KR101968562B1 - 그라우트재용 첨가제, 이를 포함하는 그라우트재, 그라우팅 공법용 압밀장치 및 이를 이용한 그라우팅 공법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 그라우트재용 첨가제, 이를 포함하는 그라우트재, 그라우팅 공법용 압밀장치 및 이를 이용한 그라우팅 공법에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로 설명하면, 대상구간의 상부 지층을 압밀화시켜 그라우트 주입 시 주입재의 손실을 최소화하고 효율적인 주입이 이루어질 수 있는 그라우팅 공법용 압밀장치 및 이를 이용한 그라우팅 공법에 관한 것이며, 또한, 상기 그라우팅 공법에 사용되는 그라우트재 및 이의 물성 향상을 꾀할 수 있는 그라우트재용 첨가제에 관한 것이다.
Description
본 발명은 대상구간의 상부 지층을 압밀화시켜 그라우트재 주입 시 그라우트재의 손실을 최소화하고 효율적인 주입이 이루어질 수 있는 그라우팅 공법용 압밀장치 및 이를 이용한 그라우팅 공법에 관한 것이며, 또한, 상기 그라우팅 공법에 사용되는 그라우트재 및 이의 물성 향상을 꾀할 수 있는 그라우트재용 첨가제에 관한 것이다.
일반적으로 그라우팅(grouting)이라 함은 토목공사에서 누수방지나 토질 안정 등의 목적으로 지반 내부에 시멘트 등과 같은 소정의 그라우트재를 주입하여 지반을 안정화시키는 것을 말한다.
산업화의 발달에 따라 도로의 건설이나 단지 조성 등의 목적으로 급경사지의 개발이나 터널의 굴착 등의 개발이 불가피한 실정인데, 이를 위해서는 시공의 안정성 및 경제성, 환경보전성 등을 충족시키기 위한 안정화 대책이 요구되고 있다.
이를 위해, 사면 경사지 등이나 터널의 상측 등에는 강봉을 이용하여 보강을 행하는 그라우팅 공법이 널 리 이용되고 있는데, 상기 그라우팅 공법은 경사면 등이나 터널의 상측 지반 부위에 다수개의 천공홀을 천공한 후, 그 내부에 강봉을 삽입하고, 상기 천공홀에 그라우트재를 주입하여 상기 천공홀 및 강봉 사이의 공간부에서 주입된 그라우트재가 경화되면서 주변 지반을 보강하도록 하게 된다.
이러한, 강관 그라우팅 공법은 지반을 보강하면서 차수성을 향상시키는 공법으로, 주입구가 다수 형성된 강관을 지중에 관입 설치한 후 강관 내부에 그라우팅액을 주입하면 그라우팅액이 주입구를 통해 빠져나와 지반과 강관 사이의 틈에 충전되면서 충전된 그라우팅액의 고결로 강관과 지반이 일체화됨에 따라 강관의 보강내력이 발휘되면서 지반의 전단강도가 증대되는 것을 특징으로 하는 공법이다.
한편, 종래 그라우팅 공법 중에 연약지반과 같이 지지력이 부족한 지반은 지반을 일정 깊이까지 굴착한 다음 그 곳에 케이싱을 박고 케이싱을 통하여 그라우트재를 연약지반에 공급하는 공법이 있다.
그러나 이러한 그라우팅 공법은 압밀도가 낮은 지층의 경우에는 주입재인 그라우트재가 연약한 지층상부로 역출되거나 주입 대상 구간 외로 손실되는 문제점이 있었다.
또한, 일반적으로 그라우팅 공법에 사용되는 그라우트재는, 벤토나이트계와 시멘트계를 주로 사용하는데, 시멘트계 그라우트재의 경우에는 열전도도는 높으나 주변 환경을 오염시키는 등의 문제점이 있어, 벤토나이트계가 널리 사용되고 있다. 그러나 순수한 벤토나이트는 지반 혹은 암반에 비하여 열전도도가 상당히 낮아, 단독으로 사용할 경우에는 좋은 열효율을 얻을 수 없고, 그라우트재 주입시 균질한 분산과 공극충진 효과를 저하시킨다. 따라서, 열전도도를 높이고자 모래를 첨가물로 사용하는데, 혼합하는 모래입자 크기를 잘못 선정하는 경우에는 벤토나이트와의 비중차이에 의해 분리현상이 일어나 여러 가지 좋지 않은 영향을 미친다. 또한, 모래의 표면경도가 매우 높기 때문에, 많은 양을 사용하면 주입펌프의 임펠라 마모현상을 촉진시켜 장비의 고장을 야기시키는 문제점이 발생한다.
종래에 그라우트재로는 다양한 종류가 있으며, 최근에는 케미컬 그라우트재의 사용이 증가하고 있다. 상기 케미컬 그라우트재는 규산나트륨(물유리)이 주성분인 약액과 시멘트가 주성분인 약액을 혼합한 것이다. 상기한 케미컬 그라우트재를 사용하여 차수 및 지반 보강용 그라우팅을 하기 위해서는, 그라우트재가 고결되는 시간인 겔 타임(Gel Time))을 결정하는 특정 반응물을 첨가하여야 한다. 상기 규산나트륨, 시멘트, 그리고 특정 반응물이 서로 잘 조합되어야 완벽한 차수 및 지반 보강용 그라우팅을 시공할 수가 있다. 그런데 기존의 그라우팅 공법에서는 상기 특정 반응물로서, 황산, 염산, 질산 등의 강산을 사용하고 있다. 이에 따라 그라우팅 작업시 현장 작업자들의 건강을 위협하게 되고, 사용 후 수질을 오염시키게 되는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-1636280호에는 팽창재로 벤토나이트를 사용한 발명이 기재되어 있는데, 이는 균질한 분산이 어렵거나, 공극충진 효과가 저하될 수 있는 문제점이 있다. 그리고, 또한, 한국특허출원 제10-2014-0135802호에는 시멘트, 2가 금속 급결제, 팽윤제, 미세결정화제, 규산소다계 용액 및 물을 포함하여 구성되는 그라우트 조성물이 기재되어 있으나, 장시간에 걸쳐 자기치유 생성물인 미세결정화 물질이 형성되면서 자기치유 특성이 발현되기 때문에 그라우트 시공 후 초기에 타수(방수) 특성을 빠르게 구현하는 것이 어렵고, 또한 그라우트의 완전 경화 전에 물 유입량이 많으면 차수성능 저하현상이 나타날 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존의 사용하는 케이싱과 연결이 용이하게 제작되고 현장에서 사용되고 있는 장비에 적용하기 용이하며, 그라우트재 주입 대상 구간 상부에 압입함으로써 압밀장치 설치과정에서 쐐기형 압밀로 인한 횡적 압밀만이 발생함으로 공벽붕괴 및 공삭 등과 같은 시공 홀 주변의 지반교란을 발생시키지 않으면서 연약한 지층을 보강 시공이 가능한 그라우팅 공법용 압밀장치 및 이를 이용한 그라우팅 공법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 상기 그라우팅 공법에 사용하기 위한 그라우트재(또는 그라우팅 주입재) 및 상기 그라우트재의 물성을 향상시킬 수 있는 첨가제를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명의 그라우트재용 첨가제는 작업원활제, 알칼리제, 속경제, 내구성 증진제, 증점제, 소포제, 발포제 및 유동화제를 포함하는 혼합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 혼합물은 작업원활제 10 ~ 25 중량%, 알칼리제 5 ~ 8 중량%, 속경제 15 ~ 23 중량%, 내구성 증진제 7 ~ 12 중량%, 증점제 4 ~ 9 중량%, 소포제 12 ~ 16 중량%, 발포제 10 ~ 18 중량% 및 잔량의 유동화제를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 그라우트재용 첨가제는 상기 혼합물 외에 수축저감제, 오존열화방지제, 내마모강도 향상제 및 석고 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 그라우트재용 첨가제는 상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 수축저감제 1 ~ 3 중량부, 오존열화방지제 0.001 ~ 0.05중량부, 내마모강도 향상제 0.5 ~ 2.5 중량부 및 석고 0.01 ~ 0.3 중량부 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 작업원활제는 폴리카르본산, 멜라민 및 리그닌술폴산염 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 알칼리제는 염화칼슘, 규산칼슘 및 황산칼슘 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 속경제는 블레인 분말도가 5,000 ~ 8,000㎠/g인 초미립 비정질 칼슘설퍼알루미네이트를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 내구성 증진제는 실리카흄, 슬래그 및 메타카올린 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 증점제는 메셀로스 및 셀루로오스 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 소포제는 알콜계 소포제, 실리콘계 소포제, 지방산계 소포제, 오일계 소포제, 에스테르계 소포제 및 옥시알킬렌계 소포제 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 유동화제는 아미노술폰산계 유동화제 및 나프탈렌계 유동화제 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 수축저감제는 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 및 메타크릴산과 메톡시폴리프로필렌글리콜의 중합체 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 오존열화방지제는 페닐렌디아민(Phenylenediamine-based)계 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 내마모강도 향상제는 아크릴계 화합물, 에틸렌비닐아세테이트(EVA, Ethylene-vinyl acetate)계 화합물 및 스티렌-부타디엔 고무(SBR, Stryrene-butadiene rubber)계 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 석고는 무수석고 및 탈황석고 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 그라우트재에 관한 것으로서, 시멘트, 물 및 앞서 설명한 상기 그라우트재용 첨가제를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 시멘트 100 중량부에 대하여, 물 90 ~ 150 중량부 및 상기 첨가제 0.5 ~ 2 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 그라우팅 공법용 압밀장치에 관한 것으로서, 그라우트재 공급을 위하여 지반에 형성시킨 시공 홀에 처음으로 삽입되고 상기 시공 홀 직경보다 작게 형성된 선단부와, 상기 선단부로부터 연장되고 상기 시공 홀과 동일한 직경으로 형성되며 상기 시공 홀에 삽입을 위한 장비에 끝단부가 연결되는 연장부를 포함하는 제1케이싱; 및 상기 제1케이싱의 연장부 외경에 구비되어 하단부는 상기 연장부의 외경과 동일하고 상단부는 그 외경보다 크게 형성되도록 테이퍼 형태를 가지는 테이퍼부와, 상기 테이퍼부의 상단부 외경과 동일한 외경으로 연장된 압밀부를 포함하는 제2케이싱;을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 테이퍼부는 상기 선단부보다 길게 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 제2케이싱은 상기 제1케이싱보다 짧게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 앞서 설명한 상기 그라우트재를 상기 압밀장치를 이용하여 수행하는 그라우팅 공법에 관한 것이다.
본 발명은 기존의 그라우트 주입을 위한 케이싱 설치와 연약지층 보강을 위한 압밀장치를 병행하여 사용하는 장점이 있으며, 주입 팩커를 설치하기 위하여 계획심도까지 공삭에 의한 굴진을 한 후 지층상부에 케이싱과 연결된 압밀장치를 사용함으로써 케이싱 설치 시 발생된 공벽과 케이싱 외부와의 이격공간을 차단하고 주입대상구간의 상부를 압밀화 시킴으로써 주입재의 손실 및 주입효과를 용이하게 하는 장점이 있다. 그리고, 본 발명의 그라우트재용 첨가제를 적용한 그라우트재는 적정하게 팽창하여 사용되는 시멘트 사용량을 줄일 수 있으면서도 그라우트재로 요구되는 물성인 우수한 적정 경화속도, 공극충전성, 시공시 짧은 유로에서도 넓은 범위에 균일한 주입 등)을 만족하는 바, 공사비를 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 그라우팅 공법용 압밀장치의 시공 후 지반의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 그라우팅 공법용 압밀장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 의한 그라우팅 공법용 압밀장치의 정면도이다.
도 4의 A 및 B는 본 발명에 의한 그라우팅 공법용 압밀장치 및 그라우트재를 이용하여 그라우팅 공법을 현장시험한 사진이다.
도 2는 본 발명에 의한 그라우팅 공법용 압밀장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 의한 그라우팅 공법용 압밀장치의 정면도이다.
도 4의 A 및 B는 본 발명에 의한 그라우팅 공법용 압밀장치 및 그라우트재를 이용하여 그라우팅 공법을 현장시험한 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 그라우팅 공법용 압밀장치(10)를 보다 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 그라우팅 공법용 압밀장치(10)는, 도 1 내지 도 3을 참고하면, 제1케이싱(11,12,15)과 제2케이싱(13,14)을 포함한다.
상기 제1케이싱(11,12,15)은, 도 1 내지 도 3을 참고하면, 그라우트재 공급을 위하여 지반에 형성시킨 시공 홀에 처음으로 삽입되고 상기 시공 홀 직경보다 작게 형성된 선단부(11)와, 상기 선단부(11)로부터 연장되고 상기 시공 홀과 동일한 직경으로 형성되며 상기 시공 홀에 삽입을 위한 장비에 끝단부(15)가 연결되는 연장부(12)를 포함한다.
이때, 상기 제1케이싱(11,12,15)은 종래기술에 의한 케이싱을 적용한 것으로서, 제1케이싱(11,12,15)만을 상기 시공 홀에 시공하게 되면 종래기술과 동일한 결과를 가져오게 된다. 즉 제1케이싱(11,12,15)만을 삽입하게 되면 제1케이싱(11,12,15)과 외부와의 이격 공간이 발생할 수 있고, 주입 대상 구간의 상부로 연약지반의 경우에는 주입재가 그 사이와 상부로 손실된다.
이때, 상기 선단부(11)는 상기 압밀장치(10)를 처음 박을 때, 미리 시공되어 있는 시공 홀에 잘 삽입될 수 있도록 시공 홀보다 직경이 작게 형성된 것이다.
이때, 상기 연장부(12)는 상기 선단부(11)로부터 상기 시공 홀 직경과 동일한 외경을 가지도록 제작된 것이다. 또한 상기 연장부(12)는 상단의 끝단부(15)까지 동일한 외경을 가지도록 제작되고 끝단부(15)는 시공 홀에 압밀장치(10)를 박기 위한 시공 장비에 연결된다.
상기 제2케이싱(13,14)은, 도 1 내지 도 3을 참고하면, 상기 제1케이싱(11,12,15)의 연장부(12) 외경에 구비되어 하단부는 상기 연장부(12)의 외경과 동일하고 상단부는 그 외경보다 크게 형성되도록 테이퍼 형태를 가지는 테이퍼부(13)와, 상기 테이퍼부(13)의 상단부 외경과 동일한 외경으로 연장된 압밀부(14)를 포함한다.
이때, 상기 테이퍼부(13)는 상기 선단부(11)보다 길게 형성될 수 있다.
이때, 상기 제2케이싱(13,14)은 상기 제1케이싱(11,12,15)보다 짧게 형성될 수 있다.
도 2와 도 3을 참고하면, 상기 압밀장치(10)는 하단부로부터 제1케이싱(11,12,15)의 선단부(11)와 상기 선단부(11) 상부에 연장된 연장부(12)를 포함한다. 상기 연장부(12)는 상단인 끝단부가 제2케이싱(13,14)보다 높은 위치에 위치하도록 연장부(12)가 길게 형성되어 있다. 상기 제2케이싱(13,14)의 테이퍼부(13)는 상기 연장부(12)의 하단부로부터 약간 높은 위치로부터 시작하여 약간 높은 위치까지 점차적으로 외경이 증가하도록 테이퍼 형태로 이루어져 있다. 상기 테이프부(13)로부터 압밀부(14)가 상기 연장부(12)의 상단으로부터 약간 아래까지 연장되도록 형성되어 있다.
도 1을 참고하면, 상기 압밀장치(10)가 지반에 박혀 설치되어 그라우트재가 공급되는 상태를 도시하고 있다. 상기 압밀장치(10)는 상단의 연장부(12) 끝단부(15)가 시공 장비에 설치되어 고정된 상태에서 상기 선단부(11)로부터 차례로 지반의 시공 홀에 박아 삽입하게 된다.
이때, 상기 시공 홀보다 약간 직경이 증가하는 테이퍼부(13)가 들어가면서 지반을 화살표 방향으로 압밀하게 된다. 그 다음, 상기 압밀부(14) 전체가 지반에 삽입되면서 그 높이만큼의 지반을 압밀하게 된다.
따라서, 그라우트재가 공급되기 시작하면 시공 홀과 압밀장치(10) 사이의 공간이 거의 없고 지반도 압밀된 상태이기 때문에 그라우트재가 상부로 분출하거나 공극으로 손실되는 것이 방지할 수 있다.
본 발명은 그라우트재(또는 그라우팅 주입재)를 앞서 설명한 압밀장치를 이용하여 효율적으로 그라우팅 공법을 수행할 수 있다(참고 도 4).
본 발명의 상기 그라우트재에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 그라우트재는 시멘트, 물 및 그라우트재의 물성향상을 위한 첨가제를 포함한다.
상기 시멘트는 그라우팅 공법에 사용되는 일반적인 시멘트를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 포틀랜드 시멘트, 중용열 포틀랜드 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트, 내황산염 포틀랜드 시멘트, 백색 포틀랜드 시멘트, 유정시멘트, 콜로이드 시멘트, 고로 시멘트, 플라이 애쉬 시멘트, 실리카 시멘트, 초저발열 시멘트, 지열정 시멘트, 롤러 전압다짐 콘크리트 포장용 시멘트, 알루미나 시멘트, 초속결 시멘트, 및 유리섬유보강용 저알칼리 시멘트 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 포틀랜드 시멘트, 중용열 포틀랜드 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트, 내황산염 포틀랜드 시멘트, 백색 포틀랜드 시멘트, 고로 시멘트, 플라이 애쉬 시멘트 및 실리카 시멘트 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 그라우트재는 상기 시멘트 100 중량부에 대하여 물 90 ~ 150 중량부 및 상기 첨가제 0.5 ~ 2 중량부를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 시멘트 100 중량부에 대하여 물 90 ~ 130 중량부 및 상기 첨가제 0.7 ~ 1.8 중량부를 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 시멘트 100 중량부에 대하여 물 98 ~ 125 중량부 및 상기 첨가제 0.8 ~ 1.35 중량부를 포함할 수 있다. 이때, 물 사용량이 90 ~ 150 중량부를 벗어나면 그라우트재의 점도가 너무 높거나 낮아서 그라우팅 공법 적용시 시공성이 떨어질 수 있다. 그리고, 첨가제의 사용량이 0.5 중량부 미만이면 그라우트재로 그라우팅시킨 후 경화된 그라우트재의 기계적 물성이 저조할 수 있고, 첨가제의 사용량이 2 중량부를 초과하면 그라우트재가 너무 팽창하여 오히려 기계적 물성이 크게 감소하는 물성이 있을 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
일례를 들면, 시멘트로서 1종 포틀랜드 시멘트 100 중량부에 대하여, 물 100 중량부 및 첨가제 1중량부를 혼합한 후, 팽창율 측정시 하기 수학식 1에 의거하여 팽창율 측정시 팽창율이 15 ~ 24%, 바람직하게는 15.5 ~ 20%, 더욱 바람직하게는 16 ~ 20%을 가질 수 있는 바, 그라우트재 제조시 시멘트 사용량을 줄일 수 있게 되어 공사비를 줄일 수 있으면서도, 적정 물성을 만족시킬 수 있다.
[수학식 1]
팽창율(%) = (A-B)/B × 100%
수학식 1에서 A는 첨가제가 사용된 그라우트재의 3시간 경과 후 측정한 부피이고, B는 A의 첨가제가 사용되지 않는 그라우트재의 3시간 경과 후 측정한 부피이며, 이때, 상기 A 및 B의 그라우트재는 시멘트와 물을 1 : 1 중량비로 포함한다.
또한, 본 발명의 그라우트재는 겔 타임(gel time)이 약 3.5 ~ 5 시간, 바람직하게는 3.8 ~ 4.5시간, 더욱 바람직하게는 4.0 ~ 4.5 시간 정도이다.
그리고, 본 발명의 그라우트재는 재령 3일일 때, 5 N/mm2 이상의 압축강도를 가질 수 있으며, 바람직하게는 5.2 ~ 7.0 N/mm2 의 압축강도를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 그라우트재는 재령 7일일 때, 8.5 N/mm2 이상의 압축강도를 가질 수 있으며, 바람직하게는 9.0 ~ 11.0 N/mm2 의 압축강도를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 그라우트재는 재령 28일일 때, 10.0 N/mm2 이상의 압축강도를 가질 수 있으며, 바람직하게는 10.5 ~ 13.0 N/mm2 의 압축강도를 가질 수 있다.
그리고, 본 발명의 그라우트재는 염화물량이 0.030 kg/m3 이하일 수 있고, 바람직하게는 0.015 kg/m3 이하일 수 있다.
다음으로는 그라우트재 성분으로 사용되는 상기 첨가제에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 그라우트재용 첨가제는 그라우트재를 팽창시키면서도 팽창으로 인해 감소할 수 있는 경화된 그라우트재의 물성을 보완하고 향상시키는 역할을 한다.
이러한, 본 발명의 그라우트재용 첨가제는 작업원활제, 알칼리제, 속경제, 내구성 증진제, 증점제, 소포제, 발포제 및 유동화제를 포함하는 혼합물을 포함한다.
혼합물 중 상기 작업원활제는 작업성과 시공성 향상 역할을 하는 것으로서, 폴리카르본산, 멜라민 및 리그닌술폴산염 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있고, 바람직하게는 폴리카르본산 및 리그닌술폴산염 중에서 선택된 1종 이상을, 더욱 바람직하게는 폴리카르본산을 사용할 수 있다. 그리고, 그 함량은 상기 혼합물 전체 중량 중 10 ~ 25 중량%, 바람직하게는 11 ~ 23 중량%, 더욱 바람직하게는 12 ~ 21.5 중량%를 사용할 수 있다. 이때, 작업원활제 함량이 10 중량% 미만이면 그라우트재의 팽창율이 부족하게 되어 작업성이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 25 중량%를 초과하면 오히려 팽창율이 떨어지고, 내구성 저하 문제 및 겔 타임 증대로 인한 시공성 저하 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
혼합물 중 상기 알칼리제는 제품의 안정성을 유지 및 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 염화칼슘, 규산칼슘 및 황산칼슘 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있고, 바람직하게는 규산칼슘 및 황산칼슘 중에서 선택된 1종 이상을, 더욱 바람직하게는 규산칼슘을 사용할 수 있다. 그리고, 그 함량은 상기 혼합물 전체 중량 중 5 ~ 8 중량%, 바람직하게는 6 ~ 7.5 중량%, 더욱 바람직하게는 6.5 ~ 7.2 중량%를 사용할 수 있다. 이때, 알칼리제 함량이 5 중량% 미만이면 안정성이 저하되는 문제가 있을 수 있고, 8 중량%를 초과하면 조성물간 상용성 저하로 오히려 제품의 품질 저하가 발생하는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
그리고, 혼합물 중 상기 속경제는 그라우트재가 그라우팅된 후, 그라우트재의 강도를 향상시키고 수축을 방지하는 역할을 하는 것으로서, 칼슘설퍼알루미네이트(CaO-Al2O3-SO3; CSA)를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 블레인 분말도가 5,000 ~ 8,000㎠/g인 초미립 비정질 칼슘설퍼알루미네이트를, 더욱 바람직하게는 블레인 분말도가 6,000 ~ 7,200㎠/g인 초미립 비정질 칼슘설퍼알루미네이트를 사용할 수 있다. 그리고, 그 함량은 상기 혼합물 전체 중량 중 15 ~ 23 중량%, 바람직하게는 17.5 ~ 22 중량%, 더욱 바람직하게는 18.5 ~ 20.5 중량%를 사용할 수 있다. 이때, 속경제 함량이 15 중량% 미만이면 그라우트재의 겔 타임이 너무 길어지는 문제가 있을 수 있고, 23 중량%를 초과하면 겔 타임이 너무 빨라져서 그라우트재가 충분하게 주입되지 못하는 공간이 발생할 수 있고, 그라우트재 팽창 후 공극이 너무 크고 많이 발생된 채로 경화되어 물성이 감소하는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
상기 내구성 증진제는 그라우트재의 압축강도 등의 기계적 강도를 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 실리카흄, 슬래그 및 메타카올린 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 실리카흄 및 슬래그 중에서 선택된 1종 이상을, 더욱 바람직하게는 실리카흄을 사용할 수 있다. 그리고, 내구성 증진제의 함량은 상기 혼합물 전체 중량 중 7 ~ 12 중량%, 바람직하게는 7.5 ~ 11 중량%, 더욱 바람직하게는 8 ~ 10.5 중량%를 사용할 수 있다. 이때, 내구성 증진제의 함량이 7 중량% 미만이면 그라우트재가 경화된 후, 충분한 기계적 물성을 확보하지 못하는 문제가 있을 수 있고, 12 중량%를 초과하면 그라우트재 내 다른 조성들간 상용성 저하 및 분산성 저하가 발생하는 문제가 생길 수있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
또한, 상기 증점제는 그라우트재의 적정 점도를 유지하여 그라우트의 주입성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 메셀로스 및 셀루로오스 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 메셀로스 및 하이드록시(C1 ~ C5 알킬)(C1 ~ C3 알킬) 셀룰로오스 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 하이드록시(C1 ~ C5 알킬)(C1 ~ C3 알킬) 셀룰로오스를 사용할 수 있다. 그리고, 증점제의 함량은 혼합물 전체 중량 중 4 ~ 9 중량%, 바람직하게는 4.5 ~ 8 중량%, 더욱 바람직하게는 5 ~ 7.5 중량%를 사용할 수 있다. 이때, 증점제 사용량이 4 중량% 미만이거나 9 중량%를 초과하면 그라우트재의 점도가 너무 낮거나 높아서 주입성, 시공성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 소포제는 그라우트재 팽창시 초기에 발생하는 거대기포를 미세기포로 전환시시키고, 팽창시 과하게 발생하는 기포를 조절하여 그라우트재의 팽창율을 조절하는 역할을 하는 것으로서, 상기 소포제로는 당업계에서 사용하는 일반적인 소포제를 사용할 수 있고, 바람직하게는 알콜계 소포제, 실리콘계 소포제, 지방산계 소포제, 오일계 소포제, 에스테르계 소포제 및 옥시알킬렌계 소포제 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 실리콘계 소포제, 에스테르계 소포제 및 옥시알킬렌계 소포제 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 좀 더 구체적으로는 알콜계 소포제는 옥틸알콜, 헥사데실알콜, 아세틸렌알콜, 글리콜류 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 실리콘계 소포제는 디메틸실리콘유, 실리콘 페이스트, 실리콘 에멀젼, 유기변성 폴리실록산(디메틸폴리실록산 등의 폴리오르가노실록산) 및 플루오로실리콘유 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 지방산계 소포제는 올레인산, 스테아린산 및 이들의 알킬렌옥사이드 부가물 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 또한, 에스테르계 소포제는 글리세린모노리시놀레이트, 알케닐호박산 유동체, 솔비톨모노라울에이트, 솔비톨트리올레이트 및 천연 왁스 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 옥시알킬렌계 소포제는 폴리옥시알킬렌류, (폴리)옥시알킬에테르류, 아세틸렌에테르류, (폴리)옥시알킬렌알킬인산에스테르류 및 (폴리)옥시알킬렌알킬아민류 및 (폴리)옥시알킬렌아미드 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
그리고, 소포제의 함량은 혼합물 전체 중량 중 12 ~ 16 중량%, 바람직하게는 13 ~ 15 중량%, 더욱 바람직하게는 13.5 ~ 15 중량%를 사용할 수 있다. 이때, 소포제 함량이 12 중량% 미만이면 그라우트재의 팽창율이 과도하게 높아져서 박리현상 발생 및 강도 등의 물성이 오히려 낮아질 수 있고, 16 중량%를 초과하면 그라우트재 팽창율이 10% 미만으로 너무 낮아지는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
또한, 상기 발포제는 그라우트재를 팽창시키는 역할을 하는 것으로서, 발포제로는 알루미늄 분말을 사용할 수 있다. 그리고, 발포제의 함량은 혼합물 전체 중량 중 10 ~ 18 중량%, 바람직하게는 10.5 ~ 16.5 중량%, 더욱 바람직하게는 11 ~ 15.5 중량%를 사용할 수 있다. 이때, 발포제 사용량이 10 중량% 미만이거나 18 중량%를 초과하여 사용하면 그라우트재의 적정 팽창율인 10 ~ 24%를 만족시키지 못할 수 있다.
또한, 상기 유동화제는 첨가제 내 조성물들과 시멘트와의 혼용성, 상용성을 향상시켜서, 적은 물-시멘트비에서도 충분한 주입성을 얻을 목적으로 사용하는 것으로서, 아미노술폰산계 유동화제 및 나프탈렌계 유동화제 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 나프탈렌을 사용할 수 있다.
본 발명의 그라우트재용 첨가제는 앞서 설명한 조성 및 조성비를 가지는 첨가제 외에 수축저감제, 오존열화방지제, 내마모강도 향상제 및 석고 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 수축저감제는 그라우트재가 주입 및 경화된 후, 외부 환경 등에 의해 수축되는 것을 방지하는 역할을 하는 것으로서, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 및 메타크릴산과 메톡시폴리프로필렌글리콜의 중합체 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 프로필렌글리콜 및 메타크릴산과 메톡시폴리프로필렌글리콜의 중합체를 1 : 2 ~ 3 중량비로 혼합하여 사용할 수 있다. 그리고, 수축저감제의 사용량은 상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 1 ~ 3 중량부를, 바람직하게는 1.5 ~ 3 중량부를, 더욱 바람직하게는 1.5 ~ 2.5 중량부를 사용하는 것이 좋으며, 수축저감재의 사용량이 1 중량부 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 이를 추가적으로 사용하는 효과를 볼 수 없을 수 있고, 3 중량부를 초과하여 사용하면 그라우트재의 팽창성을 감소시키는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
또한, 상기 오존열화방지제는 수중에서 활성화된 오존라디칼의 산화작용에 의한 그라우트재 주입재의 촉진열화작용을 오존열화방지제 분자구조에 아민과 결합된 방향족 고리화합물 거대분자의 이중결합부분이 자유전자 이동현상에 의해 활성화된 오존 라디칼과 상쇄되어 그라우트재의 열화 방지 및 열화를 지연시키기 위해 사용할 수 있다. 이러한 오존열화방지제로는 페닐렌디아민(Phenylenediamine-based)계 왁스를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 6PPD(N-(1,3-dimethylutyl)-N'-phenyl-pphenylenediamine) 및 TAPDT(2,4,6-tris-(N-1,4-dimethylpentyl-p-phenylenediamino)-1,3,5-triazine) 중에서 선택된 1종 이상으로 사용할 수 있다. 그리고, 오존열화방지제의 사용량은 상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 0.001 ~ 0.05 중량부를, 바람직하게는 0.01 ~ 0.04 중량부를, 더욱 바람직하게는 0.02 ~ 0.04 중량부를 사용하는 것이 좋다. 이때, 오존열화방지제 사용량이 0.001 중량부 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 이를 사용하는 효과가 미비한 문제가 있을 수 있고, 0.05 중량부를 초과하여 사용하면 상기 첨가제 내 조성물들간 상용성을 저하시키는 문제가 있을 수 있다.
또한, 상기 내마모강도 향상제는 그라우트재가 경화된 경화체의 부착강도, 인장강도 및 내마모성을 향상시키고, 염화물 이온 침투 방지 및 동결융해 방지 등 내구성과 방수성을 부여하는 역할을 한다. 상기 내마모강도 향상제로는 아크릴계 화합물, 에틸렌비닐아세테이트(EVA, Ethylene-vinyl acetate)계 화합물 및 스티렌-부타디엔 고무(SBR, Stryrene-butadiene rubber)계 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 메틸아크릴레이트-부타디엔 60 ~ 70 중량%, 부틸아크릴레이트-스티렌 12 ~ 15 중량%, 말레인산디에틸 2 ~ 5 중량%, 폴리스티렌 7 ~ 9 중량% 및 잔량의 메틸아크릴레이트-아크릴로니트릴을 포함할 수 있다. 그리고, 내마모강도 향상제의 사용량은 상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 0.5 ~ 2.5 중량부를, 바람직하게는 1 ~ 2.5 중량부를, 더욱 바람직하게는 1.5 ~ 2.5 중량부를 사용하는 것이 좋으며, 0.5 중량부 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 이를 사용하는 효과가 미비할 수 있고, 2.5 중량부를 초과하여 사용하는 것은 과량 사용으로서 그라우트재 경화제의 주입성을 떨어뜨리는 문제를 야기할 수 있다.
또한, 상기 석고는 상기 혼합물의 발포제의 발포성을 보조하여 그라우트재의 안정적인 발포성, 팽창성을 확보 및 수축보상 효과를 보기 위해 추가적으로 사용할 수 있다. 상기 석고로는 당업계에서 사용하는 일반적인 석고를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 무수석고 및 탈황석고 중에서 선택된 1종 이상을, 더욱 바람직하게는 탈황석고를 사용하는 것이 좋다. 그리고, 그 사용량은 상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 0.01 ~ 0.3 중량부를, 바람직하게는 0.02 ~ 0.2 중량부를, 더욱 바람직하게는 0.05 ~ 0.1 중량부를 사용하는 것이 좋으며, 0.01 중량부를 사용하는 것은 너무 적은 양으로서 이를 추가적으로 사용하는 효과를 볼 수 없을 수 있고, 0.3 중량부를 초과하여 사용하면 그라우트재의 팽창율이 급격하게 증대할 수 있으므로 상기 범위 내로 추가 사용하는 것이 좋다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
[
실시예
]
실시예
1 :
그라우트재용
첨가제 제조
작업원활제인 폴리카르본산 21.13 중량%, 알칼리제로서 규산칼슘 7.04 중량%, 속경제로서 블레인 분말도가 6,500 ~ 7,000㎠/g인 초미립 비정질 칼슘설퍼알루미네이트 19.72 중량%, 내구성 증진제로서 실리카 흄 8.45 중량%, 증점제로서 하이드록시 프로필메틸 셀룰로오스 7.04 중량%, 솔비톨트리올레이트 및 (폴리)옥시알킬렌아미드를 1 : 2.2 중량비를 혼합한 소포제 14.09 중량%, 발포제로서 알루미늄 분말 11.27 중량% 및 잔량의 유동화제를 혼합 및 교반하여 혼합물을 제조함으로써, 그라우트재용 첨가제를 제조하였다.
실시예
2 및
비교예
1 ~ 6
상기 실시예 1과 동일한 조성을 이용하여 그라우트재용 첨가제를 제조하되, 하기 표 1과 같은 조성비를 가지도록 하여 그라우트재를 제조하였다.
실시예
3
상기 실시예 1과 동일한 조성 및 조성비를 가지는 혼합물을 제조하였다.
상기 혼합물 100 중량부에 대하여 수축저감제 1.85 중량부, 오존열화방지제 0.025 중량부, 내마모강도 향상제 1.72 중량부, 탈황석고 0.08 중량부를 혼합 및 교반하여 그라우트재용 첨가제를 제조하였다.
이때, 상기 수축저감제는 프로필렌글리콜 및 메타크릴산과 메톡시폴리프로필렌글리콜의 중합체를 1 : 2.3 중량비로 혼합한 것을 사용하였고, 상기 오존열화방지제는 TAPDT(2,4,6-tris-(N-1,4-dimethylpentyl-p-phenylenediamino)-1,3,5-triazine)를 사용하였으며, 상기 내마모강도 향상제는 메틸아크릴레이트-부타디엔 67.8 중량%, 부틸아크릴레이트-스티렌 13.5 중량%, 말레인산디에틸 4.2 중량%, 폴리스티렌 7.9 중량% 및 잔량의 메틸아크릴레이트-아크릴로니트릴을 포함하는 것을 사용하였다.
| 구분 (중량%) |
실시예 1 | 실시예 2 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | 비교예 4 | 비교예 5 | 비교예 6 |
| 작업원활제 | 21.13 | 16.26 | 26.2 | 8.9 | 21.13 | 21.13 | 21.13 | 21.13 |
| 알칼리제 | 7.04 | 6.5 | 7.1 | 7.1 | 4.2 | 7.04 | 7.04 | 7.04 |
| 속경제 | 19.72 | 19.51 | 19.80 | 19.80 | 19.72 | 19.72 | 19.72 | 24.05 |
| 내구성증진제 | 8.45 | 9.76 | 8.98 | 8.98 | 8.45 | 8.45 | 8.45 | 8.45 |
| 증점제 | 7.04 | 5.69 | 7.04 | 7.04 | 7.04 | 7.04 | 7.04 | 7.04 |
| 소포제 | 14.09 | 14.63 | 14.09 | 14.09 | 14.09 | 10.05 | 16.52 | 16.52 |
| 발포제 | 11.27 | 15.45 | 11.27 | 11.27 | 11.27 | 11.27 | 11.27 | 11.27 |
| 유동화제 | 100 중량% 중 나머지 잔량 | |||||||
제조예
1 :
그라우트재의
제조
1종 포틀랜드 시멘트 100 중량부, 물 100 중량부 및 상기 실시예 1의 그라우트재용 첨가제 1 중량부를 혼합하여 그라우트재를 제조하였다.
제조예
2
1종 포틀랜드 시멘트 100 중량부, 물 100 중량부 및 상기 실시예 2의 그라우트재용 첨가제 1 중량부를 혼합하여 그라우트재를 제조하였다.
제조예
3
1종 포틀랜드 시멘트 100 중량부, 물 100 중량부 및 상기 실시예 3의 그라우트재용 첨가제 1 중량부를 혼합하여 그라우트재를 제조하였다.
비교제조예
1
1종 포틀랜드 시멘트 100 중량부, 물 100 중량부를 혼합하여 시멘트 모르타르를 제조하였다.
비교제조예
2 ~
비교제조예
7
1종 포틀랜드 시멘트 100 중량부, 물 100 중량부 및 그라우트재용 첨가제 1 중량부를 혼합하여 그라우트재를 제조하되, 첨가제로서 비교예 1 ~ 비교예 6의 첨가제를 각각 사용하여 그라우트재를 각각 제조함으로서, 비교제조예 2 ~ 7을 차례대로 실시하였다.
실험예
1 :
그라우트재의
팽창율
및 겔 타임 측정
(1) 상기 제조예 1 ~ 3및 비교제조예 2 ~ 7의 그라우트재 및 비교제조예 1의 시멘트 모르타르의 시간에 따른 팽창율을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었으며, 이때, 팽창율은 하기 수학식 1에 의거하여 측정하였다.
그리고, 비교제조예 1 및 제조예 1의 시간 변화에 따른 팽창 변화 사진을 도 5에 나타내었다.
[수학식 1]
팽창율(%) = (A-B)/B × 100%
수학식 1에서 A는 첨가제가 사용된 그라우트재의 3시간 경과 후 측정한 부피이고, B는 A의 첨가제가 사용되지 않는 그라우트재(비교제조예 1)의 3시간 경과 후 측정한 부피이며, 이때, 상기 A 및 B의 그라우트재는 시멘트와 물을 1 : 1 중량비로 포함한다.
(2) 상기 제조예 1 ~ 2의 그라우트재 및 비교제조예 1의 시멘트 모르타르의 시간에 따른 겔 타임(gel time 또는 thickening time), 즉, 그라우트재 주입 후, 정지된 상태에서 유동성을 잃어가는 시간을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 구분 | 첨가제 | 팽창율(%) | 겔 타임 (gel time, 시간) |
| 비교제조예 1 | - | 0% | - |
| 제조예 1 | 실시예 1 | 19.3% | 4시간 30분 |
| 제조예 2 | 실시예 2 | 17.4% | 4시간 15분 |
| 제조예 3 | 실시예 2 | 16.9% | 4시간 2분 |
| 비교제조예 2 | 비교예 1 | 12.4% | 3시간30분 |
| 비교제조예 3 | 비교예 2 | 14.5% | 5시간 10분 |
| 비교제조예 4 | 비교예 3 | 13.0% | 3시간 25분 |
| 비교제조예 5 | 비교예 4 | 25.2% | 5시간 30분 |
| 비교제조예 6 | 비교예 5 | 10.9% | 3시간 30분 |
| 비교제조예 7 | 비교예 6 | 22.5% | 2시간 55분 |
상기 표 2의 측정결과를 살펴보면, 제조예 1 ~ 3은 팽창율이 15 ~ 24%로 적정 팽창율을 가지며, 4시 ~ 4시간30분의 적정 겔 타임을 가지는 것을 확인할 수 있다. 특히, 제조예 3의 경우, 제조예 1과 비교할 때, 상대적으로 팽창율이 다소 낫고, 겔 타임이 좀 더 짧았다
그러나, 작업원활제를 과량 사용한 비교예 1의 첨가제를 이용한 비교제조예 2의 경우, 팽창율이 낮았으며, 시공성이 좋지 않았으며, 작업원활제를 너무 적게 사용한 비교예 2의 첨가제를 이용한 비교제조예 3의 경우, 오히려 팽창율이 15% 미만으로 다소 낮아졌고, 겔 타임이 너무 길어지는 문제가 있었다.
또한, 알칼리제를 5 중량% 미만으로 사용한 비교예 3의 첨가제를 이용한 비교제조예 4의 경우, 팽창율이 낮고, 안전성이 저하하였다.
또한, 소포제 함량이 12 중량% 미만인 비교예 4의 첨가제를 이용한 비교제조예 5의 경우, 팽창율이 25.2%로 너무 높고 겔타임이 너무 긴 문제가 있었으며, 소포제 함량이 16 중량%를 초과한 비교예 5의 첨가제를 이용한 비교제조예 6의 경우, 팽창율이 너무 낮은 문제가 있음을 확인할 수 있었다.
그리고, 속경제 함량이 23 중량%를 초과한 비교예 5의 첨가제를 이용한 비교제조예 7의 경우, 겔 타임이 너무 빠른 문제가 있었다.
실험예
2 :
그라우트재의
압축 강도 측정
상기 실험예 1의 겔화된 그라우트재의 압축강도, 휨강도 및 염화물량을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
이때, 압축강도, 휨강도 및 염화물량은 KS F 4044에 의거하여 측정하였다.
| 구분 | 압축강도(N/mm2), 재령시간 | 휨강도 (N/mm2) |
염화물량 (kg/m3) |
||
| 3일 | 7일 | 28일 | |||
| 비교제조예 1 | 5.2 | 8.7 | 10.8 | 0.35 | 0.012 |
| 제조예 1 | 5.5 | 9.0 | 10.9 | 0.46 | 0.015 |
| 제조예 2 | 5.9 | 10.3 | 12.0 | 0.45 | 0.009 |
| 제조예 3 | 5.4 | 9.9 | 11.5 | 0.40 | 0.011 |
| 비교제조예 2 | 3.5 | 8.5 | 8.6 | 0.38 | 0.005 |
| 비교제조예 3 | 2.5 | 5.6 | 6.8 | 0.23 | 0.02 |
| 비교제조예 4 | 5.0 | 8.5 | 9.2 | 0.45 | 0.018 |
| 비교제조예 5 | 4.0 | 5.9 | 9.1 | 0.40 | 0.010 |
| 비교제조예 6 | 4.3 | 6.0 | 8.8 | 0.38 | 0.016 |
| 비교제조예 7 | 5.2 | 7.2 | 9.4 | 0.39 | 0.015 |
상기 표 3의 실험결과를 살펴보면, 제조예 1 ~ 3의 그라우트재는 28일 재령시 압축강도가 10 N/mm2 이상을 보인데 반해, 비교제조예 2 ~ 7의 경우 이 보다 좋지 않음을 확인할 수 있었다. 그리고, 제조예 1 ~ 3의 그라우트재가 미량의 염화물량만 내포하고 있는 것을 확인할 수 있었다.
이러한, 본 발명의 그라우트재는 우수한 팽창율을 가지면서도 적정 압축강도를 확보하고 있는 바, 높은 시공비를 요하지 않는 다양한 용도에 적용될 수 있으며, 구체적인 예를 들면, 그라우재로서 너무 높은 압축강도를 요하지 않는, 저수지 제체 및 기초지반, 방조제 및 기초지반, 방수제 및 기초지반, 기타 투수성 지반을 대상으로 흙입자의 공극이나 암반의 절리 및 파쇄 등에 그라우트를 주입하여 누수 되는 물을 차단하거나 허용한계치 이내로 줄여 구조물 및 기초지반의 안전성을 확보하기 위한 용도로 활용하기에 적합하다.
상기 실시예 및 실험예를 통하여, 적정 팽창율, 겔 타임 및 물성이 우수한 그라우트재를 제공할 수 있음을 확인할 수 있었으며, 도 4에 나타낸 바와 같이 이러한 그라우트재 및 본 발명의 압밀장치를 이용하여 그라우팅 공법을 용이하게 수행할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
10 : 압밀장치 11 : 선단부
12 : 연장부 13 : 테이퍼부
14 : 압밀부 15 : 끝단부
12 : 연장부 13 : 테이퍼부
14 : 압밀부 15 : 끝단부
Claims (12)
- 그라우팅 공법의 압밀장치용 그라우트에 사용되는 그라우트용 첨가제로서,
작업원활제 10 ~ 25 중량%, 알칼리제 5 ~ 8 중량%, 속경제 15 ~ 23 중량%, 내구성 증진제 7 ~ 12 중량%, 증점제 4 ~ 9 중량%, 소포제 12 ~ 16 중량%, 발포제 10 ~ 18 중량% 및 잔량의 유동화제를 포함하는 혼합물을 포함하며,
상기 작업원활제는 폴리카르본산, 멜라민 및 리그닌술폴산염 중에서 선택된 1종 이상을 포함하며,
상기 알칼리제는 염화칼슘, 규산칼슘 및 황산칼슘 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
상기 속경제는 블레인 분말도가 5,000 ~ 8,000㎠/g인 초미립 비정질 칼슘설퍼알루미네이트를 포함하며,
상기 내구성 증진제는 실리카흄, 슬래그 및 메타카올린 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
상기 증점제는 메셀로스 및 하이드록시(C1 ~ C5 알킬)(C1 ~ C3 알킬) 셀룰로오스 중에서 선택된 1종 이상을 포함하며,
상기 소포제는 알콜계 소포제, 실리콘계 소포제, 지방산계 소포제, 오일계 소포제, 에스테르계 소포제 및 옥시알킬렌계 소포제 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
상기 발포제는 알루미늄 분말을 포함하며,
상기 유동화제는 아미노술폰산계 유동화제 및 나프탈렌계 유동화제 중에서 선택된 1종 이상을 포함하며,
상기 그라우팅 공법의 압밀장치는 그라우트재 공급을 위하여 지반에 형성시킨 시공 홀에 처음으로 삽입되고 상기 시공 홀 직경보다 작게 형성된 선단부와, 상기 선단부로부터 연장되고 상기 시공 홀과 동일한 직경으로 형성되며 상기 시공 홀에 삽입을 위한 장비에 상단부가 연결되는 연장부를 포함하는 제1케이싱; 및
상기 제1케이싱의 연장부 외경에 구비되어 하단부는 상기 연장부의 외경과 동일하고 상단부는 상기 시공 홀 외경보다 크게 형성되도록 테이퍼 형태를 가지는 테이퍼부와, 상기 테이퍼부의 상단부 외경과 동일한 외경으로 연장된 압밀부를 포함하는 제2케이싱; 을 포함하되,
상기 시공 홀에 제2케이싱이 삽입될 때 그 직경이 시공 홀을 상기 압밀부의 외경까지 압밀하면서 삽입되는 그라우팅 공법의 압밀장치인 것을 특징으로 하는 그라우트재용 첨가제. - 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 수축저감제 1 ~ 3 중량부, 오존열화방지제 0.001 ~ 0.05중량부, 내마모강도 향상제 0.5 ~ 2.5 중량부 및 석고 0.01 ~ 0.3 중량부 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그라우트재용 첨가제.
- 삭제
- 제3항에 있어서, 상기 수축저감제는 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 및 메타크릴산과 메톡시폴리프로필렌글리콜의 중합체 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 그라우트재용 첨가제.
- 제3항에 있어서, 상기 오존열화방지제는 페닐렌디아민(Phenylenediamine-based)계 화합물을 포함하고,
상기 내마모강도 향상제는 아크릴계 화합물, 에틸렌비닐아세테이트(EVA, Ethylene-vinyl acetate)계 화합물 및 스티렌-부타디엔 고무(SBR, Stryrene-butadiene rubber)계 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 포함하며,
상기 석고는 무수석고 및 탈황석고 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 그라우트재용 첨가제. - 삭제
- 시멘트 100 중량부에 대하여, 물 90 ~ 150 중량부; 및 제1항, 제3항, 제5항 또는 제6항의 상기 그라우트재용 첨가제 0.5 ~ 2 중량부;를 포함하며,
상기 시멘트, 물 및 그라우트재용 첨가제를 혼합 후, 하기 수학식 1에 의거하여 팽창율 측정시, 그라우트재의 팽창율이 16 ~ 24%를 만족하고, 겔 타임(gel time)이 3.8 ~ 4.5 시간이며,
그라우트재는 재령 28일일 때, 압축강도 10.5 ~ 13.0 N/mm2 이고, 염화물량이 0.015 kg/m3 이하인 것을 특징으로 하는 그라우트재;
[수학식 1]
팽창율(%) = (A-B)/B × 100%
수학식 1에서 A는 첨가제가 사용된 그라우트재의 3시간 경과 후 측정한 부피이고, B는 A의 첨가제가 사용되지 않는 그라우트재의 3시간 경과 후 측정한 부피이며, 이때, 상기 A 및 B의 그라우트재는 시멘트와 물을 1 : 1 중량비로 포함한다. - 그라우트재 공급을 위하여 지반에 형성시킨 시공 홀에 처음으로 삽입되고 상기 시공 홀 직경보다 작게 형성된 선단부와, 상기 선단부로부터 연장되고 상기 시공 홀과 동일한 직경으로 형성되며 상기 시공 홀에 삽입을 위한 장비에 상단부가 연결되는 연장부를 포함하는 제1케이싱; 및
상기 제1케이싱의 연장부 외경에 구비되어 하단부는 상기 연장부의 외경과 동일하고 상단부는 상기 시공 홀 외경보다 크게 형성되도록 테이퍼 형태를 가지는 테이퍼부와, 상기 테이퍼부의 상단부 외경과 동일한 외경으로 연장된 압밀부를 포함하는 제2케이싱; 을 포함하되,
상기 시공 홀에 제2케이싱이 삽입될 때 그 직경이 시공 홀을 상기 압밀부의 외경까지 압밀하면서 삽입되는 그라우팅 공법용 압밀장치. - 제9항에 있어서, 상기 테이퍼부는 상기 선단부보다 길게 형성된 그라우팅 공법용 압밀장치.
- 제9항에 있어서, 상기 제2케이싱은 상기 제1케이싱 보다 짧게 형성된 그라우팅 공법용 압밀장치.
- 제8항의 그라우트재를 압밀장치를 이용하여 그라우팅(grouting)을 수행하며, 상기 압밀장치는
그라우트재 공급을 위하여 지반에 형성시킨 시공 홀에 처음으로 삽입되고 상기 시공 홀 직경보다 작게 형성된 선단부와, 상기 선단부로부터 연장되고 상기 시공 홀과 동일한 직경으로 형성되며 상기 시공 홀에 삽입을 위한 장비에 상단부가 연결되는 연장부를 포함하는 제1케이싱; 및
상기 제1케이싱의 연장부 외경에 구비되어 하단부는 상기 연장부의 외경과 동일하고 상단부는 상기 시공 홀 외경보다 크게 형성되도록 테이퍼 형태를 가지는 테이퍼부와, 상기 테이퍼부의 상단부 외경과 동일한 외경으로 연장된 압밀부를 포함하는 제2케이싱; 을 포함하되,
상기 시공 홀에 제2케이싱이 삽입될 때 그 직경이 시공 홀을 상기 압밀부의 외경까지 압밀하면서 삽입되는 것을 특징으로 하는 그라우팅 공법.
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