KR102531971B1 - 지반보강 및 차수 그라우팅 공법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 지반보강 및 차수 그라우팅 공법에 있어서, 가) 지반을 천공하여 천공홀(1)을 형성하는 단계; 나) 상기 천공홀(1) 내부에 주입관(10)을 삽입하는 단계; 다) 상기 천공홀(1) 입구를 코킹하는 단계; 라) 상기 주입관(10) 속으로, 급결 그라우트재를 주입하는 단계를 포함하는 지반보강 및 차수 그라우팅 공법에 관한 것이다.
Description
본 발명은, 지반을 천공하고, 천공홀을 통해 그라우트재를 주입하여 지반을 보강하고, 지하수의 유입을 막는 지반보강 및 차수 그라우팅 공법에 관한 것이다.
지반보강 및 차수 공법은, 토목 및 건축 공사 중 주변 지반을 보강하여 지반의 붕괴를 방지하고, 지하수가 공사현장 내로 유입되는 것을 막기 위해 사용하는 공법이다.
지반을 보강하고 지하수 유입을 방지하기 위한 공법으로, 지반주입공법을 많이 사용하고 있다.
지반주입공법은 지반 내부로, 약액이나 시멘트 밀크 등의 고결재를 주입하고, 고결재가 토사와 함께 응결되도록 하여, 지반의 강도를 증진하고, 차수벽을 형성하여 지하수의 유입을 막는 방식이다.
지반주입공법은, 지하굴착 시 차수벽 형성, 연약 지반의 보강 및 차수, 기초파일 형성, 구조물의 기초 보강, 터널보강 및 차수 등에 많이 이용되고 있다.
지반보강 및 차수 그라우팅 공법을 적용하여 목표로 하는 지반보강 및 차수 효과를 얻기 위해서는, 지반 내부로 주입되는 그라우트재가 신속하고 균일하게 지반 내부로 침투될 수 있어야 하고, 그라우트재와 지반과의 부착강도가 커야 하며, 그라우트재의 강도, 내구성이 우수하여야 한다.
그러나 종래의 지반주입공법에서는 위와 같은 성능을 제대로 발휘하지 못하여, 지반 붕괴, 지하수 유출, 그라우트재 유실 등의 문제가 발생하는 경우가 있었다.
따라서 그라우트재가 주변 지반으로 신속하고, 균일하게 침투할 수 있고, 강도 및 내구성이 우수하며, 시공을 효율적으로 진행할 수 있는 지반보강 및 차수 그라우팅 공법에 대한 개발이 요구되었다.
본 발명은, 위와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위해, 그라우트재가 주변 지반으로 신속하고, 균일하게 침투할 수 있는 지반보강 및 차수 그라우팅 공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 지반 내부에 고결된 그라우트재의 장기적인 내구성 저하가 적은 지반보강 및 차수 그라우팅 공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 급결성, 차수성, 주입성, 유동성, 자기충전성, 휨강도, 지반과의 부착강도가 우수한 지반보강 및 차수 그라우팅 공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 급결재를 사용하면서도 타설 초기뿐만 아니라 장기적으로 발생하는 수축에 대해 효율적으로 보상할 수 있는 지반보강 및 차수 그라우팅 공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서는, 지반보강 및 차수 그라우팅 공법에 있어서, 가) 지반을 천공하여 천공홀(1)을 형성하는 단계; 나) 상기 천공홀(1) 내부에 주입관(10)을 삽입하는 단계; 다) 상기 천공홀(1) 입구를 코킹하는 단계; 라) 상기 주입관(10) 속으로, 마이크로시멘트; 포졸란 미분말; 급결재 미분말; 수축저감제; 재유화형 분말수지; 고성능감수제; 소포제; 증점제; 고성능유동화제를 포함하는 급결 그라우트재를 주입하는 단계를 포함하는 지반보강 및 차수 그라우팅 공법을 제공한다.
상기 급결 그라우트재는 배합재료와 배합수를 포함하되, 상기 배합재료는, 마이크로시멘트 48~59 중량%; 포졸란 미분말 14~24 중량%; 급결재 미분말 5~14 중량%; 수축저감제 2.6~4.2 중량%; 재유화형 분말수지 11~18 중량%; 고성능감수제 0.4~1.8 중량%; 소포제 0.1~0.2 중량%; 증점제 0.1~0.5 중량%; 고성능유동화제 0.5~2 중량%를 포함하고, 상기 급결재 미분말은 CA계 급결재 66~90중량%, 석고 미분말 10~34중량%를 포함한다.
상기 CA계 급결재는, CaO 38~49중량%, Al2O3 23~40중량%, SO3 16~29 중량%, SiO2 3~6중량%, MgO 1.6~3중량%, Fe2O3 1.2~2 중량%를 포함한다.
상기 마이크로시멘트의 분말도는 6,500~8,000cm2/g인 것을 특징으로 한다.
상기 급결재 미분말의 분말도는 6,500~9,000cm2/g 인 것을 특징으로 한다.
상기 포졸란 미분말은 천연 포졸란, 고로슬래그 미분말, 플라이애시, 실리카 퓸 중 적어도 어느 하나이고, 상기 포졸란 미분말의 분말도는 6,000~8,000cm2/g인 것을 특징으로 한다.
상기 주입관(10) 내부에 패커(30) 및 주입호스(40)가 삽입되고, 상기 라) 단계는 상기 천공홀(1)의 안쪽부터 단계적으로 주입하는 것을 특징으로 한다.
상기 천공홀(1)은, 연직 하방으로 천공되는 것, 연직 상방으로 천공되는 것, 전방 수평방향으로 천공되는 것, 전방으로 상향 경사지도록 천공되는 것 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 급결 그라우트재는, 상기 마이크로시멘트와 배합수를 혼합한 A액과 상기 포졸란 미분말; 급결재 미분말; 수축저감제; 재유화형 분말수지; 고성능감수제; 소포제; 증점제; 고성능유동화제와 배합수를 혼합한 B액으로 나뉘어 제조 및 공급되고, 공급되면서 합류 및 혼합되어 주입되는 1.5shot 방식으로 주입되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 지반보강 및 차수 그라우팅 공법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명의 급결 그라우트재는, 급결성이 우수하여, 그라우트재의 주입 직후부터 높은 차수성능을 발휘할 수 있고, 지하수에 의한 그라우트재의 유실 발생을 최소화할 수 있다.
둘째, 본 발명의 급결 그라우트재는, 휨강도, 지반과의 부착강도가 우수하여, 굴착 지반의 안정성과 내구성이 높다.
셋째, 본 발명의 급결재 미분말은, CA계 급결재와 석고 미분말을 혼합하여 사용한다. CA계 급결재에 의해 그라우트재의 초기 급결성을 확실하게 확보하면서, 이와 유기적으로 결합된 석고 분말에 의해 장기적인 강도와 내구성을 확보할 수 있다. 이때 CA계 급결재와 석고 미분말의 양을 조절함으로써 필요로 하는 겔타임을 조절할 수 있다.
넷째, 본 발명의 급결 그라우트재는, 급결재를 사용하면서도 수축에 대해 충분한 보상이 이루어져 지반 속으로 침투한 그라우트재의 균열 및 차수성능 저하가 최소화된다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 내지 도 5는 연직 하방으로 천공되는 실시예의 과정을 설명하는 것이다.
도 6 내지 도 9는 전방 수평방향으로 천공되는 실시예의 과정을 설명하는 것이다.
도 10 내지 도 13은 연직 상방으로 천공되는 실시예의 과정을 설명하는 것이다.
도 6 내지 도 9는 전방 수평방향으로 천공되는 실시예의 과정을 설명하는 것이다.
도 10 내지 도 13은 연직 상방으로 천공되는 실시예의 과정을 설명하는 것이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 지반보강 및 차수 그라우팅 공법은 천공홀 내부에 주입관을 삽입한 후, 주입관 내부에 패커와 주입호스를 삽입하여, 단계적으로 그라우트재를 주입한다.
상기 주입관(10)에는 주변 지반으로 급결 그라우트재를 신속하게 주입할 수 있도록 복수의 주입공(101)을 형성한다.
주입관은 합성수지로 제작할 수 있고, 그라우트재와 함께 지반 내부에 고정된다.
그리고, 주입관을 천공홀에 삽입할 때 주입관의 외면에는 복수 개의 스페이서를 구비하여, 천공홀 내부에서 주입관의 위치를 잡아줄 수 있다.
천공홀에 삽입되는 주입관(10) 내부에는 패커(30) 및 주입호스(40)가 삽입되고, 천공홀(1)의 안쪽부터 입구쪽으로 패커를 이동하면서 단계적으로 주입하게 된다.
지반보강과 차수가 필요한 위치의 적당한 장소에 천공홀(1)을 형성한다.
지반조사를 통해, 토질, 지반 강도, 절리, 균열 상태, 침출수 및 지하수 상태 등을 조사하고, 시공의 편의성, 공사관리, 경제성 등을 고려하여, 천공홀의 위치, 개수, 직경, 깊이, 천공 각도 및 방향 등을 결정한다.
본 발명의 천공홀(1)과 그라우트재 주입 방향은, 연직 하방으로 형성될 수도 있고, 연직 상방으로 형성될 수도 있으며, 전방 수평방향으로 형성될 수도 있다.
터널 천단면의 보강 및 차수를 목적으로 할 때, 연직 상방으로 형성될 수 있고, 벽체 배면의 보강 및 차수를 목적으로 할 때, 전방 수평방향으로 형성될 수 있으며, 터널 굴착 보강 및 차수공사의 경우, 전방으로 상향 경사지도록 형성될 수도 있다.
필요로 하는 천공홀(1)이 구비되면, 천공홀(1)의 내부에 주입관(10)을 삽입한다.
주입관을 삽입한 후에는 상기 천공홀(1) 입구에 코킹(20)을 형성하여 밀봉하게 된다.
코킹(20)은 천공홀(1)의 입구에서, 주입관의 외면과 천공홀 공벽 사이 공간을 차폐하여, 지하수의 누수, 토사 유출 및 그라우트재의 유출을 방지한다.
주입관(10) 내부로, 패커(30) 및 주입호스(40)를 삽입하고, 천공홀(1)의 안쪽부터 시작하여 입구쪽으로 패커를 이동하면서 단계적으로 주입하게 된다.
주입플랜트에서 제조, 공급되는 급결 그라우트재를 주입관으로 주입하여, 급결 그라우트재가 주입관의 내부 및 주변 지반으로 신속히 퍼져나가도록 한다.
본 발명에 사용되는 급결 그라우트재는 1.5shot 방식으로 주입될 수 있다. 즉, 주입플랜트에서 A액과 B액으로 나뉘어 제조되고, 공급되면서 합류 및 혼합되어 주입된다.
그라우트재의 주입이 완료되고, 천공홀 입구를 면정리하면 지반보강 및 차수 공법이 완료된다.
본 발명의 급결 그라우트재는 배합재료에 배합수를 혼합하여 제조하되, 배합재료 100중량부를 기준으로 배합수 32~52중량부를 혼합하여 제조한다.
배합재료는 마이크로시멘트; 포졸란 미분말; 급결재 미분말; 수축저감제; 재유화형 분말수지; 고성능감수제; 소포제; 증점제; 고성능유동화제를 포함한다.
마이크로시멘트와 배합수를 혼합한 A액과 포졸란 미분말; 급결재 미분말; 수축저감제; 재유화형 분말수지; 고성능감수제; 소포제; 증점제; 고성능유동화제와 배합수를 혼합한 B액으로 나누어 제조, 공급, 혼합, 주입한다.
A액과 B액의 배합수의 양은, 전체 배합재료 100중량부를 기준으로 배합수 32~52중량부를 혼합하는 범위 내에서 결정할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 배합재료는, 마이크로시멘트 48~59 중량%; 포졸란 미분말 14~24 중량%; 급결재 미분말 5~14 중량%; 수축저감제 2.6~4.2 중량%; 재유화형 분말수지 11~18 중량%; 고성능감수제 0.4~1.8 중량%; 소포제 0.1~0.2 중량%; 증점제 0.1~0.5 중량%; 고성능유동화제 0.5~2 중량%를 포함한다. 배합재료에 포함되는 상기 구성들은 배합재료에 포함되는 전체 구성들과 서로 유기적으로 맞물려 작용하게 되고, 각 구성의 조성비는 다른 구성들과의 결합관계를 고려하여 결정된 것이다. 아래에서 상기 구성들에 대해 자세히 설명한다.
시멘트는, 시멘트계 그라우트재를 형성하는 기본적인 재료로서, 본 발명에서는 높은 물시멘트비에서 속경성을 확보하기 위해 마이크로시멘트를 사용하고, 그 분말도(비표면적)는 6,500~8,000cm2/g이 바람직하다. 본 발명의 전체 배합재료 결합관계 내에서 위와 같은 수치범위의 분말도에서 그라우트재의 주입성, 급결성을 확보할 수 있다.
본 발명의 마이크로시멘트 조성비는, 배합재료에 포함되는 전체 구성들과 유기적으로 작용하게 되고, 마이크로시멘트의 조성비는 다른 구성들과의 결합관계를 고려하여 결정한다.
본 발명의 급결 그라우트재의 배합재료의 전체 조성비에서, 마이크로시멘트의 양을 48중량% 미만으로 사용할 경우 그라우트 내부 조직 간의 결합력이 약해 강도 및 내구성이 저하될 수 있고, 59중량%를 초과해서 사용할 경우 수화열에 의한 균열이 발생할 수 있고, 수축저감제에 의한 수축보상 효과가 부족할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 포졸란 미분말은 천연 포졸란, 고로슬래그 미분말, 플라이애시, 실리카 퓸 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.
포졸란 물질은 수화열을 감소시키고, 장기적으로 발현되는 잠재수경성에 의해 그라우트재 내부의 조직을 치밀하게 형성시켜, 장기강도, 내구성, 수밀성, 내부식성 및 내화학성 등을 향상시키며, 마이크로시멘트를 대체하는 만큼 이산화탄소 배출을 저감시키는 등의 효과를 발휘한다.
본 발명의 포졸란 미분말 조성비는, 배합재료에 포함되는 전체 구성들과 유기적으로 작용하게 되고, 포졸란 미분말의 조성비는 다른 구성들과의 결합관계를 고려하여 결정한다.
본 발명의 급결 그라우트재 배합재료의 전체 조성비에서 포졸란 미분말의 양을 14~24중량%를 포함한다. 포졸란 미분말의 양을 14중량% 미만으로 사용할 경우, 위와 같은 포졸란 물질에 의한 효과를 충분하게 얻기 어렵다.
따라서 본 발명의 배합재료 전체 조성비에서 포졸란 미분말의 양을 14중량% 이상으로 하는 것이 바람직한데, 다만, 포졸란 물질이 과다하게 포함될 경우, 포졸란 물질에 의해 초기 강도가 부족할 수 있고, 단위수량이 증가하며, 건조수축이 발생하는 문제가 있을 수 있으므로, 본 발명에서는 수축저감제를 2.6~4.2중량% 포함하면서, 포졸란 미분말의 양을 24중량% 이내로 함으로써 포졸란에 의한 효과를 극대화하면서, 포졸란에 의해 발생할 수 있는 건조수축을 방지하도록 한다.
포졸란 미분말의 분말도가 클수록 주입성, 충전성이 향상되고, 블리딩률, 수화열이 감소하는데, 본 발명에서는 이러한 성질을 고려하여 포졸란 미분말의 분말도는 6,000 ~ 8,000 cm2/g로 하는 것이 바람직하다.
포졸란 미분말의 분말도가 6,000cm2/g 미만일 경우, 포졸란에 의한 효과가 부족할 수 있고, 포졸란 미분말의 분말도가 8,000cm2/g 초과할 경우, 효과 대비 비용이 지나치게 상승하게 되므로 8,000cm2/g 이하가 바람직하다.
본 발명에서는 그라우트재의 급결성을 향상시키기 위해, 급결재 미분말을 사용한다. 본 발명의 급결재 미분말 조성비는, 배합재료에 포함되는 전체 구성들과 유기적으로 작용하게 되고, 급결재 미분말의 조성비는 다른 구성들과의 결합관계를 고려하여 결정한다.
본 발명의 급결 그라우트재 배합재료의 전체 조성비에서 급결재 미분말의 양을 5~14중량%를 포함한다. 급결재 미분말의 양을 5중량% 미만으로 사용할 경우, 본 발명에서 의도하는 급결성능을 확보하기 어렵고, 14중량%를 초과하게 되면, 과도한 응결 및 균열 발생의 문제가 발생할 수 있다.
다만 본 발명의 급결재 미분말은 각각의 특성을 지니는 두 가지를 혼합하여 사용하는데, CA(calcium aluminate)계 급결재와 석고 미분말을 혼합하여 사용하면서 그 혼합비율은 CA계 급결재 66~90중량%, 석고 미분말 10~34중량%로 혼합하여, 초기 급결성, 장기 강도, 내구성 등을 충분히 확보할 수 있도록 한다.
CA계 급결재에 의해 초기 급결성을 확실하게 확보하면서, 이와 유기적으로 결합된 석고 미분말에 의해 초기 급결성에 더하여 장기적인 강도를 보장할 수 있다.
CA계 급결재 66~90중량%, 석고 미분말 10~34중량%를 혼합하는 것이 바람직하고, 상기 조성비의 범위 내에서 CA계 급결재의 양과 석고 미분말의 양을 조절함으로써 필요로 하는 겔타임을 조절할 수 있다.
전체 배합재료에서 석고 미분말의 사용량이 상기 비율보다 적으면 장기 강도 발현성이 부족할 수 있고, 석고 미분말의 사용량이 34중량%를 초과하면, CA계 급결재의 양이 부족하여 본 발명에서 목표로 하는 초기 응결이 부족할 수 있다.
본 발명은 포졸란 미분말을 사용하면서 급결재로 석고 미분말을 포함하여 사용하는데, 포졸란 미분말과 석고가 함께 작용함으로써 강도 개선, 수화열 감소 등의 효과를 얻을 수 있다.
아울러, 석고는 그라우트재 내에서 물과 반응하여 수산화칼슘을 생성하면서 일정부분 팽창반응을 일으킨다. 석고의 팽창반응은 물과 만나서 무기물질을 생성하는 과정에서 나타나는데, 그라우트재 내에서 무기물질이 주입 초기에 생성됨으로써 건조수축 및 경화수축에 의한 체적의 감소를 보상하게 된다.
다만 석고 미분말은 CA계 급결재에 비해서는 초기 급결성이 떨어지므로 본 발명에서는 위와 같은 비율로 사용함으로써 초기 급결성 뿐만 아니라 장기 강도 및 내구성도 함께 향상시키도록 한다.
본 발명에서 사용하는 석고는 무수석고, 반수석고 및 이수석고 중 어느 하나를 사용할 수 있고, 이들 2종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다. 다만, 급결성 및 강도 측면에서 무수석고를 사용하는 것이 바람직하다.
급결재의 분말도는 다른 재료들과의 혼합 정도, 반응성, 급결성, 경제성 등을 고려하여 결정하는데, 6,500~9,000cm2/g이 바람직하다. 분말도 6,500cm2/g 이하에서는 본 발명에서 목표로 하는 급결성, 조기강도에 미치지 못할 수 있고, 9,000cm2/g을 초과하게 되면 효과 대비 경제성이 떨어지게 된다.
본 발명에서 사용하는 CA(calcium aluminate)계 급결재는, CaO 38~49중량%, Al2O3 23~40중량%, SO3 16~29 중량%, SiO2 3~6중량%, MgO 1.6~3중량%, Fe2O3 1.2~2 중량%를 포함한다.
CaO가 38중량% 미만일 경우 에트린가이트 생성이 부족하여 경화속도가 늦어지고, Al2O3 23중량% 미만일 경우, 급결성이 저하되고, 초기 강도가 저하되며, 에트린가이트 생성이 감소하여 체적이 감소하는 문제가 발생할 수 있다. SO3 성분이 29중량%를 초과하면 팽창량이 과도해질 우려가 있다.
그라우팅 후 그라우트재의 수축이 발생하게 되면, 수축에 의한 균열이 발생하게 되고, 이러한 균열에 의해 차수성, 내구성이 저하되는 문제가 발생할 수 있으므로, 본 발명에서는, 전체 배합재료와의 유기적인 작용에 의해 그라우트재의 수축을 충분히 보상할 수 있도록 하기 위해 수축저감제, 고성능감수제, 고성능유동화제를 포함하여, 수축문제를 해결한다.
본 발명에서는, 그라우트재의 건조수축을 감소시키고, 본 발명의 마이크로시멘트, 포졸란 미분말에 의한 단위수량 증가를 저감시키기 위해 수축저감제를 사용한다.
수축저감제의 양은 그라우트재 반죽의 주입성, 유동성 등을 고려할 뿐만 아니라 상기 석고 미분말의 팽창효과와 다른 재료를 모두 고려하여 결정한다. 본 발명의 급결 그라우트재 배합재료의 전체 조성비에서 수축저감제의 양을 2.6~4.2중량%를 포함한다.
수축저감제의 양을 2.6중량% 미만으로 사용할 경우, 위와 같은 효과가 충분하지 못할 수 있고, 수축저감제 4.2중량%를 초과하게 되면, 불필요하게 비용이 상승할 뿐만 아니라, 굳지 않은 그라우트재의 유동성이 저하될 우려가 있다.
본 발명에서는 재유화형 분말수지를 혼합하여, 그라우트재의 내부에 필름을 형성하여 조직을 치밀하게 하고, 휨강도, 지반과의 부착강도를 향상시키며, 보수성이 개선되도록 하여 중성화, 염화물 침투, 동결융해 등에 대한 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 급결 그라우트재 배합재료의 전체 조성비에서 재유화형 분말수지 11~18중량%를 포함한다.
재유화형 분말수지의 양을 11중량% 미만으로 사용할 경우, 내구성이나 부착강도의 발현이 불충분할 수 있고, 재유화형 분말수지의 양이 18중량%를 초과하게 되면, 불필요하게 비용이 상승할 뿐만 아니라, 굳지 않은 그라우트재의 유동성, 자기충전성이 저하될 우려가 있다.
본 발명에서는 단위수량을 감소하기 위해 고성능감수제를 사용하고, 본 발명의 급결 그라우트재 배합재료의 전체 조성비에서 고성능감수제의 양을 0.4~1.8 중량%를 포함한다. 고성능감수제의 양을 0.4중량% 미만으로 사용할 경우, 감수효과가 부족하고, 양호한 유동성을 얻기 어려우며, 고성능감수제 1.8중량%를 초과하게 되면, 강도 저하 문제가 발생할 수 있다.
소포제는 마이크로시멘트, 포졸란 미분말, 재유화형 분말수지 등을 혼합할 때 연행될 수 있는 기포를 감소시키고 그라우트재의 압축강도, 휨강도 저하를 방지하기 위해 사용한다.
본 발명의 급결 그라우트재 배합재료의 전체 조성비에서 소포제의 양을 0.1~0.2중량%를 포함한다. 소포제의 양을 0.1중량% 미만으로 사용할 경우, 기포 감소 효과가 충분하지 못하고, 소포제 0.2중량%를 초과하게 되면, 강도와 내구성에 악영향을 미칠 수 있다.
증점제는 그라우트재의 점성을 증가시키는 혼화제로 다른 구성들과 혼합하여 재료분리 저항성을 높이고, 그라우트재의 내구성을 향상시키기 위해 사용한다.
본 발명의 급결 그라우트재 배합재료의 전체 조성비에서 증점제의 양을 0.1~0.5중량%를 포함한다. 증점제의 양을 0.1중량% 미만으로 사용할 경우, 점성 증가 효과가 충분하지 못하고, 증점제가 0.5중량%를 초과하게 되면, 점성이 과도하여 유동성, 충전성에 악영향을 줄 수 있다.
본 발명에서는, 그라우트재에 유동성과 감수 기능을 부여하기 위해 고성능유동화제를 사용한다. 고성능유동화제는 분산작용에 의해 단위수량을 감소시키고, 적은 배합수로도 유동성이 향상되도록 하여 그라우트재의 내구성과 강도를 증진시킨다.
본 발명의 급결 그라우트재 배합재료의 전체 조성비에서 고성능유동화제의 양을 0.5~2중량%를 포함한다. 고성능유동화제의 양을 0.5중량% 미만으로 사용할 경우, 유동성 증대 및 감수효과가 부족하고, 고성능유동화제가 2중량%를 초과하게 되면, 강도 저하가 발생할 수 있다.
위에서 설명한 비율에 따라 배합재료가 혼합, 제조될 수 있고, 본 발명의 급결 그라우트재는 상기 배합재료에 배합수를 혼합하여 A액과 B액을 별도로 제조하되, 전체 배합재료 100중량부를 기준으로 배합수 32~52중량부를 혼합하여 제조한다.
배합수는 그라우트재를 비비고, 주입할 때 필요로 하는 유동성을 부여하고, 마이크로시멘트와의 수화반응을 위해 사용한다.
위와 같이 배합된 배합재료 100중량부를 기준으로 배합수 32중량부 미만일 경우에는 필요로 하는 주입성, 유동성, 자기충전성 등을 확보하기 어렵고, 52중량부를 초과하는 경우에는 건조수축 및 균열이 발생할 수 있으며, 내구성, 압축강도, 부착강도 등에 악영향을 초래할 수 있다.
본 발명의 급결 그라우트재의 물리적 특성을 평가하기 위하여, 표 1, 2(단위 : 중량%)과 같은 실시예 1, 2, 3 및 비교예 1, 2, 3의 배합을 실시하였다. 배합에 따른 재료적 특성을 검증하기 위해 6가지 모두에 대해 물/결합재비(물의 중량/(시멘트+포졸란)의 중량) 50중량%로 혼합하였다.
| 구 분 | 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 |
| 마이크로시멘트 | 48 | 53 | 56 |
| 고로슬래그 미분말 | 24 | 18 | 14 |
| CA 급결재 | 3.5 | 6 | 10 |
| 석고 미분말 | 1.5 | 3 | 4 |
| 수축저감제 | 3 | 3 | 3 |
| 재유화형 분말수지 | 18 | 15 | 11 |
| 고성능감수제 | 1 | 1 | 1 |
| 소포제 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| 증점제 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| 고성능유동화제 | 0.6 | 0.6 | 0.6 |
| 합 | 100 | 100 | 100 |
표 1에서, 실시예 1, 2, 3은 본 발명에 의한 배합재료를 적용한 것이고, 비교예 1은 CA계 급결재를 사용한 경우, 비교예 2는 석고 미분말을 사용한 경우, 비교예 3은 CA계 급결재와 석고 미분말을 사용하되, 둘의 합이 17중량%인 경우이다.
| 구 분 | 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 |
| 1종 포틀랜드 시멘트 | 62 | 51 | 65 |
| 고로슬래그 미분말 | 30 | 30 | 14 |
| CA 급결재 | 4 | 0 | 12 |
| 석고 미분말 | 0 | 15 | 5 |
| 수축저감제 | 3 | 3 | 3 |
| 감수제 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 소포제 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| 증점제 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| 유동화제 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| 합 | 100 | 100 | 100 |
KS F 2432(주입 모르타르의 컨시스턴시 시험방법) 및 KS F 4044(수경성 시멘트 무수축 그라우트)에 규정되어 있는 방법에 의해, 유하시험을 실시하고, 재령 12시간과 28일 압축강도를 측정하였으며, 부착강도는 KS F 2476(폴리머 시멘트 모르타르의 시험 방법)에 규정된 방법에 의해 측정하였고, 그라우트재의 수축 정도를 확인하기 위해, KS F 2424(모르타르 및 콘크리트의 길이 변화 시험 방법)에 규정되어 있는 방법에 의해 재령 4주의 길이변화율(‘-’는 수축, ‘+’는 팽창을 나타내는 것이다)을 측정하고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.
| 유하 시험 (초) |
12시간 압축강도 (MPa) |
28일 압축강도 (MPa) |
12시간 부착강도 (MPa) |
28일 부착강도 (MPa) |
길이변화율 (%) |
|
| 실시예1 | 18.8 | 31.2 | 40.4 | 1.8 | 2.8 | -0.003 |
| 실시예2 | 18.3 | 32.5 | 41.8 | 2.0 | 2.9 | -0.005 |
| 실시예3 | 18.2 | 32.6 | 42.5 | 1.9 | 2.9 | -0.006 |
| 비교예1 | 24.2 | 20.5 | 30.7 | 1.2 | 1.5 | -0.2 |
| 비교예2 | 23.4 | 22.5 | 33.5 | 1.1 | 1.6 | -0.09 |
| 비교예3 | 24.3 | 24.6 | 33.8 | 1.3 | 1.6 | -0.11 |
KS F 2432(주입 모르타르의 컨시스턴시 시험방법)에 규정된 깔때기(상단부 내경 70mm, 하단부 내경 10mm, 높이 420mm, 유출관의 길이 30mm) 속에 실시예 1, 2, 3 및 비교예 1, 2, 3에 의해 반죽된 그라우트재를 완전히 채우고, 그라우트재의 유출이 멈출 때까지 소요된 시간을 스톱워치로 측정(단위 : 초)하여 그라우트재의 컨시스턴시(consistency), 충전성을 확인하였다.
깔때기에 의한 유하 시험 결과, 그라우트재의 유출이 멈추는데, 실시예 1은 18.8초, 실시예 2는 18.3초, 실시예 3은 18.2초가 소요되어, 비교예 1, 2, 3(평균 약 24초)에 비해 약 20% 이상 충전성능이 우수한 것을 확인하였다.
따라서 위와 같은 급결 그라우트재를 사용하는 지반보강 및 차수 그라우팅 공법은, 그라우팅 주입압을 대폭 낮출 수 있다.
그라우팅시 주입압을 절감하는 특별한 효과는 본 발명의 배합재료에 포함된 구성들의 유기적인 결합 및 상호작용에 의해 유동성, 자기충전성 등이 향상된 결과로 얻을 수 있는 효과이다.
KS F 4044(수경성 시멘트 무수축 그라우트)에 규정된 방법으로 실시예 1, 2, 3과 비교예 1, 2, 3에 대해 재령 12시간과 28일 압축강도를 측정한 결과, 실시예 1, 2, 3은 본 발명과 다르게 급결재를 적용한 비교예 1, 2, 3에 비해 초기 강도 및 장기 강도에서 월등히 우수한 것을 확인할 수 있었다.
그라우트재의 바람직한 부착강도(접착강도)는 1.5MPa 이상이고, 보다 바람직하게는 1.7MPa 이상이다. KS F 2476(폴리머 시멘트 모르타르의 시험 방법)에 규정된 방법에 의해 실시예 1, 2, 3과 비교예 1, 2, 3에 대해 부착강도(접착강도)를 측정한 결과, 실시예 1, 2, 3 모두 소요 강도를 충분히 만족하는 것을 확인할 수 있었다.
KS F 2424(모르타르 및 콘크리트의 길이 변화 시험 방법)에 규정된 방법에 의해 실시예 1, 2, 3의 길이변화율을 측정한 결과, 실시예 1, 2, 3의 수축량이 극히 미미하여 실질적으로 수축이 발생하지 않는 정도인 것을 확인할 수 있었다.
상기 시험결과값들로부터 본 발명의 지반보강 및 차수 그라우팅 공법에 의한 그라우트재는 초기 강도, 부착강도, 주입성, 유동성, 자기충전성, 차수성 등이 우수하고, 경화 후 수축이 거의 발생하지 않는다는 것을 알 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10. 주입관
101. 주입공
20. 코킹(caulking)
30. 패커
40. 주입호스
50. 그라우트재
1. 천공홀
101. 주입공
20. 코킹(caulking)
30. 패커
40. 주입호스
50. 그라우트재
1. 천공홀
Claims (9)
- 지반보강 및 차수 그라우팅 공법에 있어서,
가) 지반을 천공하여 천공홀(1)을 형성하는 단계;
나) 상기 천공홀(1) 내부에 주입관(10)을 삽입하는 단계;
다) 상기 천공홀(1) 입구를 코킹하는 단계;
라) 상기 주입관(10) 속으로, 배합재료와 배합수를 포함하는 급결 그라우트재를 주입하는 단계를 포함하고,
상기 배합재료는, 마이크로시멘트 48~59 중량%; 포졸란 미분말 14~24 중량%; 급결재 미분말 5~14 중량%; 수축저감제 2.6~4.2 중량%; 재유화형 분말수지 11~18 중량%; 고성능감수제 0.4~1.8 중량%; 소포제 0.1~0.2 중량%; 증점제 0.1~0.5 중량%; 고성능유동화제 0.5~2 중량%를 포함하고,
상기 급결재 미분말은 CA계 급결재 66~90중량%, 석고 미분말 10~34중량%를 포함하는
지반보강 및 차수 그라우팅 공법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 CA계 급결재는, CaO 38~49중량%, Al2O3 23~40중량%, SO3 16~29 중량%, SiO2 3~6중량%, MgO 1.6~3중량%, Fe2O3 1.2~2 중량%를 포함하는
지반보강 및 차수 그라우팅 공법. - 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 마이크로시멘트의 분말도는 6,500~8,000cm2/g인 것을 특징으로 하는
지반보강 및 차수 그라우팅 공법. - 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 급결재 미분말의 분말도는 6,500~9,000cm2/g 인 것을 특징으로 하는
지반보강 및 차수 그라우팅 공법. - 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 포졸란 미분말은 천연 포졸란, 고로슬래그 미분말, 플라이애시, 실리카 퓸 중 적어도 어느 하나이고,
상기 포졸란 미분말의 분말도는 6,000~8,000cm2/g인 것을 특징으로 하는
지반보강 및 차수 그라우팅 공법. - 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 주입관(10) 내부에 패커(30) 및 주입호스(40)가 삽입되고,
상기 라) 단계는 상기 천공홀(1)의 안쪽부터 단계적으로 주입하는 것을 특징으로 하는
지반보강 및 차수 그라우팅 공법. - 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 천공홀(1)은, 연직 하방으로 천공되는 것, 연직 상방으로 천공되는 것, 전방 수평방향으로 천공되는 것, 전방으로 상향 경사지도록 천공되는 것 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는
지반보강 및 차수 그라우팅 공법. - 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 급결 그라우트재는, 상기 마이크로시멘트와 배합수를 혼합한 A액과 상기 포졸란 미분말; 급결재 미분말; 수축저감제; 재유화형 분말수지; 고성능감수제; 소포제; 증점제; 고성능유동화제와 배합수를 혼합한 B액으로 나뉘어 제조 및 공급되고, 공급되면서 합류 및 혼합되어 주입되는 1.5shot 방식으로 주입되는 것을 특징으로 하는
지반보강 및 차수 그라우팅 공법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230009318A KR102531971B1 (ko) | 2023-01-25 | 2023-01-25 | 지반보강 및 차수 그라우팅 공법 |
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ID=86385483
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2023
- 2023-01-25 KR KR1020230009318A patent/KR102531971B1/ko active IP Right Grant
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