KR102585597B1 - 친환경 저탄소 지반 그라우트재 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시멘트 사용량의 일부를 고로슬래그 미분말 및 초임계 유동층 보일러 플라이애시와 같은 산업부산물로 대체함과 동시에 칼슘알루미네이트와 황산칼슘으로 이루어진 급경제를 적용함으로써 지하수와 접촉하여 희석되거나 풀리는 성질이 개선되어 내수성이 크게 향상되었을 뿐만 아니라, 본 발명의 조성 내 유기적 상호작용으로 시간이 지나더라도 체적 변화가 거의 없어 장기 내구성이 크게 향상된 친환경 저탄소 지반 그라우트재 조성물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 친환경 저탄소 지반 그라우트재 조성물에 관한 것이다.
그라우팅(Grouting)은, 토목공사 또는 건축공사 시 누수 방지 또는 토질안정 등을 위하여 지반의 갈라진 틈이나 공동(空洞)에 충전재를 주입하는 시공방법을 지칭한다. 상기한 그라우팅에 의해, 지반속에서 고여있는 물이나 흐르고 있는 물을 차단하여 기초공사를 원활하게 수행할 수 있고, 연약한 지반을 단단하게 할 수 있다. 상기한 그라우팅에 사용되는 주입재를 그라우트(Grout) 또는 그라우트재라고 한다.
상기 그라우트의 종류로는, 시멘트, 물, 점토 등을 이용하는 시멘트계 그라우트, 철골기초의 충전이나 이음새 부분의 충전 보강용으로 주로 사용되는 철분질계 그라우트, 지수와 토질 안정용에 주로 사용되는 아스팔트계 그라우트, 케미컬 그라우트 등이 있다. 그런데 상기 시멘트계 그라우트는, 시멘트에 포함된 독성물질이 용출되어 토양을 오염시킨다는 단점이 있다. 또한 상기 케미컬 그라우트는, 시간의 경과에 따라 그라우트의 용탈이 진행되어, 주입된 그라우트가 본래의 기능을 상실하고 지하수를 오염시킨다는 문제점이 있어 최근에는 케미컬 그라우트를 화학적으로 개질한 약액 그라우트의 사용이 증가하고 있다.
이러한 약액 그라우트로는 물유리계인 규산소다를 흔히 사용하고 있다. 그러나 규산소다와 같은 물유리계를 사용한 지반 주입재는 지하수가 존재하는 토질에 유입되어 경화재와 접하는 경우, 물유리의 용탈현상이 일어나면서 점차적으로 경화체가 수축하거나 이에 따른 강도저하로 인하여 시공된 지반 주입재로서의 차수 및 보강효과를 상실하게 되는 우려가 있을 뿐 아니라 이로 인해 지하수를 오염시킬 가능성을 지녀 안전에 대한 신뢰성 및 환경공해성에 있어서 의문이 제기되어 왔다. 따라서 물유리계의 문제점을 해결하기 위해 급경제를 첨가하는 등 다양한 시도가 이루어지고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 도출된 것으로, 시멘트 사용량의 일부를 고로슬래그 미분말 및 초임계 유동층 보일러 플라이애시와 같은 산업부산물로 대체함과 동시에 칼슘알루미네이트와 황산칼슘으로 이루어진 급경제를 적용함으로써 물유리의 용탈현상을 방지하여 치수 안정성 및 강도가 향상된 친환경 저탄소 지반 그라우트재 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 저탄소 지반 그라우트재 조성물은 규산나트륨 100중량부와, 물 100~300중량부를 포함하는 제1 액 40~60중량% 및 주재 100중량부, 칼슘알루미네이트 1~50중량부, 황산칼슘 1~50중량부, 감수제 0.1~3중량부와, 응결조절제 0.01~1중량부를 포함하는 제2 액 40~60중량%를 포함하되, 상기 주재는 시멘트 5~20중량%, 고로슬래그 40~60중량%와, 초임계 유동층 보일러 플라이애시 20~50중량%로 이루어진다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 저탄소 지반 그라우트재 조성물은 시멘트 사용량의 일부를 고로슬래그 미분말 및 초임계 유동층 보일러 플라이애시와 같은 산업부산물로 대체함과 동시에 칼슘알루미네이트와 황산칼슘으로 이루어진 급경제를 적용함으로써 지하수와 접촉하여 희석되거나 풀리는 성질이 개선되어 내수성이 크게 향상되었을 뿐만 아니라, 본 발명의 조성 내 유기적 상호작용으로 시간이 지나더라도 체적 변화가 거의 없어 장기 내구성이 크게 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 조성물에서는 시멘트 사용량을 종래대비 20% 이하로 감소시킴으로써 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 온실가스인 이산화탄소의 발생을 80% 이상 저감할 수 있어 친환경적일 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들이 상세하게 설명된다. 그러나 본 발명이 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 내용을 더 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서 일 요소가 다른 요소 '위' 또는 '아래'에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 일 요소가 다른 요소 '위' 또는 '아래'에 바로 위치하거나 또는 그들 요소들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다는 의미를 모두 포함한다. 본 명세서에서, '상부' 또는 '하부' 라는 용어는 관찰자의 시점에서 설정된 상대적인 개념으로, 관찰자의 시점이 달라지면, '상부' 가 '하부'를 의미할 수도 있고, '하부'가 '상부'를 의미할 수도 있다.
복수의 도면들 상에서 동일 부호는 실질적으로 서로 동일한 요소를 지칭한다. 또한, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 기술되는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 지칭하는 용어 그라우트(Grout) 또는 그리우트재는 그라우팅에 사용되는 주입재를 의미한다.
한편, 본 발명의 친환경 저탄소 지반 그라우트재는 방조제, 저수지, 하천제방 등의 수리구조물과 지하철, 터널, 도로공사 등의 대단위 건축 및 토목공사에 이르기까지 지반 하부의 저류수를 차단하고 지반보강을 위하여 실시하는 차수 그라우팅 공사에 사용될 수 있다.
한편, 본 발명에서 지칭하는 용어 블리딩은 타설된 콘크리트에 있어서 시멘트와 골재가 침강하고, 물이 상승하여 상면에 모이는 현상을 의미한다.
한편, 본 발명의 그라우트재는 2액형인 것이 적용될 수 있으며, 2액형은 지반에 주입됨과 동시에 합류 및 혼합되면서 고결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 저탄소 지반 그라우트재 조성물은 제1 액과 제2 액을 포함한다.
제1 액은 규산나트륨과 물을 포함하며, 조성물 전체 중량%에 대해 40~60중량%로 포함될 수 있다.
제1 액은 규산나트륨 100중량부와, 물 100~300중량부를 포함할 수 있는데, 이는 물이 100중량부 미만이면, 규산나트륨의 농도가 높아 작업 시 급결제와의 혼합이라든지 토출이 어렵고 수축이 커져 내구성이 떨어질 수 있고, 300중량부를 초과하면, 농도가 낮아 응결이 이루어지지 않을 수 있으므로 바람직하지 못하다. 상기 언급한 비율로 구성된 제1 액을 하기 후술할 제2 액과 혼합하는 경우 물유리의 용탈현상을 방지하여 치수 안정성 및 강도를 확보할 수 있다.
제2 액은 주재, 황산칼슘, 칼슘알루미네이트, 감수제와, 응결조절제를 포함하며, 조성물 전체 중량%에 대해 40~60중량%로 포함될 수 있다.
주재는 시멘트, 고로슬래그와, 플라이애시로 이루어질 수 있다.
시멘트는 조강 또는 초조강 등의 각종 포틀랜드 시멘트를 분쇄 또는 분급에 의해 10μm 이하의 평균 입경을 갖는 미립자화된 것이 적용될 수 있다. 시멘트 평균 입경이 10μm를 초과하는 경우, 주입 시 침투성이 열악해지고, 응결이후의 초기 경화반응을 향상시키는데 충분하지 않은 문제가 발생할 수 있다. 이러한 시멘트는 주재 전체 중량%에 대해 5~20중량%로 포함될 수 있는데, 이는 시멘트가 5중량% 미만이면 응결이후 초기 경화반응이 늦어지는 현상이 발생될 수 있고, 20중량%를 초과하면, 주입재를 현탁액으로 하였을 때 점성이 증가하여 침투성이 떨어질 뿐 아니라, 친환경성, 경제성이 떨어지고 중금속 오염도 증가될 수 있다.
고로슬래그는 제철공장에서 선철과 함께 생성되는 용융슬래그를 급랭시켜 얻은 입상의 수쇄슬래그를 건조 및 분쇄하여 미분화한 것으로, 잠재수경성을 가지고 있으며, 산화제이철을 고로슬래그 전체 중량%에 대해 0.5중량% 미만으로 함유하는 것이 바람직하다. 이는 산화제이철의 함량이 0.5중량% 이상이면, 고로슬래그 분말도가 충분하다고 하더라도 고로슬래그 자체의 색상이 갈색을 띄기 때문에 조성물로 사용하기에 적합하지 않을 수 있다. 고로슬래그의 반응성은 일반적으로 염기도 및 유리화율이 높을수록 크며, 비중은 2.90 내지 2.94 범위이고 분말도는 평균 입경 1~10μm인 것이 적당하다. 상기 분말도가 10μm를 초과하는 경우, 초기 활성도는 좋으나 주입 시 침투성이 저하되는 것과 더불어 단기, 장기적인 강도의 발현성 향상이 충분히 나타나지 않을 수 있고, 건조수축이 커지므로 균열이 발생하기 쉽다. 본 실시예에서 고로슬래그는 CaO 35~50중량%, Al2O3 10~25중량%, SiO2 31~40중량%, 및 Fe2O3 0.1~0.5중량%, 바람직하게는 CaO 40~50중량%, Al2O3 10~25중량%, SiO2 31~40중량%, 및 Fe2O3 0.2~0.4중량%로 구성된 것이 적용될 수 있으며, 상기 언급한 성분 외에도 MgO, TiO2, Na2O, K2O 등의 불순물이 함유되어 있을 수 있으나, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위 내에 있으면 허용되어질 수 있다. 이러한 고로슬래그는 주재 전체 중량%에 대해 40~60중량%로 포함될 수 있는데, 이는 고로슬래그가 40중량% 미만이면, 경제성이 떨어질 수 있고, 60중량%를 초과하면, 반응성이 떨어져 초기 강도 확보가 어려울 수 있다.
순환 유동층 보일러 플라이애시는 시멘트를 대체하는 결합재로, 초임계 상태에서 보일러를 가동하는 초임계 유동층 보일러에서 배출되는 플라이애시를 포함할 수 있다. 초임계 유동층 보일러는 물이 증기로 변환되는 임계조건(225.5kg/㎝2 증기압, 374℃증기온도)으로 가하여 발전하는 보일러를 지칭할 수 있다. 일반적인 플라이애시는 석탄화력발전소에서 연료(미분말로 분쇄한 석탄)와 공기를 주입하여 연소(1,200~1,500℃하는 공정을 통해 배출되는 플라이애시이고, 순환 유동층 보일러 플라이애시는 순환 유동층 보일러에서 공기와 석회를 동시에 주입하여 지속적으로 열을 순환시키면서 석탄을 완전 연소(760~950℃하는 공정을 통해 배출되는 플라이애시이다. 이에 반해 상기 초임계 유동층 보일러 플라이애시는 초임계 유동층 보일러에서 공기대신 산소를 주입하여 초임계 상태에서 연료(석탄)을 연소하는 공정을 통해 배출되는 플라이애시인 것을 지칭할 수 있다. 이들 플라이애시들은 석탄을 연료로 하는 발전설비에서 배출되는 플라이애시라는 점에서 공통점이 있으나, 발전설비의 구체적인 처리방식이 달라 플라이애시의 화학성분과 물리적 특성에서 차이가 있으며, 특히 초임계 유동층 보일러 플라이애시는 20% 이상의 CaO, 15% 이상의 Fe2O3, 8% 이상의 SO3 성분을 함유할 수 있다. CaO와 SO3에 의한 CaSO4는 Ca(OH)2 및 C3A와 반응하여 에트링자이트(Ettringite) 수화물을 형성하며, 초기 강도 증진에 기여하고 더불어 Fe2O3는 CaO와 결합하여 수화반응성이 있는 칼슘페라이트(2CaO.Fe2O) 광물을 일부 형성할 수 있다. 칼슘페라이트 광물은 일반적인 플라이애시에서는 형성되지 않거나 극히 일부 생성되는 수화물로서, Fe2O3의 함량이 높은 초임계 유동층 보일러 플라이애시 사용 시에 형성되는 수화물이다.
본 실시예에서 상기 초임계 유동층 보일러 플라이애시는 초임계 유동층 보일러 플라이애시 100중량부 당 Fe2O3 10~20중량부, SO3 5~20중량부, Free CaO 1~10중량부를 함유하면서 분말도가 평균 입경 10μm 이하인 것이 적용될 수 있다. 한편, Free CaO가 10중량부를 초과하는 경우 초기강도가 열악해질 수 있고, 1중량부 미만인 경우 Free CaO 사용에 따른 효과가 확보되지 않을 수 있으므로 바람직하지 못하다. 이러한 초임계 유동층 보일러 플라이애시는 주재 전체 중량%에 대해 20~50중량%로 포함될 수 있는데, 이는 초임계 유동층 보일러 플라이애시가 20중량% 미만이면, 재료 분리저항성이 열악해질 수 있고, 50중량%를 초과하면, 반응성이 열악해지고 주입재를 현탁액으로 하였을 때 점성이 증가하여 주입성이 저하될 수 있다.
칼슘알루미네이트(Calcium Aluminate)는 우수한 급결 효과를 발휘하여 전체 그라우트재 조성물의 경화 작용 및 초기 강도 발현을 촉진하기 위해 첨가하는 물질이다. 칼슘알루미네이트는 칼슘설포알루미네이트와는 완전히 다른 화합물로서, 칼슘설포알루미네이트에 비해 급결되는 속도가 매우 빨라 적은 양으로도 응결시간을 단축시킬 수 있다. 본 실시예에서 칼슘알루미네이트는 석회석과 보오크사이트를 1500~1700도의 전기로에서 용융 후 급냉시켜 얻어진 것을 평균입경 10μm 이하로 미분쇄한 것으로, 화학식 12CaO·7Al2O3인 물질일 수 있다. 칼슘알루미네이트의 분말도는 침투성의 측면에서 평균 입경 10μm 이하가 바람직하며, 평균 입경이 10μm 이상이면 침투성이 열악해질 우려가 있다. 이러한 칼슘알루미네이트는 주재 100 중량부에 대해 1~50중량부로 포함될 수 있는데, 이는 칼슘알루미네이트가 1중량부 미만이면, 그라우트재 조성물의 강도를 원하는 수준으로 구현하기 어렵고, 50중량부를 초과하면, 과다 투입으로 경제성이 떨어질 수 있다.
황산칼슘은 우수한 급결 효과를 발휘하여 전체 그라우트재 조성물의 경화 작용 및 초기 강도 발현을 촉진하기 위해 첨가하는 물질로, 주재 100중량부에 대해 1~50중량부로 포함될 수 있는데, 이는 황산칼슘이 1중량부 미만이면, 겔 타임이 길어지며 그라우트재 조성물의 강도를 원하는 수준으로 구현하기 어렵고, 50중량부를 초과하면, 과다 투입으로 경제성이 떨어질 수 있다.
감수제는 그라우트재 조성물의 점도 및 침투성 향상을 위해 첨가하는 물질로, 나프탈렌설폰산염계, 리그니설폰산염계, 멜라민설폰산염계 및 폴리카르본산계 중에서 선택되는 하나 이상, 바람직하게는 그라우트재의 점도를 낮추는 측면에서는 멜라민설폰산염계를 적용할 수 있다. 이러한 감수제는 주재 100중량부에 대해 0.1~3중량부로 포함될 수 있는데, 이는 감수제가 0.1중량부 미만이면, 침투성이 열악해질 수 있고, 3중량부를 초과하면, 그라우트재 조성물의 점도가 올라가 침투성이 열악해질 수 있다.
응결조절제는 수화물의 과급한 응결을 감속하고 지반 조건 또는 침투 범위에 따라 그라우트재 조성물의 유동성 유지시간을 조절하는 역할을 하는 물질로, 알루민산나트륨, 알루민산칼륨 등의 알루민산염, 탄산나트륨, 탄산칼륨 등의 탄산염, 수산화나트륨, 수산화칼륨 등의 수산화물, 인산나트륨, 인산칼슘 및 인산마그네슘 등의 인산염 이와 더불어 붕산리튬, 붕산나트륨 등의 붕산염 등의 무기염, 구연산, 글루콘산, 주석산 또는 이들 중의 나트륨, 칼륨염 및 칼슘염 등의 유기산 및 당류가 고려될 수 있으며, 이들 중에서 1종 또는 2종 이상을 혼합할 수 있다. 본 실시예에서는 유기산 및 탄산염이 1: 0.05~1중량비로 혼합된 것을 적용할 수 있으며, 이때 유기산은 구연산, 글루콘산 및 주석산 중에서 선택되는 하나 이상, 바람직하게는 구연산, 글루콘산 및 주석산이 1: 1: 1중량비로 혼합된 것을 사용할 수 있다. 이러한 응결조절제는 주재 100중량부에 대해 0.01~1중량부로 포함될 수 있는데, 이는 응결조절제가 0.01중량부 미만이면, 그라우트재 조성물이 과급하게 응결될 수 있고, 1중량부를 초과하면, 그라우트재의 겔 타임을 연장할 수는 있으나 유동성 유지 시간이 필요 이상으로 길어질 수 있다.
본 실시예에서는 시멘트킬른더스트(Cement Kiln Dust)가 더 첨가될 수 있는데, 시멘트킬른더스트는 주재 100 중량부에 대해 0.1~5중량부로 첨가될 수 있다. 시멘트킬른더스트는 시멘트 제조시의 비산분진을 집진하여 수집되며, 시멘트킬른더스트의 주 성분은 산화칼슘(CaO)으로서 전술한 초임계 유동층 보일러 플라이애시의 미비점을 보완하는 기능을 수행함과 동시에, 이산화규소 및 산화알루미늄 등 전술한 본 발명 구성 미분체와 동종의 화합물이 다량 함유되어 불필요한 부반응이 없는 안정적인 혼화가 가능할 수 있다.
한편, 그라우트재 조성물의 혼합방법 및 주입방법으로는, 주입관의 종류에 따라 단관롯트공법, 단관스트레이너공법, 이중관단상공법, 이중관복상공법, 이중관더블팩커공법 등 통상적으로 사용되는 공법이 적용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 실시예의 그라우트재의 최대 입경은 10μm 이하로 제어될 수 있다. 최대 입경이10μm를 초과하면 지반의 지질에 따라서 미세한 간극으로의 주입이 어려운 경우가 발생할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 그라우트재 조성물의 그라우트재 조성물의 겔화 시간이 13~20초인 것, 상기 그라우트재 조성물의 3일 호모겔 압축강도 1.8~2.2MPa인 것, 상기 그라우트재 조성물의 28일 호모겔 압축강도 4.0~5.0MPa인 것, 및 이들의 조합 중 어느 하나의 특성을 나타낼 수 있다. 본 실시예의 기술구성요소들의 조합에 의할 때, 겔화 시간이 13~20초에서 3일 또는 28일 강도가 향상되고, 그라우트재 조성물이 환경 요인에 의해 소실되지 않을 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 설명한다. 실시예는 본 발명의 실시 형태를 예로 들어 설명하는 것이며 본 발명이 실시예로 제한되어 해석되지 않는다.
<실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2>
하기 표 1에 기재된 조성 및 함량으로 정밀 혼합하여 제1 액과 제2액을 각각 제조하였다.
표 1의 함량은 중량부이다.
| 구분 | 실시예 | 비교예 | ||||
| 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | ||
| 제1액 | 규산나트륨 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 물 | 100 | 150 | 250 | 50 | 400 | |
| 제2액 | 주재 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 칼슘알루미네이트 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | |
| 황산칼슘 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | |
| 감수제 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | |
| 응결조절제 | 05 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | |
| 입자크기(㎛) | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | |
<실시예 4, 5 및 비교예 3, 4>
하기 표 2에 기재된 조성 및 함량으로 정밀 혼합하여 제1 액과 제2액을 각각 제조하였다.
표 2의 함량은 중량부이다.
| 구분 | 실시예 | 비교예 | |||
| 4 | 5 | 3 | 4 | ||
| 제1 액 | 규산나트륨 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 물 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
| 제2 액 | 주재 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 칼슘알루미네이트 | 10 | 10 | 10 | 10 | |
| 황산칼슘 | 15 | 15 | 15 | 15 | |
| 감수제 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | |
| 응결조절제 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | |
| 입자크기(㎛) | 5 | 7 | 15 | 20 | |
<실시예 6 내지 11 및 비교예 5, 6>
하기 표 3에 기재된 조성 및 함량으로 주재를 구성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조성 및 함량으로 제1 액 및 제2 액을 제조하였다.
표 3의 함량은 중량%이고, 플라이애시는 초임계 유동층 보일러 플라이애시이다.
| 구분 | 실시예 | 비교예 | ||||||
| 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 5 | 6 | |
| 시멘트 | 15 | 20 | 20 | 20 | 10 | 10 | - | - |
| 고로슬래그 | 50 | 60 | 50 | 40 | 60 | 40 | 100 | - |
| 플라이애시 | 35 | 20 | 30 | 40 | 30 | 50 | - | 100 |
<비교예 7 내지 10>
하기 표 4에 기재된 기재된 조성 및 함량으로 정밀 혼합하여 제1 액과 제2액을 각각 제조하였다.
표 4의 함량은 중량부이다.
| 구분 | 비교예 | ||||
| 7 | 8 | 9 | 10 | ||
| 제1 액 | 규산나트륨 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 물 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
| 제2 액 | 주재 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 칼슘알루미네이트 | - | 60 | - | 60 | |
| 황산칼슘 | - | - | 60 | 60 | |
| 감수제 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | |
| 응결조절제 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | |
| 입자크기(㎛) | 10 | 10 | 10 | 10 | |
실험예 1: 물리ㆍ화학적 특성
(1) 겔 타임(겔화 시간): 세로로 긴 비닐봉투에 제1 액 100 g을 넣고 제1 액 높이 정도에서 비닐봉투를 꼬아 접어준 후 제2액 100g을 넣어 제1 액과 제2 액이 분리되도록 하고, 비닐봉투 입구를 조여주었다. 겔 타임 시작과 동시에 제1 액과 제2 액 사이를 잡고 있던 손을 놓으면서 비닐봉투를 세로로 잡고 위아래로 흔들어 주면서 제1 액과 제2 액이 만나 반응하여 더 이상의 유동성이 느껴지지 않고 멈출 때의 시간을 겔 타임으로 정하였다.
(2) 호모겔 강도: 제1액과 제2액을 1: 1중량비로 혼합하여 겔화시킨 후 5cm 높이의 정육면체 형상으로 다수의 공시체를 제작하였으며, 이를 23℃에서 양생하여, 재령 3일, 7일, 14일 및 28일에서의 압축강도를 측정하였다.
(3) pH 변화: 제1액과 제2액을 1: 1중량비로 혼합하여 겔화시킨 후 5cm 높이의 정육면체 형상으로 다수의 공시체를 제작하였으며, 이를24시간 양생 후 탈형하여, 10ℓ의 정제수가 저류된 수조에 2개의 공시체를 투입하고 pH의 경시 변화를 측정하였다.
(4) 내수성: 실시예 1과 비교예 10이 수중에서 물분리되는지 확인하기 위하여 청수가 담긴 투명 유리 비이커에 제1 액과 제2 액을 설계된 비율대로 혼합한 후 겔이 형성되기 전과 겔이 형성된 후의 시료를 투입하였을 때 물에 희석되거나 풀려서 흐린 상태가 되는지 여부를 측정하였다.
(5) 체적변화: 실시예 1과 비교예 8, 9, 10의 수중 및 공기 중 양생을 통한 체적 변형량을 측정하였으며, 체적 변형량은 공시체 제작 후 7일 동안 기중 건조시키면서 공시체의 직경 및 높이의 변화를 측정하여 시간경과에 따른 공시체의 체적 변화를 관찰하였다.
| 구분 | 겔화 시간(sec) | 호모겔 압축강도(MPa) | |||
| 3일 | 7일 | 14일 | 28일 | ||
| 실시예 1 | 15 | 2.1 | 4.1 | 4.6 | 4.8 |
| 실시예 2 | 17 | 2.0 | 3.7 | 4.3 | 4.7 |
| 실시예 3 | 15 | 2.2 | 3.6 | 4.5 | 4.9 |
| 실시예 4 | 13 | 2.2 | 3.9 | 4.7 | 5.0 |
| 실시예 5 | 14 | 2.0 | 3.6 | 4.4 | 4.9 |
| 실시예 6 | 19 | 2.0 | 3.1 | 3.5 | 4.2 |
| 실시예 7 | 17 | 2.1 | 3.6 | 4.4 | 4.6 |
| 실시예 8 | 18 | 1.8 | 3.4 | 4.2 | 4.5 |
| 실시예 9 | 18 | 1.9 | 3.5 | 4.3 | 4.6 |
| 실시예 10 | 20 | 2.2 | 3.3 | 3.7 | 4.1 |
| 실시예 11 | 20 | 2.1 | 3.2 | 3.7 | 4.0 |
| 비교예 1 | 35 | 0.9 | 1.6 | 1.9 | 2.3 |
| 비교예 2 | 32 | 1.5 | 2.2 | 2.5 | 2.7 |
| 비교예 3 | 24 | 1.6 | 3.1 | 3.5 | 3.8 |
| 비교예 4 | 26 | 1.6 | 2.9 | 3.2 | 3.6 |
| 비교예 5 | 43 | 1.0 | 1.6 | 2.2 | 2.5 |
| 비교예 6 | 45 | 1.2 | 2.1 | 2.4 | 2.6 |
| 비교예 7 | 60 | 1.0 | 1.5 | 1.8 | 2.0 |
| 비교예 8 | 50 | 1.5 | 2.3 | 2.6 | 3.0 |
| 비교예 9 | 52 | 1.6 | 2.5 | 2.7 | 3.1 |
| 비교예 10 | 23 | 2.0 | 3.2 | 3.5 | 4.0 |
규산나트륨과 물을 1: 1~3비율로 적용한 실시예 1내지 3의 겔 타임 및 호모겔 압축 강도는 규산나트륨과 물을 1: 0.5비율로 적용한 비교예 1, 1: 4비율로 적용한 비교예 2의 겔 타임 및 호모겔 압축 강도에 비해 약 2배 이상 정도의 차이를 보이는 것을 확인할 수 있었다.
그라우트재 조성물의 평균 입자 크기만 상이한 조건인 실시예 1, 4, 5와 비교예 3, 4를 살펴보면, 평균 입자 크기가 10㎛이하인 실시예 1, 4, 5의 겔 타임은 평균 입자 크기가 15㎛인 비교예 3과, 20㎛인 비교예 4에 비해 짧은 것을 확인할 수 있었다. 또한, 평균 입자 크기가 10㎛이하인 실시예 1, 4, 5의 3일 및 28일 호모겔 압출 강도도 비교예 3, 4에 비해 우수하였다.
그라우트재 조성물 중 주재의 조성 및 함량만 상이한 조건인 실시예 6 내지 11과 비교예 5, 6을 살펴보면, 주재의 조성으로 고로슬래그 또는 초임계 유동층 보일러 플라이애시를 포함하는 비교예 5, 6의 경우 시멘트가 포함되지 않았기 때문에 겔 타임이 비교적 길어 주입된 그라우트재 조성물이 지하수에 흘러내려 씻겨 나가게 되는 문제가 발생될 수 있다. 또한, 실시예 6 내지 11의 3일 및 28일 호모겔 압출 강도도 비교예 5, 6에 비해 우수하였다.
칼슘알루미네이트와 황산칼슘을 포함하지 않는 비교예 7, 둘 중 하나만 포함하는 비교예 8, 9의 경우 겔 타임이 비교적 길어 물유리의 용탈현상이 일어나고 강도 저하가 확인되었다. 그러나 칼슘알루미네이트와 황산칼륨을 포함하기는 하나 실시예 1과 상이한 비율로 포함하는 비교예 10의 경우 비교예 7 내지 9에 비해 겔 타임이 단축되기는 하였으나, 여전히 업계에서 요구되는 수치를 만족하지는 못하였다.
| 구분 | 경과 시간 | ||||||
| 1시간 | 2시간 | 4시간 | 8시간 | 24시간 | 48시간 | 72시간 | |
| 실시예 1 | 8.56 | 8.78 | 8.97 | 9.22 | 9.42 | 9.51 | 9.53 |
| 비교예 8 | 9.70 | 9.98 | 10.32 | 10.49 | 10.88 | 10.91 | 11.02 |
| 비교예 9 | 9.1 | 9.25 | 9.55 | 9.67 | 9.98 | 10.01 | 10.09 |
| 비교예 10 | 8.50 | 9.09 | 9.32 | 9.45 | 9.66 | 9.85 | 9.97 |
표 6을 참조하면, pH변화 측정 결과 실시예 1 은 공시체의 투입 초기는 물론 시간의 경과에 따라서도 약알카리성을 나타내어 알칼리 용출 억제에 유리하고, 알칼리도 상승 속도도 현격하게 둔화될 뿐 아니라 시간이 경과할수록 알칼리도 증가가 줄고 정지되는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 비교예 8, 9는 시간이 경과할수록 강알카리성을 나타내어 알칼리 용탈 현상이 불가피함을 알 수 있었고, 비교예 10은 약알카리성을 나타내기는 하나 시간이 경과해도 알칼리도가 증가가 유지되는 것을 알 수 있었다.
내수성 실험 결과, 겔화 전 실시예 1은 혼합직후 투입에도 풀림이 없었으나, 비교예 10은 약 5초 이내에 물에 풀렸다. 겔화 후 실시예 1은 물에 희석이 전혀 없었으나, 비교예 10은 물 풀림 없는 가소상태이기는 하나 흔들면 물에 풀렸다.
| 구분 | 기중건조 경과시간(day) | ||||
| 0일 | 1일 | 2일 | 3일 | 7일 | |
| 실시예 1 | 100.0 | 100.2 | 100.2 | 100.3 | 100.3 |
| 비교예 8 | 100.0 | 99.1 | 94.5 | 93.8 | 87.5 |
| 비교예 9 | 100.0 | 99.3 | 95.8 | 93.2 | 88.1 |
| 비교예 10 | 100.0 | 99.5 | 98.6 | 94.5 | 92.1 |
표 7을 참조하면, 체적변화실험결과 실시예 1은 비교예 8, 9, 10에 비해 체적변화 현상이 거의 발생되지 않음을 확인할 수 있었다. 따라서, 급경제로 칼슘알루미네이트와 황산칼슘을 본 실시예의 범위로 적용하는 경우 길이변화량이 적다는 것을 알 수 있었다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이므로, 본 발명이 상기 실시예에만 국한되는 것으로 이해돼서는 안 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어야 할 것이다.
예를 들어, 도면은 이해를 돕기 위해 각각의 구성요소를 주체로 하여 모식적으로 나타낸 것으로, 도시된 각 구성요소의 두께, 길이, 개수 등은 도면 작성의 진행상, 실제와 다를 수 있다. 또한, 상기의 실시형태에서 나타낸 각 구성요소의 재질이나 형상, 치수 등은 한 예로서, 특별히 한정되지 않고, 본 발명의 효과에서 실질적으로 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 변경이 가능하다.
Claims (5)
- 규산나트륨 100중량부와, 물 100~300중량부를 포함하는 제1 액 40~60중량%; 및
주재 100중량부, 황산칼슘 1~50중량부, 칼슘알루미네이트 1~50중량부, 감수제 0.1~3중량부와, 응결조절제 0.01~1중량부를 포함하는 제2 액 40~60중량%를 포함하되,
상기 주재는 시멘트 5~20중량%, 고로슬래그 40~60중량%와, 초임계 유동층 보일러 플라이애시 20~50중량%로 이루어지고,
분말도는 평균 입경 10㎛ 이하인, 친환경 저탄소 지반 그라우트재 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 감수제는 나프탈렌설폰산염계, 리그니설폰산염계, 멜라민설폰산염계 및 폴리카르본산계 중에서 선택되는 하나 이상인, 친환경 저탄소 지반 그라우트재 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 응결조절제는 유기산 및 탄산염이 1: 0.05~1중량비로 혼합된 것이되, 상기 유기산은 구연산, 글루콘산 및 주석산 중에서 선택되는 하나 이상인, 친환경 저탄소 지반 그라우트재 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 초임계 유동층 보일러 플라이애시는, 산소를 주입하면서 석탄연료를 초임계 상태에서 연소하는 공정에서 배출되는 플라이애시로서, 초임계 유동층 보일러 플라이애시 100중량부 기준으로 Fe2O3 10~20중량부, SO3 5~20중량부, 및 Free CaO 1~10중량부를 함유하고, 분말도가 평균 입경 10㎛ 이하인, 친환경 저탄소 지반 그라우트재 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 그라우트재 조성물의 겔화 시간이 13~20초인 것;
상기 그라우트재 조성물의 3일 호모겔 압축강도 1.8~2.2MPa인 것;
상기 그라우트재 조성물의 28일 호모겔 압축강도 4.0~5.0MPa인 것; 및
이들의 조합;
중 어느 하나의 특성을 갖는, 친환경 저탄소 지반 그라우트재 조성물.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020230083910A KR102585597B1 (ko) | 2023-06-29 | 2023-06-29 | 친환경 저탄소 지반 그라우트재 조성물 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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-
2023
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