KR102211957B1

KR102211957B1 - 가소성 그라우트 약액 조성물과 이를 이용한 가소성 그라우팅 공법

Info

Publication number: KR102211957B1
Application number: KR1020200123592A
Authority: KR
Inventors: 박동철; 이정우; 김태형; 황무연; 김대영
Original assignee: 주식회사 위드엠텍; 현대건설주식회사
Priority date: 2020-09-24
Filing date: 2020-09-24
Publication date: 2021-02-04

Abstract

본 발명은 겔 형성 후에도 유동성 유지가 가능하여 다량의 누수가 있거나 공동부위에 물이 많이 차 있는 경우 또는 유수(흐르는 물)지역에도 유리하게 적용할 수 있는 가소성 그라우트 약액 조성물과, 그 가소성 그라우트 조성물을 바람직하게 이용한 가소성 그라우트팅 공법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 가소성 그라우트 약액 조성물은, 결합재를 물에 혼합한 A액과 급결수용액에 의한 B액으로 이루어진 그라우트 약액에서, B액으로 물유리를 대신하여 수분산 실리카졸에 포타슘하이드록사이드(KOH)가 혼합 반응처리되어 K-SiO2 구조를 가지는 급결수용액을 사용하고, 이러한 B액의 급결수용액과 경화 반응하는 A액의 결합재로 보통 포틀랜드 시멘트, 고로슬래그, 이수석고 및 다량의 CaO와 Fe2O3 및 SO3를 함유한 고분말도의 초임계 유동층 보일러 플라이애시와 함께 알칼리반응 증점제를 포함하여 조성된 결합재를 사용한다. 여기서 알칼리반응 증점제는 2-프로펜아마이드(C3H5NO)가 보락스(Borax, Na2B4O7·10H2O)로 코팅된 분체가 된다.

Description

가소성 그라우트 약액 조성물과 이를 이용한 가소성 그라우팅 공법{Thixotropical Grout Composition and Grouting Method Using the Same}

본 발명은 겔 형성 후에도 유동성 유지가 가능하여 다량의 누수가 있거나 공동부위에 물이 많이 차 있는 경우 또는 유수(흐르는 물)지역에도 유리하게 적용할 수 있는 가소성 그라우트 약액 조성물과, 그 가소성 그라우트 조성물을 바람직하게 이용한 가소성 그라우트팅 공법에 관한 것이다.

지반 보강공법의 하나로 지반 그라우트팅 공법이 있다. 지반 그라우팅은 건축, 토목공사시에 누수방지, 차수와 지수, 토양강화 및 안정화를 위해 틈새 또는 주입구를 천공/굴착한 후 주입재를 주입하는 것을 말하며, 이때 사용되는 주입재를 보통 그라우트 약액이라고 한다. 기존에 그라우트 약액은 주로 결합재를 물에 혼합한 A액과 물유리를 희석한 B액이 사용되어 왔다. 이러한 그라우트 약액의 대표적인 예로는 특허 제 제10-0913572호, 특허 제10-1056474호 등이 있다.

그런데 물유리를 사용한 기존 그라우트 약액은 A액과 B액의 혼합 시 겔타임을 조절하고 겔특성을 확보할 수 있다는 이점이 있지만, 물유리 특성 상 물과 접촉 시 용출되기 때문에 토양/지하수 오염과 함께 용출에 의한 수축으로 물리성능 저하, 주입부위의 공극 발생으로 인한 2차 주입충전 작업의 추가 필요 등의 단점이 있다.

또한 기존 그라우트 약액은 다량의 누수가 있거나 공동부위에 물이 많이 차 있는 경우 또는 유수(흐르는 물)지역에 적용하기 쉽지 않다. 왜냐하면 주입 부분에 물이 많이 포함하고 있어 겔형성이 늦어 차수가 되지 않거나, 겔형성을 빠르게 제어하더라도 수중에서 분리되어 차수 내지는 공동부위의 충전이 어렵게 되기 때문이다. 물론 초급결 형태의 겔타입을 제어한 그라우트 약액을 적용할 수 있을 것이나, 이 경우 주입부 일부분만 충전되고 차수되는 형상을 가지게 되어 공동이 여전히 잔존하는 문제가 나타나 오히려 추가적인 천공, 재주입 등 공정이 더 필요할 수 있다.

한편 기존 그라우트 약액의 단점을 개선하고자 특허 제10-2024583호, 특허 제10-2121869호가 개발되었다. 이들 특허는 시멘트 사용량을 줄여 재활용 재료인 초임계 유동층 보일러 플라이애시를 대체 사용하면서 물유리 사용량을 대폭 줄이고도 겔타임 확보와 압축강도 증진이 가능한 새로운 그라우트 약액에 관한 기술이다. 하지만 이들 특허에 제안된 기술 또한 다량의 누수가 있거나 공동부위에 물이 많이 차 있는 경우 또는 유수(흐르는 물)지역에는 적용하기가 어려운 문제가 있다.

KR 10-2024583 B1 KR 10-2121869 B1

본 발명은 기존 그라우트 약액의 단점을 개선하고자 개발된 것으로서, 겔 형성후에도 유동성 유지가 가능하여 다량의 누수가 있거나 공동부위에 물이 많이 차 있는 경우 또는 유수(흐르는 물)지역에도 유리하게 적용할 수 있는 가소성 그라우트 약액 조성물과, 그 가소성 그라우트 조성물을 바람직하게 이용한 가소성 그라우팅 공법을 제공하는데 기술적 과제가 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 결합재를 물에 혼합한 A액과 급결수용액에 의한 B액으로 이루어진 그라우트 약액에서, A액의 결합재는 시멘트, 고로슬래그, 이수석고, 초임계 유동층 보일러 플라이애시, 알칼리반응 증점제를 포함하여 조성된 것이고, B액의 급결수용액은 수분산 실리카졸에 포타슘하이드록사이드(KOH)가 용해된 것임을 특징으로 하는 가소성 그라우트 약액 조성물을 제공한다. 이러한 가소성 그라우트 약액 조성물에서 A액의 결합재 중 초임계 유동층 보일러 플라이애시는 초임계 유동층 보일러에서 산소를 주입하면서 석탄 연료를 초임계조건으로 연소하는 공정을 통해 배출되는 애시로서 Fe2O3 10∼20중량%, SO3 5∼20중량% 함유하면서 분말도가 6,000~9,000㎠/g인 분체로 마련되고, 알칼리반응 증점제는 2-프로펜아마이드(C3H5NO)가 보락스(Borax, Na2B4O7·10H2O)로 코팅된 분체로 마련된다.

또한 본 발명은 가소성 그라우트 약액 조성물을 이용한 약액 그라우팅 공법으로, A액과 B액을 따로 준비한 후 주입 직전에 A액과 B액을 혼합시키면서 그라우팅 구간에 주입하는 것을 특징으로 하는 그라우팅 공법을 제공한다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 그라우트 약액에서 경화 및 겔타임 제어를 위해 물유리(water-glass) 대신 실리카졸에 포타슘하이드록사이드가 혼합된 급결수용액을 사용하기 때문에, 겔타임, 겔특성 및 경화체의 강도특성을 확보하고, 동시에 물유리 미사용에 따라 용출저감에 따른 토양/지하수 오염 최소화와 경화된 그라우트의 수축 억제를 통한 물리성능 유지가 가능해진다.

둘째, 급결수용액과 반응하는 알칼리반응 증점제 적용으로 겔(gel)형성 시 응집효과로 인해 가소성(thixotropic) 유지 특성과 수중불분리 안정성 확보가 가능해진다. 이로써 겔 형성 후에도 가소성으로 인해 유동성 유지가 가능하기 때문에, 수중 또는 유수 조건에서도 동공뿐만 아니라 동공 주위의 틈새에 지속적인 충전이 유지되어 주입부 내부의 충전효과가 우수하고, 나아가 주입 경과 후에는 충전된 그라우트재의 경화로 우수한 차수특성을 발현하고 특히 누수부위의 미세 누수 차수에서 우수한 효과를 발휘한다.

본 발명은 결합재를 물에 혼합한 A액과 급결수용액에 의한 B액으로 이루어진 그라우트 약액에 관한 것으로, 물유리 사용을 배제하고 겔(gel)형성 시 응집효과를 나타내는 가소성(thixotropic) 특성을 발현하도록 A액과 B액을 새로운 재료로 구성한다는데 특징이 있다. 구체적으로 본 발명의 가소성 그라우트 약액 조성물은, B액으로 물유리를 대신하여 수분산 실리카졸에 포타슘하이드록사이드(KOH)가 혼합 반응처리되어 K-SiO2 구조를 가지는 급결수용액을 사용하고, 이러한 B액의 급결수용액과 경화 반응하는 A액의 결합재로 보통 포틀랜드 시멘트, 고로슬래그, CSA, 이수석고 및 다량의 CaO와 Fe2O3 및 SO3를 함유한 고분말도의 초임계 유동층 보일러 플라이애시와 함께 주석산 및 알칼리반응 증점제를 포함하여 조성된 결합재를 사용한다. 여기서 알칼리반응 증점제는 2-프로펜아마이드(C3H5NO)가 보락스(Borax, Na2B4O7·10H2O)로 코팅된 분체가 된다.

본 발명에서 A액은 결합재와 물이 혼합된 것이다. 결합재는 시멘트 25~40중량%, 고로슬래그 10~25중량%, 칼슘설포알루미네이트(CSA) 10~25중량%, 이수석고 3~10중량%, 초임계 유동층 보일러 플라이애시 20~45중량%, 주석산 0.1~0.5중량%, 알칼리반응 증점제 0.1~0.5중량%를 포함하도록 바람직하게 조성될 수 있다. 이렇게 조성된 결합재 100중량부에 물 200~250중량부를 혼합하면 A액으로 제조할 수 있다. 이러한 A액은 B액의 혼합비를 10:1(부피비)로 제어 가능하도록 구성한 결과이다.

시멘트는 기본적인 결합재가 되며, 급결수용액와 CSA의 사용으로 급결성을 확보하기 때문에 보통 포틀랜드 시멘트로도 충분하다. 시멘트는 20~40중량% 사용하는 것이 바람직한데, 20중량% 미만이면 시멘트 부족으로 경화체의 강도성능이 낮고 40중량% 초과하면 그라우트의 물리성능 향상 한계로 경제성이 떨어진다. 고로슬래그는 시멘트를 대체하는 결합재로, 경화체의 강도 증진, 수밀성 증대, 내화학성 증대 등에 기여한다. 고로슬래그는 10~25중량% 사용하며, 10중량% 미만이면 경화체의 강도성능 부족과 함께 상대적으로 시멘트 혼입량 증가로 인한 경제성 저하 문제가 있고, 25중량% 초과하면 초기 겔형성 후 수중불분리 특성 저하에 영향을 줄 우려가 있다.

CSA는 수중불분리 안정성을 위해 급결 역할을 한다. CSA는 10~15중량% 사용하며, 10중량% 미만이면 급결특성이 낮아 물과 접촉 시 불분리특성이 낮아 풀어짐으로써 충전효과가 낮아지며, 15중량% 초과하면 B액과 혼합 후 경화되는 시간이 너무 짧아 주입 특성 및 주입 후 충전특성이 낮아지는 우려가 있다. 이수석고는 시멘트의 응결조절제 내지 고로슬래그의 자극제로서 역할한다. 이수석고는 3~10중량% 사용하는데, 3중량% 미만이면 겔타임 지연으로 인해 수중불분리 안정성이 떨어지고, 10중량% 초과하면 결합재와 물 혼합교반하는 과정에서 위응결이 발생하여 작업이 곤란해진다.

초임계 유동층 보일러 플라이애시는 시멘트를 대체하는 결합재로, 초임계 상태에서 보일러를 가동하는 초임계 유동층 보일러에서 배출되는 애시이다. 초임계 유동층 보일러는 물이 증기로 변환되는 임계조건(2255kg/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 특성에서 차이가 있으며, 특히 초임계 유동층 보일러 플라이애시는 20% 이상의 CaO, 15% 이상의 Fe2O3, 8% 이상의 SO3 성분을 함유한다.

초임계 유동층 보일러 플라이애시에서 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. 결합재에서 초임계 유동층 보일러 플라이애시는 20~45중량% 사용하는데, 20중량% 미만이면 초임계유동층 보일러 플라이애시 혼입율이 낮아 경제성 확보가 어렵고, 45중량% 초과하면 그라우트의 겔화특성 확보 및 경화체의 요구 강도성능 확보가 부족하기 쉽다.

주석산은 지연제 효과로서, B액의 급결수용액과 혼합 반응 전까지 A액이 위응결이 일어나지 않게 한다. 주석산은 0.1~0.5중량% 사용하는데, 0.1중량% 미만이면 A액의 장시간 교반 혼합 시 위응결 발생을 예방하는 효과가 없으며, 0.5중량% 초과하면 과도한 지연효과로 인해 B액과 혼합 시 겔형성이 늦어지고 겔형성 후 압축강도 성능도 크게 저하된다.

알칼리반응 증점제는 B액의 급결수용액과 반응하여 겔(gel)형성과 동시에 그라우트의 응집효과를 통해 가소성(thixotropic) 유지 특성을 발현케 한다. 이와 같이 알칼리반응 증점제에 의해 겔형성 시 겔형태 유지시간을 확보할 수 있게 됨으로써 일정시간 동안 지속적으로 그라우트의 주입 충전이 가능해지고, 또한 수중불분리 안정성 확보가 가능해진다. 알칼리반응 증점제는 2-프로펜아마이드(C3H5NO)가 보락스(Borax, Na2B4O7·10H2O)로 코팅된 분체가 되는데, 이러한 알칼리반응 증점제는 A액에 혼합되어 있는 상태에서는 A액의 유동성, 경화촉진 등에 영향을 미치지 않고 B액의 급결수용액과 혼합시에 비로소 응집효과를 나타낸다.

알칼리반응 증점제는 1~2중량% 농도의 보락스 수용액에 2-프로펜아마이드 분말을 침지한 즉시 필터링 후 건조한 분체로서 600㎛ 이하의 입자 크기를 가지는 것을 바람직하게 사용할 수 있다. 2-프로펜아마이드 분말을 보락스 수용액에 혼합할 경우 쉽게 엉킴현상이 일어나므로, 엉킴현상이 일어나지 않도록 2-프로펜아마이드 분말을 보락스 수용액에 침지 즉시 필터링하여 건조하는 것이 바람직하다(가령 부직포같은 섬유필터에 2-프로펜아마이드 분말을 담은 후 보락스 수용액에 침지 즉시 분리). 이와 같이 침지 즉시 필터링 건조하면 침지과정에서 뭉쳐있던 분말들이 쉽게 부서져 분체화되며, 이로써 2-프로펜아마이드 분말에 보락스가 코팅된 분체로 제조된다. 알칼리반응 증점제에서 보락스의 1~2중량% 농도 사용은 결합재를 물에 혼합 교반하여 A액으로 만들 때, 알칼리 조건에서 경화 또는 용해하여 증점현상이 발생하는 것을 방지하기 위함이다. 다시 말해 보락스 수용액의 농도가 1중량% 농도 미만이면 보락스에 의한 알칼리반응 증점제의 반응 지연효과가 떨어져 결합재와 물 혼합 시에 증점효과로 인해 이송작업이 어려워지고, 2중량% 초과하면 보락스 수용액의 농도가 과도하여 겔형성 시 오히려 겔형성 시간이 늘어가게 되거나 겔형성 후 경화체의 강도특성이 떨어진다. 이러한 알칼리반응 증점제는 결합재에서 0.1~0.5중량% 사용하는데, 1중량% 미만이면 겔형성 후 가소성 그라우트로서의 특성이 낮아 지속적인 주입이 어렵고 수중불분리 안정성이 떨어지며, 0.5중량% 초과하면 과도한 혼입으로 인해 지나친 경화 지연에 따른 차수성능 저하 뿐만 아니라 강도 성능 저하 문제가 발생한다.

위와 같은 재료들로 조성된 결합재는 물에 혼합 교반되어 A액이 되는데, 결합재 100중량부에 물 200~250중량부를 혼합하는 것이 바람직하다. 2-프로펜아마이드 분말은 단순 혼입되는 것이 아니라 브락스에 코팅된 상태로 혼입되기 때문에 A액은 엉킴현상 없이 안정적인 액상상태가 된다.

한편 B액은 종래 물유리를 대신하여 급결수용액을 사용한다. 급결수용액은 수분산 실리카졸에 포타슘하이드록사이드(KOH)가 혼합 반응 처리되어 K-SiO2 구조를 가지게 된 것인데, 강알칼리 특성을 가져 A액과 반응 시 겔형성과 함께 경화특성을 발현하고 또한 내수성이 우수하여 수중에 주입 시 물에 대한 불분리 안정성이 우수하며 용출특성이 낮아 토양/지하수 오염 최소화에도 유리하다. 통상 B액으로 사용하는 물유리는 용출특성이 큰 Na+ 이온을 가지는데 반해, 급결수용액은 용출특성이 낮은 K+ 이온을 가지면서 강알칼리의 결정입자를 가진 실리카졸을 가지기 때문에 겔형성 특성과 강도특성 확보가 가능한 것이다.

B액의 급결수용액은 상온에서 40~45중량%의 SiO2를 함유한 수분산 실리카졸에 포타슘하이드록사이드(KOH)가 KOH/SiO2(molratio)= 5~10로 혼합 용해되도록 준비하면 바람직하다. 혼합비가 5몰비 미만이면 경화된 그라우트의 내수성(강알칼리 용출 저감 특성)이 낮아져 용출로 인한 문제가 나타나고, 10몰비 초과하면 겔 형성 후 경화지연으로 인해 경화체의 강도성능 저하 문제가 발생한다.

본 발명에 따른 가소성 그라우트 약액 조성물은, 결합재 100중량부에 물 200~250중량부 혼합한 A액과, B액의 급결수용액을 부피비로 10:1로 혼합하여 사용한다. 이 범위에서 사용할 때, 사용성이 우수한 것은 물론, 겔타임, 압축강도, 내구성 등 성능 발현에도 유리하다.

본 발명에 따른 가소성 그라우트 약액 조성물은 겔타임이 짧기 때문에 A액과 B액을 따로 준비한 후 주입 직전에 A액과 B액을 혼합시키면서 그라우팅 구간에 주입하는 방식으로 그라우팅 공법을 수행한다. 특히 본 발명에 따른 가소성 그라우트 약액 조성물은 차수 그라우팅 공법에 유리하게 적용할 수 있는데, 종래 차수 그라우팅 공법과 마찬가지로 적용하면 된다. 가령 터널의 뒷채움 차수 그라우팅 공법에 적용한다면 TBM장비 등을 이용하여 터널을 굴착한 후 터널 세그먼트와 토벽 사이에 가소성 그라우트 약액을 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]

1. 알칼리반응 증점제

보락스를 물에 용해한 1.5중량% 수용액에 2-프로펜아마이드 분말(밀도 1.189g/ml(25℃), 순도 >97%, 분자량 : 3.0~4.0x10⁵g/mol)을 침지한 즉시 필터링한 후 바로 건조한 다음, 600㎛ 이하의 입자만을 분리하였다. 이렇게 분리된 분체는 밀도 1.18g/㎤, 입자크기 600㎛ 이하, pH 5~6(0.1% 용해)을 나타냈으며, 이를 알칼리반응 증점제로 준비하였다.

2. 급결수용액

수분산 실리카졸(pH 9.5~10.5, 비중 1.27~1.29, SiO2 함량 40~41%, SiO2 particle 10~20nm)에, KOH(flake type 고체, 순도 >90%, 용해도 1,120g/L, 비중 2.04)를, KOH/SiO2(molratio)=5로 용해시켰으며, 이를 급결수용액으로 준비하였다.

[시험예]

1. 그라우트 약액 배합

(1)A액의 결합재 조성

[제조예]에서 제조한 알칼리반응 증점제를 이용하면서 아래 [표 1]과 같이 결합재를 조성하였다.

결합재 조성(중량부)

구성재료	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	비교예5	비교예6	비교예7	실시예1	실시예2	실시예3
보통포틀랜드 시멘트	1,000	1,000	770	410	340	280	300	280	310	300
고로슬래그	-	-	200	-	200	150	180	164	140	200
CSA	0	0	26	100	100	100	100	129.5	115.5	120
이수석고	0	-	-	39.5	59	50.5	60	73	50	55
초임계 유동층 보일러 플라이애시	-	-	-	450	300	418	350	350	380	322
주석산	0	0	2	0.5	1	1	2	2.5	1.5	1
알칼리반응 증점제	-	-	2	-	-	0.5	8	1	3	2
소계	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000
- 보통포틀랜드시멘트: 분말도 3,400cm2/g, 비중 3.14 - 고로슬래그: 밀도 2.83g/㎤, 분말도 4,400㎠/g, 강열감량 1.1% - CSA : 분말도 5500~6000㎠/g, Al2O3함량 36중량% - 초임계 유동층보일러 플라이애시: CaO-24%, Fe2O3-16.4%, Al2O3-13.0%, SO3-8.88%, SiO2-27.2% 분말도 7,500~9,000cm2/g - 이수석고: 비중 2.22 - 주석산 : 비중 1.69, 용해도 200g/100ml, pH 3.07(5% solution) - 알칼리반응 증점제 : 제조예

(2)그라우트 약액 배합

위의 [표 1]과 같은 조성의 결합재를 이용하면서 아래 [표 2]와 같이 조성으로 그라우트 약액을 준비하였다. 보는 바와 같이 비교예1은 B액을 종래 규산소다 3호(물유리)로 준비하여 A액과 B액을 부피비 1:1로 혼합하고, 비교예2는 B액을 종래 규산소다3호 대신에 제조예의 급결수용액을 준비하여 비교예1과 동일하게 A액과 B액을 부피비 1:1로 혼합하였다. 비교예3~7 및 실시예1~3은 B액을 제조예의 급결수용액으로 준비하여 A액과 B액을 부피비 10:1로 혼합하였다.

그라우트 약액 배합

구 분	A액		B액
비교예1,2	결합재	물	규산소다3호	물
	250g	420g	350g	250g
	500ml		500ml
비교예3~7 실시예1~3	결합재	물	급결수용액
	380~440g	768~784g	122g
	910ml		90ml

2. 그라우트 약액 특성

[표 1] 및 [표 2]와 같이 배합한 그라우트 약액에 대해, 겔타임, 가소성유지시간, 가소상태, 압축강도, 내구성을 평가하였다. 겔타임은 B액을 A액에 2~3초 이내로 혼합 후 지속적으로 서로 용기에 부어가면서 혼합된 시료가 용기에서 부어지지 않는 시간으로 측정하였다. 가소성 유지시간은 겔타임 확인 시험에서 측정 종료된 시료에 대해 PE비닐백에 넣은 후 직경 10±1mm의 구멍을 통해 겔형성 후 시간 경과에 따라 토출되는 시료가 절단되지 않고 연속적으로 토출 가능한 시간으로 측정하였다. 가소상태는 겔타임 확인 시험에서 측정 종료된 시료에 대해 Ø100mm 플로우콘에 충전 후 콘을 들어낸 후 일정간격 타격 후 충전된 시료의 퍼짐정도(직경)로 측정하였다. 압축강도는 A액과 B액의 혼합 토출된 시료를 Ø5cm x 10cm 원형실린더 몰드에 충전 성형한 후 탈형하여 양생기간별 압축강도로 측정하였다. 내구성은 해수가 존재하는 공동이나 주입구간에 대한 성능을 평가하기 위한 것으로, 원형실린터 성형 후 1일차에 탈형 후 해수에 침지하여 수중양생을 실시하고 양생기간별 압축강도로 측정하였다. 평가결과는 아래 [표 3]과 같다.

그라우트 약액 특성

구성재료		비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	비교예5	비교예6	비교예7	실시예1	실시예2	실시예3
겔타임(초)		78	58	60	29	19	11	9	8	9	7
가소성 유지사간 (분)		0	0	15	0	0	3	50	15	20	20
가소상태(mm)		105	105	115	110	110	120	170	130	140	130
압축강도(㎫)	1d	0.21	0.21	0.10	0.41	1.16	1.02	0.69	1.27	1.30	1.44
	3d	0.39	0.28	0.20	0.79	2.0	2.24	1.46	2.21	2.17	2.31
	28d	1.41	0.86	0.66	1.37	2.4	3.11	1.99	3.29	3.30	3.38
내구성	3d	0.17	0.11	0.08	0.50	1.0	1.54	0.76	1.88	1.83	2.11
내구성	28d	0.64	0.29	0.17	1.00	1.3	1.68	0.99	2.99	2.83	3.10

위의 [표 3]에서 보는 바와 같이, 일반 LW그라우트가 되는 비교예1은 겔형성 후 가소성이 없어 가소성유지시간과 가소상태가 낮은 것으로 나타났으며 또한 겔타임이 길어 수중 주입시 수중불분리 안정성이 낮아 수중주입 충전이 어려울 것으로 짐작된다. 비교예2는 일반 LW그라우트의 비교예1에서 B액의 규산소다3호 대신에 본 발명의 급결수용액을 치환하여 사용한 예가 되는데, 급결특성으로 인해 겔타임은 단축되었으나 가소성 및 가소상태 유지가 안되는 것으로 확인된다. 또한 압축강도 및 내구성은 규산소다3호를 사용한 비교예1보다도 더 낮은 강도특성을 나타냈다. 비교예3은 비교예2에서 A액의 결합재에 알칼리반응 증점제를 추가 혼입한 예가 되는데, 알칼리반응 증점제로 인해 가소성 유지시간 및 가소상태가 일부 확인된다. 하지만 압축강도 및 내구성은 비교예1은 물론 비교예2보다도 더 낮은 강도 성능을 나타냈다.

비교예4,5는 A액의 결합재를 시멘트, 고로슬래그, CSA, 이수석고, 초임계 유동층 보일러 플라이애시, 주석산으로 조성하면서 다만 비교예2와 같이 알칼리반응 증점제를 적용하지 않은 조건으로 조성한 예가 되는데, 겔타임 단축은 확인되나 가소성 유지시간이나 가소상태는 낮은 수준으로 확인된다. 비교예6은 A액의 결합재를 비교예5와 같이 시멘트, 고로슬래그, CSA, 이수석고, 초임계 유동층 보일러 플라이애시, 주석산으로 조성하면서 비교예3과 같이 알칼리반응 증점제를 혼입한 예가 되는데, 비교예5보다 가소성 유지시간과 가소상태가 일부 확인되나 알칼리반응 증점제를 미량 혼입함에 따라 가소성 유지시간이 짧게 나타났다. 비교예7는 비교예6과 달리 알칼리반응 증점제를 다량 혼입한 경우인데, 이 경우 가소성 유지시간이 과도하게 길고 이로 인해 가소상태 또한 크게 증가함이 확인되었으나 과도한 가소성 유지시간으로 인해 그라우트의 수중 주입 시 주입경과 후 경화되지 못한 채 흘러버려 충전 경화가 되지 않는 문제가 나타날 수 있다.

실시예1~3은 본 발명에 따른 그라우팅 약액으로서 겔타임이 빠르고 또한 주입 경과 후 공동 내부의 충전이 가능한 가소성 유지시간과 가소상태를 가지는 것으로 확인된다. 경화 후 시험체의 압축강도 또한 비교예 대비 우수한 성능을 가지는 것으로 확인되고, 내구성은 해수 양생조건에서가 일반수 양생조건에서보다 압축강도가 낮았지만 비교예들보다는 우수한 것으로 확인된다.

Claims

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결합재를 물에 혼합한 A액과 급결수용액에 의한 B액으로 이루어진 그라우트 약액에서,
상기 A액은, 시멘트 25~40중량%; 고로슬래그 10~25중량%; 칼슘설포알루미네이트(CSA) 10~25중량%; 이수석고 3~10중량%; 초임계 유동층 보일러 플라이애시 20~45중량%; 주석산 0.1~0.5중량%; 알칼리반응 증점제 0.1~0.5중량%;를 포함하여 조성된 결합재 100중량부에 물 200~250중량부가 혼합된 것으로, 상기 초임계 유동층 보일러 플라이애시는 초임계 유동층 보일러에서 산소를 주입하면서 석탄 연료를 초임계조건으로 연소하는 공정을 통해 배출되는 애시로서 Fe2O3 10∼20중량%, SO3 5∼20중량% 함유하면서 분말도가 6,000~9,000㎠/g인 분체이고, 상기 알칼리반응 증점제는 1~2중량%농도의 보락스 수용액(Borax, Na2B4O7·10H2O)에 2-프로펜아마이드 분말(C3H5NO)이 침지된 즉시 필터링 후 건조된 것으로 600㎛ 이하의 입자 크기를 가지는 분체이며,
상기 B액의 급결수용액은, 40~45중량%의 SiO2를 함유한 수분산 실리카졸에 포타슘하이드록사이드(KOH)가 KOH/SiO2(molratio)= 5~10으로 용해된 것이며,
상기 A액과 B액은, 부피비로 10:1로 혼합되는 것을 특징으로 하는 가소성 그라우트 약액 조성물.
제3항에 따른 가소성 그라우트 약액 조성물을 이용한 그라우팅 공법으로,
A액과 B액을 따로 준비한 후 주입 직전에 A액과 B액을 혼합시키면서 그라우팅 구간에 주입하는 것을 특징으로 하는 가소성 그라우팅 공법.