KR102503145B1

KR102503145B1 - 현장 경화 말뚝용 팽창성 모르타르 조성물 및 이를 이용한 현장 경화 말뚝 시공공법

Info

Publication number: KR102503145B1
Application number: KR1020200073153A
Authority: KR
Inventors: 윤성진; 문경주; 임양현; 서세관
Original assignee: 주식회사 대웅
Priority date: 2020-06-16
Filing date: 2020-06-16
Publication date: 2023-02-24
Also published as: KR20210155654A

Abstract

본 발명은 매입 말뚝 시공용 주면 고정재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제철소 소결공정 중 배가스 라인에서 발생하는 SOx를 제거하기 위해 중산나트륨(NaHCO₃)을 사용하여 탈황 처리한 후 발생하는 중산나트륨 반응부산물을 고로슬래그 미분말의 자극제로 대량 활용하여 초기 유동성 및 초기 강도 확보가 가능하면서 체적 안정성이 우수한 매입 말뚝 시공용 주면 고정재 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 의한 매입 말뚝 시공용 주면 고정재 조성물은 제철소 소결공정 중 배가스 라인에서 발생하는 SOx를 제거하기 위해 탈황제로서 순도 80% 이상의 중탄산나트륨(NaHCO₃)을 사용하여 탈황 처리한 후 발생하는 중탄산나트륨 반응부산물 100중량부에 대하여, 고로슬래그 미분말 15∼200중량부를 포함한다.

Description

현장 경화 말뚝용 팽창성 모르타르 조성물 및 이를 이용한 현장 경화 말뚝 시공공법{EXPANDABLE MORTAR COMPOSITION AND PILE CONSTRUCTION METHOD}

본 발명은 현장 경화 말뚝용 팽창성 모르타르 조성물 및 이를 이용한 현장 경화 말뚝 시공공법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 깊은 기초에도 사용될 수 있을 뿐만 아니라 주변지반의 강도 증가, 침하 저지 효과를 얻을 수 있는 현장 경화 말뚝용 팽창성 모르타르 조성물 및 이를 이용한 현장 경화 말뚝 시공공법에 관한 것이다.

일반적으로 연약지반상에 놓인 상부구조물의 상재하중을 지지하고 견고한 지반으로 하중을 전달하기 위해서 말뚝기초(깊은 기초)를 이용하고 있다. 지금까지는 말뚝기초를 PHC 말뚝을 항타 또는 매입에 의해 시공하고 있으며, 항타 공법은 시공시 타격으로 인한 진동과 소음으로 인해 많은 문제점들을 야기 시키고 PHC 말뚝 매입 말뚝 공법은 15층 이상의 고층 구조물에는 적합하나 상대적으로 하중이 적은 중·저층 구조물에는 과도한 기초 공법이며 비용이 상승되는 원인으로 작용된다.

일반적으로 재료를 충진해 연약지반을 개량하는 현장 경화 말뚝 공사는 천공 후 시멘트 밀크 및 화학약품을 주입하는 약액주입공법, 굴착지반에 20mm 이상의 굵은 골재를 선투입 후 시멘트 페이스트를 주입하는 현장타설 골재 말뚝 공법, 석분 및 마사토를 골재로 하여 현장에서 혼합하여 저유동 모르타르를 충진하는 압밀 그라우팅(Compaction Grouting) 공법 및 현지 토사에 시멘트 페이스트를 혼합하여 기둥체를 형성하는 쏘일-시멘트 말뚝 공법 등이 있다.

시멘트 밀크 주입 공법은 골재가 투입되지 않아 약 800kg/m³ 이상의 높은 단위 시멘트량으로 경제성이 불리하며, 현장타설 골재 말뚝 공법은 공정이 복잡하여 공사기간이 길어지는 문제점이 발생된다. 압밀 그라우팅 공법은 개량대상 지반에 소정 심도까지 천공기를 이용해 구멍을 파낸 직후 저유동성 모르타르를 고압펌프를 이용해 주입하면서 주변 지반의 압밀을 유도하는 공법이다. 결합재로서 1종 시멘트를 사용하고 골재로서 마사토와 석분 등을 사용하여 물과 현장에서 혼합한 저유동성 모르타르를 압밀 충진하는 공법이다. 그러나 마사와 석분은 덤프트럭 등을 이용하여 미포장 상태로 현장 반입되므로 정확한 중량으로 투입하는 것에 어려움이 있으며, 상기 재료들이 불균질한 습윤상태로 반입되기 때문에 현장에서 혼합 시 유동성 조절에 어려움이 있었다. 또한 소일-시멘트 공법은 비배토 방식으로 토사를 별도 배출하지 않는 장점은 있지만 말뚝 경화체 28일 압축강도가 통상적으로 2∼4MPa로 매우 낮은 단점이 있다.

한편, 시멘트에 의한 수축을 보상하거나 자체 팽창력을 주어 주변지반의 강도 증가, 침하저지 효과를 얻을 수 있도록 사용되는 팽창성 케미컬 파일(Chemical Pile) 공법은 생석회, 벤토나이트, 알루미늄 분말, 알루미늄 드로스 등의 팽창효과에 의해 주변지반의 함수비 저감 및 팽창에 의한 수평방향의 압밀 등의 역할을 하게 된다. 이에 의해 주변지반의 강도 증가, 침하저지 효과를 가져올 수 있다. 그러나 생석회만을 이용한 말뚝형태는 약 0.5MPa의 낮은 강도를 나타내어 구조적인 지지말뚝으로써는 불안정하고 급격한 발열반응으로 작업안전성을 저해시키고, 벤토나이트는 수입 광물이며 염분이 존재할 경우 그 팽윤도가 급격히 저하되는 단점이 있다. 알루미늄 분말은 발포성능을 최대한 발현하기 위해 높은 분말도를 가진 미립자를 사용해야 하는 특성과 알루미늄의 비중이 낮은 특성 때문에 비산되기 쉽고, 밀폐되고 특별한 구조를 가진 일체식 저장, 계량 및 혼합장치를 구비해야 시공이 가능하기 때문에 건설현장에서 거의 적용되지 못하였다. 알루미늄 드로스는 물과 접촉 시 심한 발열과 유해 가스에 의한 악취 발생으로 현장에서 상용화가 어려운 실정이다.

등록특허 제10-0627846호 공개특허 1999-0048467 공개특허 2018-0052969

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 자체 팽창력에 의해 주변지반의 강도증가와 더불어 연약지반에 수직의 말뚝 형태로 시공됨으로써 생성된 고결체는 10∼20MPa의 압축강도를 발현하여 구조적으로 침하에 대해 지지말뚝, 활동에 대해 보강말뚝으로서 효과를 발휘할 수 있는 현장 경화 말뚝용 팽창성 모르타르 조성물 및 이를 이용한 현장 경화 말뚝 시공공법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 결합재 및 골재가 발전소 및 제철소에서 발생되는 순환자원으로 천연자원을 훼손하여 얻어야만 하는 시멘트 및 골재를 대체할 수 있고 현장에서 품질관리가 용이하도록 공장에서 미리 혼합하여 현장에서 물만 부어 사용이 가능한 현장 경화 말뚝용 팽창성 모르타르 조성물 및 이를 이용한 현장 경화 말뚝 시공공법을 제공함에 있다.

위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 의한 현장 경화 말뚝용 팽창성 모르타르 조성물은 결합재로서 제철소 소결공정 중 배가스 라인에서 발생하는 SOx를 제거하기 위해 탈황제로 순도 80% 이상의 중탄산나트륨(NaHCO₃)를 사용하여 탈황 처리 후 발생하는 분진 100중량에 대하여, 고로슬래그 미분말 15∼500중량부를 포함하며, 골재로서 0.01∼10mm 입도로 조정된 발전소 폐유동사 20∼3,000중량부를 포함한다.

또한, 상기 결합재는 상기 중탄산나트륨 탈황 분진 100중량부에 대하여 시멘트가 2∼200중량부 더 포함되며, 상기 시멘트는 1종 시멘트, 3종 시멘트, 준조강 시멘트, CSA(Calcium Sulfur Aluminate), 고로슬래그 시멘트, 플라이애시 시멘트 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 결합재는 상기 중탄산나트륨 탈황 분진 100중량부에 대하여 팽창재가 5∼50중량부 더 포함되며, 상기 팽창재는 생석회, 경소백운석, 생석회 집진 더스트 및 경소백운석 집진 더스트 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 더 포함한다.

또한, 상기 결합재는 상기 중탄산나트륨 탈황 분진 100중량부에 대하여 CaO 성분이 15중량% 이상인 비산재 5∼200중량부를 더 포함되며, 상기 비산재는 석탄, 고형연료, 유기성 슬러지 및 폐비닐 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 연료로 하여 배출된 것을 특징으로 하다.

본 발명에 의한 현장 경화 말뚝용 팽창성 모르타르를 이용한 현장 경화 말뚝 시공공법은 1) 상술한 팽창성 모르타르를 공장에서 제조하는 단계; 2) 상기 팽창성 모르타르를 현장으로 운송하는 단계; 3) 오거를 이용하여 지반을 천공하여 목표심도까지 굴착하는 단계; 및 4) 지상에서 상기 팽창성 모르타르에 물을 배합하고 유압펌프를 이용하여 압송 및 배출하여 천공내부에 말뚝체를 형성하는 단계를 포함한다.

또한, 5) 인발된 연속오거를 지반으로부터 철거 후 모르타르에 의해 형성된 두부를 정리하는 단계; 및 6) 지상에서 조립한 철근망을 상기 말뚝체가 굳기 전에 말뚝체에 삽입하는 단계를 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에 따르면, 자체 팽창력에 의해 주변지반의 강도증가와 더불어 연약지반에 수직의 말뚝 형태로 시공됨으로써 생성된 고결체는 10∼20MPa의 압축강도를 발현하여 구조적으로 침하에 대해 지지말뚝, 활동에 대해 보강말뚝으로서 효과를 발휘한다.

또한, 본 발명에 사용되는 결합재 및 골재가 발전소 및 제철소에서 발생되는 순환자원으로 천연자원을 훼손하여 얻어야만 하는 시멘트 및 골재를 대체할 수 있고 현장에서 품질관리가 용이하도록 공장에서 미리 혼합하여 현장에서 물만 부어 사용이 가능한 장점이 있다.

도 1은 실시예 1의 공시체 제작 후 1일 경과 후 팽창된 모르타르 외관 사진이다.

이하, 현장 경화 말뚝용 팽창성 모르타르 조성물 및 이를 이용한 현장 경화 말뚝 시공공법에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명에 의한 현장 경화 말뚝용 팽창성 모르타르는 결합재로서 제철소 소결공정 중 배가스 라인에서 발생하는 SOx를 제거하기 위해 탈황제로 순도 80% 이상의 중탄산나트륨(NaHCO₃)를 사용하여 탈황 처리 후 발생하는 중탄산나트륨 탈황 분진 100중량에 대하여, 고로슬래그 미분말 15∼500중량부를 포함하며, 골재로서 0.01∼10mm 입도로 조정된 발전소 폐유동사 20∼3,000중량부를 포함한다.

소결(Sintering)은 분체를 녹는점 이하 또는 부분적 용융 정도로 가열하여 단단한 결합체로 만드는 것을 의미하는 것으로, 제철소의 소결공정은 분광, 석회석, 분코크스, 반광 및 분탄 등을 포함하는 배합원료를 소결기에서 연소시켜 고로에 장입하기 위한 소결광을 제조하는 공정이다.

제철소의 소결공정에서는 배출가스는 황(S)을 다량 포함하고 있기 때문에 대기오염을 방지하기 위해 탈황설비를 이용하여 배출가스로부터 황을 제거한다. 탈황제로써는 수산화칼슘(Ca(OH)₂) 또는 중탄산나트륨(NaHCO₃)을 많이 사용하고 있다. 그러나, 수산화칼슘은 낮은 반응성으로 인하여 탈황 효율이 낮다는 문제점이 있어, 최근에는 90% 이상의 고순도 수산화칼슘 사용하거나 높은 탈황 효율을 가지는 장점을 지닌 중탄산나트륨을 탈황제로 사용이 점차 증가하고 있는 추세이다.

상기 중탄산나트륨을 탈황제 사용하는 공정은 중탄산나트륨을 배기가스 중에 투입하여 반응시키고 황화물 형태의 반응 결과물을 포집 수거하여 폐기 처분하는 것으로 이루어진다. 또한 중금속 용출을 억제하기 위해 활성탄을 중탄산나트륨과 같이 투입할 수도 있다.

화학식 1

2NaHCO₃(탈황제) + SO₂ + 1/2O₂ → Na₂SO₄(폐기물) + 2CO₂ + H₂O

탈황공정은 주어진 배기가스 온도에서 한정된 시간 내에 신속히 반응을 완결하여야 하는데, 중탄산나트륨은 95℃의 비교적 낮은 온도에서부터 탄산나트륨으로 열분해 되기 때문에 최적의 탈황제로 사용되고 있다.

화학식 2

2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O

이러한 탈황공정에서 중탄산나트륨의 분말도가 높을수록 배기가스 중의 황 성분과의 반응 속도를 상승시킴과 더불어 배기가스 중의 유해한 중금속류들을 유효하게 흡착하여 대기 중으로 배출되는 배기가스를 청정하게 유지 관리하는 것이 가능해진다.

중탄산나트륨 탈황 분진은 상기와 같은 적정 반응을 통해 배출되었을 때 고로슬래그 미분말의 자극제로 활용이 가능하며 이때 성분은 상기 중탄산나트륨 탈황 분진은 탄산나트륨 2∼40중량%, 황산나트륨 50∼88중량% 및 염화나트륨 1∼10중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 중탄산나트륨은 순도 80% 이상의 것을 사용하는 것이 바람직한데, 순도 80% 이하의 중탄산나트륨은 배기가스와 접촉 시 탈황 효율이 저하되어 고로슬래그 미분말과 반응할 수 있는 황산나트륨 성분이 저하되어 강도 발현 성능이 급격히 저하하게 된다.

그러나 상기와 같이 중탄산나트륨 탈황 분진은 고로슬래그 미분말의 자극제로 활용은 가능하나 염소 성분이 존재하여 철근과 같이 사용되는 레미콘 재료로는 활용이 어려울 뿐만 아니라 나트륨 성분이 높아 알칼리 골재 반응을 억제하기 위한 포틀랜드 시멘트의 나트륨 성분 총량 제한(Con'c 1㎥당 Na₂O 당량 3.0kg 이하) 때문에 레미콘용 결합재로는 사용이 어려운 실정이다.

고로슬래그 미분말은 제철 고로 공정에서 부산물로 발생하는 고온 용융상태의 슬래그를 물로 급냉 처리한 부산물이다. 고로슬래그 미분말은 물과 접촉하면 비결정질 피막이 형성되어 스스로 수화반응을 하지 않기 때문에 고로슬래그 미분말을 잠재수경성물질이라 한다. 잠재수경성이 발휘되기 위해서는 비결정질 피막이 파괴되어야 한다.

상기 고로슬래그 미분말은 0.045㎜(45㎛) 체 잔분이 10% 미만으로 검사 판정되거나, 분쇄 분급된 것이며, 물에 의해 슬래그를 급냉시킨 수쇄 급냉 고로슬래그를 분말화하여 사용한다. 상기 고로슬래그 미분말이 0.045㎜(45㎛) 체 잔분이 10% 미만으로 이루어져 있어 입자의 활성도가 향상됨으로써 잠재수경성이 발휘될 수 있는 이점이 있다.

통상의 고로슬래그 미분말에 물을 투입하게 되면, 표면에 비결정질 피막이 형성되어, 내부의 Ca²⁺, Al³⁺ 등의 용출이 이루어지지 않는다. 그러나, 중탄산나트륨 탈황 분진을 혼입 후 물을 투입하게 되면, 물을 급격히 흡수하지 않고 물에 빨리 용해되면서 Na⁺와 SO₄ ^2-로 나뉘어 이온 상태로 분리되어 SO₄ ^2-성분이 고로슬래그 미분말의 비결정질 피막을 파괴하여 Ca²⁺, Al³⁺ 등의 용출이 용이하게 되고, 용출 이온들이 CaO-SiO₂-H₂O계 수화물 등을 생성하게 됨으로써 경화를 빠르게 촉진하고, 잉여 황산화물은 침상형의 구조를 가지는 팽창성 광물인 에트린가이트 수화생성물(3CaOㆍAl₂O₃ㆍ3CaSO₄ㆍ32H₂O)을 생성시킴으로써 수화체 내부의 조직을 치밀화하여 경화체의 압축강도 향상 및 팽창성을 유도할 수 있다.

상기 중탄산나트륨 탈황 분진 100중량부에 대하여 고로슬래그 미분말은 15∼500중량부가 혼입되는 것이 바람직하다. 고로슬래그 미분말이 15중량부 미만일 경우 고로슬래그 미분말의 반응은 거의 100% 이루어질 수 있으나 고로슬래그 미분말에 비하여 상대적으로 자극제의 양이 과도하여 반응하지 못한 중탄산나트륨 탈황 분진이 다량 존재하여 강도 발현이 어렵게 된다. 반대로 500중량부 초과일 경우 중탄산나트륨 탈황 분진에 의한 자극 효과가 약하여 초기강도가 급격히 저하되고 수화반응을 개시하지 못한 슬래그의 잉여량이 존재하게 되며 경제성 또한 불리하게 된다.

또한, 상기 중탄산나트륨 탈황 분진은 분말도가 5,000∼9,000cm²/g이고 고로슬래그 미분말은 분말도가 3,000∼7,000cm²/g인 것이 바람직하다.

중탄산나트륨 탈황 분진의 분말도가 5,000cm²/g 미만일 경우 물에 대한 용해도가 낮아지게 되면서 Na⁺와 SO₄ ^2-로 나뉘어 이온 상태로 분리가 늦어지게 되어 고로슬래그 미분말과 초기에 반응할 수 없어 초기 유동성 및 초기 강도 확보가 어렵게 된다. 따라서, 반드시 분말도가 5,000m²/g 이상인 중탄산나트륨 탈황 분진의 사용은 필수 불가결한 요소이며 분말도가 5,000m²/g 미만인 경우에는 분쇄하여 사용하도록 한다. 반대로 분말도가 9,000cm²/g을 초과하는 경우에는 자극 효과는 더욱 강해지나 유동성이 오히려 급격하게 저하되고 급결성이 강해 이송 중에 관이 막히는 현상이 발생한다.

고로슬래그 미분말은 분말도가 3,000cm²/g 미만일 경우 입자의 활성도가 급격히 저하되어 강도 발현이 어렵게 된다. 반대로 9,000cm²/g 초과할 경우에는 분쇄 비용 상승으로 경제성이 급격히 저하되게 된다.

상기 폐유동사는 석탄, 일반고형연료(SRF, Solid Refuse Fuel), 바이오고형연료(BIO-SRF, Biomass-Solid Refuse Fuel), 유기성 슬러지로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 연료로 사용하는 발전소에서 배출된다. 폐유동사는 SiO₂ 성분이 상대적으로 적고 CaO 성분이 다량 존재하여 물과 반응시 자체 팽창성이 있다. 또한 발생하는 회분의 영향으로 유동층 연소기 및 가스화기내에서 유동사의 표면 융점이 저하되어 융착에 의한 응집이 진행된다. 이는 연료 중 알카리 성분, 주로 칼륨과 나트륨이 응집작용의 원인으로 작용하며, 이는 유동사의 실리카 성분과 함께 저융점 규산염을 형성함으로써 응집반응을 일으키는 것으로 확인되어 왔다. 회분이 형성하는 용융점은 연료에 따라 다르며, 주로 칼륨 및 나트륨 등의 알칼리 성분을 다량 함유한 고형연료로부터 형성된 재는 비교적 낮은 용용온도를 갖는다. 즉, 연료에 알칼리계 저비점 금속이 존재하는 경우 보일러 내 응집현상이 발생한다. 이러한 응집현상은 슬래깅과 파울링 현상을 유도하여 보일러의 열전달 효율을 감소시키는 것으로 알려져 있다. 따라서, 유동층 내 알칼리 금속에 의한 응집이 발생한 후 주기적인 정비를 진행하지 않으면, 최종적으로 비유동화가 발생하고 공정 운전이 중단되는 현상이 발생한다.

따라서 폐유동사 표면은 칼슘 성분과 나트륨 및 칼륨 성분이 함유된 저융점 규산염 형태로 존재한다. 칼슘 성분은 물과 반응 시 체적 팽창을 일으킬 수 있고 나트륨, 칼륨 화합물은 고로슬래그 미분말 및 시멘트와 반응시 급결을 일으킬 수 있어 1∼2시간 정도의 이동시간 필요한 레미콘 등의 골재로는 활용이 어렵지만 현장에서 발로 물만 부어 지중에 주입하는 그라우팅재의 골재로서는 급결을 일으킬 수 있는 매우 탁월한 효과를 발휘할 수 있다.

또한, 발전소 폐유동사는 융착 현상이 발생하여 배출되기 때문에 응집된 큰 덩어리 형태로도 존재할 수 있지만 입도를 0.01∼10mm로 조정할 경우 기존 압밀 그라우팅 공법에 사용되는 마사토나 석분을 대체할 수 있는 골재 기능을 수행할 수 있다.

상기 발전소 폐유동사는 상기 중탄산나트륨 탈황 분진 100중량부에 대하여 20∼3,000중량부를 포함한는 것이 바람직하다. 20중량부 미만이면 상대적으로 결합재의 양이 많아져 점성이 과도해지고 경제성이 불리해진다. 반대로 3,000중량부를 초과할 경우 상대적으로 골재량이 많아져 강도를 발현할 수 없으며, 점성이 부족해 재료 분리 현상이 발생할 수 있다.

또한, 상기 중탄산나트륨 탈황 분진 100중량부에 대하여 시멘트가 2∼200중량부 더 포함되며, 상기 시멘트는 1종 시멘트, 3종 시멘트, 준조강 시멘트, CSA(Calcium Sulfur Aluminate), 고로슬래그 시멘트, 플라이애시 시멘트 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 시멘트는 초기강도를 증진시키기 위하여 시중에서 유통되는 일반적인 제품을 사용하면 된다. 시멘트는 중탄산나트륨 탈황 분진 100중량부에 대하여 2∼200중량부 포함되는 것이 바람직하다. 2중량부 미만이면 초기 강도를 발현할 수 없으며, 200중량부를 초과하여 혼입될 경우에는 경제성이 불합리하고 6가 크롬 등이 용출될 수 있어 친환경적이지 못하다.

또한, 팽창성을 증진시키기 위해 중탄산나트륨 탈황 분진 100중량부에 대하여 팽창재가 5∼50중량부 더 포함되며, 상기 팽창재는 생석회, 경소백운석, 생석회 집진 더스트 및 경소백운석 집진 더스트 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

생석회 및 경소백운석은 시중에서 유통되는 일반적인 제품을 사용하며, 생석회 집진 더스트 및 경소백운석 집진 더스트는 석회석 및 백운석의 소성 과정 중에 소성로 백필터에 집진되는 공정 부산물이면 사용이 가능하다.

상기 팽창재는 중탄산나트륨 탈황 분진 100중량부에 대하여 5∼50중량부 혼합되는 것이 바람직한데, 5중량부 미만일 경우 그 효과가 발휘되지 못하고 50중량부 초과일 경우 과도하게 팽창되어 오히려 모르타르의 균열을 일으킬 수 있어 오히려 강도를 크게 저하시킨다.

또한, 상기 중탄산나트륨 탈황 분진 100중량부에 대하여 CaO 성분이 15중량% 이상인 비산재 5∼200중량부를 더 포함되며, 상기 비산재는 석탄, 일반고형연료(SRF, Solid Refuse Fuel), 바이오고형연료(BIO-SRF, Biomass-Solid Refuse Fuel) 및 폐비닐 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 연료로 하여 배출된 것이 바람직하다. 상기 비산재는 모르타르 내부에 존재하는 잉여수량 흡착 및 점성을 증가하는 역할을 수행하여 재료분리를 억제할 수 있다. 또한 고운 미분말 형태의 비산재 혼입에 의해 모르타르의 배관 이송 시 폐유동사의 마찰에 의해 배관 마모를 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 또한 상기 비산재는 물과 접촉 시 팽창을 일으킬 수 있어 주변 지반의 압밀에 의한 강도를 증진시키는 역할을 수행한다.

상기 비산재는 중탄산나트륨 100중량부에 대하여 5중량부 미만일 경우 그 효과가 발휘되지 못하고 200중량부를 초과할 경우 상대적으로 분체량이 증가하여 유동성이 급격하게 저하하고 팽창이 과도해질 수 있다.

따라서, 본 발명의 팽창성 모르타르는 소요강도를 가지면서 원체적보다 팽창하는 성질을 갖는 모르타르로서, 유압펌프를 이용하여 일정 압력하에 천공구멍내에 주입됨으로써 팽창성 모르타르가 천공구멍 내 충전되면서 구멍주변의 느슨해진 지반을 어느 정도 밀어주어 다져주는 역할을 하게 된다. 이러한 주입압은 모르타르의 밀도를 증진시키고, 오거 인발시 발생될 수 있는 천공구멍 주변의 흙이 붕락하는 것을 막아주고, 말뚝체와 주변지반과의 접촉을 밀착시키는 역할을 하게 된다. 또한, 천공구멍에 채워지는 팽창성 모르타르는 소요 강도를 유지한 채 양생시 원체적보다 팽창되어 충전 주입압에 더하여 교란된 주변지반을 횡방향으로 밀어 다짐효과를 기대할 수 있으며, 말뚝체와 주변지반의 밀착을 견고하게 하여 말뚝의 지지력을 증대시키는 역할을 하게 된다. 이외에 팽창성 모르타르는 재료 팽창으로 인하여 말뚝 계획단면 확보가 용이하다.

이하 본 발명에 의한 공법의 단계에 대해 설명한다.

(1) 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 의한 팽창성 모르타르를 공장에서 제조하는 단계;

(2) 상기 팽창성 모르타르 제품을 현장으로 운송하는 단계;

(3) 오거를 이용하여 지반을 천공하여 목표심도까지 굴착하는 단계;

(4) 지상에서 상기 팽창성 모르타르에 물을 배합하고 유압펌프를 이용하여 압송 및 배출하여 천공내부에 말뚝체를 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 (1)단계에서는 공장에서 각 원료들을 정량 혼합하여 결합재와 골재가 균질하게 혼합된 형태로 제품을 생산하여 현장에 지대, 톤백 또는 벌크 형태의 포장 단위로 공급한다. 이때, 원재료의 수분 함량은 반드시 1% 이하가 되어야 현장으로 이송 시 수화반응을 억제할 수 있다. (2)단계에서는 공장에서 제조하여 공급된 모르타르 제품을 지대, 톤백 또는 벌크형태로 현장에 운송하여 야적 및 싸이로에 저장할 수 있다. (4)단계에서는 모르타르에 물을 정량 투입 후 혼합하여 현장에서 필요한 강도 및 유동성을 맞춰 습식 모르타르를 제조한다. 따라서 종래 공법과 같이 현장에서 골재로서 마사토 및 석분을 별도 혼합할 필요가 없이 현장에서 물만 투입 후 사용이 가능하여 공기 단축 및 품질 관리가 용이하다 할 수 있다.

또한, 5) 인발된 연속오거를 지반으로부터 철거 후 모르타르에 의해 형성된 두부를 정리하는 단계; 6) 지상에서 조립한 철근망을 상기 말뚝체가 굳기 전에 말뚝체에 삽입하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다. 또한 이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한하는 것으로 이해되어져서는 아니된다.

비교예 (1종 포틀랜드 시멘트 + 마사토 + 석분)

먼저, 결합재로서 1종 포틀랜드 시멘트 100중량부에 대하여 세골재로서 0.02㎜∼1.5㎜의 입도분포를 가진 점토성 실트질 토사 150중량부에 조골재로서 1.5㎜∼10㎜의 입도분포를 가진 석분 150중량부를 골재로 구성하고, 상기 모르타르 전체 혼합물에 대하여 물 30중량부를 강제식 믹서로 균질하게 혼합하여 모르타르 혼합물을 제조하였다.

다음으로 제조된 시료를 이용하여 슬럼프 시험을 실시하였고, 압축강도 측정용 공시체를 제작하여 재령별 압축강도를 측정하였다.

실시예 1

먼저, 결합재(중탄산나트륨 탈황 분진 40중량%, 고로슬래그 미분말 60중량%) 100중량부에 대하여 골재로서 0.01㎜∼10㎜의 입도분포를 가진 발전소 폐유동사 300중량부를 분체 리본 믹서로 균질하게 혼합하여 모르타르 혼합물을 제조하였다.

상기 모르타르 전체 혼합물에 대하여 물을 30중량부 혼합하여 강제식 믹서로 혼합하여 습식 모르타르를 제조하였고, 다음으로 제조된 시료를 이용하여 슬럼프 시험을 실시하였고, 압축강도 측정용 공시체를 제작하여 재령별 압축강도를 측정하였다.

실시예 2

먼저, 결합재(중탄산나트륨 탈황 분진 40중량%, 고로슬래그 미분말 50중량%, 1종 시멘트 10중량%) 100중량부에 대하여 골재로서 0.01㎜∼10㎜의 입도분포를 가진 발전소 폐유동사 300중량부를 분체 리본 믹서로 균질하게 혼합하여 모르타르 혼합물을 제조하였다.

실시예 3

먼저, 결합재(중탄산나트륨 탈황 분진 40중량%, 고로슬래그 미분말 45중량%, 1종 시멘트 10중량%, 생석회 5중량%) 100중량부에 대하여 골재로서 0.01㎜∼10㎜의 입도분포를 가진 발전소 폐유동사 300중량부를 골재를 분체 리본 믹서로 균질하게 혼합하여 모르타르 혼합물을 제조하였다.

실시예 4

먼저, 결합재(중탄산나트륨 탈황 분진 40중량%, 고로슬래그 미분말 40중량%, 1종 시멘트 10중량%, 생석회 5중량%, 폐비닐 소각 비산재 5중량%) 100중량부에 대하여 골재로서 0.01㎜∼10㎜의 입도분포를 가진 발전소 폐유동사 300중량부를 골재를 분체 리본 믹서로 균질하게 혼합하여 모르타르 혼합물을 제조하였다.

팽창성 모르타르의 성능시험방법 및 결과

아래 표 1에 나타낸 바와 같이 슬럼프 시험은 KS F 2402(콘크리트의 슬럼프시험방법), 압축강도시험은 KS F 2405(콘크리트의 압축강도시험방법)에 의해 실시하였으며 체적변화는 육안으로 검사하였다.

실험	방법	명칭
슬럼프	KS F 2402	콘크리트의 슬럼프 시험방법
압축강도	KS F 2405	콘크리트의 압축강도 시험방법
체적변화	육안검사

(1) 슬럼프 시험 결과

실시예와 비교예의 슬럼프를 측정한 결과를 표 2에 나타내었다. 실시예와 비교예의 단위 결합재 중량과 배합수의 중량, 그리고 골재의 중량이 동일함에도 불구하고 실시예의 슬럼프가 높게 나타났다. 이는 동일 슬럼프를 내기 위해 단위 수량 절감이 가능하다는 것을 의미하므로 종래 공법에서 사용된 마사토 및 석분에 비해 폐유동사를 사용한 경우 강도 향상 및 수축 저감에 효과적임을 나타낸다.

중탄산나트륨 탈황 분진과 고로슬래그 미분말을 결합재로 사용한 실시예 1의 경우와 시멘트가 더 첨가된 실시예 2의 경우에는 유사한 유동성을 나타내었으나 생석회와 폐비닐 소각 비산재가 더 포함된 실시예 3과 4는 다소 저하하는 경향을 나타내었다. 이는 생석회 및 폐비닐 소각 비산재가 순간적으로 다량의 수분을 흡수하기 때문으로 해석된다.

구분	슬럼프(cm)	압축강도(MPa)
구분	슬럼프(cm)	재령 3일	재령 7일	재령 28일
비교예	100	3.4	6.7	10.9
실시예 1	140	3.8	7.6	12.1
실시예 2	130	7.8	13.2	18.3
실시예 3	110	7.3	13.3	21.6
실시예 4	110	6.7	14.3	19.2

(2) 일축압축강도 시험성과

표 2는 실시예 및 비교예의 슬럼프와 일축압축강도 실험결과를 나타낸 것이다.

표 2와 같이 실시예 모두 비교예에 비하여 초기 및 장기 강도 모두 높게 발현되었으며, 이는 발전소 폐유동사가 기존 압밀 그라우팅 공법에 사용되는 석분이나 마사토에 비해 강도 발현에 유리하다는 것을 의미한다.

(3) 체적변화

실시예 1의 압축강도 공시체를 제작하여 탈형하기 전 체적 변화를 육안으로 관찰한 결과, 1일 경과후 실시예 1은 팽창성에 의해 체적이 증가하였음을 육안으로 확인할 수 있었다.

Claims

제철소 소결공정 중 배가스 라인에서 발생하는 SOx를 제거하기 위해 탈황제로 순도 80% 이상의 중탄산나트륨(NaHCO₃)을 사용하여 탈황 처리 후 발생하는 중탄산나트륨 탈황분진 100중량부에 대하여 고로슬래그 미분말 15∼500중량부를 포함하는 결합재 및
0.01∼10mm 입도로 조정된 발전소 폐유동사 20~3,000중량부를 현장에서 물만 부어 지중에 주입하는 그라우팅 골재로 포함하고,
상기 순도 80% 이상의 중탄산나트륨(NaHCO₃)을 사용하여 탈황 처리 후 발생하는 중탄산나트륨 탈황분진이 탄산나트륨 2∼40중량%, 황산나트륨 50∼88중량% 및 염화나트륨 1∼10중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 현장 경화 말뚝용 팽창성 모르타르 조성물.
제1항에 있어서,
상기 결합재는 상기 중탄산나트륨 탈황분진 100중량부에 대하여, 시멘트 2~200중량부가 더 포함되며,
상기 시멘트는 1종 시멘트, 3종 시멘트, 준조강 시멘트, CSA(Calcium Sulfur Aluminate), 고로슬래그 시멘트 및 플라이애시 시멘트 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 현장 경화 말뚝용 팽창성 모르타르 조성물.
제1항에 있어서,
상기 결합재는 상기 중탄산나트륨 탈황 분진 100중량부에 대하여 팽창재가 5∼50중량부 더 포함되며,
상기 팽창재는 생석회, 경소백운석, 생석회 집진 더스트 및 경소백운석 집진 더스트 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 현장 경화 말뚝용 팽창성 모르타르 조성물.
제1항에 있어서,
상기 결합재는 상기 중탄산나트륨 탈황 분진 100중량부에 대하여, CaO 성분이 15중량% 이상인 비산재 5∼200중량부를 더 포함되며,
상기 비산재는 석탄, 고형연료, 유기성 슬러지, 폐비닐 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 연료로 하여 배출된 것을 특징으로 하는 현장 경화 말뚝용 팽창성 모르타르 조성물.
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