KR102024583B1 - 미립자 그라우트재 조성물과 이를 이용한 지반그라우팅 공법 - Google Patents

미립자 그라우트재 조성물과 이를 이용한 지반그라우팅 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 물유리 수용액에 의한 A액과 결합재 현탁액에 의한 B액으로 이루어져 물유리 망상구조를 형성하는 그라우트재 조성물과 이를 바람직하게 이용한 지반 그라우팅 공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 B액의 결합재의 구성재료로 다량의 CaO와 함께 Fe2O3 및 SO3를 함유한 고분말도의 초임계 유동층 보일러 플라이애시와 실리카졸에 금속염이 혼합·경화·분쇄되어 얻어지는 금속규산염 미세결정제를 동시에 사용함으로써 물유리 망상구조의 형성을 촉진하고 물유리 망상구조 내부의 미세공극을 금속염으로 충전하여 증진된 압축강도를 확보할 수 있는 것은 물론 적절한 겔타임을 확보할 수 있는 미립자 그라우트재 조성물과 이를 이용한 지반그라우팅 공법에 관한 것이다.

Description

미립자 그라우트재 조성물과 이를 이용한 지반그라우팅 공법{Micro Fine Particle Grout Composition and Soil Grouting Method Using the Same}
본 발명은 물유리 수용액에 의한 A액과 결합재 현탁액에 의한 B액으로 이루어져 물유리 망상구조를 형성하는 그라우트재 조성물과 이를 바람직하게 이용한 지반 그라우팅 공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 B액의 결합재의 구성재료로 다량의 CaO와 함께 Fe2O3 및 SO3를 함유한 고분말도의 초임계 유동층 보일러 플라이애시와 실리카졸에 금속염이 혼합·경화·분쇄되어 얻어지는 금속규산염 미세결정제를 동시에 사용함으로써 물유리 망상구조의 형성을 촉진하고 물유리 망상구조 내부의 미세공극을 금속염으로 충전하여 증진된 압축강도를 확보할 수 있는 것은 물론 적절한 겔타임을 확보할 수 있는 미립자 그라우트재 조성물과 이를 이용한 지반그라우팅 공법에 관한 것이다.
일반적으로 강도가 낮고 자립도가 낮은 지반에서 공사를 수행할 때에는 지반의 안정성을 확보하기 위하여 적절한 보강공법을 적용한다. 보강공법 중에 가장 많이 사용되고 있는 공법으로는 지반그라우팅 공법이 있다. 지반그라우팅은 건축, 토목공사시에 누수방지, 차수와 지수, 토양강화 및 안정화를 위해 틈새 또는 주입구를 천공/굴착한 후 주입재를 주입하는 것을 말하며, 이때 사용되는 주입재를 보통 그라우트재라고 한다.
그라우트재는 일반적으로 시멘트 결합재와 규산소다계 용액(물유리)이 사용되며, 물유리는 시멘트 결합재와 반응 경화 시 시멘트 결합재가 가지는 SiO2에 의해 물유리 망상구조 형성이 촉진되면서 겔화현상이 나타나게 된다. 물유리를 사용한 그라우트재의 대표적인 예로는 특허 제 제10-0913572호, 특허 제10-1056474호 등이 있다. 이러한 물유리 망상구조 내부에는 수분이 다량 존재하는데, 시간 경과에 따라 경화되면서 망상구조 내부의 수분이 제거되면 미세공극이 나타나고 이러한 미세공극은 경화체의 강도성능 향상에 저해요인이 된다.
KR 10-0913572 B1 KR 10-1056474 B1
본 발명은 종래 물유리 망상구조를 형성하는 2액형 그라우트재의 단점을 개선하고자 개발된 것으로서, 적절한 겔타임을 가져 작업성을 확보할 수 있음은 물론, 물유리 망상구조의 형성을 촉진하여 초기 압축강도를 더욱 증진시킬 수 있고 동시에 경화 후 물유리 망상구조 내부의 수분이 제거되면서 나타나는 미세공극을 최소화하여 초기 증진된 압축강도가 장기적으로도 유지되도록 함으로써 안정적으로 강도확보가 가능한 미립자 그라우트재 조성물을 제공하는데 기술적 과제가 있다.
또한 본 발명은 미립자 그라우트재 조성물을 바람직하게 이용한 지반그라우팅 공법을 제공하고자 한다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 물유리 수용액를 물에 희석시킨 A액과 결합재를 물에 혼합한 B액으로 이루어진 그라우트재에서, B액의 결합재가 조강시멘트, 초임계 유동층 보일러 플라이애시, 수산화칼슘(Ca(OH)2), 금속규산염 미세결정제를 포함하여 조성되되, 금속규산염 미세결정제가 실리카졸에 금속염이 혼합되어 가열교반된 후 경화된 경화체의 분쇄물인 것임을 특징으로 하는 미립자 그라우트재 조성물을 제공한다. 여기서 금속규산염 미세결정제는 바람직하게는 실리카졸에 MgCl2, MgCO3, NaHCO3 중 하나 이상에 의한 금속염이 실리카졸의 SiO2 함량 대비 4~9중량% 혼합되어 가열교반된 후 경화된 경화체의 분쇄물일 수 있다.
또한 본 발명은 미립자 그라우트재 조성물을 이용한 지반그라우팅 방법으로, 지반을 천공하여 천공 내에 이중주입관을 설치한 후, 미립자 그라우트재 조성물의 A액과 B액을 따로 준비한 후 지반 주입 직전에 A액과 B액을 혼합시키면서 지반에 주입하는 것을 특징으로 하는 지반그라우팅 공법을 제공한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 본 발명은 물유리 수용액에 의한 A액과 결합재 현탁액에 의한 B액으로 이루어진 그라우트재 조성물에서, B액의 결합재의 구성재료로 다량의 CaO와 함께 Fe2O3 및 SO3를 함유한 고분말도의 초임계 유동층 보일러 플라이애시와 실리카졸에 금속염이 혼합·경화·분쇄되어 얻어지는 금속규산염 미세결정제를 동시에 사용하기 때문에, 초임계 유동층 보일러 플라이애시에 의한 물유리 망상구조의 촉진효과와 동시에 금속규산염 미세결정제에 의한 물유리 망상구조 내부 미세공극의 충전효과가 나타난다. 이로써 본 발명에 따르면 적절한 겔타임을 가지면서도 초기 압축강도의 현저한 증진과 함께 장기적으로도 증진된 압축강도를 발현하는 새로운 미립자 그라우트재 조성물을 제공할 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 미립자 그라우트재 조성물은 초임계 유동층 보일러 플라이애시를 B액의 결합재의 구성재료로 사용하기 때문에 결합재의 사용량은 물론 물유리의 사용량을 줄이면서도 겔타임과 압축강도의 확보가 가능해지며, 이로써 본 발명에 따른 미립자 그라우트재 조성물을 활용하면 경제적으로 지반그라우팅 공사를 수행할 수 있다. 특히 본 발명에 따른 미립자 그라우트재 조성물은 수중침지 양생조건에서 우수한 압축강도 발현이 확인되었는바, 지반에서 다량의 물과 접촉 가능성이 높은 점을 감안하면 지반그라우팅재로 더욱 유리하게 활용할 수 있다.
본 발명은 물유리를 물에 희석시킨 물유리 수용액에 의한 A액과 결합재를 물에 혼합한 결합재 현탁액에 의한 B액으로 이루어져 A액과 B액을 혼합 반응시킬 때 물유리 망상구조를 형성하는 그라우트재 조성물에 관한 것으로, 다량의 CaO와 함께 Fe2O3 및 SO3를 함유한 고분말도의 초임계 유동층 보일러 플라이애시와 실리카졸에 금속염이 혼합·경화·분쇄되어 얻어지는 금속규산염 미세결정제를 B액을 위한 결합재의 구성성분으로 활용한다는데 특징이 있다.
물유리 수용액에 의한 A액은 일반적인 2액형 그라우트재 조성물에서 사용하는 것과 동일하며, 다만 본 발명에서는 일반적인 2액형 그라우트재 조성물에서보다 물유리의 사용량을 줄여 사용할 수 있다. 아래에서 살펴보는 B액이 A액과 반응할 때 물유리 망상구조가 촉진되면서 물유리 망상구조 내부의 미세공극도 충진되어 조기에 강도발현이 가능해지기 때문에 물유리의 사용량을 줄일 수 있다. 또한 B액의 결합재의 구성재료로 사용하는 초임계 유동층 보일러 플라이애시는 기존 일반적인 플라이애시와는 다르게 다량의 CaO와 함께 Fe2O3와 SO3를 다량 함유하는 특성이 있기 때문에 결합재 사용량을 줄일 수 있으며, 무엇보다도 경화체의 강도발현 특성이 우수해지고 겔형성도 용이하기 때문에 그라우트의 겔형성 특성에 주요 재료인 A액의 물유리 사용량을 줄일 수 있다.
결합재 현택액에 의한 B액은 결합재와 물이 혼합된 것인데, 본 발명에서 결합재는 조강시멘트, 초임계 유동층 보일러 플라이애시, 수산화칼슘(Ca(OH)2), 금속규산염 미세결정제를 포함하여 조성된다. 여기서 금속규산염 미세결정제는 실리카졸에 금속염이 혼합되어 가열교반된 후 경화된 경화체의 분쇄물이 되는데, 실리카졸에 MgCl2, MgCO3, NaHCO3 중 하나 이상에 의한 금속염이 실리카졸의 SiO2 함량 대비 4~9중량% 혼합되어 가열교반된 후 경화된 경화체를 미분쇄하는 방식으로 바람직하게 제조할 수 있다. 이와 같은 결합재는 바람직하게는 조강시멘트 32~85중량%, 초임계 유동층 보일러 플라이애시 10~50중량%, 수산화칼슘(Ca(OH)2) 4~12중량%, 금속규산염 미세결정제 1~6중량%를 포함하도록 조성될 수 있다.
B액의 결합재에서 조강시멘트는 분말도 4,000㎠/g 이상을 갖는 시멘트로서 기본적인 결합재가 되는데, 보통포틀랜드시멘트보다 조강성을 발휘하기 때문에 겔타임을 적절히 단축할 수 있어 소정의 겔타임 확보가 필요한 그라우트재용으로 적합하다. 조강시멘트는 32~85중량% 사용하는 것이 바람직하며, 32중량% 미만이면 경화체의 강도성능 발현이 부족하고 85중량% 초과하면 겔타임 확보 제어에 어려움이 있다.
초임계 유동층 보일러 플라이애시는 시멘트를 대체하는 결합재로, 초임계 상태에서 보일러를 가동하는 초임계 유동층 보일러에서 배출되는 애시이다. 여기서 초임계 유동층 보일러는 물이 증기로 변환되는 임계조건(225.5kg/cm2 증기압, 374도 증기온도)으로 가하여 발전하는 보일러가 된다. 일반적인 플라이애시는 석탁 화력발전소에서 연료(석탄)와 공기를 주입하여 연소(1200~1500도)하는 공정을 통해 배출되는 애시이고, 순환 유동층 보일러 플라이애시는 순환 유동층 보일러에서 공기와 석회를 동시에 주입하여 지속적으로 열을 순환시키면서 석탄을 완전 연소(760~950도)하는 공정을 통해 배출되는 애시이고, 초임계 유동층 보일러 플라이애시는 초임계 유동층 보일러에서 공기 대신 산소를 주입하여 초임계 상태에서 연료(석탄)을 연소하는 공정을 통해 배출되는 애시이다. 이들 플라이애시들은 석탄을 연료로 하는 발전설비에서 배출되는 애시라는 점에서 공통점이 있으나 발전설비의 구체적인 처리방식이 달라 애시의 화학성분과 물리적 특성이 아래 [표 1]과 같이 차이가 있으며, 특히 초임계 유동층 보일러 플라이애시는 20% 이상의 CaO, 15% 이상의 Fe2O3, 8% 이상의 SO3 성분을 함유한다. CaO와 SO3에 의한 CaSO4는 Ca(OH)2 및 C3A와 반응하여 에트링자이트(Ettringite) 수화물을 생성하여 초기강도 증진에 기여하고, 더불어 Fe2O3는 CaO와 결합하여 수화반응성이 있는 칼슘 페라이트(2CaO·Fe2O) 광물을 일부 형성한다. 칼슘 페라이트 광물은 일반적인 플라이애시에서는 형성되지 않거나 극히 일부 생성되는 수화반응성의 광물로서 Fe2O3의 함량이 높은 초임계 유동층 보일러 플라이애시를 사용시에 형성되는 수화반응성 광물이다.
플라이애시 종류별 특성
　구분 화학성분 (wt.%) 물리적 특성
CaO SiO2 Al2O3 MgO Fe2O3 SO3 K2O Na2O 분말도
(㎠/g)		 밀도
(g/cm3)
일반 플라이애시 1.0 61.0 19.4 - 6.3 - 1.0 - 2,970 2.13
순환유동층보일러 플라이애시
(CFBC)		 3.8 58.4 21.3 1.26 5.13 0.00 1.580 1.630 3,200 2.91
초임계 유동층 보일러 플라이애시 24.5 27.9 13.3 6.14 15.45 8.87 1.350 1.010 7,500 2.89
본 발명에서 초임계 유동층 보일러 플라이애시는 Fe2O3 10∼20중량%, SO3 5∼20중량% 함유하면서 분말도 6,000~9,000㎠/g로 분쇄한 것으로 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 초임계 유동층 보일러 플라이애시는 결합재의 10~50중량%로 사용하는 것이 바람직한데, 10중량% 미만이면 그라우트재 경화체의 조기강도 성능 향상 효과가 낮으며, 50중량% 초과하면 그라우트의 겔타임이 짧아지고 장기강도 성능 확보에 어려움이 있다.
수산화칼슘(Ca(OH)2)은 반응성의 SiO2와의 포졸란 반응에 의해 강도 및 내구성이 우수한 C-S-H겔을 형성함으로써 그라우트재 경화체의 강도 및 내구성에 기여한다. 수산화칼슘(Ca(OH)2)은 4~12중량% 사용하는 것이 바람직한데, 4중량% 미만이면 겔타임 제어가 어려우며, 12중량% 초과하면 겔타임이 짧아지고 겔형성 직후 겔의 강도특성을 떨어드려 성능 발현을 어렵게 한다.
금속규산염 미세결정제는 실리카졸에 금속염이 혼합되어 가열교반된 후 경화된 경화체의 분쇄물이 된다. 이러한 금속규산염 미세결정제는 SiO2와 함께 금속염을 보유하기 때문에 물유리와 반응하면 물유리 망상구조 형성을 촉진하고, 더불어 금속염이온이 물유리 망상구조 내부에서 새로운 알칼리금속염 결합구조를 가지게 되고 그러한 결합상태에서 상전이에 의한 부피팽창을 일으켜 물유리 망상구조 내부에 수분이 차지하고 있는 미세공극을 충전하는 형태가 된다. 이로써 그라우트재가 경화한 후에도 미세공극이 작아짐으로 인해 강도성능 향상효과를 유지시킬 수 있다.
금속규산염 미세결정제는 실리카졸에 MgCl2, MgCO3, NaHCO3 중 하나 이상에 의한 금속염을 실리카졸의 SiO2 함량 대비 4~9중량% 혼합한 후 65~70℃에서 5hr 가열교반하고, 가열교반으로 혼합 완료된 액상을 급냉 분사하여 경화시킨 후 분말도 2,000~2,400㎠/g로 분쇄하는 방식으로 바람직하게 제조할 수 있다. 금속규산염 미세결정제에서 금속염으로는 부피팽창에 유리한 마그네슘염이 더욱 바람직하다. 이러한 금속규산염 미세결정제의 제조에서 실리카졸의 SiO2 함량 대비 금속염의 혼합중량비가 4중량% 미만이면 금속염에 의한 부피팽창 성장이 부족하고, 9중량% 초과하면 과도한 금속염 혼입으로 인해 미반응된 금속염이 존재하게 되면서 오히려 물유리의 경화특성을 떨어뜨린다. 이러한 금속규산염 미세결정제는 전체 결합재에 대하여 1~6중량% 사용하는 것이 바람직하데, 1중량% 미만이면 미세공극 충전 특성이 낮아 그라우트재 경화체의 강도성능 증진효과를 기대하기 어렵고, 6중량% 초과하면 미반응한 금속규산염 미세결정제가 물유리 망상구조 내부에 잔존하게 되어 오히려 그라우트재 경화체의 강도성능을 떨어뜨리기 쉽다.
본 발명에 따른 미립자 그라우트재 조성물은, 물유리 100중량부에 물 200~300중량부를 혼합한 물유리 수용액으로 A액을 준비하고, 결합재 100중량부에 물 150~200중량부 혼합한 결합재 현탁액으로 B액을 준비하며, 이러한 A액과 B액을 부피비로 1:1 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 그라우트재 조성물은 40~60초의 겔타임을 확보하고, 우수한 압축강도 성능을 발현한다.
본 발명에 따른 미립자 그라우트재 조성물은 지반 그라우팅공법에 적용할 수 있는데, 40~60초의 겔타임을 가지므로 A액과 B액을 따로 준비한 후 지반 주입 직전에 A액과 B액이 혼합되도록 하여 지반에 주입하는 방식으로 바람직하게 적용할 수 있다. 이때 A액과 B액은 각각의 교반탱크에서 교반을 유지시키면서 준비하고, 각각의 교반탱크에서 일정한 용량으로 배출시키면서 1:1의 부피비로 균일하게 혼합되도록 한다. 가령 본 발명에 따른 미립자 그라우트재 조성물을 강관 그라우팅공법에 적용한다면, 지반을 천공하여 강관을 지반에 관입 설치하고, 강관 내부에 주입관을 설치하여 지반 천공홀 입구를 코킹하고, 지반 천공홀 입구에 위치한 주입관 입구에서 A액과 B액이 혼합되도록 하면서 주입관으로 주입한다.
이하에서는 제조예 및 시험예에 의거하여 본 발명을 상세히 살펴본다 다만, 아래의 제조예 및 시험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이로써 한정되는 것은 아니다.
[제조예] 금속규산염 미세결정제 제조
실리카졸(영일화성 YGS-40: SiO2 함량 39~41%, Na2O max 0.6wt%, 비중 1.27~1.29, colloidal particle size 10~20nm) 100중량부에, MgCO3 2중량부를 혼합 후 65~70℃ 범위 내에서 5hr 동안 가열교반을 유지하여 혼합 완료한 다음, 혼합 완료된 액상을 급냉 분사하여 경화시킨 후 분쇄하여 금속규산염 미세결정제로 제조하였다. 이렇게 제조한 금속규산염 미세결정제는 백색 분말로, MgO 함량 43.5중량%, bulk density 1.73g/㎤, 칼슘 함량 0.45중량% 이하, Fe 함량 0.01 중량%이고, 분말도 2,180㎠/g으로 나타냈다.
[시험예] 그라우트재의 특성 시험
1. 결합재 조성
[제조예]에서 제조한 금속규산염 미세결정제를 이용하면서 아래 [표 2]와 같은 결합재를 조성하였다.
결합재 조성
구성 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5 비교예6 비교예7 비교예8 실시예
시멘트 100 70 75 75 90 - - -
조강시멘트 - 30 - - - 85 70 75 69
일반 플라이애시 - - 20 - - - - - -
초임계 유동층 보일러 플라이애시 - - - 20 - - 20 20 18
수산화칼슘 - - 5 5 5 10 10 - 8
금속규산염
미세결정제		 - - - - 5 5 - 5 5
계 100 100 100 100 100 100 100 100 100
- 시멘트(보통포틀랜드시멘트): 분말도 3,400㎠/g, 비중 3.14
- 조강시멘트(조강형 보통포틀랜드시멘트): 분말도 4,360㎠/g, 비중 3.10
- 일반 플라이애시: 표 1
- 초임계 유동층 보일러 플라이애시: 표 1
- Ca(OH)2: 용해도 0.17g/100g(20℃ 물), 비중 2.24
- 금속규산염 미세결정제: 제조예
2. 그라우트재 조성
위의 [표 2]과 같은 조성의 결합재를 이용하면서 아래 [표 3]과 같이 조성으로 그라우트재 조성물을 준비하였으며, 보는 바와 같이 A액과 B액은 부피비 1:1로 혼합하였다. 특히 실시예는 비교예보다 A액의 물유리를 절반 이하로 줄여 사용하고 B액의 결합재를 적게 사용하였는데, 이는 실시예 B액의 결합재의 구성재료로 고분말도의 초임계 유동층 보일러 플라이애시를 사용함으로써 동일 부피의 그라우트재 주입량을 위해 혼입되는 결합재의 사용량을 줄일 수 있게 됨에 따른 것이다.
그라우트재 조성
구 분 A액 B액
WG(물유리 3호) W(물) W(물) 결합재
비교예 중량 350g 250g 420g 250g
부피 500cc 500cc
실시예 중량 160g 385g 408g 232g
부피 500cc 500cc
3. 특성평가
위의 [표 2] 및 [표 3]과 같이 준비한 그라우트재의 특성평가를 위해 대하여 겔타임과 압축강도를 측정하였다. 겔타임은 A액과 B액을 혼합한 후 겔형성에 소요되는 시간으로 측정하여 평가하고, 압축강도는 5×10cm의 원형실린더 형태로 성형한 시험체에 대해 1일 차의 경우 실온기건 양생 후 측정하고 2일 차부터 양생 시 기건밀봉과 수중침지 조건별로 양생일마다 측정하였다. 측정결과 아래 [표 4]와 같이 나타냈다.
그라우트재의 특성평가 결과
구성 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5 비교예6 비교예7 비교예8 실시예
겔타임(분:초) 1:25 1:10 2:20 0:55 1:00 0:55 0:33 0:55 0:45
압축
강도
(㎏f/㎠)		 1d 0.22 0.29 0.14 0.33 0.25 0.40 0.55 0.58 1.22
실온
밀봉		 3d 0.74 0.78 0.38 0.77 0.67 0.89 0.97 1.10 1.75
7d X X 0.49 X 0.87 1.11 X X 1.78
28d X X X X 0.99 1.24 X X 1.97
수중
침지		 3d 0.64 0.74 0.50 0.75 0.67 0.74 0.97 1.00 1.68
7d 0.74 0.84 0.60 0.87 0.82 1.00 1.11 1.10 2.00
28d 1.06 1.29 0.84 1.25 1.26 1.13 1.40 1.25 2.45
X : 건조수축 크랙으로 인해 압축강도 측정 불가
위와 같이 결합재로 일반 시멘트 단독으로 구성한 비교예1과 비교예1에서 일반 시멘트의 30%를 조강시멘트로 치환 구성한 비교예2를 비교하면, 조강시멘트의 적용으로 겔타임이 단축되는 것으로 확인되나 큰 단축효과는 보이지 않았으며, 압축강도는 비교예1,2 모두 실온밀봉 양생조건에서 7일에 건조수축 크랙이 나타나 측정이 불가했다.
비교예3은 비교예1에서 일반 시멘트의 일부(30%)를 일반 플라이애시(25%)와 수산화칼슘(5%)으로 치환 구성한 예이고, 비교예4는 비교예3에서 일반 플라이애시 대신에 초임계 유동층 보일러 플라이애시를 사용한 예인데, 이들을 비교예1과 비교하면, 비교예3은 비교예1보다 겔타임이 크게 늘어나고 압축강도는 저하였으나, 비교예4는 비교예1보다 겔타임이 크게 단축되고 압축강도는 비슷하게 실온밀봉 양생조건에서 건조수축 크랙이 발생하여 압축강도 측정이 불가한 것으로 나타냈다.
비교예5는 비교예1에서 일반 시멘트의 일부를 수산화칼슘과 금속규산염 미세결정제로 치환 구성한 예인데, 비교예1과 비교할 때 겔타임 단축 효과가 확인되고 재령 28일까지 압축강도 발현되는 것이 확인되었다.
비교예6은 비교예5에서 일반 시멘트 대신 조강시멘트를 사용하면서 조성범위를 새로 구성한 예인데, 비교예5와 비교할 때 겔타임 단축과 압축강도 증진이 확인되었다.
비교예7은 비교예6에서 조강시멘트의 일부와 금속규산염 미세결정제 전부를 초임계 유동층 보일러 플라이애시로 치환 조성한 예인데, 비교예6과 비교할 때 겔타임이 더욱 단축되고 압축강도도 증진되는 것으로 확인되었다. 하지만 비교예7은 겔타임이 38초로 너무 짧아 작업성 확보가 어렵고, 또한 실온밀봉 양생조건에서 재령 7일에 건조수축 크랙으로 인해 압축강도 측정이 불가한 것으로 확인되었다.
비교예8은 비교예7에서 수산화칼슘을 조강시멘트의 일부와 금속규산염 미세결정제로 치환 조성한 예인데, 비교예7과 비교할 때 겔타임이 비교예6 수준으로 연장되고 압축강도도 소폭 증진되는 것으로 확인되었으나, 실온밀봉 양생조건에서 재령 7일에 건조수축 크랙이 발생하여 압축강도 측정이 불가한 것으로 확인되었다.
실시예는 비교예7에서 금속규산염 미세결정제를 추가 혼입하면서 조성범위를 새로 조성한 예 또는 비교예8에서 수산화칼슘을 추가 혼입하면서 조성범위를 새로 조성한 예가 되는데, 겔타임이 45초로 비교예6,8보다 단축되면서 비교예7보다 지연되는 것으로 나타내 적절한 작업성 확보가 가능한 것으로 확인되었고, 압축강도 또한 비교예6,7,8보다 높으면서도 건조수축 크랙의 우려가 없는 것으로 확인되었다. 특히 실시예는 실온밀봉 양생조건보다 수중침지 양생조건에서 압축강도 성능이 더욱 높은 것이 확인되었다.
위와 같은 결과로부터, 초임계 유동층 보일러 플라이애시와 수산화칼슘을 함께 사용할 경우에 그라우트의 겔타임 제어가 용이하다고 할 수 있고(비교예1,4), 또한 일반 시멘트보다 조강시멘트가 겔타임 단축효과와 압축강도 증진효과에 유리하다고 할 수 있으며(비교예5,6), 나아가 초임계 유동층 보일러 플라이애시와 금속규산염 미세결정제를 함께 사용할 경우에 초기 압축강도 성능이 크게 향상되고 장기 강도면에서도 초기강도 향상 수준보다는 낮으나 향상된 특성을 나타내는 것을 확인되었다(비교예7,실시예). 특히 수중침지 시험체의 경우에 비교예는 실시예 대비 현저히 낮은 압축강도 성능을 나타냈고, 실시예는 수중침지 양생조건에서 더욱 증진된 압축강도 성능이 확인되어 지반에서 다량의 물과 접촉 가능성이 높은 점을 감안하면 지반주입 시 강도성능 향상에 유리할 것으로 기대된다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 물유리 수용액를 물에 희석시킨 A액과, 결합재를 물에 혼합한 B액으로 이루어진 그라우트재에서,
    상기 B액의 결합재는, 조강시멘트, 초임계 유동층 보일러 플라이애시, 수산화칼슘(Ca(OH)2), 금속규산염 미세결정제를 포함하여 조성되되,
    상기 초임계 유동층 보일러 플라이애시는, 초임계 유동층 보일러에서 산소를 주입하면서 석탄 연료를 초임계조건으로 연소하는 공정을 통해 배출되는 애시로, Fe2O3 10∼20중량%, SO3 5∼20중량% 함유하면서 분말도가 6,000~9,000㎠/g인 것이며,
    상기 금속규산염 미세결정제는, 실리카졸에 MgCl2, MgCO3, NaHCO3 중 하나 이상에 의한 금속염이 실리카졸의 SiO2 함량 대비 4~9중량% 혼합되어 가열교반된 후 경화된 경화체의 분쇄물인 것을 특징으로 하는 미립자 그라우트재 조성물.
  3. 제2항에서,
    상기 B액의 결합재는, 조강시멘트 32~85중량%, 초임계 유동층 보일러 플라이애시 10~50중량%, 수산화칼슘(Ca(OH)2) 4~12중량%, 금속규산염 미세결정제 1~6중량%를 포함하여 조성되는 것을 특징으로 하는 미립자 그라우트재 조성물.
  4. 제3항에서,
    상기 A액은, 물유리 100중량부에 물 200~300중량부를 혼합한 것이고,
    상기 B액은, 결합재 100중량부에 물 150~200중량부 혼합한 것이며,
    상기 A액과 B액은, 부피비로 1:1 혼합되는 것을 특징으로 하는 미립자 그라우트재 조성물.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 미립자 그라우트재 조성물을 이용한 지반그라우팅 방법으로,
    A액과 B액을 따로 준비한 후 지반 주입 직전에 A액과 B액을 혼합시키면서 지반에 주입하는 것을 특징으로 하는 지반그라우팅 공법.
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