Helix 구조의 섬유 복합체 1.5 ～ 3.5 중량부, 비정질 칼슘알루미네이트계(nCaO·nAl2O3)를 주성분으로 하는 시멘트광물계 급결제 7 ～ 12의 중량부를 포함하되, 섬유 복합체는 폴리에스테르 또는 폴리아미드에서 선택된 1종 이상의 필라멘트가 사용되며, 필라멘트는 선택된 종의 원사를 2 ～ 3가닥으로 연수가 200 내지 500TPM이 되도록 연사하여 Helix 구조를 갖고, 외부에 친수성기를 갖는 코팅물로 코팅되어 있으며, 길이 30mm ～ 60mm, 직경 0.2mm～2mm, 인장강도 450 ～ 900Mpa, 인장신도 10% 내지 20%, 비중 1.0 내지 1.5, 탄성 3GPa 내지 10GPa이고, 강재지보를 설치해야 하는 연암 재질의 경우, 깊은 여굴이 발생한 굴착면과 같이 숏크리트 조성물의 시공 두께가 두꺼운 경우, 용수가 발생되는 지반의 경우에 사용되는 것을 특징으로 한다.The synthetic fiber shotcrete composition in which the fiber composite of the high tenacity Helix structure according to another embodiment of the present invention is mixed comprises 60 to 90% by weight of one kind of ordinary cement, 10 to 40% by weight of blast furnace slag or fly ash, A high strength water reducing agent in an amount of 0.6 to 1.5 parts by weight, a high strength Helix structure fiber composite in an amount of 1.5 to 3.5 parts by weight, an amorphous calcium aluminum (NCaO.nAl 2 O 3 ) as a main component, wherein at least one kind of filament selected from polyester or polyamide is used as the fiber composite, and the filament is selected from the group consisting of The yarn is twisted in two to three strands so that the softened water is 200 to 500 TPM, and has a Helix structure. The outer layer is coated with a coating having a hydrophilic group. The steel material having a tensile strength of 10% to 20%, a specific gravity of 1.0 to 1.5 and an elasticity of 3 GPa to 10 GPa, , The shotcrete composition is used in the case where the thickness of the shotcrete composition is thick and the ground where the water is generated.
본 발명인 고강력 Helix 구조의 섬유 복합체가 혼합된 합성섬유 숏크리트 조성물은 기존의 고강력 섬유 복합체와 숏크리트를 구성하는 각각의 혼합체의 최적의 조성비를 제시하여 압축강도, 휨강도 및 휨인성이 우수한 구조체를 제공함으로써 최적의 지보성능을 제공하는 효과가 있다.The synthetic fiber shotcrete composition having the high strength Helix structure fiber composite according to the present invention shows the optimum composition ratio of the respective composites constituting the high strength fiber composite and shotcrete to provide a structure excellent in compressive strength, bending strength and flexural toughness Thereby providing an optimum support performance.
또한, 본 발명의 고강력 Helix 구조의 섬유 복합체는 시멘트 결합제와 친수성 물질로 코팅된 섬유 복합체를 포함하고 있어 시멘트 결합재와의 부착성능이 우수하고, 탄성을 가지고 있어 숏크리트 조성물의 슬럼프를 낮게 조성하여도 섬유 복합체의 탄성으로 인하여 노즐의 막힘 현상이 거의 없으며, 강섬유보다 강성 및 모듈러스가 낮은 점탄성의 섬유 재질의 Helix 구조를 가진 섬유 복합체에 기해 리바운드율이 낮아져 경제성이 우수하며, 무엇보다도 섬유 복합체가 강성을 유지한체 유연성 및 탄력성을 가짐으로써 우수한 시공성을 제공하는 효과가 있다.In addition, since the fiber composite of the present invention has a cement binder and a fiber composite coated with a hydrophilic material, the fiber composite of the present invention has excellent adhesion with a cement binder and has elasticity so that even if the slump of the shotcrete composition is low Because of the elasticity of the fiber composite, there is almost no clogging of the nozzle, and the rebound ratio is low due to the fiber composite having the Helix structure of the viscoelastic fiber material having lower stiffness and modulus than the steel fiber, and the economic efficiency is excellent. It has the effect of providing superior workability by having flexibility and elasticity maintained.
또한, 본 발명의 고강력 Helix 구조의 섬유 복합체가 혼합된 능동형 숏크리트 조성물의 경우 터널 또는 지하공간 조성시 굴착 지반의 여건이 일정하지 않으며, 경암부터 연암, 토사, 용수 등 다양한 지반구조로 이루어져 있으며, 이러한 불균일한 지반의 여건에 능동적으로 대처할 수 있는 숏크리트 조성물을 제공함으로써 최적의 지보성능을 제공하는 효과가 있다.In the case of the active shotcrete composition containing the high-strength helix fiber composite according to the present invention, the conditions of the excavation site are not uniform in tunnel or underground space formation, and various ground structures such as light rock to soft rock, The present invention provides an optimal support performance by providing a shotcrete composition capable of actively coping with such uneven ground conditions.
또한, 본 발명에서 제공된 섬유복합체가 혼합된 숏크리트 조성물을 시공함에 있어, 숏크리트 조성물내 섬유복합체들을 숏크리트 시공간 재배열 및 숏크리트 조성물내 형성될 수 있는 작은 규모의 섬유 복합체 뭉치들을 분산시킴으로써 균일한 품질의 숏크리트를 제공하는 효과가 있으며, 숏크리트 시공에 있어 실제 시공된 숏크리트 조성물의 중량 및 시공된 숏크리트 조성물내 혼합되어 있는 섬유 복합체의 중량을 확인함으로써 효율적인 숏크리트 품질관리를 제공하는 효과가 있다.In addition, in the construction of the shotcrete composition in which the fiber composite provided in the present invention is mixed, the fiber composites in the shotcrete composition are dispersed in a shotcrete space-time arrangement and a bundle of small-sized fiber composites that can be formed in the shotcrete composition, The present invention provides an effective shotcrete quality control by confirming the weight of the shotcrete composition actually applied in the shotcrete construction and the weight of the fiber composite mixed in the shotcrete composition.
먼저, 본 발명의 구체적인 설명에 들어가기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
이하, 본 발명에 따른 고강력 Helix 구조의 섬유 복합체가 혼합된 합성섬유 숏크리트 조성물에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, the synthetic fiber shotcrete composition in which the fiber composite of the high-strength Helix structure according to the present invention is mixed will be described in detail.
본 발명에 따른 고강력 Helix 구조의 섬유 복합체가 혼합된 합성섬유 숏크리트 조성물은, 시멘트 결합제 100 중량부에 대하여, 세골제 150 ∼ 300 중량부, 조골재 150 ∼ 250중량부, 물 30 ∼ 60 중량부, 고성능 감수제 0.5 ∼ 2 중량부, 고강력 Helix 구조의 섬유 복합체가 1.5 ∼ 3.5 중량부를 포함한다.The synthetic fiber shotcrete composition of the present invention comprises 150 to 300 parts by weight of a cementitious material, 150 to 250 parts by weight of a coarse aggregate, 30 to 60 parts by weight of water, 0.5 to 2 parts by weight of a high-performance water reducing agent, and 1.5 to 3.5 parts by weight of a high-strength Helix structure fiber composite.
시멘트 결합제는 통상적인 포틀랜드시멘트 등을 사용하고 숏크리트 단위 체적에 대하여 300kg/㎥ ∼ 650kg/㎥을 포함하나, 300kg/㎥ ∼ 550kg/㎥이하로 포함되는 것이 바람직하다. 또한, 장기 강도 증진 및 경제성의 측면에서 시멘트 결합제에 실리카흄, 미분말혼화제, 플라이에쉬, 고로슬래그 등 혼합재를 시멘트 결합제의 총 중량에 대하여 10 ∼ 40 중량%의 범위로 혼합하는 것이 바람직하다.The cement binder may include 300 kg / m 3 to 650 kg / m 3 of the shotcrete unit volume by using ordinary Portland cement or the like, but it is preferably included in the range of 300 kg / m 3 to 550 kg / m 3 or less. In terms of long-term strength improvement and economical efficiency, it is preferable to mix the cement binder with a mixture of silica fume, fine powder admixture, fly ash, blast furnace slag and the like in a range of 10 to 40% by weight based on the total weight of the cement binder.
혼합재 중의 고로슬래그 및 플라이에쉬의 경우 잠재수경성 특성으로 그 자체로 물과 결합하여 수화반응이 원활하게 일어나지 않으나 시멘트의 알칼리 성분 또는 알칼리 자극제 첨가시 수화반응하는 특징이 있으며, 숏크리트의 워커빌리티 및 장기 강도가 증진되며, 조직이 치밀하여 수밀성 및 화학적 저항성을 향상시킨다.In the case of blast furnace slag and fly ash in mixed materials, hydration reaction does not occur smoothly by binding itself with water due to potential hydraulic characteristics, but hydration reaction occurs when cement is added with alkali component or alkali stimulant, and the workability and long-term strength of shotcrete And the tissue is dense to improve watertightness and chemical resistance.
또한, 플라이애시는 표면이 매끈한 구형 입자이기 때문에 볼 베어링 작용을 하여 숏크리트 워커빌리티, 즉 유동성을 좋게 하고, 숏크리트 속에서 물에 녹아 있는 수산화칼슘과 상온에서 천천히 화합하여 불용성 화합물을 생성시킴으로써 수화열 저감, 장기강도 및 수밀성을 증대시킬 수 있다.Since fly ash is a spherical particle with a smooth surface, it acts as a ball bearing to improve the shotcrete walkability, that is, the fluidity. In the shotcrete, it slowly combines with the calcium hydroxide dissolved in water to form an insoluble compound, And the watertightness can be increased.
세골재와 조골재는 유동성 및 재료분리 저감 측면에서 시멘트 결합제 100 중량에 대하여 세골재는 150 ∼ 300 중량부의 범위로, 조골재는 150 ∼ 250중량부로 혼합된다.The fine aggregate and the coarse aggregate are mixed in the range of 150 to 300 parts by weight of the fine aggregate and 150 to 250 parts by weight of the coarse aggregate with respect to 100 parts by weight of the cement binder in terms of fluidity and material separation.
물은 강도 및 유동성 측면에서 시멘트 결합제 100 중량에 대하여 30 ∼ 60 중량부에서 선택적으로 조절한다.The water is selectively adjusted in 30 to 60 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the cement binder in terms of strength and fluidity.
고성능 감수제는 나프탈렌설폰산염, 폴리카본산계 고분자 화합물를 사용하며 시멘트 결합제 100 중량에 대하여 0.5 ∼ 2 중량부를 혼합된다.As the high-performance water reducing agent, naphthalenesulfonic acid salt and polycarboxylic acid-based high molecular compound are used, and 0.5 to 2 parts by weight based on 100 parts by weight of the cement binder are mixed.
섬유 복합체는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 등의 폴리에스테르 및 폴리아미드 로 이루어진 다수의 섬유 가닥의 복합체로 Helix 구조를 갖추며 탄성을 갖는다. 즉, 섬유 복합체는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 및 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 필라멘트가 사용되며, 필라멘트는 위의 3종의 선택된 종에서 원사를 2 ∼ 3가닥으로 연수가 200 내지 500TPM이 되도록 연사하여 Helix 구조를 갖으며, 시멘트 결합제와 부착력을 증진시키기 위하여 외부에 친수성기를 갖는 코팅물로 코팅한다. 이에 따라 섬유 복합체는 숏크리트 조성물에서 Flexible하게 될 수 있도록 하여 분산성을 향상시킬 수 있게 된다.The fiber composite is a composite of a plurality of fiber strands made of polyester and polyamide such as polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate, and has a Helix structure and elasticity. That is, one or more filaments selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate and polyamide are used as the fiber composite, and the filaments are made of two to three strands of yarns selected from the above three kinds, And has a Helix structure, and is coated with a coating having a hydrophilic group on the outside in order to improve adhesion with the cement binder. Accordingly, the fiber composite can be made flexible in the shotcrete composition, and the dispersibility can be improved.
이러한 섬유 복합체는 시멘트 결합제 100 중량에 대하여 1.5 ∼ 3 중량부의 범위를 사용된다. 섬유 복합체의 섬유의 함량이 1.5 중량부 미만인 경우 숏크리트의 등가휨강도 기준을 만족하지 못하며, 3 중량부를 초과할 경우 단위 체적당 혼합되는 섬유의 함량이 증가함에 딸 숏크리트 시공시 뭉침 등이 발생하여 분산성이 저하되며, 그로 인하여 숏크리트 강도면에서 균일하지 못하게 하는 요소로 작용하는 문제가 있다.Such a fiber composite is used in a range of 1.5 to 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the cement binder. If the fiber content of the fiber composite is less than 1.5 parts by weight, the equivalent bending strength standard of the shotcrete is not satisfied. If the fiber content exceeds 3 parts by weight, the content of fibers mixed per unit volume is increased, Which is a problem in that it acts as a factor that makes the shotcrete harder in terms of strength.
또한, 섬유 복합체는 길이는 30mm ∼ 60mm의 범위를 표준으로 하며, 직경은 0.2mm∼2mm 인 것이 바람직하다. 0.2mm 미만의 경우에는 섬유 복합체의 원사와 큰 차이를 나타내지 못하며 인장강도가 낮아 숏크리트에서 구조적 성능을 발현시키기 어려우며 반대로 직경이 2.0mm를 초과하는 경우에는 가공이 어려울 뿐더러 시멘트 페이스트 내에서 이중층이 생기게 되므로 구조적으로 불리하게 작용하는 문제가 있다.The fiber composite has a length of 30 mm to 60 mm as a standard and a diameter of 0.2 mm to 2 mm. When the diameter is less than 0.2 mm, it does not show a large difference from the yarn of the fiber composite. Since the tensile strength is low, it is difficult to exhibit the structural performance in the shotcrete. Conversely, when the diameter exceeds 2.0 mm, the processing is difficult and a double layer is formed in the cement paste There is a problem that acts structurally unfavorably.
그리고, 섬유 복합체의 인장강도는 터널설계기준 및 터널 표준시방서의 휨강도 및 휨인성, 등가휨강도비 충족 및 숏크리트의 지속적인 지보력(잔류강도) 발휘를 위하여 450Mpa이상, 바람직하게는 500∼ 900Mpa의 범위이고, 인장신도는 10% 내지 20%의 범위이며, 숏크리트로 가해지는 외부 에너지를 각각의 섬유복합체가 흡수함으로써 숏크리트의 지속적인 지보력 발휘를 위하여 섬유의 인장강도가 550Mpa 이상인 것이 바람직하다. 이러한 본 발명의 섬유복합체는 기존의 강섬유 보강 숏크리트의 경우 인장강도는 400 내지 1,500MPa의 범위이고, 단위 중량(kg)당 5,000개 내지 5,600개의 강섬유가 포함되어 있어, 숏크리트로 가해지는 외부 에너지를 각각의 섬유가 고르게 흡수하는데 한계가 있어 변형률이 5%이하이어서 낮은 잔류강도 값을 보이는 단점을 해소할 수 있게 된다.The tensile strength of the fiber composite is in the range of 450 MPa or more, preferably 500 to 900 MPa for the purpose of exhibiting the bending strength and flexural toughness of the tunnel design standard and the tunnel standard specification, the equivalent bending strength ratio meeting, and the continuous residual strength of the shotcrete And the tensile elongation is in the range of 10% to 20%. It is preferable that the tensile strength of the fiber is 550 MPa or more for the continuous release of the shotcrete by absorbing the external energy applied to the shotcrete by the respective fiber composites. The fiber composite according to the present invention has a tensile strength in the range of 400 to 1,500 MPa and 5,000 to 5,600 steel fibers per unit weight in the case of a conventional steel fiber reinforced shotcrete, It is possible to solve the disadvantage that the strain is absorbed evenly and the strain is less than 5% so that a low residual strength value is exhibited.
또한, 섬유복합체의 비중은 숏크리트 조성물의 콘크리트와 혼합시 부유 현상에 의한 뭉침현상을 방지하고, 최적의 숏크리트 지보력(잔류강도) 확보를 위하여 0.9 이상, 바람직하게는 0.9 내지 1.5의 범위인 것이 바람직하다. 이러한 본 발명의 섬유복합체의 비중에 의해서 종래의 숏크리트 조성물에 지보력 확보를 위해 혼합되는 섬유복합체의 비중이 낮아 개체수가 증가되는 경우 발생되는 섬유 개체들의 간섭효과로 인하여 뭉침현상이 발생을 예방할 수 있고, 섬유복합체의 비중이 높아 개체수가 감소되는 경우 발생되는 숏크리트의 지속적인 지보력 확보가 어렵게 되는 문제를 해소할 수 있게 된다.The specific gravity of the fiber composite is preferably in the range of 0.9 or more, preferably 0.9 to 1.5, in order to prevent aggregation due to suspension during mixing with the concrete of the shotcrete composition and ensure optimal shotcrete retaining force (residual strength) Do. Due to the specific gravity of the fiber composite according to the present invention, it is possible to prevent the aggregation phenomenon from occurring due to the interference effect of the fibers when the specific gravity of the fiber composite to be mixed is low for securing the abutment force in the conventional shotcrete composition, , And it is possible to solve the problem that it is difficult to secure continuous gravity of shotcrete generated when the population density of the fiber composite is high.
또한, 섬유복합체의 탄성은 숏크리트 조성물이 상대적으로 작은 직경의 노즐을 통과시 섬유복합체가 유연성 및 탄성을 갖음으로써 막힘 현상이 발생하지 않고 균일하게 뿜칠이 가능토록 3GPa 내지 10GPa의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 본 발명의 섬유복합체가 갖는 3GPa 내지 10GPa 탄성에 의해서 종래의 숏크리트 조성물 시공시 압송관으로부터 압송되는 조성물이 토출관을 통하여 토출될 때 상대적으로 낮은 직경의 토출관으로 인하여 압송되는 조성물이 압축될 때에 탄성이 강한 강섬유의 경우 발생되는 섬유들이 노즐을 통과하지 못하거나 뭉침으로 인하여 막힘현상을 방지할 수 있게 된다.Also, the elasticity of the fiber composite is preferably in the range of 3GPa to 10 GPa so that the shotcrete composition has flexibility and elasticity when the shotcrete composition passes through a nozzle having a relatively small diameter, so that the fiber composite can be uniformly sprayed without clogging . When the composition to be fed from the pressure tube is discharged through the discharge tube when the conventional shotcrete composition is applied by the elasticity of 3 GPa to 10 GPa of the fiber composite according to the present invention, In the case of a steel fiber having elasticity, the generated fibers can not pass through the nozzle or clogging can be prevented.
또한, 본 발명의 섬유복합체 숏크리트 조성물은 숏크리트를 배합하는 과정에서 숏크리트의 슬럼프를 100 내지 160mm, 특히, 140mm로 하는 것이 바람직하다. 이러한 본 발명의 섬유복합체 숏크리트 조성물의 경우 Helix 구조의 탄성을 갖는 섬유복합체를 혼합하기 때문에 슬럼프로 100mm 이하에서도 섬유복합체 자체가 탄성을 가지고 있어 숏크리트 시공시 상대적으로 작은 구경에 숏크리트 조성물이 순간 응집하더라도 섬유복합체의 탄성에 의해 막힘 현상이 발생하지 않으며, 비중이 0.9 ∼ 1.5의 범위의 특징을 가짐으로써 100mm 이하의 슬럼프에서도 분산성이 우수하여 콘크리트와 혼합이 원활히 이루어져 숏크리트 시공시 노즐에서 막힘 현상이 거의 발생하지 않는다. 또한, 숏크리트 조성물 자체의 하중을 감소되어 숏크리트의 반발률이 낮아지고, 고강력 Helix 구조의 섬유 재질에 따라 숏크리트 조성물을 사용한 구조체의 내구성 등 지보성능이 향상된다.In the fiber composite shotcrete composition of the present invention, the slump of the shotcrete is preferably 100 to 160 mm, particularly 140 mm in the process of mixing the shotcrete. In the case of the fiber composite shotcrete composition of the present invention, since the fiber composite having elasticity of helix structure is mixed, the fiber composite itself has elasticity even under a slump of 100 mm or less, so that even if the shotcrete composition is instantaneously aggregated at a relatively small diameter at the time of shotcrete application, The clogging phenomenon does not occur due to the elasticity of the composite and the specific gravity is in the range of 0.9 to 1.5. Therefore, even when the slump having a diameter of 100 mm or less is dispersed, the mixture is smoothly mixed with the concrete, I never do that. Also, the load of the shotcrete composition itself is reduced and the repulsion rate of the shotcrete is lowered, and the support performance such as the durability of the structure using the shotcrete composition is improved according to the fiber material of the high-strength Helix structure.
한편, 본 발명의 제2실시예에 따른 강력 Helix 구조의 섬유 복합체가 혼합된 합성섬유 숏크리트 조성물은 시멘트 결합재 100중량에 대하여 4 ∼ 15 중량부의 범위를 갖는 급결제를 더 포함한다. 이러한 급결제는 터널 시공에 있어 굴착 직후에 굴착 단면을 조기에 안정화하기 위해 사용된다.Meanwhile, the synthetic fiber shotcrete composition in which the fibrous composite of Strong Helix structure according to the second embodiment of the present invention is mixed may further include a rapid setting agent in a range of 4 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the cementitious binder. This rapid setting is used for early stabilization of the excavation section immediately after excavation in tunnel construction.
여기서, 섬유복합체 숏크리트 조성물에 혼입되는 급결제는 액상형의 알루민산소다(NaAlO2)계 액상급결제와 수산화알루미늄(Al(OH)3)을 주성분으로 하는 알칼리프리계 액상급결제와 분체형의 비정질 칼슘알루미네이트(nCaO·nAl2O3)를 주 성분으로 하는 시멘트광물계 급결제를 사용한다.Herein, the quick-setting admixture in the fiber composite shotcrete composition comprises a liquid phase alumina soda (NaAlO 2 ) based liquid phase solubilization and an alkali-free liquid phase solubilizing based on aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) Calcium aluminate (nCaO · nAl 2 O 3 ) as the main component is used cement mineral type quick-setting.
알루민산소다(NaAlO2)계 액상급결제의 경우 가격이 저렴하며, 시멘트 결합재 100 중량에 대하여 5 중량부 이내로 사용시 장기강도 저하가 적어 숏크리트 조성물의 시공 두께가 얇은 구간에 시공이 용이하나, 강알칼리로서 자극성이 강하여 인체에 화상이나 부식을 주는 등 독성이 심하며 응결촉진효과가 약하여 리바운드 량이 많고 사용량 증가시 장기강도가 감소되는 문제점이 있으며 특히, 약 50%가 물로 이루어져 있기 때문에 사용량을 늘릴수록 숏크리트의 물의 비율이 높아져서 슬럼프가 높을 경우 시공이 어려우며, 응결촉진 효과가 약하여 용수부위 및 숏크리트 시공두께가 두꺼운 여굴 및 강지보 설치구간에 시공시 다량의 반발재가 발생하는 단점이 있다.In the case of sodium aluminate (NaAlO 2 ) liquid-phase quick-setting, the price is low, and the long-term strength is not lowered when the amount is less than 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the cement binder, so that the construction is easy in a thin- In particular, since about 50% of water is used as the amount of rebound, the water content of shotcrete is increased as the amount of water is increased. If the slump is high, the construction is difficult and the effect of accelerating the condensation is weak. Therefore, there is a disadvantage that a large amount of repellent material is generated at the time of installation in the excavation area where the water part and the shotcrete construction thickness are thick.
수산화알루미늄(Al(OH)3)을 주성분으로 하는 알칼리프리계 액상 급결제의 경우 인체에 무해하고 장기강도가 높아 내구성 증진의 효과가 있으며, 숏크리트 조성물의 두께가 얇은 구간에 시공이 용이하나, 액상이라는 점에서는 전술한 바와 같이 숏크리트 슬럼프에 민감하고 응결촉진효과가 약하여 리바운드 양이 많으며 필요에 따라 사용량을 늘릴 경우 장기강도 저하 및 가수 효과로 인하여 시공이 어려워지며, 응결촉진 효과가 약하여 용수부위 및 숏크리트 시공 두께가 상대적으로 두꺼운 강지보 설치구간 시공시 다량의 반발재가 발생하는 단점이 있으며, 강한 산성으로 인하여 강섬유보강 숏크리트 조성물에 혼입시 강섬유의 부식을 촉진시켜 장기 내구성을 저하시키는 요인으로 작용한다.In the case of an alkali-free liquid-phase quick-setting admixture containing aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) as a main component, it is harmless to the human body and has high long-term strength and thus has an effect of enhancing durability. In the case of a thin shotcrete composition, As described above, it is sensitive to shotcrete slump, the effect of condensation is weak and the amount of rebound is large. If the amount of used is increased as needed, the construction becomes difficult due to the deterioration of long-term strength and singer effect, There is a disadvantage in that a large amount of repellent material is generated when the steel pipe is installed at a relatively thick thickness of the steel pipe and the strong acidity promotes the corrosion of the steel fiber when mixed with the steel fiber reinforced shotcrete composition.
비정질 칼슘알루미네이트(nCaO·nAl2O3)를 주성분으로 하는 시멘트광물계 급결제의 경우 분말형태의 급결제로 별도의 급결제 투입장치가 필요한 단점이 있으나, 응결촉진효과가 우수하여 리바운드 양이 적을 뿐만 아니라 장기강도가 높아서 터널의 내구성을 높이는 효과가 있으며, 분말이므로 사용량을 늘리더라도 주성분이 시멘트 성분으로 장기강도 저하가 적으며, 숏크리트의 물 비율이 오히려 낮아지는 효과가 있으며, 부착력이 우수하여 용수부위에도 시공성이 우수할 뿐만 아니라 응결촉진효과가 우수하여 깊은 여굴 및 숏크리트의 시공 두께가 상대적으로 두꺼운 강지보 설치 구간 시공에 유리한 장점을 가지고 있다.In the case of a cement mineral type quick-setting admixture comprising amorphous calcium aluminate (nCaO.nAl 2 O 3 ) as a main component, there is a disadvantage in that a separate quick-setting admixture input device is required as a powder type quick-setting admixture. However, In addition, it has the effect of enhancing the durability of the tunnel due to its high long-term strength. It has the effect of reducing the long-term strength reduction of the main component as the main component, and reducing the water ratio of the shotcrete even if the usage amount is increased because of the powder. And it is advantageous in construction of a relatively thick steel girder beam installation area of deep excavation and shotcrete because of its excellent workability and promoting effect of condensation.
한편, 본 발명의 고강력 Helix 구조의 섬유 복합체가 혼합된 합성섬유 숏크리트 조성물은 시공하고자 하는 암반의 굴착 단면의 지보 패턴 및 굴착 지반의 여건에 따라 최적의 숏크리트 조성물을 적용하게 된다.Meanwhile, the synthetic fiber shotcrete composition in which the fiber composite of the high strength Helix structure of the present invention is mixed is applied with the optimal shotcrete composition according to the support pattern of the excavation section of the rock mass to be applied and the conditions of the excavation site.
강재지보를 설치하지 않는 경암 재질의 경우에는 액상형 알루민산소다계 액상급결제 및 알칼리프리계 급결제가 혼합된 섬유복합체 숏크리트 조성물이 적용된다. In the case of a carcass material not provided with a steel support, a fiber composite shotcrete composition comprising a liquid phase alumina soda-based liquid-phase quick-setting admixture and an alkali-free quick-setting admixture is applied.
본 발명의 알루민산소다(NaAlO2)계 액상급결제 및 수산화알루미늄(Al(OH)3)을 주성분으로 하는 알칼리프리계 급결제가 혼합된 섬유복합체 숏크리트 조성물은 액상형급결제 자체가 약 50%가 물과 혼합되어져 있어 능동형 섬유복합체 숏크리트 조성물의 슬럼프를 100mm 내지 140mm로 하는 것이 바람직하며, 가수로 인하여 슬럼프를 120mm로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 숏크리트 조성물의 유동성 확보를 위하여 고성능 감수제가 시멘트 결합제 100 중량부에 대하여, 0.8 ∼ 1.5의 중량부로 하는 것이 바람직하다.The fiber composite shotcrete composition of the present invention, in which sodium aluminate (NaAlO 2 ) based liquid phase quick-setting admixture and alkali-based aluminum (Al (OH) 3 ) It is preferable to set the slump of the active fiber composite shotcrete composition to be 100 mm to 140 mm, and it is more preferable to set the slump to 120 mm because of the water. In order to ensure the flowability of the shotcrete composition, it is preferable that the high-performance water reducing agent is in the range of 0.8 to 1.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the cement binder.
그리고, 강재지보를 설치해야 하는 연암 재질의 경우, 깊은 여굴이 발생한 굴착면과 같이 숏크리트 조성물의 시공 두께가 두꺼운 경우, 용수가 발생되는 지반의 경우에는 지보성능 확보와 함께 경제성을 확보할 수 있도록 비정질 칼슘알루미네이트계(nCaO·nAl2O3)를 주성분으로하는 시멘트광물계 급결제를 혼합한 섬유복합체 숏크리트 조성물이 적용된다. 응결촉진효과가 약한 액상형급결제가 혼입된 숏크리트 조성물을 시공하는 경우 응결촉진 효과가 약함에 따라 시공성 저하 및 다량의 반발재 발생에 따른 경제성 저하의 요인으로 작용하는 것을 예방할 수 있게 된다.In the case of soft rock materials for which a steel support is to be installed, when the construction thickness of the shotcrete composition is thick like the excavation surface where deep excavation occurs, in the case of the ground where water is generated, A fiber composite shotcrete composition containing a calcium aluminate-based (nCaO-nAl 2 O 3 ) -based cement mineral-based quick-setting admixture is applied. When a shotcrete composition containing a liquid phase type quick-setting admixture having a weak condensation promoting effect is applied, it is possible to prevent a decrease in workability and a decrease in economy due to the generation of a large amount of rebound material.
본 발명의 비정질 칼슘알루미네이트(nCaO·nAl2O3)를 주성분으로 하는 시멘트광물계 급결제가 혼합된 섬유복합체 숏크리트 조성물은 고형분 99%이상의 분말도 5,000 이상의 분체형의 급결제 성상에 따라 섬유복합체 숏크리트 조성물의 슬럼프를 100 내지 160mm로 하는 것이 바람직하며, 숏크리트 시공시 분체형 급결제의 감수 효과에 따라 시공되어지는 숏크리트 조성물의 수화반응을 위하여 고성능 감수제가 시멘트 결합제 100 중량에 대하여 0.6 ∼ 1.0의 중량부로 하는 것이 바람직하다.A fiber composite shotcrete composition containing a cement mineral type quick-setting admixture mainly comprising amorphous calcium aluminate (nCaO.nAl 2 O 3 ) according to the present invention is characterized in that powder having a solid content of not less than 99% The slump of the composition is preferably 100 to 160 mm. For the hydration reaction of the shotcrete composition to be applied according to the effect of reducing the particle size type quick-setting admixture at the time of shotcrete application, the high performance water reducing agent is added in an amount of 0.6 to 1.0 parts by weight per 100 parts by weight of the cement binder .
또한, 장기 강도 증진을 목적으로 적용되어 사용되어지는 고로슬래그 및 플라이에쉬의 시멘트 결합제를 사용하는 경우 비정질 칼슘알루미네이트계(nCaO·nAl2O3)를 주성분으로 하는 시멘트광물계 급결제를 혼합한 섬유복합체 숏크리트 조성물로 시공하는 것이 바람직하다. 즉, 고로슬래그 및 플라이에쉬의 등이 혼합된 시멘트 결합제의 경우 시멘트의 반응 특성인 수경성은 물분자와 접하게 되면 시멘트내 수화 성분이 용출되어 수화물의 산화피막을 형성하여 경화되어 입자속으로 물의 침투를 방해하여 수화반응이 억제되지만, 알칼리의 비정질 칼슘알루미네이트계(nCaO·nAl2O3)를 주성분으로하는 시멘트광물계 급결제에 포함되어있는 알칼리 자극제에 의하여 고로슬래그 및 플라이에쉬와 같은 잠재 수경성 특성을 갖는 결합제의 표면을 둘러싸고 있는 OH-의 산화 피막제가 알칼리 자극제에 의하여 제거됨으로써 이들 결합제의 수화반응을 촉진하게 되어 액상형 급결제 숏크리트 조성물보다 치밀하고 우수한 지보성능을 갖도록 할 수 있다.In case of using blast furnace slag and fly ash cement binder to be used for the purpose of improving long-term strength, a fiber mixed with a cement mineral type quick-setting admixture mainly composed of amorphous calcium aluminate (nCaO.nAl 2 O 3 ) It is preferred to apply the composite shotcrete composition. That is, in the case of a cement binder mixed with blast furnace slag and fly ash, the hydraulic characteristic, which is the reaction characteristic of the cement, comes into contact with water molecules, and hydration components in the cement are eluted to form an oxide film of the hydrate, However, the alkali irritant, which is included in the cement mineral type quick-setting admixture mainly composed of alkali amorphous calcium aluminate (nCaO.nAl 2 O 3 ), has the potential hydraulic properties such as blast furnace slag and fly ash The oxidation film of the OH- surrounding the surface of the binder is removed by the alkali stimulant to accelerate the hydration reaction of these binders, so that denser and superior support performance can be achieved than the liquid type quick-setting shotcrete composition.
본 발명의 시멘트 결합제로 고로슬래그 및 플라이에쉬의 등이 혼합된 결합제를 함유하는 섬유복합체가 혼합된 숏크리트 조성물은 1종 보통 시멘트 60 내지 90 중량%, 고로슬래그 또는 플라이에쉬가 10 내지 40 중량%가 혼합된 시멘트 결합제 100 중량에 대하여 세골재는 150 ∼ 250 중량부, 조골재는 150 ∼ 250 중량부, 물은 결합제의 알칼리 자극제 증가에 따른 40 ∼ 60 중량부, 고성능 감수제는 0.6 ∼ 1.5의 중량부, 비정질 칼슘알루미네이트계(nCaO·nAl2O3)를 주성분으로 하는 시멘트광물계 급결제가 7 ∼ 12의 중량부로 이루어진 것이 바람직하다.The shotcrete composition in which the fiber composite containing the binder mixed with the blast furnace slag and fly ash as the cement binder of the present invention is mixed comprises 60 to 90% by weight of one kind of ordinary cement, 10 to 40% by weight of blast furnace slag or fly ash The water-soluble binder is added in an amount of 40 to 60 parts by weight, the high-performance water reducing agent is added in an amount of 0.6 to 1.5 parts by weight, the amorphous material is mixed with 100 to 250 parts by weight of the fine cement binder, It is preferable that the cement mineral type quick-setting admixture mainly composed of calcium aluminate (nCaO.nAl 2 O 3 ) is composed of 7 to 12 parts by weight.
이하에서는 본 발명의 섬유가 혼입된 조성물을 사용하여 실시예 및 실험예를 설명한다.Hereinafter, examples and experimental examples will be described using compositions incorporating the fibers of the present invention.
<실시예1 : 숏크리트 조성물의 제조방법>≪ Example 1: Method of producing shotcrete composition >
실시예 및 비교예에 사용되는 배합비 및 섬유는 하기 표 1 및 표 2와 같이 배합하여 실시예1~6을 제작하였으며, 종래의 기술과 비교를 위하여 비교예 1을 제작하였다.The compounding ratios and fibers used in Examples and Comparative Examples were blended as shown in Tables 1 and 2 to prepare Examples 1 to 6, and Comparative Example 1 was prepared for comparison with the conventional technique.
종류
Kinds
(C*%)Water reducer AD
(C *%)
(C*%)Quick payment
(C *%)
(W)water
(W)
(C)cement
(C)
(S1)Three
(S1)
(S2)Fine aggregate
(S2)
(G)Coarse aggregate
(G)
실시예
Example
208
208
484
484
467
467
475
475
633
633
시멘트
광물계
5%Amorphous
cement
Mineral system
5%
(강섬유)Comparative Example
(Steel fiber)
여기서, 실시예의 섬유는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 및 폴리아미드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 필라멘트가 사용되며, 필라멘트는 위의 3종의 선택된 종에서 원사를 2 ∼ 3가닥(바람직하게 3가락)으로 연수가 200 내지 500TPM이 되도록 연사하여 Helix 구조를 갖는 섬유이다. S1은 비중 2.6g/cm3, 흡수율 0.97%, 조립률 2.0인 세골재, S2는 비중 2.6g/cm3, 흡수율 1.51%, 조립률 3.2인 세골재이다. 고성능 감수제는 폴리카본산계 감수제를 사용하였다. 강섬유는 비중 7.8의 철선이다.Herein, the filament of the embodiment uses at least one filament selected from the group consisting of polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, and polyamide, and the filament is formed by two to three strands (preferably three strands ) And the yarn count is 200 to 500 TPM. S1 is a fine aggregate having a specific gravity of 2.6 g / cm 3 , a water absorption rate of 0.97%, an aggregation ratio of 2.0, a specific gravity of 2.6 g / cm 3 , a water absorption rate of 1.51% and an aggregation ratio of 3.2. A polycarboxylic acid based water reducing agent was used as a high performance water reducing agent. Steel fiber is a wire with a specific gravity of 7.8.
<숏크리트 조성물의 슬럼프 실험결과 확인>≪ Confirmation of slump test result of shotcrete composition >
실시예 1~6 및 비교예의 슬럼프에 대한 결과를 확인하여 표 3에 나타내었다.The results of the slumps of Examples 1 to 6 and Comparative Examples are shown in Table 3.
표 3의 슬럼프 실험결과와 같이 본 발명의 Helix 구조의 섬유복합체가 혼합된 실시예의 숏크리트 조성물 대비 비교예의 강섬유가 혼입된 숏크리트 조성물의 슬럼프가 상대적으로 낮은 이유는 강섬유의 높은 탄성계수로 인하여 숏크리트 조성물에 혼입된 각각의 섬유들이 얽힘으로써 숏크리트 조성물의 유동성을 저해하는 요소로 작용하기 때문이며, 본 발명의 고강력 Helix 구조의 섬유복합체 숏크리트 조성물의 경우 강섬유 대비 섬유의 개체수가 많음에도 불구하고 3GPa 내지 10GPa의 범위의 탄성을 유지함과 동시에 유연성을 가짐으로써 숏크리트 조성물의 유동성을 확보할 수 있음을 확인할 수 있다.As shown in the results of the slump test in Table 3, the slump of the shotcrete composition containing the steel fiber of Comparative Example compared to the shotcrete composition of the Helix fiber composite of the present invention is relatively low because of the high elastic modulus of the steel fiber, The fiber composite shotcrete composition of the present invention has a high tensile strength in the range of 3 GPa to 10 GPa in spite of the large number of fibers compared to the steel fibers. It can be confirmed that the flowability of the shotcrete composition can be secured by maintaining the elasticity of the shotcrete composition and having flexibility.
<숏크리트 일축 압축강도 실험 결과 확인><Confirmation of test results of shotcrete uniaxial compressive strength>
실시예 및 실시예에 대한 압축강도와 종래의 기술인 비교예의 압축강도를 확인하여 표 4에 나타내었다.Table 4 shows the compressive strengths of the examples and the examples and the compressive strength of the comparative example of the prior art.
표 4의 실험결과와 같이 본 발명의 Helix 구조의 섬유복합체가 혼합된 실시예의 숏크리트 조성물은 종래기술인 강섬유를 혼입한 숏크리트 조성물의 일축압축강도에 비하여 다소 떨어지나 이는 섬유복합체 대비 강섬유의 탄성계수가 상대적으로 높음에 따른 결과이나, 모든 실시예에서 50.00MPa 이상의 일축 압축강도가 발현되는 것으로 나타났으며, 비교예와 대비하여 실시예의 경우 좁은 범위의 표준편차를 보임으로써 종래기술보다 숏크리트 품질의 신뢰성이 더 우수함을 알 수 있다. As shown in the experimental results of Table 4, the shotcrete composition of the present invention in which the fiber composite of the Helix structure of the present invention is mixed is slightly lower than the uniaxial compressive strength of the conventional shotcrete composition containing steel fiber, but the elastic modulus of the steel fiber But the uniaxial compressive strength of 50.00 MPa or more is exhibited in all the examples. Compared with the comparative example, the shotcrete quality is more reliable than the conventional art by showing a narrow standard deviation in the examples .
<숏크리트 휨인성 결과 확인><Confirmation of Shotcrete Flexural Toughness Result>
실시예 및 비교예에 대한 휨인성과 종래의 기술인 비교예의 휨인성을 확인하여 표 5에 나타내었다.Table 5 shows the flexural toughness of the examples and comparative examples and the flexural toughness of the comparative example of the prior art.
표 5의 실험결과와 같이 본 발명의 Helix 구조의 섬유복합체가 혼합된 실시예의 숏크리트 조성물는 종래기술의 비교예인 강섬유를 혼입한 숏크리트 조성물과 비교할 때 휨강도는 다소 떨어지나 설계기준치 휨강도 4.5MPa를 대부분 만족하며, 등가휨강도의 경우 실시예의 경우 혼입량이 적은 일부 실시예에서는 설계기준치인 3.0MPa를 만족하지 못하였으나, 그 외 실시예에서는 대부분 설계기준치인 3.0MPa를 만족하였으며, 평균 70%이상의 강도비를 나타낸 반면에 비교예의 경우 설계 기준치 3.0MPa를 만족하지 못하고 강도비도 50% 범위를 나타냄에 따라, 고강력 Helix 구조의 섬유복합체가 혼입된 시편의 휨 성능이 우수함을 알 수 있었으며, 숏크리트의 최적배합, 섬유의 형상비 및 혼입량을 최적화함으로써 종래기술의 숏크리트 조성물 대비 우수한 성능의 숏크리트 조성물이 충분히 달성될 수 있다.As shown in the experimental results of Table 5, the shotcrete composition of the present invention in which the fiber composite of the Helix structure of the present invention is mixed has a lower flexural strength than the shotcrete composition incorporating the steel fiber, which is a comparative example of the prior art, and satisfies the design standard bending strength of 4.5 MPa, In the case of the equivalent bending strength, in some embodiments where the mixing amount is small, the design standard value of 3.0 MPa was not satisfied, but in the other embodiments, the design standard value of 3.0 MPa was satisfied and the average strength ratio was 70% or more In the case of the comparative example, the design standard value of 3.0 MPa was not satisfied and the strength ratio was within the range of 50%. As a result, it was found that the flexural performance of the specimen incorporating the fiber composite of high strength Helix structure was excellent, and the optimal combination of shotcrete, Lt; RTI ID = 0.0 > shotcrete < / RTI > composition of the prior art, The bit composition can be sufficiently achieved.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.While the present invention has been described with reference to the particular embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and variations can be made within the scope of equivalents of the claims.
Claims (11)
섬유 복합체는 폴리에스테르 또는 폴리아미드에서 선택된 1종 이상의 필라멘트가 사용되며, 필라멘트는 선택된 종의 원사를 2 ∼ 3가닥으로 연수가 200 내지 500TPM이 되도록 연사하여 Helix 구조를 갖고, 외부에 친수성기를 갖는 코팅물로 코팅되어 있으며, 길이 30mm ∼ 60mm, 직경 0.2mm∼2mm, 인장강도 450 ∼ 900Mpa, 인장신도 10% 내지 20%, 비중 1.0 내지 1.5, 탄성 3GPa 내지 10GPa이고,
급결제는 액상형의 알루민산소다(NaAlO2)계 액상급결제 또는 수산화알루미늄(Al(OH)3)을 주성분으로 하는 알칼리프리계 액상급결제이고,
강재지보를 설치하지 않는 경암 재질에 사용되는 것을 특징을 하는 고강력 Helix 구조의 섬유 복합체가 혼합된 합성섬유 숏크리트 조성물.150 to 300 parts by weight of a cementitious material, 150 to 250 parts by weight of a coarse aggregate, 30 to 60 parts by weight of water, 0.8 to 1.5 parts by weight of a high-performance water reducing agent, 1.5 to 3.5 parts by weight of a high- , And 4 to 15 parts by weight of a rapid setting agent,
The filament is made of a filament selected from the group consisting of a filament having a Helix structure and having a hydrophilic group on the outside, And has a length of 30 to 60 mm, a diameter of 0.2 to 2 mm, a tensile strength of 450 to 900 MPa, a tensile elongation of 10 to 20%, a specific gravity of 1.0 to 1.5, and an elasticity of 3 GPa to 10 GPa,
The quick-setting agent is an alkali-based liquid-phase quick-setting agent comprising a liquid phase sodium aluminate (NaAlO 2 ) liquid-phase quick-setting or aluminum hydroxide (Al (OH) 3 )
A composite fiber shotcrete composition comprising a high tensile Helix structure fiber composite, characterized in that it is used for a carcass material that does not have a steel support.
섬유 복합체는 폴리에스테르 또는 폴리아미드에서 선택된 1종 이상의 필라멘트가 사용되며, 필라멘트는 선택된 종의 원사를 2 ∼ 3가닥으로 연수가 200 내지 500TPM이 되도록 연사하여 Helix 구조를 갖고, 외부에 친수성기를 갖는 코팅물로 코팅되어 있으며, 길이 30mm ∼ 60mm, 직경 0.2mm∼2mm, 인장강도 450 ∼ 900Mpa, 인장신도 10% 내지 20%, 비중 1.0 내지 1.5, 탄성 3GPa 내지 10GPa이고,
강재지보를 설치해야 하는 연암 재질의 경우, 깊은 여굴이 발생한 굴착면과 같이 숏크리트 조성물의 시공 두께가 두꺼운 경우, 용수가 발생되는 지반의 경우에 사용되는 것을 특징을 하는 고강력 Helix 구조의 섬유 복합체가 혼합된 합성섬유 숏크리트 조성물.150 to 250 parts by weight of fine aggregate, 150 to 250 parts by weight of coarse aggregate, and 40 to 60 parts by weight of water, based on 100 parts by weight of cement binder mixed with 60 to 90% by weight of one kind of ordinary cement, 10 to 40% by weight of blast furnace slag or fly ash, 0.6 to 1.5 parts by weight of a high-performance water reducing agent, 1.5 to 3.5 parts by weight of a fiber composite with a high-strength Helix structure, and 7 to 12 parts by weight of a cement mineral type quick-setting admixture comprising amorphous calcium aluminate (nCaO 揃 nAl 2 O 3 ) In addition,
The filament is made of a filament selected from the group consisting of a filament having a Helix structure and having a hydrophilic group on the outside, And has a length of 30 to 60 mm, a diameter of 0.2 to 2 mm, a tensile strength of 450 to 900 MPa, a tensile elongation of 10 to 20%, a specific gravity of 1.0 to 1.5, and an elasticity of 3 GPa to 10 GPa,
A high strength Helix structure fiber composite is characterized in that it is used in the case of a soft rock material in which a steel support is to be installed, in a case where a construction thickness of a shotcrete composition is thick, such as an excavation surface where a deep excavation occurs, Mixed synthetic fiber shotcrete compositions.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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