KR102240438B1 - 저용탈성 그라우팅 조성물 및 이를 이용한 지반 보강 공법 - Google Patents

저용탈성 그라우팅 조성물 및 이를 이용한 지반 보강 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 저용탈성 그라우팅 조성물은 시멘트와 물을 포함한 베이스재와, 산화알루미늄(Aluminium oxide), 탄산칼슘(Calcium carbonate), 트리폴리인산나트륨(Sodium tripolyphosphate) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 무기염 및, 나노 실리카졸 수용액을 포함하는 기능성 혼합재의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 저용탈성 그라우팅 조성물을 이용한 지반 보강 공법은, 지면에 보어 홀(bore hole)을 천공하고 주입관을 삽입하는 단계; 상기 베이스재 80 내지 95 중량부와 상기 기능성 혼합재 5 내지 25 중량부를 혼합하여 그라우팅 조성물을 제조하는 단계; 상기 그라우팅 조성물을 상기 주입관에 주입하여 양생하는 양생 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명의 저용탈성 그라우팅 조성물 및 이를 이용한 지반 보강 공법에 의하면, 규산소다를 나노 실리카졸 수용액으로 대체함으로써 규산소다의 단점인 용탈 유발을 저감하고 무기염을 통해 중금속을 흡착함으로써, 그라우팅 조성물의 내구성을 증진시키는 것은 물론이고 환경오염이 발생할 수 있는 개연성을 해소할 수도 있는 효과를 제공한다.

Description

저용탈성 그라우팅 조성물 및 이를 이용한 지반 보강 공법{LOW-LEACHING GROUTING COMPOSITION AND GROUND STRENGTHEN METHOD USING THEREFOR}
본 발명은 저용탈성 그라우팅 조성물 및 이를 이용한 지반 보강 공법에 관한 것으로서, 보다 상세히는 기존의 그라우팅 조성물에 널리 적용되고 있는 규산소다의 문제점인 용탈 유발을 해소할 수 있고 나아가서는 친환경적인 성질까지도 부가할 수 있는, 저용탈성 그라우팅 조성물 및 이를 이용한 지반 보강 공법에 관한 것이다.
지반 보강 공법은 지반의 기초 처리 공법의 하나로서 지지력이 부족한 지반을 보강하거나 누수 또는 침수에 의해 약화될 수 있는 지반을 강화함으로써, 건물을 건설하거나 공업 설비를 설치하는 등의 다양한 시공의 토대를 마련하는 공법을 의미한다.
구체적으로 지반 보강 공법은 지반을 굴착하여 보어 홀(bore hole)을 형성한 다음 시공 중 지반이 무너지는 것을 방지하는 벽체인 케이싱(casing)을 보어 홀에 장착하고 지반의 흙과 그라우트를 교반하여 지반을 고화하는 공법인바, 그라우트를 보어 홀의 심층에서 혼합하는 지반 보강 공법인 심층혼합 처리공법으로 구체화될 수도 있다.
특히 심층혼합 처리공법은 그라우트를 보어 홀에 주입하면서 지반 또는 해저면의 심층에서 교반하기 때문에 붙여진 명칭으로써 인접한 지반과 구조물의 변위를 최소화할 수 있고 시공 중 진동과 소음이 적은 장점이 있다.
여기서 그라우트는 사전적 의미로 지반의 고결화, 지반의 지지력 증가, 투수성 감소, 지반과 구조물과의 일체화 등을 목적으로 투입되는 물질로서, 그라우팅 조성물이라고도 명명되며 이는 흔히 시멘트 또는 모르타르를 포함하여 상술한 기능을 발현한다.
또한, 그라우트는 시멘트를 기본으로 다양한 물질이 추가될 수 있는데, 특히 규산소다가 혼합된 그라우트를 적용한 심층혼합 처리공법인 LW(labiles wasser glass) 공법이 널리 보급되어 있다.
LW 공법은 시공이 용이하고 비용이 저렴한 장점이 있지만 그라우트의 분진, 중금속, 알칼리이온과 같이 환경오염을 유발하는 물질이 토양에 침출되는 현상인 용탈이 빈번히 일어나는 단점이 있다.
이러한 LW 공법의 단점은 그라우트에 혼합된 규산소다에 의해 발생하게 되는데, 그라우트, 즉 그라우팅 조성물에 규산소다를 혼합한 물질에 대한 선행기술로 한국 등록 특허 제 10-1078044호(발명의 명칭:　그라우팅 조성물 및 이를 이용한 그라우팅 공법)이 등록되어 있다.
상기 선행기술은 몰비가 3.94 내지 4.07이며, 20.53∼26 중량％의 SiO2, 5.14∼6.6 중량％의 Na2O 및 67.4~74.33 중량%의 물로 이루어진 규산소다 화합물을 포함하는 그라우팅 조성물을 제시하고 있다.
상기 선행기술에 의하면 그라우트, 즉 그라우팅 조성물에 규산소다 화합물을 포함시킴으로써 작업성을 증진시키고 그라우팅 조성물에 강도를 부가할 수 있으나, 규산소다를 포함한 그라우팅 조성물의 고질적인 단점인 용탈이 유발된다는 문제점이 따른다.
더불어, 용탈 발생한 경우 그라우팅 조성물의 내구성이 저하되는 것은 물론이고 주변 토양이 그라우팅 조성물, 중금속 등에 오염되어 환경 파괴가 발생하는 문제점 또한 따른다.
따라서, 규산소다의 장점은 유지하면서도 용탈을 저감시킴으로써, 내구성을 증진시키고 나아가서는 친환경적인 성질 또한 부가될 수 있는. 신규하고 진보한 개선된 저용탈성 그라우팅 조성물 및 이를 이용한 지반 보강 공법을 개발할 필요성이 대두되는 실정이다.
본 발명은 상기 기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 그라우팅 조성물에 규산소다를 대체 내지 보완할 수 있는 물질들을 포함시킴으로써 규산소다의 장점은 유지하면서도 용탈이 일어나는 것을 방지할 수 있도록 한 그라우팅 조성물과 이를 이용한 지반 보강 공법을 제공하는 것을 주요 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 그라우팅 조성물에 부피 수축을 보상하여 균열 발생을 저감시킬 수 있는 물질을 포함하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 그라우팅 조성물에 표면의 경화 속도와 심부의 경화 속도의 차이에 의한 균열 발생을 저감시킬 수 있는 물질을 포함하는 것이다.
본 발명의 추가 목적은, 그라우팅 조성물에 경화시간을 단축시킬 수 있는 첨가 물질을 추가로 포함하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 개선된 저용탈성 그라우팅 조성물 및 이를 이용한 지반 보강 공법은, 시멘트와 물을 포함한 베이스재와, 산화알루미늄(Aluminium oxide), 탄산칼슘(Calcium carbonate), 트리폴리인산나트륨(Sodium tripolyphosphate) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 무기염 및, 나노 실리카졸 수용액을 포함하는 기능성 혼합재의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 무기염은, 트리폴리인산나트륨이고, 상기 기능성 혼합재는, 알루민산칼슘(Calcium aluminate) 및 황산알루미늄(Aluminum sulfate)을 포함한 팽창재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 나노 실리카졸 수용액은, 우레아(urea) 및 폴리디메틸실록세인(Polydimethyl siloxane)을 포함하는 균열저감제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
추가적으로, 상기 베이스재는, 메타카올린(Metakaolin) 및 질산망간(Manganese nitrate)을 포함하는 급결제를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 저용탈성 그라우팅 조성물 및 이를 이용한 지반 보강 공법에 의하면,
1) 규산소다를 나노 실리카졸 수용액으로 대체함으로써 규산소다의 단점인 용탈 유발을 저감하고 무기염을 통해 중금속을 흡착함으로써 그라우팅 조성물의 내구성을 증진시키는 것은 물론이고 환경오염이 발생할 수 있는 개연성을 해소할 수도 있고,
2) 그라우팅 조성물의 경화 도중 필연적으로 발생하는 부피 수축을 보상함으로써 부피 변화량을 낮추어 균열을 통한 용탈의 발생을 방지할 수 있으며,
3) 그라우팅 조성물의 경화 중 표면 온도와 심부 온도의 차이를 줄임으로써 그라우팅 조성물의 표면에 균열이 발생하는 것을 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라,
4) 그라우팅 조성물의 경화시간을 단축시킴으로써 전체적인 시공 기간을 줄이는 것은 물론이고 경화되기 이전의 그라우팅 조성물이 토양을 오염시킬 수 있는 개연성을 해소할 수 있다.
도 1은 본 발명의 그라우팅 조성물의 기본 조성을 도시한 개념도.
도 2는 본 발명의 팽창재를 제조하는 방법을 도시한 순서도.
도 4는 본 발명의 급결제를 제조하는 방법을 도시한 순서도.
도 5는 본 발명의 지반 보강 공법의 기본적인 단계를 도시한 순서도.
도 6은 본 발명의 지반 보강 공법을 예시한 개념도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 그라우팅 조성물의 기본 조성을 도시한 개념도이다.
도 1을 보아 알 수 있듯이, 본 발명의 그라우팅 조성물은 베이스재와 기능성 혼합재를 혼합하여 제조될 수 있다.
여기서, 베이스재는 시멘트를 기초물질로 한 상태에서 물과 혼합한 물질을 의미한다.
시멘트는 물 또는 수용액과 혼합될 시 경화되는 성질을 가진 무기질 재료이다. 즉 본 발명에서 시멘트는 모르타르 및 콘크리트의 재료로 사용되는 공지의 시멘트라 할 수 있다.
이러한 베이스재는 경화되어 그라우팅 조성물의 기본적인 기능이라 할 수 있는 지반을 지지하는 기능을 수행한다.
또한, 잘 알려진 바와 같이 물과 시멘트의 혼합 비율은 시공환경과 목적에 따라 매우 다양할 수 있는데, 일반적으로는 시멘트 100 중량부를 기준으로 대략 80 내지 85 중량부의 물의 배합비를 기준으로 삼을 수 있다. 물론, 물과 시멘트의 배합비는 현장 환경에 따라 다양하게 결정되는 것도 가능하다.
본 발명의 기능성 혼합재는 기본적으로 무기염과 나노 실리카졸 수용액을 포함한다.
나노 실리카졸 수용액은 실리카의 입자 크기가 10 내지 100nm(nano meter)인 나노 실리카를 분산시킨 물질, 즉 나노 실리카졸을 물에 분산시킨 용액이다.
여기서, 나노 실리카졸은 나노 실리카를 물 외에도 에탄올, 아세톤과 같은 다양한 극성 용매의 혼합물에 분산시키는 것이 가능한데, 다시 말해 본 발명에서는 반드시 나노 실리카졸 수용액에 한정되는 것이 아니라 물을 포함하거나 물 이외에 다양한 용매에 나노 실리카졸을 분산시킨 것으로 이루어지는 것도 가능하다. 예를 들어, 나노 실리카졸 수용액은 물 70 내지 80 중량부, 에탄올 10 내지 20 중량부, 나노 실리카졸 10 내지 20 중량부를 혼합한 것일 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 나노 실리카졸 수용액은 분산 특성을 가진 나노 실리카졸을 다시 물 또는 물을 포함한 용매에 분산시킴으로써, 다양한 극성 용매에 포함된 작용기의 기능을 선택적으로 부가할 수 있는 특징을 가진다.
일반적으로 그라우팅 조성물에 적용되는 대표적인 규소계열의 혼합재로 규산소다를 적용한 사례가 많았다.
하지만 규산소다는 시멘트가 경화되기 이전에 액상의 시멘트, 중금속과 같은 환경오염 물질이 토양으로 용출되는 현상인 용탈을 유발하여, 그라우팅 조성물의 강도를 저하시키고 토양을 오염시키게 되는 단점이 존재하였다.
이에 비해, 나노 실리카졸 수용액은 미세한 입자 크기를 통해 시멘트에 골고루 혼합될 수 있으므로 조직을 치밀하게 이루어 용탈 현상을 낮출 수 있으므로, 기존의 규산소다보다 그라우팅 조성물의 강도를 증진시키고 나아가서는 환경오염 유발을 완화하는 것이 가능하다.
이러한 나노 실리카졸 수용액은 물의 비율이 높으므로 본 발명의 기능성 혼합재에서 분산매 내지 용매의 역할을 수행할 수도 있다.
무기염은 기능성 혼합재에 용탈 저감기능을 부가하는 것으로서 산화알루미늄(Aluminium oxide), 탄산칼슘(Calcium carbonate), 트리폴리인산나트륨(Sodium tripolyphosphate) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 산화알루미늄은 시멘트와 물이 혼합될시 생성되는 수산화칼슘과 포졸란(pozzolan) 반응을 일으켜 칼슘-알루미네이트-하이드레이트를 형성하는 물질이다.
이렇게 형성된 칼슘-알루미네이트-하이드레이트는 그라우팅 조성물의 내구성과 함께 수분의 침투, 흡수, 투과를 막는 성질인 수밀성을 증진시킴으로써, 수분을 매개로 환경오염 물질이 토양에 용탈되는 것을 방지할 수 있다.
탄산칼슘은 그라우팅 조성물의 수화반응성을 증가시킬 수 있는 물질로서, 이를 통해 그라우팅 조성물의 초기 경화 시간을 감소시켜 경화되지 못한 그라우팅 조성물이 토양으로 용탈되는 것을 방지할 수 있다.
트리폴리인산나트륨은 그라우팅 조성물의 초기 경화 강도를 증가시킴으로써 표면이 굳은 상태의 그라우팅 조성물의 외부로 경화되지 않은 그라우팅 조성물이 용탈되지 않도록 할 수 있다.
또한, 트리폴리인산나트륨은 복수 개의 금속 이온과 배위 결합이 가능한 금속이온 봉쇄제로서 크롬, 카드뮴과 같이 환경오염을 유발하는 중금속이 용탈되지 않도록 붙잡아 두는 역할 또한 수행할 수 있다.
이와 같은 무기염은 나노 실리카졸 수용액을 용매로 하여 기능성 혼합재에 포함될 수 있는데, 예를 들어 무기염을 포함한 기능성 혼합재는 물 70 내지 90 중량부, 나노 실리카졸 10 내지 20 중량부, 무기염 3 내지 7 중량부를 혼합한 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 그라우팅 조성물은 상술한 베이스재 85 내지 95 중량부와 기능성 혼합재 5 내지 15 중량부가 혼합된 것일 수 있다.
정리하면, 본 발명의 그라우팅 조성물은 기능성 혼합재의 조성, 즉 세부 물질에 특징이 있다 할 수 있는데, 상술한 기능성 혼합재를 통해 용탈 현상을 낮춤으로써 내구성을 증진하는 것은 물론 친환경적인 성질 또한 추구할 수 있는 특성을 제공한다.
이하, 첨부된 실시예와 함께 본 발명의 그라우팅 조성물의 특성을 설명하고자 하는데, 특히 본 발명의 그라우팅 조성물의 특성에 대하여 탁도, 6가 크롬(Cr6+) 이온농도, 부피 수축률이라는 3가지 세부 특성으로 구별하여 설명한다.
일반적으로, 탁도는 경화된 그라우팅제에서 분진 내지 조각이 용탈되어 토양을 오염시키게 되는 개연성을 예측할 수 있는 지표로서, 예를 들어 일반적인 그라우팅제에 포함된 시멘트는 토양에 용탈될 경우 알칼리화를 유발하는바, 만일 탁도가 낮다면 그라우팅제가 토양을 오염시킬 개연성이 낮다는 의미를 가진다.
6가 크롬 이온농도는 시멘트에 함유된 대표적인 중금속인 6가 크롬이 얼마나 용출되는가에 대한 지표로서, 6가 크롬은 이온화되어 pH12 내지 13에 이르는 강염기성을 보이는 금속인바, 즉 용출될 경우 토양의 알칼리화를 급속하게 진행시키게 된다. 따라서, 6가 크롬 이온농도가 낮다면 그라우팅제가 친환경적이라는 평가를 받을 수 있다는 의미이다.
부피 수축률은 그라우팅제가 경화되면서 필연적으로 동반되는 부피의 감소에 대한 지표로서, 그라우팅제는 표면부터 경화가 시작되어 심부까지 경화되기까지 긴 시간이 소요되는데 그라우팅제의 표면과 심부의 부피가 변화하는 정도의 차이에 의해 그라우팅제의 표면에 균열이 발생할 수 있다. 즉, 부피 수축률이 낮다면 그라우팅제의 내구성을 저하시키는 균열이 적게 발생할 수 있고, 균열을 통해 용탈이 일어날 가능성이 낮아진다는 의미이다.
이와 같은 지표를 근거로, 본 발명의 그라우팅 조성물과 이에 대비되는 비교 물질을 비교하여 설명한다.
이때, 본 발명의 그라우팅 조성물은 실시예 1,2 비교 물질은 비교예로 구분하여 제시한다.
<실시예 1>
물 160mL, 나노 실리카졸 30g, 트리폴리인산나트륨 10g을 혼합하여 기능성 혼합재를 제조하였다. 여기서, 나노 실리카졸은 물 22mL, 에탄올 5mL, 나노 실리카 3g을 혼합하여 제조하였다.
그다음, 물 730mL, 시멘트 880g을 혼합하여 베이스재를 제조하였다.
이후, 기능성 혼합재와 베이스재를 혼합하여 최종적인 시료를 제조하고 이 시료를 10*10*10cm3 체적의 성형 틀에 부어 20℃에서 24시간 동안 경화시켰다.
다시 말해, 실시예 1은 본 발명의 그라우팅 조성물, 보다 구체적으로 기능성 보조제에 나노 실리카졸 수용액과 무기염으로 트리폴리인산나트륨을 포함시킨 그라우팅 조성물을 제조한 것이다.
경화된 시료는 실제 시공 시 지하수 또는 해수에 노출된 지반에서 장시간 침식되는 것을 반영해 심층 지반과 비슷하게 맞춰진 10m 깊이에서 채취된 흙과 물을 7:3 부피비로 혼합한 혼합물과 함께 수조에 묻어 10℃에서 1개월 간 방치시켰다.
<실시예 2>
물 160mL 및 나노 실리카졸 40g을 혼합하여 기능성 혼합재를 제조하였다. 여기서, 나노 실리카졸은 물 30mL, 에탄올 6mL, 나노 실리카 4g을 혼합한 물질이다.
즉, 실시예 2의 기능성 혼합재는 실시예 1의 기능성 혼합재에서 트리폴리인산나트륨를 제외하고 제조된 나노 실리카졸 수용액이다.
그다음, 물 730mL, 시멘트 880g을 혼합하여 베이스재를 제조하였다.
이후, 기능성 혼합재와 베이스재를 혼합하여 최종적인 시료를 제조하고 10*10*10cm3 체적의 성형 틀에 부어 20℃에서 24시간 동안 경화시켰다.
이렇게 경화된 시료는 실시예 1과 같이 실제 심층 지반과 비슷하게 맞춰진 흙과 물을 7:3 부피비로 혼합한 혼합물과 함께 수조에 묻어 10℃에서 1개월 간 방치시켰다.
<비교예 1>
물 160mL, 규산소다 용액 30g, 트리폴리인산나트륨 10g을 혼합하여 비교용 혼합재를 제조하였다. 여기서, 규산소다 용액은 물 22mL, 에탄올 5mL, 규산소다 3g을 혼합하여 제조되었다.
다음, 물 730mL, 시멘트 880g를 혼합하여 시멘트 페이스트를 제조하였다.
이후, 비교용 혼합재와 시멘트 페이스트를 혼합하여 최종적인 시료를 제조하고 실시예 1과 같이 10*10*10cm3 체적의 성형 틀에 부어 20℃에서 24시간 동안 경화시켰다.
이렇게 제조된 시료는 실시예 1과 같이 실제 심층 지반과 비슷하게 맞춰진 흙과 물의 혼합물과 함께 수조에 묻어 10℃에서 1개월 간 방치시켰다.
이러한 비교예 1은 본 발명의 나노 실리카졸 수용액 대신 규산소다 용액을 적용한 시료를 제조한 것이다.
<비교예 2>
물 160mL, 규산소다 용액 40g 혼합하여 비교용 혼합재를 제조하였다. 여기서, 규산소다 용액은 물 30mL, 에탄올 6mL, 규산소다 4g을 혼합하여 제조되었다.
즉, 비교예 2의 기능성 혼합재는 비교예 1의 비교용 혼합재에서 트리폴리인산나트륨를 제외하고 제조된 것이다.
다음, 물 730mL, 시멘트 880g을 혼합하여 시멘트 페이스를 제조하였다.
그다음, 비교용 혼합재와 시멘트 페이스트를 혼합하여 최종적인 시료를 제조하고 실시예 1과 같이 10*10*10cm3 체적의 성형 틀에 부어 20℃에서 24시간 동안 경화시켰다.
그다음, 경화된 시료를 실시예 1과 같이 실제 심층 지반과 비슷하게 맞춰진 흙과 물을 7:3 부피비로 혼합한 혼합물과 함께 수조에 묻어 10℃에서 1개월간 방치시켰다.
<지표 별 측정 방법>
이와 같이 제조된 실시예 1,2의 시료와 비교예 1,2의 시료(이하, "시료들"이라 한다)에 대해서 상술한 지표인 탁도, 6가 크롬 이온농도, 부피 수축률을 측정하였고, 구체적인 지표 별 측정 방법은 다음과 같다.
탁도와 6가 크롬 이온농도는 1개월 간 방치가 끝난 시료들에 묻은 흙을 흐르는 물에 3회 세척하고, 세척된 시료들을 5L의 수조에 12시간 동안 방치한 다음 측정하였다.
탁도는 레이저광의 파장대역이 660nm로 설정된 탁도계(nephelometer)를 통해 측정하였으며, 레이저광이 수조를 통과할 때 산란되는 정도를 측정하여 산출되었다. 여기서, 탁도의 단위는 혼탁입자에 의한 레이저의 산란 정도 단위인 NTU(Nephelometry Turbidity Unit)이다.
6가 크롬(Cr6+) 이온농도는 수조에 용출된 6가 크롬의 농도를 공지의 이온 농도계(예를 들어, (주)세창인스트루먼트 사의 DPM-MTSP)로 측정하였으며, 6가 크롬 이온농도의 단위는 ppm(parts per million)이다.
더불어, 부피 수축률은 1개월 간 방치가 끝난 시료들에 묻은 흙을 에어 컴프레서로 제거한 다음 시료들의 너비*폭*높이의 값이 최초 부피인 10*10*10cm3에서 얼마나 감소하였는지를 비율로 산출하였다.
<측정 결과>
이러한 실시예 및 비교예의 지표 별 측정 결과를 다음의 표 1에 정리하였다.
탁도(NTU) 6가 크롬 이온농도(ppm) 부피 수축률(%)
실시예 1 104 0.1 1.8
실시예 2 114 1.2 2.2
비교예 1 207 2.2 2.4
비교예 2 221 4.9 2.4
표 1을 보아 알 수 있듯이, 실시예 1,2와 비교예 1,2를 비교하면 탁도와 6가 크롬이온 농도에서 실시예 1,2가 낮은 수치를 보이는데, 이를 통해 규산소다를 사용한 그라우팅제의 단점인 용탈 유발을 확인할 수 있다.
더불어, 실시예 1,2끼리와 비교예 1,2끼리를 비교해보면, 탁도는 서로 비슷하다고도 할 수 있으나 6가 크롬 이온농도는 이에 비해 격차를 보이는바, 이러한 격차는 실시예 1과 비교예 1에 포함된 트리폴리인산나트륨의 중금속 흡착 기능에 의한 결과로 보는 것이 타당하다.
부피 수축률은 실시예 1,2가 비교예 1,2에 비하여 낮은 수치를 보이기는 하나, 획기적인 부피 수축률을 가진 것은 아니므로 부피 수축률을 낮출 수 있는 추가적인 물질 내지 수단이 요구될 수 있다.
정리하면, 본 발명의 그라우팅 조성물은 나노 실리카졸 수용액을 적용하여 기존에 사용되었던 규산소다의 용탈 유발문제를 저감시킬 수 있고, 트리폴리인산나트륨의 중금속 흡착을 통해 친환경성을 부각시킬 수 있는 특성을 제공한다.
나아가, 무기염은 상술하였듯이 산화알루미늄, 탄산칼슘, 트리폴리인산나트륨 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
이중에서 트리폴리인산나트륨은 중금속과 결합할 수 있는 기능을 수행할 수 있어 친환경적인 성질을 부각시킬 수 있는 장점이 있으므로, 이하 설명에서 무기염은 트리폴리인산나트륨으로 이루어진 것을 의미한다.
더불어, 본 발명의 기능성 혼합재는 팽창재를 추가로 포함할 수 있다.
이러한 팽창재를 포함한 기능성 혼합재의 조성비는 예를 들어, 나노 실리카졸 수용액 70 내지 80 중량부, 무기염 15 내지 25 중량부, 팽창재 5 내지 15 중량부일 수 있다.
팽창재는 상술한 실시예를 통한 그라우팅 조성물의 특성 설명에서 언급한 부피 수축률을 낮출 수 있는 물질로서, 알루민산칼슘(Calcium aluminate) 및 황산알루미늄(Aluminium sulfate)을 포함할 수 있다.
알루민산칼슘은 수화되어 산화칼슘(CaO)과 산화알루미늄(Al2O3)을 생성하는바, 구체적으로는 물과 혼합되어 산화칼슘(CaO)-산화알루미늄(Al2O3)-물(H2O)의 새로운 분자 구조를 이룬다. 이와 같은 분자 구조의 알루민산칼슘은 판상의 결정을 형성하는데 판상의 결정이 켜켜이 쌓여 나가듯이 성장하면서 결과적으로 그라우팅 조성물의 부피를 팽창시키는 것이 가능하다.
황산알루미늄은 산화칼슘과 결합하여 침상 결정을 가지는 고강도의 광물인 에트린자이트(ettringite)를 생성하는 물질로서, 이를 통해 경화된 그라우팅 조성물의 부피가 수축하는 것을 지탱하는 역할을 수행한다. 더불어, 황산알루미늄은 일반적으로 시멘트에 포함되는 산화칼슘은 물론이고 알루민산칼슘이 수화되어 생성된 산화칼슘과도 일부 결합되는 것이 가능하다.
다시 말해, 팽창재는 이러한 알루민산칼슘 및 황산알루미늄을 포함함으로써, 그라우팅 조성물이 경화될 시 동반되는 부피의 수축을 지탱할 수 있다.
즉, 팽창재는 그라우팅 조성물의 부피 변화를 감소시킬 수 있는바, 그라우팅 조성물의 부피 변화에 의해 그라우팅 조성물에 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있으므로 나아가서는 균열을 통해 용탈이 발생하는 것을 방지하는 기능을 제공한다.
도 2는 본 발명의 팽창재를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 2를 보아 알 수 있듯이, 팽창재는 추가 물질을 포함하여 제조되는 것이 가능한바, 구체적으로 팽창재는 1차 물질 제조 단계(S110), 2차 물질 제조 단계(S120), 가열 단계(S130)를 거쳐 제조될 수 있다.
먼저, 1차 물질 제조 단계(S110)는 물 70 내지 80 중량부, 알루민산칼슘 20 내지 30 중량부를 100 내지 300rpm으로 30 내지 60분 동안 혼합하여 1차 물질을 제조하는 과정이다.
물은 알루민산칼슘을 분산시키는 분산매이다. 더불어, 알루민산칼슘에 대해서는 앞서 설명하였으므로 추가적인 설명은 생략한다.
다음, 2차 물질 제조 단계(S120)는 1차 물질 40 내지 50 중량부, 황산알루미늄 30 내지 40 중량부, 수산화칼슘(Calcium hydroxide) 5 내지 10 중량부를 50 내지 80℃에서 1 내지 2시간 동안 혼합하여 2차 물질을 제조하는 과정이다.
수산화칼슘은 알루민산칼슘의 층상구조의 틈에 위치하여 부피 팽창을 보조하는 것은 물론이고 지지력을 보강할 수 있는 물질이다. 또한, 황산알루미늄에 대해서는 상술하였으므로 추가적인 설명은 생략한다.
마지막으로, 가열 단계(S130)는 2차 물질 80 내지 95 중량부, 산화마그네슘(Magnesium oxide) 5 내지 15 중량부를 30 내지 60분 동안 혼합한 다음 200 내지 400℃에서 3 내지 5시간 동안 가열하여 팽창재를 완성하는 과정이다.
여기서, 물이 모두 증발되어 분말상의 팽창재를 수득할 수 있다. 산화마그네슘은 수화되면서 더 큰 부피를 차지하는 수산화마그네슘이 되는데, 이를 통해 부피 팽창 기능을 제공할 수 있다.
나아가, 상술한 가열 단계(S130)에는 지연제가 포함될 수 있다.
지연제는 팽창재의 부피 팽창을 지연하여 혼합 중 내지 보관 중 부피가 증가되어 정작 그라우팅 조성물의 부피 감소를 보상하거나 지탱하지 못하게 되는 개연성을 방지하는 역할을 수행한다.
이러한 지연제가 포함된 가열 단계(S130)는 2차 물질 80 내지 90 중량부, 산화마그네슘(Magnesium oxide) 5 내지 10 중량부, 지연제 5 내지 10 중량부를 100 내지 300rpm으로 30 내지 60분 동안 혼합한 다음 200 내지 400℃에서 1 내지 2시간 동안 가열하는 단계일 수 있다.
더불어, 지연제는 규불화마그네슘(Magnesium hexafluorosilicate)과 에틸렌디아민테트라아세트산(Ethylenediamine tetraaceticacid)을 포함하여 제조된다.
규불화마그네슘은 수산기에서 결합을 제공하는 부위인 산소를 끌어당겨 수화 반응을 지연시킬 수 있는 무기계 지연 물질로서, 팽창재에 포함된 알루민산칼슘과 산화마그네슘의 수화를 지연시키는 기능을 수행한다.
에틸렌디아민테트라아세트산은 여섯 자리의 리간드(Ligand)를 통해 금속이온과 결합하여 킬레이트를 이룰 수 있는 물질로서, 팽창재에 포함된 미반응의 마그네슘, 나트륨, 칼슘과 같은 금속이온을 제거하는 역할을 제공한다. 또한, 에틸렌디아민테트라아세트산은 미반응 금속이온 외에도 환경을 오염시킬 수 있는 중금속 이온과 결합해 용탈을 방지하는 것이 가능하다.
이러한 규불화마그네슘과 에틸렌디아민테트라아세트산을 포함한 지연제는 1차 용액 제조 단계, 2차 용액 제조 단계, 여과액 수득 단계를 거쳐 제조될 수 있다.
먼저, 1차 용액 제조 단계는 물 70 내지 80 중량부, 규불화마그네슘 20 내지 30 중량부를 10 내지 30분 동안 혼합하여 1차 용액을 제조하는 과정이다. 여기서, 규불화마그네슘은 상술하였듯이 수화 반응을 지연시킬 수 있는 물질이고, 물은 1차 용액의 용매이다.
다음, 2차 용액 제조 단계는 1차 용액 90 내지 95 중량부, 소듐라우릴설페이트(Sodium lauryl sulfate) 5 내지 10 중량부를 70 내지 100℃에서 30 내지 60분 동안 혼합하여 2차 용액을 제조하는 과정이다. 소듐라우릴설페이트는 음이온계 유화 물질로서, 1차 용액에 규불화마그네슘이 고르게 분산되도록 하는 역할과 함께 전하의 평형을 유지시켜 팽창재의 반응 개시를 늦추는 역할을 보조한다.
마지막으로, 여과액 수득 단계는 2차 용액 70 내지 80 중량부, 에틸렌디아민테트라아세트산 20 내지 30 중량부를 120 내지 170℃에서 1 내지 2시간 동안 혼합한 다음 여과한 여과액인 지연제를 수득하는 과정이다. 이러한 여과액 수득 단계는 1 내지 20㎛의 여과막에 100 내지 300kPa의 여과압력으로 여과하는 단계일 수 있다.
여기서, 에틸렌디아민테트라아세트산은 상술하였듯이 여섯 자리의 리간드(Ligand)를 통해 금속이온과 결합하여 킬레이트를 이룰 수 있는 물질이다.
이러한 과정을 통해 제조된 지연제는 팽창재의 혼합 내지 보관 중 부피 팽창이 발생하는 것을 방지하는 기능을 제공하는바, 여과하는 과정을 통해 규불화마그네슘의 표면적을 넓힘으로써 수화 반응을 지연하는 기능의 효율이 증진된 특성을 제공한다.
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나아가, 상술한 베이스재는 급결제를 추가로 포함할 수 있다.
급결제는 베이스재의 경화시간을 단축시켜 결과적으로 전체적인 시공기간을 줄일 수 있는 물질로서, 나아가서는 경화되지 않은 베이스재가 주변 토양에 스며들어 토양을 오염시키지 않도록 하는 역할을 수행한다.
이러한 급결제는 메타카올린(Metakaolin) 및 질산망간(Manganese nitrate)을 포함할 수 있다.
메타카올린은 알루미늄과 수분이 포함된 규산염 광물로서, 시멘트의 경화반응을 촉진 시킬 수 있는 것은 물론이고, 시멘트가 물과 반응하여 발생하는 수화열에 의한 부피변화가 적은 물질이다.
질산망간은 망간에 세 개의 질산기가 도입된 물질로서, 시멘트와 물의 반응을 촉진시키는 물질인바, 베이스재의 pH를 낮추어 베이스재의 용탈로 인한 토양의 알칼리화를 저감시킬 수도 있다.
이와 같은 메타카올린과 질산망간을 포함한 급결제의 구체적인 제조방법은 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 급결제를 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 4를 보아 알 수 있듯이, 급결제는 제 1 혼합 물질 제조 단계(S310), 제 2 물질 혼합 제조 단계(S320), 냉각 단계(S330)를 거쳐 제조될 수 있다.
먼저, 제 1 혼합 물질 제조 단계(S310)는 물 70 내지 80 중량부, 메타카올린(Metakaolin) 20 내지 30 중량부를 70 내지 90℃에서 500 내지 1500rpm으로 1 내지 2시간 동안 혼합하여 제 1 물질을 제조하는 과정이다. 여기서, 메타카올린은 상술하였듯이 시멘트의 경화를 촉진하는 물질이고, 물은 제 1 물질의 분산매이다.
다음, 제 2 혼합 물질 제조 단계(S320)는 제 1 혼합 물질 70 내지 80 중량부, 질산망간(Manganese nitrate) 20 내지 30 중량부를 70 내지 90℃에서 500 내지 1500rpm으로 1 내지 2시간 동안 혼합하여 제 2 혼합 물질을 제조하는 과정이다.
마지막으로, 냉각 단계(S330)는 제 2 혼합 물질 70 내지 90중량부, 실리카퓸(Silica fume) 5 내지 20 중량부, 플라이애쉬(Flyash) 3 내지 10 중량부를 70 내지 90℃에서 500 내지 1500rpm으로 1 내지 2시간 동안 혼합한 다음 3 내지 6시간에 걸쳐 20 내지 40℃로 냉각하는 과정이다.
여기서, 실리카퓸은 5㎛이내의 입경을 가진 미세한 구형입자로 이루어져 있는데, 이를 통해 시멘트의 공극에 충전되어 시멘트의 초기 강도를 증진시킬 수 있는 물질이다.
더불어, 플라이애쉬는 연소보일러에서 집진된 미세한 탄소 분말의 재로서 시멘트의 중금속 이온이 확산되는 것을 막아주는 것과 함께, 해수에 근접한 환경에서 염해에 대한 저항성을 부가할 수도 있는 물질이다.
이러한 과정을 통해 제조된 급결제는 베이스재의 경화시간을 단축시킴으로써 전체적인 시공기간을 줄이는 기능과 함께 경화되지 않은 베이스재가 주변 토양에 스며드는 기능을 제공한다.
또한, 급결제는 베이스재의 경화 시 초기 강도를 증진시킴으로써 베이스재가 빠르게 자리 잡도록 하는 역할 또한 수행한다.
나아가, 상술한 냉각 단계(S330)에는 안정제가 포함될 수 있다.
안정제는 트리에틸아민(Triethylamine) 및 디노닐나프탈렌설폰산(Dinonyl naphthalene sulfonate)을 포함하는 것으로서, 급결제를 안정시켜 베이스재와 혼합되기 이전에 급결제의 물성과 기능이 저하되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
구체적으로 안정제가 포함된 냉각 단계(S330)는 제 2 혼합 물질 70 내지 80 중량부, 실리카퓸 5 내지 10 중량부, 플라이애쉬 3 내지 10 중량부, 안정제 5 내지 15 중량부를 70 내지 90℃에서 500 내지 1500rpm으로 1 내지 2시간 동안 혼합한 다음 3 내지 6시간에 걸쳐 20 내지 40℃로 냉각하는 단계일 수 있다.
여기서, 트리에틸아민은 세 개의 에틸기를 보유한 3차 아민 중 가장 간단한 화학종으로서, 질산망간의 질산기와 가역적인 질산아민결합을 형성하면서 급결제를 안정시켜 급결제와 베이스재가 혼합되기 전에 작용기가 소모되는 것을 방지할 수 있는 물질이다.
디노닐나프탈렌설폰산은 나프탈렌을 중심으로 두 개의 노닐(Nonyl)기 사슬과 설폰기가 포함된 물질로서, 급결제의 점도를 혼합이 용이한 수준으로 유지시켜주는 기능을 수행하는 연화 물질이다.
이러한 트리에틸아민과 디노닐나프탈렌설폰산을 포함한 안정제는 후술할 1차 혼합 용액 제조 단계, 2차 혼합 용액 제조 단계, 제 3 혼합 단계를 거쳐 제조될 수 있다.
먼저, 1차 혼합 용액 제조 단계는 물 70 내지 80 중량부, 트리에틸아민 15 내지 25 중량부, 수산화나트륨 5 내지 10 중량부를 50 내지 80℃에서 10 내지 30분 동안 혼합하여 1차 용액을 제조하는 과정이다.
여기서, 트리에틸아민은 상술하였듯이 급결제를 안정시킬 수 있는 물질이고, 수산화나트륨은 트리에틸아민기의 에틸기와 아민기가 해리되도록 보조할 수 있는 물질이다. 더불어, 물은 1차 용액의 용매이다.
다음, 2차 혼합 용액 제조 단계는 1차 용액 70 내지 80 중량부, 디노닐나프탈렌설폰산 15 내지 25 중량부, 황산나트륨(Sodium sulfate) 3 내지 7 중량부를 30 내지 50℃에서 30 내지 60분 동안 혼합하여 2차 혼합 용액을 제조하는 과정이다.
이중, 디노닐나프탈렌설폰산은 상술하였듯이 급결제의 점도를 혼합이 용이한 수준으로 유지시켜주는 기능을 수행하는 연화 물질이고, 황산나트륨은 디노닐나프탈렌설폰산의 기능을 보조하는 역할을 수행한다.
마지막으로, 제 3 혼합 단계는 2차 혼합 용액 75 내지 85 중량부, 글루콘산나트륨(Sodium gluconate) 10 내지 15 중량부, 수산화나트륨 5 내지 10 중량부를 30 내지 50℃에서 30 내지 60분 동안 혼합하는 과정이다.
여기서, 글루콘산나트륨은 안정제에 잔류하는 여분의 금속 이온과 배위결합을 형성함으로써 금속 이온에 의한 급결제의 작용기 가림을 방지할 수 있다. 더불어, 수산화나트륨은 2차 용액 제조 단계와 제 3 혼합 단계를 거치면서 낮아진 안정제의 pH를 조절하기 위해 다시 포함되었다.
이러한 과정을 거쳐 제조된 안정제는 급결제와 가역적인 착물을 형성하여 베이스재와 급결제가 혼합되기 이전까지 급결제의 물성 및 기능 저하를 방지하는 기능을 수행한다.
도 5는 본 발명의 지반 보강 공법의 기본적인 단계를 도시한 순서도이고, 도 6은 본 발명의 지반 보강 공법을 예시한 개념도이다.
도 5를 보아 알 수 있듯이, 본 발명의 지반 보강 공법은 주입관을 삽입하는 단계(S410), 그라우팅 조성물을 제조하는 단계(S420), 양생 단계(S430)를 포함한다.
이하, 주입관을 삽입하는 단계(S410)는 '삽입 단계'로 그라우팅 조성물을 제조하는 단계(S420)는 '제조 단계'로 축약한다.
삽입 단계(S410)는 지면에 보어 홀(bore hole)을 천공하고 주입관을 삽입하는 단계이다.
여기서, 보어 홀은 스크류, 윙, 엣지와 같은 다양한 형태의 비트를 장착한 공지의 오거 비트(auger bit)로 천공된 지면에 케이싱(casing)을 삽입하여 지반이 무너지지 않도록 지지한 구멍을 의미한다.
더불어, 케이싱은 일반적으로 외주면에 통공이 구비되지 않고 보어 홀의 직경보다 작거나 같은 직경을 가진 관으로서, 토사가 보어 홀 내부로 흘러내리지 않도록 막는 기능을 수행한다.
또한, 주입관은 싱글 팩커, 롯드, 스트레이너와 같은 단관이나 더블팩커와 같은 다중관이 모두 적용될 수 있는데, 도 6에서는 단관 또는 다중관의 주입관을 모두 적용할 수 있고 이를 통해 여러 재료를 혼합하면서 주입이 가능한 복합 튜브인 맨젯튜브(manjettube)를 예시하였다.
즉, 본 발명의 지반 보강 공법은 심층혼합 처리공법일 수도 있는바, 심층혼합 처리공법은 지반의 흙과 그라우팅 조성물을 주입하면서 지반 또는 해저면의 심층에서 교반하는 공법을 의미한다.
제조 단계(S420)는 베이스재 75 내지 95 중량부와 기능성 혼합재 5 내지 25 중량부를 혼합하여 그라우팅 조성물을 제조하는 단계이다.
이러한 조성비는 베이스재가 지반을 지지하는 기본적인 기능을 수행할 수 있음은 물론이고, 기능성 혼합재가 베이스재의 기능 보조와 용탈 저감과 친환경성 부가 기능을 수행할 수 있는 조성비의 일 예이다.
즉, 그라우팅 조성물의 조성비는 시공 환경과 목적에 맞추어 다양하게 설정하는 것이 중요하므로, 그라우팅 조성물은 상술한 범위 외의 조성비를 가지는 것도 가능하다는 의미이다.
더불어, 베이스재와 기능성 혼합재의 혼합은 도 6과 같이 맨젯튜브로 주입되면서 혼합되거나, 보어 홀 외부에서 혼합된 다음 주입되는 것이 모두 가능하다.
양생 단계(S430)는 그라우팅 조성물을 상기 주입관에 주입하여 양생하는 단계이다.
양생은 그라우팅 조성물이 주입된 다음 온도 변화, 충격, 하중과 같은 유해한 영향을 받지 않고 충분히 경화되도록 보호하는 것을 의미한다.
통상적으로 양생 단계(S430)는 타설 후 28일 까지를 의미하는데, 그라우팅 조성물이 경화된 정도는 육안으로 판단하기 어려우므로 주입된 그라우팅 조성물의 양을 고려하여 충분한 양생 기간을 설정하는 것이 바람직하다.
물론 방사선 투과검사, 초음파 탐상검사, 음향 방출검사와 같은 공지의 비파괴검사 방법을 통해 그라우팅 조성물이 경화된 정도를 파악하여 양생 단계(S430)의 종료시점을 특정할 수도 있다.
상술한 공정은 지면이나 해저면에서 토양의 고결화와 안정성 증진을 도모하는 일반적인 지반 보강 공법과 같거나 유사한데 본 발명의 지반 보강 공법은 상술한 그라우팅 조성물을 특화시켜 용탈을 저감시키고 이에 따라 친환경성도 부각할 수 있는 것을 주요 특징으로 한다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 저용탈성 그라우팅 조성물 및 이를 이용한 지반 보강 공법의 구성 및 작용을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
S110: 1차 물질 제조 단계 S120: 2차 물질 제조 단계
S130: 가열 단계 S210: 제 1 물질 제조 단계
S220: 제 2 물질 제조 단계 S230: 제 1 혼합 단계
S310: 제 1 혼합 물질 제조 단계 S320: 제 2 혼합 물질 제조 단계
S330: 냉각 단계 S410: 주입관 삽입 단계
S420: 그라우팅 조성물 제조 단계 S430: 양생 단계

Claims (9)

  1. 저용탈성 그라우팅 조성물으로서,
    메타카올린(Metakaolin) 및 질산망간(Manganese nitrate)을 포함하는 급결제와, 시멘트와 물을 포함한 베이스재와,
    산화알루미늄(Aluminium oxide), 탄산칼슘(Calcium carbonate), 트리폴리인산나트륨(Sodium tripolyphosphate) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 무기염 및, 나노 실리카졸 수용액을 포함하는 기능성 혼합재의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는, 그라우팅 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 무기염은, 트리폴리인산나트륨이고,
    상기 기능성 혼합재는,
    알루민산칼슘(Calcium aluminate) 및 황산알루미늄(Aluminium sulfate)을 포함한 팽창재를 포함하며,
    상기 팽창재는,
    물 70 내지 80 중량부, 알루민산칼슘 20 내지 30 중량부를 100 내지 300rpm으로 30 내지 60분 동안 혼합하여 1차 물질을 제조하는 단계;
    상기 1차 물질 40 내지 50 중량부, 황산알루미늄 30 내지 40 중량부, 수산화칼슘(Calcium hydroxide) 5 내지 10 중량부를 50 내지 80℃에서 1 내지 2시간 동안 혼합하여 2차 물질을 제조하는 단계;
    상기 2차 물질 80 내지 95 중량부, 산화마그네슘(Magnesium oxide) 5 내지 15 중량부를 30 내지 60분 동안 혼합한 다음 200 내지 400℃에서 3 내지 5시간 동안 가열하는, 가열 단계;를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 하는, 그라우팅 조성물.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 가열 단계는,
    상기 2차 물질 80 내지 90 중량부, 산화마그네슘(Magnesium oxide) 5 내지 10 중량부, 규불화마그네슘(Magnesium hexafluorosilicate) 및 에틸렌디아민테트라아세트산(Ethylenediamine tetraaceticacid)을 포함하는 지연제 5 내지 10 중량부를 100 내지 300rpm으로 30 내지 60분 동안 혼합한 다음 200 내지 400℃에서 1 내지 2시간 동안 가열하는 단계이되,
    상기 지연제는,
    물 70 내지 80 중량부, 규불화마그네슘 20 내지 30 중량부를 10 내지 30분 동안 혼합하여 1차 용액을 제조하는 단계;
    상기 1차 용액 90 내지 95 중량부, 소듐라우릴설페이트(Sodium lauryl sulfate) 5 내지 10 중량부를 70 내지 100℃에서 30 내지 60분 동안 혼합하여 2차 용액을 제조하는 단계;
    상기 2차 용액 70 내지 80 중량부, 에틸렌디아민테트라아세트산 20 내지 30 중량부를 120 내지 170℃에서 1 내지 2시간 동안 혼합한 다음 여과한 여과액을 수득하는 단계;를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 하는, 그라우팅 조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 급결제는,
    물 70 내지 80 중량부, 메타카올린(Metakaolin) 20 내지 30 중량부를 70 내지 90℃에서 500 내지 1500rpm으로 1 내지 2시간 동안 혼합하여 제 1 혼합 물질을 제조하는 단계;
    상기 제 1 혼합 물질 70 내지 80 중량부, 질산망간(Manganese nitrate) 20 내지 30 중량부를 70 내지 90℃에서 500 내지 1500rpm으로 1 내지 2시간 동안 혼합하여 제 2 혼합 물질을 제조하는 단계;
    상기 제 2 혼합 물질 70 내지 90 중량부, 실리카퓸(Silica fume) 5 내지 20 중량부, 플라이애쉬(Flyash) 3 내지 10 중량부를 70 내지 90℃에서 500 내지 1500rpm으로 1 내지 2시간 동안 혼합한 다음 3 내지 6시간에 걸쳐 20 내지 40℃로 냉각하는, 냉각 단계;를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 하는, 그라우팅 조성물.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 냉각 단계는,
    상기 제 2 혼합 물질 70 내지 80 중량부, 상기 실리카퓸 5 내지 10 중량부, 플라이애쉬 3 내지 10 중량부, 트리에틸아민(Triethylamine) 및 디노닐나프탈렌설폰산(Dinonyl naphthalene sulfonate)을 포함한 안정제 5 내지 15 중량부를 70 내지 90℃에서 500 내지 1500rpm으로 1 내지 2시간 동안 혼합한 다음 3 내지 6시간에 걸쳐 20 내지 40℃로 냉각하는 단계이되,
    상기 안정제는,
    물 70 내지 80 중량부, 트리에틸아민 15 내지 25 중량부, 수산화나트륨 5 내지 10 중량부를 50 내지 80℃에서 10 내지 30분 동안 혼합하여 1차 혼합 용액을 제조하는 단계;
    상기 1차 용액 70 내지 80 중량부, 디노닐나프탈렌설폰산 15 내지 25 중량부, 황산나트륨(Sodium sulfate) 3 내지 7 중량부를 30 내지 50℃에서 30 내지 60분 동안 혼합하여 2차 혼합 용액을 제조하는 단계;
    상기 2차 용액 75 내지 85 중량부, 글루콘산나트륨(Sodium gluconate) 10 내지 15 중량부, 수산화나트륨 5 내지 10 중량부를 30 내지 50℃에서 30 내지 60분 동안 혼합하는, 제 3 혼합 단계;를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 하는, 그라우팅 조성물.
  6. 제 1항에 따른 그라우팅 조성물을 이용한 지반 보강 공법으로서,
    지면에 보어 홀(bore hole)을 천공하고 주입관을 삽입하는 단계;
    상기 베이스재 80 내지 95 중량부와 상기 기능성 혼합재 5 내지 25 중량부를 혼합하여 그라우팅 조성물을 제조하는 단계;
    상기 그라우팅 조성물을 상기 주입관에 주입하여 양생하는 양생 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 지반 보강 공법.
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