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KR20220104892A - 연약지반 강화용 조성물, 그 제조방법 및 장치와 이를 이용하는 시공방법 - Google Patents

연약지반 강화용 조성물, 그 제조방법 및 장치와 이를 이용하는 시공방법 Download PDF

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KR20220104892A
KR20220104892A KR1020210007254A KR20210007254A KR20220104892A KR 20220104892 A KR20220104892 A KR 20220104892A KR 1020210007254 A KR1020210007254 A KR 1020210007254A KR 20210007254 A KR20210007254 A KR 20210007254A KR 20220104892 A KR20220104892 A KR 20220104892A
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황대성
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거성종합건설주식회사
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Abstract

본 발명의 연약 지반 강화용 조성물은, 고로 슬래그 100중량부에 대하여 포틀랜드 시멘트15~20중량부 및 토질 고화제 15~30중량부를 각각 포함하되, 상기 토질 고화제는, 강도와 침투성이 우수한 경화제로서 탄산나트륨 20~80중량부; 진동감쇄 및 지반의 탄성을 증진시키는 산화알루미늄 10~15중량부; 흙의 내구성을 향상시키는 무수석고 9~12중량부 및 이수석고 18~24중량부와 생석회 6~18중량부; 유해성 물질의 용출을 억제하는 환원제 3~7중량부 및 유동화제 7~11중량부가 분말형태로 혼합되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 환원제는 황산제1철, 아황산나륨, 아황산수소나트륨 중 1종 이상 첨가하는 것으로 하고, 유동화제는 나트륨계 활성제인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 연약지반 강화용 조성물의 제조장치는, 또한 상기 연약지반 강화용 조성물의 제조장치는, 포트랜드 시멘트 및 고로 슬래그와 무수석고는 0.5~1.2%, 이수석고 및 생석회는 0.2~0.5%의 함수율로 각각 건조하는 건조기와; 포틀랜드 시멘트와 고로 슬래그 및 무수석고를 분쇄하는 원료 분쇄기와; 상기 원료 분쇄기에서 분쇄된 원료를 혼합하는 1차 원료혼합기와; 1차 혼합된 원료에 이수석고와 생석회를 혼합하는 2차 원료 혼합기와; 2차 혼합된 원료에 환원제와 유동화제를 투입하여 혼합하는 3차 원료 혼합기와; 상기 3차 원료 혼합기에 탄산나트륨과 산화 알루미늄 분말을 혼합하는 4차 원료 혼합기와 ; 4차 원료혼합기에서 생성된 지반 강화용 조성물과, 입자크기 100㎜ 이상의 골재를 분리하는 선별기에서 선별된 토사와 혼합하는 5차 혼합기와; 5차 혼합기에서 생성된 혼합물을 운송하는 이송차량으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
한편 상기 연약지반 강화용 조성물의 제조는, (a) 포틀랜드 시멘트와 고로 슬래그 및 무수석고를 0.5~1.2%, 이수석고 및 생석회는 0.2~0.5%의 함수율로 각각 건조시키는 단계; (b) 건조된 포틀랜드 시멘트와 고로 슬래그 및 무수석고를 분말도 4500~5500㎠/ｇ으로 분쇄하는 단계; (c) (b)단계에서 분쇄된 분쇄물에 분말형태의 이수석고와 생석회를 혼합하는 단계; (d) 상기 (c)단계에서 생성된 혼합물에 탄산나트륨분말과 산화알루미늄분말을 투입하여 혼합하는 단계; (e) 상기 (d)단계에서 형성된 혼합물에 환원제와 유등화제를 투입하여 혼합하는 지반 강화재를 완성하는 단계로 이루어진다,
위와 같이 이루어지는 본 발명은, 표층부의 흙이나 유기질 토양 등의 연약지반과, 심층부의 암석과 갯벌층의 지반강도를 크게 향상시킬 수 있다. 또한 고로 슬래그 분말 등의 무기 분말을 포함하는 것으로 인하여, 6가크롬(Cr6+)의 용출량을 현저하게 저감시킬 수 있는 이점도 있다. 아울러, 본 발명의 지반 강화재는 산업 폐기물인 고로 슬래그를 주 원료로 이용할 수 있어 적은 비용으로 폐기물의 이용을 효율적으로 촉진시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 우수한 분산 및 교반성능과 함께 우수한 강도발현을 통해 함수비가 높은 물질을 다량으로 함유하고 있어, 기존의 시멘트만으로는 고화가 불가능한 점토질의 연약지반을 효과적으로 균일하게 고화시킬 수 있는 효과도 아울러 기대된다.
이외 에도 본 발명은 지표의 지반강화는 물론, 연약 또는 암석층으로 이루어지는 저층부의 강도를 증진시키는데 큰 이점이 있다.

Description

연약지반 강화용 조성물, 그 제조방법 및 장치와 이를 이용하는 시공방법{Composition for reinforcing soft ground, its manufacturing method and device, and construction method using the same}
본 발명은 지반 강화를 위한 친환경 지반 강화용 조성물을 지표층에는 흙과 일정비율로 혼합하여 일정 뚜께로 다짐처리하고, 심층부의 연약 지반에는 파일이 형성되도록 함으로써, 건물 기초판 하부의 균열방지와 함께 부등침하를 방지하기 위한 연약지반 강화용 조성물, 그 제조방법 및 장치와 이를 이용하는 시공방법에 관한 것이다.
연약지반의 강화를 위하여 시멘트가 광범위하게 사용되면서 시공 생산성은 크게 증가 하였으나, 콘크리트 자체는 통기성이 불량할 뿐 만 아니라, 최근 국내, 외산 시멘트 제품의 중금속 용출시험 조사 결과를 보면, 국내산 시멘트에서 수은과 6가 크롬 등이 각각 지정폐기물 유해물질함유기준인 0.005㎎/ℓ과 1.5㎎/ℓ를 초과한 것으로 나타났다.
이는 시멘트 생산 시 다량 다종의 산업폐기물을 부원료 및 보조연료로 사용하고 있는 것이 주원인인 것으로 판단된다.
특히, 6가 크롬은 피부암 및 구토, 복통, 설사를 유발시키는 것으로 알려지고 있어 시멘트의 유해성이 심각한 수준에 있음을 알 수 있다.
이러한 시멘트를 주재료로 하여 연약지반을 개량하는 공법으로 심층혼합처리공법, 약액주입공법, 고압분사공법이 있으며, 이와 같은 공법에서 지반보강이나 차수 용도로 시멘트를 주입재로 하여 시공할 경우, 2차 토양환경에 심각한 오염 문제를 일으킬 수 있다. 그 원인은 일반 시멘트의 경우 중성화 과정에서 중금속이 용출되고 다시 이 중금속이 토양생물 및 식물들에게 흡수되어 인간에게 되돌아오는 악순환을 막을 수 없다.
또한 지반 개량 안정용 고화재는, 시공성 및 개량의 효과를 조기에 확보하기 위해 조강재나 고강도 혼합재를 사용한 흙 콘크리트 개념의 고화재가 널리 사용되고 있으나, 이러한 흙 콘크리트 개념의 고화재는 약 1개월 까지는 강도가 상승하는 효과를 보이다가 약 6~9개월부터 강도 저하 현상을 보이는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래 문제점으로 인하여, 1종 포틀랜드 시멘트를 사용하지 않고 기타 고가의 재료를 사용하여 시공 할 경우에는 공사비용이 크게 상승하여 경제성이 감소하는 문제점도 아울러 가지고 있다.
일반적인 시멘트의 경우 경화시간이 지연되어 보호 양생기간이 길어지게 되어 이를 지반보강용으로 사용할 경우, 지반보강 완료후에 착수되어야 하는 후 공정이 지연되어 전체 공기가 연장되는 문제도 가지고 있다.
관련 선행기술들로서는, 일본 공개특허공보 특개2002-88364호(저6가 크롬 주입재)가 있다. 상기 알루미노 규산 칼슘을 조성물로 하는 일본 공개특허공보 특개2002-88364호(저6가 크롬 주입재)는 환원제 및 분산제 등의 사용으로 6가 크롬의 용출량을 저감시키는 일부 효과는 있으나, 상기 알루미노 규산 칼슘이 첨가된 지반은 단기간의 지반 강화재로는 일부 공지기술로 사용되고 있으나, 조기에 풍화되기 쉬운 특성으로 인하여, 장기간 또는 영구적인 강도를 요하는 지반개량에는 적합하지 않다. 이를 해결하기 위한 조성물로 미립자 구조의 세멘트 등이 거론되고 있으나, 유통되는 물량도 적고 가격도 고가인 문제점을 가지고 있다.
이외 에도, 상기 일본 공개특허공보 특개2002-88364호(저6가 크롬 주입재)는 주로 지표층 지반개량재로서 사용하는 것이어서, 연약강도를 갖는 토사와 암석 층의 심층부에 파일을 형성하여 지반을 개량하는 분야에는 적합하지 않은 문제점이 있다.
단순한 고화재(사질토 및 시멘트 슬러리 등) 혼합물로 이루어지는 일본 특허공보 특허 제46008124호(지반개량공법)는, 혼합물이 단순하여 제조용이 및 공기단축 등의 장점은 가지고 있으나, 지역에 따라 성분 및 강도가 상이한 상기 사질토로 인하여, 전체적으로 강도가 저하되고 균일한 시공이 어려운 문제점이 있다.
또한 상기 일본 특허공보 특허 제46008124호(지반개량공법)는, 폐 슬래그를 사용하는 공법에 비하여 조성물 재료비가 상승하는 문제점도 가지고 있다.
이외 에도 상기 일본 특허공보 특허 제46008124호(지반개량공법)은, 제조가 용이한 관계로 연약지반의 표층부에는 사용될 수 있으나, 큰 강도와 침하가 발생되는 심층부의 토양을 강화하는 지반개량으로는 적용하기 어려운 문제점이 있다.
한편 상기 선행기술 이외 에도, 대한민국 등록특허공보 제10-1503841호(연약토양의 안정화 및 강도 증진을 위한 친환경 지오 폴리머 조성물과 이를 이용한 시공방법), 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0019881호(에어로제 함유 복합재료의 제조방법과 제조장치 및 제조된 에어로젤 함유 복합재료), 대한민국 등록특허공보 제10-1121167호(토사를 포함하는 무수축 콘크리트 조성물을 이용한 도로포장방법) 등이 있다.
상기 대한민국 등록특허공보 제10-1503841호는, 연약토양의 안정화 및 강도 증진을 위하여 지오 폴리머 조성물을 사용함으로써, 높은 유동성으로 압송성이 우수하고 체적수축을 적게 하여 균열이 발생하는 문제점을 일부 개선한 효과는 있으나, 조성물의 포설 완료 후에도 혼합조성물을 양생하는 별도의 공정을 필요로 하고 있어서 적기에 공사를 완성하는 점에 어려움이 있다.
또한 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0019881호는, 에어로젤을 주성분으로 하는 복합재료 제공에 관한 것으로, 에어로젤은 90~99.8%가 공기로 이루어져 있고, 스티로폼과 같은 느낌이 나지만 아주 세게 압력을 가하면 유리와 같이 산산조각으로 비산되는 특성과 함께, 소수성인 관계로 다른 재료(섬유 등)와의 균일한 혼합이 어려운 문제점이 있다.
한편, 대한민국 등록특허공보 제10-1121167호는 무수축 콘크리트 조성물의 토양안정제의 탄성 및 연성작용으로 포장재의 수축 및 팽창성을 억제시키는 효과는 있으나, 상기 토양안정제에는 메탈메타아크릴레트, 메타아크릴산 등 고가의 여러 첨가물을 필요로 하고 콘크리트 조성물을 믹서에 투입하기 까지 다단계가 소요되어 공기가 장기간 소요되는 문제점이 있다.
일본 공개특허공보 특개2002-88364(2006.7.27) 일본 특허공보 특허제46008124(2010.10.8) 대한민국 등록특허공보 제10-1503841(2015.3.17) 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0019881(2015.5.25) 대한민국 등록특허공보 제10-1121167(2012.2.21)
본 발명은 위와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 초기 강도 저하를 방지함과 동시에 장기적으로도, 강도와 안정성을 확보할 수 있어서 내구성을 향상시킬 수 있는 지반 강화재 제조방법 및 장치와 이를 이용하는 시공방법을 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 중금속의 용출을 감소시켜 토양 및 지하수의 오염을 최소화시킬 수 있는 친환경적인 지반 강화재를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 하고 있다.
이를 보다 구체적으로 설명하면, 종래 고화재에 비하여 강도가 우수하고 친환경적인 지반 강화재의 제조와, 이를 이용하여 지반의 특성(연약지반의 특성 과 깊이, 지내력 등 지질의 조건)에 따라 표층부분 및 심층부분의 지반을 강화시킴으로써 종래 기술이 갖는 위와 같은 문제점이 근본적으로 발생되지 않도록 한다.
이를 위하여, 상부로부터 전달되는 하중을 균등하게 분포되도록 유도함으로써, 지질 또는 지반의 특성에 따라 발생하는 서로 다른 침하량에 의한 표층부의 부등침하를 방지함과 동시에, 건축물 최하층 바닥과 심층부에는 균열 방지용 파일이 형성되도록 하여, 하층지반의 균열도 동시에 방지되도록 하는 것을 주 과제로 한다.
이외 에도 본 발명은, 갯벌과 암반층에 파일을 신속하게 형성되도록 하는 것이 가능하도록 함으로써, 부등침하예방과 함께 심층부의 균열과 침하를 방지하는 또 다른 목적을 가지고 있다.
상기 목적들을 해결하기 위한 본 발명의 연약지반 강화용 조성물은, 고로 슬래그 100중량부에 대하여 포틀랜드 시멘트15~20중량부 및 토질 고화제 15~30중량부를 각각 포함하되, 상기 토질 고화제는, 강도와 침투성이 우수한 경화제로서 탄산나트륨 20~80중량부; 진동감쇄 및 지반의 탄성을 증진시키는 산화알루미늄 10~15중량부; 흙의 내구성을 향상시키는 무수석고 9~12중량부 및 이수석고 18~24중량부와 생석회 6~18중량부; 유해성 물질의 용출을 억제하는 환원제 3~7중량부 및 유동화제 7~11중량부가 분말형태로 혼합되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 환원제는 황산제1철, 아황산나트륨, 아황산수소나트륨 중 1종 이상 첨가하는 것으로 하고, 유동화제는 나트륨계 활성제인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 연약지반 강화용 조성물의 제조장치는, 포트랜드 시멘트 및 고로 슬래그와 무수석고는 0.5~1.2%, 이수석고 및 생석회는 0.2~0.5%의 함수율로 각각 건조하는 건조기와; 포틀랜드 시멘트와 고로 슬래그 및 무수석고를 분쇄하는 원료 분쇄기와; 상기 원료 분쇄기에서 분쇄된 원료를 혼합하는 1차 원료혼합기와; 1차 혼합된 원료에 이수석고와 생석회를 혼합하는 2차 원료 혼합기와; 2차 혼합된 원료에 환원제와 유동화제를 투입하여 혼합하는 3차 원료 혼합기와; 상기 3차 원료 혼합기에 탄산나트륨과 산화 알루미늄 분말을 혼합하는 4차 원료 혼합기와 ; 4차 원료혼합기에서 생성된 지반 강화용 조성물과, 100㎜ 입자크기 이상의 골재를 분리하는 선별기에서 선별된 토사와 혼합하는 5차 혼합기와; 5차 혼합기에서 생성된 혼합물을 운송하는 이송차량으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
한편 상기 연약지반 강화용 조성물의 제조는, (a) 포틀랜드 시멘트와 고로 슬래그 및 무수석고를 0.5~1.2%, 이수석고 및 생석회는 0.2~0.5%의 함수율로 각각 건조시키는 단계; (b) 건조된 포틀랜드 시멘트와 고로 슬래그 및 무수석고를 분말도 4500~5500㎠/ｇ으로 분쇄하는 단계; (c) 상기 (b)단계에서 분쇄된 분쇄물에 분말형태의 이수석고와 생석회를 혼합하는 단계; (d) 상기 (c)단계에서 생성된 혼합물에 탄산나트륨분말과 산화알루미늄분말을 투입하여 혼합하는 단계; (e) 상기 (d)단계에서 형성된 혼합물에 환원제와 유등화제를 투입하여 혼합하는 지반 강화용 조성물을 완성하는 단계로 이루어진다,
위와 같이 이루어지는 본 발명인 지반 강화용 조성물은, 지표층의 흙이나 유기질 토양 등의 연약지반과, 심층부의 암석과 갯벌 층의 지반강도를 크게 향상시킬 수 있다. 또한 고로 슬래그 분말 등의 무기 분말을 포함하는 것으로 인하여, 6가크롬(Cr6+)의 용출량을 현저하게 저감시킬 수 있는 이점도 있다.
아울러, 본 발명의 지반 강화용 조성물은 산업 폐기물인 고로 슬래그를 주 원료로 이용할 수 있어 적은 비용으로 폐기물의 이용을 효율적으로 촉진시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.
본 발명은 우수한 분산 및 교반성능과 함께 우수한 강도발현을 통해 함수비가 높은 물질을 다량으로 함유하도록 함으로써, 기존의 시멘트만으로는 고화가 불가능한 점토질의 연약지반을 효과적으로 고화시킬 수 있는 효과도 아울러 기대된다.
이외 에도 본 발명은 지표의 지반강화는 물론, 연약 또는 암석층으로 이루어지는 심층부의 강도를 증진시키는데 큰 이점이 있다.
도 1은 본 발명인 연약지반 강화용 조성물에 대한 제조 흐름도이고,
도 2는 본 발명인 연약지반 강화용 조성물을 이용한 지표층에 대한 지반강화 공정 순서도이며,
도 3은 본 발명인 연약지반 강화용 조성물을 이용한 심층부에 대한 파일생성 공정 순서도이고,
도 4, 5는 본 발명인 연약지반 강화용 조성물을 이용하여 심층부에 파일을 형성하는 지반 굴착장치의 선단 헤드부와 3중관의 일부 단면도 이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어 종래기술과 동일한 기술구성에 대하여는 동일한 명칭을 그대로 부여하여 설명한다.
본 발명의 연약지반 강화용 조성물은, 고로 슬래그 100중량부에 대하여 포틀랜드 시멘트15~20중량부 및 토질 고화제 15~30중량부를 각각 포함하되,
상기 토질 고화제는, 강도와 침투성이 우수한 경화제로서 탄산나트륨 20~80중량부; 진동감쇄 및 지반의 탄성을 증진시키는 산화알루미늄 10~15중량부; 흙의 내구성을 향상시키는 무수석고 9~12중량부 및 이수석고 18~24중량부와 생석회 6~18중량부; 유해성 물질의 용출을 억제하는 환원제 3~7중량부 및 유동화제 7~11중량부가 분말형태로 혼합되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 환원제는 황산제1철, 아황산나트륨, 아황산수소나트륨 중 1종 이상 첨가하는 것으로 하고, 유동화제는 나트륨계 활성제인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 연약지반 강화용 조성물의 제조장치는, 포트랜드 시멘트 및 고로 슬래그와 무수석고는 0.5~1.2%, 이수석고 및 생석회는 0.2~0.5%의 함수율로 각각 건조하는 건조기와; 포틀랜드 시멘트와 고로 슬래그 및 무수석고를 분쇄하는 원료 분쇄기와; 상기 원료 분쇄기에서 분쇄된 원료를 혼합하는 1차 원료혼합기와; 1차 혼합된 원료에 이수석고와 생석회를 혼합하는 2차 원료 혼합기와; 2차 혼합된 원료에 환원제와 유동화제를 투입하여 혼합하는 3차 원료 혼합기와; 상기 3차 원료 혼합기에 탄산나트륨과 산화 알루미늄 분말을 혼합하는 4차 원료 혼합기와 ; 4차 원료혼합기에서 생성된 지반 강화용 조성물과, 입자크기 100㎜ 이상의 골재를 분리하는 선별기에서 선별된 토사와 혼합하는 5차 혼합기와; 5차 혼합기에서 생성된 혼합물을 운송하는 이송차량으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
한편 상기 연약지반 강화용 조성물의 제조는, (a) 포틀랜드 시멘트와 고로 슬래그 및 무수석고를 0.5~1.2%, 이수석고 및 생석회는 0.2~0.5%의 함수율로 각각 건조시키는 단계; (b) 건조된 포틀랜드 시멘트와 고로 슬래그 및 무수석고를 분말도 4500~5500㎠/ｇ으로 분쇄하는 단계; (c) 상기 (b)단계에서 분쇄된 분쇄물에 분말형태의 이수석고와 생석회를 혼합하는 단계; (d) 상기 (c)단계에서 생성된 혼합물에 탄산나트륨분말과 산화알루미늄분말을 투입하여 혼합하는 단계; (e) 상기 (d)단계에서 형성된 혼합물에 환원제와 유등화제를 투입하고 혼합하여 지반 강화용 조성물을 완성하는 단계로 이루어진다,
이때 상기 선별토사는 채(100×100㎜)로 쳐서 연약지반 강화용 조성물과 혼합한 후 5~10톤/㎡의 지반 보강용 매트 또는 그리드를 함께 적층하여 포설다짐 하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이는, 선별토사(7)의 채와 고로 슬래그의 규격이 위 범위보다 클 경우에는 원료의 혼합에 어려움이 예상되고, 반대로 위 범위보다 작을 경우에는 시공 후 강도가 저하되는 문제점이 있다.
연약지반 강화용 조성물을 이용한 지표층의 지반강화 시공방법은,
(a) 선별기로 직경 100㎜이상 골재를 분리하는 토사 선별단계; (b) 상기 (a)단계에서 선별된 선별토사와 지반 강화용 조성물을 선별토사 혼합기에 투입하여 혼합하는 단계; (c) 상기 (b)단계에서 혼합된 지반 강화용 조성물과 토사를 운송차량으로 이송하여 포설하는 단계; (d) 상기 (c)단계에서 포설된 혼합재를 다짐롤러로 다짐하는 단계로 이루어지며, 이때 5~10톤/㎡의 지반 보강용 매트 또는 그리드를 함께 적층하여 포설 다짐 하도록 하는 단계를 포함하며, 상기 고로 슬래그의 분말도는 4500㎠/ｇ이상으로 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 심층부(저층부) 연약지반에 대한 지반강화 시공방법은,
(가) 지층 굴착작업시 장착되는 굴착헤드에 액상의 조성물, 물, 공기가 공급되는 3중관(10)을 다단으로 결합하는 단계; (나) 굴착장치의 하단에 비트를 장착한 후 이를 회전시키면서 지반을 굴착하는 단계; (다) 굴착이 완료되면 물 공급관(2)과 공기 공급관(3)으로 고압수와 고압의 공기가 분사노즐(4)을 통하여 측벽으로 분사하여 파일경이 확관 되도록 하는 단계; (라) 확관 시키면서 3중관을 상승시킴과 동시에 확관된 구멍에 액상의 지반 강화용 조성물을 조성물 공급관(1)으로 유입 및 토출시켜 파일을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 고압수와 고압공기의 압력을 각각 250~300㎏/㎠, 55~60㎏/㎠로 하고, 토출되는 액상의 지반 강화용 조성물의 함수율은 55~65%로 하는 것이 바람직하다. 이는, 상기 고압수 및 공기의 압력이 상기 범위를 초과하는 경우에는 3중관(10)의 두께를 크게 하여야 하는 문제와 함께, 고압으로 인한 장치의 손상이 우려되며, 반대로 위 범위보다 작은 경우에는 압력의 저하로 인하여 파일의 직경이 작아지는 문제점이 예상된다.
또한, 강화재의 함수율이 위 범위를 초과하는 경우에는 생성되는 파일의 강도의 저하가 우려되고, 반대로 위 범위 보다 작을 경우에는 배출량의 감소로 원활한 파일의 생성이 어려운 문제점이 예상된다.
<파일경 측정예>
구분 적용압력(㎏/㎠) 파일직경 비고
실시예 물압력 275 2150㎜ d; 3중관 외경(89㎜)

비트 선단직경; 114㎜
공기압력 57
비교예 1 물압력 0 500㎜
공기압력 0
비교예 2 물압력 250 1800㎜
공기압력 55
비교예 3 물압력 280 2200㎜
공기압력 60
비교예 4 물압력 300 2300㎜
공기압력 65
상기 표 1의 실시예와 같이, 물압력과 공기압력을 275㎏/㎠, 57㎏/㎠로 공급하면 생성된 파일은 2150㎜로 확경 되는 것으로 나타났다.
물압력과 공기압을 모두 공급하지 않은 경우에는 500㎜의 크기로 측정되었으며, 비교예 2와 같이 물과 공기의 압력을 실시예보다 작게 하는 경우의 파일경은 1800㎜로 확인되었다.
상기 측정은 보통의 점질토를 대상으로 하였으며, 확관시 3중관의 상승속도는 4.5~5.5㎝/min(1m 상승시 약 20분)를 기준으로 하였다.
또한, 물압력과 공기압을 실시예보다 크게 적용한 경우(비교예3, 4)에는 2,200㎜와 2,300㎜로 각각 측정되어, 실시예에 비하여 높은 압력을 공급하여도 파일경이 이와 비례하여 크게 형성되지 않는 것으로 측정되었다.
6가크롬(Cr6+)의 생성을 방지하기 위하여 혼합되는 상기 환원제는, 황산제1철, 아황산나트륨, 아황산수소나트륨 중 1종 이상을 첨가하되 현장 상황에 맞게 선택하여 위 범위 내에서 사용한다.
그리고 본 발명의 지반 강화용 조성물을 이용하여 지반 처리할 때의 첨가되는 양(지반 강화용 조성물)은, 대상 토사(흙)의 성상 및 시공 조건과 처리되는 흙의 요구 강도에 의하지만, 일반적인 소형 건축물을 대상으로 하는 경우에는 대상 흙 1m3당 60~70kg이 바람직하고 더욱 바람직하게는 70~80kg이 좋다.
본 발명의 지반 강화용 조성물은 예를 들면 1) 대상 지표면에 지반 강화용 조성물을 건조시켜 가루 형태로 첨가 혼합하는 건식 투여 방식과, 2)물을 부으며 혼합하는 습식방식 중에서 현장여건에 따라 채택할 수 있다. 습식인 경우에는 물/지반 강화제의 비율은 1.6~2.5가 바람직하고 그 비율을 2~2.3으로 하면 더욱 좋다.
<지내력 및 지반 침하량 측정예 1>
허용지내력 등의 측정을 위하여 실시한 실시예에서 각각의 성분비율은, 고로 슬래그 100중량부에 대하여 포틀랜드 시멘트15~20중량부 및 토질 고화제 15~30중량부를 각각 포함하되, 토질 고화제는, 탄산나트륨 20~80중량부; 산화알루미늄 10~15중량부; 무수석고 9~12중량부 및 이수석고 18~24중량부와 생석회 6~18중량부; 환원제 3~7중량부 및 유동화제 7~11중량부로 하여 아래 표 1과 같이 측정하였다.
이때, 상기 환원제는 황산제1철, 아황산나트륨, 아황산수소나트륨 중 1종 이상 첨가하는 것으로 하고, 유동화제는 나트륨계 활성제로 하였다.
조성물 실시예 비교예 비고
1 2 3
고로 슬래그 100 100 100 100 단위;
중량부
포틀랜드 시멘트 18 15 18 20
토질 고화제 - 16 23 30
측정결과
(4주경과)		 강도(ton) 20 22 23 24 지내력
침하량(㎜) 4 3.5 3.3 3.0
상기 표 2에 기재되어 있는 바와 같이 실시예는, 고로 슬래그 100중량부에 대하여 포틀랜드 시멘트18중량부 및 토질 고화제 15~30중량부로 하였다.
토질 고화제가 누락된 실시예는, 토질 고화제가 추가된 비교예 들에 비하여 침하량과 지내력면에서 모두 불량한 것으로 나타났다.
비교예 1 내지 3은, 고로 슬래그 100중량부에 대하여 포틀랜드 시멘트15~20중량부가 포함되고, 여기에 토질 고화제로서. 탄산나트륨 20~80중량부; 산화알루미늄 10~15중량부; 무수석고 9~12중량부 및 이수석고 18~24중량부와 생석회 6~18중량부; 환원제 3~7중량부 및 유동화제 7~11중량부의 범위 내에서 추출하여 실시예로 하였다. 상기 표 2에 기재되어 있는 바와 같이, 토질 고화제가 추가된 비교예들은 침하량과 지내력면에서 모두 양호한 수치를 나타냈으며, 토질 고화제와 포틀랜드 시멘트의 성분이 많은 비교예 3에서 지내력이 높고 침하량이 비교적 적은 것으로 측정되었다.
<지내력 및 지반 침하량 측정예 2>
측정예 2는, 일반적인 종래 연약지반 처리공법을 비교예로 하여 아래 표 3과 같이 측정하였다.
측정 검사결과 비고
종목 기준 실시예 비교예
최대 시험하중(KN/㎡) KSF2444 2414 874
침하량(㎜) 2.13 13
지내력(KN/㎡) 804 291
상기 실시예는, 고로 슬래그 100중량부에 대하여 포틀랜드 시멘트15~20중량부가 포함되고, 여기에 토질 고화제로서. 탄산나트륨 20~80중량부; 산화알루미늄 10~15중량부; 무수석고 9~12중량부 및 이수석고 18~24중량부와 생석회 6~18중량부; 환원제 3~7중량부 및 유동화제 7~11중량부의 범위 내에서 추출한 것을 기준으로 측정하였고, 실시예와 대비되는 비교예(종래 연약지반 처리공법)에서의 성분비율은, 포졸란 물질 80중량%, 포틀랜드 시멘트 10중량%, 무수석고 1중량%, 알칼리 금속염 1중량%, 소석회 1중량%, 산화철 35중량%로 하였다.
상기 표 3의 측정결과와 같이, 본원 발명의 실시예는 비교예에 비하여 침하량은 10.87㎜ 감소하였으며, 지내력은 2.76배 상승하는 것으로 측정되었다.
이와 같이 이루어지는 본 발명인 연약지반 강화재 조성물 및 제조방법과 이를 이용한 시공방법은, 흙이나 유기질 토양 등의 연약지반에 사용하는 경우에도 높은 지반강도를 얻을 수 있다
또한 고화 처리된 토양도 내구성을 보다 뛰어나게 할 수 있으며, 슬래그 분말 등의 무기 분말을 포함하는 것으로 인하여, 발생되는 6가크롬(Cr6+)의 용출량을 현저하게 저감시킬 수 있다.
아울러, 본 발명인 지반 강화용 조성물은 저렴한 산업 폐기물인 고로 슬래그를 주 원료로 함으로써 비용절약과 함께 환경보호에도 크게 이바지할 수 있는 이점이 있다.
이외에도 본 발명은 우수한 분산 및 교반성능과 함께 우수한 강도발현을 통해 함수비가 높은 물질을 다량으로 함유하고 있어, 기존의 시멘트만으로는 양호한 고화가 불가능한 연약지반을 효과적으로 균일하게 고화시킬 수 있는 효과도 아울러 기대된다.
이상에서 본 발명은 대표적인 상기 실시예를 참고하여 설명하였지만 본 발명의 기술상 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.
예를 들면, 본 발명의 실시예 에서는 일반 건축물의 지반강화예가 개시되어 있으나, 여기에 국한되지 않고 대형 플랜트 공장의 지반 및 교량과 토목 구조물 등의 심층부의 강도 개량에도 본 발명인 지반 강화용 조성물을 사용할 수 있다.
1; 조성물 공급관 2; 물공급관 3 공기 공급관 4; 분사노즐
10; 3중관

Claims (7)

  1. 연약지반 강화용 조성물은, 고로 슬래그 100중량부에 대하여 포틀랜드 시멘트15~20중량부 및 토질 고화제 15~30중량부를 각각 포함하되,
    상기 토질 고화제는, 탄산나트륨 20~80중량부; 10~15중량부; 무수석고 9~12중량부 및 이수석고 18~24중량부와 생석회 6~18중량부; 환원제 3~7중량부 및 유동화제 7~11중량부가 분말형태로 혼합되고, 상기 환원제는 황산제1철, 아황산나트륨, 아황산수소나트륨 중에서 1종 이상 첨가하는 것으로 하는 한편, 유동화제는 나트륨계 활성제인 것을 특징으로 하는 연약 지반 강화용 조성물.
  2. 연약지반 강화용 조성물의 제조장치는, 또한 상기 연약지반 강화용 조성물의 제조장치는, 포트랜드 시멘트 및 고로 슬래그와 무수석고는 0.5~1.2%, 이수석고 및 생석회는 0.2~0.5%의 함수율로 각각 건조하는 건조기와; 포틀랜드 시멘트와 고로 슬래그 및 무수석고를 분쇄하는 원료 분쇄기와; 상기 원료 분쇄기에서 분쇄된 원료를 혼합하는 1차 원료혼합기와; 1차 혼합된 원료에 이수석고와 생석회를 혼합하는 2차 원료 혼합기와; 2차 혼합된 원료에 환원제와 유동화제를 투입하여 혼합하는 3차 원료 혼합기와; 상기 3차 원료 혼합기에 탄산나트륨과 산화 알루미늄 분말을 혼합하는 4차 원료 혼합기와 ; 4차 원료혼합기에서 생성된 지반 강화용 조성물과, 입자크기 100㎜ 이상의 골재를 분리하는 선별기에서 선별된 토사와 혼합하는 5차 혼합기와; 5차 혼합기에서 생성된 혼합물을 운송하는 이송차량으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연약 지반 강화용 조성물 제조장치.
  3. 연약지반 강화용 조성물의 제조방법은,
    (a) 포틀랜드 시멘트와 고로 슬래그 및 무수석고를 0.5~1.2%, 이수석고 및 생석회는 0.2~0.5%의 함수율로 각각 건조시키는 단계;
    (b) 건조된 포틀랜드 시멘트와 고로 슬래그 및 무수석고를 분말도 4500~5500㎠/ｇ으로 분쇄하는 단계;
    (c) 상기 (b)단계에서 분쇄된 분쇄물에 분말형태의 이수석고와 생석회를 혼합하는 단계;
    (d) 상기 (c)단계에서 생성된 혼합물에 탄산나트륨분말과 산화알루미늄분말을 투입하여 혼합하는 단계;
    (e) 상기 (d)단계에서 형성된 혼합물에 환원제와 유등화제를 투입하여 혼합하는 지반 강화용 조성물을 완성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연약 지반 강화용 조성물 제조방법.
  4. 연약지반 강화용 조성물을 이용한 지표층 토질개량 시공방법은,
    (a) 선별기로 직경 100㎜이상 골재를 분리하는 토사 선별단계;
    (b) 상기 (a)단계에서 선별된 선별토사와 지반 강화용 조성물을 선별토사 혼합기에 투입하여 혼합하는 단계;
    (c) 상기 (b)단계에서 혼합된 지반 강화용 조성물과 선별된 토사를 운송차량으로 이송하여 포설하는 단계;
    (d) 상기 (c)단계에서 포설된 혼합재를 다짐롤러로 다짐하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지반 강화용 조성물을 이용하는 시공방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 선별된 토사는 채(100×100㎜)로 쳐서 연약지반 강화용 조성물과 혼합한 후 5~10톤/㎡의 지반 보강용 매트 또는 그리드를 함께 적층 포설하여 다짐 하도록 하는 단계가 추가되며, 이때 상기 고로 슬래그의 분말도는 4500㎠/ｇ이상으로 하는 것을 특징으로 하는 지반 강화용 조성물을 이용하는 시공방법.
  6. 심층부(저층부) 연약지반에 대한 지반강화 시공방법은,
    (가) 지층 굴착작업시 장착되는 굴착헤드에 액상의 조성물, 물, 공기가 공급되는 3중관(10)을 다단으로 결합하는 단계;
    (나) 굴착장치의 하단에 비트를 장착한 후 이를 회전시키면서 지반을 굴착하는 단계;
    (다) 굴착이 완료되면 물 공급관(2)과 공기 공급관(3)으로 고압수와 고압의 공기가 분사노즐(4)을 통하여 측벽으로 분사하여 파일경이 확관 되도록 하는 단계;
    (라) 확관 시키면서 3중관을 상승시킴과 동시에 확관된 구멍에 액상의 지반 강화용 조성물을 조성물 공급관(1)으로 유입 및 토출시켜 파일을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지반 강화용 조성물을 이용하는 시공방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 고압수와 고압공기의 압력을 각각 250~300㎏/㎠, 55~60㎏/㎠로 하고, 토출되는 액상의 강화재의 함수율은 55~65%가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 지반 강화용 조성물을 이용하는 시공방법.
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