KR102140060B1

KR102140060B1 - 연약지반 개량용 고화재 조성물

Info

Publication number: KR102140060B1
Application number: KR1020190113314A
Authority: KR
Inventors: 우양이; 박근배; 길상국; 김문원
Original assignee: 주식회사 에이지; 재인스기초건설 주식회사; 한국환경공단
Priority date: 2019-09-16
Filing date: 2019-09-16
Publication date: 2020-07-31
Also published as: KR20190111852A

Abstract

연약 지반을 보강하는 고화재에 관한 것으로, 심층혼합처리 공법의 일종인 FJS공법에 최적인 고화재의 조성에 관한 것이다. 고화재의 구성은 시멘트계 조성물, 팽창재, 혼화재, 경화촉진제로 구성된다. 시멘트계는 플라이애시 시멘트 및 고로슬래그 시멘트를 주원료로 사용하며, 혼화재는 석탄가스화복합발전 슬래그, 팽창재는 순환유동층 플라이애시, 배연탈황석고 및 천연무수석고 중에서 선택되는 1종 이상의 재료와 황산나트륨, 황산마그네슘, 황산알루미늄, 탄산나트륨 및 폴리카르복실레이트 중에서 선택되는 1종 이상의 경화촉진제로 구성되는 연약지반에 개량용 고화재 조성물에 관한 것이다.

Description

연약지반 개량용 고화재 조성물{Solidifying composition for improving soft ground}

본 발명은 고압분사에 의한 연약지반 개량용 고화재 조성물에 관한 것으로, 고로슬래그 시멘트 또는 플라이애시 시멘트를 주성분으로 하고 석탄 가스화 복합발전 슬래그로부터 선택된 혼화재, 팽창재, 경화촉진제, 증점제로 구성되어 있는 고압분사에 의한 심층 연약지반 개량용 고화재 조성물에 관한 것이다.

연약지반의 개량방법은 주로 고압의 물에 의해 지반을 절삭하고, 지반 안정화용 주입재를 고속으로 분사함으로써, 절삭된 지반의 토사와 외부에서 공급된 주입재와 반응에 의해 고결체를 형성하거나, 절삭된 지반을 외부로 배출시키고, 지반이 차지하고 있던 공간에 외부에서 주입재를 공급하여 지반을 구성하는 토사와 치환시키는 방법이 가능하다.

그러나, 이러한 연약지반 개량방법 중에서 지반의 토사와 공급된 주입재가 혼합되어 고결체를 형성하는 방법은, 고결체의 강도가 크지 못하고, 또 공급된 주입재가 지반의 토사와 혼합되는 과정에서 토사와 함께 분출되는 경우가 많다.

그리고 연약지반 개량공법에 사용되는 재료로는 시멘트계 재료, 그라우트재, 비시멘트계 재료로 구분할 수 있으며, 시멘트계 재료는 보통 포틀랜드 시멘트, 고로 슬래그 시멘트, 초속경 시멘트와 같은 시멘트, 석고, 슬래그, 플라이애시, 혼화제를 혼합한 것으로 물과 반응하여 굳어지는 수경성 재료로서 지반 내에서 경화되어 연약지반을 개선시키며, 그라우트재는 시멘트계 재료(A액)와 물유리와 같은 시멘트와 반응하여 급결성을 나타내는 급결제(B액)을 혼합하여 사용하는 것으로 A액과 B액이 혼합되어 급결되는 특성을 보이며, 비시멘트계 재료는 CaO 함량이 높은 재료와 SO₃원으로서 석고, 그리고 기타 혼화제로 구성되는 재료로 구분할 수 있다.

고압 분사에 의한 연약지반 개량 공법에는 이들 재료를 사용할 수 있으나, 지반을 구성하는 토질, 지반 개량후 지반의 요구강도, 슬라임 발생 및 처리방법에 따라 최적 안정화 공법을 선정하여 시공하고 있으며, 지반 개량에 사용되는 고화재 조성물 또한 적용되는 공법과 요구특성에 따라 재료와 조성이 다양하게 선택되어 사용되고 있다.

이와 관련된 기술은 대한민국 등록특허 제10-1267479호(심층혼합처리용 고화제 조성물 및 이를 이용한 심층혼합처리방법)는 시멘트와 고로슬래그 미분말, 미분쇄 플라이애시, 탈황석고, 감수제, 유동화제로 구성되며, 감수제를 사용함으로써 시멘트 사용량을 줄여 6가 크롬 용출량을 감소시키는 기술을 제시하고 있다. 그러나 일반 시멘트 모르타르나 콘크리트와 달리 연약지반에 주입되는 시멘트 재료는 지반내의 토사와 불균일한 혼합을 하고 물/시멘트 비가 균일하지 않으므로 감수제의 효과를 확신하기 어려운 문제가 있다.

또 대한민국 등록특허 10-1331057호(지반보강용 고화재)는 비시멘트계로서 고로슬래그 미분말과 자극제로서 탈황석고, 바이오매스 소각잔재, 제지슬러지 소각잔재 등 CaO 함량이 높은 팽창 특성을 나타내는 재료를 사용하고 있으나, 고압으로 심층에 주입된 후 수화반응에 의한 강도발현이 시멘트계에 비해 대단히 느린 문제점이 있다.

또한 대한민국 등록특허 10-1638079호(심층혼합공법용 고화재)에서는 시멘트와 고로 슬래그 미분말, 페로니켈 슬래그 미분말, 플라이애시로 구성되는 심층용 고화재에 대한 기술을 제시하고 있다. 이 기술은 페로니켈 슬래그에 다량으로 포함되어 있는 MgO는 물과 반응하여 Mg(OH)₂로 전이되면서 팽창하는 특성을 가지고 있으므로, 팽창성이 오히려 지반의 구속압을 증가시는 재료로 활용가능하다는 것을 제시하고 있으나, 페로니켈 슬래그의 MgO는 안정한 상태로 물과 반응하여 Mg(OH)₂로 전이속도가 상당히 느리게 진행되어 효과적인 팽창특성을 나타내지 못한다.

또한 대한민국 등록특허 10-1640160호(심층혼합공법용 고화 조성물의 제조방법 및 심층혼합공법용 고화조성물)에서는 고로 슬래그 미분말과 코크스 탈황석고, 팽창재로서 시멘트 킬른 바이패스 더스트, 소각재, 플라이애시를 혼합한 심층혼합공법용 고화조성물에 대한 기술을 제시하고 있다. 팽창재로 사용되는 시멘트 킬른 바이패스 더스트, 소각재, 플라이애시는 CaO 함량이 높아 물과 반응하여 큰 팽창성을 나타내지만 고로 슬래그 미분말에는 수화에 의해 경화되는 성분이 적어 팽창성이 오히려 강도 저하의 요인이 될수 있다.

상기 특허들은 시멘트, 고로슬래그, 탈황석고, CaO 함량이 높은 각종 소각재를 팽창특성과 슬래그 자극제로서 사용하여 지반 개량용 재료로 사용하고 있으나, 지반내에서 경화반응은 일반적인 시멘트 모르타르, 콘크리트의 반응과는 반응속도 등에서 차이가 있으며, 물/시멘트 비도 균일하지 못한 문제점이 있다.

상기 특허들에서와 같이 연약지반 개량용 고화재는 시멘트계, 부산물인 석고계와 CaO 함량이 높은 플라이애시, 미량 첨가제로 구성되고, 감수제, 유동화제를 사용하여 시멘트 사용량을 줄이는 기술이 시도되고 있다. 그러나 발생되는 부산물의 품질이 일정하지 않고, 미량 첨가되는 혼화제의 균일한 혼합을 위한 기술이 부족한 실정으로 안정된 품질의 고화재가 생산되는지에 대해서는 확신을 가질수 없는 문제점이 지적되고 있다.

한국특허 제10-1267479호 한국특허 제10-1331057호 한국특허 제10-1638079호 한국특허 제10-1640160호

본 발명은 종래 연약지반 개량재의 단점을 개선하고 새로운 연약지반용 고화재를 제안하고자 개발된 것으로, 석탄가스화복합발전 슬래그의 활성과 경화촉진제에 의하여 조기 강도 발현이 가능하고, 또한 증점제 사용에 의해 지반 내 토사의 치환, 토사와 혼합에 의한 고화체 형성으로 연약지반 보강체의 강도를 조절할수 있으며, FJS(Free Jet System) 공법에 적합한 연약지반 개량용 고화재 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하나의 구현예에 따르면, 고압분사에 의한 연약지반 개량용 고화재 조성물로서, 상기 조성물은, 플라이애시 시멘트와 고로슬래그 시멘트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 포졸란계 시멘트; 석탄 가스화 복합발전 슬래그로부터 선택된 혼화재; 순환 유동층 플라이애시, 배연탈황석고 및 천연무수석고로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 팽창재; 황산나트륨, 황산마그네슘, 황산알루미늄, 탄산나트륨 및 폴리카르복실레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 경화 촉진제; 및 스타치, 메틸셀룰로오스, 폴리알킬렌옥사이드 및 아라비아 검으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 증점제를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 하나의 구현예에 따르면, 석탄 가스화 복합발전 슬래그는 비정질상이며, 미분쇄기에서 분쇄하여서 된 분말도가 5,000㎠/g ~ 8,500㎠/g 이고, 순환유동층 플라이애시와 배연탈황 석고는 최대 입자크기를 0.35㎜ 이하로 입도분리한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 하나의 구현예에 따르면, 시멘트는 조성물 전체 중량을 기준으로 20 내지 65중량%, 혼화재는 15 내지 30중량%, 팽창재는 10 내지 30중량%, 경화촉진제는 0.5 내지 5중량%, 증점제는 0.1 내지 15중량%로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 하나의 구현예에 따르면, 고압분사에 의한 연약지반 개량공법의 실시결과, 지반내 주입된 고화재의 조기강도를 달성하여, 공사기간을 단축할 수 있는 효과가 있다. 또한, 증점제의 첨가량에 따라 지반내에서 고화재와 지반 토사의 치환비율을 일정 범위 내에서 조절할 수 있어, 연약지반 개량후 지반 강도를 조절할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 석탄가스화복합발전 슬래그 광물상 (XRD)을 나타낸 그래프이다.
도 2는 석탄가스화복합발전 슬래그의 미세구조 (전자현미경 사진)를 나타낸 사진이다.

이하, 본 발명에 따른 가압 분사에 의한 연약지반 개량용 고화재 조성물에 대해서 구체적으로 설명한다.

본 발명의 하나의 구현예에 따른 고압분사에 의한 연약지반 개량용 고화재 조성물은, 플라이애시 시멘트와 고로슬래그 시멘트로 이루어진 군으로분터 선택된 적어도 하나의 포졸란계 시멘트; 석탄 가스화 복합발전 슬래그로부터 선택된 혼화재; 순환 유동층 플라이애시, 배연탈황석고 및 천연무수석고로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 팽창재; 황산나트륨, 황산마그네슘, 황산알루미늄, 탄산나트륨 및 폴리카르복실레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 경화 촉진제; 및 스타치, 메틸셀룰로오스, 폴리알킬렌옥사이드 및 아라비아 검으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 증점제로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 하나의 구현예에 따르면, 상기 시멘트는 조성물은 전체 중량을 기준으로 20 내지 65중량%, 혼화재는 15 내지 30중량%, 팽창재는 10 내지 30중량%, 경화촉진제는 0.5 내지 5중량%, 증점제는 0.1 내지 15중량%를 포함한다.

상기 시멘트 중 플라이애시 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트와 미분탄 화력발전소의 연소 보일러에서 연소후 집진장치에서 회수된 화력발전소 플라이애시로 구성된다.

미분탄 보일러에서 발생되는 플라이애시는 고온에서 연소되어 용융이 되면서 표면장력에 의해 구형을 띠고 있으며, 표면은 유리질로 되어 있다. 따라서 플라이애시는 연약지반 개량용 고화재에서 작업성을 향상시키고, 단위수량을 감소시키며, 포졸란 반응에 의해 장기강도를 증진시키며, 동결 융해 저항성을 향상시키는 작용을 하며, 미분탄 화력발전소 플라이애시가 포함된 플라이애시 시멘트는 작업성 향상과, 장기강도 증가에 기여한다.

상기 시멘트 중 고로 슬래그 시멘트에 포함된 고로 슬래그는 잠재수경성을 가진 포졸란 물질로서 장기강도 발현에 기여하고, 염수(해수) 등에 저항성을 나타내는 내화학성이 우수하다.

이러한 고로 슬래그 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트와 제철공정에서 발생되는 고로 수쇄슬래그를 분쇄한 것으로 구성되며, 고로 슬래그가 30 내지 60중량% 포함되어 있다.

상기 시멘트는 플라이애시 시멘트 또는 고로 슬래그 시멘트 중에서 선택되거나 혼합하여 사용하는 것이 바람직하며, 상기 시멘트는 20 내지 65중량% 혼합되는 것이 바람직하다. 만일, 사용량이 65중량%를 초과하는 경우에는 혼합되는 시멘트 양에 비해서 강도의 증가가 크지 않아 경제적이지 못하고, 반대로 20중량% 보다 적으면, 초기 성능 확보를 위한 에트린자이트 등 초기수화광물 생성량이 적어 경화성능 확보가 어려우므로 상기 범위로 포함시키는 것이 가장 바람직하다.

상기 석탄 가스화 복합발전 슬래그는 석탄을 용융시켜 가스를 회수하여 발전용 연료로 사용하고, 이때 용융된 슬래그는 용융로 밖으로 배출되며, 물을 분사하여 급냉을 시킨 후, 펄버라이저에서 3mm 이하로 분쇄되어 슬래그 처리장으로 운반된다. 상기 석탄 가스화 복합발전 슬래그는 수냉에 의해 비정질을 나타내며, 화학성분은 용융로에서 용융을 용이하게 하기 위해 석회석을 첨가하므로, 상기 석탄 가스화 복합발전 슬래그에는 석회 성분이 다량으로 존재하며, 우수한 반응성을 가진다.

다음 표 1은 석탄 가스화 복합발전 슬래그의 화학성분을 나타낸 것이다. 도 1은 석탄 가스화 복합발전 슬래그의 광물조성을 나타낸 XRD 측정결과이며, 도 2는 석탄 가스화 복합발전 슬래그의 미세구조(전자현미경)를 나타낸 것이다.

SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	SO₃	MgO	Na₂O	K₂O	P₂O₅	Cl	SrO	SUM
39.04	19.50	15.54	15.32	1.81	1.19	-	2.20	1.25	0.20	2.95	99

상기 석탄 가스화 복합발전 슬래그는 15 내지 30중량% 포함하는 것이 바람직하다. 석탄 가스화 복합발전 슬래그는 볼밀, 레이몬드 밀 등 미분쇄기에서 분쇄한 후, 분급하여 평균입경(D₅₀)이 18㎛인 것을 사용하며, 표면이 비정질이므로 포졸란 반응성이 뛰어나다.

상기 석탄 가스화 복합발전 슬래그 함량이 만일 30중량%를 초과하면, 초기 강도발현이 느려지며, 반대로 15중량% 미만이면 포졸란 반응성, 내화학성이 약해지며, 치환에 따른 친환경성이 크지 않으로 상기 범위로 포함시키는 것이 가장 바람직하다.

상기 팽창재 중에서 순환 유동층 플라이애시와 배연탈황석고는 석탄계 코우크스 및 페트로 코우크스를 연료로 사용하는 보일러에서 노내 탈황을 위해 석회석을 혼소하는 과정에서 코우크스에 포함되어 있는 황 성분과 석회석이 고온에서 탈탄산된 CaO 성분이 반응하여 생성된 분진과 같은 입자상 석고 물질로서 주성분은 CaO와 SO₃ 이며, 강알칼리성 물질로서 고로 슬래그 미분말의 표면의 산성성분과 반응하여 고로 슬래그 미분말이 조기에 포졸란 반응을 하여 강도를 발현하게 하는 기능도 한다. 상기 순환 유동층 플라이애시와 배연탈황석고는 유동층로에서 유동사로 사용되는 모래가 포함되어 있으므로, 0.5mm 체를 사용하여 0.5mm체를 통과한 것을 사용한다.

상기 팽창재 중에서 천연무수석고는 국내에서 생산되지 않고, 전량 수입하여 사용되고 있는 재료로서 보통 3% 이하의 부착수분을 포함하고 있으며, CaO 32~34중량%, SO₃ 40~46중량%를 함유하고 있으며, 고압으로 연약지반에 주입된 고화재의 수화반응과정에서 경화초기에 고화체의 강도를 증가시키고, 수화반응으로 수분의 제거에 의한 건조수축에 의한 균열을 방지하고, 천연무수석고에서 용출되는 SO₃ 이온과 CaO 반응으로 팽창특성이 있는 에트린자이트를 생성하므로써 고화체의 수축을 억제하는 역할을 한다. Ca 화합물과 에트린자이트를 형성하기 위한 석고로부터 SO₃ 용출특성은 배연탈황석고가 가장 빠르며, 천연무수석고의 SO₃ 용출속도가 느리다.

상기 팽창재는 10 내지 30중량% 포함하는 것이 바람직하다. 만일 사용량이 30중량%를 초과하면, 작업성이 저하되며, 과잉 팽창에 의해서 팽창압이 증가하고, 이로 인한 강도 저하 원인이 되며, 반대로 10중량% 미만이면, 시멘트의 수화에 의해 소모된 물이 차지하고 있던 공극을 효과적으로 메워주지 못하므로, 차수성이 저하되는 원인이 되므로 상기 범위로 포함시키는 것이 가장 바람직하다.

상기 경화촉진제는 고압으로 연약지반에 주입된 후 초기 고화재의 강도발현을 위해 첨가되는 것으로서 0.5 내지 5중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 경화촉진제가 5중량%를 초과하면, 고압으로 주입하는 도중에 경화가 일어날 수 있으며, 작업성이 저하된다. 또한 0.5중량% 미만이면, 강도 발현 촉진 효과를 기대할 수 없어, 고압으로 지반에 주입후 강도발현이 늦어지고, 시공 기간이 길어지는 문제점이 있으며, 재료분리가 일어날 가능성도 있어 지반 내 경화체의 강도 저하 원인이 되므로 상기 범위로 포함시키는 것이 바람직하다.

상기 경화촉진제로는 황산나트륨, 황산마그네슘, 황산알루미늄, 탄산나트륨 또는 폴리카르복실레이트를 단독 또는 2개 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 증점제는 고압으로 지반에 주입되는 고화재의 점성을 조절하기 위한 것으로 지반내에 주입된 후 지반내 토사와 고화재의 혼합비율을 조절하기 위해 첨가된다. 고압으로 지반에 주입되는 고화재는 지반내 토사와 혼합되어 고화물을 형성하거나, 고압의 압축공기 또는 고압의 수압으로 절삭된 지반토양이 고압으로 주입되는 고화재와 완전히 치환되어 절삭된 지반내 토양은 외부로 배출되고 지반내 토양이 있던 부분에 주입된 고화재가 고화체를 형성하기도 한다. 이를 위해 주입되는 고화재의 점도를 조절함으로써 지반내 토양과 주입되는 고화재의 혼합 비율을 조절할 수 있다.

이를 위해 상기 증점제는 0.1 내지 15중량% 첨가되는 것이 바람직하다. 상기 증점제가 15중량%를 초과하면, 고화재의 주입이 어렵고, 작업성이 불량하며, 반대로 0.1중량% 미만이면, 증점제의 사용효과가 없으므로 상기 범위로 포함시키는 것이 바람직하다. 상기 증점제는 스타치, 메틸셀룰로오스, 폴리알킬렌옥사이드 또는 아라비아 검 단독 또는 2개 이상을 혼합하여 사용하는 것이 가능하다. 상기 증점제의 사용량 증가는 주입되는 고화재의 점도를 증가시켜 지반내에 고압용수, 압축공기에 의해서 절삭된 절삭토와 혼합을 지연시키며, 절삭토가 차지하고 있던 부분을 주입된 고화재가 차지하고, 절삭토는 외부로 배출시켜, 절삭토의 혼합이 적은 고화체를 형성하므로써 고화체의 강도를 증가 시킬수 있다. 반대로 증점제 사용량을 최소화 하면, 주입되는 고화재의 점도가 저하되고, 지반내의 절삭토와 혼합이 용이하여 절삭토 혼입 비율이 높은 고화체가 형성되며, 따라서 고화체의 강도는 저하된다.

이하 본 발명의 한 구현예에 따른 고압분사에 의한 연약지반 개량용 고화재 조성물 제조방법의 각 공정에 대해서 설명한다.

본 발명에 의한 고압분사에 의한 연약지반 개량용 고화재 조성물 제조는, 원료 분쇄, 분급, 원료 저장, 원료 계량, 혼합 및 제품저장의 단계를 거쳐 제조된다.

먼저, 입고되면, 형광 X선 분석기에 의해 화학성분, 그리고 45㎛, 75㎛ 체잔분, 밀도를 측정하고 원료 사일로에 저장된다. 원료 중 순환유동층 플라이애시, 배연탈황석고는 0.5mm 스크린을 가진 진동스크린에 투입되며, 체 통과분은 중간 원료 사일로에 저장된다. 또한 원료중 석탄 가스화 복합화력 슬래그는 볼밀에서 평균입경 (D₅₀) 18㎛이고, 최대 입경 0.5mm 이하로 분쇄되어 중간 원료 사일로에 저장된다.

각 원료 저장 사일로(슬래그 시멘트, 플라이애시 시멘트)와 중간 원료 사일로(순환유동층 플라이애시, 배연탈황석고)에 저장된 원료는 계량조에서 계량된 후 리본 믹서에 투입된다. 이때 증점재와 경화촉진제를 각각 계량후 믹서에 투입하고 10분간 혼합된 후 제품 사일로에 이송되어 저장된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 설명하기로 하지만, 본 발명이 이러한 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

본 발명의 조성비에 따라 포졸란계 시멘트 65중량%, 혼화재로서 석탄 가스화 복합발전 슬래그 15중량%, 팽창재로서 0.5mm 스크린을 통과한 배연탈황석고 12중량%, 경화촉진제로서 황산나트륨 3중량%, 증점제로서 스타치 5중량%를 혼합하여 고화재 조성물 10kg을 제조하고, 함수비 46%, 습윤밀도 1.78g/㎤인 점성토에 대해서 물/고화재 비율 100%, 고화재 사용조건 190㎏/㎥ 비율로 3분간 기계적으로 혼합하고 압축강도를 측정하였다. 이때 포졸란계 시멘트는 (2종 플라이애시 시멘트):(2종 슬래그 시멘트)=1:1로 하였다.

<실시예 2>

본 발명의 조성비에 따라 포졸란계 시멘트 42중량%, 혼화재로서 석탄 가스화 복합발전 슬래그 25중량%, 팽창재로서 0.5mm 스크린을 통과한 배연탈황석고 25중량%, 경화촉진제로서 황산나트륨 3중량%, 증점제로서 스타치 5중량%를 혼합하여 고화재 조성물 10kg을 제조하고, 함수비 46%, 습윤밀도 1.78g/㎤인 점성토에 대해서 물/고화재 비율 100%, 고화재 사용조건 190㎏/㎥ 비율로 3분간 기계적으로 혼합하고 압축강도를 측정하였다. 이때 포졸란계 시멘트는 (2종 플라이애시 시멘트):(2종 슬래그 시멘트)=1:1로 하였다.

<실시예 3>

본 발명의 조성비에 따라 포졸란계 시멘트 32중량%, 혼화재로서 석탄 가스화 복합발전 슬래그 30중량%, 팽창재로서 0.5mm 스크린을 통과한 배연탈황석고 30중량%, 경화촉진제로서 황산나트륨 3중량%, 증점제로서 스타치 5중량%를 혼합하여 고화재 조성물 10kg을 제조하고, 함수비 46%, 습윤밀도 1.78g/㎤인 점성토에 대해서 물/고화재 비율 100%, 고화재 사용조건 190㎏/㎥ 비율로 3분간 기계적으로 혼합하고 압축강도를 측정하였다. 이때 포졸란계 시멘트는 (2종 플라이애시 시멘트):(2종 슬래그 시멘트)=1:1로 하였다.

<실시예 4>

본 발명의 조성비에 따라 포졸란계 시멘트 37중량%, 혼화재로서 석탄가스화복합발전 슬래그 25중량%, 팽창재로서 0.5mm 스크린을 통과한 배연탈황석고 25중량%, 경화촉진제로서 황산나트륨 3중량%, 증점제로서 스타치 10중량%를 혼합하여 고화재 조성물 10kg을 제조하고, 함수비 46%, 습윤밀도 1.78g/㎤인 점성토에 대해서 물/고화재 비율 100%, 고화재 사용조건 190㎏/㎥ 비율로 3분간 기계적으로 혼합하고 압축강도를 측정하였다. 이때 포졸란계 시멘트는 (2종 플라이애시 시멘트):(2종 슬래그 시멘트)=1:1로 하였다.

<비교예 1>

본 발명의 조성비에 따라 포졸란계 시멘트 80중량%, 팽창재로서 0.5mm 스크린을 통과한 배연탈황석고 20중량%를 혼합하여 고화재 조성물 10kg을 제조하고, 함수비 46%, 습윤밀도 1.78g/㎤인 점성토에 대해서 물/고화재 비율 100%, 고화재 사용조건 190㎏/㎥ 비율로 3분간 기계적으로 혼합하고 압축강도를 측정하였다. 이때 포졸란계 시멘트는 (2종 플라이애시 시멘트):(2종 슬래그 시멘트)=1:1로 하였다.

상기 실시예 1 내지 실시예 4, 비교예 1에서 제작된 측정용 공시체는 φ10㎝ x 20㎝H 몰드를 사용하였으며, 20℃에서 양생하여 재령 3일, 7일, 28일 강도를 측정하였으며, 다음 표 2에 나타냈다.

		고화재 사용량 (㎏/㎥)	W/C	3일 (MPa)	7일 (MPa)28일 (MPa)
실시예 1	190	100	1.2	2.1	3.6
실시예 2	190	100	0.9	1.9	3.4
실시예 3	190	100	0.8	1.7	3.3
실시예 4	190	100	0.9	1.8	3.8
비교예 1	190	100	0.6	1.6	3.1

실시예 5, 실시예 6, 실시예 7에는 증점제 사용에 따른 지반 토사의 고화재에 대한 치환 효과를 평가한 실시예이다. 지반토사와 고화재의 치환효과 평가는 1리터 메스실린더에 함수비 46% 점성토 500ml를 채우고, 물/고화재 비율을 100%로 만든 고화재 500ml를 점성토가 들어있는 메스실린더에 넣고, 교반기를 사용하여 30rpm으로 1분간 교반한 후 정치하였다. 1시간 경과 후 고화재가 단독으로 차지하고 있는 부피를 측정하여 증점제 사용에 따른 점성토와 고화재의 치환정도를 간접적으로 측정하였다.

<실시예 5>

본 발명의 조성비에 따라 포졸란계 시멘트 42중량%, 혼화재로서 석탄 가스화 복합발전 슬래그 29중량%, 팽창재로서 0.5mm 스크린을 통과한 배연탈황석고 25중량%, 경화촉진제로서 황산나트륨 3중량%, 증점제로서 스타치 1중량%를 혼합하여 고화재 조성물 1kg을 제조하고, 함수비 46%, 습윤밀도 1.78g/㎤인 점성토에 대해서 물/고화재 비율 100%의 고화재 슬러리 500ml를 점성토 500ml가 들어있는 메스실린더에 따르고 30rpm으로 1분간 교반하고 1시간 정치시킨 후 고화재가 단독으로 차지하고 있는 부피를 측정하였다. 이때 포졸란계 시멘트는 (2종 플라이애시 시멘트):(2종 슬래그 시멘트)=1:1로 하였다.

<실시예 6>

본 발명의 조성비에 따라 포졸란계 시멘트 42중량%, 혼화재로서 석탄 가스화 복합발전 슬래그 25중량%, 팽창재로서 0.5mm 스크린을 통과한 배연탈황석고 25중량%, 경화촉진제로서 황산나트륨 3중량%, 증점제로서 스타치 5중량%를 혼합하여 고화재 조성물 1kg을 제조하고, 함수비 46%, 습윤밀도 1.78g/㎤인 점성토에 대해서 물/고화재 비율 100%의 고화재 슬러리 500ml를 점성토 500ml가 들어있는 메스실린더에 따르고 30rpm으로 1분간 교반하고 1시간 정치시킨 후 점성토와 고화재가 혼합된 부피 또는 고화재가 단독으로 차지하고 있는 부피를 측정하였다. 이때 포졸란계 시멘트는 (2종 플라이애시 시멘트):(2종 슬래그 시멘트)=1:1로 하였다.

<실시예 7>

본 발명의 조성비에 따라 포졸란계 시멘트 42중량%, 혼화재로서 석탄 가스화 복합발전 슬래그 20중량%, 팽창재로서 0.5mm 스크린을 통과한 배연탈황석고 25중량%, 경화촉진제로서 황산나트륨 3중량%, 증점제로서 스타치 10중량%를 혼합하여 고화재 조성물 1kg을 제조하고, 함수비 46%, 습윤밀도 1.78g/㎤인 점성토에 대해서 물/고화재 비율 100%의 고화재 슬러리 500ml를 점성토 500ml가 들어있는 메스실린더에 따르고 30rpm으로 1분간 교반하고 1시간 정치시킨 후 고화재가 단독으로 차지하고 있는 부피를 측정하였다. 이때 포졸란계 시멘트는 (2종 플라이애시 시멘트):(2종 슬래그 시멘트)=1:1로 하였다.

<비교예 2>

본 발명의 조성비에 따라 포졸란계 시멘트 80중량%, 팽창재로서 0.5mm 스크린을 통과한 배연탈황석고 20중량%을 혼합하여 고화재 조성물 1kg을 제조하고, 함수비 46%, 습윤밀도 1.78g/㎤인 점성토에 대해서 물/고화재 비율 100%의 고화재 슬러리 500ml를 점성도 500ml가 들어있는 메스실린더에 따르고 30rpm으로 1분간 교반하고 1시간 정치시킨후 점성토와 고화재가 혼합된 부피 또는 고화재가 차지하고 있는 부피를 측정하였다. 이때 포졸란계 시멘트는 (2종 플라이애시 시멘트):(2종 슬래그 시멘트)=1:1로 하였다.

상기 실시예 5 내지 실시예 7, 비교예 2에서 고화재가 단독으로 차지하고 있는 부피를 측정하였으며, 다음 표 3에 나타냈다.

		W/C (물/경화재)	증점제 첨가량점성토/고화재 슬러리중 고화재 부피
실시예 5	100	1%	47ml
실시예 6	100	5%	61ml
실시예 7	100	10%	106ml
비교예 2	100	0%	~0ml

이상과 같이 본 발명은 한정된 실시예와 도면에 의거하여 설명하였으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 구한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

연약지반 개량용 고화재 조성물로서, 상기 조성물은,
조성물 전체 중량을 기준으로 20내지 65중량%이며, 플라이애시 시멘트와 고로슬래그 시멘트로 이루어진 군으로분터 선택된 적어도 하나의 포졸란계 시멘트;
조성물 전체 중량을 기준으로 15 내지 30중량%이며, 석탄 가스화 복합발전 슬래그로부터 선택된 혼화재;
조성물 전체 중량을 기준으로 10 내지 30중량%이며, 순환 유동층 플라이애시, 배연탈황석고 및 천연무수석고로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 팽창재;
조성물 전체 중량을 기준으로 0.5 내지 5중량%이며, 황산나트륨, 황산마그네슘, 황산알루미늄, 탄산나트륨 및 폴리카르복실레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 경화 촉진제; 및
조성물 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 15중량%이며, 스타치, 메틸셀룰로오스, 폴리알킬렌옥사이드, 아라비아 검으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 증점제를 포함하고,
상기 연약지반 개량용 고화재 조성물은, 프리제트시스템(Free Jet System) 공법에 사용되는 연약지반 개량용 고화재 조성물.
제1항에 있어서, 석탄 가스화 복합발전 슬래그는 비정질상이며, 미분쇄기에서 분쇄하여서 된 분말도가 5,000㎠/g ~ 8,500㎠/g 인 연약지반 개량용 고화재 조성물.
제1항에 있어서, 순환유동층 플라이애시와 배연탈황 석고는 최대 입자크기를 0.5㎜ 이하로 입도분리한 것인 연약지반 개량용 고화재 조성물.
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