KR102583952B1 - 알루미늄 염을 이용한 그라우팅용 콜로이달 실리카 조성물 및 이를 이용한 시공방법 - Google Patents

알루미늄 염을 이용한 그라우팅용 콜로이달 실리카 조성물 및 이를 이용한 시공방법 Download PDF

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Abstract

본원은 콜로이달 실리카 조성물을 알루미늄 염으로 얻고, 이를 이용한 그라우팅 시공방법 관련 기술로서, 황산알루미늄(Aluminum sulfate, Al2(SO4)3 또는 염화알루미늄(Aluminium chloride, AlCl3) 중 1종의 알루미늄 염(Aluminium salts)이 선택되어 수중에 1.5 ~ 30 wt%로 용해되도록 구성된 a용액을 준비하고, 액상 규산나트륨(Na2SiO3) 또는 규산칼륨(K2SiO3) 중 1종의 규산염(Silicate)이 선택되어 수중에 15 ~ 45 wt%로 용해되도록 구성된 b용액을 준비하며, 250~3,000 rpm의 교반속도를 갖는 교반반응조에서 알루미늄 염인 a용액과 규산염 b용액이 혼합될 때 유체자동유입제어장치에 의해 수용해성 첨가제 및 하이드로겔의 유입량을 조절하면서 콜로이달 실리카용액을 얻는 제1단계 공정과, 강도증가와 급결 또는 완결도를 조절하기 위한 그라우팅용액 제조단계에서 시멘트 및 급결 또는 완결도 조절을 위한 첨가제가 분말자동유입제어장치에 의해 정량으로 공급되어 현탁액조성물을 얻는 제2단계 공정과, 상기 제1단계 공정에서 얻은 콜로이달 실리카용액과 제2단계 공정에서 얻은 현탁액조성물이 균일하게 혼합하여 그라우팅 혼합액을 얻고 그라우팅이 요구되는 지반에 그라우팅 혼합액이 투입되어 3차원적네트워크를 형성하며 굳기 시작하는 겔화공정 및 경화가 진행되며 완전한 경화체를 얻는 제3단계 공정을 포함하여 이루어지는 그라우팅용 콜로이달 실리카 조성물의 시공방법 관련 기술이다.

Description

알루미늄 염을 이용한 그라우팅용 콜로이달 실리카 조성물 및 이를 이용한 시공방법{The colloidal silica composition for the grouting using the aluminum salt and construction method using the same}
본 발명은 지반 개량이나 용수(湧水)의 방지를 위해 지반의 공극에 약액을 공급하여 지반의 고결화를 도모하고, 지반의 지지력 증가, 투수성 감소, 지반과 구조물과의 일체화를 위한 콜로이달 실리카로 이루어지는 그라우팅(Grouting) 약제를 제조하기 위하여 pH가 매우 낮은 무기산 대신에 알루미늄 염을 이용한 그라우팅용 콜로이달 실리카 조성물 및 이를 이용한 시공방법에 관한 기술분야의 발명이다.
본원은 종래의 그라우팅 겔타임(Gel time)을 위하여 실리카 졸.겔법이 이루어질 수 있도록 화학적으로 불안정한 콜로이달 실리카를 제조할 때 강산성의 무기산(Inorganic acid)과 액상 규산염의 고속교반에 의한 제조공법의 적용이 아니고 환경적으로 마일드(Mild)하고, 시멘트 고결체의 물성 향상을 제공하는 알루미늄 염(Inorganic salts)과 규산염(Silicates)의 고속교반에 의해 화학적으로 불안정한 콜로이달 실리카을 얻으며 그라우팅 졸겔 타임을 조절할 수 있도록 화학적으로 불안정한 콜로이달 실리카를 함유하는 그라우팅 조성물을 제공하고 이를 이용한 환경친화적 시공방법에 관한 기술이다.
그라우팅(Grouting) 공법이란 연약지반을 위한 지반의 고결화, 지반의 지지력 증가, 투수성 감소, 지반과 구조물과의 일체화 등을 목적으로 기초지반이나 구조물 주변 및 구조물 자체 내부로 각종 시멘트, 모르타르, 약제 등의 그라우트를 주입하는 기술이다.
기초 지반이 연약할 때 구조물 주변 및 구조물 자체 또는 그 내부로 각종 시멘트나 모르타르나 반응약제 등을 주입하는 것으로서, 흙 속의 공극이나 암반의 균열에 주입제를 넣어 지수벽을 만들기 위한 목적으로 설치하는 커튼 그라우팅, 콘크리트 댐과 같은 구조물과 기초 암반과의 일체화, 기초 암반의 변형성과와 강도 등을 개량할 목적으로 실시하는 컨솔리데이션 그라우팅 등이 있다.
일반적으로 그라우팅과 관련한 연약지반이라고 하면 상부구조물을 지지할 수 없는 상태의 지반을 말하며, 예를 들면 연약한 점토, 느슨한 사질토, 유기질토 등이 이에 속하고 연약한 점성토나 유기질토로 구성된 지반 위에 도로, 교량, 건물 등이 그대로 놓여 진다면 침하량이 과대해지고, 지지력이 부족하여 안전상의 문제가 발생하게 되므로 이러한 문제들이 예상되는 연약지반을 개량하여 어떠한 목적물을 건설하는데 있어 안전상의 문제점을 제거하기 위한 수단으로 연약지반 개량공법으로 그라우팅 공법이 많이 이용될 것으로 예측된다.
또한, 도로를 건설함에 있어 단단한 기초지반을 필요로 한데 연약지반구간을 피해 건설하기 위하여 과다한 공사비의 지출이 불가피해지는 경우 지반 건설에 필요로 하는 정도의 강도를 갖도록 경도를 끌어올리는 작업이 필요하게 된다.
종래의 기술에서 콜로이달 실리카가 포함된 그라우팅 조성물을 얻기 위해 개시된 선행기술들을 살펴보면 다음과 같다.
한국공개특허 출원번호 10-2020-0123592에서는 겔 형성 후에도 유동성 유지가 가능하여 다량의 누수가 있거나 공동부위에 물이 많이 차 있는 경우 또는 유수(흐르는 물)지역에도 유리하게 적용할 수 있는 가소성 그라우트 약액 조성물과 이를 이용한 가소성 그라우트팅 공법이 제시되어 있다.
한국공개특허 공개번호 10-2020-0051352 A에서는 일 실시예에 따른 CIP벽체후면 차수용 그라우팅공법은 다수의 벽체로 구성된 CIP 벽체의 후면 지반에 다수의 천공홀을 형성하는 천공홀 형성단계와; 상기 천공홀에 케이싱을 삽입하고 상기 케이싱 내에 주입관을 설치하는 주입관 설치단계와;상기 주입관을 통해 시멘트밀크로 이루어진 제1그라우팅재를 저압으로 주입하는 제1그라우팅재 주입단계와; 상기 지반의 공극에 침투된 제1그라우팅재의 표면에 피복되도록 제1그라우팅재 주입 후 연이어 제2그라우팅재를 주입하는 제2그라우팅재 주입단계;를 포함하는 CIP(Cast-In place Pile) 벽체후면 차수용 그라우팅공법이 제시되어 있다.
한국공개특허 공개번호 10-2020-0041522에서는 기존 특허등록 제0681272호에 개시된 지반개량재의 성분 개선을 통한 고결시간의 조절과 압축강도가 증가되어질 수 있도록 하여 침수를 억제함과 함께 지반 보강효율이 극대화되도록 하기 위한 그라우트 주입재 제조방법, 이에 의해 제조된 그라우트 주입재 및 이를 이용한 그라우팅 시공방법이 제시되어 있다.
한국공개특허 출원번호 10-2020-0016728에서는 주입재의 양생시간을 단축시키고 초기 강도 발현이 빠르며 친환경성을 갖는 강관다단 친환경 속경성 그라우팅용 조성물이 제시되어 있다.
한국공개특허 출원번호 10-2019-0085742에서는 30~60 부피%의 물유리와 40~70 부피%의 물을 혼합하여 규산소다 수용액을 준비하는 단계; II) 상기 규산소다 수용액과 탄산수를 5:1 내지 10:1의 중량비로 배합하여 활성 실리케이트 약액을 얻는 단계; 및 III) 상기 활성 실리케이트 약액과 시멘트 수용액을 1:1의 부피비로 혼합하여 지반 내로 분사주입 및 겔화시키는 단계;를 포함하는 그라우팅 시공방법이 제시되어 있다.
한국공개특허 출원번호 10-2017-0165818에서는 경량 무기 결합재 10∼80중량%, 잔골재 10∼80중량%, 성능 개선제 0.01∼20중량% 및 물 1∼50중량%를 포함하며, 성능 개선제는 에틸렌 초산 비닐 공중합체 75∼99중량%, 스티렌 염화 비닐 공중합체 0.1∼20중량%, 메틸메타크릴레이트-염화비닐리덴 공중합체 0.1∼20중량%, 폴리아릴설폰 0.1∼20중량% 및 라우릴 아크릴레이트 0.01∼15중량%를 포함하고, 잔골재는 입경이 0.01~2mm범위를 가지는 실리카질 규사 50~99중량% 및 버텀애시 1~50중량%로 이루어지고, 경량 무기 결합재는 분말도가 3,500~8,000cm2/g인 미립도 시멘트 20∼90중량%, 칼슘 알루미네이트 1∼20중량%, 고로슬래그 0.1∼20중량%, 메타카올린 0.1∼20중량%, 천매암 분말 0.1~20중량%, 석고 0.1∼15중량%, 알루민산 칼슘 0.1∼10중량%, 제올라이트 0.1∼10중량%, 부석 0.001∼10중량% 및 지연제 0.01∼10중량%를 포함하는, 내구성 및 자기 치유성 경량 그라우트재 조성물 및 이를 이용한 그라우팅 시공방법을 제시하고 있다.
한국공개특허 출원번호 10-2015-0020804에서는 양이온교환수지를 이용하여 나트륨(Na) 성분을 제거하거나 최소화한 실리카 졸의 생성량과 겔화제 및 첨가제의 유입량을 조절할 수 있는 유체유입 제어장치와 자동유입 개폐장치를 이용한 그라우팅의 겔타임을 자동 조절할 수 있는 용탈방지용 고강도 그라우팅(Grouting) 조성물의 제조방법 및 이를 이용한 시공방법이 제시되어 있다.
한국공개특허 공개번호 10-2014-0099101 A에서는 지열히트펌프 설치 시 그라우팅 공정에 사용되는 그라우팅 재료에 들어가는 실리카를 유리 제조 공정의 부산물을 이용한 그라우팅 실리카 제조방법이 제시되어 있다.
상기와 같은 종래의 대부분의 기술에서는 용액형 또는 현탁액형 그라우팅 약액의 콜로이달 실리카의 조성물을 제조할 때 강산을 사용함에 따라 콜로이달 실리카의 그라우팅 약제를 제조하기 위한 작업 중 부주의에 의해 인체에 치명적인 위해를 가할 수 있고 작업장 주변에 강산에 의한 자연피해를 배제할 수 없는 문제점이 있었다.
본원 발명자는 내구성 및 용탈방지용 그라우팅을 위하여 종래의 액상 규산나트륨을 고속으로 회전하는 산성 용액에 공급하여 만들어지는 그라우팅용 실리카 졸 제조과정 중 pH가 매우 낮은 무기산(Inoganic acid) 공급에 따른 인체의 위험성과 그라우팅 고결체에 존재하는 알칼리 금속에 의해 지반 환경의 피해를 줄이기 위한 수단으로, 무기산(Inorganic acid)과 규산염을 사용하는 대신에 환경적으로 마일드(Mild)하고, 시멘트 고결체의 물성 향상을 제공하는 알루미늄 염(Aluminium salts)과 규산염(Silicates)의 고속교반에 의해 화학적으로 불안정한 콜로이달 실리카가 만들어 이용하는 가능성을 찾아 연구된 기술로 강산 대신에 알루미늄 염(Inorganic salts)을 사용하여 인체의 위험성이 존재하지 않으면서 그라우팅 고결체의 용탈이 일어나지 않고, 콜로이달 실리카(Colloidal silica)와 겔화제 및 첨가제의 유입량에 의해 겔 타임(Gel time)을 조절할 수 있도록 화학적으로 불안정한 상태의 콜로이달 실리카 조성물을 이용한 시공방법이 종래기술에서 개시된바 없음을 확인하여 제안되는 신규의 기술이다.
본원은 그라우팅 과정에서 지반에 주입되는 그라우팅 약제를 강산 대신에 알루미늄 염(Inorganic salts)을 사용하여 인체의 위험성이 존재하지 않으면서 그라우팅 고결체의 용탈이 일어나지 않음과 동시 인명 피해도 발생하지 않으면서 지반에 주입되는 그라우팅 약제의 겔 타임을 조절함은 물론 지하에 타설된 고결체의 물성 향상을 제공하는 그라우팅 약액을 개발하고자 하는 과제를 갖고 시작된 발명이다.
본원은 상기 그라우팅 조성물을 이용하여 그라우팅 겔 타임을 조절할 수 있는 시공방법을 제공하여 연약지반의 형태에 구애받지 않고, 그라우팅 시공 시 인력및 자연의 위해도를 최소화하면서 지반을 보강하거나, 차수벽 및 보강체 등의 구조물을 균일하고 효율적으로 제공할 수 있는 그라우팅 시공방법을 제공하고자 하는 목적을 갖는다.
상기 목적을 달성하기 위한 본원은 그라우팅 과정에서 지반에 주입되는 그라우팅 약제의 겔타임(Gel time) 조절이 필요로 하는 화학적으로 불안정한 콜로이달 실리카(Colloidal silica) 용액을 제조할 때 환경적으로 마일드(Mild)하고, 시멘트 고결체의 물성 향상을 제공할 수 있는 알루미늄 염(Inorganic salts)과 규산염(Silicates)의 고속교반에 의해 화학적으로 불안정한 콜로이달 실리카가 만들어져 pH가 매우 낮은 무기산을 사용하지 않아도 종래의 제조방법 이상으로 그라우팅 졸겔 타임을 조절할 수 있도록 화학적으로 불안정한 콜로이달 실리카를 함유하는 그라우팅 조성물 및 이를 이용한 시공방법을 제공하고자 하는 기술사상의 발명이다.
이하, 본원의 기술사상을 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 그라우팅 과정에서 지반에 주입되는 그라우팅 약제의 겔타임(Gel time) 조절이 필요로 하는 화학적으로 불안정한 콜로이달 실리카(실리카 졸, Silica sol) 용액은 황산알루미늄(Aluminum sulfate, Al2(SO4)3 내지는 염화알루미늄(Aluminium chloride, AlCl3) 중 1종 이상의 알루미늄 염(Aluminium salts)이 선택되어지고, 선택된 알루미늄 염이 수중에 1.5 내지는 30 중량%로 용해되도록 구성되고, 용해된 알루미늄 염을 250~3,000 rpm(분당 회전수)의 속도로 교반하면서 액상 규산나트륨(Na2SiO3) 내지는 규산칼륨(K2SiO3) 중 선택되어지는 1종 이상의 규산염(Silicate)을 15 내지는 45 중량%의 범위로 공급하여 그라우팅용 겔타임을 제공할 수 있는 화학적으로 불안정한 콜로이달 실리카가 제조되며, 지하에 타설된 시멘트 고결체의 물리적 향상 및 겔타임을 조절하기 위하여 상기 알루미늄 염과 규산염의 농도를 변경하며 사용할 수 있음을 확인하여 완성된 발명이다.
본원은 그라우팅 약제의 겔 타임을 조절하기 위해 콜로이달 실리카 조성물을 알루미늄 염으로 얻고, 이를 이용한 그라우팅 시공방법을 제공하기 위한 기술로써, 더욱 구체적으로는 황산알루미늄(Aluminum sulfate, Al2(SO4)3 또는 염화알루미늄(Aluminium chloride, AlCl3) 중 1종의 알루미늄 염(Aluminium salts)이 선택되어 수중에 1.5 ~ 30 wt%로 용해되도록 구성된 a용액을 준비하고,
액상 규산나트륨(Na2SiO3) 또는 규산칼륨(K2SiO3) 중 1종의 규산염(Silicate)이 선택되어 수중에 15 ~ 45 wt%로 용해되도록 구성된 b용액을 준비하고,
250~3,000 rpm의 교반속도를 갖는 교반반응조에서 알루미늄 염인 a용액과 규산염 b용액이 혼합될 때 유체자동유입제어장치에 의해 수용해성 첨가제 및 하이드로겔의 유입량을 조절하면서 콜로이달 실리카용액을 얻는 제1단계 공정과,
강도증가와 급결 또는 완결도를 조절하기 위한 그라우팅용액 제조단계에서 시멘트 및 급결 또는 완결도 조절을 위한 첨가제가 분말자동유입제어장치에 의해 정량으로 공급되어 현탁액조성물을 얻는 제2단계 공정과,
상기 제1단계 공정에서 얻은 콜로이달 실리카용액과 제2단계 공정에서 얻은 현탁액조성물이 균일하게 혼합하여 그라우팅 혼합액을 얻고 그라우팅이 요구되는 지반에 그라우팅 혼합액이 투입되어 3차원적네트워크를 형성하며 굳기 시작하는 겔화공정 및 경화가 진행되며 완전한 경화체를 얻는 제3단계 공정을 포함하여 이루어지는 그라우팅용 콜로이달 실리카 조성물의 시공방법으로 구체화될 수 있다.
본원의 그라우팅용 콜로이달 실리카 조성물의 시공방법에서 상기 제1단계 공정에서 사용되는 수용해성 첨가제는 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산암모늄, 중탄산나트륨, 중탄산칼륨, 중탄산암모늄, 글리옥살 중 1종 이상이 선택되고, 규산염을 100 중량부 기준으로 할 때 5 ~ 80 중량부 포함되도록 적용될 수 있고, 상기 제2단계 공정에서 사용되는 급결 또는 완결 조절을 위한 첨가제는 벤토나이트, 고로슬래그분말, 플라이에쉬(fly ash), 흄실리카(fume silica), 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 산화아연, 산화알루미늄, 황산칼륨, 황산칼슘, 탄산칼슘, 보락스(sodium borate) 중 1종 이상이 선택되어 시멘트 중량이 100중량부 기준일 때 2.5~35.0 중량부 범위로 첨가되어 사용될 수 있으며, 상기 제2단계 공정에서 사용되는 시멘트는 포틀랜드계 시멘트에 속하는 보통 포틀랜드 시멘트, 중용열 포틀랜드 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트, 내황산염 포틀랜드 시멘트, 백색 포틀랜드 시멘트, 유정시멘트, 콜로이드 시멘트 내지는 혼합시멘트에 속하는 고로 시멘트, Fly ash 시멘트, 실리카 시멘트, 초저발열 시멘트, 지열정 시멘트, RCCP 용 시멘트, 알루미나 시멘트, 초속결 시멘트, GRC용 저알칼리 시멘트 중에서 1종 이상의 시멘트가 선택되고 물 100중량부로 기준으로 할 때 50 내지는 150 중량부 범위로 희석되어 사용될 수 있으며, 상기 제1단계 공정에 사용되는 콜로이달 실리카 용액은 10 ~ 100 nm 크기로 이루어지고, 수중에 20 ~ 40 중량% 포함되도록 적용될 수 있고, 상기 제1단계 공정에서 사용되는 하이드로겔은 콜라젠(collagen), 젤라틴(gelatin), 피브린(fibrin), 알긴산(alginic acid), 히알루론산(hyaluronic acid), 키토산(chitosan), 폴리아크릴릭에시드(polyacrylic acid), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 폴리비닐알코(polyvinyl alcohol), 폴리포스파제(polyphosphazene) 중 1종 이상의 하이드로겔이 선택되고, 알루미늄 염이 포함된 콜로이달 실리카 수용액에 1.0 중량% 이하로 포함되도록 적용될 수 있다.
본원의 시공공법에서 그라우팅의 겔타임을 발현시킬 수 있는 화학적으로 불안정한 콜로이달 실리카 수용액을 얻는 단계에서 사용되는 액상 규산염은 실리카 졸·겔법에 의해 그라우팅 약제의 겔화를 조절하기 위한 화학적으로 불안정한 그라우팅용 콜로이달 실리카를 제조하는 목적 이외에 최종 시멘트로 이루어지는 그라우팅 고결체에서 시멘트의 응고시간 가속화, 수화반응의 촉진, 초기강도 및 압축강도의 증진을 위하여 알루미늄 염이 포함된 수용액을 고속교반하면서 규산염이 포함된 용액을 공급하여 화학적으로 불안정한 글라우팅용 콜로이달 실리카를 이용하는 것이 바람직하다.
본원의 기술이 구체적으로 구현되는 실시양태는 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용란에서 발명의 실시예를 제시하여 더욱 상세히 설명된다.
본원 기술은 환경적으로 마일드(Mild)하고, 콘크리트 고결체의 물성 향상을 제공하는 알루미늄 염(Inorganic salts)의해 화학적으로 불안정한 콜로이달 실리카가 포함된 그라우팅 주입재를 제조하고, 이를 이용하여 지반에 시공하는 과정 중 알루미늄 염이 포함된 콜로이달 실리카 및 첨가제의 유입량을 조절하여 용액형 또는 현탁액형의 그라우팅 주입재에 동시에 제공할 수 있음은 물론 겔타임(Gel time)이 순결(Rapid setting)과 완결(Slow setting)이 적절한 시간에 제공되면서 지반의 미세한 공극까지 주입재의 조성물이 세밀하게 침투해 들어가고, 콜로이달 실리카에 존재하는 알루미늄 염에 의해 지하에 타설된 시멘트가 고강도의 고결체를 형성시킬 수 있음에 따라 기업의 기술경쟁력 확보는 물론 광범위한 지반강화 분야기술에 널리 활용될 수 있는 효과를 갖는다.
본원 기술은 노동자의 열악한 작업환경을 개선하여 안전한 건설현장을 제공하고, 환경을 지키는 디딤돌 역할을 제공하는 효과가 있다.
본원의 기술사상을 구현하기 위한 발명의 실시내용을 실시예로 기재하기에 앞서, 본 출원의 명세서나 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 될 것이며, 본원의 보호범위는 본원발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 할 것이며, 본 명세서에 기재된 예시는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본원의 기술사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 할 것이다.
본원 발명이 구현되는 실시양태를 설명하여 보면, 본 발명은 그라우팅 주입재가 요구되는 구조체의 내구성 향상 및 겔타임(Gel time)에 따라 알루미늄 염(Inorganic salts)과 규산염(Silicates)의 고속교반에 의해 화학적으로 불안정한 글라우팅용 콜로이달 실리카를 제조하는 (a)용액 제조단계에서, 순결(급결)인 경우 5~13초의 시간 내에 겔화(Gelation)이 일어나고, 완결인 경우 50~90초의 시간 내에 겔화가 일어날 수 있도록 액상규산나트륨과 물 내지는 알루미늄 염이 포함된 수용해성 첨가제가 유체자동유입 제어장치에 의해 유입량이 조절되면서 주입되고, 액상규산나트륨과 물 혼합단계에 의해 균일한 농도로 희석되며, 하이드로겔 공급단계는 그라우팅 고결체에 포함된 물의 용탈을 방지할 수 있는 하이드로겔 조성물이 공급되어 실리카 졸 형성단계에 의해 그라우팅 고결체의 수분을 오랫동안 보유할 수 있는 알루미늄 염이 포함된 콜로이달 실리카 수용액을 제조하기 위한 목적을 두고 있으며, 이에 필요한 하이드로겔은 수화겔이라고도 하며 수용성 고분자가 물리적(수소결합, 반데르발스 힘, 소수성 상호작용, 혹은 고분자의 결정) 혹은 화학적(공유결합)인 결합으로 3차원의 가교를 형성하고 있는 망상 구조를 가지고 있음에 따라 그라우팅 고결체 내부에 존재하는 물의 용탈을 방지할 수 있으며, 이를 위한 하이드로겔은 콜라젠(collagen), 젤라틴(gelatin), 피브린(fibrin), 알긴산(alginic acid), 히알루론산(hyaluronic acid), 키토산(chitosan) 등이 천연고분자가 있으며 poly(acrylic acid) 계열의 고분자, poly(ethylene oxide)와 공중합체, poly(vinyl alcohol), polyphosphazene 등의 합성고분자가 있으며, 알루미늄 염이 포함된 콜로이달 실리카 수용액에 1.0 중량% 이하로 용해시켜, 용탈방지를 위한 조성물로 공급되는 것이 바람직하다.
또한, 본원에서 추가적인 압축증가와 겔화의 촉진(순결) 내지는 지연(완결)을 이루기 위한 용액 제조단계에서, 시멘트 및 완결 또는 급결조절용 첨가제가 분말상태로 분말자동유입 유입장치에 의해서 공급되고, 분말자동주입개폐장치에 의해 분말상태의 시멘트 내지는 급결조절용 첨가제가 공급되거나 차단되도록 기능하며 물 내지는 수용해성 첨가제가 유체자동유입 제어장치에 의해 유입량이 조절되어 주입되어 선택적으로 용액형과 시멘트 첨가제의 혼합단계에 의해 현탁액형의 그라우팅 조성물로 제조되고, 고침투성 실리카 졸 형성단계에 의해 제조된 실리카 졸 수용액과 시멘트, 첨가제의 혼합단계에 의한 그라우팅 조성물이 혼합되는 그라우팅 약액 혼합단계와 그라우팅 혼합약액을 지하로 타설하기 위한 그라우팅 약액 주입단계와 지하에 타설된 그라우팅 혼합 약액이 3차원적인 거대 네트워크 발생에 의해 일정한 형상으로 굳기 시작하는 겔화단계 및 겔화단계에 의해 경화가 시작하여 완전히 경화체가 형성되는 최종 고화단계를 이루도록 투명한 용액형으로 적용되거나 또는 불투명한 현탁액의 그라우팅 약제로 제공되어 현장의 조건에 따라 순결 및 완결의 겔타임이 이루어지도록 적용되고, 최종 그라우팅 경화체가 용탈이 발생하지 않으면서 높은 내구성을 갖도록 적용될 수 있다.
본원의 기술사상을 구체화하기 위한 각론으로 사용하는 원료에 대하여 상술하여 보면, 그라우팅 조성물의 겔타임(Gel time)을 위하여 실리카 졸·겔법이 이루어질 수 있도록 화학적으로 불안정한 콜로이달 실리카를 제조할 때 하기의 화학 반응식 1과 같이 황산과 같이 인체의 위험성이 매우 높은 강산성의 무기산(Inorganic acid)으로 인하여 작업인들의 부주의에 의해 화상을 입을 수 있으며, 수질 및 토양환경에 악영향을 끼칠 수 있음에 따라 본원의 알루미늄 염에 의한 화학적으로 불안정한 그라우팅용 콜로이달 실리카를 이용하는 것이 바람직하고, 본원에 의해 만들어지는 콜로이달 실리카는 크기가 10 나노미터 내지는 100 nm 크기로 이루어지고, 수중에 20 중량% 내지는 40 중량% 포함된 실리카 졸 원액을 그라우팅 공법에 따라 적당한 농도로 희석, 사용하는 것이 바람직하다.
Na2SiO3 + H2SO4(위험) + H2O → Na2SO4 + SiO2(화학적으로 불안정한 그라우팅용 콜로이달 실리카 + 2H2O--------------[화학 반응식 1]
상기 콜로이달 실리카가 형성되는 (A)액 제조 단계의 알루미늄 염이 1.5 내지는 30 중량% 포함된 콜로이달 실리카와 물 혼합단계에서 콜로이달 실리카는 순결형(급결; short) 및 완결형(지연: Slow) 모두 물 내지는 수용해성 첨가제를 100중량부로 기준으로 할 때 30 내지는 110 중량부로 희석, 혼합하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 45 내지는 80 중량부가 혼합되는 것이 유리하며, 가장 바람직하게는 55 중량부 내지는 65 중량부를 혼합하는 것이 유리한바 콜로이달 실리카를 30 중량부 이하로 혼합할 경우 완결(mild)의 효과가 나타나기 때문에 순결을 요구하는 그라우팅 주입재에 적절치 않으며, 110 중량부를 초과하여 혼합할 경우 수초 안에 순결효과가 나타나나 주입재의 과잉혼합에 의한 시공단가가 높아질 수 있다는 문제가 있기 때문에 상기 제안한 농도로 혼합하는 것이 적절하다 할 수 있다.
따라서 본원에서 적용되는 공법은 지하에 타설되는 그라우팅 약제들이 필요한 시간에 겔화가 되기 위하여 화학적으로 불안정한 그라우팅용 콜로이달 실리카가 반드시 필요한 바, 종래의 방법에서는 상기의 화학반응식 1과 같이 고속으로 교반되는 황산을 포함한 무기산 용액의 분위기에서 액상 규산나트륨 용액을 공급함에 따라 고속교반 및 무기산 공급 과정 중 작업자의 부주의에 의해 인체에 커다란 위해를 가할 수 있을 뿐만 아니라 토양 환경에 오염을 가속화시킬 수 있으며, 그라우팅 고결체의 내구성에 문제가 발생할 수 있다는 문제점을 해결하기 위하여 pH가 매우 낮은 무기산 대신에 환경적으로 온화하고, 시멘트의 응고시간 가속화, 수화반응의 촉진, 초기강도 및 압축강도 증진 등의 그라우팅 고결체의 물성을 향상시킬 수 있는 알루미늄 염에 의해 화학적으로 불안정한 그라우팅용 콜로이달 실리카의 제조 및 그라우팅 분야에 사용하는 부분에 특징부를 갖는다.
또한 본원에서 현탁액 그라우팅 주입재로 이용되어 고강도의 그라우팅재를 이루기 위해 그라우팅 용액에 선택적으로 이용되는 시멘트는 지반의 형태나 특성에 따라 다양한 종류 중에서 선택되어 사용될 수 있으며, 그라우팅용액 제조단계에서 물을 100중량부로 기준으로 할 때 50 내지는 150 중량부를 희석하여 사용할 수 있으며, 일반적 지반강화를 위한 현탁액 주입재를 제공하기 위해서는 비표면적이 3,000~3,500 cm2 /g인 포틀랜드계 시멘트를 이용하는 것이 유리하며, 초기강도를 높이기 위해서는 비표면적이 4,000~4,600 cm2/g인 조강포틀랜드 시멘트 내지는 비표면적이 약 6,000 이상 cm2/g인 초조강포틀랜드 시멘트를, 1년 이상의 장기강도를 발현하면서 치밀한 경화체 조직을 얻기 위해서는 중용열 포틀랜드 시멘트를, 황산염 침입에 대한 저항성을 높이기 위해서는 내황산염 포틀랜드 시멘트를, 장기강도의 발현성을 높이면서 내해수성, 화학적 저항성을 높이고, 알칼리와 반응성을 최소화하기 위해서는 고로시멘트를, 건조수축을 줄이고, 수화열을 작게하면서 장기 강도를 크게 하기 위해서는 플라이에쉬(fly ash) 시멘트를 사용할 수 있다.
일반적인 그라우팅 주입재를 제공하기 위해서는 별도의 첨가제를 사용하지 않는 것도 가능하나, 단독으로 사용하는 현탁액 그라우팅 주입재보다 높은 강도를 제공하기 위하여 첨가제를 혼합하는 것이 유리한 바, 본원에서 사용 가능한 첨가제는 벤토나이트, 고로슬래그 분말, 플라이에쉬(fly ash), 흄실리카(fume silica), 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 산화아연, 산화알루미늄, 황산칼륨, 황산칼슘, 탄산칼슘, 보락스(sodium borate) 중 1종 이상이 선택되어 사용될 수 있고, 상기 시멘트 중량에 대하여 2.5 ~ 35 중량부가 첨가되어 사용될 수 있으며, 바람직하게는 3.5 ~ 30 중량부를 첨가하는 것이 유리하고, 더욱 바람직하게는 5.0 ~ 30 중량부가 포함되는 것이 유리하며, 가장 바람직하게는 7.5 ~ 20 중량부를 첨가하는 것이 유리한바, 첨가제가 시멘트 대비 2.5 중량비 이하로 첨가될 경우 시멘트 단독으로 사용하는 현탁액의 물성과 유사하기 때문에 첨가제에 의한 물성향상의 영향이 그다지 높지 않으며, 35 중량부 이상이 첨가될 경우 시멘트량이 상대적으로 적은 량 포함되므로 오히려 강도 저하의 우려가 있기 때문에 상기 제안한 적절한 량을 첨가해야 유리하다.
물 또는 수 용해성 첨가제는 분말 자동유입 유입장치에서 공급되는 시멘트 또는 급완결 조절첨가제를 희석하면서 유동성 및 균질성을 제공하기 위하여 사용될 수 있는바, 단독으로 물만 사용되거나 또는 탄산염(carbonate) 내지는 중탄산염(bicarbonate)을 물에 용해하여 사용할 수 있고, 용액형과 현탁액형의 그라우팅 주입재의 지반여건 사용처의 기초지질 여건에 따라 제조하여 첨가되는 것이 유리하며, 이 때 사용하는 탄산염 내지는 중탄산염은 실리카 졸과 반응하여 겔 타임이 조절되도록 작용하게 된다.
본원에서 수 용해성 첨가제는 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산암모늄, 중탄산나트륨, 중탄산칼륨, 중탄산암모늄, 글리옥살 중 1종 이상이 용액(A)의 제조단계에서 실리카 졸을 100 중량부 기준으로 할 때 5 ~ 80 중량부가 첨가될 수 있으며, 순결형 그라우팅 주입재일 경우 바람직하게는 20 ~ 80 중량부를 용해하는 것이 유리하며, 더욱 바람직하게는 30 ~ 65 중량부가 유리하고, 가장 바람직하게는 35 ~ 60 중량부가 유리한 바, 20 중량부 이하로 용해할 경우 고침투성 실리카졸 형성단계에서 형성된 실리카졸과 반응하여 겔화가 늦게 나타나기 때문에 순결형에 적합지 않으며, 80 중량부 이상을 용해할 경우 탄산염은 별다른 문제가 발생치 않으나 중탄산나트륨이 용해도가 크기 않기 때문에 불용성이 될 확률이 매우 높아 상기 제안한 적절량을 용해하는 것이 유리하고, 완결형인 경우 5 ~20 중량부를 용해하는 것이 유리하며, 더욱 바람직하게는 5.5 ~ 15 중량부가 유리하며, 더욱 바람직하게는 7.0 ~ 13 중량부가 유리하며, 가장 바람직하게는 9.0 ~ 11 중량부가 유리한 바, 5 중량부 이하로 용해할 경우 완결의 효과를 발휘할 수 있으나 겔-타임을 조절하기가 매우 힘들며, 20 중량부 이상을 용해할 경우 순결형의 그라우팅 주입재가 만들어질 확률이 높기 때문에 상기 제안한 적절량을 용해하는 것이 유리하다.
이하, 본 발명을 다음의 실시 예에 의하여 본원의 기술사상이 적용되는 예를 상세하게 설명하고자 한다.
실시 예 1(현탁액형 순결형 그라우팅 주입재)
황산알루미늄의 고형분이 1.5 중량% 용해된 용액[㈜영진화학]을 100중량부로 기준으로 할 때 액상규산나트륨 3종[(주)에스켐텍]을 15 중량% 공급하되, 황산알루미늄 용액을 믹서로 고속회전하면서 액상규산나트륨 용액을 천천히 공급하여 황산알루미늄이 포함된 화학적으로 불안정한 그라우팅용 콜로이달 실리카 용액 A를 제조하였다.
별도로 시멘트 190 kg과 시멘트 첨가제인 골로슬래그 10 kg을 첨가하고, 수 용해성 첨가제인 중탄산나트륨((주)삼전순약) 40 kg을 측량한 후 혼합하면서 B 용액을 제조하고, 상기 A용액과 B용액이 섞이게 하는 혼합단계를 거치자 마자 겔타임을 확인하였으며, 겔화 후 물성을 확인하였다.
실시 예 2(용액형 순결형 그라우팅 주입재)
황산알루미늄의 고형분이 7.5 중량% 용해된 용액[㈜영진화학]을 100중량부로 기준으로 할 때 액상규산나트륨 3종[(주)에스켐텍]을 25 중량% 공급하되, 황산 알루미늄 용액을 믹서로 고속회전하면서 액상규산나트륨 용액을 천천히 공급하여 황산알루미늄이 포함된 화학적으로 불안정한 그라우팅용 콜로이달 실리카 용액 A를 제조하였다.
별도로 중탄산나트륨(NaHCO3, 삼전순약) 40 kg을 측량하고, 나머지 물로 채운 후 용해하여 200리터의 B 용액을 제조하고, 상기 A용액과 B용액이 섞이게 하는 혼합단계를 거치자 마자 겔타임을 확인하였으며, 겔화 후 물성을 확인하였다.
실시 예 3(현탁액형 완결형 그라우팅 주입재)
황산알루미늄의 고형분이 20 중량% 용해된 용액[㈜영진화학]을 100중량부로 기준으로 할 때 액상규산칼륨[(주)에스켐텍]을 35 중량% 공급하되, 황산 알루미늄 용액을 믹서로 고속회전하면서 액상규산칼륨 용액을 천천히 공급하여 황산알루미늄이 포함된 화학적으로 불안정한 그라우팅용 콜로이달 실리카 용액 A를 제조하였다.
별도로 시멘트 40 kg과 중탄산나트륨 4 kg을 측량한 후 물을 공급하여 혼합기로 균일하게 혼합하면서 200리터의 B 용액을 제조하였다.
상기 A용액과 B용액이 섞이게 하는 혼합단계를 거치자 마자 겔 타임을 측정하였으면 겔화 후 물성을 측정하였다.
실시 예 4(용액형 완결형 그라우팅 주입재)
염화알루미늄의 고형분이 30 중량% 용해된 용액[㈜영진화학]을 100중량부로 기준으로 할 때 액상규산칼륨[(주)에스켐텍]을 45 중량% 공급하되, 황산 알루미늄 용액을 믹서로 고속회전하면서 액상규산칼륨 용액을 천천히 공급하여 염화알루미늄이 포함된 화학적으로 불안정한 그라우팅용 콜로이달 실리카 용액 A를 제조하였다.
별도로 중탄산나트륨 5 kg을 측량하고, 나머지 물로 채운 후 용해하여 200리터의 B용액을 제조하고, 상기 A용액과 B용액이 섞이게 하는 혼합단계를 거치자마자 겔타임을 측정하였으며, 겔화 후 물성을 측정하였다.
비교 예 1~4
진한 황산(삼전순약)을 물로 희석할 때 매우 큰 발열반응이 일어나며, 이에 대한 발열반응으로 인체의 위험성을 낮추기 위한 희석단계와 희석에 의한 발생된 열을 낮추기 위한 냉각단계를 십수차례 수행하여 70 %의 황산을 제조하였다.
제조된 70 % 농도의 황산 용액을 믹서로 고속회전하면서 실시 예 1~4와 같이 규산염을 공급하여 화학적으로 불안정한 그라우팅용 콜로이달 실리카를 제조를 한 것을 제외하고, 실시 예 1~4와 동일하게 수행하였다.
비교 예 1~4 및 실시예 1~4에 있어서, 화학적으로 불안정한 그라우팅용 콜로이달 실리카를 제조할 때 작업자의 위험성[(주)XXCC 그라우팅 종사자를 대상으로 함]을 확인하였으며, 1개월이 경과된 후 샌드겔 압축강도를 확인하였다.
비교 예 1~4 및 실시예 1~4의 결과를 표 1에 나타냈다.
구분 인체의
워험성		 겔타임(초) 샌드겔 압축강도(28일)
(kg/cm2)
실시 예 1 전혀 없음 9.8 26~29
실시 예 2 전혀 없음 9.2 측정불가
실시 예 3 전혀 없음 58 28~31
실시 예 4 전혀 없음 54 측정불가
비교 예 1 매우 높음 9.4 19~22
비교 예 2 매우 높음 9.6 측정불가
비교 예 3 매우 높음 56 19~22
비교 예 4 매우 높음 57 측정불가
표 1에서 나타낸 바와 같이 실시 예 2, 실시 예 4, 비교 예 2, 비교 예 4인 경우에는 용액형 완결형 및 순결형임에 따라 샌드겔 압축강도를 측정할 수 없었으며, 비교 예 1~4와 실시 예 1~4의 겔타임은 황산의 분위기에서 제조된 콜로이달 실리카나 알루미늄 염이 포함된 분위기에서 제조된 콜로이달 실리카 모두 그라우팅 약제의 겔타임을 제공하는데는 큰 차이가 없음을 확인하였다.
그라우팅 약제의 겔타임을 조절하는데 반드시 필요한 콜로이달 실리카를 제조함에 있어서, 비교 예 1~4와 같이 황산 용액을 고속 교반하면서 규산염 공급에 의해 콜로이달 실리카를 제조할 경우 황산은 인체 조직에 손상을 입히고, 파괴할 수 있는 부식성 물질로서 희석 과정 중 황산 증기에 의한 치명적인 흡입 손상에 따른 흡입, 섭취 또는 국소 도포에 의해 심하게 노출되면 치명적일 결과를 초래할 수 있으며, 황산은 강산성의 액체 화합물로 물과 반응하여 매우 높은 열을 발생시키는 성질을 가지고 있음에 따라 인체의 위험성이 매우 높음을 확인할 수 있었다.
또한 샌드겔 압축강도(28일)는 19~22 kg/cm2로 나타남을 확인할 수 있었다.
반면, 실시 예 1~4에서는 알루미늄 염이 포함된 분위기에서 제조된 콜로이달 실리카를 제조할 때 인체의 위험성이 전혀 없음을 확인하였으며, 제조된 콜로이달 실리카 용액에 알루미늄 염의 농도가 높을수록 샌드겔 압축강도(28일)가 26~29 kg/cm2로 크게 증가됨을 확인하였다.
따라서 본 발명의 알루미늄 염을 이용한 그라우팅용 콜로이달 실리카 조성물 및 이를 이용한 시공방법을 통하여 종래의 그라우팅용 콜로이달 실리카를 제조할 때 황산과 같이 인체의 위험성이 매우 높은 강산성의 무기산(Inorganic acid) 사용에 의한 인체의 위해도를 최소화하고, 연약지반의 형태나 토질의 종류에 따라 용액형 내지는 현탁액형의 그라우팅 주입재를 속결 및 완결의 겔타임을 조절할 수 있으며, 그라우팅 약재의 지반 침투력이 높아 용탈방지 및 고강도의 그라우팅 조성물을 제공할 수 있기 때문에 기업의 경쟁력은 물론 지반강화 분야에 널리 활용할 수 있는 기술로 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

Claims (6)

  1. 그라우팅 약제의 겔 타임을 조절하기 위해 콜로이달 실리카 조성물을 알루미늄 염으로 얻고, 이를 이용한 그라우팅 시공방법에 있어서,
    황산알루미늄(Aluminum sulfate, Al2(SO4)3 또는 염화알루미늄(Aluminium chloride, AlCl3) 중 1종의 알루미늄 염(Aluminium salts)이 선택되어 수중에 1.5 ~ 30 wt%로 용해되도록 구성된 a용액을 준비하고,
    액상 규산나트륨(Na2SiO3) 또는 규산칼륨(K2SiO3) 중 1종의 규산염(Silicate)이 선택되어 수중에 15 ~ 45 wt%로 용해되도록 구성된 b용액을 준비한 후,
    250~3,000 rpm의 교반속도를 갖는 교반반응조에서 알루미늄 염인 a용액과 규산염 b용액이 혼합될 때 유체자동유입제어장치에 의해 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산암모늄, 중탄산나트륨, 중탄산칼륨, 중탄산암모늄, 글리옥살 중에서 선택되는 수용해성 첨가제 및 하이드로겔의 유입량을 조절하면서 콜로이달 실리카용액을 얻는 제1단계 공정과,
    강도증가와 급결 또는 완결도를 조절하기 위한 그라우팅용액 제조단계에서 시멘트 및 급결 또는 완결도 조절을 위한 첨가제가 분말자동유입제어장치로 공급되되, 첨가제는 벤토나이트, 고로슬래그분말, 플라이에쉬(fly ash), 흄실리카(fume silica), 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 산화아연, 산화알루미늄, 황산칼륨, 황산칼슘, 탄산칼슘, 보락스(sodium borate) 중에서 선택되는 첨가제가 시멘트 중량 100중량부 기준일 때 2.5~35.0 중량부 범위로 시멘트와 첨가제가 분말자동유입제어장치에 의해 정량으로 공급되어 현탁액조성물을 얻는 제2단계 공정과,
    상기 제1단계 공정에서 얻은 콜로이달 실리카용액과 제2단계 공정에서 얻은 현탁액조성물이 균일하게 혼합하여 그라우팅 혼합액을 얻고 그라우팅이 요구되는 지반에 그라우팅 혼합액이 투입되어 3차원적네트워크를 형성하며 굳기 시작하는 겔화공정 및 경화가 진행되며 완전한 경화체를 얻는 제3단계 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 그라우팅용 콜로이달 실리카 조성물의 시공방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1단계 공정에서 사용되는 수용해성 첨가제는 규산염을 100 중량부 기준으로 할 때 5 ~ 80 중량부 포함되도록 적용되는 것을 특징으로 하는 그라우팅용 콜로이달 실리카 조성물의 시공방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2단계 공정에서 사용되는 시멘트는 포틀랜드계 시멘트에 속하는 보통 포틀랜드 시멘트, 중용열 포틀랜드 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트, 내황산염 포틀랜드 시멘트, 백색 포틀랜드 시멘트, 유정시멘트, 콜로이드 시멘트 내지는 혼합시멘트에 속하는 고로 시멘트, Fly ash 시멘트, 실리카 시멘트, 초저발열 시멘트, 지열정 시멘트, RCCP 용 시멘트, 알루미나 시멘트, 초속결 시멘트, GRC용 저알칼리 시멘트 중에서 1종 이상의 시멘트가 선택되고 물 100중량부로 기준으로 할 때 50 내지는 150 중량부 범위로 희석되어 사용되는 것을 특징으로 하는 그라우팅용 콜로이달 실리카 조성물의 시공방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1단계 공정에 사용되는 콜로이달 실리카 용액은 10 ~ 100 nm 크기로 이루어지고, 수중에 20 ~ 40 중량% 포함되도록 적용되는 것을 특징으로 하는 그라우팅용 콜로이달 실리카 조성물의 시공방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1단계 공정에서 사용되는 하이드로겔은 콜라젠(collagen), 젤라틴(gelatin), 피브린(fibrin), 알긴산(alginic acid), 히알루론산(hyaluronic acid), 키토산(chitosan), 폴리아크릴릭에시드(polyacrylic acid), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 폴리비닐알코(polyvinyl alcohol), 폴리포스파제(polyphosphazene) 중 1종 이상의 하이드로겔이 선택되고, 알루미늄 염이 포함된 콜로이달 실리카 수용액에 1.0 중량% 이하로 포함되도록 적용되는 것을 특징으로 하는 그라우팅용 콜로이달 실리카 조성물의 시공방법.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101582246B1 (ko) * 2015-02-11 2016-01-04 이혜옥 용탈 방지용 고강도 그라우팅 조성물 및 이를 이용한 시공방법
KR101885303B1 (ko) * 2017-03-20 2018-08-06 김보형 차수 그라우팅 시공용 유-무기 하이브리드 약액 주입공법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100913572B1 (ko) * 2007-08-30 2009-08-26 주식회사 성우지오텍 고강도 그라우팅 약액 조성물 및 이를 이용한 시공방법
KR102058374B1 (ko) * 2018-01-25 2019-12-23 충남대학교 산학협력단 세슘 흡착제 및 이의 제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101582246B1 (ko) * 2015-02-11 2016-01-04 이혜옥 용탈 방지용 고강도 그라우팅 조성물 및 이를 이용한 시공방법
KR101885303B1 (ko) * 2017-03-20 2018-08-06 김보형 차수 그라우팅 시공용 유-무기 하이브리드 약액 주입공법

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