KR102581342B1 - 마그네시아-실리카계 친환경 그라우트재와 그 제조방법, 그리고 그 제조방법으로 제조된 그라우트재를 이용한 그라우팅 공법 - Google Patents

마그네시아-실리카계 친환경 그라우트재와 그 제조방법, 그리고 그 제조방법으로 제조된 그라우트재를 이용한 그라우팅 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지하의 누수방지와 지반 보강을 위한 지반 그라우팅 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시멘트 사용량을 최소화한 마그네시아계 결합재와 규산소다를 대체한 실리카계 경화제로 구성하여 오염문제와 용탈문제를 줄인 친환경 그라우트재, 그 그라우트재의 바람직한 제조방법, 그리고 그 제조방법으로 제조된 그라우트재를 바람직하게 이용한 그라우팅 공법에 관한 것이다.
본 발명 마그네시아-실리카계 친환경 그라우트재는, 시멘트, 개질반응형 마그네시아, 고로슬래그 미분말, 소석고를 포함하는 마그네시아계 결합재; 3-아미노프로필트리에톡시실란, 가성알칼리, 물을 포함하는 실리카계 경화제;로 구성되는 것을 특징으로 하며, 여기서 개질반응형 마그네시아는 마그네시아(MgO) 클링커가 석고 및 아미노실란 보조재와 함께 메카노케미칼 처리되어 분말도 3,600~4,200㎠/g로 분쇄된 것이며, 가성알칼리는 수산화리튬 또는 수산화칼륨이다.

Description

마그네시아-실리카계 친환경 그라우트재와 그 제조방법, 그리고 그 제조방법으로 제조된 그라우트재를 이용한 그라우팅 공법{Eco-friendly Grout Material and Grouting Method Using the Same}
본 발명은 지하의 누수방지와 지반 보강을 위한 지반 그라우팅 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시멘트 사용량을 최소화한 마그네시아계 결합재와 규산소다를 대체한 실리카계 경화제로 구성하여 오염문제와 용탈문제를 줄인 친환경 그라우트재, 그 그라우트재의 바람직한 제조방법, 그리고 그 제조방법으로 제조된 그라우트재를 바람직하게 이용한 그라우팅 공법에 관한 것이다.
도시집중 현상으로 지상 공간 확보를 위해 지하화 인프라 개발이 활발히 진행되는 실정이며, 지하화 인프라 개발을 위해서는 환경성/안정성에 대한 문제 해결이 선결될 필요가 있다.
지하화 인프라 개발에서 지반 그라우팅은 불안정한 지하구조물의 누수방지와 지반 보강을 통한 안정성 확보를 위해 필수적으로 사용하는 공법이 된다. 현재 지반 그라우팅 공법으로는 LW공법, SGR공법이 주로 적용되고 있으며, 이러한 공법은 1종 보통포틀랜드시멘트(OPC)와 규산소다를 주원료로 하는 그라우트재를 사용하는 그라우팅 공법이 된다.
그런데 그라우트재에서 시멘트는 6가크롬, 구리, 납, 비소 등의 유해물질을 함유하고 있어 유해물질의 용출로 인한 토양 및 지하수 오염 문제의 요인이 된다. 또한 규산소다는 나트륨이 다량 함유된 규산염이 주로 사용되는데, 결합재와 함께 지반에 주입되어 고결되더라도 지하에 포함되어 있는 수분과 반응하기 때문에 시간 경과에 따라 고결된 지반층에서 용탈현상이 발생하면서 체적 감소에 의한 내구성 저하로 이어져 안정성 문제가 따른다.
KR 10-2121869 B1 KR 10-2024583 B1
본 발명은 시멘트와 규산소다가 주원료로 되는 종래 그라우트재의 문제를 개선하고자 개발된 것으로, 시멘트 사용량을 최소화한 마그네시아계 결합재를 사용하여 오염문제를 개선하고 동시에 규산소다를 대체하는 실리카계 경화제를 사용하여 용탈현상 발생을 억제하여 안정성을 확보하는 새로운 그라우트재를 제공하는데 기술적 과제가 있다.
또한 본 발명은 폐내화물, 화학석고, 고로슬래그 미분말 등 재순환 자원을 사용할 수 있어 경제성, 친환경성을 확보할 수 있는 새로운 그라우트재를 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 마그네시아계 결합재와 실리카계 경화제로 이루어진 그라우트재의 바람직한 제조방법과, 그 그라우트재를 바람직하게 이용한 그라우팅 공법을 제공하고자 한다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 시멘트, 개질반응형 마그네시아, 고로슬래그 미분말, 소석고를 포함하는 마그네시아계 결합재; 3-아미노프로필트리에톡시실란, 가성알칼리, 물을 포함하는 실리카계 경화제;로 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네시아-실리카계 친환경 그라우트재를 제공한다. 여기서 개질반응형 마그네시아는 마그네시아(MgO) 클링커가 석고 및 아미노실란 보조재와 함께 메카노케미칼 처리되어 분말도 3,600~4,200㎠/g로 분쇄된 것이며, 가성알칼리는 수산화리튬 또는 수산화칼륨이다.
또한 본 발명은 마그네시아-실리카계 친환경 그라우트재를 바람직하게 제조하는 방법으로, 시멘트, 개질반응형 마그네시아, 고로슬래그 미분말, 소석고를 계량하고 혼합하여 마그네시아계 결합재를 제조하는 결합재 제조단계; 실리카계 경화제를 제조하는 경화제 제조단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네시아-실리카계 친환경 그라우트재의 제조방법을 제공한다. 여기서 개질반응형 마그네시아는, 먼저 마그네시아 클링커 원료로 폐내화물, 석고 원료로 화학석고, 아미노실란 보조재로 3-아미노프로필트리메톡시실란를 준비하고, 이어 마그네시아 클링커, 석고, 아미노실란 보조재를 계량하고 메카노케미칼 공정으로 처리하여 분말도 3,600~4,200㎠/g로 분쇄하는 과정으로 제조할 수 있다. 실리카계 경화제는, 먼저 3-아미노프로필트리에톡시실란, 수산화리튬 수용액, 무수에탄올, 물을 준비하고, 이어 3-아미노프로필트리에톡시실란을 무수에탄올과 혼합 교반하고 교반 유지한 상태에서, 수산화리튬 수용액을 무수에탄올 및 물과 혼합한 상태로 투입 교반한 다음, 60~80℃로 가열 교반 유지하면서 진공유지를 통해 에탄올을 제거하는 과정으로 제조할 수 있다.
나아가 본 발명은 마그네시아-실리카계 친환경 그라우트재를 바람직하게 이용한 그라우팅 공법으로, 마그네시아계 결합재 100중량부에 물 150~180중량부가 혼합된 A액;과, 실리카계 경화제 70중량부에 물 130~150중량부가 혼합된 B액;을 1:1의 부피비로 혼합하여, 지반에 주입하는 것을 특징으로 하는 그라우팅 공법을 제공한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 본 발명의 그라우트재는 시멘트 사용량을 최소화하기 때문에 유해물질의 용출을 최소화할 수 있어 토양과 지하수 오염 문제를 개선할 수 있으며, 더불어 규산소다를 대체하는 실리카계 경화제를 사용하기 때문에 그라우트재의 고결 후 용탈현상을 억제할 수 있어 내구성과 안정성을 확보할 수 있다.
둘째, 그라우트재에서 시멘트 사용량을 최소화하는 대신에 폐내화물, 화학석고, 고로슬래그 미분말 등 재순환 자원을 적극 사용할 수 있기 때문에, 경제성, 친환경성을 확보할 수 있다.
셋째, 마그네시아계 결합재의 조성을 적절히 조절하면 Gel Time 즉 그라우트의 겔화되는 시점을 조정할 수 있으며, 이로써 시공방법 및 현장상황에 유연하게 대응하면서 급결형 내지 완결형으로 유리하게 적용할 수 있다.
본 발명은 마그네시아계 결합재와 실리카계 경화제로 구성된 그라우트재, 그 그라우트재의 바람직한 제조방법, 그리고 그 제조방법으로 제조된 그라우트재를 바람직하게 이용한 그라우팅 공법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 그라우트재는 마그네시아계 결합재와 실리카계 경화제로 구성된다. 마그네시아계 결합재는 시멘트, 개질반응형 마그네시아, 고로슬래그 미분말, 소석고를 포함하며, 실리카계 경화제는 3-아미노프로필트리에톡시실란, 가성알칼리, 물을 포함하여 구성된다.
마그네시아계 결합재는 시멘트의 사용량을 최소화하기 위한 목적으로 개질반응형 마그네시아를 주요하게 포함하는 것이 특징이다. 여기서 개질반응형 마그네시아는 마그네시아(MgO) 클링커가 석고 및 아미노실란 보조재와 메카노케미칼 처리되어 분말도 3,600~4,200㎠/g로 분쇄된 미분말이다. 이러한 개질반응형 마그네시아는 메카노케미칼 처리에 의해 석고 표면에 MgO가 코팅되어 있는 형태가 된다. 아미노실란 보조재에 포함된 NH2(아민기)가 메카노케미칼 처리에서 발생하는 열에 의해 알카리의 석고 입자와 MgO 입자의 재료결합을 활성화하게 되는 것이다. 이러한 개질반응형 마그네시아는 수화반응이 진행되면 에트린자이트 생성은 물론 MgO+H2O=Mg(OH)2로 상변화되면서 팽창하는데, 이로써 지반 내 미세공극이 더욱 밀실하게 채워지면서 압축강도가 증진되며 더불어 상대적으로 높은 물시멘트비 그라우트재의 수축현상이 보완된다.
개질반응형 마그네시아는 자원 재순환 차원에서 마그네시아(MgO) 클링커 원료로 폐내화물을 이용하고, 석고 원료로 화학석고를 바람직하게 이용할 수 있다. 이때 폐내화물(자원순환 MgO)은 MgO 85중량% 이상, Al2O3 5중량% 이상 함유한 것으로 이용하고, 화학석고는 CaO 40중량%이상, Al2O3 8중량%이상, SO3 45중량% 이상 함유한 것으로 이용하는 것이 바람직하다. 특히 폐내화물과 화학석고 내 함유되어 있는 Al2O3는 시멘트와 CaO의 수화반응을 활성화시켜 압축강도 증진에도 기여한다. 한편 개질반응형 마그네시아에서 아미노실란 보조재는 3-아미노프로필트리메톡시실란을 바람직하게 사용할 수 있다. 개질반응형 마그네시아는 바람직하게는, 폐내화물 마그네시아 클링커 100중량부에, 화학석고 30~45중량부, 3-아미노프로필트리메톡시실란 3~5중량부로 계량하여 메카노케미칼 공정으로 15~30시간 동안 처리하여 분말도 3,600~4,200㎠/g의 미분말이 되도록 분쇄하여 제조할 수 있다.
마그네시아계 결합재는 시멘트 5~35중량%, 개질반응형 마그네시아 10~60중량%, 고로슬래그 미분말 20~35중량%, 소석고 5~30중량%를 포함하도록 바람직하게 조성할 수 있다. 시멘트는 기본적인 결합재로 사용량을 최소화하기 위해 5~35중량% 사용하며, 5중량% 미만이면 강도 확보가 부족하고, 35중량% 초과하면 경제성 상실, 유해물질 용출에 따른 오염문제 증가가 우려된다. 개질반응형 마그네시아는 시멘트를 대체하는 결합재가 되는데, 10중량% 미만이면 대체효과가 미미할 뿐만 아니라 팽창성능 저하로 수축 균열발생, 압축강도 저하, 반응시간 지연 등이 우려되고, 60중량% 초과하면 과팽창으로 인한 균열발생, 압축강도 저하, 과도한 반응시간 촉진 등이 우려된다. 고로슬래그 미분말은 개질반응형 마그네시아와 함께 시멘트를 대체하는 결합재가 되며, 경제성, 초기강도 확보를 감안하여 20~35중량% 사용한다. 소석고(CaSO4·2H2O)는 시멘트 및 고로슬래그와 반응하여 에트린자이트 생성을 더욱 촉진하고 더불어 그라우트 겔화 시 지반내의 토양과 결합력을 유지하는 역할을 한다. 소석고는 초기강도 확보와 반응시간을 고려하여 5~30중량%를 사용하는 것이 적당하다.
마그네시아계 결합재는 개질반응형 마그네시아의 사용량을 조절하여 겔타임을 조정할 수 있다. 다시 말해 개질반응형 마그네시아의 사용량을 줄여 시멘트 5~35중량%, 개질반응형 마그네시아 10~35중량%, 고로슬래그 미분말 20~35중량%, 소석고 20~30중량%를 포함하도록 조성하면 겔타임 15초 내외의 급결형 마그네시아계 결합재가 된다. 개질반응형 마그네시아의 사용량을 늘여 시멘트 5~35중량%, 개질반응형 마그네시아 35~60중량%, 고로슬래그 미분말 20~35중량%, 소석고 5~20중량%를 포함하도록 조성하면 겔타임 45초 내외의 완결형 마그네시아계 결합재가 된다.
실리카계 경화제는 규산소다를 사용하지 않으면서 결합재와 반응하여 경화가 가능하도록 강알칼리 구성을 가지는 것이 특징이다. 본 발명에서 실리카계 경화제는 3-아미노프로필트리에톡시실란과 가성알칼리 및 물을 포함하여 구성되며, 여기서 가성알칼리로는 수산화리튬 또는 수산화칼륨을 사용한다. 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-APTE, AminoPropylTriEthoxysilane)은 가수분해되면 규소(Si)와 산소(O)의 기본골격구조를 가지는 물유리와 유사한 구조가 되며, 이로써 마그네시아계 결합재와 반응하여 경화 특성이 발현된다. 가성알칼리는 실리카계 경화제가 강알칼리 조건의 액상이 되게 하는데, 이로써 알칼리 자극 효과로 마그네시아계 결합재와의 반응이 촉진된다. 가성알칼리는 수산화리튬(LiOH) 또는 수산화칼륨(KOH)을 사용하는데, 바람직하게는 수산화리튬을 사용한다. 수산화리튬의 리튬이온은 강한 결합력으로 Si와 O의 결합구조에 결합되므로 물에 의한 용출영향이 극히 낮아 용출문제가 저감된다.
실리카계 경화제는 3-아미노프로필트리에톡시실란 100중량부에 수산화리튬 5~10중량부와 물 100~130중량부가 혼합된 상태가 바람직하다. 이러한 실리카계 경화제는 3-아미노프로필트리에톡시실란, 수산화리튬 수용액, 무수에탄올, 물을 준비하고, 이후 3-아미노프로필트리에톡시실란을 무수에탄올과 혼합 교반하고 교반 유지한 상태에서, 수산화리튬 수용액을 무수에탄올 및 물과 혼합한 상태로 투입 교반한 다음, 60~80℃로 가열 교반 유지하면서 진공유지를 통해 에탄올을 제거하는 과정으로 바람직하게 제조할 수 있다. 이렇게 제조한 경화제는 pH 12 이상의 강알칼리 특성을 가지며, Si와 O를 기본골격구조를 가져 마그네시아계 결합재와 반응하여 경화특성을 발현하고 더불어 말단기에 친수성의 하이드록시기(-OH)를 가져 결합재와의 혼합이나 지반과의 혼합에서 유리한 부착특성을 발현한다.
본 발명에 따른 그라우트재의 제조방법은, 결합재 제조단계;와 경화제 제조단계로 구성되며, 이 두 단계는 순서 상관없이 순차적 또는 동시에 진행될 수 있다. 결합재 제조단계는 마그네시아계 결합재를 제조하는 과정으로, 개질반응형 마그네시아를 제조한 후에, 시멘트, 개질반응형 마그네시아, 고로슬래그 미분말, 소석고를 계량하여 혼합하면서 실시한다. 경화제 제조단계는 실리카계 경화제를 제조하는 과정으로, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 수산화리튬 수용액, 무수에탄올, 물로 제조한다.
위와 같이 제조한 그라우트재는 결합재와 경화제 각각을 물과 혼합하여 A액과 B액으로 준비한 후에, A액과 B액을 혼합하여 지반에 주입하는 방법으로 그라우팅 공법에 적용할 수 있다. A액은 마그네시아계 결합재 100중량부에 물 150~180중량부를 혼합하여 준비하고, B액은 후에 실리카계 경화제 70중량부에 물 130~150중량부를 혼합하여 준비하며, 이렇게 준비한 A액과 B액은 1:1의 부피비로 혼합하여 사용하면 적절한 겔타임을 확보하고 물리성능을 발현하게 된다.
이하에서는 제조예 및 시험예에 의거하여 본 발명에 따른 그라우트재를 살펴본다. 다만, 아래의 제조예 및 시험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이로써 한정되는 것은 아니다.
[제조예1] 마그네시아계 결합재의 제조
먼저 개질반응형 마그네시아를 제조하였다. 개질반응형 마그네시아는, MgO 클링커(15~25mm, MgO 85중량% 이상, Al2O3 5중량% 이상) : 화학석고(비중:3.04, 분말도:3,100~3,300㎠/g, CaO 40중량% 이상, Al2O3 8중량% 이상, SO3 45중량% 이상): 아미노실란 보조재(3-아미노프로필트리메톡시실란) = 100 : 37 : 3.7의 중량비로 계량하고, 메카노케미칼 공정으로 20시간 동안 처리하여 분말도 3,600~4,200㎠/g의 미분말이 되도록 분쇄하여 제조하였다.
이어 제조한 개질반응형 마그네시아를 시멘트(비중 3.14, 분말도 3,400~3,600㎠/g의 1종 보통 포틀랜드 시멘트), 고로슬래그 미분말(비중 2.93 분말도 4,673㎠/g의 3종 고로슬래그 미분말), 소석고(α형, 비중 2.31 분말도 3,047㎠/g)와 아래 [표 1]과 같은 조성으로 혼합하였다.
마그네시아계 결합재의 조성(중량%)
구분 시멘트 개질반응형 마그네시아 고로슬래그 미분말 소석고 계
급결형 20 31 24 25 100
완결형 21 50 20 9 100
[제조예2] 실리카계 경화제의 제조
먼저 3-아미노프로필트리에톡시실란(휘발성 투명 액상, 비중 0.94, bp 98℃, 인화점 217℃) 100중량부에, 수산화리튬 수용액(물 100g에 수산화리튬 17.5g을 용해 후 20~25도로 서냉 후 여과한 용액. 비중 1.02~1.04, 무색 투명. pH 13 이상) 50중량부, 무수에탄올 55중량부, 물 70중량부를 준비하였다. 이어 3-아미노프로필트리에톡시실란 100중량부를 무수에탄올 30중량부와 혼합 교반하고, 교반(rpm 40~80)을 유지한 상태에서 수산화리튬 수용액 50중량부와 무수에탄올 25중량부와 물 70중량부를 혼합한 용액을 투입한 후 실온(20~30℃)에서 12hr 이상 교반유지한 다음, 60~80℃ 범위로 가열 교반유지하면서 진공유지하여 에탄올을 제거하였다. 이로써 pH12 이상의 강알칼리 특성을 가지면서 1.3~1.5의 비중을 가지는 실리카계 경화제가 제조되었다.
[시험예1] 급결형 그라우트재
1. 급결형 그라우트재의 배합
[제조예1]에서 제조한 마그네시아계 결합재(급결형)와 [제조예2]에서 제조한 를 실리카계 경화제를 이용하여 아래 [표 2]와 같은 조성으로 급결형 그라우트재를 배합하였다. 급결형 그라우트재에서 A액은 결합재와 물을 혼합한 후 1분간 교반하여 준비하고, B액도 동일하게 경화제와 물을 혼합한 후 1분간 교반하여 준비하였다. 비교예에서 결합재는 1종 시멘트(비중 3.14, 분말도 3,400~3,600cm2/g)를, 경화제는 규산소다 3호(비중 1.4, pH 12이상)를 사용하였다.
급결형 그라우트재의 배합
구분 종류 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4 비교예5 실시예1
A액 결합재
(kg)		 1종 시멘트 250 250 125 125 - -
마그네시아계
결합재(제조예1)		 - - 125 125 250 250
물(L) 420 420 415 410 410 410
합계(L) 500 500 500 500 500 500
B액 경화제
(L)		 규산소다 175 - 175 - 175 -
실리카계
경화제(제조예2)		 - 175 - 175 - 175
물(L) 325 325 325 325 325 325
합계(L) 500 500 500 500 500 500
2. 급결형 그라우트재의 특성
위 [표 2]의 배합에 따른 급결형 그라우트재에 대해 겔타임, 압축강도, 질량감소율을 측정하였다. 겔타임은 A액과 B액을 1:1 부피비로 준비하여 각각 비이커로 부피를 확인한 다음, A액을 B액 용기에 1∼2초 내 부은 후 혼합액을 다시 A액 용기로 붓는 과정을 겔이 형성될때까지 반복하여 그라우트가 Gel이 형성되는 시점으로 측정하였다. 압축강도는 A액과 B액의 혼합액을 황동 성형 몰드(50×50×50mm)에 주입하여 성형하여 시험체를 제작한 다음, 1일간 항온항습기(온도 20±1℃, 습도 90%이상)에 양생하고 탈형한 후 수중양생(온도 20±2℃)을 실시하여 재령별(1, 3, 7, 28일) 압축강도로 측정하였다. 질량감소율은 용탈성능 확인을 위해 측정한 것인데, 압축강도 시험과 동일하게 50×50×50mm 시험체를 제작하여 1일간 양생한 다음 시험체의 질량을 측정하고, 이어 수중양생(온도 20±2℃)으로 양생을 실시하고 재령별(7, 28, 56일) 질량을 측정하여 질량감소율을 측정하였다. 측정 결과는 아래 [표 3]과 같이 나타냈다.
급결형 그라우트재의 특성
구분 Gel Time
(Sec)		 압축강도(MPa) 질량감소율(%)
1일 3일 7일 28일 7일 28일 56일
비교예1 52 0.6 1.5 2.4 2.5 -0.74% -1.61% 시험체파괴
비교예2 49 0.6 1.7 2.8 3.7 0.31% 0.37% 0.41%
비교예3 32 0.8 2.1 3.4 3.7 -0.67% -1.54% 시험체파괴
비교예4 30 0.8 2.3 3.5 4.3 -0.05% 0.13% 0.21%
비교예5 14 1.4 2.7 4.1 4.3 -0.27% -0.69% -48.41%
실시예1 13 1.8 3.1 5.1 7.2 0.29% 0.41% 0.55%
위의 [표 3]에서 보는 바와 같이, 결합재로 시멘트를 사용하고 경화제로 규산소다를 사용한 비교예1은 Gel Time 50~55초 수준, 낮은 압축강도, 재령 56일에 시험체 파괴를 나타냈다. 결합재로 시멘트를 사용하고 경화제로 실리카계 경화제를 사용한 비교예2는 비교예1 대비 재령 7일에서 28일의 압축강도 성능이 미미하게 향상되었고, 질량감소율은 재령 56일에도 시험체의 질량변화가 크게 없음을 나타냈다. 비교예3은 결합재로 시멘트와 마그네시아계 결합재를 1:1의 부피비로 혼합하여 사용하고 경화제로 규산소다를 사용한 경우로, 비교예1,2 대비 Gel Time이 촉진되고 압축강도가 다소 향상되는 결과를 나타냈으나, 질량감소율은 B액의 규산소다로 인한 용탈현상으로 재령 56일에 시험체 파괴를 나타냈다.
비교예4는 비교예3과 동일한 결합재를 사용하고 실리카계 경화제를 사용한 경우로, 비교예2와 비슷한 결과를 나타냈다. 비교예5는 결합재로 마그네시아계 결합재를 사용하고 경화제로 규산소다를 사용한 경우로, 겔타임이 14초로 비교예1,2,3 대비 매우 빠르게 겔화되었으며, 압축강도 성능 또한 1일에 1.0 이상으로 크게 향상되었으나, 질량감소율은 규산소다의 사용에 따른 용탈로 인해 -48.41%로 보여줘 시험체 파과까지 이어지지는 않았더라도 수중에 잠긴 시험체의 표면이 약해지면서 부서지고 질량 감소로 이어지는 현상을 나타냈다.
실시예1는 본 발명에 따라 마그네시아계 결합재와 실리카계 경화제를 사용한 경우로, 겔타임 촉진, 압축강도 향상, 질량감소율 미미라는 결과를 나타냈다. 이러한 결과에 따라 본 발명에 따른 그라우트재는 초기 우수한 겔화로 인한 고결성능을 확보하고 높은 압축강도로 안정적으로 지반을 보강하고, 더불어 용탈의 문제점을 보완할 수 있다고 할 수 있다.
[시험예2] 완결형 그라우트재
1. 완결형 그라우트재의 배합
[제조예1]에서 제조한 마그네시아계 결합재(완결형)와 [제조예2]에서 제조한 를 실리카계 경화제를 이용하여 아래 [표 4]와 같은 조성으로 완결형 그라우트재를 배합하였다. 완결형 그라우트재는 [시험예1]의 급결형 그라우트재와 동일한 방식으로 A액과 B액을 준비하고 적용하였다.
완결형 그라우트재의 배합
구분 종류 비교예6 비교예7 비교예8 비교예9 비교예10 실시예2
A액 결합재
(kg)		 1종 시멘트 250 250 125 125 - -
마그네시아계
결합재(제조예1)		 - - 125 125 250 250
물(L) 420 420 415 415 410 410
합계(L) 500 500 500 500 500 500
B액 경화제
(L)		 규산소다 175 - 175 - 175 -
실리카계
경화제(제조예2)		 - 175 - 175 - 175
물(L) 325 325 325 325 325 325
합계(L) 500 500 500 500 500 500
2. 완결형 그라우트재의 특성
위 [표 4]의 배합에 따른 완결형 그라우트재에 대해 겔타임, 압축강도, 질량감소율을 측정하였다. 겔타임, 압축강도, 질량감소율은 [시험예1]에서와 동일한 방법으로 측정하였다. 측정 결과는 아래 [표 5]와 같이 나타냈다.
완결형 그라우트재의 특성
구분 Gel Time
(Sec)		 압축강도(MPa) 질량감소율(%)
1일 3일 7일 28일 7일 28일 56일
비교예6 52 0.6 1.5 2.4 2.5 -0.74% -1.61% 시험체파괴
비교예7 49 0.6 1.7 2.8 3.7 0.31% 0.37% 0.41%
비교예8 47 0.9 2.2 3.3 3.4 -0.42% -1.34% 시험체파괴
비교예9 46 1.0 2.4 3.9 4.8 -0.11% 0.15% 0.18%
비교예10 45 1.9 2.9 3.8 4.1 -0.51% -1.45% -47.96%
실시예2 45 2.4 3.8 5.2 7.8 0.21% 0.14% 0.24%
완결형 그라우트는 겔타임 외에는 [시험예1]의 급결형과 비슷한 결과를 나타냈다. 이와 같은 결과에 따라마그네시아계 결합재의 조성을 조절하면 Gel Time 즉 그라우트의 겔화되는 시점을 조정할 수 있어 급결형 내지 완결형으로 준비할 수 있으며, 이로써 시공방법 및 현장상황에 대응하면서 급결형 내지 완결형을 주입펌프를 사용하여 주입 시공할 수 있을 것으로 기대된다.

Claims (5)

  1. 시멘트 5~35중량%, 개질반응형 마그네시아 10~60중량%, 고로슬래그 미분말 20~35중량%, 소석고 5~30중량%를 포함하는 마그네시아계 결합재;
    3-아미노프로필트리에톡시실란, 가성알칼리, 물을 포함하는 실리카계 경화제;로 구성되되,
    상기 개질반응형 마그네시아는, 마그네시아(MgO) 클링커가 석고 및 아미노실란 보조재와 메카노케미칼 처리되어 분말도 3,600~4,200㎠/g로 분쇄된 것이며,
    상기 가성알칼리는, 수산화리튬 또는 수산화칼륨인 것을 특징으로 하는 마그네시아-실리카계 친환경 그라우트재.
  2. 제1항에서,
    상기 개질반응형 마그네시아는, 마그네시아 클링커 100중량부에 석고 30~45중량부, 아미노실란 보조재로 3-아미노프로필트리메톡시실란 3~5중량부가 메카노케미칼 처리되어 분쇄된 것임을 특징으로 하는 마그네시아-실리카계 친환경 그라우트재.
  3. 제2항에서,
    상기 실리카계 경화제는, 3-아미노프로필트리에톡시실란 100중량부에 수산화리튬 5~10중량부와 물 100~130중량부가 혼합된 것임을 특징으로 하는 마그네시아-실리카계 친환경 그라우트재.
  4. 제3항에 따른 마그네시아-실리카계 친환경 그라우팅재를 제조하는 방법으로,
    개질반응형 마그네시아의 제조를 위해 마그네시아 클링커 원료로 폐내화물, 석고 원료로 화학석고, 아미노실란 보조재로 3-아미노프로필트리메톡시실란를 준비하고, 마그네시아 클링커, 석고, 아미노실란 보조재를 계량하고 메카노케미칼 공정으로 처리하여 분말도 3,600~4,200㎠/g로 분쇄하여 개질반응형 마그네시아를 제조한 다음, 시멘트, 상기 개질반응형 마그네시아, 고로슬래그 미분말, 소석고를 계량하고 혼합하여, 마그네시아계 결합재를 제조하는 결합재 제조단계;
    실리카계 경화제의 제조를 위해 3-아미노프로필트리에톡시실란, 수산화리튬 수용액, 무수에탄올, 물을 준비하고, 3-아미노프로필트리에톡시실란을 무수에탄올과 혼합 교반하고 교반 유지한 상태에서, 수산화리튬 수용액을 무수에탄올 및 물과 혼합한 상태로 투입 교반한 다음, 60~80℃로 가열 교반 유지하면서 진공유지를 통해 에탄올을 제거하여, 실리카계 경화제를 제조하는 경화제 제조단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네시아-실리카계 친환경 그라우트재의 제조방법.
  5. 제4항에 따라 제조한 마그네시아-실리카계 친환경 그라우트재를 이용한 그라우팅 공법으로,
    마그네시아계 결합재 100중량부에 물 150~180중량부가 혼합된 A액;과, 실리카계 경화제 70중량부에 물 130~150중량부가 혼합된 B액;을, 1:1의 부피비로 혼합하여, 지반에 주입하는 것을 특징으로 하는 그라우팅 공법.
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