KR102535170B1 - 반응속도 조절제를 이용한 실리케이트 그라우트재 제조방법 및 이를 이용한 차수 그라우팅 공법 - Google Patents
반응속도 조절제를 이용한 실리케이트 그라우트재 제조방법 및 이를 이용한 차수 그라우팅 공법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 반응속도 조절제를 이용한 실리케이트 그라우트재 제조방법 및 이를 이용한 차수 그라우팅 공법에 관한 것으로서, 그라우트재 제조방법은, (a) 규산나트륨과 물을 혼합하여 저농도 규산나트륨 수용액을 제조하는 단계(S11), (b) 상기 S11 단계에서 제조된 저농도 규산나트륨 수용액에 반응속도 조절제를 첨가하여 실리카 졸 상태의 A약액을 제조하는 단계(S12), (c) 일반 시멘트에 압축강화제와 고결화 촉진제를 혼합하여 분말형 B약재를 제조하는 단계(S21), (d) 상기 S21 단계에서 제조된 분말형 B약재에 물을 혼합하여 용액형 B약액을 제조하는 단계(S22), (e) 상기 실리카 졸 상태의 A약액과 용액형 B약액을 혼합하여 실리카-겔 상태의 실리케이트를 제조하는 단계를 포함하고, 상기 S11 단계에서, 규산나트륨과 물의 혼합비율은, 중량비로 30 ∼ 45 : 55 ∼ 70이며, 상기 S12 단계에서, 저농도 규산나트륨 수용액에 첨가되는 반응속도 조절제로 인산(H3PO4:Phosphoric Acid)을 사용하는 것을 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 반응속도 조절제를 이용한 실리케이트 그라우트재 제조방법 및 이를 이용한 차수 그라우팅 공법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는, 규산나트륨에 물을 혼합한 저농도 규산나트륨 수용액에 반응속도 조절제를 첨가하여 실리카 졸(Sol) 상태의 A약액을 제조하고, 일반 시멘트에 분말형 압축강화제와 분말형 고결화촉진제를 혼합한 분말형 B약재에 물을 혼합하여 용액형 B약액을 제조한 다음, 실리카 졸 상태의 A약액과 용액형 B약액을 그라우트재 주입장치에 구비된 A약액 주입관과 B약액 주입에 각각 주입하여, A약액 주입관과 B약액 주입관이 서로 만나는 선단장치에서 서로 혼합되어 고결화가 진행되면서 지반속에 차수벽을 형성하도록 한 그라우트재 제조방법 및 이를 이용한 차수 그라우팅 공법에 관한 것이다.
토목공사나 건축공사시 지하 공간이 있는 건물을 건축하기 위해서는 터파기 를 통해 지반 속을 굴착해야 한다.
그런데 지반을 일정 깊이 이상으로 굴착시, 지층의 틈새에 지하수가 고여 있거나 흐르고 있는 경우가 있다.
이러한 지반을 계속 굴착하게 되면, 주변 지반이 약해지게 되고, 주변 지반의 침하로 주변 건물이나 도로가 붕괴될 수 있다.
이에 따라, 터파기 공사를 공사를 하기 전에 그라우트재를 지반 속으로 주입하여 차수벽을 형성하게 된다.
이렇게 그라우트재로 지반에 차수벽을 형성하여 지하공간을 안전하게 확보하는 작업을 통상 '차수 그라우팅'이라 한다.
상기한 차수 그라우팅은, 지하 현장 내부로 물이 침투되는 것을 방지하는 동시에, 지반 굴착시 주변 지반이 침하되는 현상도 방지한다.
상기한 차수 그라우팅 공법 중에, L.W.(Labiles Wasser Glass) 그라우팅 공법이 있다.
상기한 L.W. 공법은, 물유리(규산소다)와 경화제(염화칼슘)를 각각 주입하는 방식으로, A약액 주입관과 B약액 주입관에 동일한 양의 주입재(그라우트재)를 동일한 압력으로 주입하여 혼합한 후, 1.5쇼트 방식으로 지반에 주입한다.
이때의 주입압력은 10∼20kg/㎠, 주입범위는 0.4∼0.75m이며, 겔-타임은 2∼3분에서 많게는 24시간이 소요된다.
그런데 상기한 L.W. 공법은, 1열 시공 시 차수 효과가 낮다는 단점이 있다.
또한 투수계수가 10-2cm/sec 이하의 세사층에서는 주입이 어렵고, 투수계수 1 x 10-3cm/sec 이상에서만 적용이 가능하다는 한계가 있다.
또한 주입압력에 대한 세심한 관리가 요구되고, 시간이 갈수록 차수 효과가 떨어지며, 외력에 의한 진동 및 충격에 대한 저항이 약하다는 단점이 있다.
또한 실트와 모래가 혼합된 지층에서는 적용할 수 없고, 전석층에서는 굴착이 어려우며, 주입 심도가 얕고, 간극이 적은 모래층이나 유속의 흐름이 빠른 자갈층과 전석층에서는 주입재의 유실이 심하다는 단점이 있다.
그리고 공극이 크거나 함수비가 높은 지층에서는, 차수 효과가 불확실하고 용탈현상에 의해 지하수가 오염될 수 있다.
한편 S.G.R.(Space Grouting Rocket) 그라우팅 공법은, 규산나트륨(물유리 3호), 시멘트, SGR약재 등을 혼합하여 주입재(그라우트재)를 제조한 후, 이를 지반에 주입하여 지반 보강 및 차수벽을 형성한다.
상기한 S.G.R. 공법은, 하수 유출로 인한 토립자의 유실과, 지반침하로 인한 인근 주변 건물의 균열 발생 등을 최소화 할 수 있는 장점이 있다.
그러나 S.G.R. 공법은, 실트질 점토층에서는 효과가 불확실하고, 주입심도 40m 이상의 사력층에서는 주입효과가 저하된다는 단점이 있다.
또한 상기 S.G.R. 공법은, 저압, 저속주입으로 주입시간이 비교적 많이 소요되고, 장비가 복잡해지며, 토류벽으로서의 강도를 기대하기 어렵고, 외력에 대한 저항력이 부족하므로, 장기간의 차수 및 지반보강용으로는 부적합하다는 단점이 있다.
그리고 현재 주로 사용되고 있는 공법으로는, A.S.G.(Activated Silicate Grouting) 공법이 있다.
상기한 A.S.G. 공법은, 기존의 L.W.공법이나 S.G.R 공법보다 약 40% 이상 강도가 높아 시공성이 우수하고, 겔 타임(Gel-Time)이 약 1/3 수준이라는 장점이 있다.
또한 A.S.G. 공법은, 효율적인 주입관리가 가능하고, 미고결에 의한 주입재의 유실이 적어 안전성에서 우수하다는 장점이 있다.
또한 주입압력이 0∼5kgf/cm2로서, 모든 토질 지반 조건에 적용이 가능하며, 고결 시간을 수초에서 수분까지 쉽게 조절할 수 있다는 장점이 있다.
상기한 L.W. 공법, S.G.R. 공법, A.S.G. 공법에 대한 표준 배합비는 [표 1] 내지 [표 3]과 같다.
| A약액(500ℓ) | B약액(500ℓ) | |||
| 규산나트륨(ℓ) | 물(ℓ) | 시멘트(kg) | 벤토나이트(kg | 물(ℓ) |
| 350 | 150 | 200 | 20 | 430 |
| A약액(500ℓ) | B약액(500ℓ) | |||||
| 구분 | 규산나트륨(ℓ) | 물(ℓ) | 시멘트(kg) | SGR-7(kg) | SGR-8(kg) | 물(ℓ) |
| 급결재 | 250 | 250 | 150 | - | 60 | 420 |
| 완결재 | 250 | 250 | 150 | 60 | - | 420 |
| A약액(500ℓ) | B약액(500ℓ) | |||||||
| 구분 | 규산나트륨 (ℓ) |
CAS (ℓ) |
CDP (ℓ) |
물 (ℓ) |
시멘트 (kg) |
CMS-1 (kg) |
CMS-2 (kg) |
물 (ℓ) |
| 급결재 | 225 | 25 | 25 | 250 | 200 | - | 50 | 420 |
| 완결재 | 225 | 25 | 25 | 250 | 200 | 50 | - | 420 |
위 [표 1]에서 알 수 있듯이, L.W. 공법에 사용되는 그라우트재를 제조하기 위해서는, 1㎥ 를 기준으로 규산나트륨이 350ℓ가 소요된다.
이에 비해 S.G.R. 공법에서는, [표 2]에서 알 수 있듯이 규산나트륨의 소모량을 250ℓ까지 줄일 수가 있다.
그러나 S.G.R. 공법은, 고가인 SGR-7, SGR-8 첨가제를 사용하게 되므로, 전체적으로 보면 그라우트재의 제조 단가가 L.W. 공법의 90% 정도가 된다.
한편 A.S.G. 공법에 의하면 1㎥ 를 기준으로 규산나트륨이 225ℓ가 소요되어 규산나트륨의 사용량을 줄일 수가 있다.
그러나 고가인 첨가제를 사용하게 되므로, 전체적으로 보면 L.W. 공법의 그라우트재 제조원가와 비슷한 수준이 된다.
즉 상기한 그라우팅 공법들은, 규산나트륨(물유리 3호)을 여전히 다량으로 사용하고 있다.
이렇게 규산나트륨의 사용량이 많아지면, 차수벽을 형성하기 위해 지반 속에 주입된 그라우트재가 지하수로 인해 용탈현상이 발생하게 되고, 이렇게 발생되는 용탈현상은 시공 후 그라우트재의 부피 수축현상을 일으키게 된다.
특히 상기 용탈현상은 지반의 내구성을 저하시키고, 입자 사이의 화학적 부착력을 저하시켜 전단강도를 저하시키며, 지반 침하현상을 일으키기도 한다.
또한 규산나트륨을 다량으로 사용하게 되면, 지반 속을 흐르거나 고여있는 지하수가 그라우트재에 함유된 중금속에 의해 오염되는 현상이 심해지게 된다.
따라서 규산나트륨의 사용량을 최대한 줄이면서 그라우트재의 성능을 향상시킬 수 있는 그라우트재의 개발이 요구되고 있다.
또한 종래의 그라우트재 제조방식은, A약액 제조시 위험물질인 황산을 사용함으로써, 작업자의 건강을 위협하고 그라우팅 작업능률을 저하시킨다는 문제가 있다.
또한 위험물질인 황산을 사용함으로써 그라우팅 장비의 사용 수명을 단축시킨다는 단점이 지적되고 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 규산나트륨의 사용량을 최소화하는 동시에 침투력을 향상시키고 압축강도를 향상시킬 수 있는 그라우트재 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 기존의 그라우팅 공법에 사용되는 그라우트재보다 가격이 저렴한 그라우트재 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, A약액 제조시 위험물질인 황산의 사용을 배제하고 인산을 사용함으로써, 작업자의 건강을 확보하고 그라우팅 작업능률을 향상시키는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 그라우트재 제조방법은, (a) 규산나트륨과 물을 혼합하여 저농도 규산나트륨 수용액을 제조하는 단계(S11), (b) 상기 S11 단계에서 제조된 저농도 규산나트륨 수용액에 반응속도 조절제를 첨가하여 실리카 졸 상태의 A약액을 제조하는 단계(S12), (c) 일반 시멘트에 분말형 압축강화제와 분말형 고결화촉진제를 혼합하여 분말형 B약재를 제조하는 단계(S21), (d) 상기 S21 단계에서 제조된 분말형 B약재에 물을 혼합하여 용액형 B약액을 제조하는 단계(S22), (e) 상기 실리카 졸 상태의 A약액과 용액형 B약액을 혼합하여 실리카-겔 상태의 실리케이트를 제조하는 단계를 포함하고, 상기 S11 단계에서, 규산나트륨과 물의 혼합비율은, 중량비로 30 ∼ 45 : 55 ∼ 70이며, 상기 S12 단계에서, 저농도 규산나트륨 수용액에 첨가되는 반응속도 조절제는, 인산을 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 반응속도 조절제는, 인산칼슘, 제일인산칼륨, 제3인산칼륨, 인산칼륨이염기성, 제이인산나트륨, 차아인산나트륨1수화물, 제1일인산암모늄 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 S12 단계에서, 상기 저농도 규산나트륨 수용액과 반응속도 조절제의 혼합비율은, 부피비로 85 ∼ 95 : 5 ∼ 15인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 S21 단계에서, 상기 압축강화제는, 소석회, 생석회, 탄산칼슘, 염화칼슘, 질산칼슘 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 고결화 촉진제는, 황산칼슘알루미늄, 황산알루미늄칼륨, 황산알루미늄 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 S21 단계에서, 상기 일반 시멘트와 압축강화제와 고결화촉진제의 혼합비율은, 중량비로 50 ∼ 70 : 20 ∼ 30 : 10 ∼ 20인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 S22 단계에서, 상기 분말형 B약재와 물의 혼합비는, 중량비로 30 ∼ 40 : 60 ∼ 70인 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명에 따른 차수 그라우팅 공법은, (f) 상기 S12 단계에서 제조된 실리카 졸 상태의 A약액을 저압 주입식 주입장치에 구비된 A약액 주입관에 공급하는 단계(S31), (g) 상기 S22 단계에서 제조된 용액형 B약액을 저압 주입식 주입장치에 구비된 B약액 주입관에 공급하는 단계(S31), (h) 상기 A약액 주입관과 B약액 주입관이 합쳐지는 선단장치에서 실리카-겔 상태의 실리케이트를 제조하는 단계(S33), (i) 상기 실리카-겔 상태의 실리케이트를 천공 지반 속에 주입하여 고결화 진행에 의해 차수벽을 형성하는 단계(S34)를 포함하고, 상기 실리카 졸 상태의 A약액과 용액형 B약액은 동일한 양으로 공급되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, A약액 제조시 가격이 고가인 규산나트륨의 사용량을 줄일 수 있으므로, 기존의 그라우팅 공법에 비해 그라우트재의 제조단가를 약 70% 정도로 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한 A약액 제조시 황산과 같은 위험물질을 사용하지 않고, 인체에 해가 적은 인산을 사용함으로써 작업자의 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 A약액 제조시 황산과 같은 위험물질을 사용하지 않으므로, 작업 능률을 향상시킬 수 있고, 그라우트재 주입장치의 부식 및 손상을 방지하여 사용 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 규산나트륨의 사용량을 줄임으로써, 규산나트륨에 의한 탈리현상을 줄여 지하수의 오염을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한 규산나트륨의 사용량을 줄임으로써, 규산나트륨에 의한 용탈현상에 의해 지반이 약화되는 것을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한 기존의 그라우트재에 비해 압축강도를 향상시켜 그라우팅 시공의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 그라우팅 시공현장에서 지층에 따라 그라우트재의 겔-타임을 자유롭게 조절할 수 있으므로, 지층에 적합한 침투율을 유지하여 차수 효과를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 그라우트재의 제조과정 및 그라우팅 시공과정을 간략히 나타낸 도면.
도 2는 그라우트재 시험편의 압축강도를 시험한 압축강도 측정기로서 영점조절한 상태를 나타낸 사진.
도 3은 그라우트재 시험편의 압축강도를 시험한 압축강도 측정기로서 하중을 가한 상태를 나타낸 사진.
도 2는 그라우트재 시험편의 압축강도를 시험한 압축강도 측정기로서 영점조절한 상태를 나타낸 사진.
도 3은 그라우트재 시험편의 압축강도를 시험한 압축강도 측정기로서 하중을 가한 상태를 나타낸 사진.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.
<실리카 졸 상태의 A약액 제조>
본 발명에 따른 A약액을 제조하기 위해서는, 먼저 강한 알카리성 물질인 규산나트륨(물유리 3종)에 물을 혼합하여, 알카리 성분을 조금 낮춘 저농도 규산나트륨 수용액을 제조한다(S11).
이때 규산나트륨과 물의 혼합 비율은, 중량비로 30 ∼ 45 : 55 ∼ 70인 것이 바람직하다.
상기 규산나트륨의 함량이 55% 미만이 되거나, 물의 함량이 45%를 초과하게 되면, 규산나트륨의 함량이 너무 낮아지게 되어 고결화가 잘 일어나지 않고 강도도낮아지게 된다.
한편 규산나트륨의 함량이 70%를 초과하거나, 물의 함량이 30% 미만이 되면, 강도는 증가되지만, 고가인 규산나트륨의 사용량이 증가되므로 제조원가가 상승하게 된다.
따라서 상기 규산나트륨과 물의 혼합 비율은, 중량비로 30 ∼ 45 : 55 ∼ 70로 하는 것이 좋다.
저농도 규산나트륨 수용액의 제조가 완료되면, 산성물질인 반응속도 조절제를 첨가하여 보다 더 낮은 알카리성을 갖는 실리카 졸 상태의 A약액을 제조한다(S12).
상기 반응속도 조절제로는, 인산(H3PO4:Phosphoric Acid), 인산칼슘(Ca(PO4)2:Calcium Phosphate), 제일인산칼륨(KH2PO4:Potassium Phosphate Monobasic), 제3인산칼륨(K3PO4:Tripotassium Phosphate), 인산칼륨이염기성(K2HPO4:Potassium Phosphate Dibasic), 제이인산나트륨 (Na2HPO4:Sodium Phosphate Dibasic), 차아인산나트륨1수화물 (NaH2PO4 
H2O:Sodium Hypophosphite Monohydrate), 제1일인산암모늄 (NH4H2PO4:Ammonium Phosphate Monobasic) 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 저농도 규산나트륨 수용액과 반응속도 조절제의 혼합 비율은, 부피비로 85 ∼ 95 : 5 ∼ 15인 것이 바람직하다.
상기 반응속도 조절제의 함량이 5% 미만인 경우에는, 저농도 규산나트륨 수용액의 겔-타임이 너무 짧아지고 초기 결합력이 약화된다.
한편 상기 반응속도 조절제의 함량이 15%를 초과하는 경우에는, 겔-타임은 길어지지만 고결화 속도와 압축강도가 저하된다.
따라서 상기 저농도 규산나트륨 수용액과 반응속도 조절제의 혼합 비율은, 부피비로 85 ∼ 95 : 5 ∼ 15인 것이 좋다.
상기한 과정에 의해 규산나트륨 수용액은 더 낮은 알카리성 물질로 전환되며, B약액에 사용되는 일반 시멘트와 반응하여 반응속도를 조절할 수 있는 실리카 졸 상태의 A약액의 제조가 완료된다.
<용액형 B약액의 제조>
본 발명에 따른 용액형 B약액을 제조하기 위해서는, 먼저 일반 시멘트에 압축강화제와 고결화촉진제를 첨가하여 분말형 B약재를 제조한다(S21).
즉 일반 시멘트를 보다 더 강한 압축강도를 갖을 수 있는 물질로 만들 수 있도록, 분말형 압축강화제를 첨가하고, 칼슘 계열의 분말형 고결화 촉진제를 일정 비율로 혼합하여 분말형 B약재를 제조한다(S22).
여기서 상기 압축강화제는, 소석회(Ca(OH)2: Calcium Hydroxide), 생석회(CaO: Calcium Oxide), 탄산칼슘(CaCO3: Calcium Carbonate), 염화칼슘(CaCl2: Calcium Chloride Anhydrous), 질산칼슘(Ca(NO3)2.4H2O: Calcium Nitrate Tetrahydrate) 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한 상기 고결화 촉진제는, 황산칼슘알루미늄(CSA: Calcium Sulfate Aluminum), 황산알루미늄칼륨(AlK(SO4)2 
0∼12H2O: Aluminium Potassium Sulfate), 황산알루미늄(Aluminium Sulfate: Al2(SO4)3 
18H2O) 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한 상기 S21 단계에서, 상기 일반 시멘트와 압축강화제와 고결화촉진제의 혼합비율은, 중량비로 50 ∼ 70 : 20 ∼ 30 : 10 ∼ 20인 것이 바람직하다.
상기 일반 시멘트의 함량이 50% 미만이 되면, 압축강도가 저하되고, 압축강화제나 고결화 촉진제가 더 많이 필요하기 때문에 그라우트재의 제조원가가 상승하게 된다.
한편 일반 시멘트의 함량이 70%를 초과하게 되면, 압축강도는 향상되나, 주입 펌프의 부하가 높아져 그라우트재의 주입작업이 어려워지게 된다.
또한 압축강화제의 함량이 20% 미만이 되면, 압축강도가 저하되고, 압축강화제의 함량이 30%를 초과하게 되면, 주입 펌프의 부하가 높아져 주입작업이 곤란하게 된다.
한편 상기 고결화촉진제의 함량이 10% 미만이 되면, 고결화가 어려워져 겔-타임이 너무 늦어지게 되고, 고결화 촉진제의 함량이 20%를 초과하게 되면 고결화는 빨리 진행되나 압축강도가 낮아지게 된다.
상기 분말형 B약재의 제조가 완료되면, 여기에 물을 혼합하여 용액형 B약액을 제조한다(S22).
이때 상기 분말형 B약재와 물의 혼합비는, 중량비로 30 ∼ 40 : 60 ∼ 70인 것이 바람직하다.
상기 분말형 B약재의 함량이 30% 미만이거나 물의 함량이 70%를 초과하게 되면, 고결화가 잘 일어나지 않고 겔-타임이 너무 길어진다.
한편 분말형 B약재의 함량이 40%를 초과하거나 물의 함량이 60% 미만이 되면, 겔-타임은 줄어들지만, 그라우트재의 제조원가가 상승하게 된다.
따라서 상기 분말형 B약재와 물의 혼합비는, 중량비로 30 ∼ 40 : 60 ∼ 70인 것이 좋다.
<차수 그라우팅 시공>
상기 S12 단계에서 실리카 졸 상태의 A약액이 제조되면, 이를 저압 주입식 주입장치에 구비된 A약액 주입관에 공급한다(S31).
그리고 상기 S22 단계에서 제조된 용액형 B약액이 제조되면, 이를 저압 주입식 주입장치에 구비된 B약액 주입관에 공급한다(S31).
즉 A약액 주입펌프와 B약액 주입펌프에 의해, A약액과 B약액을 각각의 주입관을 통해 각각 주입한다.
그러면 상기 A약액 주입관과 B약액 주입관이 합쳐지는 선단장치에서, 실리카 졸 상태인 A약액과 용액형 B약액이 서로 만나 반응을 하여 실리카-겔 상태의 실리케이트가 제조된다(S33).
이렇게 제조된 실리카-겔 상태의 실리케이트를 천공 지반 속에 주입하면, 고결화 진행에 의해 차수벽이 형성된다(S34).
본 발명에 의하면, 기존의 L.W. 공법과 S.G.R. 공법에 비해 규산나트륨의 사용량을 크게 줄일 수가 있다.
아래의 [표 4]는 그라우트재 1㎥(1,000ℓ)을 제조할 경우, 본 발명과 L.W. 공법과 S.G.R. 공법의 규산나트륨 사용량을 비교한 것이다.
| 구 분 | 본 발명 | L.W. 공법 | S.G.R. 공법 |
| 사용량(ℓ) | 175 | 350 | 250 |
| L.W. 기준 비율(%) | 50 | 100 | 71.42 |
| S.G.R. 기준 비율(%) | 70 | 140 | 100 |
위 [표 4]에서 알 수 있듯이, 그라우트재 1㎥(1,000ℓ)를 제조할 경우, L.W. 공법에서는 규산나트륨이 350ℓ가 소요되었다.
한편 S.G.R. 공법의 경우에는, 규산나트륨이 250ℓ가 소요되어, L.W. 공법보다는 규산나트륨의 사용량이 절감되었으나, 겔-타임을 조절하기 위해 고가인 SGR 7호(급결재 겔-타임 조절제)와 SGR 8호(완결재 겔-타임 조절제)를 사용하여야 하므로 제조원가가 높아지게 된다.
이에 비해 본 발명은, 그라우트재 1㎥(1,000ℓ)를 제조할 경우, 규산나트륨의 사용량이 L.W. 공법에 비해 50%로 절감되었고, S.G.R. 공법에 비해 70%로 절감되었다.
따라서 본 발명에 의하면, 종래의 공법에 비해 규산나트륨의 사용량을 크게 줄여 그라우트재의 제조원가를 줄일 수가 있다.
이어서 본 발명에 따른 그라우트재의 겔-타임과 압축강도 실험결과를 설명한다.
<제1 실시예>
A약액 500ℓ와 B약액 500ℓ를 기준으로, 규산나트륨(물유리 3종)과 물의 혼합비를 중량비로 175 : 280으로 하여 교반한 후, 저농도 규산나트륨 수용액을 제조하였다.
이어서 상기 저농도 규산나트륨 수용액과 인산(H3PO4)의 혼합비를 중량비 455 : 45으로 하여 교반한 후 실리카 졸 상태의 A약액을 제조하였다.
그리고 일반 시멘트와 소석회와 황산칼슘알루미늄의 비를 중량비로 200 : 100 : 40으로 혼합하여 분말형 B약재를 제조하였다.
이어서 상기 분말형 B약재와 물의 혼합비를 중량비 340 : 375으로 하여 용액형 B약액을 제조하였다
그리고 상기 A약액과 B약액을 동일한 비율로 혼합하여 본 발명에 따른 실리카-겔 상태의 실리케이트 시험편을 제조하였다.
<비교예 1>
A약액 500ℓ와 B약액 500ℓ를 기준으로, 규산나트륨(물유리 3종)과 물의 혼합비를 중량비로 175 : 325으로 하여 교반한 후 저농도 규산나트륨 수용액을 제조하였다.
그리고 일반 시멘트와 탈황석고와 소석회의 혼합비를 중량비로 200 : 100 : 40으로 혼합하여 분말형 B약재를 제조하였다.
이어서 상기 상기 분말형 B약재와 물의 혼합비를 중량비로 340 : 375으로 하여 용액형 B약액을 제조하였다.
그리고 상기 A약액과 B약액을 동일한 비율로 혼합하여 비교예 1의 시험편을 제조하였다.
<비교예 2>
A약액 500ℓ와 B약액 500ℓ를 기준으로, 규산나트륨(물유리 3종)과 물의 혼합비를 중량비로 175 : 280으로 하여 교반한 후 저농도 규산나트륨 수용액을 제조하였다.
이어서 상기 저농도 규산나트륨 수용액과 인산(H3PO4)의 혼합비를 중량비로 455 : 45으로 하여 교반한 후 실리카 졸 상태의 A약액을 제조하였다.
그리고 일반 시멘트와 소석회의 혼합비를 중량비로 200 : 40으로 혼합하여 분말형 B약재를 제조하였다.
이어서 상기 분말형 B약재와 물의 혼합비를 중량비로 240 : 375으로 하여 용액형 B약액을 제조하였다.
그리고 A약액과 B약액을 동일한 비율로 혼합하여 비교예 2의 시험편을 제조하였다.
<비교예 3>
A약액 500ℓ와 B약액 500ℓ를 기준으로, 규산나트륨(물유리 3종)과 물의 혼합비를 중량비로 175 : 280으로 하여 교반한 후 저농도 규산나트륨 수용액을 제조하였다.
이어서 상기 저농도 규산나트륨 수용액과 인산(H3PO4)의 혼합비를 중량비로 455 : 45으로 하여 교반한 후 실리카 졸 상태의 A약액을 제조하였다.
그리고 일반 시멘트와 탈황석고의 혼합비를 중량비로 200 : 60으로 혼합하여 분말형 B약재를 제조하였다.
이어서 상기 분말형 B약재와 물의 혼합비를 중량비로 260 : 375으로 하여 용액형 B약액을 제조하였다.
그리고 상기 A약액과 B약액을 동일한 비율로 혼합하여 비교예 3의 시험편을 제조하였다.
위와 같이 제조되는 시험편에 대해 겔-타임을 측정하였으며, 아래의 [표 5]는 그 결과를 나타낸 것이다.
| 시험항목 | 실시예 1 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 |
| 겔-타임(sec) | 17 | 55 | 40 | 84 |
위 [표 5]에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예 1은 비교예 1 내지 3에 비해 겔-타임이 크게 단축되었다.
그리고 실시예 1과 비교예 시험편에 대하여 압축강도를 측정하였으며, 아래의 [표 6]은 그 결과를 나타낸 것이다.
| 시험항목 | 실시예 1 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 |
| 압축강도(kg/㎠) | 36.5 | 19.2 | 9.2 | 3.9 |
위 [표 6]에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예 1은 비교예들에 비해 높은 압축강도를 나타내었다.
본 발명에 따르면, 저농도 규산나트륨 수용액에 인산 등의 반응속도 조절제를 첨가하여 A약액을 제조함으로써, 고가인 규산나트륨의 사용량을 줄여 그라우트재의 제조원가를 낮출 수가 있다.
또한 규산나트륨의 사용량을 줄임으로써, 용탈현상, 탈리현상 등에 따르는 문제점을 최소화할 수가 있다.
또한 A약액 제조시, 위험물질인 황산을 사용하지 않고 인체에 해가 적은 인산을 사용함으로써, 작업자의 건강을 확보할 수 있고, 그라우팅 시공의 안전성을 높여 작업능률을 향상시킬 수가 있다.
또한 그라우트 주입장치의 부식을 방지하여 사용 수명을 연장시킬 수가 있다.
또한 B약액 제조시, 일반 시멘트에 분말형 압축강화제와 분말형 고결화촉진제를 첨가함으로써, 압축강도를 높일 수 있고, 고결화를 촉진하여 겔-타임을 단축시킬 수가 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것으로서 본 발명의 범위는 상기한 특정 실시예에 한정되지 아니한다. 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어남이 없이 다양한 변경 및 수정이 가능 하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (7)
- 지반에 차수벽을 형성하는 차수 그라우팅 시공시에 사용하는 그라우트재의 제조방법에 있어서,
(a) 규산나트륨과 물을 혼합하여 저농도 규산나트륨 수용액을 제조하는 단계(S11),
(b) 상기 S11 단계에서 제조된 저농도 규산나트륨 수용액에 반응속도 조절제를 첨가하여 실리카 졸 상태의 A약액을 제조하는 단계(S12),
(c) 일반 시멘트에 압축강화제와 고결화 촉진제를 혼합하여 분말형 B약재를 제조하는 단계(S21),
(d) 상기 S21 단계에서 제조된 분말형 B약재에 물을 혼합하여 용액형 B약액을 제조하는 단계(S22),
(e) 상기 실리카 졸 상태의 A약액과 용액형 B약액을 혼합하여 실리카-겔 상태의 실리케이트를 제조하는 단계를 포함하고,
상기 S11 단계에서, 규산나트륨과 물의 혼합비율은, 중량비로 30 ∼ 45 : 55 ∼ 70이며,
상기 S12 단계에서, 저농도 규산나트륨 수용액에 첨가되는 반응속도 조절제로 인산(H3PO4:Phosphoric Acid)을 사용하고,
상기 S12 단계에서, 저농도 규산나트륨 수용액에 첨가되는 반응속도 조절제는, 인산칼슘(Ca(PO4)2:Calcium Phosphate), 제일인산칼륨(KH2PO4:Potassium Phosphate Monobasic), 제3인산칼륨(K3PO4:Tripotassium Phosphate), 인산칼륨이염기성(K2HPO4:Potassium Phosphate Dibasic), 제이인산나트륨 (Na2HPO4:Sodium Phosphate Dibasic), 차아인산나트륨1수화물 (NaH2PO4H2O:Sodium Hypophosphite Monohydrate), 제1일인산암모늄 (NH4H2PO4:Ammonium Phosphate Monobasic) 중 어느 하나이며,
상기 S12 단계에서, 상기 저농도 규산나트륨 수용액과 반응속도 조절제의 혼합비율은, 부피비로 85 ∼ 95 : 5 ∼ 15이고,
상기 S21 단계에서, 상기 압축강화제는,
소석회(Ca(OH)2: Calcium Hydroxide), 생석회(CaO: Calcium Oxide), 탄산칼슘(CaCO3: Calcium Carbonate), 염화칼슘(CaCl2: Calcium Chloride Anhydrous), 질산칼슘(Ca(NO3)2.4H2O: Calcium Nitrate Tetrahydrate) 중 어느 하나이고,
상기 고결화 촉진제는,
황산칼슘알루미늄(CSA: Calcium Sulfate Aluminum), 황산알루미늄칼륨(AlK(SO4)20∼12H2O: Aluminium Potassium Sulfate), 황산알루미늄(Aluminium Sulfate: Al2(SO4)3
18H2O) 중 어느 하나이며,
상기 S21 단계에서, 상기 일반 시멘트와 압축강화제와 고결화촉진제의 혼합비율은, 중량비로 50 ∼ 70 : 20 ∼ 30 : 10 ∼ 20이고,
상기 S22 단계에서, 상기 분말형 B약재와 물의 혼합비는, 중량비로 30 ∼ 40 : 60 ∼ 70인 것을 특징으로 하는 반응속도 조절제를 이용한 실리케이트 그라우트재 제조방법. - 삭제
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