KR102454889B1

KR102454889B1 - 내수성이 강화된 2액형 지반 주입용 그라우팅 조성물 및 이를 이용하는 지반 그라우팅 공법

Info

Publication number: KR102454889B1
Application number: KR1020200047212A
Authority: KR
Inventors: 조아라; 조현수
Original assignee: 맥스콘소재 주식회사
Priority date: 2020-04-20
Filing date: 2020-04-20
Publication date: 2022-10-17
Also published as: KR20210129759A

Abstract

본 발명은 2액형 지반 주입용 그라우트 조성물 및 이를 포함하는 내수성이 우수한 지반 그라우팅 공법에 관한 것이다. 본 발명의 조성물은 지하수에 의해 희석되거나 유실되지 않으면서 일정시간 가소성을 유지함으로써 완벽한 충전과 체 적감소 없이 장기 내구성을 유지할 수 있다.

Description

내수성이 강화된 2액형 지반 주입용 그라우팅 조성물 및 이를 이용하는 지반 그라우팅 공법{Two-pack type soil grouting composition having superior water resistance, and grouting method by using the same}

본 발명은 내수성이 강화된 2액형 지반 주입용 그라우팅 조성물 및 이를 이용하는 지반 그라우팅 공법에 관한 것이다.

지하 구조물 또는 터널 등의 토목 공사에서 누수를 차단하거나 강도를 높이기 위해 공극 또는 공동부에 충전재를 주입하는 공법을 그라우팅(grouting)이라고 하고, 그 주입재를 그라우트 또는 그라우트재라고 한다.

특히, 지하 구조물 공사 등의 토목 현장에서는 지하수 수위가 높아 지하수 유입 등을 차단하기 위해 공극을 메우는 것이 필요하고, 또한 하저 또는 해저에서의 토목 공사에서도 지하 수압이 높은 지반 내 공동을 메우는 것이 매우 중요하다.

이를 위한 방안으로 다양한 그라우팅 재료가 개발되어 왔는데, 수중불분리성을 부여하는 메틸셀룰로오스(methyl cellulose) 계열의 수중불분리제 또는 계면활성제 성분의 알킬암모늄 토실레이트가 통상 사용되고 있다.

통상적으로 이들은 시멘트 밀크액 등의 경화성 분체에 혼합하여 지반 내 공동에 주입하는 방식으로 1액형 주입재이다. 따라서 겔화 시간이 3 내지 8 시간으로 매우 길고 강도 발현이 늦기 때문에, 겔화되기 전까지는 물에 희석되어 퍼져 나가지는 않지만, 유동성을 유지하고 있어 지하수의 흐름 등에 의한 물리적 힘이 가해지면 밀려서 유실되는 문제를 안고 있다.

이러한 유실로 인한 지반 내 공극이나 공동(여굴)은 주변 지반의 침하나 변형 또는 지하 구조물의 침하 손상의 원인이 된다. 따라서 이러한 공동(여굴)은 신속하고 확실하게 지반 주입재로 충진시켜야 한다.

한편, 지반 주입재 주입 시 많은 현장의 시공 과정에 큰 어려움은 지하수가 많거나 높은 수압으로 지하수 흐름이 발생하는 경우이다. 기존의 널리 채택되어 시공 중인 LW 공법은 겔화 시간이 늦어, 주입되는 순간에 지하수를 만나게 되면 경화되지 못하고 죽탕 상태가 되어 지반 채움 효과를 발휘하지 못하거나 지하수의 흐름에 의해 유실되어 버리는 문제가 발생하고 있다. 그러므로 한정주입이 불가능하고 또한 겔화된 후에는 가소상태가 짧아 금방 경화되어 흐름이 멈추고 외력에 의해 부스러짐 현상이 발생하여 새로운 틈새나 공극이 잔류하므로 지하수 흐름을 완벽히 차단하지 못하는 상황이 발생한다.

또한, 지하 구조물의 안정을 위해 조기 강도의 발현이 요구되며, 기존 구조물 등의 지반 채움 주입에서 특히 외기에 접해서 건조의 우려가 있는 곳에서는 그라우트 중의 수분이 감소해도 강도 저하가 없어야 한다. 그 중에서 특히 중요한 것은 충전성이며, 유동성 및 공동 외부로의 침투 손실은 충전성과 밀접한 관련성을 가진다. 이들은 상반되는 성질이기 때문에 이러한 조건, 즉 유동성은 좋지만 공동외부로의 일주가 없고 완전하게 충전할 수 있을 것이라는 조건을 어떻게 만족시킬 수 있을지가 공동 충전 주입 분야의 궁극의 목표이기도 하다.

일반적으로 널리 사용되어온 LW 방식의 지반 주입재는 경화 시간을 단축시키고 조절하기 위하여 물, 시멘트, 안정제를 포함하는 제1액과 경화제를 포함하는 제2액으로 이루어진 2액형으로 시공되어 왔다. 제1액으로는 강도발현재로서 시멘트를 주로 하고, 시멘트의 블리딩과 재료분리를 방지하기 위하여 팽윤성 물질인 벤토나이트와 유동성을 향상시키기 위한 안정제로 구성되어 있으며, 제2액에서 경화촉진제로서 일반 규산소다 3호를 사용하여 왔다. 이때 사용되는 규산 나트륨의 화학식은 Na₂OSiO₂로서 Na₂O와 SiO₂의 몰비는 1:3이며, pH 12 이상의 강알칼리성을 나타낸다.

기존의 LW 그라우팅 공법에서의 여러 가지 문제를 해결하기 위하여 가소성 그라우팅 공법이 개발되어 최근 시공 채택하는 현장이 늘어나고 있다. 일반적으로 가소성 지반 주입재는 겔화 시간이 2-6초 사이로 빠르므로, 겔화되고 난 후에는 지하수를 만나도 희석되거나 유실되는 현상을 대폭 감소시켜 줄 수 있는 장점이 있다.

뿐만 아니라, 가소상태 유지시간이 기존의 LW의 경우 30초 내지 1분 정도인 반면, 가소성 그라우팅 재료의 경우 5-30분 정도로 매우 길어 빈 공동(여굴)을 구석 깊이까지 채울 수 있는 장점도 가지고 있다.

하지만 종래의, 그라우트 조성물이 강하게 흐르는 지하수와 접촉하여 희석되거나 풀리는 현상이 발생하는 문제가 완전하지 못하므로 내수성이 보다 우수한 제품이 요구되고 있고, 또한 대부분의 규산계 그라우트에서 경화제 또는 경화촉진제로 사용되는 규산 소다계 성분이 지하수로 녹아 나가는 현상, 즉 알칼리 성분의 용탈로 인하여 시간이 경과함에 따라 체적이 감소되는 문제가 발생하므로, 이에 대한 개선이 필요하다.

이와 같은 지반 주입재에 요구되는 성질은 ① 주입 시에 지하수에 의한 희석이나 유실 없이 충진성이 우수하고, ② 유동성이 좋아 구석까지 밀실하게 채워져야 하고, ③ 재료 분리가 적어야 하며, ④ 조기에 균일하게 해당 지반의 강도 이상으로 강도 발현이 이루어져야 하며, ⑤ 경화 후에 체적 감소가 없어야 하며, 또한 지하수에 의해 그라우트 성분이 녹아나가 체적 감소가 되는 현상이 없어야 한다.

특히, 종래의 그라우트 조성물이 강하게 흐르는 지하수와 접촉하여 희석되거나 풀리는 현상이 발생하는 문제로 인하여 내수성이 보다 우수한 제품이 요구되고 있고, 또한 대부분의 규산계 그라우트에서 경화제 또는 경화 촉진제로 사용되는 규산 나트륨 계열 성분이 지하수로 녹아 나가는 현상, 즉 알칼리 성분의 용탈로 인하여 시간이 경과함에 따라 체적이 감소되는 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 또한 해양 구조물에 적용하기 위해서는 염화물 이온 침투저항성을 갖추고 백화 현상을 방지할 수 있는 기술 개발이 필요한 실정이다.

1. 대한민국 등록특허 제10-1235797호 2. 대한민국 등록특허 제10-1066587호 3. 대한민국 등록특허 제10-1018306호 4. 대한민국 등록특허 제10-1056474호 5. 대한민국 공개특허 제10-2013-0097019호

따라서, 본 발명은 강하게 흐르는 지하수와 접촉해서도 그라우트 재료가 희석되거나 풀리거나, 지하수에 알칼리의 용탈로 인한 체적이 감소되거나, 염화 이온이 침투되고 백화 현상이 생기는 문제를 포함하여 종래의 그라우트 주입재가 갖는 문제점을 해결하는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, (a) 물 30-80 중량% 및 시멘트 20-70 중량% 포함하는 A액, 및 (b) 물 37.6-89.6 중량%, 경화제 또는 급결제 10-60 중량%, 음이온성 고분자 안정화제 0.3-2.5 중량%를 포함하는 B액을 부피비 0.67-1.5 : 1로 포함하는 2액형 지반 주입용 그라우트 조성물이 개시된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명의 여러 구현예에 따른 2액형 지반 주입용 그라우트 조성물을 이용한 지반 그라우팅 공법이 개시된다.

본 발명에 따른 그라우트 조성물은 지하수와 접촉하여 희석되거나 풀리는 성질이 개선되어 내수성이 크게 향상되고, 시간이 지나더라도 체적 변화가 거의 없어 장기 내구성이 크게 향상될 뿐 아니라, 염화 이온 침투저항성이 우수하고 백화 현상이 방지되는 효과를 얻을 수 있다.

이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.

본 발명의 일 측면은 (a) 물 30-80 중량% 및 시멘트 20-70 중량% 포함하는 A액, 및 (b) 물 37.6-89.6 중량%, 경화제 또는 급결제 10-60 중량%, 음이온성 고분자 안정화제 0.3-2.5 중량%를 포함하는 B액을 부피비 0.67-1.5 : 1로 포함하는 2액형 지반 주입용 그라우트 조성물에 관한 것이다.

이때, 상기 B액에서는 경화제 용액과 음이온성 고분자 안정화제를 각각 녹인 용액으로 분리하여 사용할 수도 있다. 즉, 경화제를 녹인 수용액과 이와 별도로 음이온성 고분자 안정화제를 녹인 수용액을 각각 별도로 A액에 혼합하여 사용할 수도 있다.

본 발명에 이용되는 물은 청수가 바람직하고, A액에 있어서 물의 함량이 80 중량% (A액 총 중량 기준) 또는 930 kg (A액 조성물 1 m³ 제조 기준)을 초과하는 경우에는, 전체 고형분 함량이 너무 적어 경화 후 강도가 낮아 그라우트재로서의 기능이 떨어지는 단점이 있고, 물의 함량이 30 중량% (A액 총 중량 기준) 또는 400 kg (A액 조성물 1 m³ 제조 기준) 미만의 경우에는 전체 용액의 농도가 너무 높아 압송이 어렵고 B액과 혼합이 어려워지는 문제점이 있을 수 있다. A액에 있어 바람직한 물의 함량은 35-75 중량%이다.

일 구현예에 따르면, 상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트이거나, 또는 포틀랜드 시멘트에 슬래그 파우더, 플라이 애쉬, 칼슘 화합물 중에서 선택된 1종 이상의 첨가제가 혼합된 기능성 시멘트이다.

A액에서 시멘트 함량은 20-70 중량%이어야 하고, 시멘트의 함량이 20 중량% 미만이면 강도가 약해 그라우트재로서의 기능이 발휘되지 못하고 70 중량%를 초과하면 A액의 유동성이 약해 장거리 압송이 곤란한 문제가 발생할 수 있다. 한다. A액에 있어 바람직한 시멘트의 함량은 25-65 중량%이다.

본 발명에서, 상기 재료분리 방지제는 당업계에서 가소성 그라우트 공법을 실시하는 과정에서 가소성 또는 가소상태를 안정적으로 유지하기 위해 사용하는 물질을 의미하며, 시멘트의 재료분리를 방지하는 작용과 가소상태의 반죽(paste)에 점결력을 주는 작용을 한다.

본 발명에서, 용어 "가소성" 또는 "가소상태"는 정치하고 있으면 자기유동성이 없지만 가압하면 유동성을 가지는 액체와 고체의 중간 상태를 의미한다.

다른 구현예에 따르면, 상기 A액 100 중량부를 기준으로 재료분리 방지제 1-6 중량부 및/또는 지연제 0.1-0.6 중량부가 필요에 따라 A액에 포함될 수 있다.

본 발명에서 사용 가능한 재료분리 방지제의 예에는 팽윤성 점토광물, 특히 벤토나이트일 수 있다. 재료분리 방지제는 필요에 따라 투입 여부를 결정하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 빈 공극에 주입하는 경우 재료분리 방지제를 첨가하는 것이 바람직한 반면, 지반에 침투시켜 주입시키는 경우 특별히 필요하지 않을 수 있다.

재료분리 방지제의 함량은 A액 100 중량부를 기준으로 1-6 중량부일 수 있고, 바람직하게는 1-3 중량부이다. 재료분리 방지제의 함량이 1 중량부 (A액 100 중량부 기준) 또는 10 kg (A액 조성물 1 m³ 제조 기준) 미만인 경우에는 재료분리 현상이 일어날 수 있고 가소 상태 유지시간이 짧아지는 단점이 있을 수 있으며, 6 중량부 (A액 100 중량부 기준) 또는 60 kg (A액 조성물 1 m³ 제조 기준)을 초과한 경우에는 점성이 너무 높아 장거리 압송이 어려워지는 문제점이 있을 수 있다.

본 발명에서 사용 가능한 재료분리 방지제 중 하나인 벤토나이트는 팽윤도가 10 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 팽윤도가 15 이상이며, 보다 더 바람직하게는 팽윤도가 20-40이다. 벤토나이트의 팽윤도가 10 미만인 경우에는 재료분리 현상이 일어날 수 있고 가소 상태 유지시간이 짧아지는 단점이 있을 수 있다.

본 발명에서의 지연제는 A액 제조 후 보관 또는 취급을 위한 압송과정, 시멘트의 자체 경화작용에 의해 압송 배관을 폐색시키는 현상을 막기 위해서 사용될 수 있다. 본 발명에서 지연제는 당업계에서 통상 사용되는 시멘트 지연제를 사용할 수 있다. 지연제를 사용하고자 할 때는 A액 100 중량부를 기준으로 0.1-0.6 중량부로 사용하는 것이 바람직하다. 0.1 중량부 미만인 경우에는 지연제의 기능이 발현되기 어렵고, 0.6 중량부를 초과하면 1시간 강도가 약해지는 문제가 있을 수 있다.

본 발명에서, 용어 "경화제"는 당업계에서 그라우트 공법을 실시하는 과정에서 액체 또는 겔 상태로서 혼합용액의 강도가 발현될 수 있도록 사용되는 물질을 의미한다.

일 구현예에 따르면, 상기 경화제는 규산 나트륨, 또는 규산 칼륨 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 본 발명에서 B액의 경화제는 A액을 급결시키는 역할을 수행한다.

본 발명에서 사용 가능한 경화제 중 하나인 규산 나트륨은 KS규격(KS M 1415)에 따른 규산소다 1호, 2호 및 3호 등을 포함한다. 뿐만 아니라, 본 발명에서 사용 가능한 경화제에는 일반적으로 사용되는 규산 소다 3호를 물로 희석 사용하거나 규산 소다 제조공정에서 황산 등의 강산이나 개미산 등의 약산인 산성 용액을 넣어 일부 중화시킨 특수 규산소다 용액을 모두 포함한다. 나아가서, 본 발명에서 사용 가능한 특수 규산 소다 용액 경화제에는 대한민국 등록특허 제10-1224848호에 따른 경화제뿐 아니라, 이와 달리 공사현장이 아닌 규산 소다 제조 공정 중에 산성 용액을 혼합하여 제조된 경화제도 포함한다.

일 구현예에 따르면, 상기 경화제와 병용해서 또는 이를 대체해서 당업계에서 통상 사용되는 급결제를 사용할 수 있는데, 이러한 급결제로 실리케이트계 급결제, 알루미네이트계 급결제, 알칼리프리계 급결제, 시멘트 광물계 급결제 또는 이들 2종 이상의 혼합물 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 실리케이트계, 알루미네이트계, 알칼리프리계 급결제는 액상이고, 상기 시멘트 광물계 급결제는 분말상일 수 있다. 상기 시멘트 광물계 급결제의 일 예로 도데카칼슘 헵타-알루미네이트(12CaOㅇ7Al₂O₃, Ca₁₂Al₁₄O₃₃ 또는 C₁₂A₇)를 들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

이러한 경화제 및/또는 급결제의 함량은 상기 B액의 총 중량을 기준으로 10-60 중량%이고, 60 중량%를 초과하게 되면 겔화 시간이 길어지고 가소상태가 짧아지는 문제가 있으며, 10 중량% 미만이면 강도가 낮아 지반 채움 성능이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.

한편, 본 발명의 가장 큰 특징 중의 하나는 음이온성 고분자 안정화제를 추가로 포함하여 B액을 제조하는 것이다. 이를 통해서 본 발명의 목적이기도 한 내수성이 우수한 가소성 지반 채움 성능을 부여할 수 있을 뿐만 아니라, 시간이 흐름에 따른 체적 변화를 차단하거나 최소화하여 장기 내구성을 향상시킬 수 있다.

이러한 음이온성 고분자 안정화제를 충분히 현탁시키기 위한 목적 등을 위해 상기 B액에서 물의 함량을 37.6-89.6 중량%로 조절하는 것이 중요하며, 물의 함량이 89.6 중량%를 초과하면 강도가 약해지고, 37.6 중량% 미만이면 B액의 유동성이 떨어져 장거리 압송에 문제가 발생할 수 있다.

본 발명에서 사용 가능한 음이온성 고분자 안정화제는 2-프로펜산 나트륨 2-프로펜아마이드 중합체이다. 본 발명에서 이와 다른 안정화제, 예컨대 양이온성 고분자 안정화제를 사용하거나, 또는 음이온성 고분자 중에서도 폴리아크릴레이트와 폴리아크릴아마이드의 공중합체가 아닌 폴리아크릴레이트 또는 폴리아크릴아마이드 단독 고분자를 사용하는 경우, 또는 폴리아크릴레이트와 폴리아크릴아마이드의 공중합체이더라도 2-프로펜산 나트륨 2-프로펜아마이드 중합체와 같은 염 형태가 아닌 아크릴산 아크릴아마이드 공중합체를 사용하거나, 염 중에서도 나트륨 염이 아닌 포타슘(K) 염인 2-프로펜산 포타슘 2-프로펜아마이드 중합체를 사용하는 경우, 본 발명에서 목적하는 효과를 최대한 발휘하는 것이 어렵다는 점을 확인하였다.

본 발명에서는 위 성분을 포함하는 에멀젼 형태로 사용하는 것이 용해성을 증가시켜 작업성을 향상시킬 수있다는 점에서 바람직할 수 있다.

음이온성 고분자 안정화제의 함량은 B액 총 중량을 기준으로 0.3-2.5 중량%일 수 있고, 바람직하게는 0.5-2.5 중량%이다. 2.5 중량%를 초과하면 점도가 지나치게 높아 장거리 압송이 어려워질 수 있고, 0.3 중량% 미만이면 내수성이 약해져 지하수에 희석될 우려가 있으며, 체적변화 안정성이 떨어질 수 있다.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 조성물은 A액 및 B액을 부피비 0.67-1.5 : 1로 포함하고, 보다 바람직하게는 부피비 0.75-1.4 : 1로 포함하고, 가장 바람직하게는 부피비 0.9-1.1 : 1로 포함한다. A액과 B액의 부피비가 0.67 : 1 미만이면 B액의 농도가 너무 높아져 겔화 시간이 길어지는 원인이 될 수 있고, 부피비 1.5 : 1를 초과하는 경우에는 초기 강도가 너무 낮아 지하수압에 의해 씻겨나갈 수 있는 단점이 있다.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 조성물은 겔화 시간이 20초 이내이고, 보다 바람직하게는 1-15초이고, 가장 바람직하게는 3-10초이다. A액과 B액이 혼합되어 겔화 시간이 20초보다 늦어지면 지하수가 흐르는 지하공동에 그라우트재가 주입될 때 가소 상태가 아닌 액상으로 주입되기 때문에 쉽게 유실되어 공동 채움이 되지 않는 문제점이 있을 수 있다.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 조성물은 가소성 유지시간이 5-30분이고, 보다 바람직하게는 5-25분이다. 가소상태가 5분보다 짧으면 가소상태 유지시간이 짧아 지반 주입재가 지반의 깊은 공극까지 충분히 채워지기 전에 더 이상 유동하지 않고 굳어버리므로 공극이 그대로 남게 되는 단점이 있으며, 가소 상태가 30분보다 길어지게 되면 겔 강도가 너무 약해져 한정주입이 어렵고 재료의 손실이 많아지는 문제점이 있다.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 조성물은 1시간 강도가 0.3-3 kg/cm²이고, 보다 바람직하게는 0.35-2 kg/cm²이다. 초기 강도인 1시간 강도가 0.3 kg/cm² 미만일 경우에는 고수압의 지하수에 의해 가소 상태가 깨어지고 지하수에 씻겨나가므로 지하수의 흐름을 차단하기 어려운 문제점이 있으며, 3 kg/cm²를 초과하면 가소상태 유지시간이 짧아져서 지하의 빈 공극을 완전히 메우기가 어려운 단점이 있다.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 조성물은 28일 강도는 15-50 kg/cm²이고, 보다 바람직하게는 17-40 kg/cm²이다. 그라우트재의 28일 강도가 15 kg/cm² 미만일 경우에는 지하 구조물을 외부압력으로부터 보호하는 힘이 약하며, 50 kg/cm²를 초과하는 경우에는 강도가 지나치게 높아 지하 구조물의 재시공 과정에 어려움을 겪게 되는 문제점이 있다.

또 다른 구현예에 따르면, ① 상기 경화제는 규산 나트륨이고, ② 상기 음이온성 고분자 안정화제는 2-프로펜산 나트륨 2-프로펜아마이드 중합체이며, ③ 상기 A액은 물 35-75 중량%, 시멘트 25-65 중량%를 포함하고, ④ 상기 B액은 물 41-85 중량%, 경화제 13-58 중량%, 음이온성 고분자 안정화제 0.5-2.1 중량%를 포함하며, ⑤ 상기 A액과 하기 B액을 부피비 0.75-1.4 : 1로 포함된다.

여러 종류의 물질과 다양한 조성 변경을 통해 수많은 실험을 수행한 결과, 위와 같이 ① 내지 ⑤의 조건을 모두 만족하는 경우에야 비로소 겔화 시간, 가소성 유지 시간, 강도, 내수성, 체적 안정성이 우수해질 뿐 아니라, 특히 총투과전하량이 무시 가능할 정도로 관측되었으며, 반면 이와 유사한 기능의 다른 물질을 사용하거나 또는 상기 범위 밖의 조성을 사용하는 등 위 ① 내지 ⑤ 조건 중 어느 하나라도 충족되지 않는 경우에는 특히 높은 총통과전하량을 보여 염화물 이온 침투 저항성이 저하됨을 확인하였다.

또 다른 구현예에 따르면, ① 상기 재료분리 방지제는 팽윤도가 20 이상인 벤토나이트이고, ② 상기 벤토나이트 재료분리 방지제는 상기 A액 100 중량부를 기준으로 1-3 중량부 상기 A액에 포함되며, ③ 상기 경화제는 규산 나트륨이고, ④ 상기 음이온성 고분자 안정화제는 2-프로펜산 나트륨 2-프로펜아마이드 중합체이며, ⑤ 상기 A액은 물 35-75 중량%, 시멘트 25-65 중량%를 포함하고, ⑥ 상기 B액은 물 41-85 중량%, 경화제 13-58 중량%, 음이온성 고분자 안정화제 0.5-2.1 중량%를 포함하며, ⑦ 상기 A액과 하기 B액을 부피비 0.75-1.4 : 1로 포함된다.

여러 종류의 물질과 다양한 조성 변경을 통해 수많은 실험을 수행한 결과, 위와 같이 ① 내지 ⑦의 조건을 모두 만족하는 경우에야 비로소 그라우팅재의 백화 현상이 방지되었으며, 반면 이와 유사한 기능의 다른 물질을 사용하거나 또는 상기 범위 밖의 조성을 사용하는 등 위 ① 내지 ⑦ 조건 중 어느 하나라도 충족되지 않는 경우에는 그라우팅재의 백화 현상으로 인해 백색 석출물이 관측되었다.

본 발명의 다른 측면은 (A) 물에 시멘트를 첨가하여 A액을 준비하는 단계, (B) 물에 경화제 또는 급결제 및 음이온성 고분자 안정화제를 투입하고 혼합하여 B액을 준비하는 단계, (C) 상기 A액과 상기 B액을 부피비 0.67-1.5 : 1로 압송하여 주입구 끝단에서 혼합하고 공극 또는 공동에 주입하는 단계를 포함하는 내수성이 우수한 가소성 그라우트 주입공법에 관한 것이다.

본 발명의 공법은 본 발명의 여러 구현예에 따른 2액형 지반 주입용 그라우트 조성물을 사용하기 때문에, 이 둘 사이에 공통된 내용은 본 명세의 과도한 복잡성을 피하기 위해, 그 기재를 생략한다.

이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.

또한 이하에서 제시되는 실험 결과는 상기 실시예 및 비교예의 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 발명의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다.

실시예

실시예 1 내지 9

하기 표 1에 기재된 조성에 따라서 물에 시멘트를 투입하고, 필요에 따라 팽윤도 25인 벤토나이트 재료분리 방지제를 추가로 첨가하여, A액을 제조하였다. 마찬가지로 하기 표 1의 조성에 따라 물과 경화제 및 안정화제를 투입하여 B액을 제조하였다. 안정화제로는 2-프로펜산 나트륨 2-프로펜아마이드 중합체를 에멀젼 형태로 사용하였다. 제조된 A액과 B액은 하기 표 1에 기재된 바에 따라 혼합하고 나서, 특성을 측정하고자 하는 시험 항목에 따라 실험을 실시하였다.

비교예 1 내지 7

하기 표 1에 기재된 조성에 따라서 위 실시예와 동일하게 그라우트 주입용 조성물을 제조하고, 제조된 A액과 B액을 혼합하였다.

시험예 1: 겔화 시간의 측정

세로로 긴 비닐봉투에 A액 350 g을 넣고 A액 높이 정도에서 비닐봉투를 꼬아 접어 준 후 비율에 맞춰 B액을 넣어 A액과 B액이 분리되도록 하고, 비닐봉투 입구를 조여주었다. 겔 타임 시작과 동시에 A액과 B액 사이를 잡고 있던 손을 놓으면서 비닐봉투를 세로로 잡고 아래위로 흔들어 주면서 A액과 B액이 만나 반응하여 더 이상의 유동성이 느껴지지 않고 멈출 때의 시간을 겔 타임으로 정하였다.

시험예 2: 가소 상태 유지 시간

겔 타임을 측정한 후, 5분 후에 비닐봉투 아래쪽 끝단 모서리를 지름 2 cm 정도로 잘라내고 비닐봉투를 양손으로 짤 때 토출되는 재료가 끊어짐과 부스러짐 없이 가소상태로 빠져 나오는지 확인하였다.

시험예 3: 1축 압축강도의 측정

압축강도를 측정하기 위하여 가로세로 50 mm ㅧ 50 mm의 큐빅 몰드로 시편을 만들어 KS L 5105 수경성 시멘트 모르타르의 압축 강도 시험 방법을 따라 측정하였다.

시험예 4: 내수성 실험

수중에서 불분리되는지를 확인하는 방법으로 청수가 담긴 투명 유리 비이커에 A액과 B액을 설계된 비율대로 혼합한 후 겔이 형성되기 전과 겔이 형성된 후의 시료를 투입하였을 때 지반 주입재가 물에 희석되거나 풀려서 흐린 상태가 되는지 여부를 실험하였다.

시험예 5: 체적변화성 평가

수중 및 공기 중 양생을 통한 체적 변형량을 측정하였다. 체적 변형량은 공시체 제작 후 7일 동안 기중 건조시키면서 공시체의 직경 및 높이의 변화를 측정하여 시간경과에 따른 공시체의 체적 변화를 관찰함으로써 측정하였다.

상기 실시예 1-7 및 비교예 1-7에서 제조한 시편에 관해 위와 같은 시험을 수행한 결과를 아래 표 2와 3에 각각 제시하였다.

시험예 6: 염화물 이온 침투저항성 평가

KS F2711 시험방법에 따라 염화물 이온 침투저항성을 평가하였다. 확산 셀의 중앙부에 시험체를 세팅한 후, 양극에는 0.3M NaOH 용액, 음극에는 3% NaCl 용액을 사용하여, 셀의 양단에 60V의 직류전압을 6시간 동안 인가하고, 시험체에 흐르는 전류를 측정하여 총통과전하량을 측정하였다.

그 결과, 실시예 1의 그라우팅재는 백그라운드 수치 정도의 무시 가능한 수준으로 측정된 반면, 실시예 2 내지 5에서는 각각 821, 953, 1124, 312 쿨롱으로 높은 수준의 총통과 전하량이 측정됨을 확인하였다.

시험예 7: 백화 시험

실시예 6 내지 9에서 각각 제조된 그라우팅재 시편을 7일 동안 양생한 후, 해수에 3일 동안 침지시켜 시편 내 성분과 해수 내 존재하는 황산마그네슘 등의 성분이 반응하여 백색의 침전물이 석출되는 정도를 육안으로 관측하였다.

그 결과, 실시예 6 및 7의 그라우팅재에서는 별다른 현상이 관측되지 않는 반면, 실시예 8 및 9의 그라우팅재에는 백색 석출이 관찰됨을 확인하였다.

Claims

하기 A액과 하기 B액을 부피비 0.75-1.4 : 1로 포함하는 2액형 지반 주입용 그라우트 조성물로서,
(a) 물 35-75 중량% 및 시멘트 25-65 중량% 포함하는 A액,
(b) 물 41-85 중량%, 경화제 또는 급결제 13-58 중량%, 음이온성 고분자 안정화제 0.5-2.1 중량%를 포함하는 B액,
상기 경화제는 규산 나트륨이고,
상기 음이온성 고분자 안정화제는 2-프로펜산 나트륨 2-프로펜아마이드 중합체인 것을 특징으로 하는 2액형 지반 주입용 그라우트 조성물.
제1항에 있어서, 상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트이거나, 또는 포틀랜드 시멘트에 슬래그 파우더, 플라이 애쉬, 칼슘 화합물 중에서 선택된 1종 이상의 첨가제가 혼합된 기능성 시멘트이고,
상기 급결제는 실리케이트계 급결제, 알루미네이트계 급결제, 알칼리프리계 급결제, 시멘트 광물계 급결제 또는 이들 2종 이상의 혼합물이고,
상기 음이온성 고분자 안정화제는 2-프로펜산 나트륨 2-프로펜아마이드 중합체인 것을 특징으로 하는 2액형 지반 주입용 그라우트 조성물.
제1항에 있어서, 상기 A액 100 중량부를 기준으로 재료분리 방지제 1-6 중량부가 상기 A액에 포함되는 것을 특징으로 하는 2액형 지반 주입용 그라우트 조성물.
제3항에 있어서, 상기 재료분리 방지제는 팽윤성 점토광물인 것을 특징으로 하는 2액형 지반 주입용 그라우트 조성물.
제1항에 있어서, 상기 A액 100 중량부를 기준으로 지연제 0.1-0.6 중량부가 상기 A액에 포함되는 것을 특징으로 하는 2액형 지반 주입용 그라우트 조성물.
삭제
제1항에 있어서, 상기 A액 100 중량부를 기준으로 재료분리 방지제 1-3 중량부가 상기 A액에 포함되고,
상기 재료분리 방지제는 팽윤도가 20 이상인 벤토나이트인 것을 특징으로 하는 2액형 지반 주입용 그라우트 조성물.
제1항에 있어서, 상기 2액형 지반 주입용 그라우트 조성물은 겔화 시간이 1-20초이고, 가소성 유지 시간이 5-25분이며, 1시간 강도가 0.3-2 kg/cm²이고, 28일 강도는 17-40 kg/cm²인 것을 특징으로 하는 2액형 지반 주입용 그라우트 조성물.
하기 (A) 내지 (C) 단계를 포함하는 지반 그라우팅 공법으로서:
(A) 물과 시멘트를 혼합하여 A액을 준비하는 단계,
(B) 물에 경화제 또는 급결제 및 음이온성 고분자 안정화제를 투입하고 혼합하여 B액을 준비하는 단계,
(C) 상기 A액과 상기 B액을 부피비 0.75-1.4 : 1로 포함하는 2액형 지반 주입용 그라우트 조성물을 압송하여 주입구 끝단에서 혼합하고 공극 또는 공동에 주입하는 단계;
상기 A액은 상기 물 35-75 중량%, 상기 시멘트 25-65 중량%를 포함하고,
상기 B액은 상기 물 41-85 중량%, 상기 경화제 또는 급결제 13-58 중량%, 상기 음이온성 고분자 안정화제 0.5-2.1 중량%를 포함하며,
상기 경화제는 규산 나트륨이고,
상기 음이온성 고분자 안정화제는 2-프로펜산 나트륨 2-프로펜아마이드 중합체인 것을 특징으로 하는 지반 그라우팅 공법.
제9항에 있어서, 상기 시멘트는 포틀랜드 시멘트이거나, 또는 포틀랜드 시멘트에 슬래그 파우더, 플라이 애쉬, 칼슘 화합물 중에서 선택된 1종 이상의 첨가제가 혼합된 기능성 시멘트이고,
상기 급결제는 실리케이트계 급결제, 알루미네이트계 급결제, 알칼리프리계 급결제, 시멘트 광물계 급결제 또는 이들 2종 이상의 혼합물이고,
상기 음이온성 고분자 안정화제는 2-프로펜산 나트륨 2-프로펜아마이드 중합체인 것을 특징으로 하는 지반 그라우팅 공법.
제9항에 있어서, 상기 A액 100 중량부를 기준으로 재료분리 방지제 1-6 중량부가 상기 A액에 포함되는 것을 특징으로 하는 지반 그라우팅 공법.
제11항에 있어서, 상기 재료분리 방지제는 팽윤성 점토광물인 것을 특징으로 하는 지반 그라우팅 공법.
제9항에 있어서, 상기 A액 100 중량부를 기준으로 지연제 0.1-0.6 중량부가 상기 A액에 포함되는 것을 특징으로 하는 지반 그라우팅 공법.
제9항, 제10항, 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 경화제는 규산 나트륨이고,
상기 음이온성 고분자 안정화제는 2-프로펜산 나트륨 2-프로펜아마이드 중합체이며,
상기 A액은 상기 물 35-75 중량% 및 상기 시멘트 25-65 중량%를 포함하고,
상기 B액은 물 41-85 중량%, 경화제 13-58 중량%, 음이온성 고분자 안정화제 0.5-2.1 중량%를 포함하며
상기 A액과 상기 B액을 부피비 0.75-1.4 : 1로 포함하는 것을 특징으로 하는 지반 그라우팅 공법.
제9항에 있어서, 상기 A액 100 중량부를 기준으로 재료분리 방지제 1-3 중량부가 상기 A액에 포함되고,
상기 재료분리 방지제는 팽윤도가 20 이상인 벤토나이트인 것을 특징으로 하는 지반 그라우팅 공법.
제14항에 있어서, 상기 2액형 지반 주입용 그라우트 조성물은 겔화 시간이 1-15초이고, 가소성 유지 시간이 5-25분이며, 1시간 강도가 0.3-2 kg/cm²이고, 28일 강도는 17-40 kg/cm²인 것을 특징으로 하는 지반 그라우팅 공법.