KR102139803B1 - 연약지반 침하 보강용 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지반의 이완 또는 붕괴의 억제, 침하지역의 지반 보강을 위해 시공되는 약액 주입제로 기존의 구조물 자체를 손상시키지 않고 침강, 웅덩이, 단차 등이 발생한 구조물의 하부를 팽창시켜 단기간에 침강, 웅덩이, 단차 등을 보강 또는 복원 후 우수한 강도를 유지할 수 있는 연약지반 침하 보강용 조성물에 관한 것으로, 본 발명에서는 폴리프로필렌 폴리올 70~75중량부, 1-클로로-2-프로판올 인산 20~25중량부, 디에틸렌 글리콜 5~10중량부, 촉매 1~3중량부 및 물 1~3중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연약지반 침하 보강용 조성물이 개시된다.

Description

연약지반 침하 보강용 조성물{Soft ground subsidence reinforcement composition}

본 발명은 연약지반 침하 보강용 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지반의 이완 또는 붕괴의 억제, 침하지역의 지반 보강을 위해 시공되는 약액 주입제로 기존의 구조물 자체를 손상시키지 않고 침강, 웅덩이, 단차 등이 발생한 구조물의 하부를 팽창시켜 단기간에 침강, 웅덩이, 단차 등을 보강 또는 복원 후 우수한 강도를 유지할 수 있는 연약지반 침하 보강용 조성물에 관한 것이다.

최근 경제의 성장과 더불어, 공장, 창고, 점포, 주택 등의 건축구조물이나, 도로, 공원, 다리, 공항 등의 토목구조물이 전역에 걸쳐 구축되어 있지만, 다양한 원인에 기인한 지반침하나, 부실한 시공 등으로 인해 이러한 구조물이 영향을 받아 발생하는 피해가 많이 발생되고 있는 실정이다. 예를 들어, 연약한 지반대에서 공장용수로서 지하수를 대량으로 퍼 올리거나, 지반치수가 여러 지역에서 발생하고 있다.

구조물이 구축되어 있는 일대에서 지반침하가 발생한 경우, 예를 들어, 주택 등이 기울어지거나, 도로의 단차에 의해 차량의 주행에 악영향을 주는 등의 문제가 있다. 그 밖에 구조물이 지반침하에 의해 기울어지면 구조물 내에 설치된 기계에 영향을 줄 수 있으며, 구조물이 기울어지지 않더라도, 구조물과 지반과의 사이에 공극이 발생한 경우에는 무시할 수 없는 진동을 발생시킬 수 있는 문제가 있다.

이와 같은 문제에 대처하기 위한 방법으로 예를 들어, 지반 침하에 의한 구조물의 경사를 수복하기 위하여, 구조물을 부수고 재건하는 방법, 침하, 웅덩이, 단차 등이 발생한 구조물의 표면에 수지모르타르(mortar)등을 주입하여 표면 초리하는 방법, 기울어진 구조물의 하방 지반을 파내고 구조물과 지중 지지층과의 사이에 지지부재를 압입하여, 지지부재로 구조물을 잭업(jack up) 시킨 후, 구조물과 지반의 사이에 생신 공극에 콘크리트나 수지모르타르를 주입하여 이것을 메우는 방법 등을 들 수 있다.

그러나, 구조물을 부수고 재건축하는 방법은 대량의 산업폐기물을 발생시키고, 구조물의 파괴 및 구축을 위해 대량의 기계 및 자재가 필요하며, 또한 재건축하기까지 장기간 구조물을 사용할 수 없는 문제가 있었다.

한편, 침하, 웅덩이, 단차 등을 구조물의 표면처리에 의해 수복하는 방법에 있어서는, 수복이 필요한 곳에 중량물을 놓거나 충격 등을 주면, 다시 수복한 곳이 침하하거나, 주입한 수지포르타르 등이 떨어져나가는 등의 문제가 있었다.

또한, 지지부재에 의해 구조물을 잭업하는 방법에 있어서는, 구조물 하방의 지반을 지지층까지 파내지 않으면 안되기 때문에 작업이 곤란하며, 부수작업과 비용이 많이 드는 문제가 있었다.

1. 대한민국등록특허공보 제10-0695389호 2. 대한민국등록특허공보 제10-0556567호 3. 대한민국등록특허공보 제10-1176895호 4. 대한민국공개특허공보 제10-2004-0053376호

본 발명에서는 상기한 종래의 문제점을 해소하고자 안출한 것으로, 침하, 웅덩이, 단차 등이 발생하거나, 건물의 바닥이나 도로, 활주로, 슬라브 등의 하방 지반과의 사이에 공극이 발생시 구조물의 재구축, 이동 혹은 이설 등을 하지 않고, 천공 작업 후 조성물을 신속히 주입하는 것만으로 조성물의 팽창으로 단시간에 소정 높이까지 상승시켜 구조물을 평평하게 복원하거나, 보강할 수 있는 연약지반 침하 보강용 조성물을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.

상기한 과제를 해결한 본 발명의 연약지반 침하 보강용 조성물은 폴리프로필렌 폴리올 70~75중량부, 1-클로로-2-프로판올 인산 20~25중량부, 디에틸렌 글리콜 5~10중량부, 촉매 1~3중량부 및 물 1~3중량부를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 폴리프로필렌 폴리올은 수산기(-OH)가 400 ~ 600 KOHmg/g을 만족하는 것으로 프로필렌글리콜, Sorbitol Base Polyol, Sugar Glycerin Base Polyol 로 이루어진 군에서 선택 되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 폴리프로필렌 폴리올은 중량평균분자량 500 ~ 600 Mw, 점도 3,500 ~ 22,000 cps를 만족하는 폴리올을 사용하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 촉매는 2차 아민류를 사용하며, 상기 2차 아민류는 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octane로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 조성물은 밀도 80~100㎏/㎥, 점도 700~900 cPs, 압축강도 0.89~1.12 MPa의 물성을 만족하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제공하는 연약지반 침하 보강용 조성물은 연약지반의 침하, 웅덩이, 단차 등이 발생시 조성물의 주입만으로 신속한 보강이 이루어지거나, 혹은 건물의 바닥이나 도로, 활주로, 슬라브 등의 하방 지반과의 사이에 공극이 발생시 구조물의 재구축, 이동 혹은 이설 등을 하지 않고, 천공 작업 후 조성물을 신속히 주입하는 것만으로 조성물의 팽창에 따른 단시간에 소정 높이까지 상승시켜 구조물을 평평하게 복원하거나, 보강할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명품의 발포체가 발포되며 지반 내의 흙을 밀어내 압밀시켜 밀도를 높이며, 높은 강도의 발포체가 지반을 지탱해주어 추가적인 지반침하나 씽크홀 발생, 차수문제 등을 예방할 수 있는 효과를 가지고 있다.

이하, 본 발명을 바람직한 실험예 등을 참고하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

단, 이하에서 설명되는 실험예 등은 본 발명을 구체적인 예를 들어 설명하기 위한 자료로서 그 실험예만으로 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위내에서 그 진보성을 판단하여야 할 것이다.

본 발명은 연약지반의 이완 또는 붕괴, 침하로 인하여 구조물이 기울어지거나, 침강, 웅덩이, 단차 등이 발생한 구조물의 하부에 주입시켜 구조물의 하부를 팽창시켜 단기간에 침강, 웅덩이, 단차 등을 보강 또는 복원 후 우수한 강도를 유지할 수 있는 연약지반 침하 보강용 조성물을 제공하는 것을 그 목적으로 하고 있는 것으로,

보다 구체적으로 본 발명의 연약지반 침하 보강용 조성물은 폴리프로필렌 폴리올을 주재로 하여 1-클로로-2-프로판올 인산, 디에틸렌 글리콜, 촉매 및 물을 일정중량비로 혼합하여 이루어진다.

이때, 상기 1-클로로-2-프로판올 인산은 조성물이 점도를 조절하는 기능을 하고, 상기 디에틸렌 글리콜은 조성물의 팽창 후, 압축강도를 확보하는 기능을 하며, 상기 촉매는 발포 속도 및 완결 시간을 조절하는 기능을 하며, 상기 물은 발포제로서의 기능을 하게 된다.

바람직하게 상기 연약지반 침하 보강용 조성물은 폴리프로필렌 폴리올 70~75중량부, 1-클로로-2-프로판올 인산 20~25중량부, 디에틸렌 글리콜 5~10중량부, 촉매 1~3중량부 및 물 1~3중량부를 포함하여 이루어지는 것이다.

본 발명에 따르면, 바람직하게 상기 폴리프로필렌 폴리올은 수산기(-OH) 400 ~ 600 KOHmg/g을 만족하는 것으로 프로필렌글리콜, Sorbitol Base Polyol, Sugar Glycerin Base Polyol로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 사용하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 폴리프로필렌 폴리올은 중량평균분자량 500~600(Mw), 점도 3,500~22,000 cPs를 만족하는 폴리올을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상기 폴리프로필렌 폴리올은 그 사용량이 70중량부 미만일 경우에는 조성물을 주입한 다음 팽창 후의 압축강도와 밀도가 만족할 수준에 이르지 못하여 침하지역의 보강효율이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 75중량부를 초과할 경우에는 압축강도와 밀도가 큰 폭으로 증가하여 보강효율이 우수하여지나, 조성물의 점도가 증가하여 작업시 사용상의 어려움이 있는 단점이 있다. 또한, 밀도의 상승으로 수율이 저어지는 문제가 있어 시공면적당 사용되는 액의 비용이 상승하는 문제가 있을 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 1-클로로-2-프로판올 인산은 조성물의 점도를 조절하는 기능을 하는 것으로, 만일 그 사용량이 20중량부 미만일 경우에는 최종 조성물의 높은 점도로 인하여 현장 작업시 작업자의 사용에 어려움이 따를 수 있고, 25중량부를 초과할 경우에는 최종조성물이 점도가 낮아지나, 압축강도의 저하폭이 커져 과량의 투입하여 점도를 낮추기엔 무리가 따른다.

본 발명에 따르면, 상기 디에틸렌 글리콜은 조성물의 팽창 후, 압축강도를 확보하는 기능을 하게 되는 것으로, 그 사용량이 5중량부 미만일 경우에는 압축강도가 현저히 낮아 보강효율이 떨어지는 단점이 있고, 10중량부를 초과할 경우에는 압축강도가 증가하나 폼 내부가 쇄연장의 길의 한계와 발포열에 의해 갈라지는 현상이 발생하는 문제가 있다.

본 발명에 따르면, 상기 촉매는 발포 속도 및 완결 시간을 조절하는 기능을 하는 것으로, 바람직하게 2차 아민류를 사용하며, 보다 구체적으로 상기 2차아민류는 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octane로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 사용하는 것이다. 이때, 상기 촉매의 사용량이 1중량부 미만일 경우에는 충분한 발포압력이 발생하지 않아 공극을 채우기만 하는 현상이 있을 수 있고, 3중량부를 초과할 경우에는 반응속도가 빨라져 주입관 내에서 굳어 주입액이 역류 및 충진이 불가능할 수 있는 단점이 있을 수 있다.

본 발명에 따르면, 바람직하게 상기 연약지반 침하 보강을 위한 조성물은 그 점도가 700~900 cPs범위내가 되도록 혼합조성하는 것이 바람직하며, 그 이유는 점도가 높을수록 주입용 장비의 펌프에 무리가 가해지며 기계고장의 원인이 되며 작동에 어려움이 있기 때문이다. 또한 충진하고 난 후, 팽창되어 굳은 후의 밀도는 80~100㎏/㎥, 압축강도 0.89~1.12 MPa의 물성을 만족하는 것이다.

이하에서는 본 발명에서 제공되는 상기 조성물을 완성하기 위하여 실시된 실험예를 보충하여 설명하기로 한다. 단, 하기의 실험예 및 그 결과는 본 발명을 설명하기 위한 예시로, 그 실험예로 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 발명의 범위 안에서 그 진보성은 판단되어져야 할 것이다.

<실험 목표>

아래 실험은 지반보강재의 배합비에 따른 물성변화를 측정하여 시공시 점도저하와 압축강도의 유지 혹은 상향을 위해 방향성을 판단하기 위하여 실시하여 보았다.

<실험과정>

실험은 실험예 1 처방을 기준으로 실험예 2, 3, 4를 디에틸렌 글리콜의 함량을 늘려가며 실험을 진행하였고, 실험예 5, 6, 7은 폴리프로필렌 글리콜의 함량을 늘려가며 실험을 진행하였으며, 실험예 8,9,10은 1-클로로-2-프로판올 인산의 함량을 늘려가며 실험을 진행하였다. 실험에 사용된 폴리프로필렌 폴리올은 폴리프로필렌 글리콜을 사용하였고, 2차 아민은 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octane을 사용하였다.

하기 표 1에서는 본 실험에 사용된 원료의 구성 및 그 함량을 나타내었고, 그에 따른 측정된 물성값을 나타낸 것이다. 각각의 원료의 혼합비의 단위는 중량부이다.

원 료	실험예1	실험예2	실험예3	실험예4	실험예5	실험예6	실험예7	실험예8	실험예9	실험예10
폴리프로필렌글리콜	70.5	70	68.5	67.2	72	73.5	75	69	68	67
1-클로로-2-프로판올 인산	20.5	20	20	20	19.2	18.3	17	22	23	24
디에틸렌 글리콜	5	6	7.5	9	5	4.8	4.6	5	5	5
2차아민	3	3	3	2.8	2.8	2.6	2.6	3	3	3
INDEX	102.15	100.62	98.70	96.03	101.05	100.10	99.27	104.11	105.41	107.37
밀도 (Kg/㎥)	85	85	-	-	96.3	107.76	110.37	95	97	98
점도(cPs)	770	745	784	760	940	980	1300	825	770	700
압축강도(MPa)	0.89	0.91	-	-	1.13	1.30	1.34	1.12	1.11	1.06

상기 표 1에서 2차 아민은 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octane을 사용하였다.

물성측정은 아래에 따라 측정하였다.

1. 밀도: KPS-F-109의 방법을 따라 200 x 200 x 200 mm³의 크기로 발포를 하여, 충분히 식은 30분 뒤 발포체의 정중앙을 수직 밴드톱으로 100 x 100 x 30 mm³ 크기로 절단하여 무게를 잰 뒤 무게(kg) ÷ 부피(m³)의 식을 이용하여 밀도를 구한다.

2. 점도: KS M ISO 2555을 따라 약액을 25℃에 맞춰 비이커에 채워 BROOKFIELD DV-E VISCOMETER와 62번 Spindle을 약액이 담겨진 비이커에 넣어 30rpm으로 회전시켜 측정하였다.

3. 압축강도: KS M 3809를 따라 압축강도 측정을 진행하였으며 200 x 200 x 200 mm³ 크기로 본 발명의 발포체를 제작하여, 최소 30분 이상 양생한 뒤 수직 밴드 톱으로 100 x 100 x 50 mm³ 크기로 절단한다. 압축강도 시험편을 만능재료시험기를 사용하여 시험편 두께의 10%인 5mm/min의 속도로 5mm 압축하여 가해지는 최대하중 값을 구하고, 최대하중의 값(N) ÷ 압축거리(mm) 식으로 압축강도를 구한다. 압축강도 시험편은 최소 3개 이상을 준비하여 측정하며, 시험은 당사 및 한국화학융합시험연구원의 UTM(만능재료시험기)로 진행하였다.

<실험 결과>

상기 표 1의 결과로 살펴 보면,

1. 실험예 2, 3, 4를 참고하여 보면, 디에틸렌 글리콜의 함량을 늘리면 압축강도가 증가하고 있으나, 7.5중량부 이상에서는 폼 내부가 쇄연장의 길리의 한계와 발포열에 의해 갈라지는 현상이 생겨 밀도와 압축강도를 측정하지 못하였다.

2. 폴리프로필렌 글리콜의 함량을 늘려본 실험예 5,6,7은 압축강도와 밀도가 큰폭으로 증가하나 점도가 증가하여 사용에 어려움이 있다. 또한 밀도의 상승으로 수율이 적어져 시공면적당 사용되는 액의 비용이 상승할 것으로 예상된다.

3. 1-클로로-2-프로판올 인산을 늘려본 결과 점도가 낮아지고 있는 것이 보이며, INDEX의 상승으로 인해 일시적으로 압축강도가 상승한 것으로 판단되어 진다. 하지만 그럼에도 불구하고 1-클로로-2-프로판올 인산의 비율이 늘어날수록 압축강도의 저하폭이 커져 과량을 넣어 점도를 낮추기엔 무리가 있을 것으로 보여진다.

Claims (6)

1. 폴리프로필렌 폴리올 70~75중량부, 1-클로로-2-프로판올 인산 20~25중량부, 디에틸렌 글리콜 5~10중량부, 1, 4-디아자비시클로[2.2.2]옥탄(1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octane) 1~3중량부 및 물 1~3중량부를 혼합하여 이루어지는 것으로,
   상기 폴리프로필렌 폴리올은 중량평균분자량 500~600Mw, 점도 3,500~22,000cps를 만족하고, 수산기(-OH) 400 ~ 600 KOHmg/g을 만족하는 것으로 프로필렌글리콜, 소르비톨 베이스 폴리올(Sorbitol Base Polyol), 슈가 글리세린 베이스 폴리올(Sugar Glycerin Base Polyol)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 연약지반 침하 보강용 조성물.
   
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6. 제 1 항에 있어서,
   상기 조성물은 밀도 80~100㎏/㎥, 점도 700~900 cPs, 압축강도 0.89~1.12 MPa의 물성을 만족하는 것을 특징으로 하는 연약지반 침하 보강용 조성물.