KR20190128887A - 겔 타임을 자동 조절할 수 있는 용탈방지용 그라우팅 완결 및 급결 조성물의 제조방법 및 이를 이용한 시공방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 규산염과 고분자 단량체, 개시제, 가교제 및 가교 촉진 촉매제를 이용한 급결 및 완결의 겔화 시간 조절 및 용탈방지를 제공할 수 있는 용액형 그라우팅 조성물을 제조하고자 하는 것으로, 겔화 시간 조절 및 그라우팅의 용탈방지가 요구되는 그라우팅재의 실리카 졸을 제조하는 (A)단계에 있어서 수용성 규산염, 산(acid), 개시제가 포함된 고분자의 단량체(Monomer)의 유입량을 유체자동유입 제어장치에 의해 조절되고, 강도 증가와 겔화의 촉진, 지연 및 고분자 단량체의 가교를 위하여 첨가하는 (B)단계에 있어서 4~15초에 겔화되는 급결 내지는 45~80초에 겔화되는 용탈방지용 용액형 그라우팅 주입재를 제공할 수 있으며, 이 때 유입되는 재료는 물과 혼합되고, 각각의 단계에서 형성된 A약제와 B약제를 균일하게 섞여주는 혼합단계와, 주입단계를 통해 겔타임이 자동조절할 수 있는 겔화단계 및 고결단계를 거쳐 용탈방지용 그라우팅 주입재를 제공할 수 있는 특징이 있으며, 이는 연약지반의 형태에 구애받지 않고, 그라우팅 시공 시 많은 인력이 동원되지 않으면서 차수의 목적을 가진 차수벽에 균일하고 효율적으로 형성할 수 있는 그라우팅 주입재를 제공할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

겔 타임을 자동 조절할 수 있는 용탈방지용 그라우팅 완결 및 급결 조성물의 제조방법 및 이를 이용한 시공방법{Manufacture method of quick and slow setting grouting components to prevent leaching of liquid type which can automatically control to gel time and construction methods}
본 발명은 규산염을 이용한 실리카 졸의 생성량과 겔화제 및 첨가제의 유입량을 조절할 수 있는 유체유입 제어장치와 자동유입 개폐장치를 이용한 그라우팅의 겔타임을 자동 조절할 수 있는 용탈방지용 용액형 그라우팅(grouting) 조성물의 제조방법 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것으로,
더욱 상세하게는 겔화 시간 조절 및 그라우팅의 용탈방지가 요구되는 그라우팅재의 실리카 졸을 제조하는 (A)단계에 있어서 수용성 규산염, 산(acid), 개시제가 포함된 고분자의 단량체(Monomer)의 유입량을 유체자동유입 제어장치에 의해 조절되고, 강도 증가와 겔화의 촉진, 지연 및 고분자 단량체의 가교를 위하여 첨가하는 (B)단계에 있어서 4~15초에 겔화되는 급결 내지는 45~80초에 겔화되는 완결 용탈방지용 용액형 그라우팅 주입재를 제공할 수 있으며, 이 때 유입되는 재료는 물과 혼합되고, 각각의 단계에서 형성된 (A)와 (B)의 약제를 균일하게 섞여주는 혼합단계와, 주입단계를 통해 겔타임이 자동조절할 수 있는 겔화단계 및 고결단계를 거쳐 용탈방지용 그라우팅 주입재를 제공할 수 있는 특징이 있으며, 이는 연약지반의 형태에 구애받지 않고, 그라우팅 시공 시 많은 인력이 동원되지 않으면서 차수의 목적을 가진 차수벽에 균일하고 효율적으로 형성할 수 있는 그라우팅 주입재를 제공할 수 있는 것을 특징으로 하는 겔 타임을 자동 조절할 수 있는 용탈방지용 그라우팅 완결 및 급결 조성물의 제조방법 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것이다.
그라우팅(Grouting)은 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 것으로서, 흙 속의 공극이나 암반의 균열에 주입제를 넣어 지수벽을 만들 목적으로 설치하는 커튼 그라우팅, 콘크리트 댐과 같은 구조물과 기초 암반과의 일체화, 기초 암반의 변형성과 강도 등을 개량할 목적으로 실시하는 컨솔리데이션 그라우팅 등이 있다.
기초 지반이 연약할 때 구조물 주변 및 구조물 자체 또는 그 내부로 각종 시멘트나 모르타르나 반응약제 등의 현탁액형 그라우팅 조성물을 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.
터널굴착 과정 중 지하수 유출 및 토사 유출로 인하여 터널 굴착의 공정 추진에 매우 어려움을 겪을 수 있으며, 지반 자립도 저하 및 외부 응력의 증가 등으로 인하여 막장 내 과다한 지하수 유출현상과 막장 내에 커다란 공동현상이 발생할 수 있다. 이를 위하여 그라우팅 조성물 중 입자성이 물질이 존재하지 않는 투명한 반응약제 등의 용액형 그라우팅 조성물을 주입하여 차수를 위해 사용하고 있다.
또한 최근 들어 연안 및 국가 간 교류가 활성화됨에 따라 전 세계적으로 해저터널 시공사례는 꾸준히 늘고 있는 추세이다. 국내의 경우에도 최근 개통된 가해저터널(3.7km)과 시공 중인 보령-태안 해저터널(6.7km) 등으로 해저터널에 대한 관심은 늘고 있다. 현재까지 시공된 해저터널의 대부분은 지중굴착식 터널로써 해저 하부지반을 직접 굴착하는 방식이 주로 사용되고 있다. 이러한 지중굴착식 터널공사의 경우에는 시공 중에 과도한 지하수 유입 문제가 발생할 수 있기 때문에 공사 중 차수대책이 중요시 된다. 차수그라우팅 공법은 차수공법으로 가장 널리 사용되는 방식으로 해저터널 시공과정에서 가장 중요한 공정 중 하나이다. 그러나 아직까지 국내 해저터널 시공사례가 적어 해저터널에 대한 차수그라우팅 설계 사례는 많지 않은 실정이다.
그라우팅 시공 시 약액주입공법에 사용하는 주입약액의 투명도에 따라 용액형과 현탁액형으로 구분하며, 겔화 및 고결시간에 따라 6초에서 10초 내에 겔화 및 고결되는 순결형(Short)과, 60초에서 120초 내에서 겔화 및 고결되는 완결형(mild)으로 구분하고 있다. 순결형(short)의 주입약액인 경우 매우 빠른 시간 내에 차수가 필요하면서, 지반 강화 및 완결형 약액을 주입할 목적으로 이용되고 있으며, 완결(mild)의 주입약액인 경우 모래지반과 같은 미세한 공극 사이로 침투력 및 확산력을 발휘하여 지반을 강화하는 곳에 이용되고 있다.
지금까지 사용하고 있는 용액형 및 현탁액형 그라우팅 약액인 경우 대부분 규산염 계열(물유리; Na2SiO3)을 수동적 내지는 반자동 방법에 의해 실리카 졸을 제조한 후 이를 그라우팅 약액으로 사용하고 있다. 그러나, 일정한 장소에서도 지반의 형태에 따라 겔타임이 임의로 조절되면서 균일한 그라우팅 약액이 주입되어야 하는 환경이 많이 있음에도 불구하고, 종래의 수동 내지는 반자동 방법에 의해 제공된 실리카 졸을 사용하고 있기 때문에 겔타임 및 고화시간을 조절하기 매우 어려울 뿐만 아니라 약액의 성분이 균일하지 않아 고강도의 그라우팅재를 제공할 수 없다는 단점을 가지고 있다. 특히 시공환경에 따라 용액형 및 현탁액형 그라우팅 약액을 교대로 주입해야 할 경우 각각의 독립적인 장치 및 시스템을 준비하여 약액을 주입하여야 하기 때문에 그라우팅 약액 공급 장치 및 시스템의 구입에 대한 경제적 부담이 클 뿐만 아니라 시공 시 주입관을 교체해야 하므로 시간적 낭비가 크고, 많은 인력이 동원되어야 한다는 단점을 가지고 있으며, 특히 약액의 주입량이 자동조절이 되지 않기 때문에 불균일한 그라우팅재를 제공할 확률이 매우 높고, 차수를 위한 그라우팅재를 제공할 수 없다는 단점을 가지고 있다.
이와 같이 용액형 또는 현탁액형 그라우팅 약액의 경우, 대부분 나트륨이 다량 함유된 규산소다류의 규산염이 사용되고 있는데 최종 고결체에 다량 잔존하게 되는 나트륨(Na)은 지하에 포함된 수분과 반응하여 고결체 밖으로 빠져나오는 용탈 현상이 발생하여 고결체 체적 감소에 따라 방수역할을 제공할 수 없을 뿐 아니라 추후 높은 강도의 고결체를 훼손시키는 원인이 되며, 특히 고결화된 용액형인 경우 실리카 졸*?*겔법에 만들어진 고결체가 망상구조로 결합하고 있는 규소의 입자들이 수축을 하면서 용탈이 발생함은 물론 차수의 기능을 할 수 없다는 큰 문제가 발생하고 있다.
따라서 용액형 그라우팅 약제를 이용한 그라우팅 공법에 있어서 차수를 방지하기 위한 방법을 살펴보면 다음과 같다.
한국공개특허 등록번호 10-1582246 에서는 용탈 방지용 고강도 그라우팅 조성물 및 이를 이용한 시공방법을 제시하고 있는 바, 이와같은 종래 발명은 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 제조방법인 반면, 후술되는 본 발명에서는 규산염을 이용한 용액형 그라우팅 시공방법에 있어서 용탈을 방지하기 위하여 고분자 단량체를 포함하는 개시제 및 가교제를 포함하고, 하이드로겔의 고분자에 의한 용액형 급결 및 완결의 그라우팅 형상체에 용탈을 방지하기 위한 것이어서, 상기 종래 발명과 후술되는 본 발명의 기술구성이 전혀 다름을 알 수 있다.
한국공개특허 등록번호 10-1619218 에서는 무기질계 알루미나 분말과 식물성 기포제 및 아크릴계 폴리머가 혼합된 고기능성 주입재 및 상기 고기능성 주입재가 포함된 그라우트재와, 상기 그라우트재를 혼합 생산 및 이를 지반에 주입하기 위한 주입장치와, 상기 고기능성 주입재를 포함한 그라우트재 및 상기 주입장치를 이용한 그라우트 공법을 제안하여 지반 공극이 큰 경우에도 그라우트재의 주입 성능을 향상되는 것이고 시공 후 구조체의 휨 강도 및 지반 부착성을 증대시켜 용탈 현상을 억제시킬 수 있다고 제안하고 있는 바, 이와 같은 종래발명은 무기질계 알루미나 분말과 식물성 기포제 및 아크릴계 폴리머가 혼합된 주입재인 반면, 후술되는 본 발명에서는 용액형의 그라우팅 형상체의 용탈을 방지하기 위하여 고분자 단량체를 포함하는 개시제 및 가교제를 포함하고, 하이드로겔의 고분자에 의한 용액형 급결 및 완결의 그라우팅 형상체에 용탈을 방지하기 위한 것으로서, 상기 종래 발명과 후술되는 본 발명의 기술구성 및 기술사상이 전혀 다르다.
한국공개특허 공개번호 10-2011-0096438 에서는 흄드(Hume) 실리카 및 화이트카본의 규격 외 제품 및/또는 폐 슬러리 제품을 이용하여, 고형분이 12~20 중량%로서 겔화가 없이 6개월 이상 안정성을 구비할 수 있는 실리카 슬러리 조성물 및 이를 이용한 그라우팅 공법을 제시하고 있는 바, 이와같은 종래 발명은 흄드(Hume) 실리카 및 화이트카본의 규격 외 제품 및/또는 폐 슬러리 제품을 사용하는 슬러리 조성물인 반면, 후술되는 본 발명은 수용성 규산염 내지는 콜로이달 실리카의 조성물을 이용하면서 최종 형상체의 용탈을 방지하기 위하여 고분자 단량체, 개시제 및 가교제가 포함되면서 화학반응에 의한 하이드로겔의 고분자를 제공하여 용탈을 방지하고 있는 기술구성이므로, 상기 종래 발명과 후술되는 본 발명의 기술구성 및 기술사상이 전혀 다름을 알 수 있다.
한국공개특허 등록번호 10-0942523 에서는 칼슘 설포 알루미네이트계 분말과 무수석고 및 알루미나 광물계 분말로 이루어진 시멘트계 분말 혼합재와 유동화제 및 무기질계 팽창재를 혼합 형성하여 그라우트 혼합재를 만들고, 이와 같은 혼합재를 이용하여 목적 지반에 대하여 급결주입방법 또는 완결주입방법을 통해 심층 그라우팅이 이루어지도록 하는 속경 및 팽창성 혼합재를 이용한 그라우트 혼합재 및 이를 이용한 심층 그라우트 공법을 제안하고 있는 바, 이와같은 종래 발명은 칼슘 설포 알루미네이트계 분말과 무수석고 및 알루미나 광물계 분말로 이루어진 시멘트계 분말 혼합재와 유동화제 및 무기질계 팽창재를 혼합 형성하여 된 그라우트 혼합재를 사용하고 있음에 따라 현탁액형 그라우트제에 해당됨은 물론 후술되는 본 발명에서와 같이 규산나트륨이나 특수규산, 실리카졸 등의 용탈성 재료를 사용하는 것과 전혀 다름에 따라 기술구성이 전혀 다르다.
이와 같이 차수를 목적으로 하는 용액형의 그라우트 약제인 경우 지하 타설 후 시간이 경과됨에 따라 형상체가 수축됨과 동시에 용탈이 일어나서 우수한 차수효과를 제공하지 못한다는 문제점이 상존하고 있는 실정이다.
따라서 터널굴착 과정 중 지하수 유출 및 토사 유출로 인하여 터널 굴착의 공정 중 지반 자립도 저하 및 외부 응력의 증가 등으로 인한 과다한 지하수 유출현상과 막장 내에 커다란 공동현상 발생을 방지하기 위하여 그라우팅 조성물 중 입자성이 물질이 존재하지 않는 투명한 반응약제 등의 용액형 그라우팅 조성물을 지하에 타설한 후 용탈이 반드시 일어나지 않아야 한다.
본 발명은 상기 배경기술에서 밝히고 있듯이 지금까지 개발된 차수 목적의 입자성이 없는 콜로이달 실리카 내지는 규산염 형태의 용액형 그라우팅 약제들은 고형화된 후 시간이 경과됨에 따라 그라우팅 형상체의 수축으로 인한 용탈이 발생하여 차수의 효과를 제공할 수 없다는 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로,
이에 따라 종래의 콜로이달 실리카 내지는 규산염 형태의 용액형 그라우팅 약제를 이용한 용탈의 문제를 극복하기 위한 콜로이달 실리카 내지는 규산염 형태의 용액형 그라우팅 약제 내부에 고분자 단량체, 개시제 및 가교제가 포함된 조성물을 포함시켜, 콜로이달 실리카 내지는 규산염 형태의 약제 조성물에 의한 4～15초에 겔화되는 급결 내지는 45~80초에 겔화되는 완결의 겔타임을 제공하고, 고분자 단량체, 개시제 및 가교제가 포함된 조성물에 의한 고분자화로 3차원적인 고분자 네트워크의 망상구조 기능을 발휘할 수 있도록 제공하여 겔 타임을 자동 조절할 수 있는 용탈방지용 용액형 그라우팅 완결 및 급결 조성물의 제조방법 및 이를 이용한 시공방법 제공하고자 함에 그 목적이 있는 것이다.
또한 본 발명은 연약지반의 형태에 구애받지 않고, 그라우팅 시공 시 많은 인력이 동원되지 않으면서 차수의 목적을 가진 차수벽에 균일하고 효율적으로 형성할 수 있는 그라우팅 주입재를 제공하고자 하는 목적을 갖는다.
본 발명은 규산염을 이용한 실리카 졸의 생성량과 겔화제 및 첨가제의 유입량을 조절할 수 있는 유체유입 제어장치와 자동유입 개폐장치를 이용한 그라우팅의 겔타임을 자동 조절할 수 있는 용탈방지용 용액형 그라우팅(grouting) 조성물의 제조방법 및 이를 이용한 시공방법에 관한 것으로, 겔화 시간 조절 및 그라우팅의 용탈방지가 요구되는 그라우팅재의 실리카 졸을 제조하는 (A)단계에 있어서 수용성 규산염, 산(acid), 개시제가 포함된 고분자의 단량체(Monomer)의 유입량을 유체자동유입 제어장치에 의해 조절되고, 강도 증가와 겔화의 촉진, 지연 및 고분자 단량체의 가교를 위하여 첨가하는 (B)단계에 있어서 4～15초에 겔화되는 급결 내지는 45～80초에 겔화되는 완결 용탈방지용 용액형 그라우팅 주입재를 제공할 수 있으며, 이 때 유입되는 재료는 물과 혼합되고, 각각의 단계에서 형성된 (A)와 (B)의 약제를 균일하게 섞여주는 혼합단계와, 주입단계를 통해 겔타임이 자동조절할 수 있는 겔화단계 및 고결단계를 거쳐 용탈방지용 그라우팅 주입재를 제공할 수 있는 특징이 있으며, 이는 연약지반의 형태에 구애받지 않고, 그라우팅 시공 시 많은 인력이 동원되지 않으면서 차수의 목적을 가진 차수벽에 균일하고 효율적으로 형성할 수 있는 그라우팅 주입재를 제공할 수 있는 것을 특징으로 하는 겔 타임을 자동 조절할 수 있는 용탈방지용 용액형 그라우팅 조성물의 제조방법을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 겔 타임을 자동 조절할 수 있는 용탈방지용 그라우팅 완결 및 급결 조성물을 연약지반에 주입하여 겔화시키는 단계를 포함하는 겔 타임을 자동 조절할 수 있는 용탈방지용 그라우팅 완결 및 급결 조성물을 이용한 그라우팅 시공방법을 제공함을 그 특징으로 한다.
본 발명은 상기 배경기술에서 밝히고 있듯이 지금까지 단순히 콜로이달 실리카 내지는 규산염 형태의 용액형 그라우팅 약제를 사용한 그라우팅 형상체들은 시간이 경과함에 따라 그라우팅 형상체의 수축으로 인하여 용탈이 발생하여 차수의 효과를 제공할 수 없다는 문제점을 완벽하게 해결할 수 있다.
즉, 본 발명은 콜로이달 실리카 내지는 규산염 형태의 용액형 그라우팅 약제에 고분자 단량체, 개시제 및 가교제를 추가로 첨가시키고, 고분자 단량체의 고분자화에 의한 3차원적인 고분자 네트워크의 망상구조 기능을 제공하여 겔 타임을 자동 조절함은 물론 용탈을 방지할 수 있는 그라우팅 조성물을 제공하여 연약지반의 형태에 구애받지 않고, 그라우팅 시공 시 많은 인력이 동원되지 않으면서 차수의 높은 효과를 제공하는데 큰 이점이 있는 매우 획기적인 발명이다.
도 1은 본 발명에 따른 겔 타임을 자동 조절할 수 있는 용탈방지용 용액형 급결 및 완결의 그라우팅 조성물 제조방법에 대한 개략도.
이하, 본 발명의 기술사상을 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 규산염과 고분자 단량체, 개시제, 가교제 및 가교 촉진 촉매제 사용을 포함하는 급결 및 완결의 겔화 시간 조절 및 용탈방지를 제공할 수 있는 용액형 그라우팅 조성물을 제조함을 특징으로 하는 겔 타임을 자동 조절할 수 있는 용탈방지용 그라우팅 완결 및 급결 조성물의 제조방법에 관한 것으로, 겔화 시간 조절 및 그라우팅의 용탈방지가 요구되는 그라우팅재의 실리카 졸을 제조하는 (A)단계에 있어서 수용성 규산염, 산(acid), 개시제가 포함된 고분자의 단량체(Monomer)의 유입량을 유체자동유입 제어장치에 의해 조절되고, 강도 증가와 겔화의 촉진, 지연 및 고분자 단량체의 가교를 위하여 첨가하는 (B)단계에 있어서 4~15초에 겔화되는 급결 내지는 45~80초에 겔화되는 용탈방지용 용액형 그라우팅 주입재를 제공할 수 있으며, 이 때 유입되는 재료는 물과 혼합되고, 각각의 단계에서 형성된 A약제와 B약제를 균일하게 섞여주는 혼합단계와, 주입단계를 통해 겔타임이 자동조절할 수 있는 겔화단계 및 고결단계를 거쳐 용탈방지용 그라우팅 주입재를 제공할 수 있는 특징이 있으며, 이는 연약지반의 형태에 구애받지 않고, 그라우팅 시공 시 많은 인력이 동원되지 않으면서 차수의 목적을 가진 차수벽에 균일하고 효율적으로 형성할 수 있는 그라우팅 주입재를 제공할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 특징을 가지는 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
완결 및 급결의 겔타임이 조절되면서 용탈을 방지할 수 있는 용액형 그라우팅을 제조 방법에 있어서는, 용탈방지용 용액형 완결 제조방법은 (A)단계에서 실리카 졸 용액 자동유입 제어장치(50-5)가 가동되지 않은 상태에서, 수용성 규산염(10)은 수용성 규산염 자동 유입제어장치(50-1)에 의해 유입량이 조절되고, 용해된 고분자 단량체 및 개시제(20)는 용해된 고분자 단량체 및 개시제 자동유입 제어장치(50-2)에 의해 유입량이 조절되어 수용성 규산염과 용해된 고분자 단량체 및 개시제의 혼합단계(60)에서 수용성 규산염과 고분자 단량체 수용액(A)이 혼합되어 A약제 자동주입 개폐장치(70-1)에 의해 조절되고, (B)단계에서 용해된 가교제를 포함한 촉매(30)는 용해된 가교제를 포함한 촉매 자동 유입제어 장치(50-3)에 의해 유입량이 조절되고, 용해된 중탄산염은 용해된 중탄산염 자동 유입제어 장치(50-4)에 의해 유입량이 조절되어 용해된 가교제를 포함한 촉매 및 용해된 중탄산염 혼합단계(80)에서 가교제 촉매와 중탄산염 수용액(B)이 혼합되어 B약제 자동주입 개폐장치(70-2)에 의해 주입이 조절되고, A약제 자동주입 개폐장치(70-1)와 B약제 자동주입 개폐장치(70-2)에 의해 A약제와 B약제의 혼합단계(110)를 통하여 45~80초에 겔화될 수 있는 용탈방지용 용액형 완결 약제가 제조될 수 있는 특징이 있는 것은 물론이고,
용탈방지용 용액형 급결 제조방법에 잇어서는 (A)단계에서 수용성 규산염(10)은 수용성 규산염 자동 유입제어장치(50-1)에 의해 유입량이 조절되고, 용해된 고분자 단량체 및 개시제(20)는 용해된 고분자 단량체 및 개시제 자동유입 제어장치(50-2)에 의해 유입량이 조절되어 수용성 규산염과 용해된 고분자 단량체 및 개시제의 혼합단계(60)에서 수용성 규산염과 고분자 단량체 수용액(A)이 혼합되고, 급결 겔화를 위하여 실리카 졸 용액 자동 유입제어 장치(50-5)가 구동되어 유,무기산 공급단계(100)에 의해 산(Acid)이 교반기의 고속회전 단계(90)에 의해 수용성 규산염과 용해된 고분자 단량체 및 개시제 혼합단계(60)에 의해 만들어진 수용액과 혼합되도록 하여 산성 조건의 콜로이달 실리카(Colloidal silica)가 만들어지도록 하고, A약제 자동주입 개폐장치(70-1)에 의해 A약제의 공급이 조절되도록 하고, (B)단계에서 용해된 중탄산염 자동유입 제어장치(50-4)는 가동되지 않는 상태에서, 용해된 가교제를 포함한 촉매(30)는 용해된 가교제를 포함한 촉매 자동유입 제어장치(50-3)에 의해 유입량이 조절되고, 용해된 알칼리제(110)는 용해된 알칼리제 자동유입 제어장치(50-5)에 의해 유입량이 조절되어 용해된 가교제를 포함한 촉매 및 용해된 알칼리제 혼합단계(130)에 의해 수용액이 만들어지도록 구성하고, B약제 자동주입 개폐장치(70-2)에 의해 B약제의 주입이 조절되고, A약제 자동주입 개폐장치(70-1)와 B약제 자동주입 개폐장치(70-2)에 의해 A약제와 B약제의 혼합단계(110)를 통하여 4~15초에 겔화될 수 있는 용탈방지용 용액형 급결 약제가 제조될 수 있는 특징이 있다.
여기서, 상기 수용성 규산염(Silicate, 10)은 한국표준규격(KS)에 지정한 1∼4종의 액상 메타규산나트륨, 올쏘규산나트륨, 이규산나트륨, 규산칼륨, 규산리튬, 알루미늄실리콘산나트륨 중 1종 이상이 선택되어지고, SiO2로 8.0 내지는 15 중량%의 농도를 유지하는 것이 바람직한 바, 규산염이 SiO2로 8.0 중량 % 이하의 농도로 일 때 점도가 낮아 그라우팅 시공면에서 작업성이 우수하고, 가격이 저렴하여 그라우팅 시공을 위한 가격 경쟁력이 우수하다는 장점을 가질 수 있으나 규산염에 의한 겔화된 형상체의 강도가 미흡하여 완결 및 급결의 용액형 그라우팅의 형상체가 만들어질 확률이 낮기 때문에 상기 제안한 농도의 규산염을 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 용해된 고분자 단량체 및 개시제(20)에 있어서, 고분자 단량체인 경우는 아크릴아마이드(Acrylamide) 내지는 아크릴산(Acrylic acid) 중 1종 이상의 고분자 단량체가 선택되어지고, 규산염을 100 중량부로 기준으로 할 때 10 내지는 60 중량부로 포함되는 바람직하고, 개시제인 경우는 과황산암모늄(Ammonium persulfate), 과황산나트륨(Sodium persulfate), 과황산칼륨(Potassium persulfate) 중 1종 이상의 개시제가 고분자 단량체를 100 중량부로 기준으로 할 때 025 내지는 1.0 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유,무기산(Acid)은 황산(H2SO4), 염산(HCl), 질산(HNO3), 인산(H3PO4), 초산(Acetic acid), 젖산(Latic acid), 주석산(Tartaric acid), 사과산(Maleic acid), 구연산(Citric acid), 호박산(Succini acid), 술폼산(Surfamic acid), 개미산(Formic acid), 옥살산(Oxalic acid), 옥살아세트산(Oxalacetic acid), 푸마르산(Fumaric acid), 말산(Malic acid), 부티르산(Butyric acid), 팔미트산(Palmitic acid), 타르타르산(Tartaric acid), 아스코르브산(Ascorbic acid), 요산(Uric acid), 술핀산(Sulfinic acid), 이소시트르산(Isocitric acid), 라우르산(Lauric acid), 올레산(Oleic acid), 리놀레산(Linoleic acid), 미리스트산(Myristic acid) 중 1종 이상의 산(Acid)이 선택되어지고, 유,무기의 산은 수용성 규산염이 용해된 고분자 단량체 및 개시제 혼합단계에 만들어진 수용액에 공급될 때 pH가 4.0 이하의 농도로 공급되어지록 구성되어지는 것이 바람직한 바, 유,무기의 산은 수용성 규산염이 용해된 고분자 단량체 및 개시제 혼합단계에 만들어진 수용액에 혼합되는 과정 중 pH가 4.0 이상이 되면 지하에 용액형 그라우팅 조성물을 타설하기 이전에 매우 빠른 시간 내에 지상에서 겔화되어 본원의 그라우팅을 적용할 수 없음에 따라 상기 유,무기산은 수용성 규산염이 용해된 고분자 단량체 및 개시제 혼합단계에 만들어진 수용액에 공급될 때 pH가 4.0 이하의 농도로 공급되도록 하는 것이 바람직하다.
그러는 한편, 상기 용해된 가교제를 포함한 촉매(30)에 있어서, 가교제인 경우 메칠렌비스아크릴아마이드(N,N`-Methylenebisacrylamide)가 선택되어지고, 상기 고분자를 100 중량부로 기준으로 할 때 1.5 내지는 8.5 중량부로 포함되는 것이 바람직하고, 촉매인 경우 고분자 단량체의 가교를 위한 촉매로서 테트라메칠에칠렌디아민이 포함되어지고, 아크릴 아마이드를 100 중량부로 기준으로 할 때 0.01 내지는 0.05 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 용해된 알칼리제는 1∼4종의 액상 메타규산나트륨, 올쏘규산나트륨, 이규산나트륨, 규산칼륨, 규산리튬, 알루미늄실리콘산나트륨, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산리튬, 암모니아수 중 1종 이상의 알칼리제가 10 내지는 45 중량 %의 농도로 함유된 것을 알칼리제로 사용할 수 있다.
이에 따라 본 발명에서는 규산염 내지는 실리카 졸과 고분자 단량체, 개시제 및 가교제을 포함한 그라우팅 약제의 유입량을 조절할 수 있는 유체유입 제어장치와 자동유입 개폐장치를 통해 겔 타임을 자동 조절할 수 있는 용탈방지용 용액형 그라우팅 조성물의 제조방법 및 이를 이용한 시공방법을 제공할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 기술사상이 적용되는 실시예를 기재하나 본 발명의 기술사상이 실시예에 의하여 한정되는 것은 아님은 당연하다.
(실시예 1)
아래의 표 1과 같이 규산염(Silicate)과 고분자 단량체, 개시제 및 가교제가 포함된 용액형 완결공법을 수행하였다.
구 분 A 액 B 액
표 준 배 합 용적 표 준 배 합 용적
A-1 A-2
규산소다
3호		 물 아크릴
아마이드		 암모늄퍼설페이트 물 물 MBA TMED 중탄산
소다
용액형 80 ml 20ml 10 g 0.15 g 90ml 200ml 192 ml 0.51 g 0.029
g		 12 g 200ml
500 ml 폴리에틸렌 용기 3개를 준비하고, 하나의 용기에는 A-1, 다른 용기에는 A-2, 나머지 용기에는 B라고 라벨링을 한 후 표 1에 조성물을 측량한 후 먼저 용해된 A-2의 조성물을 A-1에 공급하여 규산염과 고분자 단량체 및 개시제가 혼합된 용액(A 액)을 준비한 다음 A 약제와 B 약제를 혼합한 후 겔타임을 확인하였으며, 겔화된 형상체를 48시간 방치한 다음 용기 안에 용탈된 물을 밖으로 옮겨 용탈된 물의 양을 측량하여 용탈의 양을 전체의 중량 대비 %로 표시하였다.
(실시예 2)
아래의 표 2와 같이 규산염과 고분자 단량체, 개시제 및 가교제가 포함된 약제를 제조한 것을 제외하고, 실시 예 1과 동일하게 수행하였다.
구 분 A 액 B 액
표 준 배 합 용적 표 준 배 합 용적
A-1 A-2
액상규산 칼륨 물 아크릴
아마이드		 암모늄퍼설페이트 물 물 MBA TMED 중탄산
소다
용액형 70 ml 30ml 12 g 0.16 g 88ml 200ml 195 ml 0.49 g 0.024
g		 12 g 200ml
(실시예 3)
아래의 표 3과 같이 규산염(Silicate)과 고분자 단량체, 개시제 및 가교제가 포함된 용액형 급결공법을 수행하였다.
구 분 A 액 B 액
표 준 배 합 용적 표 준 배 합 용적
A-1 A-2
규산
소다
3호		 물 물 아크릴아마이드 암모늄퍼설페이트 15%
H2SO4
용액		 물 MBA TMED 규산
소다
3호
용액형 40 ml 60 ml 70ml 10 g 0.15 g 30ml 200ml 170 ml 0.51
g		 0.021
g		 4.2g/30ml 200ℓ
(실시예 4)
아래의 표 4와 같이 규산염과 고분자 단량체, 개시제 및 가교제가 포함된 약제를 제조한 것을 제외하고, 실시예 3과 동일하게 수행하였다.
구 분 A 액 B 액
표 준 배 합 용적 표 준 배 합 용적
A-1 A-2
규산
칼륨		 물 물 아크릴산 소듐
퍼설페이트		 15%
H2SO4
용액		 물 MBA TMED 수산화나트륨
용액형 50 ml 50 ml 70ml 15 g 0.18 g 15ml 200ml 170 ml 0.54
g		 0.025
g		 4.5g/30ml 200ℓ
(비교예 1~4)
고분자화를 위한 고분자 단량체, 개시제, 가교제 및 가교 촉진용 촉매제를 첨가하지 않은 것을 제외하고, 실시예 1~4와 동일하게 수행하였다.
비교예 1~4 및 실시예 1~4의 결과를 표 5에 나타냈다.
구분 겔타임(초) 용탈률(%)
실시예 1 52 0
실시예 2 58 0
실시예 3 8 0
실시예 4 8 0
비교예 1 53 6.4
비교예 2 56 9.6
비교예 3 9 8.2
비교예 4 8 10.7
표 5에 나타낸 바와 같이 비교예 1~4 및 실시예 1~4에서 용액형 그라우팅 완결공법에서는 약 1분 정도, 용액형 그라우팅 급결공법에서는 약 8~9초 정도의 비슷한 수준으로 겔화가 일어남을 확인할 수 있었으나 용탈률에 있어서는 종래의 방법과 동일한 방법으로 용액형 그라우팅 공법을 수행한 경우 6~10 % 정도의 용탈률이 발생한 반면, 종래의 용액형 그라우팅 조성물에 고분자 단량체, 개시제, 가교제를 첨가하고, 고분자화에 의한 3차원적 망상구조의 네트워크를 형성시켰을 때 용탈률이 전혀 발생되지 않음을 확인하였다.
따라서, 상기와 같은 실시예에 따라 제조된 겔 타임을 자동 조절할 수 있는 용탈방지용 그라우팅 완결 및 급결 조성물을 연약지반에 주입하여 겔화시키는 단계를 포함하는 그라우팅 시공방법을 수행하게 되면, 용탈률이 전혀 발생되지 않으므로 연약지반을 안정적으로 개량할 수 있다.
이때, 연약지반내의 공극이 클때에는 그라우팅주입장치를 이용하여 공극내부에는 시멘트몰탈을 투입하고 그 외면으로는 상기 방법으로 제조되는 본 발명의 겔 타임을 자동 조절할 수 있는 용탈방지용 그라우팅 완결 및 급결 조성물을 동시 주입하여 큰 공극은 시멘트몰탈이 채워주고 시멘트몰탈의 외면은 용액형 그라우팅 조성물이 겔화되면서 코팅층을 형성함과 동시에 시멘트몰탈 위주면에 존재하는 미세공극 까지도 용액형 그라우팅 조성물이 채워주도록 함으로써 재료를 효율적 사용하면서도 용탈이 발생하지 않도록 할 수 있는 것이다.
따라서 본 발명의 기술구성 및 기술사상에 의하면 겔 타임을 자동 조절할 수 있는 용탈방지용 용액형 그라우팅 조성물의 제조방법 및 이를 이용한 시공방법을 제공하여 종래의 차수문제를 충분히 해결할 수 있다.
10: 수용성 규산염 20: 용해된 고분자 단량체 및 개시제
30: 용해된 가교제를 포함한 촉매
40: 용해된 중탄산염 50-1: 수용성 규산염 자동 유입제어 장치
50-2: 용해된 고분자 단량체 및 개시제 자동 유입제어 장차
50-3: 용해된 가교제를 포함한 촉매의 자동 유입제어 장치
50-4: 용해된 중탄산염 자동 유입제어 장치
50-5: 실리카 졸 용액 자동 유입제어 장치
50-6: 용해된 알칼리제 자동유입 제어장치
60: 수용성 규산염과 용해된 고분자 단량체 및 개시제 혼합단계
70-1: A약제 자동주입 개폐장치 70-2: B약제 자동주입 개폐장치
80: 용해된 가교제를 포함한 촉매 및 용해된 중탄산염 혼합단계
90: 고속 회전단계 100: 유,무기산 공급단계
110: A + B 약제의 혼합단계 120: 용해된 알칼리제
130: 용해된 가교제를 포함한 촉매 및 용해된 알칼리제 혼합단계

Claims (9)

  1. 규산염과 고분자 단량체, 개시제, 가교제, 가교 촉진 촉매제 및 중탄산염, 유,무기 산(Acid), 알카리제의 선택적 사용으로 급결 및 완결의 겔화 시간 조절 및 용탈방지를 제공할 수 있는 용액형 그라우팅 조성물을 제조함을 특징으로 하는 겔 타임을 자동 조절할 수 있는 용탈방지용 그라우팅 완결 및 급결 조성물의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    완결의 겔화 시간 조절 및 용탈방지를 제공할 수 있는 용액형 그라우팅 조성물은 (A)단계로서 실리카 졸 용액 자동유입 제어장치(50-5)가 가동되지 않은 상태에서, 수용성 규산염(10)은 수용성 규산염 자동 유입제어장치(50-1)에 의해 유입량이 조절되고,
    용해된 고분자 단량체 및 개시제(20)는 용해된 고분자 단량체 및 개시제 자동유입 제어장치(50-2)에 의해 유입량이 조절되어 수용성 규산염과 용해된 고분자 단량체 및 개시제의 혼합단계(60)에서 수용성 규산염과 고분자 단량체 수용액(A)이 혼합되어 A약제 자동주입 개폐장치(70-1)에 의해 조절되며,
    (B)단계로서 용해된 가교제를 포함한 촉매(30)는 용해된 가교제를 포함한 촉매 자동 유입제어 장치(50-3)에 의해 유입량이 조절되고, 용해된 중탄산염은 용해된 중탄산염 자동 유입제어 장치(50-4)에 의해 유입량이 조절되어 용해된 가교제를 포함한 촉매 및 용해된 중탄산염 혼합단계에서 가교제 촉매와 중탄산염 수용액(B)이 혼합되어 B약제 자동주입 개폐장치(70-2)에 의해 주입이 조절되고, A약제 자동주입 개폐장치(70-1)와 B약제 자동주입 개폐장치(70-2)에 의해 A약제와 B약제의 혼합단계(110)를 통하여 45~80초에 겔화될 수 있는 용탈방지용 용액형 완결 약제가 제조되는 것을 포함함을 특징으로 하는 겔 타임을 자동 조절할 수 있는 용탈방지용 그라우팅 완결 및 급결 조성물의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    급결의 겔화 시간 조절 및 용탈방지를 제공할 수 있는 용액형 그라우팅 조성물은 용탈방지용 용액형 급결 제조방법은 (A)단계로서 수용성 규산염(10)은 수용성 규산염 자동 유입제어장치(50-1)에 의해 유입량이 조절되고,
    용해된 고분자 단량체 및 개시제(20)는 용해된 고분자 단량체 및 개시제 자동유입 제어장치(50-2)에 의해 유입량이 조절되어 수용성 규산염과 용해된 고분자 단량체 및 개시제의 혼합단계(60)에서 수용성 규산염과 고분자 단량체 수용액(A)이 혼합되고,
    급결 겔화를 위하여 실리카 졸 용액 자동 유입제어 장치(50-5)가 구동되어 유,무기산 공급단계(100)에 의해 산(Acid)이 교반기의 고속회전 단계(90)에 의해 수용성 규산염과 용해된 고분자 단량체 및 개시제 혼합단계(60)에 의해 만들어진 수용액과 혼합되도록 하여 산성 조건의 콜로이달 실리카(Colloidal silica)가 만들어지도록 하고,
    A약제 자동주입 개폐장치(70-1)에 의해 A약제의 공급이 조절되도록 하고,
    (B)단계에서 용해된 중탄산염 자동유입 제어장치(50-4)는 가동되지 않는 상태에서, 용해된 가교제를 포함한 촉매(30)는 용해된 가교제를 포함한 촉매 자동유입 제어장치(50-3)에 의해 유입량이 조절되고,
    용해된 알칼리제(110)는 용해된 알칼리제 자동유입 제어장치(50-5)에 의해 유입량이 조절되어 용해된 가교제를 포함한 촉매 및 용해된 알칼리제 혼합단계(130)에 의해 수용액이 만들어지도록 구성하고,
    B약제 자동주입 개폐장치(70-2)에 의해 B약제의 주입이 조절되고, A약제 자동주입 개폐장치(70-1)와 B약제 자동주입 개폐장치(70-2)에 의해 A약제와 B약제의 혼합단계(110)를 통하여 4~15초에 겔화될 수 있는 용탈방지용 용액형 완결 약제가 제조되는 것을 포함함을 특징으로 하는 겔 타임을 자동 조절할 수 있는 용탈방지용 그라우팅 완결 및 급결 조성물의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 규산염은 한국표준규격(KS)에 지정한 1∼4종의 액상 메타규산나트륨, 올쏘규산나트륨, 이규산나트륨, 규산칼륨, 규산리튬, 알루미늄실리콘산나트륨 중 1종 이상이 선택되어지고, SiO2로 8.0 내지는 15 중량%의 농도로 구성되는 것을 특징으로 하는 겔 타임을 자동 조절할 수 있는 용탈방지용 그라우팅 완결 및 급결 조성물의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 단량체는 아크릴아마이드(Acrylamide) 내지는 아크릴산(Acrylic acid) 중 1종 이상의 고분자 단량체가 선택되어지고, 규산염을 100 중량부로 기준으로 할 때 10 내지는 60 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 겔 타임을 자동 조절할 수 있는 용탈방지용 그라우팅 완결 및 급결 조성물의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 개시제는 과황산암모늄(Ammonium persulfate), 과황산나트륨(Sodium persulfate), 과황산칼륨(Potassium persulfate) 중 1종 이상의 개시제가 고분자 단량체를 100 중량부로 기준으로 할 때 0.25 내지는 1.0 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 겔 타임을 자동 조절할 수 있는 용탈방지용 그라우팅 완결 및 급결 조성물의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유,무기 산(Acid)은 황산(H2SO4), 염산(HCl), 질산(HNO3), 인산(H3PO4), 초산(Acetic acid), 젖산(Latic acid), 주석산(Tartaric acid), 사과산(Maleic acid), 구연산(Citric acid), 호박산(Succini acid), 술폼산(Surfamic acid), 개미산(Formic acid), 옥살산(Oxalic acid), 옥살아세트산(Oxalacetic acid), 푸마르산(Fumaric acid), 말산(Malic acid), 부티르산(Butyric acid), 팔미트산(Palmitic acid), 타르타르산(Tartaric acid), 아스코르브산(Ascorbic acid), 요산(Uric acid), 술핀산(Sulfinic acid), 이소시트르산(Isocitric acid), 라우르산(Lauric acid), 올레산(Oleic acid), 리놀레산(Linoleic acid), 미리스트산(Myristic acid) 중 1종 이상의 산(Acid)이 선택되어지고, 유,무기의 산은 수용성 규산염이 용해된 고분자 단량체 및 개시제 혼합단계에 만들어진 수용액에 공급될 때 pH가 4.0 이하의 농도로 공급되어지록 구성되는 것을 특징으로 하는 겔 타임을 자동 조절할 수 있는 용탈방지용 그라우팅 완결 및 급결 조성물의 제조방법.
  8. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 알칼리제는 물에 용해된 것으로서 1∼4종의 액상 메타규산나트륨, 올쏘규산나트륨, 이규산나트륨, 규산칼륨, 규산리튬, 알루미늄실리콘산나트륨, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산리튬, 암모니아수 중 1종 이상의 알칼리제가 10 내지는 45 중량 %의 농도로 함유되는 것을 특징으로 하는 겔 타임을 자동 조절할 수 있는 용탈방지용 그라우팅 완결 및 급결 조성물의 제조방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한항에 따라 제조된 겔 타임을 자동 조절할 수 있는 용탈방지용 그라우팅 완결 및 급결 조성물을 연약지반에 주입하여 겔화시키는 단계를 포함하는 겔 타임을 자동 조절할 수 있는 용탈방지용 그라우팅 완결 및 급결 조성물을 이용한 그라우팅 시공방법.
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