KR102434735B1 - 수산화알루미늄을 사용한 저알칼리성 이용한 배면 충진용 그라우트 조성물 - Google Patents

수산화알루미늄을 사용한 저알칼리성 이용한 배면 충진용 그라우트 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배면 충진용 그라우트재 조성물 100중량부에 대하여, 수산화 알루미늄 3~5중량부, 및 트리에탄올 아민 0.5~1중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배면 충진용 그라우트재 조성물에 관한 것으로, 산화알루미늄과 아민계 화합물을 사용하여 고로슬래그의 자극 효과로 인해 그라우트재의 조강성을 확보함은 물론 저알칼리성을 가지는 배면충진용 그라우트 조성물을 제공할 수 있다.

Description

수산화알루미늄을 사용한 저알칼리성 이용한 배면 충진용 그라우트 조성물{BACK FILL GROUT COMPOSITION USING CARBOXYL-BASED ACTIVATOR}
본 발명은 수산화 알루미늄계 수화촉진제를 이용한 배면 충진용 그라우트 조성물에 관한 것으로, 상세하게는 고로 슬래그의 반응성을 향상시킬 수 있는 수산화알루미늄계 수화촉진제를 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 입자가 미세하고 유동성이 뛰어나 주입이 용이하며, 장거리 이송 시에도 재료분리가 발생되지 않고, 양생과정에서도 블리딩이 거의 발생하지 않으며, 기존에 사용하던 이입재에 비해 방수성 및 압축강도가 향상되어 터널 유지관리에 용이하고, 지반침강을 효과적으로 방지할 수 있으므로 터널 배면 공동 뒤채움 이입재로 유용하게 사용할 수 있는, 배면 충진 그라우트용 조성물로서 시멘트 35 ~ 42 중량%, 석회석 45 ~ 55 중량%, 칼슘 설퍼 알루미네이트 3.0 ~ 6.0 중량%, 벤토나이트 1.5 ~ 3.0 중량%, 무수석고 4.0 ~ 6.0 중량%, 폴리카르복실레이트 0.1 ~ 3.0 중량%, 징크 스테아레이트 1.0 ~ 3.0 중량%, 필름형성 아크릴계 파우더 0.3 ~ 1.0 중량% 및 혼화제 0.1 ~ 1.0 중량%로 이루어지는 것을 제시하고 있다.
한편, 알루미늄 화합물을 시멘트에 혼합하는 경우, 칼슘 이온 및 황산염 이온과 만나 높은 수화 발열을 유도하여 강도 구현에 효과적인 물질로 사용될 수 있다. 그러나 알루미늄 이온은 양쪽성 물질로서 pH가 중성에 가까운 경우에는 겔화되는 성질이 있어 저알칼리성의 그라우트재에 사용되는 경우 본래의 기능을 발현하는데 어려움이 있다.
한국등록 특허 10-1089767
이에 본 발명에서는 강도 구현에 효과적인 물질인 알루미늄 화합물을 배면 충진용 그라우트 조성물에 사용함에 있어 pH 중성 근처에서 발생되는 겔화 문제를 해결할 수 있도록 아민계 화합물을 같이 사용함으로써 고로슬래그의 자극 효과로 인해 그라우트재의 조강성을 확보할 수 있는 저알칼리성을 가지는 배면충진용 그라우트 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 해결하기 위한 본 발명의 배면 충진용 그라우트재 조성물은 배면 충진용 그라우트재 조성물 100중량부에 대하여, 수산화 알루미늄 3~5중량부, 및 트리에탄올 아민 0.5~1중량부를 포함할 수 있다.
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 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 산화알루미늄과 아민계 화합물을 사용하여 고로슬래그의 자극 효과로 인해 그라우트재의 조강성을 확보함은 물론 저알칼리성을 가지는 배면충진용 그라우트 조성물을 제공할 수 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 조강성이 우수하고 저알칼리성을 가지는 배면 충진용 그라우트 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 배면 충진용 그라우트 조성물은 배면 충진용 그라우트 조성물 100중량부에 대하여 수화촉진제로서 수산화알루미늄 3~5중량부를 사용하고, 여기에 트리에탄올 아민 0.5~1중량부를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수산화알루미늄은 시멘트에 혼합되어 칼슘 이온 및 황산염 이온과 만나 높은 수화 발열을 유도하여 강도 구현에 효과적인 물질이다 따라서, 본 발명에서는 특별히 초기 강도 구현을 위해 사용될 수 있으며, 전체 배면 충진용 그라우트 조성물 100중량부에 대하여 3~5중량부가 포함되는 것이 바람직하다. 상기 수산화알루미늄이 3중량부 미만으로 사용되는 경우 활성화 정도가 낮아 초기 강도 확보가 어려우며, 5중량부를 초과하는 경우 초기 수화겔의 촉진으로 인해 유동성이 급격하게 저하되는 문제점이 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 수산화알루미늄을 수화촉진제로 사용함에 따라 pH가 중성에 가까운 경우에는 상기 수산화알루미늄이 겔화되는 문제를 해결하기 위하여, OH기를 갖는 아민 화합물이 알루미늄 이온에 흡착됨으로 겔화 현상을 억제하여 확산성을 확보함으로 조기 강도를 갖는 그라우트 조성물을 얻을 수 있다.
이러한 아민 화합물은 상기 배면 충진용 그라우트재 조성물 100중량부에 대하여 트리에탄올 아민을 0.5~1중량부 사용하며, 상기 트리에탄올 아민이 0.5 중량부 미만인 경우에는 OH기를 갖는 아민 화합물이 알루미늄 이온에 흡착됨으로 수산화알루미늄의 겔 생성 방지성능이 저하되어 강도 증진의 효과가 없으며, 오히려 강도가 저하되는 문제점이 있다. 또한, 트리에탄올 아민이 1중량부를 초과하는 경우에는 물리적인 성능의 향상은 없으며, 과다 사용에 따른 경제성의 문제가 있다.
한편, 본 발명에 따른 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 포함되는 것일 수 있다.
본 발명에서는 분말도가 높은 고로슬래그와 분말도가 낮은 고로슬래그를 2종혼합하여 사용함으로써, 최적 입도에 의한 공극 충진효과로 강도 증진에 효과적이고, 활성도가 낮은 고로슬래그를 사용하는 데에 따른 초기 강도 저하현상을 억제할 수 있는 장점이 있다. 구체적으로는 분말도 5,800g/㎤~6000g/㎤인 고로 슬래그 20 ~ 30중량%, 분말도 4,000g/㎤~4,800g/㎤인 고로슬래그 30~40중량%를 포함한다.
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 분체 100중량%에 물을 대략 40%의 중량비로 혼합하여 제조된다.
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.
실시예 : 그라우트 조성물 제조
다음 표 1와 같은 조성을 혼합한 분체 100g에 물 40중량% 혼합하여 그라우트를 제조한 뒤, 수산화알루미늄 수화촉진제와 트리에탄올 아민을 다음 함량대로 첨가하여 배합하였다.
상기 제조된 각 그라우트재의 유동성 및 압축강도를 각각 KS L 5111와 KS F 4044에 따라 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.
단위
:중량부		 분말도 6000g/㎤ 고로 슬래그 분말도 4000g/㎤ 고로 슬래그 탈황 석고 OPC 수산화 알루미늄 트리에탄올아민 물비 유동성
(mm)		 pH 압축강도(MPa)
3일 7일 28일
실시예 1 30 30 20 20 3 0.5 40% 200 10.8 15 20 34
2 20 40 20 20 3 1 200 10.7 16 25 32
3 20 30 30 20 5 0.5 190 10.9 18 26 31
4 30 30 20 30 5 1 185 10.8 19 27 34
비교
예 		1 30 30 20 30 3 - 200 10.8 9 11 15
2 30 30 20 30 2 0.5 210 10.6 12 17 18
3 30 30 20 30 6 1 150 10.8 6.4 10 12
4 30 30 20 30 5 2 185 10.8 18 26 33
5 30 30 20 30 - - 200 10.9 11 19 29
상기 표 1의 결과를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1~4에 따른 배면 충진용 조성물의 경우 유동성 및 초기 강도가 모두 우수함을 확인할 수 있다.
그러나, 수산화알루미늄과 트리에탄올 아민을 모두 포함하지 않는 경우(비교예 5), 동일한 배면 충진용 조성물을 사용한 실시예 4와 비교해 봤을 때 초기 강도 확보가 어려움을 알 수 있다.
또한, 수산화알루미늄이 본 발명 범위에 들더라도, 트리에탄올 아민의 함량이 1중량부를 초과하는 비교예 4의 경우에는 동일한 수산화알루미늄을 사용한 본 발명 실시예 4와 비교했을 때 물리적인 성능의 향상은 없는 것을 확인할 수 있다.
또한, 트리에탄올 아민을 본 발명과 같은 함량 범위로 포함하더라도 수산화알루미늄이 2중량부로 사용된 비교예 2의 경우, 7일까지의 초기 강도가 매우 떨어지는 것을 알 수 있다. 이는 수산화알루미늄이 충분히 활성화를 위한 자극촉진제로 사용할 수 없음을 확인할 수 있다. 반면, 수산화알루미늄이 6중량부로 사용된 비교예 3의 경우 초기 수화겔의 촉진으로 인해 유동성이 급격하게 떨어지는 문제가 있음을 확인하였다.
결과적으로 초기 강도 확보 및 유동성을 유지하기 위해서는 적절한 함량의 수산화알루미늄과 트리에탄올 아민의 사용이 필수적임을 확인할 수 있다.

Claims (2)

  1. 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 100중량부에 대하여:
    수산화 알루미늄 3~5중량부, 및 트리에탄올 아민 0.5~1중량부를 포함하여,
    상기 수산화 알루미늄을 사용함에 따른 pH 10.7 내지 10.9의 중성 근처에서 발생되는 겔화 현상을 상기 트리에탄올 아민의 OH기가 알루미늄 이온에 흡착됨으로 겔화 현상을 억제하여 확산성을 확보함으로 KS F 4044에 따라 측정된 초기 7일까지의 압축강도가 15MPa 이상인 것을 특징으로 하는 배면 충진용 그라우트재 조성물.
  2. 삭제
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