KR102203871B1 - 카르복실계 활성화제를 이용한 배면 충진용 그라우트 조성물 - Google Patents

카르복실계 활성화제를 이용한 배면 충진용 그라우트 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배면 충진용 그라우트재 조성물 100중량부에 대하여, 칼슘 아세테이트:옥살산:소디윰 포매이트가 1~1.5 : 0.3~0.5 : 0.8~1.2의 중량비로 이루어진 카르복실계 활성화제를 1~3중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는 배면 충진용 그라우트재 조성물에 관한 것으로, 고로슬래그의 반응성을 향상하기 위한 방안으로 C3A와 석고의 반응성을 향상할 수 있는 카르복실계 활성화제를 사용하고, 분말도가 높은 고로슬래그를 혼합하여 성능을 향상할 수 있는 복합알칼리 활성화 기법을 활용한 그라우트재를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배면 충진용 그라우트 조성물은 고로슬래그의 카르복실계 활성화제를 사용하는 경우, 자극제의 효과로 인해 장기 강도의 증가와 함께 유동성 증가의 효과를 얻을 수 있는 장점이 있다.

Description

카르복실계 활성화제를 이용한 배면 충진용 그라우트 조성물{BACK FILL GROUT COMPOSITION USING CARBOXYL-BASED ACTIVATOR}
본 발명은 카르복실계 활성화제를 이용한 배면 충진용 그라우트 조성물에 관한 것으로, 상세하게는 고로 슬래그의 반응성을 향상시킬 수 있는 카르복실계 활성화제를 사용하여 초기 물성이 우수하고 저알칼리성의 배면 충진용 그라우트 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 토목구조물에서 터파기 등의 작업 과정에서 터파기 면의 안정화를 위하여 차수벽을 설치하게 된다. 차수벽 배면은 지하수나 토양 유실의 위험성을 가지고 있어 차수벽을 설치 후 배면의 공동부가 있을 경우에는 차수성을 갖는 그라우트재를 배면에 투입하여 공동부를 충진하는 공사가 이루어지게 된다.
이때 사용되는 기존 배면충진용 그라우트는 대부분 고알칼리성인 포틀랜드 시멘트를 사용하고 있어 지하수 오염원이 되는 문제점이 있다.
또한, 저알칼리 타입의 고로슬래그 기반의 그라우트재가 있으나 고로슬래그의 잠재수경성으로 인해 초기 강도가 낮은 문제점으로 인해 요구성능을 확보하는데 어려움이 있다.
특허문헌 1에서는 침상결정형 유기복합체의 사용으로 빠른 겔화 특성을 발휘하여 자기치유 생성물이 단기간 내에 빠르게 생성되게 함으로써 조기에 향상된 물리성능과 차수성능을 확보할 수 있도록 한 시멘트, 미세결정화제를 포함하는 바인더; 소듐카르복실메틸셀룰로오스, 유기산, 아세트산칼륨을 포함하는 침상결정형 유기복합체; 물을 포함하는 액상제;를 포함하여 조성되되, 상기 바인더 중 미세결정화제는, Al2(SO4)3, AlK(SO4)2 중에서 하나 이상에 의한 수용성 무기질계 겔화재; CaSO4, CaSO4·2H2O, CaSO4·1/2H2O 중 하나 이상과 Na2SO4, K2SO4 중 하나 이상으로 구성된 알카리 설페이트; Na2O 함량이 35중량% 이상인 알루민산나트륨; 실리카퓸, 반응성 실리카 분말 중 하나 이상에 의한 실리카;를 포함하여 구성된 것임을 특징으로 하는 침상결정형 유기복합체가 함유된 자기치유 조기발현형 시멘트계 조성물을 제시하고 있다.
한국공개 특허 10-2016-0114225
본 발명에서는 카르복실계 활성화제를 사용하여 고로슬래그의 자극 효과로 인해 그라우트재의 장기 강도와 유동성이 증가된 저알칼리성의 배면충진용 그라우트 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 해결하기 위한 본 발명의 배면 충진용 그라우트재 조성물은 배면 충진용 그라우트재 조성물 100중량부에 대하여, 칼슘 아세테이트:옥살산:소디윰 포매이트가 1~1.5 : 0.3~0.5 : 0.8~1.2의 중량비로 이루어진 카르복실계 활성화제를 1~3중량부로 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
상기 배면 충진용 그라우트재 조성물은 분말도 5,800g/㎤~6000g/㎤인 고로 슬래그 20 ~ 30중량%, 분말도 4,000 g/㎤~4,800g/㎤인 고로슬래그 30~40중량%, 포틀랜트 시멘트(OPC) 20~30중량%, 및 탈황석고 20~30중량%로 포함하는 것일 수 있다.
상기 카르복실계 활성화제는 분말도 5,800 g/㎤~6,000g/㎤인 고로 슬래그의 반응성을 향상시키기 위한 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 고로슬래그의 반응성을 향상하기 위한 방안으로 C3A와 석고의 반응성을 향상할 수 있는 카르복실계 활성화제를 사용하고, 분말도가 높은 고로슬래그를 혼합하여 성능을 향상할 수 있는 복합알칼리 활성화 기법을 활용한 그라우트재를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배면 충진용 그라우트 조성물은 고로슬래그의 카르복실계 활성화제를 사용하는 경우, 자극제의 효과로 인해 장기 강도의 증가와 함께 유동성 증가의 효과를 얻을 수 있는 장점이 있다.
이하에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 발명은 장기 강도 및 유동성이 향상된 배면 충진용 그라우트 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 배면 충진용 그라우트재 조성물은 배면 충진용 그라우트재 조성물 100중량부에 대하여, 칼슘 아세테이트:옥살산:소디윰 포매이트가 1~1.5 : 0.3~0.5 : 0.8~1.2의 중량비로 이루어진 카르복실계 활성화제를 1~3중량부로 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 카르복실계 활성화제는 시멘트 내의 4대 조성 광물 중 C3A의 수화물 중 칼슘이온의 이온화를 촉진하고 금속이온과 결합되어 수화물 생성량을 증가시키기 어려운 알루미나 이온과 고용되어 C3A수화물의 결합을 증진시킬 수 있는 장점이 있다. 따라서, 카르복실계 활성화제가 배면 충진용 그라우트 조성물에 포함되는 고로슬래그의 반응성을 향상시키는 자극제로 작용하여 그라우트재의 장기 강도와 유동성을 증가시키는 역할을 한다.
이러한 본 발명에 따른 상기 카르복실계 활성화제에 포함되는 칼슘 아세테이트의 함량이 1중량비 미만으로 사용할 경우 유동성이 감소하는 특성을 보이며, 1.5중량비를 초과하여 혼합되는 경우에는 28일 재령의 강도에서 압축강도가 저하되는 문제점이 있다.
또한, 옥살산은 0.3 중량비 미만으로 사용하는 경우 초기 강도가 저하되는 문제점이 있고, 0.5 중량비를 초과하여 혼합되는 경우에는 경제성의 문제가 있다.
또한, 카르복실계 활성화제에 포함되는 상기 소듐 포매이트를 0.8 미만의 중량비로 혼합하는 경우 장기강도가 저하되는 문제가 있으며, 1.2 중량비를 초과하여 사용하는 경우 초기 강도가 급격하게 저하되는 문제점이 있다.
본 발명에서는 상기 카르복실계 활성화제를 전체 배면 충진용 그라우트재 조성물 100중량부에 대하여 1~3중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 상기 카르복실계 활성화제를 1중량부 미만으로 사용하는 경우 원하는 효과를 얻기에 미흡하며 3중량부를 초과하는 경우 카르복실계 활성화제는 고가이기 때문에 배합상을 경제성을 저하시키며, 과도한 C3A 수화물의 증가는 내부 결정 생성물의 수화팽창으로 인한 붕괴를 유도하는 문제가 있어 바람직하지 못하다.
본 발명에 따른 상기 배면 충진용 그라우트재 조성물은 분말도 5800g/㎤~6000g/㎤인 고로 슬래그 20 ~ 30중량%, 분말도 4000g/㎤~4800g/㎤인 고로슬래그 30~40중량%, 포틀랜트 시멘트(OPC) 20~30중량%, 및 탈황석고 20~30중량%로 포함하는 구성을 가진다.
본 발명에서는 분말도가 상이한 2종의 고로슬래그를 사용하는데, 구체적으로는 분말도 5,800g/㎤~6000g/㎤인 고로 슬래그 20 ~ 30중량%, 분말도 4,000g/㎤~4,800g/㎤인 고로슬래그 30~40중량%를 포함한다.
즉, 본 발명에서는 분말도가 높은 고로슬래그와 분말도가 낮은 고로슬래그를 혼합하여 사용함으로 최적 입도에 의한 공극 충진효과로 강도 증진에 효과적이고, 활성도가 낮은 고로슬래그를 사용하는 데에 따른 초기 강도 저하현상을 억제할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 카르복실계 활성화제는 분말도가 높을수록 활성화를 촉진할 수 있는 성능을 가지고 있어, 본 발명에서 사용되는 고로슬래그 중에서 분말도가 높은 분말도 5,800g/㎤~6000g/㎤인 고로 슬래그의 반응성을 보다 활성화시킬 수 있다.
상기 분말도 5,800g/㎤~6000g/㎤인 고로 슬래그는 배면 충진용 그라우트 전체 조성물 중 20 ~ 30중량%로 포함되며, 상기 함량이 20중량% 미만일 경우 초기 강도가 저하되며, 30중량%를 초과하는 경우 경제성의 문제 발생하여 바람직하지 못하다.
또한, 상기 분말도 4,000g/㎤~4,800g/㎤인 고로슬래그는 배면 충진용 그라우트 전체 조성물 중 30~40중량%로 포함되며, 상기 함량이 30중량% 미만일 경우 주요 바인더의 부족을 확보하기 위하여 가격이 높은 시멘트나 분말도가 높은 고로슬래그의 증량이 요구되어 경제성의 문제가 발생되며, 40중량%를 초과할 경우 초기 강도가 저하되는 문제점이 발생될 수 있다.
본 발명에 따른 상기 배면 충진용 그라우트재 조성물에는 포틀랜트 시멘트(OPC)를 전체 조성물 중 20~30중량%로 포함하며, 상기 OPC가 20중량% 미만일 경우 초기 강도가 저하되며, 30% 초과일 경우 경제성의 문제 발생하여 바람직하지 못하다.
또한, 본 발명에 따른 상기 배면 충진용 그라우트재 조성물은 탈황석고를 전체 조성물 중 20~30중량%로 포함하며, 탈황석고가 20중량% 미만일 경우 장기강도 저하의 문제가 발생하며, 30중량% 초과일 경우 초기 강도가 저하되는 문제점 발생한다.
본 발명에 따른 배면 충진용 그라우트재 조성물은 상기 분말도가 상이한 2종의 고로 슬래그, 포틀랜트 시멘트(OPC), 및 탈황석고를 혼합한 분체에 물을 대략 40%의 중량비로 혼합하여 제조된다.
또한, 여기에 상기 카르복실산계 활성화제를 상기 분체 중량 100중량부에 대하여 1~3중량부로 첨가하여 배합하여 최종 제조될 수 있다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 이하의 실시예에서는 특정 화합물을 이용하여 예시하였으나, 이들의 균등물을 사용한 경우에 있어서도 동등 유사한 정도의 효과를 발휘할 수 있음은 당업자에게 자명하다.
제조예 : 카르복실계 활성화제의 제조
다음 표 1과 같은 각 조성을 가지는 칼슘 아세테이트, 옥살산, 및 소디윰 포매이트를 혼합하여 카르복실계 활성화제를 제조하였다.
실험예 1 : 카르복실계 활성화제의 활성화 특성 검토
상기 제조된 카르복실계 활성화제의 성능을 검토하기 위한 방안으로 시멘트 50중량부, 분말도 4,000g/㎤~4,800g/㎤인 고로슬래그 50중량부, 잔골재 245중량부, 물 48.5중량부의 표준배합에 대하여 카르복실계 활성화제의 배합비에 따라 3중량부를 혼합하여 고로슬래그의 활성화 특성(압축강도)을 검토하였으며, 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.
단위:
중량비		 칼슘 아세테이트 옥살산 소디윰 포매이트 유동성
(mm)		 압축강도(MPa)
3일 7일 28일
제조예 1 1.5 0.5 1.2 200 9 16 32
제조예 2 1 0.5 0.8 210 8.3 17 31
제조예 3 1.5 0.3 1.2 210 8.1 19 31
제조예 4(1) - 160 5 13 26
제조예 5 2 0.5 - 220 9 13 24
제조예 6 1 - 1 200 6 12 29
제조예 7 - 0.5 2 180 5 10 27
제조예 8 0.5 0.1 0.7 160 5 13 26
제조예 9 2 1 1.5 220 9 10 10
(1)제조예 4는 카르복실계 활성화제를 사용하지 않은 고로슬래그를 사용한 배합에 대한 것임.
상기 표 1의 결과를 참조하면, 칼슘 아세테이트:옥살산:소디윰 포매이트가 1~1.5 : 0.3~0.5 : 0.8~1.2의 중량비로 이루어진 카르복실계 활성화제의 함량비가 이에 벗어나거나, 카르복실계 활성화제를 구성하는 칼슘 아세테이트, 옥살산, 소디윰 포매이트를 모두 포함하지 않는 경우에는 유동성이나 압축강도 등이 떨어지는 것을 확인하였다. 즉, 칼슘 아세테이트의 함량이 2중량비로 과량 포함되는 제조예 5와 제조예 9의 경우에는 7일 강도 이후부터의 강도 발현이 감소되는 문제점이 있다.
또한, 옥살산 함량이 0.3중량비 미만인 제조예 8의 경우 3일 재령의 강도 증진이 떨어지는 것으로 나타났다.
또한, 소디윰 포매이트를 1.2 중량비를 초과하여 혼합된 제조예 9의 경우 장기강도를 저하시키는 문제점이 있다.
실시예 : 그라우트 조성물 제조
상기 제조된 카르복실계 활성화제를 포함하며, 다음 표 2와 같은 조성을 가지는 그라우트 조성물을 제조하였다.
먼저 다음 표 2와 같은 2종의 고로슬래그와 탈황석고, OPC를 각 함량대로 혼합한 분체 100g에 물을 40% 혼합하여 그라우트를 제조한 뒤 아래 표와 같은 카르복실계 자극제를 활성화제를 표 2의 함량대로 첨가하여 배합하였다.
상기 제조된 각 그라우트재의 유동성 및 압축강도를 각각 KS L 5111와 KS F 4044에 따라 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
단위 :
중량부		 분말도 6000g/㎤
고로 슬래그		 분말도 4000g/㎤
고로 슬래그		 탈황
석고		 OPC 카르복실계
활성화제
(1) 		물비 유동성
(mm)		 압축강도(MPa)
3일 7일 28일
실시예 1 30 30 20 20 3 40% 200 11 19 34
2 20 40 20 20 1 210 13 21 29
3 20 30 30 20 2 200 10 14 31
4 30 30 20 30 3 200 11 15 34
비교예 1 10 50 20 20 3 220 8.1 12 24
2 30 30 10 20 3 200 9.5 12 27
3 30 30 30 10 3 200 6.4 11 26
4 30 30 20 20 1 180 7.4 10 19
(주)
(1)카르복실계 활성화제 : 실시예 1~4는 각각 제조예 1~3과 제조예 3에 따라 제조된 것을 사용하였고, 비교예 1~4는 각각 제조예 5, 6, 8, 9에 따라 제조된 것을 사용하였음.
상기 표 2의 결과를 참조하면, 본 발명 실시예에서와 같이 칼슘 아세테이트:옥살산:소디윰 포매이트가 1~1.5 : 0.3~0.5 : 0.8~1.2의 중량비로 이루어진 카르복실계 활성화제를 포함하는 그라우트재의 경우 유동성 및 초기 강도 및 장기 강도가 우수한 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 카르복실계 활성화제의 함량이 증가될수록 분말도가 높은 고로슬래그의 반응성을 향상시켜 장기 강도가 더 증가된 것을 확인하였다.
그러나, 칼슘 아세테이트:옥살산:소디윰 포매이트로 이루어진 카르복실계 활성화제를 사용하더라도 그 혼합비가 본 발명의 범주를 벗어나는 활성화제를 사용한 비교예 3과 4의 경우 각각 초기 강도가 저하되고, 전체적인 강도 저하와 유동성 저하로 모두 본 발명의 효과에 미치지 못함을 확인할 수 있다.
또한, 활성화제의 구성이 본 발명과 상이할 뿐만 아니라 분말도 6000g/㎤의 고로슬래그의 함량이 부족한 비교예 1은 강도 저하 현상이 발생되고, 비교예 2는 탈황석고의 부족으로 인해 장기 강도가 저하되는 문제점이 발생하였다.
이러한 결과로부터, 배면 충진용 그라우트재의 장기 강도는 본 발명과 같은 구성으로 이루어진 카르복실계 활성화제를 사용할 때 확보될 수 있음을 확인하였다.

Claims (3)

  1. 배면 충진용 그라우트재 조성물 100중량부에 대하여, 칼슘 아세테이트:옥살산:소디윰 포매이트가 1~1.5 : 0.3~0.5 : 0.8~1.2의 중량비로 이루어진 카르복실계 활성화제를 1~3중량부로 포함하고,
    상기 배면 충진용 그라우트재 조성물은 분말도 5,800g/㎤~6000g/㎤인 고로 슬래그 20 ~ 30중량%, 분말도 4,000 g/㎤~4,800g/㎤인 고로슬래그 30~40중량%, 포틀랜트 시멘트(OPC) 20~30중량%, 및 탈황석고 20~30중량%로 포함하는 것인 배면 충진용 그라우트재 조성물.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 카르복실계 활성화제는 분말도 5,800 g/㎤~6,000g/㎤인 고로 슬래그의 반응성을 향상시키기 위한 것인 배면 충진용 그라우트재 조성물.
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