KR100857916B1 - 토양 고화재 및 이를 이용한 연약지반 처리공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토양 고화재 및 이를 이용한 연약지반 처리공법에 관한 것으로서, 본 발명은 포졸란 물질 10~90중량%; 포틀랜트시멘트 5~50중량%; 무수석고 1~50중량%; 칼슘설포네이트계 화합물 1~10중량%; 포졸란 물질의 점성을 저감하는 표면장력 저감제인 알콜류 또는 알칸올아민 화합물을 포졸란 물질의 0.01~5중량%; 강도 증진용 화합물 0.1~10중량%; 및 토양과 고화재의 혼합성을 증진시키는 유동화제를 0.01~5중량%를 포함하는 토양 고화재 및 이를 이용한 연약지반 처리공법을 제공한다. 이와 같은 본 발명은 유동성 및 토양과의 혼합성, 압축강도발현이 우수한 토양 고화재를 제공할 수 있다는 장점과 이와 같은 고화재를 이용하는 경우 기계부하가 감소되고 작업성이 매우 향상되며 고화재 사용량을 저감하거나 개량체의 갯수를 대폭 줄임으로서 시멘트류의 사용량을 줄인 친환경적인 연약지반 처리공법을 제공할 수 있다는 우수한 효과가 있다.

고화재, 유동성, 연약지반

Description

토양 고화재 및 이를 이용한 연약지반 처리공법{Solidifying agent and method for solidfying soft ground using it}

본 발명은 토양 고화재 및 이를 이용한 연약지반 처리공법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유동성, 토양과의 혼합성 등이 우수하여 기계부하를 감소시키는 작업성이 우수한 토양 고화재 및 이를 이용한 연약지반 처리공법에 관한 것이다.

종래에는 토양의 고화 처리를 위하여 포틀랜드 시멘트나 슬래그시멘트를 주로 사용했으나 포틀랜드 시멘트 또는 슬래그 시멘트는 토양과 혼합 시 목표 압축 강도를 얻기 위해서는 다량을 사용해야하는 문제점이 있었다.

이를 해결하기 위하여 최근에는 고로수쇄슬래그 미분말이나 무수석고 또는 알카리금속염 화합물을 첨가한 고화재 제조 기술이 사용되나, 이들은 토양과 혼합시 유동성이 급격히 저하되어 시공 시 기계부하가 증가하여 작업성이 저하되는 문제점을 가지고 있다.

또한 유동성을 개선시키기 위해서는 사용물량(W/C)을 증가시켜야 하는데 이러한 경우 압축강도가 저하되어 고화재 사용량을 증가하여야하는 새로운 문제점이 발생한다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 유동성 및 토양과의 혼합성, 압축강도발현이 우수하여 기계부하를 감소시키고 작업성이 뛰어난 토양 고화재를 제공하는 것이며, 또한 이러한 토양 고화재를 이용한 연약지반 처리공법을 제공하는 것이다.

상술한 바와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

포졸란 물질 10~90중량%;

포틀랜트시멘트 5~50중량%;

무수석고 1~50중량%;

칼슘설포네이트계 화합물 1~10중량%;

포졸란 물질의 점성을 저감하는 표면장력 저감제인 알콜류 또는 알칸올아민 화합물을 포졸란 물질의 0.01~5중량%;

강도 증진용 화합물 0.1~10중량%; 및

토양과 고화재의 혼합성을 증진시키는 유동화제를 0.01~5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 토양 고화재 및 이를 이용한 연약지반 처리공법을 제공한다.

본 발명에 따른 토양 고화재 및 이를 이용한 연약지반 처리공법에 있어서, 상기 포졸란 물질은 고로수쇄슬래그미분말, 플라이애쉬, 제지애쉬 및 실리카흄으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상이며, 상기 포졸란 물질의 점성을 저감하 는 표면장력 저감제인 알콜류 화합물은 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌프로필렌글리콜, 폴리부틸렌글리콜, 폴리프로필렌부틸렌글리콜, 메톡시폴리에틸렌글리콜 및 메톡시폴리에틸렌프로필렌글리콜로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상이며, 상기 알칸올아민 화합물은 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민 및 트리이소프로파놀아민으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 토양 고화재 및 이를 이용한 연약지반 처리공법에 있어서, 상기 강도 증진용 화합물은 황산염, 인산염, 소디움알루미네이트계 화합물 및 알카리 금속염계 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상이며, 상기 소디움알루미네이트계 화합물과 알칼리금속염의 혼합물을 강도 증진용 화합물로 사용하는 경우 그 혼합 중량비가 0.05 ~ 1인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 토양 고화재 및 이를 이용한 연약지반 처리공법에 있어서, 상기 유동화제는 리그닌계 화합물, 나프탈렌계화합물, 멜라민계화합물 및 폴리카르본산계 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상이며, 상기 강도 증진용 소디움 알루미네이트계 화합물과 알칼리금속염의 혼합물과 유동화제의 중량비가 0.1 ~ 5인 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 본 발명은 유동성 및 토양과의 혼합성, 압축강도발현이 우수한 토양 고화재를 제공할 수 있다는 장점과 이와 같은 고화재를 이용하는 경우 기계부하가 감소되고 작업성이 매우 향상되며 고화재 사용량을 저감하거나 개량체 의 갯수를 대폭 줄임으로서 시멘트류의 사용량을 줄인 친환경적인 연약지반 처리공법을 제공할 수 있다는 우수한 효과가 있다.

이하 본 발명에 따른 토양 고화재와 이를 이용한 연약지반 처리공법의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 토양 고화재는 포졸란 물질 10~90중량%; 포틀랜트시멘트 5~50중량%; 무수석고 1~50중량%; 칼슘설포네이트계 화합물 1~10중량%; 포졸란 물질의 점성을 저감하는 표면장력 저감제인 알콜류 또는 알칸올아민 화합물을 포졸란 물질의 0.01~5중량%; 강도 증진용 화합물 0.1~10중량%; 및 토양과 고화재의 혼합성을 증진시키는 유동화제를 0.01~5중량%를 포함한다,

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 토양 고화재는 유동성, 토양과의 혼합성이 우수한 것이 특징인데, 이는 포졸란 물질의 점성을 저감하는 표면장력 저감제인 알콜류 또는 알칸올아민 화합물, 강도 증진용 혼합물 및 토양과 고화재의 혼합성을 증진시키는 유동화제의 사용에 의해 발현되는 것으로서 이에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

상기 포졸란 물질의 점성을 저감하는 표면장력 저감제 중 알콜류 화합물로는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌프로필렌글리콜, 폴리부틸렌글리콜, 폴리프로필렌부틸렌글리콜, 메톡시폴리에틸렌글리콜 및 메톡시폴리에틸렌프로필렌글리콜 등이 있으며, 또한 알칸올아민 화합물로는 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민 및 트리이소프로파놀아민 등이 있다.

상술한 알콜류 또는 알칸올아민 화합물 들 중에서 고래수쇄 슬래그 미분말의 점성을 저감하는 효과는 디에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜 또는 트리이소프로파놀 아민이 가장 우수하다.

상기 표면장력 저감제인 알콜류 또는 알칸올아민 화합물의 사용량은 포졸란 물질의 0.01~5중량%가 적당하며 액상, 분말상 모두 가능하다. 사용량이 0.01중량% 이하에서는 표면장력 저감 효과가 불충분하며, 5중량% 이상에서는 표면장력 저감의 상승효과가 없으므로 경제적이지 않다.

또한 상기 포졸란 물질은 본 발명이 속하는 기술분야에 널리 알려진 것이라면 특별한 제한없이 사용 가능하나, 본 발명자의 다양한 시험에 의하면 고로수쇄슬래그미분말, 플라이애쉬, 제지애쉬 및 실리카흄으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것이 바람직하다.

상기 조기강도 및 장기 강도증진용 화합물로는 황산염, 인산염, 소디움알루미네이트계 화합물 및 알카리 금속염계 화합물이 있으나, 본 발명에서와 같이 조기강도와 장기강도를 증진하면서도 유동성 저하를 방지하기 위해서는 소디움알루미네이트계 화합물(A)과 알카리 금속염 화합물(B)을 적당한 비율로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

또한 상기 A/B의 사용 중량비는 0.05~1이 적당하며 0.05 이하에서는 조기강도 증진율이 낮아서 시공 시 효율적인 작업이 이루어지지 않으며, 1 이상에서는 조기강도 상승효과가 크나 유동성의 저하가 커서 시공 시 기계부하가 많이 걸려서 작 업성이 불량하다는 문제점이 발생한다.

그리고 강도 증진용 화합물의 전체 사용량은 0.1~10중량%가 적당하다. 0.1중량% 이하를 사용할 경우는 강도증진율이 부족하고 10중량% 이상을 사용할 경우는 유동성이 현저히 저하된다.

또한 토양과 고화재의 혼합성 및 유동성을 증진하는 화합물로서는 리그닌계 화합물, 나프탈렌계화합물, 멜라민계화합물, 폴리카르본산계 화합물 등이 있으며 유동성을 최대로 증진하여 고화재 사용량을 저감하고 사용물량의 비인 W/C를 최소화하기 위해서는 상기 유동화제 중 어느 것도 가능하나 적절한 량을 사용하는 것이 매우 중요하다. 따라서 강도를 증진하면서도 초기 유동성의 저하를 방지하기 위해서는 강도증진용 화합물인 소디움알루미네이트계 화합물과 알칼리금속염 화합물의 비 (A/B)와 유동성 향상제인 유동화제 (C)의 사용량의 중량비 (A+B)/C는 0.1~5가 적당하다. 0.1 이하에서는 유동성은 우수하나 강도 증진율이 낮아서 요구되는 강도를 얻을 수 없으며, 5 이상에서는 강도증진율은 높으나 유동성이 저하되어 시공 시 기계부하가 증가하여 작업성이 불량하다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 연약지반의 처리공법은 특별한 제한을 받지 아니하며 고화재를 이용하여 연약지반을 강화시키는 공법이 본 발명의 연약지반 처리공법에 해당된다.

본 발명에 해당될 수 있는 고화재를 이용한 연약지반 처리공법의 예를 들면, 연약지반의 표층에 고화재를 혼합하여 안정처리하고 중장비의 트래피커빌리티 확보, 저성토 기초, 도로노상부의 개량 등을 하는 표층혼합처리공법, 고화재를 원위 치 지반에 첨가하여 원위치에서 혼합하여 연약 지반을 주상, 괴상 또는 전면적으로 개량하려고 하는 심층혼합처리공법 등을 들 수 있다.

심층혼합처리공법은 1976년경부터 일본 운수성 항만기술연구소에 의해서 개발연구가 추진되었으며, 1970년대 중반에는 고화재를 이용하여 DLM(deep mixing method) 공법, 슬러리계 기계교반혼합처리공법 CDM(cement deep mixing)등의 명칭으로 실용화되었다. 또한 DLM공법과 동시에 스웨덴에서는 Lime Column공법이 개발되었으며 이 공법은 고화재를 고압공기로 압송하여 지중에 공급하고 교반혼합하는 것으로서 현재도 일부 이용되고 있다. 이러한 심층혼합처리공법은 고화재의 차이, 고화재의 공급방법의 차이, 또는 혼합방법의 차이에 의해서 매우 많은 종류가 있으며 편의상 기계적 혼합처리방식으로 통합할 수 있다. 한편 기계적 혼합처리방식과 달리 약액주입공법을 발전시킨 분사혼합처리방식은 고압의 고화재를 분사하면서 분사공을 회전하여 제트에 의한 흙과 고화재의 혼합을 기대하는 공법이다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.

<실시예: 고화재 배합 및 시험결과>

표 1과 같이 고화재를 제조하였으며 표1에서 제조한 고화재를 사용하여 토양과 배합 후 물성을 평가한 결과를 표2에 나타냈다. 물성 평가를 위한 토양 내경과 시험방법은 다음과 같다.

*토양내역

-점성토:함수비 85%, 1 liter 중량 1700gram

-사질토:함수비 52%, 1 liter 중량 1800gram

*시험방법: 일축압축강도(KSF2426), 유동성(KSL5111)

구분	포졸란 물질	포트랜트 시멘트	슬래그 시멘트	무수석고	표면장력 저감제	칼슘설포네이트계 화합물	소디움알루미네이트계와 알카리금속염화합물의 혼합물	유동화제
고화재1	80	8	0	5	3	2	1.5	0.5
고화재2	80	8	0	5	0	2	1.5	0.5
고화재3	80	8	0	5	3	2	0	0.5
고화재4	80	8	0	5	3	2	1.5	0
고화재5	80	8	0	5	3	2	0	0
고화재6	0	100	0	0	0	0	0	0
고화재7	0	0	100	0	0	0	0	0

사용 고화재 종류	토양 종류	고화재 사용량 (gram/토양liter)	W/C (%)	압축강도(㎏/㎠)			유동성(mm)
				7일	14일	28일	초기	30분후
고화재1	점성토	210	100	14.3	26.2	38.5	180	181
	사질토	210	100	17.7	32.5	46.3	192	191
고화재2	점성토	210	100	10.3	22.7	31.8	171	169
	사질토	210	100	12.8	24.6	35.9	181	176
고화재3	점성토	210	100	9.5	21.7	31.4	180	180
	사질토	210	100	12.4	25.2	35.3	191	192
고화재4	점성토	210	100	14.1	23.3	31.6	175	164
	사질토	210	100	16.5	25.8	35.0	178	168
고화재5	점성토	210	100	9.2	16.7	26.8	167	162
	사질토	210	100	11.2	19.0	30.2	177	170
고화재6	점성토	210	100	3.3	9.5	16.6	158	149
	사질토	210	100	5.4	11.7	19.1	169	160
고화재6	점성토	300	100	14.0	25.3	36.9	175	164
	사질토	300	100	16.7	30.9	43.0	188	172
고화재7	점성토	210	100	5.5	11.2	18.7	160	151
	사질토	210	100	6.9	17.5	20.2	169	160
고화재7	점성토	300	100	13.9	30.8	37.2	173	161
	사질토	300	100	16.5	36.0	44.2	177	168

상기 표 2에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 고화재의 경우가 압축강도, 유동성 등의 물성이 우수함을 확인할 수 있었다.

Claims (5)

1. 포졸란 물질 10~90중량%;

   포틀랜트시멘트 5~50중량%;

   무수석고 1~50중량%;

   칼슘설포네이트계 화합물 1~10중량%;

   포졸란 물질의 점성을 저감하는 표면장력 저감제인 알콜류 또는 알칸올아민 화합물을 포졸란 물질의 0.01~5중량%;

   강도 증진용 화합물 0.1~10중량%; 및

   토양과 고화재의 혼합성을 증진시키는 유동화제를 0.01~5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 토양 고화재.
2. 제 1항에 있어서, 상기 포졸란 물질은 고로수쇄슬래그미분말, 플라이애쉬, 제지애쉬 및 실리카흄으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상이며, 상기 포졸란 물질의 점성을 저감하는 표면장력 저감제인 알콜류 화합물은 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌프로필렌글리콜, 폴리부틸렌글리콜, 폴리프로필렌부틸렌글리콜, 메톡시폴리에틸렌글리콜 및 메톡시폴리에틸렌프로필렌글리콜로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상이며, 상기 알칸올아민 화합물은 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민 및 트리이소프로파놀아민으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 토양 고화재.
3. 제 1항에 있어서, 상기 강도 증진용 화합물은 황산염, 인산염, 소디움알루미네이트계 화합물 및 알카리 금속염계 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상이며, 소디움알루미네이트계 화합물과 알칼리금속염의 혼합물을 강도 증진용 화합물로 사용하는 경우 그 혼합 중량비가 0.05 ~ 1인 것을 특징으로 하는 토양 고화재.
4. 제 3항에 있어서 상기 유동화제는 리그닌계 화합물, 나프탈렌계화합물, 멜라민계화합물 및 폴리카르본산계 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상이며, 상기 강도 증진용 소디움알루미네이트계 화합물과 알칼리금속염 혼합물과 유동화제의 중량비가 0.1 ~ 5인 것을 특징으로 하는 토양 고화재.
5. 연약지반의 토양과 고화재를 굴착, 혼합하여 연약지반을 강화하는 연약지반 처리공법에 있어서,

   상기 고화재가

   포졸란 물질 10~90중량%;

   포틀랜트시멘트 5~50중량%;

   무수석고 1~50중량%;

   칼슘설포네이트계 화합물 1~10중량%;

   포졸란 물질의 점성을 저감하는 표면장력 저감제인 알콜류 또는 알칸올아민 화합물을 포졸란 물질의 0.01~5중량%;

   강도 증진용 화합물을 0.1~10중량%; 및

   토양과 고화재의 혼합성을 증진시키는 유동화제를 0.01~5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하여 유동성의 향상으로 기계부하가 감소되어 작업성이 매우 향상되고 압축강도가 증진됨으로서 기존의 시멘트계 고화재에 비해 고화재의 사용량을 저감하며 개량체의 갯수를 대폭 줄일 수 있는 친환경적인 연약지반 처리공법.