KR20140103760A - 심층혼합공법용 흙 콘크리트 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 심층혼합공법용 흙 콘크리트 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 포틀랜트 시멘트 또는 고로슬래그시멘트를 포함하는 고화재의 슬러리를 제조할 때 사용되는 배합수(물)에 규산소다를 치환하여 고화재의 응결을 촉진함으로써, 고화재와 대상지반의 흙 콘크리트의 강도를 조기에 발현케 하여 토양을 조속히 안정시켜 가시설 공사의 공기를 단축시킬 수 있는 심층혼합공법용 흙 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 의한 심층혼합교반용 흙 콘크리트 조성물은 흙 100중량부에 대하여, 시멘트 또는 고로슬래그 시멘트 10 내지 50 중량부와, 상기 시멘트 또는 고로슬래그 시멘트를 슬러리화하는 배합수 6 내지 100 중량부를 포함하며, 상기 배합수 100중량부에 대하여 규산소다 용액을 10 내지 120 중량부가 더 포함한다.

Description

심층혼합공법용 흙 콘크리트 조성물{SOIL CONCRETE AGENT FOR DEEP CEMENT MIXING METHOD}
본 발명은 심층혼합공법용 흙 콘크리트 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 포틀랜트 시멘트 또는 고로슬래그시멘트를 포함하는 고화재의 슬러리를 제조할 때 사용되는 배합수(물)에 규산소다를 치환하여 고화재의 응결을 촉진함으로써, 고화재와 대상지반의 흙 콘크리트의 강도를 조기에 발현케 하여 토양을 조속히 안정시켜 가시설 공사의 공기를 단축시킬 수 있는 심층혼합공법용 흙 콘크리트 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 연약지반을 개량하기 위한 심층혼합공법(SCW:Soil Cement Wall, DCM : Deep Cement Mixing, DSP : Deep Soil Mixing Pile, DSM : Deep Soil Mixing 등)은 점성토 및 사력토 지반에서 토류벽체를 형성하거나 차수를 위하거나 연약지반을 보강하기 위한 목적으로 시공되는데 일반적으로 시멘트와 벤토나이트를 혼합하여 사용되어 왔다. 심층혼합공법은 육상 및 바다의 연약지반을 심층까지 천공하고 연약한 대상지반과 고화재를 혼합하여 지반을 개량하는 공법이다. 상기 고화재는 포틀랜트 시멘트 또는 고로슬래그시멘트와 벤토나이트 등을 포함한다.
그러나 포틀랜트 시멘트 및 고로슬래그 시멘트는 물과 혼합하여 강도를 발현하는 데 걸리는 기간이 28일이라는 오랜 시간이 필요하여 긴급을 요하는 공사에 적합하지 않은 단점이 있다.
최근에는 이러한 기존의 시멘트를 고화재로 사용하는 문제점을 개선하기 위한 여러 기술들이 제시되고 있다. 예를 들면 국내 등록특허 10-0845248에서는 고로슬래그시멘트에 생석회와 무수석고를 혼합한 후 분말도를 향상시키기 위한 목적으로 진동밀을 이용하여 분쇄를 하고 이 분쇄물에 유동성 및 침투성을 향상시키기 위한 폴리카르본산계 혼화제 0.1% ~ 0.5%중량부를 다시 혼합하는 기술을 제안하였다.
그러나 이 방법은 1차로 생산된 제품을 구매한 후 진동밀이라는 거대한 장치를 가지고 다시 분쇄하여야 하는 공정이 필요하고 더욱이, 분쇄물에 폴리카르본산계 혼화제 0.1% ~ 0.5%중량부를 다시 혼합하는 기술을 제시하였으나, 현재의 기술로 분체에 0.1~0.5%의 원료를 고르게 혼합할 수 있는 상용화 기술은 없는 상태로서 매우 많은 비용이 들어가며, 기술적으로도 상용화되기 어려운 비합리적인 방법이라 할 수 있다.
국내 등록특허 제10-0374122호에서는 시멘트 100중량부에 대하여, 5 내지 40 중량부의 석고와, 5 내지 30 중량부의 석회와, 20 내지 200 중량부의 2가지 입도(15내지 30 50내지 60중량부, 3내지 8 40내지 50중량부)를 갖는 포졸란물질과 계면활성제를 포함하는 기술을 제시하였다. 그러나 포졸란 물질을 15 내지 30, 3 내지 8의 입도로 분리하는 것이 현존하는 기술로서 가능한 것인지 의문을 갖지 않을 수 없다.
국내등록특허 10-0553732에서는 평균입경이 10~15인 알루미노-실리케이트계 산업부산물 70~80 중량부, 평균입경이 20~30인 석고계부산물 10~25 중량부 및 알칼리계 부산물 5~10 중량부를 포함하는 고화재를 제시하였다. 그러나 이 기술 역시 주원료인 알루미노-실리케이트계 산업부산물의 평균입경이 커서 롤러밀, 볼밀, 진동밀 등을 이용하여 분쇄하여 입도를 조정한다고 발명의 구성 및 작용에서 설명하고 있다.
또한 국내등록특허 10-0431797의 경우도 고로슬래그, 석고, 수산화나트륨, 황산알루미늄, 생석회 또는 소석회, 석회석, 조경제를 혼합한 후 다시 분쇄하는 비소성시멘트 제조방법을 제시하고 있다.
이러한 기술은 시멘트 대신 고로슬래그 및 플라이애시를 주재료로 한 변형 기술로서 포졸란반응 및 에트링가이트 형성을 향상시키기 위하여 알칼리 자극제 및 황산염자극제를 다양한 원료 또는 배합원료로 추가하는 기술이다. 그러므로 제조공정이 매우 복잡하고 원료의 전처리에 많은 비용이 수반되며, 여러 가지 원료를 동시에 사용해야하기 때문에 원료의 물리 화학적 품질특성 변동에 따른 배합의 선정이 어려워 상용화되기에는 어려운 측면이 있다.
더욱이 상술한 기술들은 시멘트 자체를 개질하려는 목적을 위한 기술이며, 시멘트 배합에 사용되는 물의 특성을 개질하는 것에 대한 기술은 제시되지 않고있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 포틀랜트 시멘트 또는 고로슬래그시멘트를 포함하는 고화재의 슬러리를 제조할 때 사용되는 배합수(물)에 규산소다를 치환하여 고화재의 응결을 촉진함으로써, 고화재와 대상지반의 흙 콘크리트의 강도를 조기에 발현케 하여 토양을 조속히 안정시켜 가시설 공사의 공기를 단축시킬 수 있는 심층혼합공법용 흙 콘크리트 조성물을 제공함에 있다.
위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 심층혼합교반용 흙 콘크리트 조성물은 흙 100중량부에 대하여, 시멘트 또는 고로슬래그 시멘트 10 내지 50 중량부와, 상기 시멘트 또는 고로슬래그 시멘트를 슬러리화하는 배합수 6 내지 100 중량부를 포함하며, 상기 배합수 100중량부에 대하여 규산소다 용액을 10 내지 120 중량부가 더 포함한다.
또한 시멘트 슬러리의 유동성을 높이고 흙 콘크리트의 강도를 증대시키기 위하여 유동화제가 더 포함되는 것이 바람직하다.
또한 상기 유동화제는 나프탈렌, 멜라민, 리그닌, 폴리카본산으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
또한 상기 유동화제는 상기 시멘트 또는 고로슬래그 시멘트 100중량부에 대하여, 0.5~10중량부 혼입되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 심층혼합공법에서 대상지반의 흙을 주원료로 사용하고 시멘트 및 배합수를 활용하며, 이에 부가적으로 알칼리 자극제로서 규산소다 용액을 배합수에 치환함으로써 고화재의 응결을 촉진할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 고화재와 대상지반의 흙 콘크리트의 강도를 조기에 발현시켜 토양을 조속히 안정시켜 가시설 공사의 공기를 단축시킬 수 있게 된다.
또한 고화재에 유동화제를 첨가함으로써, 시멘트 슬러리의 유동성을 강화하고 물시멘트비를 낮추어 고결강도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 그로 인해 조기에 강도를 발현하여 가시설공사의 공기를 단축시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 심층혼합공법용 흙 콘크리트 조성물에 대하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 본 발명에 의한 심층혼합공법용 흙 콘크리트 조성물의 구성성분 및 작용을 설명한다.
본 발명에 의한 심층혼합공법용 흙 콘크리트조성물은 대상 지반의 흙 100중량부에 대하여, 시멘트 10내지 50중량부, 시멘트를 슬러리로 만드는 배합수 6 내지 100중량부를 포함한다.
상기 시멘트는 통상적으로 시중에서 수득이 가능한 포틀랜트시멘트 및/또는 고로슬래그 시멘트이다.
상기 배합수는 지하수 상수도수, 공업용수 등 시멘트 응결에 이상을 주지 않는 일반적인 물로서 분말인 시멘트를 슬러리로 만들어 배관을 통한 이송을 용이하게 하고 대상지반과의 혼합을 원활하게 하는 용도로 사용된다.
특히, 본 발명에 의하면, 상기 배합수에는 시멘트의 응결을 촉진하기 위한 목적으로 규산소다 용액이 치환된다. 규산소다는 용액형과 분말형이 유통되고 있는데, 배합수와 신속하고 용이하게 용해되기 위하여 용액형을 사용하는 것이 바람직하다.
또한 상기 규산소다 용액은 상기 배합수 100중량부에 대하여 10~120중량부 혼입되는 것이 바람직하다. 상기 규산소사 용액이 배합수 100중량부에 대하여 10중량부 미만으로 혼입되면, 규산소사 용액의 작용이 미흡하여 시멘트의 응결을 촉진시키지 못하고, 120중량부를 초과하여 혼입하여도 더 이상의 응결을 촉진시키지 못한다.
또한 상기 시멘트의 분산을 촉진하고 배관을 통한 시멘트 슬러리의 장거리 이송을 원활히 하기 위해 유동화제가 더 포함되는 것이 바람직하다.
통상 유동화제는 시멘트 슬럴리의 유동성을 향상시키기 때문에 동일한 작업성을 유지하기 위한 단위 배합수량을 감소시키는 역할을 수행한다. 따라서 배합수와 시멘트의 양을 비율로 나타낸 물/시멘트비가 낮아지므로 강도를 상향하는 효과도 있는 것이다.
상기 유동화제는 물에 쉽게 용해되기 때문에 분말형태로도 사용이 가능하며, 용액형을 사용할 수도 있다. 용액형은 고형분율이 50%라고 가정하면, 분말형에 비해 2배의 투입량을 필요로 한다. 상기 유동화제는 나프탈렌계, 멜라민계, 리그닌계, 폴리카본산계 중 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 유동화제는 분말 기준으로 시멘트 100중량부에 대하여 0.5~10 중량부 혼합되는 것이 바람직하다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다. 또한 이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한하는 것은 아니다.
비교예
먼저, 해양준설토 100중량부에 대하여, 슬래그 시멘트 25중량부, 배합수 25중량부를 강제식 믹서로 충분히 혼합하여 흙 콘크리트를 제조하고 9개의 공시체를 제작하여 이를 20℃에서 양생하여 재령 3일, 7일, 28일 강도를 측정하였다.
실시예 1
해양준설토 100중량부에 대하여, 슬래그시멘트 25중량부, 배합수 20중량부, 규산소다 용액 5중량부와 상기 슬래그시멘트 100중량부에 대하여 유동화제 분말 5중량부를 첨가하여 강제식 믹서로 충분히 혼합하여 흙 콘크리트를 제조하고 9개의 공시체를 제작하여 이를 20℃에서 양생하여 재령 3일, 7일, 28일 강도를 측정하였다.
실시예 2
해양준설토 100중량부에 대하여, 슬래그시멘트 25중량부, 배합수 20중량부, 규산소다 용액 10중량부와 상기 슬래그시멘트 100중량부에 대하여 유동화제 분말 5중량부를 첨가하여 강제식 믹서로 충분히 혼합하여 흙 콘크리트를 제조하고 9개의 공시체를 제작하여 이를 20℃에서 양생하여 재령 3일, 7일, 28일 강도를 측정하였다.
실시예 3
해양준설토 100중량부에 대하여, 슬래그시멘트 25중량부, 배합수 20중량부, 규산소다 용액 10중량부를 강제식 믹서로 충분히 혼합하여 흙 콘크리트를 제조하고 9개의 공시체를 제작하여 이를 20℃에서 양생하여 재령 3일, 7일, 28일 강도를 측정하였다.
흙 콘크리트의 시험방법 및 결과
아래 표 1에 나타낸 바와 같이 투수계수는 KS F 2322 변수위투수시험법에 따라 실시하고 압축강도시험은 KS F 2343 일축압축강도 시험방법에 의해 실시하였다.
실험 방법 비고
투수계수 KS F 2322 변수위 투수시험방법
압축강도 KS F 2343 일축압축강도시험방법
(1) 투수계수
7일 동안 20℃에서 양생한 흙 콘크리트 공시체의 투수계수 시험성과를 표 2에 나타내었다. 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 모든 성과가 불투수층을 구성하여 만족할 만한 결과를 도출하였으며, 비교예보다 실시예들의 투수계수가 낮은 것을 알 수 있으며, 이는 비교예의 시멘트 흙 콘크리트의 경우 수화반응시 발생하는 체적수축과 흙 콘크리트에 함유된 수분이 증발 또는 수화되면서 상대적으로 투수계수가 크고, 본 발명에 따른 흙 콘크리트의 경우 단위수량의 저감 및 급결작용에 의한 조기 고결반응으로 상대적으로 낮은 투수성능을 보이는 것으로 판단된다.
또한 실시예 2와 실시예 3을 비교하면, 유동화제를 첨가하여 강도가 높게 발현된 실시예 2가 유동화제를 첨가하지 않은 실시예 3보다 투수계수가 낮게 나타났으며, 이는 유동화제의 분산성능 극대화로 시멘트 페이스트가 흙 콘크리트 내부에 보다 균질하게 분산되어 강도향상 및 투수계수 성능이 우수하게 발현되는 것으로 판단된다.
구분 투수계수(/sec) 압축강도 3일
(kgf/cm2)		 압축강도 7일
(kgf/cm2)		 압축강도 28일
(kgf/cm2)
비교예 4.28 × 10-6 6.8 15.5 28.2
실시예1 5.61 × 10-7 8.9 22.8 32.5
실시예2 4.63 × 10-7 12.5 29.8 36.3
실시예3 5.25 × 10-7 11.7 26.3 34.7
2) 일축압축강도의 변화
표 2에 비교예 및 실시예 1 그리고 실시예 2 와 실시예 3의 일축압축강도를 나타내었다. 이를 통해 알 수 있는 바와 같이, 조기재령인 3일 7일에서 규산소다용액으로 배합수를 치환한 경우 그 치환율이 높을수록 많은 강도가 발현된 것을 알 수 있으며, 실시예 2는 양생 7일에 29.8 kgf/cm2 실시예 3의 경우 양생 7일에 26.3 kgf/cm2로 강도발현이 나타나 DCM 공사 시방서의 재령 28일 기준강도인 26 kgf/cm2 을 상회하는 것으로 나타나, 본 발명의 흙 콘크리트가 조기에 강도를 발현하여 가시설공사의 공기를 단축시키는 효과가 있음을 알 수 있었다.
또한 실시예 2와 실시예 3을 비교해보면, 유동화제를 첨가한 실시예 2가 유동화제를 첨가하지 않은 실시예 3보다 모든 재령에서 강도가 높게 나타났으며, 이는 유동화제의 분산 성능 극대화로 시멘트 페이스트가 흙 콘크리트 내부에 보다 균질하게 분산되었으며, 감수효과에 의한 강도향상이 발현되는 것으로 판단된다.

Claims (4)

  1. 흙 100중량부에 대하여, 시멘트 또는 고로슬래그 시멘트 10 내지 50 중량부와, 배합수 6 내지 100 중량부를 포함하며, 상기 배합수 100중량부에 대하여 규산소다 용액을 10 내지 120 중량부가 더 포함하는 것을 특징으로 하는 심층혼합교반용 흙 콘크리트 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    시멘트 슬러리의 유동성을 높이고 흙 콘크리트의 강도를 증대시키기 위하여 유동화제가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 심층혼합교반용 흙 콘크리트 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유동화제는 나프탈렌, 멜라민, 리그닌, 폴리카본산으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 심층혼합교반용 흙 콘크리트 조성물.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 유동화제는 상기 시멘트 또는 고로슬래그 시멘트 100중량부에 대하여, 0.5~10중량부 혼입되는 것을 특징으로 하는 심층혼합교반용 흙 콘크리트 조성물.
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KR101592199B1 (ko) * 2014-09-24 2016-02-11 주식회사 지안산업 6가 크롬이 용출되지 않는 심층혼합처리 공법
CN106192987A (zh) * 2016-08-01 2016-12-07 山西四建集团有限公司 一种对桩周边破碎地质加固的施工方法
KR20170104702A (ko) * 2016-03-07 2017-09-18 주식회사 지안산업 시멘트를 사용하지 않는 심층혼합처리공법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101592199B1 (ko) * 2014-09-24 2016-02-11 주식회사 지안산업 6가 크롬이 용출되지 않는 심층혼합처리 공법
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CN106192987A (zh) * 2016-08-01 2016-12-07 山西四建集团有限公司 一种对桩周边破碎地质加固的施工方法
CN106192987B (zh) * 2016-08-01 2018-08-10 山西四建集团有限公司 一种对桩周边破碎地质加固的施工方法

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