KR20200065808A - 차수벽 형성용 시멘트 조성물 및 시멘트 조성물 제조 방법 - Google Patents

차수벽 형성용 시멘트 조성물 및 시멘트 조성물 제조 방법 Download PDF

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Abstract

차수벽 형성용 시멘트 조성물 및 시멘트 조성물 제조 방법에 관한 것이며, 차수벽 형성용 시멘트 조성물은 시멘트, 벤토나이트 및 고로슬래그를 포함하되, 상기 시멘트, 상기 벤토나이트 및 상기 고로슬래그는, 상기 차수벽 형성용 시멘트 조성물이 일축압축강도 100 kPa 내지 200 kPa 및 투수계수 1.0×10-9 m/s 미만의 물성을 만족하는 배합비를 가질 수 있다.

Description

차수벽 형성용 시멘트 조성물 및 시멘트 조성물 제조 방법{CEMENT COMPOSITION FOR FORMING CUTOFF WALL AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
본원은 차수벽 형성용 시멘트 조성물 및 시멘트 조성물 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 차수벽은 외곽(토양에서 바다, 강 등에 인접한 위치)에 제방을 구축한 후, 제방 등의 내부에 설치되는 것으로서, 지중에 시공되어 제체(제방 등의 본체)의 내외측의 수위차 등에 의해 발생하는 물의 유입을 방지하기 위한 시설이다.
그러나 차수벽체의 강성이 너무 높을 경우 외력에 의해 취성파괴가 발생하게 되는데 차수벽의 취성파괴시 차수성을 완전히 상실하여, 재시공 하거나 보강 공사를 추가적으로 시행해야 하는 문제점이 있었다.
본원의 배경이 되는 기술은 한국등록특허공보 제10-0913572호에 개시되어 있다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 차수성을 유지하면서 제체(제방 등의 본체)의 내외측의 수위차 등에 의해 발생하는 외력에 의해 취성파괴가 발생하지 않는 적정한(제한적인) 강성을 형성하는 차수벽 형성용 시멘트 조성물 및 시멘트 조성물 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 차수벽 형성용 시멘트 조성물은, 시멘트, 벤토나이트 및 고로슬래그를 포함하되, 상기 시멘트, 상기 벤토나이트 및 상기 고로슬래그는, 상기 차수벽 형성용 시멘트 조성물이 일축압축강도 100 kPa 내지 200 kPa 및 투수계수 1.0×10-9 m/s 미만의 물성을 만족하는 배합비를 갖는다.
또한, 상기 고로슬래그는 중량 기준으로 상기 벤토나이트의 3.2배를 초과하는 중량이 포함될 수 있다.
또한, 벤토나이트 35 중량부 기준 시멘트와 고로슬래그의 합산 중량부는 140 중량부를 초과하고 180 중량부 이하일 수 있다
또한, 차수벽 형성용 시멘트 조성물의 배합에 사용되는 물은 하기 식 1을 만족할 수 있고,
[식 1]
14% < (C+BS)/(W+Ben)
여기서, C는 시멘트, BS는 고로슬래그, W는 물, Ben는 벤토나이트일 수 있다.
또한, 고로슬래그는 중량 기준으로 상기 시멘트의 4배의 중량이 포함될 수 있다.
또한, 상기 차수벽 형성용 시멘트 조성물은, 벤토나이트와 물을 전동믹서로 혼합한 후 미리 설정된 시간 동안 방치하여 제1 혼합물을 생성하고, 이와 별도로 시멘트와 고로슬래그를 전동믹서로 혼합하고 나서 물을 첨가한 후 전동믹서로 혼합하여 제2 혼합물을 생성한 다음, 상기 제1 혼합물과 상기 제2 혼합물을 혼합하는 배합에 의해 생성될 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제2 측면에 따른 차수벽 형성용 시멘트 조성물 제조 방법은, (a) 벤토나이트와 물을 전동믹서로 혼합한 후 미리 설정된 시간 동안 방치하여 제1 혼합물을 생성하는 단계, (b) 상기 (a) 단계와 별도로 시멘트와 고로슬래그를 전동믹서로 혼합하고 나서 물을 첨가한 후 전동믹서로 혼합하여 제2 혼합물을 생성하는 단계 및 (c) 상기 제1 혼합물과 상기 제2 혼합물을 혼합하는 배합 후 양생하는 단계를 포함하고, 상기 (a) 단계 내지 상기 (c) 단계에서, 상기 시멘트, 상기 벤토나이트 및 상기 고로슬래그는, 차수벽 형성용 시멘트 조성물이 일축압축강도 100 kPa 내지 200 kPa 및 투수계수 1.0×10-9 m/s 미만의 물성을 만족하는 배합비를 갖도록 설정된다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본 시멘트 조성물이 일축압축강도 100 kPa 내지 200 kPa 및 투수계수 1.0×10-9 m/s 미만의 물성을 만족하도록 형성됨으로써, 요구되는 적정한 차수성을 유지하는 동시에 제체(제방 등의 본체)의 내외측의 수위차 등에 의해 발생하는 외력에 의해 발생되는 취성파괴를 크게 저감 또는 방지할 수 있는 적정한 강성 또한 형성할 수 있어, 재시공 또는 보강 공사로 발생하는 비용을 줄일 수 있다.
다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 차수벽 형성용 시멘트 조성물 제조 방법에 의해 제조되는 본 시멘트 조성물 시험에 사용하기 위해 EP몰드에 제작한 공시체의 사진이다.
도 2a는 표 1의 130-35 아이템에 대한 배합시험 결과(7일 압축 강도)를 나타낸 응력-변형률 그래프이다.
도 2b는 표 1의 140-35 아이템에 대한 배합시험 결과(7일 압축 강도)를 나타낸 응력-변형률 그래프이다.
도 2c는 표 1의 150-35 아이템에 대한 배합시험 결과(7일 압축 강도)를 나타낸 응력-변형률 그래프이다.
도 2d는 표 1의 160-35 아이템에 대한 배합시험 결과(7일 압축 강도)를 나타낸 응력-변형률 그래프이다.
도 2e는 표 1의 180-35 아이템에 대한 배합시험 결과(7일 압축 강도)를 나타낸 응력-변형률 그래프이다.
도 3a는 표 1의 130-35 아이템에 대한 배합시험 결과(28일 압축 강도)를 나타낸 응력-변형률 그래프이다.
도 3b는 표 1의 140-35 아이템에 대한 배합시험 결과(28일 압축 강도)를 나타낸 응력-변형률 그래프이다.
도 3c는 표 1의 150-35 아이템에 대한 배합시험 결과(28일 압축 강도)를 나타낸 응력-변형률 그래프이다.
도 3d는 표 1의 160-35 아이템에 대한 배합시험 결과(28일 압축 강도)를 나타낸 응력-변형률 그래프이다.
도 3e는 표 1의 180-35 아이템에 대한 배합시험 결과(28일 압축 강도)를 나타낸 응력-변형률 그래프이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 차수벽 형성용 시멘트 조성물 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결" 또는 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원은 차수벽 형성용 시멘트 조성물 및 시멘트 조성물 제조 방법에 관한 것이다.
본원의 일 실시예에 따른 차수벽 형성용 시멘트 조성물 및 시멘트 조성물 제조 방법은 중력식 호안 및 지중에 시공되어 제체(제방 등의 본체)의 내외측의 수위차 등에 의해 발생하는 물의 유입을 방지하기 위한 차수벽에 적용될 수 있다. 여기서 차수벽은 토양에서 바다, 강 등에 인접한 위치인 토양의 외곽에 제방을 구축한 후, 제방 등의 내부에 차수 목적으로 설치되는 벽체 구조물들을 전부 포괄하는 넓은 개념으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 본원이 적용되는 차수벽은 C.B.Wall(Cement Bentonite Wall)일 수 있다. 또한, 본원에 따른 차수벽 형성용 시멘트 조성물 및 시멘트 조성물 제조 방법의 적용 분야 및 적용 대상은 상술한 바에만 한정되는 것은 아니며 다양하게 확장될 수 있음은 물론이다.
먼저, 본원의 일 실시예에 따른 차수벽 형성용 시멘트 조성물(이하 '본 시멘트 조성물'이라 함)에 대해 설명한다.
본 시멘트 조성물은 시멘트, 벤토나이트 및 고로슬래그를 포함한다.
종래의 시멘트 차수벽은 강도가 강해 제체의 내외측의 수위차 등에 의해 발생하는 외력으로 취성파괴가 발생할 수 있었다. 본원은 이러한 종래의 문제점을 해결하고자, 일축압축강도가 100 kPa 내지 200 kPa의 범위를 만족하는 배합설계(배합비 산정)를 수행한 것이다. 즉, 일축압축강도 100 kPa 내지 200 kPa는 제체의 내외측의 수위차 등에 의해 발생하는 외력으로 인한 취성파괴를 저감 또는 방지하기 위해 제한된 일축압축강도의 범위일 수 있다. 참고로, 일축압축강도가 100 kPa 내지 200 kPa 사이의 범위에 도달하였는지 여부는 배합후 91일 강도를 기준으로 최종 판단될 수 있다. 또한, 이처럼 본 시멘트 조성물의 일축압축강도가 100 kPa 내지 200 kPa로 형성되면, 주변 지반과 유사성을 가질 수 있고 팽창 특성이 감소될 수 있다.
이에 따라, 본원은 투수계수 1.0×10-9 m/s 미만의 물성을 만족하는 차수성을 가짐과 동시에, 일축압축강도 또한 100 kPa 내지 200 kPa의 범위를 충족하도록 시멘트, 벤토나이트 및 고로슬래그의 배합비를 결정하고자 아래와 같이 배합시험을 진행하였다. 즉, 본원에서 시멘트, 벤토나이트 및 고로슬래그는, 차수벽 형성용 시멘트 조성물이 일축압축강도 100 kPa 내지 200 kPa 및 투수계수 1.0×10-9 m/s 미만의 물성을 만족하는 배합비를 가질 수 있다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 차수벽 형성용 시멘트 조성물 제조 방법에 의해 제조되는 본 시멘트 조성물을 실험할 때 사용하기 위해 EP몰드에 제작한 공시체의 사진이다.
도 1을 참조하면, 본원의 일 실시예에 따른 차수벽 형성용 시멘트 조성물 제조 방법에 의해 제조되는 본 시멘트 조성물은, 실험할 때 사용하기 위해 EP 몰드에 제작된 공시체로 제작될 수 있다. 공시체는 ±2g 이내 범위에 들어오도록 제작될 수 있다. 또한, 제작된 공시체는 수분이 빠져나가지 않도록 랩으로 감싸서 제작될 수 있다.
본 시멘트 조성물은, 벤토나이트와 물을 전동믹서로 혼합한 후 미리 설정된 시간 동안 방치하여 제1 혼합물을 생성하고, 이와 별도로 시멘트와 고로슬래그를 전동믹서로 혼합하고 나서 물을 첨가한 후 전동믹서로 혼합하여 제2 혼합물을 생성한 다음, 제1 혼합물과 제2 혼합물을 혼합하는 배합에 의해 생성되는 것일 수 있다.
구체적으로 예를 들면, 제1 혼합물은 벤토나이트와 물을 전동믹서로 10분 이내, 바람직하게는 2분 내지 4분 혼합한 후 20시간 이상, 바람직하게는 22시간 이상 방치한 것일 수 있다. 보다 바람직하게는, 제1 혼합물은 벤토나이트와 물을 전동믹서로 3분 혼합한 후 24시간 동안 방치한 것일 수 있다. 제2 혼합물은 시멘트와 고로슬래그를 전동믹서로 혼합하고 나서 물을 첨가한 후 전동믹서로 2분 이내, 바람직하게는 30초 내지 1분 30초를 혼합한 것일 수 있다. 보다 바람직하게는, 제2 혼합물은 시멘트와 고로슬래그를 전동믹서로 혼합하고 나서 물을 첨가한 후 전동믹서로 1분 혼합한 것일 수 있다. 이 같이 제1 혼합물과 제2 혼합물을 생성한 이후에, 제1 혼합물과 제2 혼합물은 2분 이내, 바람직하게는 30초 내지 1분30초를 혼합하는 배합에 의해 배합이 완료될 수 있다. 보다 바람직하게는, 제1 혼합물과 제2 혼합물은 1분을 혼합하는 배합에 의해 배합 완료될 수 있다.
또한, 벤토나이트와 물의 배합, 그리고 시멘트와 물의 배합에 있어서, 시멘트와 물의 비율은 1:1로 하여 물의 양을 결정하며, 벤토나이트와 물의 배합에는 전체 물의 양에서 시멘트와 물의 배합에 사용되는 물의 양을 제외한 나머지 물을 사용할 수 있다. 참고로, 시멘트와 물의 비율은 표 1에 나타난 바와 같이 g 단위와 같은 중량 기준으로 설정될 수 있다.
아래의 표 1은 압축강도 및 투수계수 충족 여부 확인을 위한 배합시험이 진행된 5개의 후보 시멘트 조성물의 배합비를 나타낸 표이다.
[표 1]
Figure pat00001
여기서, Water는 물, Bentonite 또는 Ben은 벤토나이트, Cement 또는 C는 시멘트, B.S. 또는 BS는 고로슬래그를 지칭하는 것이다. 보다 구체적으로, 표 1에서 No. 1(연번 1)의 130-35 아이템은 벤토나이트 35 g 중량 기준 고로슬래그와 시멘트의 합 중량이 130 g 인 아이템이고, No. 2(연번 2)의 140-35 아이템은 벤토나이트 35 g 중량 기준 고로슬래그와 시멘트의 합 중량이 140 g 인 아이템이고, No. 3(연번 3)의 150-35 아이템은 벤토나이트 35 g 중량 기준 고로슬래그와 시멘트의 합 중량이 150 g 인 아이템이고, No. 4(연번 4)의 160-35 아이템은 벤토나이트 35 g 중량 기준 고로슬래그와 시멘트의 합 중량이 160 g 인 아이템이고, No. 5(연번 5)의 180-35 아이템은 벤토나이트 35 g 중량 기준 고로슬래그와 시멘트의 합 중량이 180 g 인 아이템이다.
참고로, 배합시험에서는 KS L 5201 규정을 만족하는 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 배합시험에서 사용된 시멘트의 화학적 성질/광물 조성(표 2) 및 물리적 성질(표 3)은 아래의 표 2 및 표 3에 나타난 바와 같다. 표 2의 단위는 중량%일 수 있다.
[표 2]
Figure pat00002
[표 3]
Figure pat00003
또한, 배합시험에서는 KS L 2563 규정에 따른 3종 고로슬래그 미분말을 사용하였다. 배합시험에서 사용된 고로슬래그의 물성은 아래의 표 4에 나타난 바와 같다.
[표 4]
Figure pat00004
또한, 배합시험에서 사용된 벤토나이트의 물성은 아래의 표 5에 나타난 바와 같다.
[표 5]
Figure pat00005
이 같이 표 1에 나타난 5개 아이템 각각에 대하여 일축압축강도시험(7일 강도 시험 및 28일 강도 시험)을 진행하였다. 시험방법은 흙의 일축 압축 시험방법(Standard test method for unconfined compression test of soils, KS F 2314)에 따랐다.
아래의 표 6은 표 1의 5개 아이템(후보 시멘트 조성물) 각각에 대한 배합시험 결과로서 7일 강도(일축압축강도) 값을 나타낸 것이고, 아래의 표 7은 표 1의 5개 아이템(후보 시멘트 조성물) 각각에 대한 배합시험 결과로서 28일 강도(일축압축강도) 값을 나타낸 것이다.
[표 6]
Figure pat00006
[표 7]
Figure pat00007
또한, 도 2a 내지 도 2 e는 표 1의 5개 아이템(후보 시멘트 조성물 배합) 각각에 대한 배합시험 결과(7일 압축 강도)를 나타낸 응력-변형률 그래프이고, 도 3a 내지 도 3e는 표 1의 5개 아이템 각각에 대한 배합시험 결과(28일 압축 강도)를 나타낸 응력-변형률 그래프이다.
참고로, 일축압축강도 100 kPa 내지 200 kPa의 범위의 충족 여부는 배합후 91일이 경과한 91일 강도 기준으로 판단되는 것인데, 통상적으로 배합후 28일이 경과된 일축압축강도는 배합후 91일이 경과된 일축압축강도의 대략 90% 수준이다. 따라서, 표 3에 나타난 28일 강도가 91일 강도의 90% 수준인 것으로 보고 일축압축강도 100 kPa 내지 200 kPa의 범위의 충족 여부를 판단함이 바람직하다.
이러한 기준에 의거하여 표 7을 참조하면, No. 4의 160-35 아이템 및 No. 5의 180-35 아이템 각각이 130 kPa 및 125 kPa의 28일 강도를 나타내어, 91일 강도 기준(144.4 kPa 및 138.9 kPa)으로도 일축압축강도 100 kPa 내지 200 kPa의 범위를 충족함이 확인된다. 또한, 표 7에서 No. 3의 150-35 아이템의 경우, 28일 강도는 97 kPa이지만 91일 강도 대비 90% 수준임을 고려하면 No. 3의 150-335 아이템도 91일 강도 기준(107.8 kPa) 일축압축강도 100 kPa 내지 200 kPa의 범위를 충족한다고 판단할 수 있다. 다만, No. 3 내지 No .5 중 91일 강도 기준 100 kPa 내지 200 kPa의 중간값인 150 kPa에 보다 가까운 압축강도를 나타내는 케이스는 No. 3에 비해 상대적으로 No. 4 및 No. 5인 것으로 확인된다.
한편, 아래의 표 8은 표 1의 5개 아이템(후보 시멘트 조성물 배합) 각각에 대한 삼축투수시험 결과 도출된 투수계수k(m/s)를 나타낸 표이다. 참고로, 삼축투수시험은 Standard Test Methods for Measurement of Hydraulic Conductivity of Saturated Porous Materials Using a Flexible Wall Permeameter ASTM D 5084에 따랐다.
[표 8]
Figure pat00008
표 8을 참조하면 5개의 아이템(시멘트 조성물) 중 No. 3의 150-35 아이템, No. 4의 160-35 아이템 및 No. 5의 180-35 아이템이 투수계수 1.0×10-9 m/s 미만의 조건을 충족한다. 보다 바람직하게는, No. 5보다 No. 3 및 No. 4가 보다 작은 투수계수를 갖는 것으로 확인된다.
이 같이 일축압축강도 기준 및 투수계수 기준을 동시 충족하는 No. 3 내지 No. 5의 아이템의 배합비에 기초하면, 본 시멘트 조성물에서 고로슬래그(B.S.)는 일축압축강도 100 kPa 내지 200 kPa 및 투수계수 1.0×10-9 m/s 미만의 물성을 만족하도록, 중량 기준으로 벤토나이트(Bentonite)의 3.2배를 초과하는 중량이 포함될 수 있다.
구체적으로 표 1을 참조하면, No. 1의 130-35 아이템의 경우 고로슬래그는 벤토나이트의 104/35=3.0배에 해당하는 중량이 포함되고, No. 2의 140-35 아이템의 경우 고로슬래그는 벤토나이트의 112/35=3.2배에 해당하는 중량이 포함되고, No. 3의 150-35 아이템의 경우 고로슬래그는 벤토나이트의 120/35=3.4배에 해당하는 중량이 포함되고, No. 4의 160-35 아이템의 경우 고로슬래그는 벤토나이트의 128/35=3.7배에 해당하는 중량이 포함되고, No. 5의 180-35 아이템의 경우 고로슬래그는 벤토나이트의 144/35=4.1배에 해당하는 중량이 포함된다. 즉, 일축압축강도 기준 및 투수계수 기준을 동시 충족하는 No. 3 내지 No. 5의 아이템의 배합비에 해당하기 위해서는, No. 2의 140-35 아이템의 고로슬래그/벤토나이트=3.2배보다 많은 중량의 고로슬래그가 포함됨이 바람직하다.
또한, 표1을 참조하면, 일축압축강도 기준 및 투수계수 기준을 동시 충족하는 No. 3 내지 No. 5의 아이템의 배합비에 해당하기 위해서는 벤토나이트 35 중량부 기준 시멘트(Cement)와 고로슬래그(BS)의 합산 중량부(BS+Cement)는 140 중량부를 초과하고 180 중량부 이하일 수 있다.
또한, 표 1을 참조하면, 고로슬래그(B.S.)는 중량 기준으로 시멘트(Cement)의 4배의 중량이 포함될 수 있다. 다시 말해, 중량 기준 Cement/B.S.=25%일 수 있다.
또한, 표 1을 참조하면, 본 시멘트 조성물의 배합에 사용되는 물은 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
14% <(C+BS)/(W+Ben)
여기서, C는 시멘트, BS는 고로슬래그, W는 물, Ben는 벤토나이트이다. 예시적으로, 물은 벤토나이트 35 중량부 기준 1000 중량부일 수 있다.
구체적으로 표 1을 참조하면, No. 1의 130-35 아이템의 경우 (C+BS)/(W+Ben)는 12.6%이고, No. 2의 140-35 아이템의 경우 (C+BS)/(W+Ben)는 13.5%이고, No. 3의 150-35 아이템의 경우 (C+BS)/(W+Ben)는 14.5%이고, No. 4의 160-35 아이템의 경우 (C+BS)/(W+Ben)는 15.5%이고, No. 5의 180-35 아이템의 경우 (C+BS)/(W+Ben)는 17.4%이다. 즉, 일축압축강도 기준 및 투수계수 기준을 동시 충족하는 No. 3 내지 No. 5의 아이템의 배합비에 해당하기 위해서는, (C+BS)/(W+Ben)의 %값이 No. 2의 140-35 아이템의 (C+BS)/(W+Ben)인 13.5%(대략 14%)를 초과하는 것이 바람직하다는 것이 확인된다.
참고로, 표 1을 벤토나이트와 시멘트와 고로슬래그의 중량을 모두 합한 중량을 100%로 보는 중량% 관점에서 살핀다면, 예를 들어 No. 4의 160-35 아이템의 경우 벤토나이트 18.0 중량%, 시멘트 16.4 중량 %, 고로슬래그 65.6 중량 %를 포함할 수 있다. 또한, 본 시멘트 조성물의 배합비에서 중량% 기준 잔여하는 중량%가 발생하는 경우에는 물 및 5 중량% 미만의 모래 중 하나 이상이 포함될 수 있다.
한편, 본 시멘트 조성물에 포함되는 시멘트에는 일반시멘트, 해수 침식 방지 목적의 고로슬래그 시멘트 등이 사용될 수 있다.
상기 배합시험 결과를 정리하면, 본원에서 요구되는 일축압축강도 기준 및 투수계수 기준을 동시 충족하는 시멘트 조성물은 No. 3의 150-35 아이템, No. 4의 160-35 아이템, No. 5의 180-35 아이템일 수 있다. 또한, 이들(No. 3 내지 No. 5) 중 No. 4 및 No. 5가 요구되는 압축강도 범위의 중간값에 보다 가까운 적정한 일축압축강도를 나타내었고, No. 3 및 No, 4가 보다 낮은 투수계수를 나타내었다. 이를 종합하면, 보다 바람직하게는, 이들(No. 3 내지 No. 5) 중 No. 4의 160-35 아이템이 가장 적정한 배합비를 가진다고 할 수 있다.
또한, 본 시멘트 조성물은 섭씨 20도에서 밀도(Density)는 1.10 g/ml 미만이고, 점도(Viscosity)는 35초 내지 75초 사이의 범위이며, 전단강도(10 min gel strength)는 1.4 N/mm2 내지 10 N/mm2 사이의 범위일 수 있다. 또한, 산성도(PH)는 9.5 내지 12 사이의 범위일 수 있다.
[표 9]
Figure pat00009
위 표 9는 아이템(시멘트 조성물)의 각각에 대한 점도 시험 결과를 나타낸 표이다. 표 9에서 배합명은 시멘트 조성물의 아이템을 의미한다. 점도시험 방법은 Mash viscometer(φ150*φ4.75*295) 장비에 의한 시험 방법에 의해 실험을 실시하였다. 본 시멘트 조성물인 150-35 아이템, 160-35 아이템 및 180-35 아이템으로 모두 35초 내지 75초 범위 내에 있다. 이때 160-35 아이템의 점도는 43.65초이므로, 35초 내지 75초의 중간값인 55초에 가장 근접하는 것으로 확인된다. 즉, 점도 측면에 있어서, 본 시멘트 조합물은 No. 4의 160-35 아이템에 대응하는 배합비를 갖는 것이 보다 바람직할 수 있다.
한편, 이하에서는 본원의 일 실시예에 따른 차수벽 형성용 시멘트 조성물 제조 방법(이하 '본 시멘트 조성물 제조 방법'이라 함)에 대해 설명한다. 다만, 본 시멘트 조성물 제조 방법은 상술한 본 시멘트 조성물을 제조하기 위한 방법으로서, 본 시멘트 조성물(100)과 동일하거나 상응하는 기술적 특징을 포함하므로, 앞서 살핀 구성과 동일하거나 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하고, 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 차수벽 형성용 시멘트 조성물 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
도 4를 참조하면, 본 시멘트 조성물 제조 방법은 벤토나이트와 물을 전동믹서로 혼합한 후 미리 설정된 시간 동안 방치하여 제1 혼합물을 생성하는 단계(S100), S100 단계와 별도로 시멘트와 고로슬래그를 전동믹서로 혼합하고 나서 물을 첨가한 후 전동믹서로 혼합하여 제2 혼합물을 생성하는 단계(S200) 및 제1 혼합물과 상기 제2 혼합물을 혼합하는 배합 후 양생하는 단계(S300)를 포함한다. 본 시멘트 조성물은 시멘트, 벤토나이트 및 고로슬래그를 포함한다.
다시 말해, 차수벽 형성용 시멘트 조성물은, 벤토나이트와 물을 전동믹서로 혼합한 후 미리 설정된 시간 동안 방치하여 제1 혼합물을 생성(S100)하고, 이와 별도로 시멘트와 고로슬래그를 전동믹서로 혼합하고 나서 물을 첨가한 후 전동믹서로 혼합하여 제2 혼합물을 생성(S200)한 다음, 상기 제1 혼합물과 상기 제2 혼합물을 혼합하는 배합에 의해 생성(S300)되는 것일 수 있다.
구체적으로 예를 들면, 제1 혼합물은 벤토나이트와 물을 전동믹서로 10분 이내, 바람직하게는 2분 내지 4분 혼합한 후 20시간 이상, 바람직하게는 22시간 이상 방치한 것일 수 있다. 보다 바람직하게는, 제1 혼합물은 벤토나이트와 물을 전동믹서로 3분 혼합한 후 24시간 동안 방치한 것일 수 있다. 제2 혼합물은 시멘트와 고로슬래그를 전동믹서로 혼합하고 나서 물을 첨가한 후 전동믹서로 2분 이내, 바람직하게는 30초 내지 1분 30초를 혼합한 것일 수 있다. 보다 바람직하게는, 제2 혼합물은 시멘트와 고로슬래그를 전동믹서로 혼합하고 나서 물을 첨가한 후 전동믹서로 1분 혼합한 것일 수 있다. 이 같이 제1 혼합물과 제2 혼합물을 생성한 이후에, 제1 혼합물과 제2 혼합물은 2분 이내, 바람직하게는 30초 내지 1분30초를 혼합하는 배합에 의해 배합이 완료될 수 있다. 보다 바람직하게는, 제1 혼합물과 제2 혼합물은 1분을 혼합하는 배합에 의해 배합 완료될 수 있다.
예시적으로, S200 단계는 S100 단계 이후에 수행될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, S100 단계에 비해 수행에 소요되는 시간이 상대적으로 짧은 S200 단계는 대략 24시간 가량 진행되는 S100 단계가 종료되기 직전 정도부터 S100 단계와는 독립적으로 시작되고 수행될 수 있다. 이처럼, S100 단계와 S200 단계는 경우(여건)에 따라 병렬적으로 수행될 수도 있고 순차적으로 수행될 수도 있을 것이다. 한편, S300 단계는 S100 단계와 S200 단계가 모두 수행되고 난 다음 수행될 수 있다.
S100 단계 내지 S300 단계에서, 시멘트, 벤토나이트 및 고로슬래그는 차수벽 형성용 시멘트 조성물이 일축압축강도 100 kPa 내지 200 kPa 및 투수계수 1.0×10-9 m/s 미만의 물성을 만족하는 배합비를 갖도록 설정될 수 있다.
또한, 일축압축강도 100 kPa 내지 200 kPa 및 투수계수 1.0×10-9 m/s 미만의 물성을 만족하도록, S200 단계에서 고로슬래그는 중량 기준으로 S100 단계에서 포함된 벤토나이트의 3.2배를 초과하는 중량이 포함될 수 있다. 또한, S200 단계에서 고로슬래그는 중량 기준으로 상기 시멘트의 4배의 중량이 포함될 수 있다.
또한, S100 단계 및 S200 단계에서, 벤토나이트, 시멘트, 고로슬래그의 배합비는 벤토나이트 35 중량부 기준 시멘트와 고로슬래그의 합산 중량부는 140 중량부를 초과하고 180 중량부 이하가 되도록 설정될 수 있다.
또한, S100 단계에서 차수벽 형성용 시멘트 조성물의 배합에 사용되는 물은 하기 식 2를 만족할 수 있다.
[수학식 2]
14% < (C+BS)/(W+Ben)
여기서, C는 시멘트, BS는 고로슬래그, W는 물, Ben는 벤토나이트이다.
상술한 설명에서, 단계 S100 내지 S300은 본원의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (7)

  1. 차수벽 형성용 시멘트 조성물에 있어서,
    시멘트, 벤토나이트 및 고로슬래그를 포함하되,
    상기 시멘트, 상기 벤토나이트 및 상기 고로슬래그는, 상기 차수벽 형성용 시멘트 조성물이 일축압축강도 100 kPa 내지 200 kPa 및 투수계수 1.0×10-9 m/s 미만의 물성을 만족하는 배합비를 갖는 것인, 차수벽 형성용 시멘트 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고로슬래그는 중량 기준으로 상기 벤토나이트의 3.2배를 초과하는 중량이 포함되는 것인, 차수벽 형성용 시멘트 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    벤토나이트 35 중량부 기준 시멘트와 고로슬래그의 합산 중량부는 140 중량부를 초과하고 180 중량부 이하인 것인, 차수벽 형성용 시멘트 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 차수벽 형성용 시멘트 조성물의 배합에 사용되는 물은 하기 식 1을 만족하고,
    [식 1]
    14% < (C+BS)/(W+Ben)
    여기서, C는 시멘트, BS는 고로슬래그, W는 물, Ben는 벤토나이트인 것인, 차수벽 형성용 시멘트 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고로슬래그는 중량 기준으로 상기 시멘트의 4배의 중량이 포함되는 것인, 차수벽 형성용 시멘트 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 차수벽 형성용 시멘트 조성물은, 벤토나이트와 물을 전동믹서로 혼합한 후 미리 설정된 시간 동안 방치하여 제1 혼합물을 생성하고, 이와 별도로 시멘트와 고로슬래그를 전동믹서로 혼합하고 나서 물을 첨가한 후 전동믹서로 혼합하여 제2 혼합물을 생성한 다음, 상기 제1 혼합물과 상기 제2 혼합물을 혼합하는 배합에 의해 생성되는 것인, 차수벽 형성용 시멘트 조성물.
  7. 차수벽 형성용 시멘트 조성물 제조 방법에 있어서,
    (a) 벤토나이트와 물을 전동믹서로 혼합한 후 미리 설정된 시간 동안 방치하여 제1 혼합물을 생성하는 단계;
    (b) 상기 (a) 단계와 별도로 시멘트와 고로슬래그를 전동믹서로 혼합하고 나서 물을 첨가한 후 전동믹서로 혼합하여 제2 혼합물을 생성하는 단계; 및
    (c) 상기 제1 혼합물과 상기 제2 혼합물을 혼합하는 배합 후 양생하는 단계를 포함하고,
    상기 (a) 단계 내지 상기 (c) 단계에서, 상기 시멘트, 상기 벤토나이트 및 상기 고로슬래그는, 차수벽 형성용 시멘트 조성물이 일축압축강도 100 kPa 내지 200 kPa 및 투수계수 1.0×10-9 m/s 미만의 물성을 만족하는 배합비를 갖도록 설정되는 것인, 차수벽 형성용 시멘트 조성물 제조 방법.
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