KR20120116388A - 지반주입용 수경성 시멘트조성물 및 이를 이용한 지반개량방법 - Google Patents

지반주입용 수경성 시멘트조성물 및 이를 이용한 지반개량방법 Download PDF

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Abstract

[과제] 침투성과 일류(逸流, overflow)방지 성능에 뛰어나고, 또한 충분한 강도발현과 장기 내구성에 뛰어난 지반주입용 수경성 시멘트조성물 및 이를 이용한 지반개량공법을 제공한다.
[해결수단] 고로슬래그 미분말, 분급시멘트, 폴리아크릴산계 분산제, 및 일류방지제로서의 규산 알칼리금속염을 함유하고, 상기 규산 알칼리금속염은, 아래의 일반식 (1)에 있어서의 몰비(n)가 3.5 이상이며, 상기 고로슬래그 미분말과 분급시멘트의 합계 100부에 대하여, 0.2~7부인 것을 특징으로 하는 지반주입용 수경성 시멘트조성물이다.
R2O?nSiO2 (R : 알칼리금속) (1)

Description

지반주입용 수경성 시멘트조성물 및 이를 이용한 지반개량방법{Hydraulic cement composition for injection into soil, and method for improvement in soil using same}
본 발명은 지반(地盤)주입용 수경성(水硬性) 시멘트조성물 및 이를 이용한 지반개량공법에 관한 것이다.
지반개량방법의 일종으로서, 연약한 지반을 강고하게 하기 위하여 로드(rod)를 통하여 땅속에 경화성을 가지는 약제를 주입하는 약액(藥液)주입공법이 있고, 수많은 약액주입재가 알려져 있다. 예컨대, 물유리계 주입재, 특수실리카계 주입재, 고분자계 주입재, 및, 시멘트, 점토, 및 슬래그 등의 현탁(懸濁)형 주입재 등을 들 수 있다. 상기 약액주입재를 이용한 약액주입공법에서는, 제트그라우트공법과 같은 고압의 분류(噴流)에 의하여 지반을 교란시키면서 개량하는 공법과 달리, 고도로 지반을 교란시키지 않고 개량할 수 있는 것, 설비가 콤팩트한 것이 특징이라는 점에서 많은 실적이 있다.
약액주입재에는, 용액(溶液)형과 현탁(懸濁)형이 있고, 높은 침투성이 요구되는 경우는 용액형을 이용하는 경우가 있다. 그러나, 용액형 약액주입재는, 침투성은 높지만, 얻어지는 경화체 자체의 강도가 작고, 경화체의 수축도 크므로 장기적인 내구성에 과제가 생기는 경우가 있었다. 한편, 현탁형 약액주입재는, 수경성을 나타내는 시멘트나 슬래그 등을 성분으로 하는 것은, 비교적 높은 강도발현을 기대할 수 있고, 장기적인 내구성도 확보하기 쉽다는 이점은 있지만, 침투성이 낮다는 과제가 생기고 있었다. 따라서 현탁형에 있어서는, 침투성 개선의 개발이 중심으로 행하여지고 있다. 그러나, 항만이나 연안부의 지반개량에 있어서는, 고(高)침투성의 약제일수록 주입한 약제가, 조수의 간만에 의하여 일류(逸流, overflow)되기 쉽다는 이율배반적인 문제가 있었다.
상기 현탁형 약액주입재로서는, 미(微)분말화한 시멘트 클링커와 고로(高爐)슬래그에 폴리카본산계 분산제를 필수성분으로 하는 주입재 조성물이 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 1, 2, 3 참조). 이들 기술은, 특정의 폴리카본산계 분산제를 이용함으로써, 침투성을 향상시킨 주입재 조성물을 제공하는 것인데, 일류(逸流, overflow)방지 성능에 관한 기재가 없고, 내구성에 관한 실시예가 없다.
한편, 겔화 시간(gelling time)을 가지는 주입재료로서는 물유리, 고화제(固化劑), 및 블레인(Blaine) 비(比)표면적값 8,000㎠/g 이상의 미분말 고로슬래그를 함유하여 이루어지는 주입재료 등도 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 4, 5, 6 참조).
특허문헌 4는, 미분 슬래그를 병용함으로써 겔 강도가 높은 경화체가 수십 초에서 수분 레벨에서 얻어지는 것을 나타내고 있는데, 압축강도만의 평가이고, 침투성에 관한 기재는 없으며, 또한, 물유리의 배합량이 많아, 물유리를 주체로 하는 것이다.
특허문헌 5는, 몰비가 2.8?4.0의 범위에 있는 물유리와, 평균입자 직경이 10㎛ 이하이고 블레인 비표면적값이 5,000㎠/g 이상, 바람직하게는 8,000㎠/g 이상인 미립자 슬래그와, 필요에 따라, 시멘트를 더욱 함유시킨 주입재에 관한 기술이다. 이 문헌에서는, 물유리의 사용량이 많고, 압축강도와 침투성에 관한 기재는 있지만, 일류방지 성능에 관한 기재는 없다.
특허문헌 6은, 미립자 슬래그 및 미립자 시멘트의 혼합물을 함유하는 현탁형 그라우트로 이루어지고, 이들 슬래그 및 시멘트의 평균 입경이 각각 10㎛ 이하, 블레인 비표면적값이 각각 5,000㎠/g 이상이며, 시멘트의 혼합 비율이 50% 이하인 것을 특징으로 하는 것으로서, 상기 현탁형 그라우트에 물유리 및/또는 알칼리 재료를 더욱 함유하는 것을 특징으로 하는 기술이다. 이 문헌에서도, 특허문헌 5와 마찬가지로, 물유리의 사용량이 많고, 침투성에 관한 기재는 있지만, 일류방지 성능에 관한 기재는 없고, 경화체의 평가로서는 압축강도만의 평가이다.
또한, 특허문헌 7에는, 물, 미립자 수쇄(水碎) 슬래그, 알칼리 자극제, 분산제, 물에 용해 또는 분산되어 점성을 부여하는 고분자물질, 및 필요에 의하여 고결성(固結性) 개량제를 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 현탁형 지반개량재에 관한 기술이 나타나 있다. 이 문헌에서는, 침투성이나 침강방지 성능에 관한 기재는 있지만, 경화체의 특성에 관한 개시가 이루어져 있지 않아서, 지반에 주입하여 고결(固結)하였을 때의 보강(補强) 성능, 일류방지 성능을 알 수 없다.
또한, 특허문헌 8에는, 습식 분쇄한 슬래그, 폴리아크릴산계 분산제, 및 규산나트륨을 함유하여 이루어지는 주입재에 관한 기술이다. 이 문헌에서는, 주입성이나 압축강도 향상에 관한 기재는 있지만, 침투성이나 일류방지 성능에 관한 기재는 없다.
일본국 특허공개 2007-238428호 공보 일본국 특허공개 2007-238925호 공보 일본국 특허공개 2004-175989호 공보 일본국 특허공개 평02-167848호 공보 일본국 특허공개 평07-229137호 공보 일본국 특허공개 평07-286173호 공보 일본국 특허공개 2005-344078호 공보 일본국 특허공개 2002-212556호 공보
본 발명은, 상기와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 침투성과 일류방지 성능에 뛰어나고, 또한 충분한 강도발현과 장기 내구성에 뛰어난 지반주입용 수경성 시멘트조성물 및 이를 이용한 지반개량공법을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명은, 상기한 과제를 해결하기 위하여, 이하에 서술하는 본 발명 1?5의 수단을 채용한다.
본 발명 1은, 고로슬래그 미분말, 분급(分級)시멘트, 폴리아크릴산계 분산제, 및 일류방지제로서의 규산 알칼리금속염을 함유하고, 상기 규산 알칼리금속염은, 아래의 일반식 (1)에 있어서의 몰비(n)가 3.5 이상이고, 상기 고로슬래그 미분말과 분급시멘트의 합계 100부에 대하여 0.2?7부인 것을 특징으로 하는 지반주입용 수경성 시멘트조성물이다.
R2O?nSiO2 (R : 알칼리금속) (1)
본 발명 2는, 상기 폴리아크릴산계 분산제가 아래의 일반식 (2)의 단량체(單量體)를 함유하는 공중합체(共重合體)인 것을 특징으로 하는 본 발명 1의 지반주입용 수경성 시멘트조성물이다.
CH2=C(R1)COO(R2O)nR3 (2)
(식 중, R1은 수소원자 또는 메틸기(基), R2O는 탄소 수 2?4의 옥시알킬렌기, n은 5?40의 정수, R3는 수소원자 또는 탄소 수 1?5의 알킬기를 나타냄)
본 발명 3은, 상기 고로슬래그 미분말 및 상기 분급시멘트가, 모두, 블레인 비표면적값으로 7.000?16,000㎠/g, 메디안직경(median diameter)으로 1?7㎛인 것을 특징으로 하는 본 발명 1 또는 2의 지반주입용 수경성 시멘트조성물이다.
본 발명 4는, 본 발명 1?3 중 어느 한쪽의 지반주입용 수경성 시멘트조성물을 지반 내에 주입하는 지반개량공법이다.
본 발명 5는, 액상화(液狀化) 방지를 위한 지반개량에 이용하는 것을 특징으로 하는 본 발명 4의 지반개량공법이다.
여기서, 본 명세서 중의 부(部)나 %는, 특기(特記)하지 않는 한, 질량부나 질량%를 말한다.
본 발명의 지반주입용 수경성 시멘트조성물은 침투성과 일류방지 성능에 뛰어나서, 지반개량 등의 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 지반주입용 수경성 시멘트조성물은, 고로슬래그 미분말과, 분급시멘트와, 폴리아크릴산계 분산제와, 일류방지제로서의 규산 알칼리금속염으로 구성된다. 고강도 및 장기 내구성 나아가서 고침투성을 발현시키기 위하여 미분말의 고로슬래그와 분급시멘트를 사용한다.
고로슬래그 미분말은, 선철(銑鐵)을 제조할 때에 발생하는 철강 슬래그를 분쇄하여 제조되는, 일반적인 고로 시멘트나 콘크리트용 혼화재(混和材)로서 이용되고 있는 것이다.
고로슬래그 미분말의 분말도는 블레인 비표면적값(이하, 블레인값이라 함)으로 7,000㎠/g 이상이 바람직하고, 7,000?16,000㎠/g이 보다 바람직하며, 9,000?13,000㎠/g이 가장 바람직하다. 7,000㎠/g 미만이면, 충분한 침투성을 얻을 수 없는 경우가 있고, 16,000㎠/g을 넘으면 제조비용이 지나치게 들어서 실용적이지 않다. 블레인값은 JIS R 5201의 블레인 공기투과장치에서 측정한 값이다.
고로슬래그 미분말의 메디안직경은, 1?7㎛가 바람직하고, 2?5㎛가 보다 바람직하다. 예컨대, 메디안직경은 레이저회절(回折)식 입도(粒度)분포 측정기에 의하여 측정할 수 있다. 1㎛ 미만이면 제조비용이 지나치게 들어 실용적이지 않고, 7㎛를 넘으면, 침투성을 저해할 우려가 있다.
분급시멘트는, 시멘트를 분급설비를 이용하여 입도(粒度) 조정한 것이다. 분급하는 시멘트로서는, 보통(普通) 포틀랜드 시멘트, 조강(早强) 포틀랜드 시멘트, 저열(低熱) 포틀랜드 시멘트, 중용열(中庸熱) 포틀랜드 시멘트, 내황산염 시멘트 등의 포틀랜드 시멘트 모두 사용 가능하고, 또한, 플라이애쉬 시멘트나 실리카 시멘트 등의 혼합시멘트도 마찬가지이며, 알루미나 시멘트 등의 내화(耐火)시멘트도 마찬가지이다.
분급시멘트에는, 시멘트 성분 이외에 시멘트의 제조공정에서 가하여지는 이수(2水)석고나 탄산칼슘을 함유하는 것도 포함된다. 분급에 의하여 작은 입자의 탄산칼슘을 포함하는 것은 강도발현성의 점에서 유리하게 된다.
분급시멘트의 분말도는, 고로슬래그 미분말과 마찬가지로 블레인값 7,000㎠/g 이상이 바람직하고, 7,000?16,000㎠/g이 보다 바람직하며, 9,000?13,000㎠/g이 가장 바람직하다. 7,000㎠/g 미만에서는, 충분한 침투성을 얻을 수 없는 경우가 있고, 16,000㎠/g을 넘으면 제조비용이 지나치게 들어서 실용적이지 않다.
분급시멘트의 메디안직경은, 1?7㎛가 바람직하고, 2?5㎛가 보다 바람직하다. 예컨대, 메디안직경은 레이저회절식 입도분포 측정기에 의하여 측정할 수 있다. 1㎛ 미만이면 제조비용이 지나치게 들어 실용적이지 않고, 7㎛를 넘으면 침투성을 저해할 우려가 있다.
분급시멘트의 비율은, 고로슬래그 미분말 100부에 대하여, 5?30부가 바람직하고, 10?25부가 보다 바람직하다. 5부 미만이면 충분한 강도발현성을 얻을 수 없는 경우가 있고, 30부를 넘으면 침투성을 저해할 우려가 있다.
본 발명에 있어서는, 폴리아크릴산계 분산제를 사용한다. 폴리아크릴산계 분산제는, 현탁용액으로 하였을 때의 입자의 침강을 억제하는 효과와, 침투성을 부여하는 것으로서, 아래의 일반식 (2)의 단량체를 함유하는 공중합체인 것을 특징으로 하는 것이다.
CH2=C(R1)COO(R2O)nR3 (2)
여기서, 식 (2) 중, R1은 수소원자 또는 메틸기를 나타내고, R2O는 탄소 수 2?4의 옥시알킬렌기, 예컨대, -CH2CH2O-, -CH2CH2CH2O-, -CH2CH(CH3)O-, -CH2CH(CH2CH3)O-, 및 -CH2CH2CH2CH2O- 등을 들 수 있다. n은 옥시알킬렌기의 부가(附加) 몰 수(mole數)를 나타내고, 5?40의 정수이다. 부가 몰 수(n)가 지나치게 작으면 분산력이 불충분하게 된다. 한편, 지나치게 크면 고융점(高融點)의 고체가 되어, 핸들링이 곤란하게 된다.
또한, R3는 수소원자 또는 탄소 수 1?5의 알킬기를 나타내고, 예컨대 메틸기, 에틸기, 프로필기, 및 부틸기 등을 들 수 있다.
단량체의 예로서는, 알킬렌 옥사이드의 부가 몰 수(n)가 5?40몰인 폴리에틸렌글리콜모노(메타)아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜모노(메타)아크릴레이트, 폴리부틸렌글리콜모노(메타)아크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 메톡시폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 메톡시폴리부틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 에톡시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 에톡시폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트, 에톡시폴리부틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 및 프로폭시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있고, 이들의 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합시켜서 이용할 수 있다. 일반식 (2)로 나타나는 단량체가 함유되어 있다면, 다른 화학구조를 가지는 단량체 성분과 조합시킨 공중합체를 사용하여도 좋다.
이들 중에서는, 침강방지 성능이나 침투 성능의 면에서, 메톡시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트나 메톡시폴리프로필렌글리콜(메타)아크릴레이트를 포함하는 공중합체 등이 바람직하다.
폴리아크릴산계 분산제의 질량 평균 분자량은, 5,000?100,000이 바람직하고, 20,000?80,000이 보다 바람직하다.
폴리아크릴산계 분산제의 사용량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 고로슬래그 미분말과 분급시멘트의 합계 100부에 대하여, 0.1?3부가 바람직하고, 0.3?2부가 보다 바람직하다.
본 발명에 있어서는, 멜라민계 분산제를 본 발명의 폴리아크릴산계 분산제에 병용하여 사용하여도 좋다.
규산 알칼리금속염은, 지반주입용 수경성 시멘트조성물에 일류방지 성능을 부여하는 것이다. 일류방지 성능은, 지반주입용 수경성 시멘트조성물을 틱소트로피성(thixotropic)으로 함으로써 달성할 수 있다.
여기서, 틱소트로피(thixotropy)란, 처음에는 고체와 같이 유동하기 어려운 것이지만, 힘을 가하면 액체와 같이 유동성이 얻어지고, 힘을 빼면 다시 고체와 같이 되는 성질이다. 따라서, 약액주입공법에 있어서, 주입시는 주입압(壓)에 의하여 유동성이 높아져서 용이하게 지반에 침투하는 고(高)침투성이 된다. 그리고 주입 후는 압력부하가 없기 때문에 유동성이 저하되어, 조위(潮位; 조수의 수위)의 간만(干滿) 정도의 동수구배(動水勾配, hydraulic gradient, hydraulic grade)에서는 약제가 일류(逸流)하지 않는다.
동수구배(動水勾配, 물이 흐르는 방향의 단위거리당의 수압 : 동수구배 = 수위 차 / 물이 흐르는 거리)가 클수록 약제가 일류되기 쉬운데, 규산 알칼리금속염을 병용하지 않는 경우는, 동수구배가 0.1 이상에서는 약제가 일류하는 경우가 많다. 그러나, 규산 알칼리금속염을 특정량 병용함으로써, 0.1 이상이더라도 약제의 일류를 방지할 수 있다.
본 발명의 지반주입용 수경성 시멘트조성물에 있어서, 규산 알칼리금속염은, 아래의 일반식 (1)에 있어서의 몰비(n)가 3.5 이상인 규산 알칼리금속염이다.
R2O?nSiO2 (R : 알칼리금속) (1)
규산 알칼리금속염으로서는, 규산나트륨, 규산칼륨, 및 규산리튬 등이 있다. 이 중에서도 규산나트륨이 공급의 안정성 및 가격의 면에서 가장 적절하다. 또한, 규산 알칼리금속염의 형태로서는, 수용액과 분말이 있는데, 수용액 쪽이 시판품의 종류도 많고, 작업성이 좋다는 이유에서, 약액주입재에 사용할 경우는 수용액이 주류(主流)이다.
몰비(n)에 대해서는, 3.5 미만에서는 일류방지 성능의 부여가 작고, 또한 알칼리 양이 많기 때문에 시멘트의 수화(水和)반응이 억제되어 압축강도의 저하가 우려된다. 따라서 몰비(n)는, 3.5 이상일 필요가 있고, 3.7?5.0이 바람직하다. 또한, 몰비(n)가 3.5 이상이 되면 규산 알칼리금속염 중의 알칼리 양이 감소하여 환경에의 부하도 저감된다.
또한, 규산 알칼리금속염의 함유량은, 고로슬래그 미분말과 분급시멘트의 합계 100부에 대하여, 0.2?7부(수용액의 경우는 고형분으로 0.2?7부)이고, 1?4.5부가 바람직하다. 0.2부 미만에서는 일류방지 성능의 부여가 작고, 한편, 7부를 넘으면 점도는 저하되어 다시 일류방지 성능의 부여가 작아지고, 또한 규산 알칼리금속염과 시멘트에 의하여 생성하는 응집체에 의하여 침투성이 저하된다.
다만, 본 발명의 지반주입용 수경성 시멘트조성물에는, 공지(公知)의 시멘트혼화제(재)를 본래의 성능에 악영향을 주지 않는 범위에서 병용할 수 있다. 공지의 시멘트혼화제(재)로서는, 예컨대, AE제, AE감수제, 고성능 감수제, 고성능 AE감수제, 유동화제, 응결지연제, 조강제, 소포제, 증점제, 방수제(재), 팽창제(재), 급경재, 수축 저감제(재), 방청제, 시멘트 혼화용 폴리머 에멀션, 및 점토광물 등을 들 수 있다.
본 발명의 지반주입용 수경성 시멘트조성물은, 물을 가하여 밀크 상으로 하여 시공한다.
가하는 물의 양이 많아질수록 침투성이 좋아지지만 재료 분리가 조장(助長)되어, 압송(壓送)호스 내에서 폐색할 우려가 있고, 적을수록, 시멘트밀크의 점도가 지나치게 커져서 침투성을 저해한다. 사용하는 물의 최적 범위는, 고로슬래그 미분말, 분급시멘트, 및 폴리아크릴산계 분산제의 합계 100부에 대하여, 400?1,500부가 바람직하고, 700?1,200부가 보다 바람직하다.
본 발명의 지반개량공법은, 주입장소로서는, 연약한 지반의 개량이라면 특별히 한정되는 것은 아니고, 예컨대, 항만, 호안(護岸), 및 공항 등의 구조물, 지반이 나쁜 도시부나 산간부 등의 각종 구조물이 입지하고 있는 지반에 적용할 수 있고, 지수(止水)나 차수(遮水) 그라우트, 히빙(heaving) 방지 그라우트, 침하 방지 그라우트, 블로우 방지 그라우트, 토압 경감 그라우트, 지지력 증가 그라우트, 및 흡출 방지 그라우트 등을 목적으로 하여 사용할 수 있다. 침투성이 양호하기 때문에, 돌멩이를 포함하는 사질토(砂質土) 지반에의 적용도 가능하고, 액상화 방지 대책으로서도 유효하게 기능한다.
본 발명에 있어서, 시공방법은 특별히 한정되는 것이 아니고, 통상의 약액주입에서 사용하고 있는 시공설비를 이용할 수 있으며, 보통 실시하고 있는 주입설계와 시공방법에 준거하면 된다. 예컨대, 믹서로 조제한 현탁용액을 펌프로 호스를 통하여 압송하고, 땅속에 배치한 로드(rod)를 통하여 주입재를 주입하는 방법을 들 수 있다. 그때에 사용하는 로드는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 단관(單管) 로드, 단관 스트레이너 로드, 2중관 로드, 및 2중관의 더블패커 방식 로드 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 지반주입용 수경성 시멘트조성물은, 기본적으로는 1샷(shot)으로 주입을 행하지만, 지반의 상태나 목적에 따라, 시판되고 있는 응결촉진제나 다른 각종 혼화재를 별도로 압송하여 1.5샷이나 2샷 방식으로 시공할 수도 있다.
실시예
이하에 실시예를 들어서 본 발명을 구체적으로 설명한다.
실험예 1
고로슬래그 미분말과, 고로슬래그 미분말 100부에 대하여, 20부의 분급시멘트와, 고로슬래그 미분말과 분급시멘트의 합계 100부에 대하여, 1부의 폴리아크릴산계 분산제와, 표 1에 나타내는 물을 혼합하고, 1분간 그라우트 믹서로 반죽하여 섞어, 혼련물(混練物)로 하였다. 다음으로, 고로슬래그 미분말과 분급시멘트의 합계 100부에 대하여, 고형분으로, 표 1에 나타내는 규산나트륨 A를 가하고, 1분간 그라우트 믹서로 반죽하여 섞어, 지반주입용 수경성 시멘트조성물의 주입재를 조제하였다.
조제한 주입재의 점도, 압축강도, 침투성, 및, 일류방지 성능의 평가 지표가 되는 유출상황, 형상, 및 경화체의 직경을 측정하는 침투 유하(流下) 시험의 결과를 표 1에 병기한다.
비교를 위하여, 규산나트륨 A를 가하지 않고, 고로슬래그 미분말 100부에 대하여, 분급시멘트를 20부, 고로슬래그 미분말과 분급시멘트의 합계 100부에 대하여, 폴리아크릴산계 분산제를 1.0부 가하였다. 다음으로, 이 혼합물 100부에 대하여, 966부의 물을 가하고, 2분간 그라우트 믹서로 반죽하여 섞어 지반주입용 수경성 시멘트조성물의 주입재를 조제하여, 마찬가지의 시험을 행하였다. 결과를 표 1에 병기한다.
<사용재료>
고로슬래그 미분말 : 시판의 고로슬래그 미분말, 블레인값 10,500㎠/g, 메디안직경 3.6㎛
분급시멘트 : 보통 포틀랜드 시멘트를 분급한 분급시멘트, 블레인값 9,700㎠/g, 메디안직경 4.1㎛, 탄산칼슘 함유량 11.3%
폴리아크릴산계 분산제 : 시판의 폴리아크릴산계 분산제(메톡시폴리에틸렌글리콜메타아크릴레이트계), 일반식 (2)에 있어서, R1은 메틸기, R2O는 탄소 수 2의 옥시에틸렌기, R3는 메틸기, n=23, 질량 평균 분자량은 42,000. 질량 평균 분자량은 GPC법(표준물질 : 폴리스틸렌술폰산나트륨/수(水)계)에 의하여 측정하였다.
물 : 청수(淸水)
규산나트륨 A : 수용액, 몰비(n) 3.97, SiO2 23.38%, Na2O 6.07%, SiO2+Na2O 농도 29.45%
규산칼륨 : 수용액, 몰비(n) 3.69, SiO2 농도 21.2%, K2O 농도 9.0%, SiO2+K2O 농도 30.2%
<시험방법>
점도:
B형 회전 점도계를 이용하여 반죽 완성 직후의 점도를 측정하였다. 측정시의 온도는 25℃.
압축강도:
직경 50㎜, 높이 100㎜의 형틀에 주입재를 80㎖ 칭량(稱量)하고, 그 후, 5호 규사를 306g 투입하였다. 측정 재령(材齡)은 28일.
침투성:
JGS0831-2000에 나타내는 약액주입에 의한 안정 처리토의 공시체(供試體) 작성방법에 준거하였다. 직경 50㎜, 높이 1,000㎜의 아크릴 파이프에 규사 5호를 충전하고 물다짐(水締; hydraulically filling)한 모의지반에 0.05㎫의 주입압(壓)으로 주입재를 주입하였을 때의 침투상황을 관찰하였다.
침투 유하(流下) 시험 : 유출상황, 형상, 경화체의 직경
JGS0311-2000에 나타내는 흙의 투수(透水) 시험방법에 준거하여 행하였다. 시험조건은, φ10×23㎝의 투명한 아크릴 용기에 5호 규사를 간극율 40.5%가 되도록 충전하여 모의지반을 제작하였다. 다만, 모의지반을 제작하는 아크릴 용기의 바닥면은 필터를 세트하여, 물이나 주입재가 흘러나오도록 하고 있다. 제작한 모의지반의 중심 부근에 주입재가 주입되도록 파이프를 세트하여, 제작한 모의지반 용기채로 물을 채운 용기에 침지(浸漬)하였다. 침지한 모의지반 용기는, 모의지반 용기 상단부와 물을 채운 용기의 수위 차를 3.5㎝가 되도록 하고(동수구배 = 0.152), 항상 물을 공급함으로써 물이 교체되는 조건으로 하며, 파이프로부터 주입재를 120㎖ 주입하여, 모의지반으로부터의 주입재의 유출상황을 관찰하였다. 또한, 모의지반 내에 체류된 주입재 경화체의 상태는, 재령 7일 후에 모의지반 용기를 해체하고, 내부로부터 경화체를 인출하여, 그 형상과, 대략 구형(球形)으로 경화하고 있던 경우는, 경화체의 직경을 확인하였다. 다만, 주입재 120㎖가 구형이 된 경우, 경화체의 직경은 6.1㎝이다.
Figure pct00001
표 1로부터 이하와 같은 것을 알 수 있다.
반죽 완성 직후의 점도는, 규산나트륨이 0.2?7부인 실험 No.1-2?실험 No.1-8에 있어서는, 29?52mPa?s였다. 한편, 규산나트륨이 없는 실험 No.1-1의 점도는 4mPa?s, 규산나트륨이 8부인 실험 No.1-9에 있어서는, 5mPa?s로, 실시예보다 낮은 점도였다.
압축강도에 대해서는, 실험 No.1-2?실험 No.1-8에 있어서는, 0.6?1.4N/㎟였다. 한편, 실험 No.1-1의 비교예는 0.5N/㎟, 실험 No.1-9의 비교예는 0.4N/㎜였다.
침투성에 대하여, 실험 No.1-2?실험 No.1-8 및 비교예인 실험 No.1-1에 있어서는, 높이 1,000㎜의 아크릴 파이프를 전부 침투하였다. 한편, 비교예인 실험 No.1-9에 있어서는, 전부 침투하지 않고, 760㎜ 밖에 침투하지 않았다.
규산나트륨의 함유량이, 고로슬래그 미분말과 분급시멘트의 합계 100부에 대하여, 0.2?7부보다도 많은 8부인 비교예인 실험 No.1-9에 있어서는, 침투성과 압축강도가, 실험 No.1-5보다 다소 저하하고, 침투 유하 시험에서는 주입재가 주입으로부터 10분 후에 유출하여 주입재가 균일하게 침투하지 않기 때문에 부정형(不定形)인 경화체였다.
규산나트륨을 함유하지 않는 비교예인 실험 No.1-1에 있어서는, 침투성은, 실험 No.1-5와 마찬가지의 결과가 얻어졌지만, 압축강도는 다소 저하하고, 침투 유하 시험에서는 주입재가 주입으로부터 5분 후에 유출하여 경화체의 흔적이 없어, 지반개량(보강) 효과가 얻어지지 않았다.
실험예 2
고로슬래그 미분말과 분급시멘트의 합계 100부에 대하여, 표 2에 나타내는 규산나트륨을 고형분으로 1.5부 사용한 것 이외는 실험예 1과 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 2에 병기한다.
<사용재료>
규산나트륨 B : 수용액, 몰비(n) 4.96, SiO2 농도 19.56%, Na2O 농도 4.07%, SiO2+Na2O 농도 23.63%
규산나트륨 C : 수용액, 몰비(n) 3.74, SiO2 농도 24.00%, Na2O 농도 6.62%, SiO2+Na2O 농도 30.62%
규산나트륨 D : 수용액, 몰비(n) 3.5, SiO2 농도 25.61%, Na2O 농도 7.55%, SiO2+Na2O 농도 33.16%
규산나트륨 E : 수용액, 몰비(n) 3.16, SiO2 농도 28.84%, Na2O 농도 9.43%, SiO2+Na2O 농도 38.27%
Figure pct00002
일반식 (1)에 있어서의 몰비(n)가 3.5 이상의 규산나트륨을, 고로슬래그 미분말과 분급시멘트의 합계 100부에 대하여, 규산 알칼리금속염의 고형분으로서 1.5부 함유한 실험 No.1-5와 실험 No.2-2?실험 No.2-4의 주입재는, 반죽 완성 직후의 점도가 25?41mPa?s로 높고, 재령의 28일의 압축강도가 0.5?0.8N/㎟로 높으며, 침투성에 뛰어나고, 또한, 동수구배를 비교적 크게 설정한 침투 유하 시험이라도 유출이 없으며, 경화체는 대략 구형으로 유지되고 있어, 일류방지 성능에 뛰어났다.
규산나트륨의 몰비(n)가 3.5 미만인 3.16인 실험 No.2-1에 있어서는, 침투성은, 실험 No.1-5와 마찬가지의 결과가 얻어졌지만, 압축강도는 다소 저하하고, 침투 유하 시험에서는 주입재가 주입으로부터 10분 후에 유출하여 부정형인 경화체였다.
실험예 3
고로슬래그 미분말과 분급시멘트의 합계 100부에 대하여, 규산나트륨 A를 고형분으로 1.5부 사용하고, 표 3에 나타내는 폴리아크릴산계 분산제를 이용한 것 이외는 실험예 2와 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 3에 병기한다.
Figure pct00003
폴리아크릴산계 분산제를 사용하지 않은 실험 No.3-1에서는, 침투 유하 시험에서 주입재의 유출은 없었지만, 침투성 시험에서 500㎜ 밖에 침투성이 얻어지지 않았다.
실험예 4
고로슬래그 미분말과 분급시멘트의 합계 100부에 대하여, 규산나트륨 A를 고형분으로 1.5부 사용하고, 표 4에 나타내는 고로슬래그 미분말, 분급시멘트를 사용한 것 이외는 실험예 2와 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 4에 병기한다.
Figure pct00004
블레인값이 7,300㎠/g, 메디안직경이 6.3㎛의 고로슬래그 미분말과 블레인값이 9,700㎠/g, 메디안직경이 4.1㎛의 분급시멘트를 이용한 주입재의 침투성은 900㎜ 침투이며, 전부 침투가 아니었다.
실험예 5
고로슬래그 미분말과 분급시멘트의 합계 100부에 대하여, 규산나트륨 A를 고형분으로 1.5부 사용하고, 고로슬래그 미분말 100부에 대하여, 표 5에 나타내는 분급시멘트를 사용한 것 이외는 실험예 2와 마찬가지로 행하였다. 결과를 표 5에 병기한다.
Figure pct00005
분급시멘트를 사용하지 않은 실험 No.5-1은, 침투성 시험에서는 전부 침투였지만, 침투 유하 시험에서는 주입재가 주입으로부터 5분 후에 유출하고, 경화체의 흔적이 없어, 지반개량(보강) 효과가 얻어지지 않았다.
이상의 결과로부터, 고로슬래그 미분말, 분급시멘트, 폴리아크릴산계 분산제, 및 일류방지제로서의 규산 알칼리금속염을 함유하고, 상기 규산 알칼리금속염이, 일반식 (1)에 있어서의 몰비(n)가 3.5 이상이며, 상기 고로슬래그 미분말과 분급시멘트의 합계 100부에 대하여, 0.2?7부인 본 발명의 지반주입용 수경성 시멘트조성물은, 침투성과 일류방지 성능에 뛰어나며, 또한 충분한 강도발현과 장기적인 내구성에 뛰어난 것을 알 수 있다.
본 발명의 지반주입용 수경성 시멘트조성물은, 침투성과 일류방지 성능에 뛰어나고, 또한 충분한 강도발현과 장기적인 내구성에 뛰어나므로, 항만이나 연안부 등의 사질토 지반의 액상화 대책 등의 각종 연약 지반의 보강공사에 적용할 수 있다.

Claims (5)

  1. 고로슬래그 미분말, 분급시멘트, 폴리아크릴산계 분산제, 및 일류(逸流)방지제로서의 규산 알칼리금속염을 함유하고, 상기 규산 알칼리금속염은, 아래의 일반식 (1)에 있어서의 몰비(n)가 3.5 이상이며, 상기 고로슬래그 미분말과 분급시멘트의 합계 100부에 대하여, 0.2?7부인 것을 특징으로 하는 지반주입용 수경성 시멘트조성물.
    R2O?nSiO2 (R : 알칼리금속) (1)
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴리아크릴산계 분산제가 아래의 일반식 (2)의 단량체(單量體)를 함유하는 공중합체(共重合體)인 것을 특징으로 하는 지반주입용 수경성 시멘트조성물.
    CH2=C(R1)COO(R2O)nR3 (2)
    (식 중, R1은 수소원자 또는 메틸기, R2O는 탄소 수 2?4의 옥시알킬렌기, n은 5?40의 정수, R3는 수소원자 또는 탄소 수 1?5의 알킬기를 나타냄)
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 고로슬래그 미분말 및 상기 분급시멘트가, 모두, 블레인(Blaine) 비표면적값으로 7,000?16,000㎠/g, 메디안직경으로 1?7㎛인 것을 특징으로 하는 지반주입용 수경성 시멘트조성물.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항의 지반주입용 수경성 시멘트조성물을 지반 내에 주입하는 지반개량공법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    액상화(液狀化) 방지를 위한 지반개량에 이용하는 것을 특징으로 하는 지반개량공법.
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