KR20220013825A

KR20220013825A - 미립자 시멘트를 이용한 친환경 nrg 공법

Info

Publication number: KR20220013825A
Application number: KR1020200093278A
Authority: KR
Inventors: 유용선; 한진규; 민병찬
Original assignee: (주)케미우스코리아; 삼호엔지니어링 주식회사
Priority date: 2020-07-27
Filing date: 2020-07-27
Publication date: 2022-02-04
Also published as: KR102499577B1

Abstract

본 발명은 친환경 NRG 공법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 NRG 공법은 미립자시멘트와 물을 혼합한 주입재를 지반에 주입하여 고결화하는 그라우팅 공법으로서, 주입재는 미립자 시멘트, 계면활성제, 수화촉진제, 수산화칼슘소모제, 규산소다와 증점제 및 혼합수를 배합한 겔타임조절제 및 물을 혼합하여 제조되며, 미립자 시멘트 100 중량부를 기준으로, 계면활성제 0.02~1.0 중량부, 수화촉진제 2.5~10 중량부, 수산화칼슘소모제 2.5~15 중량부, 겔타임조절제 20~100 중량부 및 물 80~200 중량부의 범위로 배합되는 것에 특징이 있다.

Description

미립자 시멘트를 이용한 친환경 NRG 공법{ECO-FRIENDLY NRG METHOD USING MICRO CEMENT}

본 발명은 연약지반 보강, 차수, 터널 보강을 위해 시멘트, 약액 등의 주입재를 지반에 주입하는 그라우팅 공법에 관한 것으로서, 특히 주입재로서 미립자 시멘트를 주재료로 사용하는 그라우팅 공법에 관한 것이다.

그라우팅 공법은 주입펌프 등을 이용하여 토사층 또는 암반의 틈새에 시멘트나 약액 등 그라우트재를 주입하여 지반을 보강하는 공법으로서, 지반을 천공하여 주입관을 설치하고 그 주입관을 통해 그라우트재를 지중에 주입 및 고결화한다. 그라우팅 공법에 따라 그라우트재가 지반에 주입 및 고결되면, 대상 지반의 지내력이 증가되고, 투수계수가 감소하여 차수성이 향상된다. 그라우팅 공법은 지반보강 및 차수, 기초파일 형성, 연약지반 개량, 구조물 보강, 터널보강 및 차수용 등 다양한 용도로 널리 이용되고 있다.

그라우팅 공법에서는 주입재로서 시멘트와 급결제를 혼합하여 사용하며, 특히 급결제로서 물유리를 사용한다. 물유리는 사용량의 조절에 따라 겔타임(초결 경화시간)을 자유롭게 조절할 수 있으며, 용액형과 현탁액 모두에 적용이 가능하며, 초기 겔성능이 우수하다는 장점이 있다. 그러나 물유리는 강알칼리성이고 시간이 지남에 따라 용탈되어 수축 현상이 나타난다. 이에 따라 물유리를 사용한 지반의 경우 그라우트재의 재령경과에 따른 강도발현이 저하되는 문제가 있고, 알카리성 용출수로 인하여 주변에 환경 문제를 야기할 수 있다. 이에 물유리는 일시적으로 설치 후 철거하는 토목, 건축용 가시설로는 사용이 가능하나 가시설로는 사용이 가능하나 반영구적인 차수 및 지반보강에는 한계가 있다.

한편, 그라우팅 보강공법의 하나인 NRG(New Rapid-hardening Grouting) 공법에서는 주입재의 주재료로 미립자 시멘트를 사용한다. 미립자 시멘트를 사용하면 토사나 암반 내 미세한 균열에도 침투가 용이하여 차수 성능이 우수할 뿐만 아니라, 조기강도 및 장기강도가 모두 우수하기 때문이다. 그러나 미립으로 분쇄된 시멘트 입자들은 표면에너지가 높아 쉽게 재응집하여 입단을 형성한다는 문제점이 있다. 입단이 형성되면 미립자 시멘트로서 기능을 하지 못한다. 또한 기성 미립자 시멘트에는 제대로 분쇄되지 않아서 입도가 큰 입자들이 포함되어 있다. 입도가 큰 시멘트 입자들은 케익을 형성하여 지반 내 균열이나 워터 채널 내부로 침입하지 못하는 바, 지수 및 강도 보강에 있어서 미립자 시멘트에서 기대할 수 있는 정도의 효과를 발현하지 못하게 된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 미립자 시멘트의 재응집을 방지할 뿐만 아니라 일정 크기 이상의 입자들을 필터링함으로써 엄격하게 입도 제어된 미립자 시멘트를 지반에 주입함으로써 지반 보강 및 지수 효과가 개선된 그라우팅 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 NRG 공법은 미립자시멘트와 물을 혼합한 주입재를 지반에 주입하여 고결화하는 일종의 그라우팅 공법으로서, 상기 주입재는 미립자 시멘트, 계면활성제, 수화촉진제, 수산화칼슘소모제, 규산소다와 증점제 및 혼합수를 배합한 겔타임조절제 및 물을 혼합하여 제조되며, 상기 미립자 시멘트 100 중량부를 기준으로, 계면활성제 0.02~1.0 중량부, 수화촉진제 2.5~10 중량부, 수산화칼슘소모제 2.5~15 중량부, 겔타임조절제 20~100 중량부 및 물 80~200 중량부의 범위로 배합되는 것에 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 상기 겔타임조절제는, 규산소다 30~45 부피%, 증점제 5~10 부피%, 물 45~65부피%의 비율로 배합되며, 상기 증점제는, 소듐아크릴레이트 폴리머, 소듐메타아크릴레이트 폴리머, 아크릴아미드아크릴레이트 폴리머, 스티렌디비닐벤젠설페이트 폴리머, 디비닐벤젠메타아크릴레이트 폴리머, 키토산킬레이트 폴리머 중 하나 또는 2 이상을 혼합하여 형성된다.

본 발명의 일 예에서, 상기 겔타임조절제는 규산소다와 혼합수를 혼합하여 pH12 이상의 제1액을 만들고, 증점제와 혼합수를 혼합하여 pH6 이하의 제2액을 만든 후, 상기 제1액의 pH가 12 이상으로 계속 유지되도록 상기 제2액을 제1액에 소량씩 나누어 서서히 투입하여 제조하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 예에서, 상기 수산화칼슘소모제는 칼슘알루미네이트, 칼슘설포알루미네이트 중 적어도 하나와, CaSO₄, MgSO₄ 중 적어도 하나를 혼합한 것으로서, 미립자 시멘트 내 Ca(OH)₂ 성분과 결합하여 에트린자이트를 형성함으로써 상기 주입재의 pH를 12 이하로 낮춘다.

본 발명의 일 예에서 상기 미립자 시멘트는 블레인(blain) 값이 아니라 실제 입도가 20μm 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 예에서, 상기 주입재는 믹서에서 혼합하여 주입관을 통해 지반에 주입하며, 상기 믹서의 배출관에는 정해진 사이즈 이하의 입자만 통과할 수 있도록 스크린이 설치되되, 상기 배출관의 길이방향에 대하여 경사지게 배치되며, 상기 배출관에는 상기 스크린의 수직방향으로 세정수를 고압으로 분사할 수 있는 노즐을 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 미랍자 주입재의 입도관리를 매우 엄격하게 수행함으로써 주입재가 지반의 미세 채널과 균열까지 유입될 수 있도록 하였다.

또한 증점제를 포함하는 겔타임조절제를 이용하여 물유리의 사용량을 최소한으로 억지하여 알카리용출의 문제와 경화체의 장기강도 저하의 문제를 해결하였다. 물론 물유리를 최소한으로 사용하지만 겔타임을 원하는 시간으로 조절할 수 있는 이점은 그대로 유지된다.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.

도 1 및 도 2의 표는 동일한 비표면적을 갖는 2종의 미립자 시멘트의 실제 입도분포를 측정한 것이다.
도 3은 본 발명에서 사용하는 믹서의 개략적 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 믹서의 배출관 쪽에 설치된 스크린을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 다른 예에 따른 스크린을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 일종의 그라우팅 공법으로서, 특히 주입재로 미립자 시멘트를 사용하는 NRG(New Rapid-hardening Grouting) 공법에 관한 것이다. 본 발명은 공법의 명칭과 관계없이 지반 보강 및 차수 등을 목적으로 미립자 시멘트를 지반에 주입하는 그라우팅 공법에 모두 적용가능하다는 것을 밝혀둔다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여, 본 발명의 일 예에 따른 친환경 NRG 공법에 대하여 더욱 상세히 설명하도록 한다.

본 발명에서는 주입재를 믹서에서 혼합한 후 배출하고, 주입재는 주입관을 통해 지반에 압력주입한다. 본 발명에서는 독특한 조성의 주입재를 사용한다는 점에 특징이 있다.

본 발명에서 사용하는 주입재는 미립자 시멘트, 계면활성제, 규산소다와 증점제 및 혼합수를 배합한 겔타임조절제, 수화촉진제, 수산화칼슘소모제 및 물을 혼합하여 제조된다. 그리고 미립자 시멘트 100 중량부를 기준으로, 계면활성제 0.02~1.0 중량부, 겔타임조절제 20~100 중량부, 수화촉진제 2.5~10 중량부, 수산화칼슘소모제 2.5~15 중량부 및 물 80~200 중량부의 범위로 배합되는 것이 바람직하다.

본 실시예에서 미립자 시멘트는 공기투과도 시험에 의한 블레인값을 기준으로 삼지 않으며, 실제 시멘트의 입도가 20μm 이하인 것을 사용한다.

미립자 시멘트를 사용할 때의 가장 큰 장점은 입자 사이즈가 작기 때문에 지반 내 미세 채널, 미세 균열까지 깊숙하게 침투할 수 있다는 것인데, 블레인값을 기준으로 할 경우 미립자 시멘트를 사용할 때의 장점을 극대화할 수 없기 때문이다. 공기투과도 실험에 의한 블레인값(비표면적)이 6,000Cm²/g ~ 8,000Cm²/g 범위에 있는 시멘트를 미립자 시멘트로 분류한다. 그러나 상기한 비표면적을 갖는 미립자 시멘트의 실제 입도분포는 매우 다양하다. 도 1 및 도 2의 표는 동일한 비표면적을 갖는 2종의 미립자 시멘트의 실제 입도분포표를 나타낸 것인데, 최대 입자크기는 각각 약 50㎛와 20㎛로 2.5배 이상의 차이를 보이는 것을 알 수 있다. 미립자 시멘트라고 해도 큰 입자들이 다수 포함되어 있어서 지반에 실제 주입시 지반 내 주입채널을 막아 주입성능을 악화시킬 수 있다.

이에 본 예에서는 입도가 20μm 이하인 시멘트를 사용하는 것을 원칙으로 한다. 다만 현실적으로 입자 사이즈를 완벽하게 20μm 이하로 규정하기는 어려운 바, 입도가 20μm 이상인 입자가 5% 이하로 포함되어 있는 시멘트를 사용한다. 입도를 제한하기 위해서 믹서의 스크린을 이용하는데 이에 대해서는 뒤에서 다시 설명하기로 한다.

계면활성제는 미립자 시멘트의 재응집을 방지하기 위한 것이다. 미분쇄된 입자들은 기본적으로 표면에너지가 높아 다시 응집하여 표면에너지를 낮추려는 성질이 있다. 이에 본 예에서와 같이 스크린을 통해 최대 입경을 엄격하게 제한한 경우라도, 미립자 시멘트는 재응집하여 큰 덩어리처럼 거동할 수 있다. 재응집을 방지하기 위해서 나프탈렌설포네이트, 리그노설포네이트, 폴리카르복실레이트, 멜라민설폰네이트 등의 계면활성제를 사용한다. 계면활성제는 시멘트 100 중량부 대비 0.02~1.0 중량부를 사용하는데, 그 양이 위 범위보다 작으면 재응집 방지가 어려워지고, 위 범위를 초과하면 주입재의 재료분리가 가속화되어 주입이 어려워진다.

겔타임조절제는 규산소다(물유리)와 증점제 및 혼합수를 배합한 것이다. 종래기술에서도 설명하였지만 그라우팅 공법에서는 겔타임을 조정하기 위하여 물유리를 가장 많이 사용하는데, 물유리는 강알칼리성이고 시간이 지남에 따라 용탈되어 수축 현상이 나타난다. 이에 따라 물유리를 사용한 지반의 경우 그라우트재의 재령경과에 따른 장기강도발현이 저하되는 문제가 있고, 알카리성 용출수로 인하여 주변에 환경 문제를 야기할 수 있다. 따라서 물유리를 가능한 적게 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 물유리의 사용량을 획기적으로 줄여서 사용하며, 대신 주입재의 겔타임을 효율적으로 조절하기 위하여 별도의 증점제를 사용하는데 특징이 있다. 즉, 본 예에서는 규산소다와, 증점제와 물을 혼합하여 겔타임조절제를 형성한다. 규산소다의 양을 줄임으로써 알카리 용출의 문제나, 장기강도 저하의 문제가 모두 해결될 수 있다.

증점제는 소듐아크릴레이트 폴리머, 소듐메타아크릴레이트 폴리머, 아크릴아미드아크릴레이트 폴리머, 스티렌디비닐벤젠설페이트 폴리머, 디비닐벤젠메타아크릴레이트 폴리머, 키토산킬레이트 폴리머 중 하나 또는 2 이상을 혼합하여 제조된다. 본 증점제는 액상으로 킬레이트 수지에 티오살리실산, 디티존, 카테콜 등의 물질을 도입하여 형성되는 것으로서 주입재의 유동성을 결정한다. 즉, 증점제의 작용에 의하여 주입재가 지반에 주입되는 동안에는 유동성이 확보되지만 주입이 완료되면 유동성을 잃고 주입재가 급격하게 경화되도록 한다.

위 증점제는 pH 조건에 따라 유동성이 매우 급격하게 변화하는 특성을 갖는다. 즉 pH6 이하인 경우 및 pH12 이상에서는 점도가 매우 낮아 유동성이 크지만, pH6 이상에서 점도가 급격하게 증가하여 유동성이 현저하게 저하되어 pH12 까지 동일한 상태를 유지하며, 다시 pH12를 넘어서면 점도가 저하되면서 유동성이 급격하게 높게 나타나는 특징이 있다. 본 발명에서는 이러한 특성을 이용하여, 주입재를 지반에 주입하는 시점에는 주입재를 pH12 이상으로 형성하여 유동이 잘되도록 하고, 주입재가 주입된 후에는 수산화칼슘소모제의 작용에 의하여 주입재의 pH가 12 아래로 저하되게 하여 유동성을 억지한다.

먼저 겔타임조절제를 제조할 때 pH12 이상이 되도록 한다. 액상의 규산소다는 pH13 정도이며, 상기한 증점제 역시 액상으로 pH6 이하의 상태이다. 먼저 규산소다와 물을 혼합하여 제1액을 만들며 pH12 정도로 형성한다. 혼합수(물)과 규산소다를 혼합해도 제1액은 규산소다의 pH 범위에서 크게 변하지는 않는다. 또한 혼합수(물)과 증점제를 혼합하여 제2액을 만드는데 이 때에도 제2액은 증점제의 pH와 비슷한 수준을 유지한다. 그리고 규산소다와 물로 이루어진 제1액과 증점제와 물로 이루어진 제2액을 혼합하여, 최종적으로 규산소다, 증점제 및 물이 혼합된 겔타임조절제를 만든다. 여기서 중요한 점은 제1액과 제2액을 혼합하는 방법이다. 즉, 제1액을 베이스로 하여 제2액을 제1액에 소량씩 매우 천천히 투입하면서 제1액의 pH 변화를 모니터링한다. 이렇게 제2액을 소량으로 천천히 나누어서 투입하는 이유는 제1액의 pH를 12 이상으로 유지하기 위함이다. 제2액을 한 번에 투입하면 겔타임급결제의 pH가 12 밑으로 떨어지면서 증점제에 의해 점도가 커지므로 주입작업이 곤란해지기 때문이다. 이에 제1액을 베이스로하여 제2액을 천천히 혼합하여 겔타임조절제를 만들되, 그 과정에서 겔타임조절제를 pH12 이상으로 유지하는 것이 중요하다. 제2액을 1회 투입량 및 투입시간 등은 중요치 않으며, 제조 과정에서 제1액과 제2액의 혼합액이 pH12 이상으로 유지되는 것이 중요하다. 겔타임조절제가 제조 완료된 시점에서 보면, 대략 규산소다 30~45 부피%, 증점제 5~10 부피%, 물 45~65부피%의 범위의 비율로 배합된다. 주입재 전체에서 겔타임조절제는 시멘트 100 중량부 대비 20~100 중량부의 비율로 배합되는데, 기존에는 겔타임조절제로서 물유리를 단독으로 사용했다. 즉 본 발명에서는 물유리 사용량(부피)이 기존에 비하여 30~45%에 불과하다. 이에 따라 주입재에 물유리를 급결제로 사용한 경우의 약점으로 지적되는 장기강도 저하 및 알카리성 물질의 용출이 해결될 수 있다. 반면 물유리를 사용할 때 겔타임 조절의 장점은 증점제를 이용함으로써 그대로 살릴 수 있다

수산화칼슘소모제는 주입재가 지반에 주입된 후 주입재의 pH를 12 이하로 떨어지게 함으로써 증점제의 점도를 증가시키고, 결과적으로 주입재의 유동성을 저하시키고 겔화 되도록 하는 작용을 한다. 그라우팅 공법에서는 주입재가 보강하고자 하는 일정 영역 내에만 주입되야 하는데, 주입재의 유동성이 계속 높게 유지되면 원하지 않는 영역으로까지 계속 확산되어 필요 이상으로 주입재가 많이 소모되고 그라우팅의 효과가 반감되어 부적절하다. 이에 일정 시점에서는 유동성을 저하시켜야 한다. 수산화칼슘소모제로는 칼슘알루미네이트, 칼슘설포알루미네이트 중 적어도 하나와, 황산칼슘(CaSO₄), 황산마그네슘(MgSO₄) 중 적어도 하나를 혼합하여 형성한다. 시멘트는 수산화칼슘(Ca(OH)₂) 성분에 의하여 pH12 이상으로 높게 나타나는데, 상기한 조성의 물질은 시멘트의 수산화칼슘과 만나 에트린자이트를 형성하면서 하이드록시기를 소모함으로써 주입재의 pH를 저감시키는 작용을 한다. 시멘트의 수산화칼슘의 하이드록시기가 소모되면서 주입재의 pH가 저감되면 증점제의 점도가 급격하게 증가함으로써 주입재가 겔 상태로 굳어져 유동성이 저하된다. 즉 더이상 주입재가 이동하지 않고 그 자리에서 수화된다. 시멘트와 수산화칼슘소모제가 만나서 반응하는 시간과, 주입재의 지반 내 확산속도 및 시간을 비교하면, 주입재의 유동이 멈추는 겔타임을 조절할 수 있다. 본 실시예에서 수산화칼슘소모제는 시멘트 100 중량부에 대하여 2.5~15 중량부의 범위로 배합된다.

본 발명에서는 pH 조절을 위하여 구연산과 같은 산을 주입재에 추가할 수도 있지만, CA, CSA 등의 재료를 이용하여 수산화칼슘을 에트린자이트로 고정함으로써 pH를 낮추도록 하였다. pH가 저하되면서 주입재가 유동을 멈추고 수화될 수 있다. 또한 에트린자이트 형성이 촉진되면서 강도도 증대된다는 이점이 있다.

한편, 본 발명에서 사용하는 겔타임조절제는 미립자 시멘트의 수화작용을 느리게 하는 부수적 효과가 있는 바, 본 발명에서는 수화촉진제를 주입재에 첨가하여 미립자 시멘트의 수화를 촉진시킨다. 수화촉진제로는 중조(NaHCO₃), 소다회(Na₂CO₃)가 시멘트 100 중량부 대비 2.5~10 중량부의 비율로 사용될 수 있다.

상기한 구성의 재료에 물을 혼합하여 주입재를 형성하는데, 물은 시멘트 대비 80~200 중량부이 범위로 배합된다. 물과 재료의 혼합은 믹서를 사용한다. 도 3은 본 발명에서 사용하는 믹서의 개략적 구성도이다. 도 3을 참고하면, 믹서에는 위에서 설명한 재료들과 물이 각각 공급되어 믹서 내에서 혼합된다. 믹서의 하단에는 분쇄기가 마련된다. 분쇄기는 입자를 분쇄하기 보다는 응집된 덩어리를 부숴서 미립자로 만든다. 주입재는 도 3에 도시된 바와 같이 믹서 내에서 상하방향으로 회전 및 순환하면서 와류를 형성하는데, 이 과정에서 주입재는 완전히 혼합되며 배출관을 통해 배출된다.

배출관은 주입관(미도시)과 연결되는데, 배출관의 후단에는 스크린이 설치되어 주입관으로 공급되는 주입재의 입도를 제어한다. 앞에서 설명하였지만 입도 관리는 무척 중요하다. 지반의 미세 채널과 균열에까지 주입재가 유입되려면 주입재의 입도가 일정 크기 이하로 정확하게 조절되어야 하기 때이다. 본 예에서는 입도가 20μm 이하인 시멘트를 사용하는 것을 원칙으로 한다. 다만 현실적으로 입자 사이즈를 완벽하게 20μm 이하로 규정하기는 어려운 바, 입도가 20μm 이상인 입자가 5% 이하로 포함되어 있는 시멘트를 사용한다. 입도를 관리하기 위해서 본 예에서는 믹서에 앞에서 언급한 분쇄기와 함께 스크린을 설치하는 것이ㄷ. 도 4는 도 3에 도시된 믹서의 배출관 쪽에 설치된 스크린을 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참고하면, 본 예에서 사용하는 스크린은 경사지게 배치된다. 경사를 고려하면 스크린의 메쉬 크기는 20μm 이하의 입자만 통과할 수 있는 사이즈가 된다. 스크린이 주입재의 진행방향과 수직하게 배치된 경우라면, 메쉬의 크기가 20μm를 상회하지만 경사지게 배치되었기 때문에 실제 스크린을 통과할 수 있는 입자의 사이즈는 20μm 이하로 제한된다. 이렇게 스크린을 경사지게 배치한 이유는 스크린을 세정하기 위함이다. 스크린을 사용하면 언제나 스크린이 폐색되는 문제를 동반한다. 이에 본 예에서는 스크린을 경사지게 배치하고, 스크린이 배치된 면에 대하여 수직한 방향으로 도입관을 설치하고, 이 도입관에 노즐을 끼워 고압의 세척수를 분사하도록 하였다. 고압의 세척수는 스크린 면에 대하여 수직하게 분사되므로 스크린을 막고 있던 주입재 재료들이 스크린으로부터 탈락되어 반송관을 통해 배출될 수 있다. 스크린이 배출관에 수직하게 배치되어 있다면 세척수를 수직하게 분사하기가 용이하지 않기 때문에, 본 예에서는 스크린을 경사지게 배치하고 고압 세척수를 수직하게 분사할 수 있도록 하였다. 반송관으로 유입된 입자들은 다시 믹서로 유입된다. 본 발명에서는 주입재의 입도 제어를 위해 스크린을 사용하되, 스크린이 폐색되는 문제를 해결하고자 스크린을 경사지게 배치하고 스크린에 대하여 수직한 방향으로 고압 세척수를 분사한다. 이를 통해 스크린의 기능이 지속적으로 보장될 수 있다.

한편, 도 5에는 본 발명의 다른 예에서 사용하는 스크린이 도시되어 있다. 도 5를 참고하면, 본 예에서는 스크린이 2개 설치되며 앞의 예와 달리 주입재의 진행방향에 대하여 수직하게 배치된다. 도면에서는 제1스크린과 제2스크린이 약간 이격되어 있지만, 이는 설명의 편의를 위한 것이며 실제로는 거의 붙어 있는 상태로 설치된다. 독특한 점은 제1스크린과 제2스크린 중 적어도 하나는 회전되게 설치된다는 점이다. 본 예에서는 제1스크린은 고정되어 있고, 제2스크린만 회전되는 구성이다. 제1스크린과 제2스크린은 스크린(메쉬) 사이즈가 동일하게 형성되기 때문에, 제2스크린과 제1스크린의 메쉬를 완전히 일치시킬 수 있고, 이 경우(제2스크린이 A위치) 제1스크린과 제2스크린은 하나의 스크린과 동일하므로, 상대적으로 크기가 큰 입자가 통과할 수 있다. 본 예에서는 20μm를 초과하는 입자가 통과할 수 있다. 그러나 제2스크린이 A위치로부터 회전하여 제1스크린과 제2스크린의 메쉬가 상호 어긋나게 되는 B위치로 가면 20μm 이하의 입자들은 제1스크린과 제2스크린 조합을 통과할 수 없다. 이에 주입재를 주입관에 공급하기 위하여 믹서를 운용할 때에는 제1스크린과 제2스크린을 어긋나게 배치하여 20μm 이하의 입자들만 주입관으로 나갈 수 있다. 그러나 앞에서 언급한 바와 같이, 스크린의 폐색이 문제될 수 있는 바, 스크린을 세정해야 할 때에는 제1스크린과 제2스크린을 완전히 일치시켜 놓은 상태에서 도입관을 통해 고압의 세정수를 분사하여 스크린들을 세정한다. 스크린들로부터 탈락된 주입재는 반송관을 통해 다시 믹서로 유입된다. 반송관의 양측에는 각각 밸브가 설치되어 믹서를 운용할 때와 스크린을 세정할 때 주입재의 흐름을 제어한다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 그라우팅 공법에서는 지반에 주입되는 주입재에서 공기투과도에 따른 블레인값이 아니라, 시멘트 입자의 실제 사이즈가 20μm 이하가 되도록 관리함으로써, 주입재가 지반 내 미세 채널과 균열에 주입될 수 있도록 하였다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 2가지 점에서 특징이 있다.

먼저 미랍자 주입재의 입도관리를 매우 엄격하게 수행함으로써 주입재가 지반의 미세 채널과 균열까지 유입될 수 있도록 하였다.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims

미립자시멘트와 물을 혼합한 주입재를 지반에 주입하여 고결화하는 그라우팅 공법에 있어서,
상기 주입재는 미립자 시멘트, 계면활성제, 수화촉진제, 수산화칼슘소모제, 규산소다와 증점제 및 혼합수를 배합한 겔타임조절제 및 물을 혼합하여 제조되며,
상기 미립자 시멘트 100 중량부를 기준으로, 계면활성제 0.02~1.0 중량부, 수화촉진제 2.5~10 중량부, 수산화칼슘소모제 2.5~15 중량부, 겔타임조절제 20~100 중량부 및 물 80~200 중량부의 범위로 배합되는 것을 특징으로 하는 친환경 NRG 공법.
제1항에 있어서,
상기 겔타임조절제는, 규산소다 30~45 부피%, 증점제 5~10 부피%, 물 45~65부피%의 비율로 배합되며,
상기 증점제는, 소듐아크릴레이트 폴리머, 소듐메타아크릴레이트 폴리머, 아크릴아미드아크릴레이트 폴리머, 스티렌디비닐벤젠설페이트 폴리머, 디비닐벤젠메타아크릴레이트 폴리머, 키토산킬레이트 폴리머 중 하나 또는 2 이상을 혼합하여 형성된 것을 특징으로 하는 친환경 NRG 공법.
제2항에 있어서,
상기 겔타임조절제는,
규산소다와 혼합수를 혼합하여 pH12 이상의 제1액을 만들고, 증점제와 혼합수를 혼합하여 pH6 이하의 제2액을 만든 후, 상기 제1액의 pH가 12 이상으로 계속 유지되도록 상기 제2액을 제1액에 소량씩 나누어 서서히 투입하여 제조하는 것을 특징으로 하는 친환경 NRG 공법.
제1항에 있어서,
상기 수산화칼슘소모제는 칼슘알루미네이트, 칼슘설포알루미네이트 중 적어도 하나와, CaSO₄, MgSO₄ 중 적어도 하나를 혼합한 것으로서, 미립자 시멘트 내 Ca(OH)₂ 성분과 결합하여 에트린자이트를 형성함으로써 상기 주입재의 pH를 12 이하로 낮추는 것을 특징으로 하는 친환경 NRG 공법.
제1항에 있어서,
상기 미립자 시멘트는 실제 입도가 20μm 이상인 입자가 5% 이하로 포함된 것을 특징으로 하는 친환경 NRG 공법.
제1항에 있어서,
상기 주입재는 믹서에서 혼합하여 주입관을 통해 지반에 주입하며,
상기 믹서의 배출관에는 정해진 사이즈 이하의 입자만 통과할 수 있도록 스크린이 설치되되, 상기 배출관의 길이방향에 대하여 경사지게 배치되며,
상기 배출관에는 상기 스크린의 수직방향으로 세정수를 고압으로 분사할 수 있는 노즐을 구비하는 것을 특징으로 하는 친환경 NRG 공법.