KR102372469B1

KR102372469B1 - 강관 그라우팅용 씰재 조성물 및 이를 이용한 강관 그라우팅 공법

Info

Publication number: KR102372469B1
Application number: KR1020210124629A
Authority: KR
Inventors: 현정규; 이은진; 박동철; 이정우
Original assignee: ㈜동인개발; (주)부광피앤에스
Priority date: 2021-09-17
Filing date: 2021-09-17
Publication date: 2022-03-11

Abstract

본 발명은 강관 그라우팅 공법에서 실링작업에 유리하게 활용하기 위한 씰재로서 응결시간의 단축으로 주입재의 조기 주입이 가능하고 블리딩 저감을 통해 공극 최소화가 가능한 새로운 씰재 조성물과, 이를 바람직하게 이용하여 공사기간을 단축할 수 있는 강관 그라우팅 공법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 씰재 조성물은, 시멘트, 벤토나이트를 결합재로 하여 조성된 강관 그라우팅용 씰재 조성물에서 결합재에 무기계 혼화재가 더 포함하여 조성되는 것을 특징으로 한다. 여기서 무기계 혼화재는, 알칼리 활성반응 경화제 35~70중량%; 속경제 25~50중량%, 팽창제 2.5~8.0중량%, 70~80℃의 PVA 수용액이 1~5℃ 저온에서 방사되어 급냉됨으로써 섬유상으로 제조된 저온방사 PVA섬유 2.0~6.0중량%; 지연제 0.05~1.0중량%;로 조성된다.

Description

강관 그라우팅용 씰재 조성물 및 이를 이용한 강관 그라우팅 공법{Seal Material for Steel Pipe Grouting and Steel Pipe Grouting Method Using the Same}

본 발명은 강관 그라우팅 공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강관 그라우팅 공법에서 실링작업에 유리하게 활용하기 위한 씰재로서 겔화시간의 단축으로 주입재의 조기 주입이 가능하고 블리딩 저감을 통해 공극 최소화가 가능한 새로운 씰재 조성물과, 이를 바람직하게 이용하여 공사기간을 단축할 수 있는 강관 그라우팅 공법에 관한 것이다.

강관 그라우팅 공법은 굴착지반의 보강을 위한 공법 중의 하나로, 지반을 천공하여 강관을 설치한 후 강관 내부에서 주입재를 주입하여 강관 외부 지반으로까지 주입되게 함으로써 지반을 보강하는 공법이다.

강관 그라우팅 공법의 대표적인 예로 강관다단 그라우팅 공법이 있다. 강관다단 그라우팅 공법은 강관 내부를 여러 구간으로 구획하고 구획된 구간마다 주입재를 동시/순차로 주입하는 공법이다. 이러한 강관다단 그라우팅 공법은 지반을 천공한 후 천공홀에 강관을 관입 설치하고, 천공홀 후단을 코킹한 다음 천공벽과 강관 사이에 씰재를 주입하여 실링하고, 강관 내부에 다단으로 주입재를 가압하여 주입하면서 씰재를 배출시키는 공정으로 진행된다. 이때 강관은 간격재, 씰재주입호스, 씰재배출호스, 패커, 그라우트주입호스, 스트레이너를 구비한 구조가 된다. 강관 외부에는 간격재와 씰재주입호스 및 씰재배출호수가 마련되는데, 간격재에 의해 강관이 천공홀 내부에 천공벽과 소정 간격 유지되면서 안정적으로 자리잡게 설치되고, 씰재주입호스를 통해 씰재가 천공벽과 강관 사이에 주입되어 강관을 고정하게 되고, 씰재배출호스를 통해 천공벽과 강관 사이의 공기와 씰재가 배출되는 것이 가능해진다. 강관 내부에는 패커, 그라우트주입호스가 마련되며, 이로써 패커에 의해 강관 내부가 여러 구간으로 구획되고, 그라우트주입호스에 의해 강관 내부에 주입재가 주입된다. 강관 표면에는 배출구가 형성되면서 스트레이너가 마련되며, 이로써 주입재가 강관 내부에 가압 주입되면 주입재는 주입압에 의해 강관 표면의 스트레이너를 통해 강관 외부로 빠져나오면서 씰재를 통과하여 천공벽 너머 지반까지 침투된다. 이후 씰재와 주입재가 고결되면 천공홀 내에서 강관과 지반이 일체화되면서 지반이 보강된다.

강관 그라우팅 공법에서 씰재에 의한 실링공정은 강관과 천공벽 사이를 채움으로써 강관과 천공벽의 마찰력을 증가시켜 주입재 주입시에 주입압력에 의한 강관의 인발, 천공홀의 공벽붕괴 및 주입재의 역류를 방지하기 위함이다. 씰재를 천공벽과 강관 사이에 주입하여 채우고 주입 후 일정시간이 지나 응결이 진행된 겔화 상태에서 주입재를 주입하면 주입재가 씰재를 통과하면서 지반으로 침투가 가능해진다. 그러나 씰재가 응결되기 이전 유동성이 있는 상태에서 주입재가 주입되면 씰재와 서로 혼합되는 것은 물론 주입재의 역류 발생으로 지반으로의 침투가 곤란해지고, 반대로 씰재가 겔화 이후 고결된 상태에서 주입재가 주입되면 주입재의 주입 자체가 어려워진다. 그렇기 때문에 씰재의 유동성이 없어지고 응결 진행으로 겔화 상태에 걸리는 시간에 따라 강관다단 그라우팅의 공사시간이 결정된다고 할 수 있다.

강관 그라우팅 공법에서 씰재는 주입재가 씰재를 원활하게 통과하여 지반내로 밀실하게 주입되게 하고 동시에 주입재의 역류방지가 가능한 재료로 준비되며, 주로 시멘트와 벤토나이트를 결합재로 배합하여 사용되어 왔다. 그런데 종래 시멘트 결합재로 배합된 씰재는 블리딩 및 자기수축으로 인해 씰재 주입부에 공극이 발생하고 천공벽과의 부착성능도 저하하는 문제가 있었으며, 특히 블리딩으로 씰재가 시간 경과에 따라 주변 지반으로 침투되는 문제도 있었다. 블리딩 저감을 위해 특허 제10-2134887호와 같이 규산소다를 사용한 2액형 타입의 씰재가 제안되었으나, 이러한 씰재는 장기적으로 경화 후 규산소다의 용출에 따른 환경영향 문제가 우려된다. 최근에는 특허 제10-2134887호에서와 같이 시멘트 사용을 배제한 새로운 조성의 씰재가 제안되기도 했다.

KR

10-1907141

B1

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10-2134887

B1

본 발명은 시멘트, 벤토나이트를 결합재로 사용한 씰재 조성물에서 규산소다를 사용하지 아니한 씰재로서 결합재에 새로운 조성의 무기계 혼화재를 혼입하여 블리딩 저감과 경화특성 발현을 동시에 구현한 새로운 씰재 조성물을 제공하는데 기술적 과제가 있다.

또한 본 발명은 겔화시간의 단축으로 주입재의 조기 주입이 가능한 새로운 씰재 조성물과, 이를 바람직하게 이용함으로써 공사기간을 단축시킨 강관 그라우팅 공법을 제공하고자 한다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 시멘트, 벤토나이트를 결합재로 하여 조성된 강관 그라우팅용 씰재 조성물에서 결합재에 무기계 혼화재가 더 포함하여 조성되되, 무기계 혼화재가 알칼리 활성반응 경화제 35~70중량%; 속경제 25~50중량%, 팽창제 2.5~8.0중량%, 70~80℃의 PVA 수용액이 1~5℃ 저온에서 방사되어 급냉됨으로써 섬유상으로 제조된 저온방사 PVA섬유 2.0~6.0중량%; 지연제 0.05~1.0중량%;로 조성되는 것임을 특징으로 하는 강관 그라우팅용 씰재 조성물을 제공한다. 여기서 무기계 혼화재는, 분말도가 6,000~9,000㎠/g이면서 CaO 21~28중량%, SO3 5~20중량%, Fe2O3 7~14중량% 함유한 초임계 유동층 보일러 플라이애시로 마련된 알칼리 활성반응 경화제; 분말도가 3300~3800㎠/g인 CSA(Calcium Sulfo-Aluminate)계 속경제; 분말도가 3800~4,080㎠/g인 CSA계 팽창제; 섬유길이가 100~400um이고 섬유직경 30um 이하이면서 비중 1.02±0.01인 저온방사 PVA섬유; 비중 1.65~1.75g/㎤이면서 융점이 160℃ 이하인 구연산으로 마련된 지연제;로 조성하여 적용할 수 있다.

또한 본 발명은 시멘트 100중량부에 벤토나이트 15~25중량부, 무기계 혼화재 35~45중량부로 결합재를 조성하고 이러한 결합재를 물결합재비(W/B) 180~200%로 배합한 씰재를 이용하여 시공하는 강관 그라우팅 공법으로, 지반을 천공하고, 천공홀에 간격재, 그라우트주입호스, 씰재주입호스, 씰재배출호스를 구비한 강관을 관입 설치하고, 천공홀 후단을 코킹하고, 씰재주입호스를 통해 씰재를 주입하여 천공벽과 강관 사이를 실링하고, 그라우트주입호스를 통해 강관 내부에 주입재를 주입하는 것을 특징으로 하는 강관 그라우팅 공법을 제공한다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 본 발명의 씰재 조성물은 시멘트, 벤토나이트를 결합재로 사용한 씰재 조성물로 결합재에 저온방사 PVA섬유와 함께 알칼리 활성반응 경화제, 속경제, 팽창제, 지연제로 조성된 무기계 혼화재를 더 혼입하여 사용하기 때문에, 저온방사 PVA섬유에 의한 블리딩 저감 효과와 알칼리 활성반응 경화제 및 속경제에 의한 적절한 경화특성 발현이 동시에 구현된다. 더불어 팽창제에 의한 팽창효과로 공극 발생을 최소화할 수 있고 지연제에 의해 알칼리 활성반응 경화제 및 속경제의 초기 반응성을 조절할 수 있다. 이로써 본 발명의 씰재 조성물은 강관 그라우팅 공법에 유리하게 적용할 수 있다.

둘째, 본 발명의 씰재 조성물은 종래 씰재보다 겔화시간을 단축시킬 수 있으며, 이로써 강관 그라우팅 공법에서 실링공정에 적용하면 주입재의 조기 주입이 가능해져 공사기간을 단축할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 시험예에서 씰재의 적용성에 대한 시험과정을 보여준다.

본 발명은 강관 그라우팅 공법에 사용하기 위한 씰재 조성물과, 이를 바람직하게 이용한 강관 그라우팅 공법에 관한 것이다.

1. 씰재 조성물

본 발명에 따른 씰재 조성물은 시멘트와 벤토나이트를 결합재로 하여 조성되는 종래 일반적인 강관 그라우팅용 씰재 조성물에서, 결합재에 무기계 혼화재가 더 포함하여 조성되는 것을 특징으로 한다. 무기계 혼화재의 혼입으로 씰재의 응결 시간을 단축하고 씰재의 블리딩을 억제하고자 한 것이다. 본 발명에서 무기계 혼화재는, 알칼리 활성반응 경화제 35~70중량%; 속경제 25~50중량%, 팽창제 2.5~8.0중량%, PVA 수용액이 저온 방사되어 급냉됨으로써 섬유상으로 제조된 저온방사 PVA섬유 2.0~6.0중량%; 지연제 0.05~1.0중량%;로 조성된다.

무기계 혼화재에서 알칼리 활성반응 경화제는 알칼리 조건에서 활성하여 반응 경화하는 재료로, 경화 후 시멘트나 속경제보다 강도성능은 낮으나 초기 경화 발현 특성이 우수하여 씰재의 초기 응결 진행을 통한 겔화 시간 단축에 기여함으로써 강관을 고정하고 또한 씰재가 지반 균열부나 공극을 통해 유출되는 것을 최소화하는 재료가 된다. 알칼리 활성반응 경화제는 무기계 혼화재에서 35~70중량% 사용하는데, 35중량% 미만이면 씰재의 경화 특성 저하로 겔화 시간 단축 효과가 미미하고, 70중량% 초과하면 고미분의 알칼리 활성반응 경화제의 함량 과다로 씰재의 유동성 저하가 문제된다.

알칼리 활성반응 경화제로는 초임계 유동층 보일러 플라이애시를 바람직하게 사용할 수 있다. 초임계 유동층 보일러는 물이 증기로 변환되는 초임계조건(218.13 atm 증기압력, 374.2도 증기온도)으로 가하여 운전함으로써 전통적인 자연순환보일러와 비교하여 5~10% 효율성을 높인 보일러로, 이러한 보일러에서 배출되는 초임계 유동층 보일러 플라이애시를 본 발명에서는 활용하고 있다. 초임계 유동층 보일러 플라이애스는 분말도가 6,000~9,000㎠/g이면서 CaO 21~28중량%, SO₃ 5~20중량%, Fe₂O₃ 7~20중량% 함유하는데, 일반 플라이애시와 달리 스스로 경화하는 반응이 일어나게 되어 강도를 발현하는 특징이 있다.

속경제는 초기 강도 확보를 위해 사용하는 속경반응성 재료로서, 초기 유동성 확보와 응결지연된 상태에서 이후의 경화특성을 확보를 위한 재료가 된다. 속경제는 무기계 혼화재에서 25~50중량% 사용하는데, 25중량% 미만이면 속경 특성이 낮음으로써 씰재의 블리딩이 크게 발생하여 씰재 주입부에 공극이 발생할 우려가 크고, 50중량% 초과하면 과도한 속경 특성으로 인해 씰재의 급격한 응결로 인해 주입재의 작업시간 확보에 어려움이 있다. 속경제로는 분말도가 3300~3800㎠/g이면서 CaO 50~56중량%, SO₃ 22~30중량% 등을 함유한 CSA(Calcium Sulfo-Aluminate)계 속경제를 바람직하게 사용할 수 있다.

팽창제는 수축저감을 위한 재료가 되는데, 다량의 물이 혼입된 씰재 배합 특성을 고려하여 씰재의 주입 후 응결 진행 시에 수분감소(경화반응에 소요, 지반으로 흡수 등)에 따라 발생하는 공극을 최소화하기 위함이다. 씰재의 수축발생 시에 강관과 천공벽 사이의 고정성능이 떨어질 수 있으므로, 팽창제의 팽창특성을 통해 공극을 충전하고자 한 것이다. 팽창제는 무기계 혼화재에서 2.5~8.0중량%를 사용하며, 2.5중량% 미만이면 수축저감 효과가 미미하여 씰재의 응결 진행 시에 공극 발생 우려가 있으며, 8.0중량% 초과하면 과도한 팽창에 의한 균열 발생으로 씰재로써 강관의 고정특성을 저하시킬 수 있다. 팽창제는 분말도가 3800~4,080㎠/g이면서 CaO 66~71중량%, SO₃ 22~27중량% 등을 함유한 분말형 CSA계 팽창제를 바람직하게 사용할 수 있다.

저온방사 PVA섬유는 70~80℃의 PVA 수용액이 1~5℃ 저온에서 방사되어 급냉됨으로써 섬유상으로 제조된 것으로 본 발명에서 무기계 혼화재의 핵심적인 재료가 된다. 저온방사 PVA섬유는 과량의 물 혼입조건으로 배합되는 씰재의 경화과정에서 블리딩을 최소화하고, 더불어 지속적인 용해반응을 통해 목표로 하는 씰재의 응결특성을 확보하면서 장기적으로 씰재(시멘트)의 경화를 돕는 역할을 한다. 저온방사 PVA섬유는 저온 방사를 통한 급냉 시 급격한 수축으로 PVA의 용해도가 낮아지게 되며, 이로써 물과 반응 시에 낮아진 용해도로 인해 물과 지속적으로 반응하고 폴리머 구조를 형성하게 되어 씰재의 블리딩 저감에 기여하는 것이다. 더불어 저온방사 PVA섬유에 의해 형성된 폴리머 구조는 씰재 내의 시멘트 결합재의 초기 반응성을 지연시키며, 이후 시간이 경과하면서 수분해성의 PVA섬유가 물입자와 반응하여 분해되고 이와 동시에 시멘트 입자가 수화반응함으로써 씰재의 경화성능이 향상하게 되며, 이로써 초기에 낮은 응결특성을 확보하고 응결지연 후에 씰재의 경화특성을 확보할 수 있게 되는 것이다.

저온방사 PVA섬유는 무기계 혼화재에서 2.0~6.0중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 2.0중량% 미만이면 저온방사 PVA섬유의 혼입에 따른 블리딩 저감 효과가 미미하여 블리딩 발생 우려가 있고, 6.0중량% 초과하면 씰재의 응결특성 지연 유지 효과가 낮아져 주입재의 주입을 위한 작업시간 확보의 어려움으로 주입재의 주입이 곤란해질 우려가 있다. 특히 저온방사 PVA섬유는, PVA(Polymer Vinyl Alcohol) 분말을 물에 용해하여 55~65% 고형분 농도의 용액으로 제조한 후 70~80℃ 범위에 들도록 교반유지하면서 가열하고, 얼지 않는 1~5℃ 분위기에서 대기 중에 방사하여 급격하게 냉각되도록 함으로써 섬유상으로 제조(2단계)하고, 방사 제조된 섬유상 시료를 50℃ 이하의 온도에서 건조하는 과정으로 제조할 수 있다. 이렇게 제조한 결과, 섬유길이 100~400um, 섬유직경 ~30um 이하, 비중 1.02±0.01의 특성의 저온방사 PVA섬유로 제조된다.

지연제는 씰재의 초기 반응성을 억제하기 위한 재료가 된다. 알칼리 활성반응 경화제와 속경제는 초기 수화반응 특성이 높아 씰재 용도에 부적합한 경화성능을 나타내게 되는데, 지연제의 혼입으로 씰재 주입 후의 초기 반응성을 억제하고자 한 것이다. 지연제는 무기계 혼화재에서 0.05~1.0중량% 사용한다. 지연제가 0.05중량% 미만이면 응결지연 효과가 부족하고, 1.0중량% 초과하면 과도한 지연효과로 씰재의 강도성능을 과도하게 떨어뜨리며 또한 씰재 주입 후 주입재 주입 시에 강도성능이 과도하게 낮아진 씰재 충전부를 통해 주입재가 누출되는 문제가 발생할 수 있다. 지연제로는 백색입상의 외형, 비중 1.65~1.75g/㎤, 융점 160℃ 이하인 구연산을 바람직하게 사용할 수 있다.

위와 같이 알칼리 활성반응 경화제, 속경제, 팽창제, 저온방사 PVA섬유, 지연제로 조성된 무기계 혼화재는, 시멘트 및 벤토나이트와 함께 결합재(B)로 조성되어 강관 그라우팅용 씰재로 적용할 수 있다. 이때 결합재는 시멘트 100중량부에 벤토나이트 15~25중량부, 무기계 혼화재 35~45중량부로 조성할 수 있으며, 이러한 결합재를 물결합재비(W/B) 180~200%로 배합할 수 있다. 결합재는 프리믹스 타입으로 제품화할 수 있으며, 제품화된 결합재는 현장에서 물배합하기만 하면 간편하게 적용할 수 있다.

2. 강관 그라우팅 공법

본 발명에 따른 강관 그라우팅 공법은, 통상적인 강관 그라우팅 공법에서 앞서 살펴본 씰재 조성물을 이용한다는데 특징이 있다. 활성반응 경화제, 속경제, 팽창제, 저온방사 PVA섬유, 지연제로 조성된 무기계 혼화재를 시멘트 및 벤토나이트와 함께 결합재(B)로 소정의 조성비로 준비하고, 이러한 결합재를 물결합재비(W/B) 180~200중량%로 배합하여 씰재로 이용하는 것이다. 구체적으로 강관 그라우팅 공법은, 지반을 천공하고, 천공홀에 간격재, 패커, 그라우트주입호스, 씰재주입호스, 씰재배출호스를 구비한 강관을 관입 설치하고, 천공홀 후단을 코킹하고, 씰재주입호스를 통해 씰재를 주입하여 천공벽과 강관 사이를 실링하고, 그라우트주입호스를 통해 강관 내부에 주입재를 주입하면서 실시한다. 강관다단 그라우팅 공법으로 적용한다면, 내부에 패커가 더 마련된 강관을 관입 설치하고, 주입재를 다단 주입하면 된다.

이하에서는 제조예 및 시험예에 의거하며 본 발명을 상세히 살펴본다. 다만 아래의 제조예 및 시험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이로써 한정되는 것은 아니다.

[제조예] 저온방사 PVA섬유의 제조

PVA 분말(입상, 분자량(Mw) 89,000~98,000, 점도(20℃, 4% solution 기준) 115~154cPs)을 물에 용해하여 55~65% 고형분 농도의 PVA 수용액으로 제조한 후 70~80℃ 범위에 들도록 교반 유지하면서 가열하였다. 이어 5℃ 분위기에서 대기 중에 방사하고, 방사 제조된 섬유상 시료를 50℃ 이하에서 건조하여 수분을 제거하였다. 이로써 섬유상 길이 100~400um, 섬유직경 ~30um 이하, 비중 1.02±0.01을 나타내는 저온방사 PVA섬유를 제조할 수 있었다.

[시험예1] 저온방사 PVA섬유의 특성

1. 씰재 조성

제조예의 저온방사 PVA섬유에 대하여 씰재용 혼화재로서의 적합성을 평가하기 위해 아래 [표 1]과 같은 조성으로 씰재를 준비하였다. 씰재 조성에서 PVA 분말은 저온방사 PVA섬유 제조에 사용한 PVA 분말을 그대로 사용하고, 벤토나이트는 가비중 0.75~0.90g/㎠, pH 9~11, 입도 250mesh >75%, 팽윤도 8~24cc/2g 특성을 가지는 재료로 사용하였다.

씰재 조성(중량부)

구분		비교예1	비교예2	비교예3
결합재	OPC	100	100	40
	벤토나이트	17.5	17.5	17.5
	저온방사 PVA섬유	-	20	40
	PVA 분말	40	20	-
	소계	157.5	157.5	157.5
물		300	300	300
W/B(%)		190	190	190

2. 씰재 특성

[표 1]과 같이 조성한 씰재에 대하여 특성을 평가하였다. 씰재의 특성평가는 KS L ISO 9597(시멘트의 응결 및 안정성 시험방법)에 의거하여 씰재 혼합 후 시간경과에 따른 비카트침 침입깊이를 측정하고, KS F2433(주입모르타르의 블리딩률 및 팽창률 시험방법)에 의거하여 블리딩율을 측정하는 것으로 실시하였다. 평가 결과는 아래 [표 2]와 같이 나타냈다.

씰재 특성

		비교예1	비교예2	비교예3
유동 특성 (작업 특성)		PVA 분말 미용해로 분말입자 잔존상태	PVA 분말 미용해로 분말입자 잔존상태	초기 혼합작업은 용이하나 방치 시 겔형태로 이상 발생
블리딩율(%)		26.8	24.1	18.8
비카트 침입 깊이 (mm)	0hr	50	50	50
	2hr	50	50	50
	4hr	50	50	50
	6hr	50	50	50
	8hr	50	50	50
	10hr	50	49	50
	12hr	50	47	48

위의 [표 2]에서 보는 바와 같이 PVA 분말을 적용한 비교예1,2는 PVA 분말입자가 입상상태 그래도 남아 있는 것으로 확인되었다. PVA분말은 수용성이긴 하나 온수조건에서 교반상태를 유지하여야 투명한 액체상태가 되는데, 본 시험에서는 통상 씰재 배합수인 22~27℃의 물을 사용하였기 때문에 PVA 분말입자가 거의 그대로 남게 된 것으로 파악된다. 저온방사 PVA섬유를 적용한 비교예3은 비교예1,2와 달리 PVA 입자가 확인되지는 않았지만, OPC 및 벤토나이트와 혼합한 후에 젤리 형태로 응집 침전되는 것으로 확인되었다.

씰재는 주입재가 원활하게 통과하여 지반 내로 밀실하게 주입되어야 하고 동시에 주입재의 역류를 방지할 수 있어야 하는데, 이를 위해 씰재의 비카트 침입깊이는 50~10mm 수준으로 12hr 이상 경과시에도 충족되어야 한다. 비교예3은 비교예1,2과 비슷한 수준으로 비카트 침입깊이가 충족되었으며, 다만 12hr경과하여도 비카침 침투깊이가 거의 감소하지 않은 것으로 확인되어 비교예1,2,3 모두 주입 후 10hr 이상 장시간 유지경과 후에야 주입재의 주입이 가능하다고 할 수 있다.

한편 비교예3은 비교예1,2에 비해 블리딩 저감 효과가 확인되었다.

위와 같은 결과에 따라 저온방사 PVA섬유는 씰재용 혼화재로 단독 사용은 부적합하지만, 블리딩 저감을 위한 목적으로 씰재의 경화성능을 보완할 수 있는 다른 재료와 함께 사용한다면 적합하다고 할 수 있다.

[시험예2] 무기계 혼화재를 이용한 씰재의 특성

1. 씰재 조성

아래 [표 3]과 같은 조성으로 씰재를 준비하였다. 본 시험예에서 씰재는 [시험예1]에서와 동일한 재료를 이용하여 조성하였으며, 다만 저온방사 PVA섬유의 단점을 보완하고자 저온방사 PVA섬유를 알칼리 활성반응 경화제, 속경제, 팽창제, 지연제와 함께 무기계 혼화재로 조성하여 이용하였다. 무기계 혼화재는, 알칼리 활성반응 경화제(분말도 6,000~9,000㎠/g, CaO 21~28중량%, SO₃ 5~20중량%, Fe₂O₃ 7~14중량 함유한 초임계 유동층 보일러 플라이애시) 55중량%, 속경제(분말도 3300~3800㎠/g, CaO 50~56중량%와 SO₃ 22~30중량% 등을 함유한 CSA) 34중량%, 팽창제(분말도 3800~4,080㎠/g, CaO 66~71중량%와 SO₃ 22~27중량% 등을 함유한 CSA) 6.6중량%, 저온방사 PVA섬유 4.14중량부, 지연제(비중 165~175g/㎤, 융점 160℃ 이하인 구연산) 0.26중량%로 조성하였다.

씰재 조성(중량부)

		대조예	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	실시예
결합재(B)	OPC	127.5	115	100	115	100	100
	벤토나이트	30	17.5	17.5	17.5	17.5	17.5
	무기계 혼화재	-	-	-	25	25	40
	PVA 분말	-	25	40	-	15	-
	소계	157.5	157.5	157.5	157.5	157.5	157.5
물		300	300	300	300	300	300
W/B(%)		190	190	190	190	190	190

2. 씰재 특성

[표 3]과 같이 조성한 씰재에 대하여 특성을 평가하였다. 씰재의 특성은 [시험예1]과 동일한 방식으로 비카트침 침입 깊이를 측정하고 블리딩을 측정하는 것으로 평가하였다. 평가 결과는 아래 [표 4]와 같이 나타냈다.

씰재 특성

		대조예	비교예1	비교예2	비교예3	비교예4	실시예
블리딩율(vol%)		34.3	28.4	26.8	11	12.1	1.2
시간경과별 비카트 침입 깊이(mm)	0hr	50	50	50	50	50	50
	2hr	50	50	50	50	50	50
	4hr	50	50	47	45	48	42
	6hr	50	50	46	37	42	28
	8hr	50	50	46	35	40	25
	10hr	50	49	45	33	37	21
	12hr	50	49	44	31	33	20
	14hr	50	47	41	25	30	16

대조예는 일반적으로 사용하는 조성의 씰재인데, 위의 [표 4]에서 보는 바와 같이 대조예는 14hr경과하여도 비카침 침투깊이가 50mm로 전혀 감소하지 않은 것으로 확인되었다. 이러한 결과에 따라 대조예의 씰재는 주입 후 14hr의 장시간 유지경과 후에야 주입재의 주입이 가능하다고 할 수 있다. 비교예1~4와 실시예는 모두 비카트 침입깊이가 50~10mm 범위에서 12hr 유지되는 것으로 확인되었다. 특히 실시예는 시간 경과에 따른 비카트 침투깊이가 감소하는 것으로 나타났으며 주입재의 주입이 가능하 비카트 침입깊이 50~10mm 범위를 만족하는 것으로 나타났다.

비교예 또한 침입깊이 부분에서 50~10mm를 만족하였으나 씰재의 요구특성중 하나인 공급발생에 따른 문제점 최소화를 위해서는 주입 후 블리딩 저감이 무엇보다도 필요하며 비교예 및 실시예에 대한 블리딩 확인 결과 비교예에서는 높은 블리딩율로 인해 공극발생문제가 생길 수 있으나 실시예는 블리딩율이 낮아 공극발생문제가 최소화 될 수 있다.

[시험예3] 강관 그라우트용 씰재로의 적용성 시험

본 발명에 따른 씰재에 대하여 강관 그라우트용 씰재로의 적용성 확인을 위해 시험하였다. 적용성 시험은 도 1과 같이 강관 그라우트 주입관 모형에 [시험예2]의 실시예와 같은 배합의 씰재를 주입한 후에 주입재를 주입하고 주입재가 씰재를 통과하는지 여부로 확인하였다. 주입재는 통상적인 배합으로 아래 [표 5]와 같이 준비하였으며, [시험예2]의 결과를 참고하여 씰재 주입 후 4시간 경과시점에 주입하였다.

주입재 배합

A액		B액		A액:B액=200L:200L
OPC(kg)	물(L)	규산소다(L)	물(L)
100	168	100	100

주입재를 주입한 결과 도 1(e)에서와 같이 주입재가 역류되는 현상없이 강관의 측면 누출 유도부로 주입재가 누출되는 것으로 확인되었다. 이와 같은 결과에 따라 본 발명에 따른 씰재는 겔화 시간 단축으로 조기에 주입재의 주입을 가능케 한다고 본다.

Claims

시멘트, 벤토나이트를 결합재로 하여 조성된 강관 그라우팅용 씰재 조성물에서,
결합재에 무기계 혼화재가 더 포함하여 조성되되,
상기 무기계 혼화재는,
알칼리 활성반응 경화제 35~70중량%; 속경제 25~50중량%, 팽창제 2.5~8.0중량%, 고형분이 55~65중량%인 PVA 수용액이 70~80℃로 가열된 후 1~5℃ 저온에서 방사되어 급냉됨으로써 섬유상으로 제조된 저온방사 PVA섬유 2.0~6.0중량%; 지연제 0.05~1.0중량%;로 조성되는 것임을 특징으로 하는 강관 그라우팅용 씰재 조성물.
제1항에서,
상기 무기계 혼화재는, 분말도가 6,000~9,000㎠/g이면서 CaO 21~28중량%, SO3 5~20중량%, Fe2O3 7~14중량% 함유한 초임계 유동층 보일러 플라이애시로 마련된 알칼리 활성반응 경화제; 분말도가 3300~3800㎠/g인 CSA(Calcium Sulfo-Aluminate)계 속경제; 분말도가 3800~4,080㎠/g인 CSA계 팽창제; 섬유길이가 100~400um이고 섬유직경 30um 이하이면서 비중 1.02±0.01인 저온방사 PVA섬유; 비중 1.65~1.75g/㎤이면서 융점이 160℃ 이하인 구연산으로 마련된 지연제;로 조성되는 것임을 특징으로 하는 강관 그라우팅용 씰재 조성물.
제1항 또는 제2항에서,
상기 결합재는, 시멘트 100중량부에 벤토나이트 15~25중량부, 무기계 혼화재 35~45중량부로 하여 조성되는 것을 특징으로 하는 강관 그라우팅용 씰재 조성물.
제3항에 따른 강관 그라우팅용 씰재 조성물을 물결합재비(W/B) 180~200중량%로 배합하여 씰재로 이용한 강관 그라우팅 공법으로,
지반을 천공하고, 천공홀에 간격재, 그라우트주입호스, 씰재주입호스, 씰재배출호스를 구비한 강관을 관입 설치하고, 천공홀 후단을 코킹하고, 씰재주입호스를 통해 씰재를 주입하여 천공벽과 강관 사이를 실링하고, 그라우트주입호스를 통해 강관 내부에 주입재를 주입하는 것을 특징으로 하는 강관 그라우팅 공법.