KR20060055303A - 그라우트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공동 충전재로서 우수한 성능을 구비한 그라우트를 제공한다.

본 발명의 그라우트는 구조물내의 공동, 지반내의 공동, 또는 구조물과 지반과의 경계면에 발생한 공동에 주입 충전할 때에 사용되는 그라우트이며, 시멘트류를 주성분으로 하는 유동상의 현탁액에 비유동화제를 첨가하고, 하기의 조건〔A〕 및 조건〔B〕를 충족하도록 한다.

〔A〕비가압하에서 유동하지 않는 것.

〔B〕0.0005 내지 0.005 N/㎟의 가압하에서 유동화하는 것.

이에 따라, 가는 주입관을 통한 압송이 용이하며, 작은 공동에도 섬세하고 치밀하게 충전할 수 있다. 또한, 압송시 및 주입 후에서의 경화시에 재료 분리를 일으키거나 지하수에 의해 희석되지 않음에도 불구하고, 목적으로 하는 범위에 확실하게 주입 충전하는 것이 가능해진다.

그라우트, 공동 충전재

Description

그라우트{GROUT}

[비특허문헌 1] 토목학회 터널공학 위원회, "터널 표준 시방서(산악공법편)·동해설", 사단법인 토목학회, 1997년 6월 10일, 1996년판·제2쇄, p.228-230

본 발명은 공동 충전재로서의 그라우트의 기술 분야에 속하고, 자세하게는 기설관 등의 구조물내의 공동, 지반내의 공동, 또는 구조물과 지반과의 경계면에 발생한 공동에 주입 충전할 때에 사용하는 그라우트에 관한 것이다.

일반적으로, 지하 구조물은 지반과 일체화되어 기능하도록 설계되어 있다. 따라서 시공상의 사정이나 시공 후 지반토의 움직임 등에 의해 구조물과 지반토와의 사이에 공극이 생긴 경우에는, 이것을 매립하지 않으면 문제점이 발생한다. 또한, 지반내에 있는 자연스럽게 생긴 공동이나 인위적으로 판 공동이 그 상부의 지반 침하 등의 원인이 되는 경우에는, 그 공동을 충전할 필요가 있다. 이러한 경우에 행해지는 것이 공동 충전으로, 가는 주입관을 통해 유동성이 있는 그라우트를 공극이나 공동에 주입 충전한다.

종래, 이 공동에 충전하는 그라우트로는 시멘트를 주 재료로 하고, 이것에 필요에 따라 골재, 점착제 등의 재료를 첨가하고, 추가로 물을 첨가하여 조합한 것(모르타르나 에어모르타르)이 사용되고 있다. 그리고, 그라우트의 유동성은 재료의 양을 고려하여, 최종적으로는 물의 양에 의해 조정한다.

종래의 그라우트는, 유동성을 좋게 하기 위해서 많은 수분을 포함하고 있다. 이 때문에, 압송중에 재료 분리(시멘트나 골재 입자의 침강)를 일으키거나, 공동에 충전한 후 경화하기까지의 사이에 재료 분리가 진행되거나 하는 경우가 있다. 또한, 지하수가 있는 경우에는 그 지하수로 희석됨으로써, 고결 강도의 불균일화, 부피의 감소 등이 발생하여, 공동 충전 그라우트로서 치명적인 결함을 일으키는 경우도 있다. 또한, 주입 충전중에는 유동상이기 때문에, 주입 압력에 의해 불필요하게 먼 곳까지 보내져 버려, 목적으로 하는 공동에 충전할 수 없다는 문제도 있다.

본 발명은, 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것은 공동 충전재로서 우수한 성능을 구비한 그라우트를 제공하는 것에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 그라우트는 구조물내의 공동, 지반내의 공동, 또는 구조물과 지반과의 경계면에 발생한 공동에 주입 충전할 때에 사용되는 그라우트이며, 시멘트류를 주성분으로 하는 유동상의 현탁액에 비유동화제를 첨가하고, 하기의 조건〔A〕 및 조건〔B〕를 충족하도록 한 것을 특징으로 한다.

〔A〕비가압하에서 유동하지 않는 것.

〔B〕0.0005 내지 0.005 N/㎟의 가압하에서 유동화하는 것.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

본 발명에서 말하는 유동상의 현탁액으로는 시멘트류만을 포함하는 것을 사용할 수 있거나, 또는 시멘트류에 골재(증량재)나 첨가제의 1종 또는 2종 이상을 첨가한 것을 사용할 수도 있다. 사용하는 시멘트류는, 물을 첨가함으로써 경화하는 성질을 갖는 것이면 특별히 한정되는 것은 아니다. 대표적으로는, 보통 시멘트, 조강 시멘트 등의 포틀랜드 시멘트, 또한 이것에 슬래그(slag)(용광로 슬래그)나 석회를 첨가한 것, 슬래그와 석회를 포함하는 것 등을 들 수 있다.

시멘트류를 주성분으로 하는 유동상의 현탁액에 첨가하는 골재로는, 종래부터 사용되고 있는 모래 등의 일차 광물, 도토(陶土) 등의 이차 광물을 들 수 있다. 또한, 첨가제로는 분산제, 지연제, 겔화 촉진제, 강도 촉진제, 증점제, 가스 발생제(기포제 및 알루미늄 분말) 등을 목적에 맞게 구분하여 사용할 수 있다.

그라우트 조합시 사용하는 물은 고체 입자로의 부착(또는 흡착)이나 반응에 기여하는 물을 포함시킨 고정수와, 그것 이외의 자유수(자유롭게 이동할 수 있는 물)로 나누어진다. 즉, 자유수는 유동성을 유지하기 위한 것이지만, 본 발명의 그라우트는 이 자유수를 고정수로 변질시키는 방법으로서 비유동화제를 사용하도록 한 것이다.

본 발명에서 사용하는 비유동화제는 유동상의 현탁액에 포함되는 자유수를 시멘트류와의 반응으로 포함시켜 겔화시킴으로써 고정수로 만드는 것, 또는 자유수를 흡수시키는 등의 작용에 의해 고정수로 만드는 것이면 특별히 한정되는 것은 아 니다. 시멘트류와의 반응에 의해 자유수를 포함시켜 겔화시키는 물질로는 가용성 알칼리규산염, 가용성 산성알루미늄염 등이 있다. 또한, 그라우트 중의 자유수를 흡수하는 작용을 갖는 물질로는 카올린계 점토 광물 등을 들 수 있다.

비유동화제는 통상 1종류를 사용하지만, 안정적이므로 상호 반응을 일으키지 않고, 시멘트류와 혼합했을 때에 조건〔A〕 및 조건〔B〕를 충족하는 비유동상 그라우트가 되는 것이면, 2종류 이상의 것을 병용할 수도 있다.

비유동화제의 사용량은 시멘트류의 종류나 양, 골재나 첨가제의 유무나 양에 따라 자유수의 양이 크게 다르고, 또한 사용하는 비유동화제의 종류나 양에 따라 작용이 다르기 때문에 일률적으로 특정할 수 없다.

본 발명에서 조건〔A〕의 "비가압하에서 유동하지 않는다"란, 하기의 시험법에 준하여 행한 측정에 의해 판정한 것이다. 또한, 0.0005 N/㎟ 미만의 약한 가압은 비가압이라 간주하고 있다.

본 발명에서 조건〔B〕의 "0.0005 내지 0.005 N/㎟의 가압하에서 유동화한다"란, 비가압하에서는 유동하지 않는 비유동상 그라우트가 용이하게 유동화하는 압력의 범위를 나타내고 있다. 0.0005 N/㎟ 미만의 압력은 매우 작은 압력이고, 상기한 바와 같이 비가압이라 간주하여 제외하고 있다. 가압의 상한값으로 한 0.005 N/㎟를 초과하는 강도를 갖는 비유동상 그라우트는 일액성에서는 주입관내에서의 저항이 높아지고, 또한 작은 공동에 확실하게 충전하는 것이 어려워지기 때문에 바람직하지 않다.

이어서, 본 발명의 그라우트를 특정한 시험에 대해서 상술한다. 우선, 비가 압하에서 유동하는 지 아닌 지를 보기 위해서 하기의 "시험 1"을 행하였다. 이어서, 비가압하에서 유동하지 않는 그라우트가 압력을 가했을 때 유동화하는 지 아닌 지, 유동화하는 경우에는 그 유동화를 개시하는 압력(그라우트의 저항의 강도)을 보기 위해서 하기의 "시험 2"를 행하였다.

[시험 1]

비가압하에서 유동하는 지 아닌 지를 보기 위해, PC 그라우트의 유동성 시험 방법(JSCE-F531-1999)에 준하여 시험을 행하였다. 시험에는 JP 깔때기(황동제이고, 상단 내경 70 mm, 하단 내경 14 mm 및 높이 392 mm이며, 그 하부에 내경 14 mm, 길이 30 mm의 유출구를 갖는 두께 약 3 mm의 것이며, 내부 용적은 약 630 ㎖임)를 사용하였다. 그리고 시험은 깔때기를 받침대에서 수직으로 지지한 상태에서 깔때기의 선단을 손가락으로 막고, 깔때기내에 그라우트를 상단까지 충전한 후, 깔때기의 선단을 막고 있던 손가락을 떼고, 그라우트의 흘러내림의 유무를 관찰하면서 행하였고, 흘러내린 경우에는 유하(流下) 시간(플로우 타임)을 초로 나타내었다. 또한, 시험은 시멘트류를 주성분으로 한 현탁액에 비유동화제를 첨가하여 비유동상 그라우트로 변질시킨 2분 후에 행하였다.

[시험 2]

비가압하에서 유동하지 않는 그라우트가 가압하에서 유동화하는 지 아닌 지를 보기 위해, JP 깔때기의 상부에 내경 70 mm, 높이 120 mm 황동제의 통체를 부착한 기구를 사용하여 시험을 행하였다. 이 통체와 JP 깔때기는 떼어낼 수 있는 구조로 되어 있다. 그리고, 통체내에 JP 깔때기 상부로부터 20 mm의 높이가 될 때까 지 그라우트를 충전하고, 그 표면에 경질 아크릴제의 원형상 평판(통과의 접촉이 없는 상태이며, 그라우트가 상부로 나오지 않는 기구)을 놓고, 그 위에 소립의 납구슬을 첨가하여 행하였고, JP 깔때기내의 그라우트가 유동화(선단으로부터 유출)한 시점에서의 총 가중량(JP 깔때기상에 있는 그라우트의 중량+평판의 중량+납구슬의 중량)을 N/㎟로 환산하여 가압값으로 하였다.

시험에서는, 시멘트류로서 보통 시멘트, 슬래그, 석회를 사용하고, 골재로서 도토, 마이크로 샌드(일차 광물)를, 첨가제로서 분산제를 사용하였다. 또한, 비유동화제로서 액상 규산칼륨, 산성 염화알루미늄 분말, 카올린계 점토 광물 미분말을 사용하였다.

시멘트류를 주성분으로 하는 유동상의 현탁액에 대해서, 배합을 변경하여 4종류(A1 내지 A4)를 제조하고, 이들에 대해서 "시험 1"을 실시한 결과를 하기 표 1에 나타낸다. 또한, 자유수에 대해서는 현탁액을 여분의 물에 충분히 침지하고, 부착수 및 결합수 이외의 물을 제거한 후의 증가 중량으로부터 산출하여 그 양을 구하였다. 이 표 1로부터, 시멘트류의 종류, 골재의 유무에 따라 자유수의 양은 크게 다르다는 것을 알 수 있다. 또한, 어느 배합의 현탁액도 JP 깔때기로부터 흘러 내리고 있어 유동상이라는 것도 알 수 있다.

종류	유동상 현탁액(300 ㎖)				자유수(㎖)	JP 깔때기 유하 시간(초)
	시멘트 종류 (g)	골재 (g)	첨가제 (g)	물 (㎖)
A1	보통 시멘트 150	-	-	252	166	2.4
A2	보통 시멘트 90	도토 135	-	220	75	2.7
A3	보통 시멘트 300	마이크로 샌드 60	분산제 0.3	182	36	2.9
A4	슬래그 석회 54	-	-	281	205	2.3

또한, 비유동화제 3종류(B1 내지 B3)와 비교한 물에 대해서 "시험 1"을 실시한 결과를 하기 표 2에 나타낸다. 이 표 2로부터, 규산칼륨 및 염화알루미늄은 모두 유동성이 좋은 액체인 것을 알 수 있다.

종류	비유동화제	성상	JP 깔때기 유하 시간(초)
B1	규산칼륨	액상	2.8
B2	염화알루미늄	액상	2.4
B3	카올린계 점토 광물	분말	-
비교	물	-	2.1

이어서, 표 1의 A1 내지 A4와 표 2의 B1 내지 B3을 조합한 5종류의 그라우트를 제조하고, 이들에 대하여 "시험 1"을 실시하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타낸다.

No.	조합		JP 깔때기에서의 비가압시의 그라우트의 흘러 내림의 유무	일축 압축 강도 재령 28일 (N/mm2)
	표 1	표 2
No. 1	A1	B1 : 21 ㎖	무	5.48
No. 2	A2	B2 : 24 ㎖	무	1.69
No. 3	A3	B2 : 24 ㎖	무	7.66
No. 4	A3	B3 : 60 g	무	8.53
No. 5	A4	B1 : 36 ㎖	무	0.98

유동상의 현탁액과 마찬가지로 유동상(액체)의 비유동화제를 첨가한 No. 1, 2, 3, 5는 시멘트류와 비유동화제가 반응하여 그라우트 중의 자유수를 포함하여 겔화물을 생성하고, 고정수가 되어 비가압하에서 유동하지 않는 그라우트로 변질한다. 또한, No. 4에서는 비유동화제 분말이 그라우트 중의 자유수를 흡수하여 고정수가 되고, 유동하지 않는 그라우트로 변질시키고 있다는 것을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 조건〔A〕는 JP 깔때기 시험 방법을 기준으로서, 그라우트가 유동하지 않는 것이다.

또한, 표 1의 A1 내지 A4와 표 2의 B1 내지 B3을 조합한 9종류의 그라우트를 제조하고, 이들에 대하여 "시험 2"를 실시하였다. 그 결과를 하기 표 4에 나타낸다.

No.	조합		가중량 (g)	가압값 (N/mm2)	가압값 (0.0005~0.005 N/mm2와의 비교)
	표 1	표 2
No. 6	A1	B1 : 21 ㎖	1082	0.0028	범위 내
No. 7	A2	B2 : 24 ㎖	572	0.0015	범위 내
No. 8	A3	B2 : 24 ㎖	1429	0.0037	범위 내
No. 9	A3	B3 : 60 g	539	0.0014	범위 내
No. 10	A4	B1 : 36 ㎖	812	0.0021	범위 내
No. 11	A1	B1 : 36 ㎖	2432	0.0063	상한 초과
No. 12	A3	B2 : 45 ㎖	2761	0.0072	상한 초과
No. 13	A1	B1 : 12 ㎖	134	0.0003	하한 미만
No. 14	A3	B2 : 15 ㎖	172	0.0004	하한 미만

표 4를 보면, 비가압하에서 유동화하지 않는 그라우트가 가압하에서 유동화하는 조건은, 비유동화제의 종류나 양에 따라 다르다는 것을 알 수 있다.

본 발명의 비유동상 그라우트가 유동화하는 데 필요한 가압의 상한값은 0.005 N/㎟로 하였다. 이 이유로는, 이 값보다 크면 압송이 어려워진다는 것, 비교적 작은 공동에 충전하기 어려워진다는 것을 들 수 있다. 또한, No. 11, 12는 0.005 N/㎟보다 더 가압하지 않으면 유동화하지 않는다는 것을 나타내고 있다.

또한, 본 발명의 비유동상 그라우트가 유동화하는 데 필요한 가압의 하한값은 0.0005 N/㎟로 하였다. 이 값의 가압은 매우 작고, JP 깔때기 시험법하에서의 비가압하의 조건〔A〕에 한없이 가까운 성상이기 때문에 제외하였다. 또한, No. 13, 14는 0.0005 N/㎟ 미만으로 매우 작은 가압하에서 유동화하고 있지만, 본 발명에서는 조건〔A〕에 포함되는 것으로 하였다.

본 발명의 그라우트를 사용한 시공은 비유동화제와 시멘트류와의 반응 특성, 시공 조건 등에 따라 다른 방식이 채용된다.

비유동화제가 점토 광물인 경우에는, 시멘트류의 경화를 촉진하는 효과는 없기 때문에, 통상 일액성 주입, 즉 믹서 등의 혼합기로 사용 재료를 단번에 조합하고, 1대의 펌프로 압송하는 방법으로 시공할 수 있다.

한편, 비유동화제가 가용성 알칼리규산염이나 가용성 산성알루미늄염인 경우에는, 시멘트류의 경화를 촉진하는 성질이 있기 때문에, 유동상의 현탁액을 제조하기 위한 조합조와 그 현탁액을 보내는 주입 펌프를 연결하는 흡입 호스에 비유동화제를 주입함으로써, 비유동상으로 변질시키는 방법을 채용할 수 있다. 또는, 주입 펌프에 앞서 주입관내에 비유동화제를 압입하는 방법을 채용할 수도 있다.

또한, 압송 거리(펌프와 주입구와의 사이)가 긴 경우에는 주입관내에서의 비유동상 그라우트의 저항이 커지고, 압송압이 높아져 시공이 어려워진다. 이 때문에, 주입 펌프와 주입구 사이의 적당한 곳에서 비유동상 그라우트를 일단 탱크에 넣고, 또 다른 펌프로 압송하는 방법을 채용할 수도 있다.

또한, 시멘트류를 주성분으로 하는 유동상의 현탁액과 비유동화제를 별도로 압송하고, 펌프와 주입구 사이에서 합류시켜 혼합하여, 비유동상 그라우트로 변질시켜 주입하는 방법을 채용할 수도 있다.

또한, 주입관의 설치 방법은 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 터널이나 구조물내로의 주입은 터널 입구나 구조물 표면에 설치된 그라우트 홀을 통해 그라우트를 주입하는 방법이 채용된다. 또한, 지표하로의 주입은 보링기 등으로 주입관을 설치하고, 이 주입관을 통해 그라우트를 주입하는 방법이 채용된다.

본 발명의 그라우트는 가는 주입관을 통한 압송이 용이하며, 작은 공동에도 섬세하고 치밀하게 충전할 수 있다. 또한, 압송시 및 주입 후에서의 경화시에 재료 분리를 일으키거나 지하수에 의해 희석되지 않음에도 불구하고, 목적으로 하는 범위에 확실하게 주입 충전하는 것이 가능하다.

Claims (1)

1. 구조물내의 공동, 지반내의 공동, 또는 구조물과 지반과의 경계면에 발생한 공동에 주입 충전할 때에 사용되는 그라우트이며, 시멘트류를 주성분으로 하는 유동상의 현탁액에 비유동화제를 첨가하고, 하기의 조건〔A〕 및 조건〔B〕를 만족하는 것을 특징으로 하는 그라우트.

   〔A〕비가압하에서 유동하지 않는 것.

   〔B〕0.0005 내지 0.005 N/㎟의 가압하에서 유동화하는 것.