KR20160097128A - 광물계 분말 급결재를 사용한 숏크리트 분사방법 및 분사시스템 - Google Patents

광물계 분말 급결재를 사용한 숏크리트 분사방법 및 분사시스템 Download PDF

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KR20160097128A
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이아란
이부길
유용선
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(주)케미우스코리아
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Abstract

본 발명은 숏크리트 분사방법 및 분사시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 숏크리트 분사방법은, 콘크리트와 급결재 및 첨가제가 혼합된 숏크리트를 분사시스템을 이용하여 발파면에 분사하는 방법으로서,
분사시스템은 중공형으로 형성되어 후단부에 콘크리트 공급라인이 연결되며 선단부에 노즐부가 마련되어 있는 분사체와, 급결재와 첨가제와 물을 혼합하여 슬러리를 형성하는 교반탱크와, 일단은 교반탱크에 타단은 분사체의 노즐부 직후방에 연결되는 연결라인 및 연결라인을 통해 슬러리를 분사체로 압송하기 위하여 연결라인에 마련되는 주입장치를 구비하며,
급결재는 분말 형태로서 물과 혼합된 슬러리 상태로 콘크리트가 발파면에 분사되기 직전에 콘크리트에 혼합되어 숏크리트를 형성하는 것으로서, C12A7, CSA 및 칼슘알루미네이트를 포함하는 광물계 분말 급결재인 것에 특징이 있다.

Description

숏크리트 분사방법 및 숏크리트 분사시스템{Method and System for spraying shotcrete}
본 발명은 건축 및 토목 분야의 기술로서, 특히 터널 시공 등에 있어서 발파 후의 암반면에 지보재로서 숏크리트를 분사하기 위한 숏크리트 분사방법 및 이에 사용되는 숏크리트 분사시스템에 관한 것이다.
숏크리트는 콘크리트와 첨가제를 혼합한 것으로서, 암반의 굴착 직후에 압축공기를 이용하여 굴착면에 분사됨으로써 지반을 밀착시켜 지반의 이완을 억제하고 표면의 요철을 매끄럽게 마무리하기 위한 것이다.
숏크리트를 굴착면에 분사하면, 굴착에 따른 응력집중에 의해 원지반에 균열이 확대되는 것을 방지함과 동시에 굴착면의 풍화를 방지하여 굴착 후의 안정을 도모할 수 있다. 이에 따라 숏크리트는 국내 터널 시공에서 주로 사용하는 NATM(New Australian Tunneling Method)공법의 터널 지보재로 중요한 역할을 하고 있다.
숏크리트는 굴착면 지반의 전단 저항력을 증가시켜 굴착면 표면에 형성되는 불연속면의 암괴가 중력 작용으로 분리되는 낙석을 방지하고, 휨압축 또는 축력에 대한 저항을 높여 주변 지반에 내압을 발생시켜 지반의 강도약화를 방지하는 효과가 있다. 특히 연암이나 토사 지반에서는 응력 집중을 완화시키고, 터널 주변의 틈이나 균열에 전단저항을 줌으로써 터널 벽면부근에 그라운드 아치를 형성하는 지반 아치(Ground Arch)를 형성하여 매우 효과적이다.
재료적 측면으로 볼 때 숏크리트는 콘크리트와 급결재가 혼합된 형태인데, 급결재는 광물계의 분말형 급결재와 액상형 급결재가 주로 사용되고 있다.
분말형 급결재는 숏크리트의 강도가 높게 발현되고 급결성이 우수하여 숏크리트 급결재로서 널리 사용되고 있다. 그러나 분말형 급결재를 사용하면 작업 현장에 분진이 너무 많이 발생하여 작업 조건이 현저하게 저하된다는 문제점이 있다. 더욱이, 분말형 급결재는 콘크리트가 분사되기 바로 직전에 콘크리트에 혼합되는데 분말과 콘크리트의 혼합율이 매우 저조하다는 것이 중요한 단점으로 지적되고 있다. 특히, 콘크리트는 일정한 속도와 양으로 분사되는데, 분말제의 공급은 맥동 현상처럼 약간의 시간이지만 주기성을 띠면서 공급된다. 따라서 콘크리트가 연속적으로 적층된다고 했을 때 층별로 분말제의 혼입량에 많은 차이를 보인다. 다르게 말하면, 숏크리트층에서 급결제가 포함된 영역과 포함되지 않은 영역이 교대로 나타나게 된다. 결과적으로 급결재가 포함되지 않은 영역에서는 숏크리트가 굴착면에 정착하지 못하고 쉽게 탈락됨으로써 리바운드율이 높아지는 문제점이 있다.
액상형 급결재는 반대로 콘크리트와의 혼합율이 우수하고 분진의 문제가 발생하지 않는다는 점에서 큰 장점이 있지만, 숏크리트의 강도가 분말형 급결재에 비하여 저하되고 급결성 또한 분말제에 비하여 떨어진다는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 분진 발생으로부터 자유로울 뿐만 아니라, 숏크리트의 강도 및 급결성을 만족할 수 있도록 슬러리 형태의 급결재를 사용한 숏크리트 분사방법 및 숏크리트 분사시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 숏크리트 분사시스템은, 중공형으로 형성되어 후단부에 콘크리트 공급라인이 연결되며 선단부에 노즐부가 마련되어 있는 분사체와, 급결재와 첨가제와 물을 혼합하여 슬러리를 형성하는 교반탱크와, 상기 교반탱크와 상기 분사체의 노즐부 직후방에 연결되는 연결라인 및 상기 연결라인을 통해 상기 슬러리를 상기 분사체로 압송하기 위하여 상기 연결라인에 마련되는 주입장치를 구비하는데 특징이 있다.
또한, 상기한 분사시스템을 이용한 숏크리트 분사방법에서는 분말형 급결재와 첨가제 및 물을 교반탱크에서 미리 혼합하여 슬러리 상태로 형성한 후, 슬러리형 급결재를 분사체에 압송하여 콘크리트가 발파면에 분사되기 직전에 콘크리트와 슬러리형 급결재가 혼합되어 숏크리트를 형성하게 하는데 특징이 있으며, 특히 상기 분말형 급결재는 C12A7, CSA 및 칼슘알루미네이트를 포함하는 광물계 분말 급결재를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 상기 첨가제는 소듐글루코네이트, 구연산 및 주석산을 포함하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 첨가제는 리튬카보네이트, 소듐카보네이트, 포타슘카보네이트와 같은 카보네이트 계열의 첨가제 또는 소듐설페이트, 포타슘설페이트, 소듐알루미노설페이트, 포타슘알루미노설페이트 및 알루미늄설페이트와 같은 설페이트 계열 첨가제를 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 특히, 첨가제로서 소듐카보네이트, 포타슘설페이트, 리튬카보네이트를 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명이 일 실시예에서, 상기 급결재와 첨가제를 합한 양은 콘크리트 100 중량부에 대하여 3~10 중량부의 범위이고, 상기 첨가제는 상기 급결재 100 중량부에 대하여 0.1~1 중량부의 범위로 혼합될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 콘크리트는 보통 포틀랜드 시멘트와 슬래그 시멘트를 혼합한 혼합시멘트를 포함하며, 상기 슬래그 시멘트는 전체 시멘트에서 10~50 중량%의 범위로 배합되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 숏크리트 분사방법에서는 슬러리형 급결재를 사용함으로써 아래와 같은 효과가 발생한다.
첫 째, 숏크리트의 강도가 증대된다. 종래기술에서도 설명하였지만 현재 상용되고 있는 분말형 급결재와 액상형 급결재를 비교시 분말형 급결재의 압축강도가 액상형 급결재에 비하여 훨씬 크게 나타난다. 본 발명에서도 급결재는 슬러리 형태이지만 분말형 급결재가 원재료이기 때문에 압축강도가 증대되는 것이다.
둘 째, 숏크리트의 리바운드율이 액상형 급결재에 비하여 현저하게 낮다. 즉, 분말형 급결재는 액상형 급결재에 비하여 급결성이 우수하므로 숏크리트가 발파면에 분사된 후 급결되어 안정적으로 정착된다. 본 발명에서도 분말형 급결재를 원재료로 사용하므로 그 장점을 그대로 유지한다.
셋 째, 슬러리형 급결재를 사용하면 콘크리트와의 혼합율이 증대된다는 이점이 있다. 분말형 급결재는 앞에서도 설명한 것처럼 콘크리트와의 혼합율이 떨어진다는 단점이 있다. 그러나 슬러리형 급결재는 콘크리트와의 혼합율이 우수하기 때문에 분사장치로부터 뿜어지는 숏크리트의 품질이 일정하게 유지된다는 이점이 있다. 더욱이, 분말형 급결재는 맥동을 하면서 공급되기 때문에 일정한 비율과 양으로 공급되지 못하고 공급되는 양에서 시간에 따라 차이가 발생한다. 결국 시간에 따라 급결재가 콘크리트에 지나치게 많이 섞이거나 반대로 지나치게 적게 섞이는 문제가 발생되어 숏크리트의 품질이 안정적이지 못하다. 그러나 본 발명과 같이 슬러리형 급결재를 사용하면 펌프를 통해 일정한 속도와 양으로 급결재를 공급할 수 있으므로 숏크리트의 품질을 안정적으로 유지할 수 있다.
넷 째, 슬러리형 급결재는 분말형 급결재를 교반탱크에서 물과 혼합시켜서 공급하기 때문에 분말형 급결재의 약점으로 지목되는 작업장 내 분진 발생으로부터 자유롭다는 이점이 있다. 작업 여건이 개선됨으로써 숏크리트의 타설도 보다 효과적으로 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 숏크리트 분사시스템의 개략적 도면이다.
도 2의 표는 숏크리트의 원재료로서의 보통 포틀랜드 시멘트와 고로슬래그 시멘트의 조성을 나타낸 표이다.
도 3의 표는 본 발명에 대한 실험을 위한 숏크리트 시료의 조성을 나타낸 것이다.
도 4 및 도 5의 그래프는 BFS 혼입량에 따른 각 급결재의 응결시간을 나타낸 것이다.
도 6 내지 도 8의 그래프는 각 급결재를 사용하여 1일 강도를 측정한 결과로서, 도 6은 액상형 급결재, 도 7은 시멘트 광물계 그리고 도 8은 본 발명에 따른 슬러리형 급결재(28일 강도 포함)를 사용한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 숏크리트 분사시스템 및 이를 이용한 숏크리트 분사방법에 대하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 숏크리트 분사시스템의 개략적 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 숏크리트 분사시스템(100)은 분사체(10), 교반탱크(20), 공급라인(30) 및 주입장치(40)를 구비한다. 분사체(10)는 중공형으로 길게 형성되며, 후단부에는 예컨대, 레미콘 차량과 같은 콘크리트 공급수단으로부터 이어진 공급라인이 연결되고, 선단에는 유로의 단면적이 점 차 좁아지게 형성되는 노즐부(11)가 마련된다. 도시하지는 않았지만, 펌프와 같이 콘크리트를 가압하여 이송하기 위한 구동장치가 연결된다. 즉, 레미콘 차량에서 시멘트와 골재 및 물이 혼합되어 형성된 콘크리트는 구동장치에 의하여 분사체(10)를 통해 분사된다.
교반탱크(20)는 급결재를 슬러리 형태로 형성하기 위한 것이다. 교반탱크(20)에는 분말형 급결재와, 첨가제 및 물이 투입되며 교반기(21)는 이들을 고르게 교반하여 슬러리(s)를 형성한다.
연결라인(30)은 교반탱크(20)와 분사체(10)를 상호 연결한다. 특히 연결라인(30)은 분사체(10)의 노즐부(11) 직후방으로 연결되어 콘크리트가 분사되기 직전에 슬러리 형태의 급결재와 상호 혼합되어 숏크리트를 형성하게 한다.
주입장치(40)는 교반탱크(30)로부터 배출되는 슬러리 형태의 급결재를 분사체(10)로 압송하기 위한 구동력을 제공하기 위한 것으로서, 펌프 등이 사용될 수 있다.
상기한 구성으로 이루어진 숏크리트 분사시스템에서 가장 중요한 기술적 특징은 분말형 급결재를 물과 혼합하여 슬러리 형태로 형성한 후, 이 슬러리형 급결재를 콘크리트와 혼합되도록 한 것이다. 보다 근본적으로는 본 발명에서는 분말형 급결재를 슬러리 형태로 형성하여 콘크리트에 혼합한다는 점에 중요한 특징이 있으며, 이를 위하여 위에서 설명한 분사시스템(100)을 고안한 것이다.
분말형 급결재를 슬러리 형태로 형성하면 여러가지 이점이 발생한다.
첫 째, 숏크리트의 강도가 증대된다. 종래기술에서도 설명하였지만 현재 상용되고 있는 분말형 급결재와 액상형 급결재를 비교시 분말형 급결재의 압축강도가 액상형 급결재에 비하여 훨씬 크게 나타난다. 본 발명에서도 급결재는 슬러리 형태이지만 분말형 급결재가 원재료이기 때문에 압축강도가 증대되는 것이다.
둘 째, 숏크리트의 리바운드율이 액상형 급결재에 비하여 현저하게 낮다. 즉, 분말형 급결재는 액상형 급결재에 비하여 급결성이 우수하므로 숏크리트가 발파면에 분사된 후 급결되어 안정적으로 정착된다. 본 발명에서도 분말형 급결재를 원재료로 사용하므로 그 장점을 그대로 유지한다.
셋 째, 슬러리형 급결재를 사용하면 콘크리트와의 혼합율이 증대된다는 이점이 있다. 분말형 급결재는 앞에서도 설명한 것처럼 콘크리트와의 혼합율이 떨어진다는 단점이 있다. 그러나 슬러리형 급결재는 콘크리트와의 혼합율이 우수하기 때문에 분사장치로부터 뿜어지는 숏크리트의 품질이 일정하게 유지된다는 이점이 있다. 더욱이, 분말형 급결재는 맥동을 하면서 공급되기 때문에 일정한 비율과 양으로 공급되지 못하고 공급되는 양에서 시간에 따라 차이가 발생한다. 결국 시간에 따라 급결재가 콘크리트에 지나치게 많이 섞이거나 반대로 지나치게 적게 섞이는 문제가 발생되어 숏크리트의 품질이 안정적이지 못하다. 그러나 본 발명과 같이 슬러리형 급결재를 사용하면 펌프를 통해 일정한 속도와 양으로 급결재를 공급할 수 있으므로 숏크리트의 품질을 안정적으로 유지할 수 있다.
넷 째, 슬러리형 급결재는 분말형 급결재를 교반탱크에서 물과 혼합시켜서 공급하기 때문에 분말형 급결재의 약점으로 지목되는 작업장 내 분진 발생으로부터 자유롭다는 이점이 있다. 작업 여건이 개선됨으로써 숏크리트의 타설도 보다 효과적으로 이루어질 수 있다.
즉, 본 발명에서는 분말형 급결재와 액상형 급결재의 장점만을 그대로 유지하고 있고, 단점은 배제함으로써 숏크리트의 강도, 혼합율, 일정한 품질을 그대로 유지할 수 있는 것이다.
이하, 본 발명에서 사용하는 숏크리트의 재료와 그 특성에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명에서 숏크리트는 콘크리트와 슬러리형 급결재를 혼합하여 형성된다. 콘크리트는 시멘트와 골재 및 물을 혼합하여 제조되는데, 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트를 사용할 수도 있지만, 본 발명에서는 보통 포틀랜드 시멘트의 일부를 슬래그 시멘트로 치환하여 사용한다는 점에 특징이 있다. 슬래그 시멘트는 염해에 대한 저항성을 비롯한 내화학성이 매우 우수하고, 장기 강도가 높으며, 경제적인 재료이다. 그러나, 슬래그 시멘트는 초기 수화율이 떨어지므로 초기 강도가 보통 포틀랜드 시멘트에 비하여 낮기 나타난다. 이에 급결성을 요하는 숏크리트 재료로는 사용상의 한계가 있었다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에서 슬래그 시멘트는 전체 시멘트에서 10~50 중량%의 범위로 배합한다. 본 발명에서는 분말형 급결재와 첨가제를 슬러리 형태로 사용함으로써 슬래그 시멘트의 약점을 보완하였다. 밑에서 실험 결과로서 설명하겠지만 슬래그 시멘트를 사용하면서도 숏크리트의 초기 강도가 현재의 시공 기준 이상으로 보장된다. 더욱이, 슬래그 시멘트는 장기 압축강도에서는 보통 포틀랜드 시멘트에 비하여 강점을 보이는 바, 본 발명과 같이 초기 압축강도에 대한 약점을 보완하면 숏크리트로서 우수한 품질을 보장할 수 있다.
슬러리 형태의 급결재는 분말형 급결재와 첨가제를 물에 혼합하여 형성하며, 분말형 급결재와 첨가제를 합한 양은 시멘트 100 중량부에 대하여 3~10 중량부의 범위로 혼합한다. 그리고 첨가제는 분말형 급결재 100 중량부에 대하여 0.1~1 중량부의 범위로 혼합된다.
분말형 급결재는 비정질의 C12A7(12CaO·7Al2O3)와, 칼슘설포알루미네이트(CSA) 및 칼슘알루미네이트를 주성분으로 하는 광물계 급결재이다. 그리고 첨가제는 소듐글루코네이트, 구연산 및 주석산을 포함한다. 위 3개의 첨가제는 주로 분말형 급결재가 콘크리트에 혼합되기도 전에 교반탱크 내에서 수화되는 것을 방지하는 역할과 함께 숏크리트의 강도를 증대시키는 작용을 한다. 즉, 기존에 분말형 급결재를 물과 혼합하여 슬러리 형태로 만들지 못하는 가장 주된 이유는 분말형 급결재가 물과 반응하여 급격하게 수화되어 콘크리트를 급결시키는데 있어서 원활한 작용을 기대할 수 없기 때문이었다. 그러나 소듐글루코네이트, 구연산 및 주석산을 포함하는 첨가제에 의해 급결성이 일정 수준 완화되면서 콘크리트와 혼합된 후 급격한 수화작용을 할 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시예에서는 카보네이트 계열 및 설페이트 계열의 첨가제를 더 포함한다. 즉, 카보네이트 계열 첨가제로는 리튬카보네이트, 소듐카보네이트 및 포타슘카보네이트를 사용하며, 설페이트 계열 첨가제는 소듐설페이트, 포타슘설페이트, 소듐알루미노설페이트, 포타슘알루미노설페이트 및 알루미늄설페이트를 사용한다. 이들은 주로 숏크리트의 강도를 증진시킴과 동시에 분말형 급결재의 응결 속도를 조절하는 작용을 하는 것으로 파악되었다.
본 발명의 연구진의 반복된 실험을 통해서 숏크리트의 강도 및 급결성에 가장 효과적인 첨가제의 조합은 상기한 소듐글루코네이트, 구연산, 주석산과 함께 소듐카보네이트, 포타슘설페이트, 리튬카보네이트를 혼합하는 것으로 파악되었다. 이렇게 6가지의 첨가제를 혼합하는 경우 콘크리트와 혼합되기 전에 슬러리 형태의 급결재가 응결되지 않고, 콘크리트에 혼합하여 숏크리트를 형성한 후에는 급결성 및 초기강도가 보장되는 것으로 확인되었다.
이하에서는 본 발명에 따라 콘크리트(OPC 및 슬래그 시멘트 사용)에 슬리리 형태의 급결재(첨가제 포함)를 사용하여 숏크리트를 실험한 결과에 대하여 설명하기로 한다.
1. 슬래그 혼입율에 따른 각 급결재 성능평가
숏크리트의 내염해성 증대를 위해 사용하는 슬래그시멘트 결합재에 대해 숏크리트용 급결재의 성능을 평가하고자 현재 대표적으로 사용되고 있는 액상 알칼리프리계와 분말 광물계 및 본 발명에서 신규 개발한 슬러리형 급결재에 대한 실험을 진행하였다. 슬래그 혼입율에 따라 각 급결재 별 숏크리트 모르타르를 제조하였으며, 이에 따른 응결특성 및 강도특성을 실험적으로 고찰하여 각 급결재의 성능을 평가하였다.
2. 실험 재료
본 실험에서 사용한 시멘트는 H사의 비표면적 3,400cm2/g 인 1종 보통포틀랜드 시멘트(이하 OPC)를 사용하였으며, 고로슬래그미분말은 Y사의 비표면적 4,300cm2/g 인 1종 슬래그미분말(이하 BFS)을 사용하였다. OPC 및 BFS의 화학성분은 도 2의 표와 같다. 또, 숏크리트 모르타르 제조를 위한 잔골재는 강도측정용 ISO 표준사를 사용하였다. 본 실험에 사용한 급결재는 국내 S사의 알칼리프리계, 국내 U사의 시멘트광물계 및 신규 개발 슬러리형 C12A7계 급결재로써 각각 제조사의 추천량인 10%와 7%를 적용하였으며, 신규 급결재는 7%를 적용하였다.
3. 숏크리트 몰르타르 배합조건
숏크리트 모르타르의 물-결합재비는 0.485, 결합재:잔골재비는 1:3으로 하여 도 3의 표와 같이 모르타르를 제조하였다. 초기에는 BFS를 OPC에 대하여 0~30% 까지 10% 단위로 대체하여 사용하여 각 급결재의 성능을 평가하고자 하였으나, 신규 슬러리형 급결재의 BFS 혼입에 대한 성능이 뛰어나 슬러리형 급결재에 대해서만 ~80%까지 OPC를 BFS로 치환하여 실험하였다. 모르타르 혼합 및 급결제 혼합은 KS F 2782에 준하여 실시하였다.
4. 실험방법
(1) 응결시간
숏크리트 모르타르의 응결시간은 KS F 2763에 준하여 측정하였으며, 초결 및 종결 시간은 관입저항치가 각각 3.5MPa 및 28MPa일 때의 시간으로 결정하였다.
(2) 압축강도
숏크리트 모르타르를 50mm50mm50mm 몰드에 성형하여 온도 211.5, 습도 705% 조건에서 양생한 후 KS L 5105에 준하여 압축강도를 측정하였다.
5. 실험 결과 및 고찰
(1) 응결시간
도 4(초결) 및 도 5(종결)의 그래프는 BFS 혼입량에 따른 각 급결재의 응결시간을 나타낸 것이다. 알칼리프리계와 시멘트 광물계의 초결은 비슷한 편이었으나, 종결은 알칼리프리계가 시멘트 광물계에 비해 매우 느린 것으로 나타났다. 기존 급결재인 알칼리프리계와 시멘트 광물계 모두 BFS 혼입량이 늘어날수록 초결 및 종결 시간이 늘어나는 양상을 나타내었으나, 신규 급결재인 슬러리형 C12A7 급결재는 BFS 혼입량이 늘어날수록 오히려 응결시간이 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 BFS에서 유래한 Free-CaO 함량이 증가함에 따라 C12A7의 Ettringite 생성이 활발해지기 때문인 것으로 보인다. 각각의 급결재 모두 BFS혼입율 30% 까지는 KS기준인 초결 5분이내, 종결 15분 이내를 만족하였다.
(2) 압축강도
한국도로공사의 시방서에 따르면, 숏크리트의 1일 강도는 9.8MPa 이상, 28일 강도는 19.6MPa 이상을 요구하고 있다. 더불어 KS F 2782에서는 급결제의 규격으로 모르타르에 적용시험을 진행하여 1일 강도 9MPa 이상, 28일 강도비 75% 이상을 요구하고 있다. 이에 따라 각 급결재 별 1일 강도를 측정하였으며, 그 결과를 도 6 내지 도 8의 그래프에 나타내었다. 시멘트광물계와 신규 슬러리 타입의 급결제는 모두 이러한 기준을 만족하였으나, 알칼리프리계 급결재의 경우 BFS 혼입율에 상관없이 모두 1일 강도 기준을 만족하지 못하였다. 시멘트 광물계 급결재는 모두 기준강도 이상을 확보할 수 있었으며, 대체적으로 혼입율에 따라 1일 압축강도가 저하되는 경향을 나타내었다. 특히, BFS 20% 혼입한 경우, 1일 압축강도기준을 간신히 만족하는 수준까지 강도저하가 관찰되었다. 신규 개발 슬러리형 급결재의 경우, 다른 급결재를 사용한 경우와 비교하여 BFS 혼입율에 따른 1일 압축강도 저하가 매우 적은 것으로 나타났으며, 초기 강도 발현이 매우 우수하여 BFS 혼입율 70%에 이르기까지 급결재 1일 압축강도기준을 만족하는 결과를 나타내었다.
이러한 강도 발현은 주요 원료가 C12A7이라고 알려진 시멘트 광물계의 강도발현 결과와 비교해 볼 때에 단순히 신규 슬러리형 급결재의 C12A7 및 다른 급경성 혼합재의 수화에만 의존한 강도발현으로 생각하기는 어려운 것으로 보이며, 기존 슬래그 시멘트의 강도발현 성상과도 상당한 차이를 보이고 있다. 따라서, 신규 슬러리형 급결재를 적용한 BFS 혼입 시멘트의 강도발현 성상은 C12A7 등의 급경성 원료 이외에 이러한 급경성 분말 원료를 슬러리화 하기 위한 첨가제와 BFS와의 상호작용이 발생하여 급결재의 급경성 원료의 수화와 더불어 BFS 자체의 수화가 촉진되는 것으로 생각되며, 이는 BFS 혼입율이 증가할수록 신규 슬러리 급결재 적용 몰탈의 응결시간이 감소하는 하는 결과와 일치하는 것으로 보인다. 또한, 일반적으로 몰탈실험의 경우, BFS 혼입율이 증가할수록 1일 압축강도 뿐만 아니라 28일 압축강도(도 8의 그래프 참고)에서도 강도저하가 나타나나, 신규 슬러리 급결재를 적용한 BFS 혼입 몰탈의 28일 강도는 혼입율 ~60% 까지도 OPC만 사용한 몰탈보다 동등 이상의 강도를 나타내었다.
이상의 실험 결과를 기초로 본 발명에 따른 숏크리트는 응결시간과 압축강도에 있어서 액상형 급결재는 물론 광물계 분말형 급결재와 비교하여도 우수하다는 점을 확인할 수 있었다.
특히 슬러리 형태의 급결재를 사용함으로써 숏크리트 타설시에 분진이 발생하지 않으므로 작업 여건이 개선되므로 현장 시공의 실제적 측면에서는 매우 유리한 이점을 제공할 수 있다.
100 ... 숏크리트 분사시스템
10 ... 분사체 20 ... 교반탱크
30 ... 연결라인 40 ... 펌프

Claims (11)

  1. 콘크리트와 급결재 및 첨가제가 혼합된 숏크리트를 분사시스템을 이용하여 발파면에 분사하는 방법에 있어서,
    상기 분사시스템은, 중공형으로 형성되어 후단부에 콘크리트 공급라인이 연결되며 선단부에 노즐부가 마련되어 있는 분사체와, 급결재와 첨가제와 물을 혼합하여 슬러리를 형성하는 교반탱크와, 일단은 상기 교반탱크에 타단은 상기 분사체의 노즐부 직후방에 연결되는 연결라인 및 상기 연결라인을 통해 상기 슬러리를 상기 분사체로 압송하기 위하여 상기 연결라인에 마련되는 주입장치를 구비하며,
    상기 급결재는 분말 형태로서 물과 혼합된 슬러리 상태로 상기 콘크리트가 발파면에 분사되기 직전에 상기 콘크리트에 혼합되어 숏크리트를 형성하는 것으로서, C12A7, CSA 및 칼슘알루미네이트를 포함하는 광물계 분말 급결재인 것을 특징으로 하는 숏크리트 분사방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 첨가제는 소듐글루코네이트, 구연산 및 주석산을 포함하는 것을 특징으로 하는 숏크리트 분사방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 첨가제는 카보네이트 계열 또는 설페이트 계열 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 숏크리트 분사방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 카보네이트 계열 첨가제는 리튬카보네이트, 소듐카보네이트 및 포타슘카보네이트 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 숏크리트 분사방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 설페이트 계열 첨가제는 소듐설페이트, 포타슘설페이트, 소듐알루미노설페이트, 포타슘알루미노설페이트 및 알루미늄설페이트 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 숏크리트 분사방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 첨가제는 소듐카보네이트, 포타슘설페이트, 리튬카보네이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 숏크리트 분사방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 급결재와 첨가제를 합한 양은 콘크리트 100 중량부에 대하여 3~10 중량부의 범위로 혼합되는 것을 특징으로 하는 숏크리트 분사방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 첨가제는 상기 급결재 100 중량부에 대하여 0.1~1 중량부의 범위로 혼합되는 것을 특징으로 하는 숏크리트 분사방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 콘크리트에 포함되는 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트와 슬래그 시멘트를 포함하며, 상기 슬래그 시멘트는 전체 시멘트에서 10~50 중량%의 범위로 배합되는 것을 특징으로 하는 숏크리트 분사방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 압송유체는 고압의 압축공기인 것을 특징으로 하는 숏크리트 분사방법.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 하나에 기재된 숏크리트 분사방법을 구현하기 위한 분사시스템으로서,
    중공형으로 형성되어 후단부에 콘크리트 공급라인이 연결되며 선단부에 노즐부가 마련되어 있는 분사체;
    급결재와 첨가제와 물을 혼합하여 슬러리를 형성하는 교반탱크;
    상기 교반탱크와 상기 분사체의 노즐부 직후방에 연결되는 연결라인; 및
    상기 연결라인을 통해 상기 슬러리를 상기 분사체로 압송하기 위하여 상기 공급라인에 마련되는 주입장치;를 구비하여,
    상기 급결재는 분말 형태로서 물과 혼합된 슬러리 상태로 상기 콘크리트가 발파면에 분사되기 직전에 상기 콘크리트에 혼합되어 숏크리트를 형성하는 것을 특징으로 하는 숏크리트 분사시스템.
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