KR102357387B1 - 그라우트제의 유출을 방지할 수 있는 요소수지 폼을 이용한 그라우팅 방법 - Google Patents

Abstract

그라우트제를 이용한 지반 보강작업이전 요소수지 폼을 주입하는 것으로 그라우트제의 유출로 인한 환경오염을 최소화할 수 있는 그라우트제의 유출을 방지할 수 있는 요소수지 폼을 이용한 그라우팅 방법을 개시한다.
본 발명은 일정한 간격으로 지중을 천공하여 그라우트제 주입용 천공홀을 형성하는 단계; 상기 그라우트제 주입용 천공홀의 양측에 씰링제 주입용 천공홀을 일정한 간격으로 형성하는 단계; 상기 씰링제 주입용 천공홀에 씰링제를 주입하여 경화시키는 단계; 및 상기 그라우트제 주입용 천공홀에 그라우트제를 주입하는 단계를 포함하되, 상기 씰링제는 주입된 이후 중합되어 요소수지 폼을 형성하는 것을 특징으로 하는 그라우트제의 유출을 방지할 수 있는 요소수지 폼을 이용한 그라우팅 방법을 제공한다.

Description

그라우트제의 유출을 방지할 수 있는 요소수지 폼을 이용한 그라우팅 방법{Method for grouting using urea resin foam for preventing leakage of grout material}

본 발명은 그라우트제의 유출을 방지할 수 있는 요소수지 폼을 이용한 그라우팅 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 그라우트제를 이용한 지반 보강작업이전 요소수지 폼을 주입하는 것으로 그라우트제의 유출로 인한 환경오염을 최소화할 수 있는 그라우트제의 유출을 방지할 수 있는 요소수지 폼을 이용한 그라우팅 방법에 관한 것이다.

지반의 강도는 흙의 성분, 크기, 간극비, 함수비 등의 조건, 암반의 절리특성, 풍화정도 등의 지질여건에 따라 달라지는 바, 지반의 강도가 크지 않거나 지하수위가 높은 경우, 또는 인접 구조물이 위치하고 있어 굴착에 따른 지반의 이완에 의해 상기 인접 구조물의 손상이 우려되는 경우에는 구조물의 축조를 위한 굴착공법과 병행하여 지반의 안정을 위한 그라우팅 공법이 시공된다.

이러한 그라우팅(grouting)공법이란 연약지반 예컨대 지하철 가시설 현장, 구조물 지하층 가시설 현장, 해안, 연안, 항만의 점성토 지반 등의 기초 보강 및 차수를 위해 연약지반 내에 주입관을 삽입하고, 주입관을 통하여 시멘트, 벤토나이트, 혼화제 등과 물의 혼합물인 그라우트(grout) 액(재료) 또는 몰탈을 주입하여 충전함으로써 지반의 고결도를 높이고, 지반의 강도 특성 및 투수성을 개량하는 공법이다.

일반적으로 그라우팅 공법은 지중을 천공하는 단계, 일정한 간격으로 주입홀이 구비된 강관을 천공홀에 삽입하는 단계, 지하수의 누수, 토사의 유출 및, 주입재의 역류를 방지하기 위하여 강관의 후단 외벽과 천공홀의 사이에 코킹을 실시하는 단계, 주입재의 역류를 방지하면서 한정된 범위에서만 주입되도록 강관 외벽과 천공홀 사이에 씰링재를 주입하는 단계, 강관 내부에 패커를 설치하는 단계, 패커를 이용해 그라우트재를 주입시키는 단계로 진행된다.

이러한 그라우팅 공법은 그라우트재를 이용하여 차수효과는 물론, 강관과 그 주변의 토사로 하여금 일체화된 빔 구조체를 형성시켜 휨강성을 가지게 함으로써 상부의 하중을 지지하고 토압을 분산시켜 굴착면의 구조적 안정성을 높혀준다는 점에서 구조적으로 매우 유리한 공법이라고 할 수 있다.

현재 일반적인 그라우트 재료는 시멘트 몰탈에 조강형 혼화재를 혼합하여 사용하는 것이 대표적인데, 보통 인장재 또는 보강재를 삽입하여 그라우트를 주입한 후 1~7일 경과시부터 인장가능한 강도를 가진다.

다만 상기와 같은 그라우트제 주입공법의 경우 강관을 이용하여 지중에 그라우트제를 충진함에 따라 지중의 균열을 따라 그라우트제가 유출될 수 있으며, 이렇게 유출된 그라우트제의 경우 환경오염을 일으킬 수 있다. 특히 지중의 공극이 많거나 동공이 많은 지형일수록 이러한 그라우트제의 유출이 더욱 많아 질수 있다.

이러한 그라우트제의 유출을 방지하기 위하여 씰링제를 우선 주입하여 토양을 고화시킨 다음, 고화된 토양에 그라우트제를 주입하는 공법이 사용되었다. 하지만 이때 사용되는 토양고화제는 그 자체로 환경오염을 일으킬 뿐만 아니라, 시공이 어렵고 비용이 많이 필요하다는 문제점을 가지고 있다.

따라서 간편한 시공이 가능하며, 저렴한 시공비용으로 수행할 수 있는 그라우트제 유출방지를 위한 공법이 필요한 실정이다.

(0001) 대한민국 등록특허 제 10-0798019호 (0002) 대한민국 등록특허 제 10-1457309호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 그라우팅 공법에서 그라우트제 주입이전 요소수지 폼을 주입하는 그라우트제의 유출을 방지할 수 있는 요소수지 폼을 이용한 그라우팅 방법을 제공할 수 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 지반의 강화를 수행하면서도 그라우트제의 유출을 최소화할 수 있는 그라우트제의 유출을 방지할 수 있는 요소수지 폼을 이용한 그라우팅 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 일정한 간격으로 지중을 천공하여 그라우트제 주입용 천공홀을 형성하는 단계; 상기 그라우트제 주입용 천공홀의 양측에 씰링제 주입용 천공홀을 일정한 간격으로 형성하는 단계; 상기 씰링제 주입용 천공홀에 씰링제를 주입하여 경화시키는 단계; 및 상기 그라우트제 주입용 천공홀에 그라우트제를 주입하는 단계를 포함하되, 상기 씰링제는 주입된 이후 중합되어 요소수지 폼을 형성하는 것을 특징으로 하는 그라우트제의 유출을 방지할 수 있는 요소수지 폼을 이용한 그라우팅 방법을 제공한다.

일 실시예에 있어서, 상기 씰링제는, 포름알데히드 100중량부에 대비 요소 180~300중량부 및 물 300~500중량부를 혼합하여 요소-포름알데히드 복합수용액을 형성하는 단계; 및 상기 요소-포름알데이드 복합수용액에 포름알데히드 100중량부 대비 열발포제 30~50중량부, 염기성 물질을 함유하는 마이크로 캡슐 1~5중량부를 혼합하여 씰링제를 제조하는 단계를 포함하는 방법으로 제조되며; 상기 열발포제는 탄산카르보늄, 탄산수소나트륨, 아초산암모늄, 수소화불소나트륨, 아지드 화합물, 염화불소알칸, 아조계 화합물, 히드라지드계 화합물, 세미카바지드계 화합물 및 N-니트로소계 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종이상이 다공성 입자에 흡착된 발포제이며, 상기 열발포제는 발포개시온도가 90~120℃이고, 열분해에 의한 분해 가스량이 50~100ml/g이며, 상기 다공성입자는 황토, 활성탄 또는 제올라이트이며, 상기 염기성 물질을 함유하는 마이크로 캡슐은, 온도의존성 오일에 염기성물질을 포함하는 수용액을 혼합하여 유화처리하는 단계; 및 피막물질이 용해된 피막용제에 상기 유화처리된 용액을 투입하여 상기 염기성물질을 포함하는 수용액과 상기 온도의존성 오일이 상기 피막물질에 피막되어 미세입자로 캡슐화되도록 처리하는 단계를 포함하는 제조방법으로 제조되며, 상기 온도 의존성 오일은 코코넛 오일, 트리글리세리드류, 지방산, 또는 그 혼합물 중 어느 하나이고, 상기 피막물질은 메타크릴산계 물질, 셀락(Shellac)류, CAP(Cellulose acetate phthalate)류, PVAP(Polyvinyl acetate phtahalate)류, HPMCAS(Hydroxypropyl methylcellulose acetate succinate)류 중 적어도 어느 하나를 함유하며, 상기 염기성 물질은 수산화나트륨, 수산화칼륨, 피리딘 또는 암모니아일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 씰링제는, 강관 외벽과 천공홀 사이 또는 지중에 주입되기 이전 60~80℃로 가열하여 주입하며, 상기 가열에 의하여 상기 마이크로 캡슐이 파괴되어 내부의 염기성 물질을 포함하는 수용액이 유출되는 것으로, 상기 씰링제를 90~110℃로 2차 가열함과 동시에 상기 요소-포름알데이드의 중합반응을 유도하며, 상기 2차 가열은 상기 열발포제의 열분해를 통하여 분해가스를 생성할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 지중에 씰링제를 주입한 이후 상기 그라우트제를 투입하기 이전 그라우트제 주입용 천공홀을 통하여 물을 주입하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 물을 주입하는 단계는, 상기 지중에 씰링제의 주입이 완료된 이후 100~300kPa의 압력으로 5~10분간 물을 주입하는 단계; 상기 물의 주입이 완료된 이후 상기 그라우트제 주입용 천공홀에 흡입용 관을 설치하는 단계; 및 상기 흡입용 관을 통하여 상기 지중 내부의 물을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 그라우트제의 주입이전 요소수지를 주입하여 폼을 형성하는 것으로 그라우팅 제의 외부 유출을 최소화할 수 있는 요소수지 폼을 이용한 그라우팅 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 요소수지 폼의 원료가 되는 요소수지를 현장에서 가열하여 형성되도록 하는 것으로 발포제의 혼합이나 촉매의 혼합과 같이 추가적인 첨가제의 혼합없이 단순 가열만으로도 폼을 형설할 수 있어 시공비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 용이하게 시공할 수 있는 요소수지 폼을 이용한 그라우팅 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 발명 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그라우팅 방법을 간력히 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 씰링제 주입부와 그라우트제 주입부의 배치를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 씰링제 주입부와 그라우트제 주입부의 배치단면을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 씰링제 주입부와 그라우트제 주입부의 배치를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 다수열의 그라우트제 주입홀이 형성된 이후 씰링제 주입부와 그라우트제 주입부의 배치를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 다수열의 그라우트제 주입홀이 형성된 이후 씰링제 주입부와 그라우트제 주입부의 배치를 나타낸 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

한편, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 "모듈" 또는 "부"는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행한다. 그리고 "모듈" 또는 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 특정 하드웨어에서 수행되어야 하거나 적어도 하나의 프로세서에서 수행되는 "모듈" 또는 "부"를 제외한 복수의 "모듈들" 또는 복수의 "부들"은 적어도 하나의 모듈로 통합될 수도 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.

도 1은 본 발명의 그라우팅 방법을 간략히 나타낸 것이다.

본 발명은 일정한 간격으로 지중을 천공하여 그라우트제 주입용 천공홀을 형성하는 단계; 상기 그라우트제 주입용 천공홀의 양측에 씰링제 주입용 천공홀을 일정한 간격으로 형성하는 단계; 상기 씰링제 주입용 천공홀에 씰링제를 주입하여 경화시키는 단계; 및 상기 그라우트제 주입용 천공홀에 그라우트제를 주입하는 단계를 포함하되, 상기 씰링제는 주입된 이후 중합되어 요소수지 폼을 형성하는 것을 특징으로 하는 그라우트제의 유출을 방지할 수 있는 요소수지 폼을 이용한 그라우팅 방법에 관한 것이다.

상기 지중을 천공하여 그라우트제 주입용 천공홀(100)을 형성하는 단계는 그라우트제 주입을 위한 천공홀(100)을 형성하는 단계이다. 본 발명의 그라우팅은 주로 해안이나 하안의 침식을 방지하기 위한 보강법으로 사용될 수 있다. 따라서 본 발명의 그라우팅의 경우 상기 해안 또는 하안을 따라 일렬로 형성될 수 있으며, 추가보강을 위하여 2~5열로 형성되는 것도 가능하다.

상기와 같이 그라우트제 주입용 천공이 완료된 이후 씰링제 주입용 천공홀(200)을 형성할 수 있다. 상기 씰링제 주입용 천공홀(200)은 그라우트제 주입용 천공홀(100)과 마찬가지로 상기 해안 또는 하안을 따라 일정한 간격을 형성하며 형성될 수 있으며, 다만 상기 그라우트제 주입용 천공홀의 양측에 위치하도록 형성될 수 있다(도 2 및 도 3 참조). 본 발명의 씰링제(210)의 경우 상기 그라우트제(110)의 주입이전 주입되어 상기 그라우트제의 유출을 방지하므로(도 3 참조) 상기 그라우트제 주입용 천공홀(100)의 양측면에 상기 씰링제 주입용 천공홀(200)을 형성하는 것이 바람직하다. 아울러 상기 그라우트제 주입용 천공홀(100)이 2~5열을 가지도록 형성되는 경우 상기 씰링제 주입용 천공홀(200)은 상기 그라우트제 주입용 천공홀(100)의 외곽 양측에만 배치하거나(도 5 참조) 상기 외곽 양측과 더불어 각 열의 사이에 배치할수도 있다(도 6 참조). 또한 상기 씰링제(210)에 의한 그라우트제(110)유출방지를 강화하기 위하여 상기 그라우트제 주입용 천공홀(100)로 형성된 열의 전단 및 후단에도 상기 씰링제 주입용 천공홀(200)을 형성하는 것도 가능하다(도 4 참조).

상기와 같이 그라우트제 주입용 천공홀(100) 및 씰링제 주입용 천공홀(200)의 형성이 완료된 이후 씰링제 주입용 천공홀(200)에 씰링제(210)를 주입하여 경화시킬 수 있다.

이를 위하여, 상기 씰링제는, 포름알데히드 100중량부에 대비 요소 180~300중량부 및 물 300~500중량부를 혼합하여 요소-포름알데히드 복합수용액을 형성하는 단계; 및 상기 요소-포름알데이드 복합수용액에 포름알데히드 100중량부 대비 열발포제 30~50중량부, 염기성 물질을 함유하는 마이크로 캡슐 1~5중량부를 혼합하여 씰링제를 제조하는 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.

본 발명에 사용되는 씰링제의 경우 요소수지를 기본으로 제작되되 요소와 포름알데히드를 단량체 상태를 유지하면서 혼합된 씰링제를 사용할 수 있다. 기존의 씰링제 또는 요소수지의 경우 중합된 상태로 제조되거나 중합을 위한 촉매(염기성물질)을 혼합하여 판매되고 있어 그 사용시간이 매우 짧다는 단점을 가지고 있다. 즉 현장에서 요소와 포름알데히드를 혼합하여 단시간에 시공되는 것이 일반적인 방법이지만, 건설 현장의 특성상 이물질이 많이 유입될 수 있을 뿐만 아니라 정확한 비율로 혼합이 어려워 현장에서 요소수지를 사용하는 것에는 한계를 가지고 있다. 이를 개선하기 위하여 요소와 포름알데히드의 혼합물에 촉매를 포함하는 반제품 상태로 판매되는 경우도 있지만, 운반중 경화될 수 있어 그 사용기간이 매우 짧다는 단점을 가지고 있다.

본 발명의 경우 요소와 포름알데히드를 혼합하여 요소-포름알데히드 복합수용액을 제조하되 촉매로 사용되는 염기성물질을 마이크로캡슐화하여 혼합하는 것으로 요소수지의 형성에 의한 경화를 최소화할 수 있으며, 그 혼합비율을 적절하게 관리할 수 있어 사용이 매우 용이한 요소수지 씰링제를 사용할 수 있다.

이때 상기 요소-포름알데히드 복합수용액은 포름알데히드 100중량부에 대비 요소 180~300중량부 및 물 300~500중량부를 혼합하여 형성될 수 있다. 상기 요소수지의 경우 상기 포름알데히드와 상기 요소가 1:1의 몰비로서 반응하지만, 상기 포름알데히드는 발암물질로 알려진 위험물에 해당하므로 완전히 반응시키는 것이 바람직하다. 아울러 상기 요소의 경우 비료로 사용될 수도 있으므로, 상기 1:1의 몰비보다 상기 요소의 분율을 높게하여 요소수지 형성시 상기 포름알데히드를 완전히 반응시킴과 동시에 주변토양에 요소를 일부 공급하도록 하는 것이 바람직하다. 즉 상기 범위 내의 혼합비를 가지는 경우 주변토양의 오염없이 상기 씰링제의 사용이 가능하지만 상기 혼합범위를 벗어나는 경우 여분의 포름알데히드가 유출되거나 과도한 요소로 인한 부영양화가 발생할 수 있다.

상기와 같이 형성된 요소-포름알데히드 복합수용액에 열발포제와 염기성 물질을 함유하는 마이크로 캡슐을 혼합하여 씰링제를 제조할 수 있다.

상기 열발포제는 상기 씰링제에 포함되어 상기 씰링제가 상기 패커를 통하여 분사될 때 발포용 가스를 공급하는 역할을 할 수 있다. 후술하겠지만 상기 씰링제의 경우 주입시 중합되어 요소수지를 형성하기 위하여 90℃이상으로 가열될 수 있다. 기존의 발포제의 경우 이 과정에서 별도의 가스를 공급하여 발포시키고 있지만 본 발명의 경우 열발포제를 포함하는 것으로 상기와 같은 가열과정에서 자연스럽게 발포용 가스의 형성이 가능하다. 즉 상기 씰링제의 경우 상기 씰링제 주입용 천공홀에 주입될 때 가열되어 주입되는 것으로 상기 요소수지로의 중합이 일어남과 동시에 상기 열발포제가 분해되어 발포될 수 있으며, 이에 따라 상기 지반내에서 경량의 폼을 형성하여 후술할 그라우트제의 유출을 방지할 수 있다. 아울러 상기 발포제의 경우 주입과 동시에 발포되면 강관을 막거나 그라우트제가 주입된 공간을 막을 수 있으므로 일정시간 지연되어 열분해되로록 하는 것이 바람직하다.

이를 위하여 상기 열발포제는 탄산카르보늄, 탄산수소나트륨, 아초산암모늄, 수소화불소나트륨, 아지드 화합물, 염화불소알칸, 아조계 화합물, 히드라지드계 화합물, 세미카바지드계 화합물 및 N-니트로소계 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종이상이 다공성 입자에 흡착된 발포제일 수 있다. 상기 다공성입자의 경우 상기 열발포제를 흡착하여 열분해를 늦출 수 있는 버퍼로서 작용하는 것으로 다공성을 가지는 황토, 활성탄 또는 제올라이트를 사용할 수 있다. 특히 상기 황토, 활성탄 또는 제올라이트의 경우 토양의 성분과 유사하거나 토양에 혼합되더라도 오염을 일으키지 않을 수 있으므로, 상기와 같은 천연물질로 구성된 다공성입자를 사용하는 것이 바람직하다.

아울러 상기 열발포제는 발포개시온도가 90~120℃인 것이 바람직하다. 상기 씰링제의 경우 60~80℃로 가열하여 공급되며, 상기 가열에 의하여 마이크로 캡슐내의 염기성 물질이 유출되어 90℃이상으로 가열하는 것으로 중합이 시작되도록 제조될 수 있다. 따라서 상기 열발포제의 발포온도는 90~120℃인 것이 바람직하다. 이때 상기 열발포제의 발포개시온도가 90℃미만인 경우 주입이던 또는 주입과 동시에 발포되어 지중으로 침투가 어려울 수 있으며, 120℃를 초과하는 경우에는 상기와 같은 중합반응시 발포가 수행되지 않을 수 있다.

상기 열발포제는 열분해에 의한 분해 가스량이 50~100ml/g인 것이 바람직하다. 상기 가스량이 50ml/g 미만인 경우 충분한 발포가 수행되지 않을 수 있으며, 100ml/g을 초과하는 경우 과도한 발포로 인하여 통공이 발생하여 그라우트제가 유출될 수 있다.

상기 염기성 물질을 함유하는 마이크로 캡슐은 상기 요소수지의 중합반응에 사용되는 촉매인 염기성물질을 내부에 포함하는 마이크로 캡슐로 상기 촉매를 상기 요소-포름알데이드 복합수용액과 공간적으로 분리할 수 있으므로 상기 씰링제를 혼합된 상태로 보관하더라도 장기간 보관할 수 있도록 할 수 있다. 아울러 상기 마이크로캡슐의 경우 외피에 온도 감응성 오일을 사용하고 있으므로 상기 패커를 통한 주입시 가열하는 것으로 내부의 염기성 물질이 유출될 수 있으며, 또한 상기 염기성 물질에 상기 요소-포름알데이드 복합수용액과 혼합되어 발열하는 것으로 상기 요소수지의 중합온도 이상을 가열될 수 있다. 이를 통하여 상기 씰링제를 주입하는 순간에는 액상을 유지하여 원활하게 주입될 수 있지만 일정시간이 경과된 이후에는 상기 마이크로 캡슐이 분해되어 추가적인 가열을 수행함에 따라 요소수지의 중합 및 발포가 이루어질 수 있다.

이를 위하여 상기 염기성 물질을 함유하는 마이크로 캡슐은, 온도의존성 오일에 염기성물질을 포함하는 수용액을 혼합하여 유화처리하는 단계; 및 피막물질이 용해된 피막용제에 상기 유화처리된 용액을 투입하여 상기 염기성물질을 포함하는 수용액과 상기 온도의존성 오일이 상기 피막물질에 피막되어 미세입자로 캡슐화되도록 처리하는 단계를 포함하는 제조방법으로 제조될 수 있다.

상기 온도 의존성 오일은 유화제로 적용된 것으로서 바람직하게는 상기 요소수지의 중합온도인 90℃부근 또는 상기 패커를 통한 주입시 온도인 80℃부근의 온도에서 액상으로 녹거나 주입되는 압력에 의하여 파괴되면서 효과적으로 염기성물질 즉 상기 요소수지 중합용 촉매를 방출할 수 있는 온도 감응성 오일이 적용된다.

상기 온도 의존성 오일은 코코넛 오일, 트리글리세리드류, 지방산, 또는 그 혼합물을 이용하는 것이 바람직하며, 이 오일들을 조합하는 것으로 60~80℃의 온도에서 녹을 수 있도록 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기 코코넛 오일은 필리핀, 인도네시아, 말레이시아 등 널리 열대지방의 해안에 자생하는 야자나무 열매의 핵에서 채취되는 지 방으로 일명 코프라 오일(copra oil)이라고도 하며 녹는점은 23 내지 28℃이고, C10, C12, C14의 포화지방산으로 이루어져 있다. 또한, 상기 코코넛 오일은 다나산(dynasan), 위텝졸(witepsol) 또는 콤프리톨(compritol)과 같은 준중합 지질(semisynthetic lipid)과 비교하여 더 높은 생분해성과 낮은 토양 내 독성을 가지고 있다.

또 다르게는 상기 온도 의존성 오일은 상온에서는 고상이지만 고온에서는 녹아서 액상이 되는 트리글 리세리드류, 지방산, 또는 그 혼합물이 적용될 수 있다. 여기서 트리글리세리드류로는 트리카프린, 트리라우린, 트리미리스틴을 단독 또는 혼합한 것이 적용될 수 있다. 또한, 지방산류는 카프린산, 라우린산, 미리스틴산을 단독 또는 혼합한 것이 적용될 수 있다. 아울러 상기 오일류의 경우 그 녹는 온도가 60℃미만일 수 있으므로 다른종류의 오일과 혼합하여 그 녹는점을 조절하는 것이 바람직하다. 특히 밍크오일의 경우 녹는점이 80~95℃이며, 왁스의 경우 100℃에 달하는 경우도 있으므로 이를 적절히 혼합하여 사용하는 것으로 녹는 온도가 60~80℃가 되는 오일의 제조가 가능하다.

다음은 염기성물질을 포함하는 수용액과 온도 의존성 오일이 혼합된 용액을 유화되도록 하기 위한 유화처리를 수행할 수 있다. 상기 유화처리는 진동, 교반, 초음파 처리 등에 의해 수행될 수 있다.

상기 염기성 물질은 상기 요소수지의 중합시 사용되는 촉매로 사용되는 물질로 수산화나트륨, 수산화칼륨, 피리딘 또는 암모니아가 사용될 수 있다. 특히 상기 수산화나트륨, 수산화칼륨의 경우 상기 마이크로 캡슐이 파괴되어 물과 혼합되는 경우 발열반응을 일으키게 되므로 이를 사용하는 것이 바람직하다.

아울러 상기 염기성 물질은 상기 마이크로 캡슐이 파괴될때 상기 요소-포름알데이드 복합수용액과 혼합되는 것으로 발열반응이 일어날 수 있으며, 이때 상기 요소-포름알데이드 복합수용액이 상기 요소수지를 합성하기 위한 온도까지 가열될 수 있다. 본 발명의 경우 천공홀에 주입시에는 상기 요소수지의 중합온도 미만으로 상기 씰링제를 공급하므로 상기 요소수지의 중합없이 주입될 수 있지만, 상기 가열과정에서 상기 마이크로 캡슐이 파괴됨에 따라 상기 염기성물질의 혼합에 의한 발열반응으로 상기 중합온도 이상으로 재가열될 수 있다. 또한 이 발열반응을 통하여 상기 열발포제가 분해되어 가스를 형성할 수 있으므로, 상기 주입이전 또는 주입순간에는 중합 및 가스 형성이 최소화되어 안정적으로 상기 씰링제를 주입하는 것이 가능하다.

상기 유화처리가 완료된 다음, 피막물질이 용해된 피막용제에 상기 유화처리된 용액을 투입하여 상기 염기성물질을 포함하는 수용액과 상기 온도의존성 오일이 상기 피막물질에 피막되어 미세입자로 캡슐화되도록 처리하여, 마이크로 캡슐을 제조할 수 있다. 상기 피막물질은 바람직하게는 보관조건에서는 고형상으로 존재하여 보관하는 동안 입자의 물리적인 안정성을 증가시키고, 입자내에 함유된 염기성 수용액의 화학적인 안정성을 증대시키며, 60~80℃의 온도 또는 주입시 형성되는 압력에 따라 파괴되어 효과적으로 약물을 방출할 수 있는 물질이 적용될 수 있다.

상기 피막물질은 메타크릴산계 물질, 셀락(Shellac)류, CAP(Cellulose acetate phthalate)류, PVAP(Polyvinyl acetate phtahalate)류, HPMCAS(Hydroxypropyl methylcellulose acetate succinate)류 중 적어도 어느 하나를 함유한 것이 바람직하다.

이후 상기 피막물질이 상기 유화용액내에서 균일하게 분산될 수 있도록 분산처리할 수 있다. 상기 분산처리는 피막물질이 유화용액을 포획하여 마이크로입자 크기로 균일하게 캡슐화할 수 있도록 처리하는 것으로 초음파처리, 교반, 진동 등과 같은 방법에 의해 처리할 수 있다. 이를 통하여 상기 피막물질은 마이크로 캡슐을 형성하며, 상기 마이크로 캡슐의 내부에는 염기성 물질을 포함하는 수용액이 포함될 수 있다.

아울러 상기 피막용제는 알코올 더욱 바람직하게는 에탄올을 사용할 수 있다.

상기 온도 의존성 오일 : 염기성물질을 포함하는 수용액 : 피막물질의 무게비는 9:1:4인 것이 바람직하다. 상기 비율에서는 적절한 마이크로 캡슐의 생성이 가능하지만 상기 비를 벗어나는 경우 마이크로 캡슐의 생성이 용이하지 않을 수 있다.

또한 위에서 살펴본 바와 같이, 상기 씰링제는 지중에 주입되기 이전 60~80℃로 가열하여 주입하며, 상기 가열에 의하여 상기 마이크로 캡슐이 파괴되어 내부의 염기성 물질을 포함하는 수용액이 유출되는 것으로, 상기 씰링제를 90~110℃로 2차 가열함과 동시에 상기 요소-포름알데이드의 중합반응을 유도하며, 상기 2차 가열은 상기 열발포제의 열분해를 통하여 분해가스를 생성할 수 있다.

또한 상기 씰링제를 주입을 위한 주입기로는 강관의 측면에 다수개의 주입홀이 형성된 주입기를 사용할 수 있다.

상기 강관은 상기 씰링제 및 후술할 그라우팅재의 주입을 위하여 사용되는 것으로 일정한 두께를 가지는 강관의 측면에 다수개의 주입홀이 일정간격으로 형성되어 있을 수 있다. 이때 상기 강관의 선단부 즉 천공홀의 바닥부분과 접촉되는 지점은 개방형으로 제작될 수도 있지만, 씰링제 또는 그라우팅 제의 원활한 가압을 위하여 폐쇄형으로 제작되는 것이 바람직하다. 또한 상기 강관 측면에 형성되는 주입홀을 통하여 상기 씰링제 또는 그라우트제가 가압되어 공급되므로, 상기 강관은 상기 씰링제 또는 그라우트제에 의하여 형성된 압력을 견딜 수 있을 정도의 강도를 가지는 것이 바람직하다.

상기 씰링제(210)의 주입이 완료된 이후 그라우트제(110)를 주입할 수 있다. 상기 그라우트제는 상기 씰링제의 사이공간에 주입되므로 외부로의 유출이 최소화될 수 있으며, 또한 외부에서 물등의 이물질의 유입역시 차단될 수 있으므로, 상기 그라우트제에 의한 토양경화의 지속시간 역시 증대될 수 있다(도 2 및 도 3 참조).

상기 그라우트제는 속경성 시멘트를 바탕으로 하는 토양고화제의 일종으로 상기 지반에 주입되어 지반의 공극 및 균열을 메우며, 지반을 보강하는 역할을 수행할 수 있다. 본 발명의 경우 상기 그라우트제의 외면에는 후술할 씰링제가 위치할 수 있으므로, 상기 그라우트제의 주입시 공극 또는 균열을 통한 외부유출을 최소화할 수 있다.

아울러 상기 지중에 씰링제를 주입한 이후 상기 그라우트제를 투입하기 이전 물을 주입하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 씰링제를 주입한 이후 지중의 공극에는 상기 씰링제가 침투하게 된다. 이 상태에서 상기 그라우트제를 주입하는 경우에도 상기 그라우트제의 주입압력으로 인하여 상기 씰링제를 외부로 밀어내며 주입이 가능하지만, 원활한 그라우트제의 주입을 위하여 상기 실링제를 외부방향으로 가압하는 것이 바람직하다. 이때 상기 가압을 위하여 물을 사용하는 것이 가장 바람직하며, 또한 상기 물의 주입을 이용하여 상기 씰링제의 누수부분을 확인할 수 있어 추가적인 씰링제의 주입여부도 확인할 수 있다.

상기 물을 주입하는 단계는, 상기 지중에 씰링제를 주입한 이후 상기 그라우트제를 투입하기 이전 그라우트제 주입용 천공홀을 통하여 물을 주입하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 물을 주입하는 단계는, 상기 지중에 씰링제의 주입이 완료된 이후 100~300kPa의 압력으로 5~10분간 물을 주입하는 단계; 상기 물의 주입이 완료된 이후 상기 그라우트제 주입용 천공홀에 흡입용 관을 설치하는 단계; 및 상기 흡입용 관을 통하여 상기 지중 내부의 물을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

즉 상기 물의 경우 100~300kPa의 압력으로 가압되어 그라우트제 주입용 천공홀에 주입하는 것으로 상기 씰링제와 상기 천공홀 사이에 그라우팅 제를 주입하기 위한 공간을 형성할 수 있으며 이후 흡입용관을 통하여 외부로 배출되는 것으로 그라우트제를 위한 공간을 확보하는 것이 가능하다. 아울러 이때 사용되는 물은 상기 씰링제의 공극에 침투하여 상기 씰링제를 강화하는 역할을 동시에 수행할 수 있다. 또한 상기 물이 상기 압력 미만으로 주입되는 경우 상기 그라우트제를 위한 공간의 확보가 어려울 수 있으며, 상기 압력을 초과하는 압력으로 주입되는 경우 상기 씰링제가 파괴되어 그라우트제가 유출될 수 있다.

상기와 같이 물의 주입이 완료된 이후 주입된 물을 그라우트제 주입용 천공홀에 설치되는 흡입용 관을 이용하여 제거하는 것이 바람직하다. 이? 상기 흡입용 관에 음압을 형성하는 것으로 상기 물을 흡입하여 빨아내는 것이 바람직하다.

상기 그라우트제의 주입이 완료된 상기 강관의 경우 제거할 수도 있지만 토양의 안정적인 보강을 위하여 상기 강관을 매립하는 것도 가능하다. 또한 상기 강관을 제거한 다음, 상기 그라우트제가 경화되기 이전 암반 앵커 또는 쏘일네일등을 설치하여 상기 지반을 추가적으로 강화할 수도 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

100 : 그라우트제 주입용 천공홀
110 : 주입된 그라우트제
200 : 씰링제 주입용 천공홀
210 : 주입된 씰링제

Claims (4)

1. 일정한 간격으로 지중을 천공하여 그라우트제 주입용 천공홀을 형성하는 단계;
   상기 그라우트제 주입용 천공홀의 양측에 씰링제 주입용 천공홀을 일정한 간격으로 형성하는 단계;
   상기 씰링제 주입용 천공홀에 씰링제를 주입하여 경화시키는 단계; 및
   상기 그라우트제 주입용 천공홀에 그라우트제를 주입하는 단계;
   를 포함하되,
   상기 씰링제는 주입된 이후 중합되어 요소수지 폼을 형성하는 것을 특징으로 하는 그라우트제의 유출을 방지할 수 있는 요소수지 폼을 이용한 그라우팅 방법에 있어서,
   상기 씰링제는,
   포름알데히드 100중량부에 대비 요소 180~300중량부 및 물 300~500중량부를 혼합하여 요소-포름알데히드 복합수용액을 형성하는 단계; 및
   상기 요소-포름알데히드 복합수용액에 포름알데히드 100중량부 대비 열발포제 30~50중량부, 염기성 물질을 함유하는 마이크로 캡슐 1~5중량부를 혼합하여 씰링제를 제조하는 단계;
   를 포함하는 방법으로 제조되며;
   상기 열발포제는 탄산카르보늄, 탄산수소나트륨, 아초산암모늄, 수소화불소나트륨, 아지드 화합물, 염화불소알칸, 아조계 화합물, 히드라지드계 화합물, 세미카바지드계 화합물 및 N-니트로소계 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종이상이 다공성 입자에 흡착된 발포제이며,
   상기 열발포제는 발포개시온도가 90~120℃이고, 열분해에 의한 분해 가스량이 50~100ml/g이며,
   상기 다공성입자는 황토, 활성탄 또는 제올라이트이며,
   상기 염기성 물질을 함유하는 마이크로 캡슐은,
   온도의존성 오일에 염기성물질을 포함하는 수용액을 혼합하여 유화처리하는 단계; 및
   피막물질이 용해된 피막용제에 상기 유화처리된 용액을 투입하여 상기 염기성물질을 포함하는 수용액과 상기 온도의존성 오일이 상기 피막물질에 피막되어 미세입자로 캡슐화되도록 처리하는 단계를 포함하는 제조방법으로 제조되며,
   상기 온도 의존성 오일은 코코넛 오일, 트리글리세리드류, 지방산, 또는 그 혼합물 중 어느 하나이고, 상기 피막물질은 메타크릴산계 물질, 셀락(Shellac)류, CAP(Cellulose acetate phthalate)류, PVAP(Polyvinyl acetate phtahalate)류, HPMCAS(Hydroxypropyl methylcellulose acetate succinate)류 중 적어도 어느 하나를 함유하며,
   상기 염기성 물질은 수산화나트륨, 수산화칼륨, 피리딘 또는 암모니아인 것을 특징으로 하는 그라우트제의 유출을 방지할 수 있는 요소수지 폼을 이용한 그라우팅 방법.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 씰링제는,
   씰링제 주입용 천공홀을 통하여 지중에 주입되기 이전 60~80℃로 가열하여 주입하며,
   상기 가열에 의하여 상기 마이크로 캡슐이 파괴되어 내부의 염기성 물질을 포함하는 수용액이 유출되는 것으로, 상기 씰링제를 90~110℃로 2차 가열함과 동시에 상기 요소-포름알데이드의 중합반응을 유도하며,
   상기 2차 가열은 상기 열발포제의 열분해를 통하여 분해가스를 생성하는 것을 특징으로 하는 그라우트제의 유출을 방지할 수 있는 요소수지 폼을 이용한 그라우팅 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 지중에 씰링제를 주입한 이후 상기 그라우트제를 투입하기 이전 그라우트제 주입용 천공홀을 통하여 물을 주입하는 단계를 추가로 포함하며,
   상기 물을 주입하는 단계는,
   상기 지중에 씰링제의 주입이 완료된 이후 100~300kPa의 압력으로 5~10분간 물을 주입하는 단계;
   상기 물의 주입이 완료된 이후 상기 그라우트제 주입용 천공홀에 흡입용 관을 설치하는 단계; 및
   상기 흡입용 관을 통하여 상기 지중 내부의 물을 제거하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 그라우트제의 유출을 방지할 수 있는 요소수지 폼을 이용한 그라우팅 방법.
   

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