KR100414856B1 - A cement grouting materials of micro-fine hybrid silicates with high penetrable, strong and durable - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고침투성, 고강도 및 고내구성을 부여하는 무기계 초미립자 복합실리카 시멘트 그라우트재에 관한 것이다.The present invention relates to an inorganic ultrafine composite silica cement grout material which provides high permeability, high strength and high durability.

본 발명은 무기계 시멘트를 주재로 한 현탁액형 그라우트재의 침투성 저하, 유동성 손실, 내구성 저하 등에 대한 유효하고도 적절한 대안 제시와 환경에 대한 안정성 확보, 고결체의 강도발현율 개선에 역점을 둔 고기능성 그라우트재인 초미립자계 복합실리카 주입재, 즉 MSG-SE, E, N, R형의 현탁액 그라우트재와 규산소다와 중화제를 이용한 현탁형 그라우트재를 제공한다.The present invention is a high-functional grout material that focuses on suggesting effective and appropriate alternatives to the permeability reduction, fluidity loss, durability reduction, etc. of the suspension-type grout material mainly based on inorganic cement, securing the stability to the environment, and improving the strength expression rate of the solidified particles. An ultra-particulate composite silica injection material, that is, a suspension grout material of MSG-SE, E, N, and R type, and a suspension grout material using sodium silicate and a neutralizing agent are provided.

Description

고침투성, 고강도 및 고내구성을 부여하는 초미립자계 복합실리카 시멘트 그라우트재{A CEMENT GROUTING MATERIALS OF MICRO-FINE HYBRID SILICATES WITH HIGH PENETRABLE, STRONG AND DURABLE}A fine grain composite silica cement grout material with high permeability, high strength and high durability {A CEMENT GROUTING MATERIALS OF MICRO-FINE HYBRID SILICATES WITH HIGH PENETRABLE, STRONG AND DURABLE}

본 발명은 시멘트계 초미립자와 포졸란계 초미립자로 조성된 초미립자 복합실리카 시멘트를 주재로 한 분체 그라우트재와 현탁액의 점성을 낮추기 위한 분산제 및 응결속도를 조정할 수 있는 소디움실리케이트, 실리카졸, 혼화제 등에 의해서 겔 타임 범위를 광범위하게 조정할 수 있는 현탁액형과 용액형 그라우트재를 이용하여 시공성을 편리하게 개선하고 고침투성, 고강도 및 고내구성을 부여하여 지반보강구조를 구축하는 그라우트재에 관한 것이다.The present invention is a gel time range by dispersing agent for reducing the viscosity of the powder grout composed of cement-based ultrafine particles and pozzolan-based ultrafine particles and dispersant to lower the viscosity of the suspension and sodium silicate, silica sol, admixture, etc. The present invention relates to a grout material for constructing a ground reinforcement structure by using a suspension type and a solution type grout material which can be widely adjusted, and conveniently improving workability and giving high permeability, high strength and high durability.

수리 및 광산분야에서 연약지반내에 시멘트를 주입하는 약액 주입기술이 적용되기 시작한 이후 시멘트 현탁액을 암반의 균열부위나 지반의 틈새에 주입하는 기술에 이르기까지 발전을 거듭해 왔다. 그라우팅에서 일반 시멘트의 주입효과가 확인되면서 토건 건설공사분야에서는 약액주입이 본격적으로 도입되었다. 그렇지만 일반 시멘트의 평균입경은 15∼20㎛이고 최대입경은 80∼100㎛에 달할 정도로 입자가 굵기 때문에 침투주입 영역이 매우 제한적이었으며, 시멘트계 약액주입에서는 침투성 저하의 주요 원인으로 지적돼 왔다.Since the liquid injection technology for injecting cement into the soft ground has been applied in the repair and mining fields, it has been developed to the technology for injecting the cement suspension into the cracks of the rock or the gap of the ground. As the effect of general cement injection on grouting was confirmed, chemical injection was introduced in the field of civil construction. However, since the average particle diameter of general cement is 15 ~ 20㎛ and the maximum particle size is 80 ~ 100㎛, the penetration area is very limited and it has been pointed out as the main cause of the deterioration of the permeability in cement-based chemical solution injection.

그라우팅은 그라우트재와 주입공법에 따라 특성이 달라진다. 그라우트재에는 현탁액형과 용액형이 있다. 현탁액형 그라우트재는 용액중에 고체입자를 포함하고, 용액형 그라우트재는 용액중에 고체입자가 들어있지 않은 것이다. 일반적으로 현탁액형 그라우트재보다는 용액형 그라우트재가 지반내 침투성이 우수하기때문에 고전적으로 많이 사용되고 있다. 그렇지만 용액형 약액으로 가장 많이 사용되는 규산소다를 주입한 고결체의 경우 알칼리의 용탈작용으로 고결체가 분해되기 때문에 3개월 이상의 장기 재령에서는 주입 전의 지반보다 전단저항력이 약화되는 문제가 있다.Grouting varies according to grout material and injection method. The grout material is of a suspension type and a solution type. The suspension grout material contains solid particles in solution, and the solution grout material does not contain solid particles in solution. In general, the solution type grout material is conventionally used because of its excellent permeability in the ground rather than the suspension type grout material. However, in the case of the solidified substance injected with sodium silicate, which is most commonly used as a solution type chemical liquid, the solidified substance is decomposed due to alkali elution, which causes a weaker shear resistance than the ground before injection.

현탁액형 그라우트재는 다시 완전 현탁액형과 반현탁액형으로 구분할 수 있다. 완전 현탁액형 그라우트재는 시멘트 밀크형, 시멘트 모르터형, 시멘트에 점토를 혼합한 밀크형, 점토 밀크형, 아스팔트 밀크형 등으로 세분할 수 있다. 반현탁액형 그라우트재는 규산소다와 시멘트계 현탁액형 그라우트재를 혼합한 것과 규산소다와 점토계 현탁액형을 혼합한 것으로 나뉜다. 그리고 용액형 그라우트재는 규산소다계, 리그닌계, 요소수지계, 아크릴 아미드계 및 폴리우레탄계 등으로 구별된다.Suspended grout materials can be further divided into complete suspension and semisuspension forms. Complete suspension type grout material can be subdivided into cement milk type, cement mortar type, milk type mixed with clay, clay milk type, asphalt milk type and the like. The semi-suspension type grout material is classified into a mixture of sodium silicate and cement suspension grout and a mixture of sodium silicate and clay suspension. The solution grout material is classified into sodium silicate, lignin, urea resin, acrylamide and polyurethane.

분체에 대한 분쇄·분급기술이 고도로 발달된 최근에는 공개특허공보 제89-2498호와 같이 현탁액중의 분체를 초미립자화한 현탁액형 그라우트재도 용액형 그라우트재에 필적할 만큼 높은 침투성을 발휘할 수 있다는 점이 알려지고나서 현탁액형 그라우트재의 발전속도가 빨라졌다. 이제까지 알려진 무기계 현탁형 그라우트재는 시멘트-벤토나이트를 경화재로 한 CB 그라우트 또는 일반 시멘트를 단독으로 사용하는 밀크 그라우트재가 대표적이다. 현탁액형 그라우트재의 침투성에 큰 영향을 미치는 인자는 분체입자의 크기와 현탁액의 점성이다.Recently, as the grinding and classification technology for powders has been highly developed, suspension type grout materials having ultra-fine particles in suspension, such as Korean Patent Application Publication No. 89-2498, can exhibit high permeability as comparable to solution grout materials. Since it is known, the speed of development of suspension grout material has been increased. The inorganic suspended grout materials known so far are typically CB grout with cement-bentonite as the hardening material or milk grout material using ordinary cement alone. Factors that greatly affect the permeability of the suspension grout material are the size of the powder particles and the viscosity of the suspension.

분체 그라우트재에 대한 초미립자화가 진행될 경우 상기 두 가지 특성이 서로 대치되는 문제가 발생한다. 즉, 분체가 초미립자화되면서 침투영역이 실트성 지반까지 확대될 수 있는 반면 현탁액의 점성은 급격히 증가하여 침투성의 저하가 초래되는 것이다. 현탁입자의 입경은 현장에서 조절할 수 없지만 현탁액의 점성은 현장에서 조절이 가능한 배합 인자이다. 점성을 낮추기 위한 방법으로는 물결합재비를 높이거나 전기화학적인 분산작용을 유발시킬 수 있는 화학혼화제를 사용하는 방법이 있다.When the ultra-particulation of the powder grout material proceeds, a problem arises in which the two characteristics are replaced with each other. That is, as the powder becomes ultra fine, the penetration region can be expanded to the silt ground, while the viscosity of the suspension is increased rapidly, resulting in a decrease in permeability. The particle size of the suspended particles cannot be adjusted in situ, but the viscosity of the suspension is a compounding factor that can be adjusted in situ. As a way to lower the viscosity, there is a method of using a chemical admixture that can increase the water binder ratio or cause an electrochemical dispersion.

지금까지는 물결합재비를 높이는 방법이 관행적으로 행해져 왔다. 용액형 그라우트재용 대표적 약액은 물유리인데, 물유리를 사용하면 용탈현상 때문에 내구한도가 길어야 1년이고 짧게는 3개월 정도부터 차수효과가 현저히 저하되는 경향이 있다. 그래서 물유리의 용탈현상을 촉진하는 소디움을 제거하고 순수 실리카만을 결합재로 활용하여 실리카의 용탈을 억제하는 실리카졸계 주입재의 사용이 증가하고 있는 추세다. 그러나 아직도 물유리가 관용적으로 활용되기 때문에 그라우팅에 의한 지반개량의 내구성이 떨어지는 경향이다.Up to now, the method of increasing the water binder cost has been conventionally practiced. The typical chemical solution for solution type grout material is water glass. When water glass is used, the durability limit tends to be significantly lowered from 1 year and shortly 3 months due to the dissolution phenomenon. Therefore, the use of silica sol-based fillers to suppress the dissolution of silica by removing the sodium to promote the elution of water glass and using only pure silica as a binder is increasing trend. However, since water glass is still commonly used, durability of ground improvement by grouting tends to be inferior.

정밀화학의 발전에 힘입어 경제적인 분산제를 사용할 수 있는 제품선택의 기회가 늘었고, 이러한 분산제를 사용하면 주입현탁액의 물시멘트비를 낮출 수 있어 블리딩에 의한 부피감소와 건조수축량의 현저한 경감, 및 재주입의 필요성이 적어서 시공속도를 가속시킬 수 있는 것으로 알려져 있다.Thanks to the development of fine chemistry, the choice of products that can use economical dispersant has increased, and the use of such dispersant can lower the water cement ratio of the injection suspension, which significantly reduces the volume due to bleeding and drastically reduces the dry shrinkage and re-injection. It is known that it is possible to accelerate the construction speed because of the small need.

한편, 그라우팅공법으로서는 밀크공법과 LW공법, SGR공법등이 있다. 밀크공법은 일반 시멘트 단독 또는 일반 시멘트에 벤토나이트를 첨가하여 물에 혼합한 현탁액을 주입장치로 지반에 주입하는 공법으로서, 댐의 기초 암반등에 대한 영구적인 차수 및 지반보강목적으로 활용된다.On the other hand, the grouting method includes a milk method, an LW method, an SGR method, and the like. The milking method is a method of injecting a suspension of a mixture of general cement alone or bentonite into general cement into water with an injection device, and is used for permanent order and ground reinforcement for the foundation rock of a dam.

LW공법은 규산소다 수용액을 A액으로 하고 일반 시멘트를 물과 혼합한 현탁액을 B액으로 하여 지반에 주입하기 직전에 A액과 B액을 혼합시켜 지반에 주입하는 것이다. 규산소다는 1,2,3호가 있는데, 그라우팅공사에서는 주로 3호를 사용한다. 이 공법은 지하철 누수대의 임시적 차수 및 지반보강목적에 흔히 활용되고 있다.In the LW method, the solution A and B are mixed and injected into the ground immediately before the liquid is injected into the ground using the aqueous solution of sodium silicate as the A solution and the suspension mixed with general cement water. Sodium silicate is available in Nos. 1 and 2, and grouting works use No. 3. This technique is commonly used for temporary draft and ground reinforcement of subway leaks.

SGR공법은 규산소다 수용액을 A액으로 하고 일반 시멘트를 물과 혼합한 현탁액을 B액으로 하여 지반에 주입하기 직전에 A액과 B액을 혼합시켜 지반에 주입하는 것이다. B액은 급결형 B1액과 완결형 B2액이 있다. 이 공법도 LW공법과 마찬가지의 용도를 가지며, 누수량이 많은 경우에는 급결용과 완결용을 적절히 조화시켜 차수효과를 높일 수 있는 것이 장점이다.In the SGR method, the solution A and B are mixed and injected into the ground just before injecting the aqueous solution of sodium silicate into solution A and the suspension of ordinary cement mixed with water into solution B. There are two types of liquids: quick B1 and finished B2. This method has the same purpose as the LW method, and in the case of a large amount of leakage, it is an advantage that the order effect can be enhanced by appropriately combining quick and final use.

그러나 이러한 종래의 그라우팅공법에 의해서는 지반보강 부분의 발현강도가 충분하지 못하고, 무엇보다도 3개월 이상 장기적인 내구성을 필요로 하는 가시설 또는 영구시설에는 주입완료 후의 차수 및 자반보강효과가 처음상태로 지속되지 못하는 문제점을 갖고 있었다. 또, 일반 시멘트 현탁액을 사용하는 경우 굵은 모래층까지만 침투주입이 가능하고 중간 모래층 보다도 공극이 미세한 지층에서는 할렬주입으로 인하여 부분적인 차수효과만 기대할 수 있을 뿐이었다.However, by the conventional grouting method, the strength of expression of the ground reinforcement part is not sufficient, and above all, in the temporary or permanent facilities that require long-term durability for more than three months, the order and purge reinforcement effect after the completion of injection do not continue to the initial state. I could not have a problem. In addition, in the case of using a general cement suspension, only the coarse sand layer can penetrate and only the partial order effect can be expected due to the splitting in the finer pores than the middle sand layer.

따라서, 본 발명의 목적은 무기계 시멘트를 주재로 한 현탁액형 그라우트재의 문제점으로 지적돼 온 침투성 저하, 유동성 손실, 내구성 저하 등에 대한 유효하고도 적절한 대안 제시와 환경에 대한 안정성 확보, 고결체의 강도발현율 개선에 역점을 둔 고기능성 그라우트재인 초미립자계 복합실리카 주입재, 즉 MSG-SE, E, N, R형의 현탁액 그라우트재와 규산소다와 중화제를 이용한 현탁형 그라우트재를 제공하기 위한 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to propose an effective and appropriate alternative to the permeability reduction, fluidity loss, durability reduction, etc., which has been pointed out as a problem of suspension type grout material mainly based on inorganic cement, and to secure environmental stability, and to express strength of solidified body. It is to provide an ultra-particulate composite silica injection material, which is a high functional grout material focused on improvement, that is, a suspension grout material of MSG-SE, E, N, and R type, and a suspension grout material using sodium silicate and a neutralizer.

본 발명의 다른 목적은 상기 그라우트재를 이용하여 고강도 및 고내구성 지반보강구조를 구축할 수 있는 그라우팅공법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a grouting method that can build a high strength and high durability ground reinforcement structure using the grout material.

본 발명은 평균입경 3∼5㎛의 실리카를 주성분으로 하고, 여기에 점성을 낮추기 위한 분산제, 강도증대용 고강도 혼화제를 첨가한 초미립자계 복합실리카 시멘트를 제공한다.The present invention provides ultrafine composite silica cement containing silica having an average particle diameter of 3 to 5 µm as a main component and adding a dispersant for lowering viscosity and a high strength admixture for increasing strength thereto.

상기 복합실리카 시멘트용 응결조절제로서의 소디움 실리케이트, 실리카졸, 중화제등은 고결체의 강도와 내구성을 향상시킬 수 있도록 특별히 조성된 활성규산으로 하여 알칼리 용출을 극력 억제한 것이다.Sodium silicate, silica sol, neutralizing agent, etc., as the coagulation regulator for the composite silica cement, suppress the alkali dissolution as much as active silicic acid specially formulated to improve the strength and durability of the solidified body.

본 발명은 또 분말도 8,000 ㎠/g 이상의 초미립자계 복합실리카 그라우트재를 주재료로 사용하고 여기에 몰비 3.6 이상의 활성규산을 응결조절제로 사용하여 고강도 및 고내구성을 발휘하는 그라우팅 공법을 제공하는 것이다. 다시 상세히 설명하면, 급결형 또는 완결형 또는 지연형 초미립자 복합실리카 그라우트재를 물과 혼합한 시멘트 밀크액을 만들어 지반에 주입하여 차수보강하는 1.0shot 공정의 주입공법(도 1 참조), 완결형 또는 지연형 초미립자 복합실리카 그라우트재를 물과 혼합한 현탁액을 만들어 B액으로 하고, 몰비 3.6 이상의 활성규산 수용액을 A액으로 하여 A액과 B액을 혼합한 완결형 호모겔액을 만들어 지반에 주입하여 차수보강하는 1.5shot 공정의 주입공법(도 2 참조), 급결형 초미립자 복합실리카 그라우트재를 물과 혼합한 현탁액을 만들어 B1액으로 하고, 몰비 3.6 이상의 활성규산 수용액을 A액으로 하여 A액과 B1액을 혼합한 급결형 호모겔액을 만들어 지반에 1차적으로 주입하고, 완결형 또는 지연형 초미립자 복합실리카 그라우트재를 물과 혼합한 현탁액을 만들어 B2액으로 하고, 몰비 3.6 이상의 활성규산 수용액을 A액으로 하여 A액과 B2액을 혼합한 완결형 호모겔액을 만들어 지반에 2차적으로 주입하는 과정을 교호적으로 반복 주입하여 지반을 차수 보강하는 2.0shot 공정의 급결형 주입공법(도 3 참조) 등을 제공하는 것이다. 여기서, 활성규산을 더 상세히 설명한다. 실리케이트에서 몰비(SiO2/Na2O)는 실리케이트 폴리머(Silicate Polymer)의 크기와 이들의 함량을 결정한다. 이는 실리케이트의 물리적, 화학적 성질을 결정하고 따라서 각 용도마다 몰비(SiO2/Na2O)가 다르다. 몰비가 0.5인 경우 하나의 -SiOH에 Na+하나씩이 결합된 상태로 약 60%가 모노머(Monomer)이고, 25% 정도가 다이머(Dimer)이며, 15%정도가 환상(ring structure)의 트라이머(Trimer)나 테트라머(Tetramer)로 구성된다. 본 발명에서 사용하는 규산처럼 몰비가 3.6 이상의 경우에는 8개의 -SiOH에 Na+하나씩이 결합된 상태로 85%가 테트라머 구조가 되어 이들이 1∼2nm의 콜로이들(Colloidal) 입자가 되어 활성도가 매우 높은 특수규산이 된다.본 발명은 종래의 주입공법에 비해서 초미립자계 주입재와 활성도가 큰 특수규산을 사용함으로써 고침투, 고강도, 고내구성, 환경친화성을 향상시킨 것을 특징으로 하며, 본 발명의 기술이 적용되는 지하철 건설 등에서 많이 발생하는 도심지 굴착 공사 시의 차수보강공사, 산악터널 공사시의 차수보강공사, 댐기초공사시의 차수보강공사 및 일반적인 연약지반 개량공사에 광범위하게 적용함으로써 건설공사의 품질수준을 획기적으로 향상시킬 수 있다.The present invention also provides a grouting method that exhibits high strength and high durability by using an ultrafine composite silica grout material having a powder degree of 8,000 cm 2 / g or more as a main material and an active silicic acid having a molar ratio of 3.6 or more as a coagulation control agent. In more detail, the injection method of the 1.0shot process (see Fig. 1), the final form of the cemented milk solution in which the quick-type or final-type or fine-grained fine silica composite silica grout material is mixed with water, and then injected into the ground and reinforced A suspension made by mixing the delayed ultrafine composite silica grout material with water was made into B solution, an aqueous solution of active silicic acid with a molar ratio of 3.6 or more was used as A solution, and a homogeneous homogel solution was prepared by mixing A and B solutions. Injecting method of 1.5shot reinforcing process (refer to Fig. 2), a suspension mixture of the rapid-type ultrafine composite silica grout material is mixed with water to make B1 liquid, and A solution and B1 liquid with an active silicic acid solution having a molar ratio of 3.6 or higher as A liquid. Prepared a homogeneous homogel solution mixed with water, and injected into the ground first, and then a suspension of mixed final or delayed ultrafine composite silica grout material with water. For example, B2 solution, active silicic acid solution with a molar ratio of 3.6 or more is used as A solution to form a complete homogel solution in which A and B2 solutions are mixed. To provide a quick injection method (see Fig. 3) of the 2.0 shot process. Here, the active silicic acid is described in more detail. The molar ratio (SiO 2 / Na 2 O) in the silicate determines the size and content of the silicate polymer (Silicate Polymer). This determines the physical and chemical properties of the silicates and therefore the molar ratio (SiO 2 / Na 2 O) differs for each application. When the molar ratio is 0.5, about 60% are monomers, about 25% are dimers, and about 15% are ring structure trimers with Na + one bonded to one -SiOH. (Trimer) or tetramer (Tetramer). When the molar ratio is 3.6 or more, as in the silicic acid used in the present invention, 85% of the tetramer structure in which Na + is bonded to 8 -SiOH are combined to form colloidal particles of 1 to 2 nm, which is very active. The present invention is characterized by improved high penetration, high strength, high durability and environmental friendliness by using ultra fine magnetic field injection material and high activity specific silica compared with the conventional injection method. The quality of construction works by applying it extensively to order reinforcement work in urban excavation work, order reinforcement work in mountain tunnel work, order reinforcement work in dam foundation work, and general soft ground improvement work. The level can be improved dramatically.

도 1은 그라우트재 주입기의 일례도1 is an example of a grout material injector

도 2는 2액 동시 주입용 복수형 그라우트재 주입기의 예시도Figure 2 is an illustration of a plural grout material injector for 2 liquid simultaneous injection

도 3은 2액 개별 주입용 복수형 그라우트재 주입기의 예시도Figure 3 is an illustration of a plural grout injector for 2 liquid individual injection

도 4는 시멘트 현탁액의 겉보기 점도와 전단응력과의 관계를 나타낸 그래프4 is a graph showing the relationship between the apparent viscosity and shear stress of cement suspension

도 5는 유동화제에 의한 시멘트 입자의 분산 모델5 is a dispersion model of cement particles by a fluidizing agent

도 6은 해수환경에서 시멘트 수화물의 열화과정도6 is a deterioration process diagram of cement hydrate in seawater environment

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1 : 믹서 2 : 펌프1: mixer 2: pump

3(a,b) : 주입기 4(a,b) : 주입관3 (a, b): Injector 4 (a, b): Injection tube

본 발명에서 제공하는 그라우트재는 초미립자 시멘트와; 슬래그, 플라이 애쉬, 실리카흄, 규조토, 화산재, 왕겨등의 1종 또는 2종 이상을 혼합한 것이다. 이것을 본 발명에서는 복합실리카 시멘트라고 한다.The grout material provided in the present invention is ultra-fine cement; One or two or more kinds of slag, fly ash, silica fume, diatomaceous earth, volcanic ash and chaff are mixed. This is referred to as composite silica cement in the present invention.

상기 복합실리카 시멘트의 종류를 상세히 설명한다. 복합실리카 시멘트를 몰비 3.6 이상의 활성규산과 겔화시키는 경우 겔타임을 급결형, 완결형, 지연형으로 크게 구분하고, 이들 겔타임은 그라우팅 주입재의 겔화되는 경화속도를 의미한다. 즉, 급결형의 겔화속도는 5∼15초를 표준으로 하고, 완결형의 겔화속도는 40∼90초를 표준으로 하며, 지연형의 겔화속도는 300∼420초를 표준으로 하되 현장의 여건에 따라서 이들 표준범위에서 약간씩 조정하여 사용할 수 있다. 이때 적용하는 표준배합은 일반적으로 가장 많이 적용되는 수준으로 A액은 활성규산은 100% 수용액으로 하고, B액은 물과 시멘트를 200%로 하며, A액과 B액을 1:1 부피비로 혼합한 경우 겔화되는 것을 기준으로 한다. 이와 같이 그라우팅 주입재의 겔화되는 경화속도가 달라야 하는 이유는 지반의 출수상태 및 지반보강 목적에 따라서 급결형과 완결형을 교호적으로 주입함으로써 주입효과를 극대화할 수 있기 때문이다. 한편, 급결형, 완결형 및 지연형으로 구분되는 복합실리카 시멘트는 분말도 8,000 ㎠/g 이상의 시멘트와 분말도 8,000 ㎠/g 이상의 포졸란계 복합실리카를 적정 비율로 혼합하여 제조함으로써 겔화속도를 조정한 것을 특징으로 한다. 즉, 몰비 3.6 이상의 활성규산을 겔화반응재로 하여 복합실리카 혼합시멘트의 현탁액을 종류별로 교반하면 급결형, 완결형 및 지연형으로 겔화속도가 구분된다. 또한, 이들 혼합시멘트가 초미분말화 됨으로써 현탁액의 점도가 급격히 상승하여 주입성을 떨어뜨리는 것을 방지하기 위해서 각 타입별로 1∼3%의 분산제를 외할로 첨가하여 사용한다. 각 형태별 시멘트와 포졸란계 복합실리카의 혼합비율을 상세히 설명한다. 즉, 상기 그라우트재는 초미립자 시멘트와 포졸란계 초미립자 복합실리카의 배합비를 조절하여 급결형, 완결형, 지연형으로 구분하여 반응속도를 조절하도록 조합된 것을 특징으로 하는 그라우트재로서, 급결형은 분말도가 8,000 ㎠/g 이상의 초미립자 시멘트 100∼60%와 분말도가 8,000 ㎠/g 이상인 포졸란계 초미립자 복합실리카 0∼40%가 혼합된 그라우트재이다. 완결형은 분말도가 8,000 ㎠/g 이상의 초미립자 시멘트 50∼20%와 분말도가 8,000 ㎠/g 이상인 포졸란계 초미립자 복합실리카 50∼80%가 혼합된 그라우트재이다. 지연형은 분말도가 8,000 ㎠/g 이상의 초미립자 시멘트 30∼10%와 분말도가 8,000 ㎠/g 이상인 포졸란계 초미립자 복합실리카 70∼90%가 혼합된 그라우트재이다. 여기서, 이와 같은 상기 그라우트재에는 알루미나, 마그네시아등의 고결반응 촉매제가 더 첨가(예를 들면, 1∼5%가 첨가)된다. 이는 급결형, 완결형, 지연형의 반응속도 내에서 현장의 대기 온도 변화, 지하수 온도변화, 출수상태의 과다 등에 적절히 대응할 수 있도록 하기 위한 것이다.The kind of the composite silica cement will be described in detail. When gelling composite silica cement with active silicic acid of 3.6 or more molar ratio, the gel time is divided into quick type, complete type, and delay type, and these gel times mean the curing rate of gelation of the grouting injection material. In other words, the gelation rate of the quickening type is set to 5 to 15 seconds as standard, the gelling speed of the finished type is set to 40 to 90 seconds as standard, and the gelation rate of the delayed type is set to 300 to 420 seconds as standard. Therefore, it can be used by adjusting slightly in these standard ranges. In this case, the standard formulation is generally applied to the most commonly used level. A liquid is 100% aqueous solution of active silicic acid, B liquid is 200% water and cement, and A liquid and B liquid are mixed in a 1: 1 volume ratio. In one case it is based on gelation. The reason why the curing rate of gelation of the grouting injection material should be different is that the injection effect can be maximized by alternately injecting the quickening type and the final type according to the ground discharged state and the ground reinforcement purpose. On the other hand, the composite silica cement which is divided into fastening type, finished type and delayed type is prepared by mixing a cementity of 8,000 cm2 / g or more of powder and pozzolanic composite silica of more than 8,000 cm2 / g of powder in an appropriate ratio to adjust the gelation rate. It is characterized by. In other words, when the suspension of the composite silica mixed cement is stirred for each kind by using the active silicic acid having a molar ratio of 3.6 or more as a gelling reaction material, the gelation rate is classified into a quick type, a complete type and a delay type. In addition, in order to prevent these mixed cements from being extremely finely powdered, the viscosity of the suspension rises rapidly and the injectability is degraded, 1 to 3% of a dispersant for each type is added and used externally. The mixing ratio of cement and pozzolanic composite silica in each form will be described in detail. That is, the grout material is a grout material, characterized in that it is combined to control the reaction rate by adjusting the mixing ratio of the ultrafine cement and pozzolan-based ultrafine composite silica, divided into a fastening type, a complete type, a delayed type, the fastening type is a powder degree It is a grout material in which 100-60% of ultrafine particle cement of 8,000 cm <2> / g or more and 0-40% of pozzolanic ultrafine composite silica of 8,000 cm <2> / g or more are mixed. The finished type is a grout material in which 50 to 20% of ultrafine cement having a powder degree of 8,000 cm 2 / g or more and 50 to 80% of pozzolanic ultrafine composite silica having a powder degree of 8,000 cm 2 / g or more are mixed. The retarded type is a grout material in which 30 to 10% of ultrafine cement having a powder degree of 8,000 cm 2 / g or more and 70 to 90% of pozzolanic ultrafine composite silica having a powder degree of 8,000 cm 2 / g or more are mixed. Here, a solidification catalyst such as alumina or magnesia is further added (for example, 1 to 5%) to the grout material. This is to respond appropriately to the change in the air temperature of the site, the change of groundwater temperature, the excess of the discharged water, and the like within the reaction type of the fastening type, the completion type, and the delay type.

이와 같이 실리카 물질과 고결반응 촉매제를 적정범위로 제한하는 것은 현장의 출수조건에 적절히 대응할 수 있게 하기 위해서 겔타임을 5∼15초 수준의 급결용, 40∼90초 수준의 완결용 300∼420초 수준의 지결용 등으로 용도를 차별화 함으로서 그라우팅 시공효과를 극대화 할 수 있기 때문이다. 종래의 그라우트재와 공법으로는 이와 같이 효과적으로 대응하는 것이 어려웠지만 본 특허기술에 의해서 가능해진 것이다.In this way, limiting the silica material and the coagulation reaction catalyst to an appropriate range is suitable for fastening the gel time of 5 to 15 seconds and completing the 40 to 90 seconds for 300 to 420 seconds in order to adequately cope with the field discharge conditions. This is because the grouting construction effect can be maximized by differentiating the use for the level of papermaking. Although it was difficult to cope with such a conventional grout material effectively in this way, it became possible by this patent technique.

초미립자 복합실리카 시멘트는 백회색 초미립자 분체이고 진비중은 3.0±0.1이며, 블레인 비표면적은 약 8,000㎠/g로서 일반 시멘트에 비해 월등하고 , 평균입경도 3∼5㎛의 초미립자이다. 15∼20㎛인 일반 시멘트에 비하면 1/5 정도로 아주 미세하기 때문에 지반내의 미세한 공극에도 침투가 용이하다. 또한 아래 입도분포표에서도 확인되듯이, 입경이 10㎛를 넘는 굵은 입자가 5% 이하로 구성되어 있으므로 미세한 공극에 대한 침투성이 더욱 우수하다.또한, 상기와 같은 시멘트는 블레인 비표면적이 3,000㎠/g 인 수준을 일반시멘트, 비표면적 4,000㎠/g 인 수준을 조강시멘트, 비표면적이 6,000㎠/g인 수준을 초조강시멘트, 비표면적이 8,000㎠/g 인 수준을 초미립자 시멘트로 구분하고, 특히 초미립자 시멘트는 그라우트재로 사용할 경우 효과가 우수하지만 사용기술이 표준화 되어 있지 않기 때문에 본 발명에서는 혼합재의 비율을 조절 그 경화속도를 조절하도록 하였다.The ultra fine composite silica cement is white gray ultra fine powder and has a specific gravity of 3.0 ± 0.1, and the specific surface area of the brain is about 8,000cm2 / g, which is superior to that of general cement, and has an average particle size of 3 ~ 5㎛. Compared to general cement of 15 ~ 20㎛, it is very fine about 1/5, so it is easy to penetrate even minute pores in the ground. In addition, as can be seen from the particle size distribution table below, the coarse particles have a finer permeability to fine pores because the coarse particles having a particle diameter of more than 10 μm are 5% or less. In addition, the cement has a specific surface area of 3,000 cm 2 / g. Phosphorus level is general cement, specific surface area 4,000㎠ / g Phosphorus level is crude steel cement, specific surface area is 6,000㎠ / g, super-tough steel cement and specific surface area is 8,000㎠ / g. Cement is excellent when used as a grout material, but because the use technology is not standardized in the present invention to adjust the ratio of the mixture to adjust its curing rate.

한편, 그라우팅 시공은 일반적으로 3∼20kg/cm2정도의 압력주입을 시행하는데 저압으로 주입할수록 지반내에서 수압파쇄현상이 발생하지 않기 때문에 유리하다. 주입하는 입자가 클수록 주입압력이 커지기 때문에 초미립자실리카와 같이 미세한 입자를 주입할 경우 지반내의 압력가중이 작아져서 지반을 파괴시키지 않고 안전하게 주입시키는데 유리하다.On the other hand, grouting construction is generally carried out pressure injection of about 3 ~ 20kg / cm 2 It is advantageous because the injection of low pressure does not occur hydraulic breakage phenomenon in the ground. The larger the particles to be injected, the greater the injection pressure, and thus, when fine particles are injected, such as ultrafine silica, the pressure weight in the ground is small, which is advantageous to safely inject the soil.

이에 대하여 종래의 일반 시멘트는 입경이 10㎛를 넘는 굵은 입자가 70%를 웃돌기 때문에 미세한 균열에는 거의 침투할 수 없음을 알 수 있다. 미첼의 실험식에 따르면 미세한 균열의 폭이란 일반적으로 30㎛를 기준으로 하고 입자가 균열폭에 충분히 침투되기 위해서는 그라우트재의 입경크기가 균열폭의 1/3 이하가 되어야 한다.On the other hand, it can be seen that the conventional general cement hardly penetrates into fine cracks because the coarse particles having a particle diameter of more than 10 μm exceed 70%. According to Mitchell's empirical formula, the fine crack width is generally 30 μm, and the particle size of the grout must be less than 1/3 of the crack width in order for the particles to fully penetrate the crack width.

표 1. 입도 분포표(누적통과량)Table 1. Table of particle size distribution (accumulated through)

주입재종류입경크기(㎛)Type of injection material Particle size (㎛) 본 특허의 초미립자복합실리카Ultra fine particle composite silica of this patent 종래의 보통 시멘트Conventional plain cement 1One 12.112.1 3.53.5 1.51.5 15.715.7 5.25.2 22 21.521.5 9.19.1 33 33.233.2 12.712.7 44 49.149.1 18.518.5 66 81.381.3 20.420.4 88 88.788.7 27.127.1 1010 98.198.1 36.736.7 1616 99.799.7 49.349.3 2424 100.0100.0 66.866.8 3232 100.0100.0 78.278.2 4848 100.0100.0 92.992.9 6464 100.0100.0 96.896.8 평균입경(d50)Average particle size (d 50 ) 4.24.2 17.617.6

일반 시멘트에 대한 품질기준은 국가규격으로 관리하고 있지만 초미립자 시멘트에 관한 규격은 제정되어 있지 않다. 따라서 본 시험은 한국산업규격을 기준으로 품질평가를 실시하였고, 그 시험결과중 물리적 특성의 대표치는 표 2와 같다.Quality standards for general cement are managed by national standards, but there are no standards for ultra-fine cement. Therefore, this test carried out quality evaluation based on the Korean Industrial Standards, and the representative values of the physical characteristics in the test results are shown in Table 2.

표 2. 물리 특성치Table 2. Physical Properties

KS 규격의 제한치Limitation of KS Standard 본특허의초미립자 복합 실리카Ultra-particulate composite silica of the present patent 종래의 보통시멘트Conventional plain cement 비중importance -- 3.003.00 3.153.15 비표면적(㎠/g)Specific surface area (㎠ / g) 2,800이상Over 2,800 8,3908,390 3,2203,220 길모아응 결Gilmore W/C(%)W / C (%) -- 30.530.5 28.728.7 초결(분)First minute 60이상60 or more 185185 160160 종결(시:분)Termination (hour: minute) 10:00 이하10:00 and below 7:257:25 7:107:10 압 축강 도Compressive strength W/C(%)W / C (%) -- 49.849.8 48.548.5 1일(㎏/㎠)1 day (㎏ / ㎠) -- 181181 8787 3일(㎏/㎠)3 days (㎏ / ㎠) 110이상110 and above 364364 211211 7일(㎏/㎠)7 days (㎏ / ㎠) 190이상190 or more 552552 283283 28일(㎏/㎠)28 days (㎏ / ㎠) 290이상Over 290 678678 395395

위 표에서, 본 발명의 초미립자 복합실리카 시멘트는 일반 시멘트에 비해서 아주 우수한 강도특성을 보였다. 따라서 지반내의 공극에 주입되어 고강도를 발현함으로서 지반내 보강구조의 내구성도 현저히 개선할 수 있다.In the above table, the ultra-fine particle silica cement of the present invention showed very excellent strength characteristics compared to the general cement. Therefore, the durability of the reinforcing structure in the ground can be remarkably improved by injecting into the voids in the ground to express high strength.

[실시예]EXAMPLE

실시예 1 - MSG 1.O shot공법분말도가 8,000 ㎠/g 이상의 초미립자 시멘트 80%, 분말도가 8,000 ㎠/g이상인 플라이애쉬및 왕겨가 균일비율로 투입되는 포졸란계 초미립자 복합실리카 16%가 배합되며 그 입도 3~5㎛인 혼합물에 알루미나로 이루어진 고결반응촉매제 2%가 혼합되며, 여기에 아미노술폰산계인 분산제가 2% 외활로 첨가되어 표준 겔타임이 5~15초인 급결형 초미립자계 복합실리카시멘트를 완성 하였다.또한, 분말도가 8,000 ㎠/g 이상의 초미립자 시멘트 40%, 분말도가 8,000 ㎠/g이상인 플라이애쉬및 왕겨가 균일비율로 투입되는 포졸란계 초미립자 복합실리카 56%가 배합되며 그 입도 3~5㎛인 혼합물에 알루미나로 이루어진 고결반응촉매제 2%가 혼합되며, 여기에 아미노술폰산계인 분산제가 2% 외활로 첨가되어 표준 겔타임이 40~90초인 완결형 초미립자계 복합실리카시멘트를 완성 하였다.Example 1-MSG 1.O shot method 80% of ultra fine cement with powder of 8,000 cm 2 / g or more, and 16% of pozzolanic ultra fine composite silica in which fly ash and chaff having a powder of 8,000 cm 2 / g or more are added at a uniform ratio 2% of the solidification catalyst composed of alumina is mixed with the mixture having a particle size of 3 ~ 5㎛, and the amino sulfonic acid-based dispersant is added by 2% external life, so that the standard gel time is 5 ~ 15 seconds. In addition, 40% of ultrafine cement having a powder level of 8,000 cm 2 / g or more, and 56% of pozzolanic ultrafine composite silica in which fly ash and chaff having a powder level of 8,000 cm 2 / g or more are added at a uniform ratio are mixed. 2% of the solidification reaction catalyst composed of alumina is mixed with the mixture of ~ 5㎛, and the amino sulfonic acid-based dispersant is added by 2% external life, and the final ultrafine particle complex having a standard gel time of 40 to 90 seconds The cement Rica was completed.

그리고, 분말도가 8,000 ㎠/g 이상의 초미립자 시멘트 20%, 분말도가 8,000 ㎠/g이상인 플라이애쉬및 왕겨가 균일비율로 투입되는 포졸란계 초미립자 복합실리카 76%가 배합되며 그 입도 3~5㎛인 혼합물에 알루미나로 이루어진 고결반응촉매제 2%가 혼합되며, 여기에 아미노술폰산계인 분산제가 2% 외활로 첨가되어 표준 겔타임이 300~420초인 급결형 초미립자계 복합실리카시멘트를 완성 하였다.상기와 같은 초미립자 복합실리카 시멘트 43kg에 물 21.5ℓ를 첨가한 w/c 50%의 현탁액과, 일반 시멘트 43kg에 물 21.5ℓ를 첨가한 w/c 50%의 현탁액으로 각각 5㎝ ×5㎝ ×5cm의 정입방체형 페이스트 공시체를 만들어 압축강도를 측정하였다. 그 결과는 표 3과 같다.표 3. 5㎝ ×5㎝ ×5cm의 페이스트 공시체In addition, 20% of the ultrafine cement having a powder level of 8,000 cm 2 / g or more, and 76% of the pozzolanic ultrafine composite silica in which the fly ash and the chaff having a powder degree of 8,000 cm 2 / g or more are introduced at a uniform ratio are blended and have a particle size of 3 to 5㎛. 2% of the coagulation reaction catalyst composed of alumina was mixed into the mixture, and an amino sulfonic acid-based dispersant was added in 2% external life to complete the quick-type ultrafine particle composite silica cement having a standard gel time of 300 to 420 seconds. Square cube of 5cm × 5cm × 5cm, w / c 50% suspension with 21.5 liters of water added to 43kg of composite silica cement and w / c 50% with 21.5 liters of water added to 43kg of normal cement. Paste specimens were made to measure the compressive strength. The results are shown in Table 3. Table 3. Paste specimens of 5 cm x 5 cm x 5 cm

본 특허기술의MSG 1.0 shot공법 혼합액(현탁형)MSG 1.0 shot method mixture of the patented technology (suspension type) 종래기술의보통시멘트 혼합액(현탁형)Conventional Cement Mixture (Suspension Type) 페이스트압축강도(㎏/㎠)Paste Compressive Strength (㎏ / ㎠) 3일3 days 337337 182182 7일7 days 525525 226226 28일28 days 648648 337337

실시예 2 - MSG 1.5 shot공법Example 2 MSG 1.5 Shot Method

활성규산 50ℓ에 물 50ℓ를 섞은 수용액을 A액으로 하고 초미립자 복합실리카 시멘트 43kg에 물 86ℓ를 첨가한 w/c 200%의 완결형 현탁액을 B액으로 하여 혼합한 것과, 규산소다 3호 50ℓ에 물 50ℓ를 탄 수용액을 A'액으로 하고 일반 시멘트 43kg에 물 86ℓ를 첨가한 완결형 현탁액 B'액을 혼합하고, 각각 5 ×5 ×5cm의 정입방체형 호모겔 공시체를 제작하여 이들에 대한 압축강도를 측정하였다. 그 결과는 표 4와 같다.A solution of 50 liters of activated silicic acid and 50 liters of water was used as A solution, and 43 kg of ultrafine composite silica cement was added with 86 liters of w / c 200% suspension as B solution. A 50 L aqueous solution was used as the A 'solution, and 43 kg of ordinary cement was mixed with the finished suspension B' solution with 86 L of water, and 5 × 5 × 5 cm square cube homogel specimens were prepared to provide compressive strength. Was measured. The results are shown in Table 4.

표 4. 5㎝ ×5㎝ ×5cm의 호모겔 공시체Table 4. Homogel specimens of 5 cm × 5 cm × 5 cm

본 특허기술의MSG1.5 shot공법 혼합액(현탁형)MSG1.5 shot method mixture solution of this patent technology (suspension type) 종래기술의보통시멘트 혼합액(현탁형)Conventional Cement Mixture (Suspension Type) 겔타임Gel time 57초57 seconds 68초68 seconds 호모겔압축강도(㎏/㎠)Homogel Compressive Strength (㎏ / ㎠) 3일3 days 2222 22 7일7 days 4343 77 28일28 days 5858 55

실시예 3 - MSG 2.0 shot공법Example 3 MSG 2.0 Shot Method

활성규산 50ℓ와 물 50ℓ로 혼합하여 조성한 수용액 A와 급결형 초미립자복합실리카 42㎏과 물 85ℓ를 혼합하여 조성한 급결형 현탁액 B1과 완결형 초미립자복합실리카 42㎏과 물 85ℓ를 혼합하여 조성한 완결형 현탁액 B2로 해서 A+B1을 급결주입으로 하고 A+B2를 완결주입으로 하여 본 특허기술인 MSG 2.0 shot공법에 관한 호모겔 공시체를 제작하였다.Aqueous suspension A prepared by mixing 50 L of active silicic acid and 50 L of water, 42 kg of quick-type ultra-fine particle composite silica, and 85 L of water, prepared suspension B1, 42 kg of finished ultra-fine particle composite silica, and 85 L of water-complete suspension. As a result, A + B1 was used as a rapid injection and A + B2 was used as a complete injection.

한편, 종래의 기술과 비교를 위해서 규산소다-3호 50ℓ 와 물 50ℓ를 혼합하여 조성한 수용액 A´와 보통시멘트 30㎏에 급결형 혼화재 12㎏를 첨가하고 물 85ℓ를 혼합하여 조성한 급결형 현택액 B1´와 보통시멘트 30㎏에 완결형 혼화재 12㎏를 첨가하고 물 85ℓ를 혼합하여 조성한 완결형 현탁액 B2´로 해서 A´+ B1´를 급결주입으로 하고 A´+ B2´를 완결주입으로 하는 종래기술에 관한 호모겔 공시체도 제작하고 각기 5㎝×5㎝×5㎝의 정입방형 공시체를 만들어 이들에 대한 압축강도를 측정하고, 그 결과를 표 5와 같이 나타냈다.On the other hand, for comparison with the prior art, the aqueous solution A 'formed by mixing 50 l of sodium silicate-3 and 50 l of water and 12 kg of a quick-mixing admixture were added to 30 kg of ordinary cement, and the quick-acting suspension B1 prepared by mixing 85 l of water. A prior art in which A '+ B1' is used as a rapid injection and A '+ B2' is used as a final injection as a complete suspension B2´, which is prepared by adding 12 kg of a final admixture to 30 kg of ´ and ordinary cement and mixing 85 liters of water. Homogel specimens were prepared as well, and cubic specimens of 5 cm × 5 cm × 5 cm were made, respectively, and the compressive strengths thereof were measured. The results are shown in Table 5 below.

활성규산 50ℓ와 물 50ℓ로 조성한 수용액 A + 초미립자 복합실리카 시멘트 30kg과 급결혼화제 12kg 및 물 85ℓ로 조성한 급결형 현탁액 B1 + 초미립자 복합실리카 시멘트 50ℓ에 물 50ℓ를 가한 완결현탁액 B2과, 규산소다 3호 50ℓ에 물 50ℓ를 첨가한 수용액 A' + 일반 시멘트 30kg과 급결혼화제 12kg에 물 85ℓ를 첨가한 완결형 현탁액 B1' + 일반 시멘트 30kg과 완결혼화제 12kg에 물 85ℓ를 첨가하여 조성하고, 각기 5㎝ ×5㎝ ×5cm의 정입방체형 호모겔 공시체를 만들어 이들에 대한 압축강도를 측정하고, 그 결과를 표 5와 같이 나타냈다.Aqueous suspension of 50l of activated silica and 50l of water + 30kg of ultra fine particle composite silica cement, 12kg of quick admixture and 85l of water suspension suspension B1 + 50l of super fine particle composite silica cement, 50l of water Aqueous solution A 'with 50 liters of water added 50 liters and 30 kg of normal cement and 12 kg quick-mixing agent 12 kg of water is added to 85 kg of complete suspension B1' + 30 kg of normal cement and 12 kg of final blending agent. A cubic homogel specimen of × 5 cm × 5 cm was made, and the compressive strength thereof was measured. The results are shown in Table 5.

표 5. 5㎝ ×5㎝ ×5cm의 호모겔 공시체Table 5. Homogel specimens of 5 cm × 5 cm × 5 cm

본 특허기술의MSG 2.0 shot공법 혼합액(현탁형)MSG 2.0 shot method mixture of the patented technology (suspension type) 종래기술의보통시멘트 혼합액(현탁형)Conventional Cement Mixture (Suspension Type) 급결형Swift 완결형Complete 급결형Swift 완결형Complete 겔타임Gel time 7초7 sec 6161 8초8 sec 7474 호모겔압축강도(㎏/㎠)Homogel Compressive Strength (㎏ / ㎠) 3일3 days 1515 1919 1One 22 7일7 days 3535 3838 55 77 28일28 days 4141 4545 33 55

시공예 1.Application Example 1.

도 1과 같이, 믹서(1)와 펌프(2)를 구비한 주입기(3)로 상기 초미립자 복합실리카 시멘트 현탁액을 주입하여 지중에 고결체를 구축하였다.As shown in FIG. 1, the ultrafine particle composite silica cement suspension was injected into the injector 3 including the mixer 1 and the pump 2 to form a solidified body in the ground.

시공예 2.Application Example 2.

도 2와 같이, 믹서(1)와 펌프(2)를 구비한 2대의 주입기(3a,b)를 준비하고, 일측 주입기(3a)는 A액을, 타측 주입기(3b)는 A+B1 또는 A+B2액을 장입하고 단일 주입관(4)으로 주입하여 지중에 고결체를 구축하였다.As shown in FIG. 2, two injectors 3a and b having a mixer 1 and a pump 2 are prepared, and one injector 3a is liquid A, and the other injector 3b is A + B1 or A. + B2 solution was charged and injected into a single injection tube (4) to form a solid body in the ground.

시공예 3.Application Example 3.

도 3과 같이, 믹서(1)와 펌프(2)를 구비한 2대의 주입기(3a,b)를 준비하고, 일측 주입기(3a)로는 주입관(4a)으로 A액부터 주입한 후에 타측 주입기(3b)의 주입관(4b)로 B1 또는 B2액을 나중에 주입하여 지중에 고결체를 구축하였다.As shown in FIG. 3, two injectors 3a and b including the mixer 1 and the pump 2 are prepared, and after injecting the A liquid into the inlet tube 4a from the injector 3a, the other injector ( B1 or B2 liquid was later injected into the injection pipe 4b of 3b), and the solidified body was built up underground.

[평가예][Evaluation Example]

일반 시멘트 현탁액과 본 발명의 초미립자 복합실리카 시멘트 현탁액의 유동성부터 비교하였다.The flowability of the general cement suspension and the ultra-fine particle silica cement suspension of the present invention was compared.

비뉴턴유동 중에서 유동을 일으키는데 필요한 최소의 전단응력(항복치)을 필요로 하는 경우를 빙엄소성유동이라고 한다. 대부분의 시멘트 또는 점토계 현탁액형 그라우트재는 빙엄소성유동을 한다고 볼 수 있다. 빙엄소성유동에서는 항복치까지 전단속도가 "0"이고, 항복치 이상의 전단응력에서는 직선관계를 갖는다.In non-Newtonian flows, the minimum shear stress (yield value) required to generate the flow is called bingham plastic flow. Most cement or clay suspension grouts can be considered to be ice-baking flows. In bingham plastic flow, the shear rate is "0" to the yield value, and the shear stress is higher than the yield value.

시멘트계 그라우트재의 물시멘트비와 점도 및 전단응력의 관계는 일반적으로 도 4와 같고, 모르터, 시멘트 페이스트, 물 시멘트비가 작은 시멘트 현탁액 등의 전단응력과 전단속도의 관계는 하기 수학식 1과 같이 빙엄소성유동을 한다.The relationship between the water cement ratio of the cement-based grout material, the viscosity and the shear stress is generally the same as that of FIG. Do it.

여기서, τy는 빙엄항복점 전단응력, μp는 소성점도를 나타낸다. 토립자의 공극을 통과하는 시멘트 및 점토 등에 의한 현탁액형 그라우트재는 토립자와 그라우트재간의 접촉면에서 유동을 일으키는 데 필요한 최소한의 빙엄항복점 전단응력인 τy의 저항을 받아 주입 초기에는 점성의 영향을 받지만 침투가 진행되면서부터는 전단응력의 영향을 받는다. 즉, 그라우트재가 지반에 침투되면서 유효 주입압력이 전단응력에 서서히 흡수되어 결국 "0"이 되면 침투가 정지된다.Where τ y is the ice shear yield point shear stress and μ p is the plastic viscosity. Suspension-type grouts, such as cement and clay, which pass through the pores of the granules, are subject to viscosity at the initial stage of injection due to the resistance of τ y , the minimum shear stress point stress required to generate flow at the contact surface between the granules and grout. As it progresses, the shear stress is affected. That is, when the grout material penetrates into the ground, the effective injection pressure is gradually absorbed by the shear stress, and the penetration is stopped when it becomes "0".

시멘트계 그라우트재의 점도를 낮추기 위해서 전기화학적 반발작용을 발생시키는 분산제를 사용하고 있다. 분산제에 의한 시멘트 입자의 분산작용은 분산제 중의 분산을 담당하는 성분이 시멘트 입자 표면에 흡착되어 생기는 정전기적 반발력, 입체적 장애작용, 및 침투습윤작용 등에 의하여 유동성이 발휘된다. 정전기적 반발력에 의한 분산작용은 소위 소수성 콜로이드의 입자간 상호작용에 관한 DLVO(Derjaguin, Landau, Verway, Overbek)이론을 기초로 한다. 즉, 흡착에 따라서 음전하를 부여받은 시멘트 입자간에 생기는 반발력에 의해 응집이 해체되는 효과로 설명되고 있다.In order to lower the viscosity of the cement-based grout material, a dispersant that generates an electrochemical repulsion is used. The dispersing action of the cement particles by the dispersing agent exhibits fluidity due to the electrostatic repulsive force, steric hindrance, and penetration wetting action caused by adsorption of components responsible for dispersing in the dispersing agent on the cement particle surface. Dispersion by electrostatic repulsion is based on DLVO (Derjaguin, Landau, Verway, Overbek) theory on the interparticle interactions of so-called hydrophobic colloids. That is, it is explained by the effect that agglomeration disassembles by the repulsive force which generate | occur | produces between the cement particle which was given the negative charge according to adsorption.

일반적으로 시멘트 입자와 같이 미분화된 고체입자는 물과 접촉하면 입체 표면의 습윤작용보다는 표면에너지를 감소시키기 위하여 서로 응집하려는 경향이 강하기 때문에 유동성이 저하된다. 이때, 계면활성제인 유동화제를 시멘트에 첨가하면 시멘트의 입자 표면에 유동화제가 흡착되어 대전층이 형성된다. 따라서 대전층의 전위가 비슷한 입자 사이에는 전기적 상호 반발력이 생겨서 도 2와 같이 현탁액의 유동성이 크게 증가하게 되는 것이다.In general, finely divided solid particles such as cement particles have a low tendency to agglomerate with each other in order to reduce surface energy rather than wetting of a three-dimensional surface when in contact with water. At this time, when the fluidizing agent, which is a surfactant, is added to the cement, the fluidizing agent is adsorbed on the surface of the particles of cement to form a charging layer. Therefore, the electrical mutual repulsion occurs between particles having similar potentials in the charging layer, thereby greatly increasing the fluidity of the suspension as shown in FIG. 2.

물 속의 모래입자는 교란되고 있는 동안만 부유상태로 있다. 초미립자로 구성된 AgI 콜로이드 입자(요오드 은; 잉크의 발색제)는 항상 분산된 상태를 유지한다. 현탁액 속에서 1개의 구형입자가 정지한 액체 속을 침강할 때 구의 직경과 그 침강속도와의 사이에는 하기 수학식 2와 같은 스톡스 관계식이 성립한다.Sand particles in water remain suspended only while disturbed. AgI colloidal particles (iodine silver; the color developer of the ink) composed of ultra-fine particles always remain dispersed. When one spherical particle is precipitated in a stationary liquid in a suspension, a Stokes relation, such as Equation 2, is established between the diameter of the sphere and its sedimentation rate.

여기서, υ는 현탁액 입자가 액체의 점성저항에 따라 최종 침강속도에 도달한 때의 침강속도, ρS는 현탁액 입자의 밀도, ρW는 물의 밀도, β는 현탁액의 동점성 계수, r은 현탁액 입자의 직경이다. 이는 현탁액의 입자가 등속으로 침강하는 것으로 가정하여 입자와 액체의 밀도차가 크고, 입자의 크기가 클수록 침강속도가 빨라지며, 액체의 점도가 클수록 침강속도는 느려진다는 스톡스(Stoks)의 법칙에 근거를 둔 것이다. 시멘트 현탁액의 경우 시멘트 입자의 크기는 일정하지만 점도는 시간에 따라 변한다. 특히, 10㎛ 이하의 미립자가 많을수록 현탁액의 점도가 빠르게 증가하기 때문에 입자의 침강속도는 반대로 느려지고 재료분리에 의한 안정성은 높아진다.Where υ is the sedimentation rate when the suspension particles reach the final sedimentation rate according to the viscosity of the liquid, ρ S is the density of the suspension particles, ρ W is the density of water, β is the kinematic viscosity of the suspension, r is the suspension particle Is the diameter. This is based on Stokes' law, which assumes that the particles in the suspension settle at a constant velocity, the larger the difference in density between the particles and the liquid, the larger the particle size, the faster the sedimentation rate, and the higher the liquid viscosity, the slower the sedimentation rate. I put it. For cement suspensions, the size of the cement particles is constant but the viscosity changes over time. In particular, the more the fine particles of 10㎛ or less, the viscosity of the suspension increases quickly, the sedimentation rate of the particles is reversed and the stability by material separation is increased.

점도는 그라우트재의 입도, 형상 및 그라우트재의 배합에 따라 달라진다. 따라서 복합실리카 시멘트 및 일반 시멘트에 대한 점도를 확인하기 위하여 표 6과 같은 현탁액 배합을 적용하고, 현탁액형 시멘트 밀크의 점도는 회전점도계를 이용하여 측정하였다. 회전점도계의 원리는 회전봉의 마찰저항을 점도로 환산하므로 공극 사이를 통과하는 주입재의 마찰저항을 평가하는 데 가장 일반적으로 사용되고 있는 것이다. 표 7은 표 6의 현탁액형 시멘트 밀크의 배합에 대해 측정결과를 나타낸 것이다.Viscosity depends on the particle size, shape of the grout material and the blending of the grout material. Therefore, in order to confirm the viscosity for the composite silica cement and the general cement, a suspension formulation as shown in Table 6 was applied, and the viscosity of the suspension-type cement milk was measured using a rotational viscometer. The principle of the rotating viscometer is the most commonly used for evaluating the frictional resistance of the injection material passing between the pores because the frictional resistance of the rotating rod is converted into viscosity. Table 7 shows the measurement results for the formulation of the suspension cement milk of Table 6.

표 6. 현탁액 배합표(배합량 기준: 700㎖)Table 6. Suspension formulation table (based on formulation: 700 ml)

W/C(%)W / C (%) 물(㎖)Water (ml) 시멘트(g)Cement (g) 복합실리카Compound Silica 보통usually 복합실리카Compound Silica 보통usually 100100 522.3522.3 531.3531.3 522.3522.3 531.3531.3 200200 598.3598.3 604.1604.1 299.1299.1 302.1302.1 300300 628.7628.7 633.0633.0 209.6209.6 211.0211.0 400400 645.1645.1 648.5648.5 161.3161.3 162.1162.1

표 7. 점도 측정결과(단위: cps)Table 7. Viscosity Measurement Results (Unit: cps)

W/C(%)W / C (%) 복합실리카Compound Silica 보통usually 100100 357357 4545 200200 6565 1616 300300 3838 99 400400 1919 44

표 6에서, 복합실리카 시멘트 현탁액은 초미립자 분체를 다량 함유하고 있어서 일반 시멘트 현탁액에 비해 점도가 매우 크다는 사실을 알 수 있다. 따라서 그라우트재를 배합설계할 경우 점도를 저감시킬 수 있는 대책으로 분산제를 첨가하는 것이 바람직하다.In Table 6, it can be seen that the composite silica cement suspension contains a large amount of ultra fine powder, so that the viscosity is much higher than that of the general cement suspension. Therefore, it is preferable to add a dispersant as a countermeasure to reduce the viscosity when the grout material is formulated.

분산제로서는 나프탈렌계, 폴리카르본산계, 멜라민계, 아미노술폰산계 등이 주로 사용된다. 분산제 첨가량은 0∼3.5%까지 적용하여 복합실리카 시멘트와 일반 시멘트를 대상으로 분산제의 최적 첨가량을 적용해야 한다. 품질 안정성과 사용 편의를 위해서는 멜라민계 분말형 분산제가 적합하다. 시멘트 종류별 점도 변화결과를 표 8에 표시하였다.As the dispersant, naphthalene series, polycarboxylic acid series, melamine series, aminosulfonic acid series and the like are mainly used. The amount of dispersant added should be from 0 to 3.5%, and the optimal amount of dispersant should be applied to composite silica cement and general cement. Melamine-based powder dispersants are suitable for quality stability and ease of use. Table 8 shows the results of viscosity change by cement type.

표 8. 분산제량과 현탁액의 점도(단위:cps)Table 8. Dispersant Amount and Viscosity of Suspensions in cps

구분division w/c(%)w / c (%) 분산제 첨가량(C ×WT%)Dispersant Addition (C × WT %) 00 0.50.5 1.01.0 1.51.5 2.02.0 2.52.5 3.03.0 3.53.5 복합실리카Compound Silica 100100 362362 210210 150150 9595 3030 1010 77 55 200200 7171 2525 88 44 33 22 22 22 300300 3535 2020 55 33 22 22 22 22 400400 1919 1515 44 33 33 22 22 22 보통시멘트Ordinary cement 100100 4343 3535 2121 1313 99 66 55 44 200200 1818 1212 99 77 44 33 33 33 300300 77 77 77 66 44 44 33 22 400400 33 33 33 33 33 33 22 22

점도를 낮추려면 물 시멘트비를 높이고 분산제를 사용하는 것이 바람직하다. 카롤(Karol)에 의하면 현탁액형 그라우트재의 침투주입 한계점도를 10cps 이하로 제안하였다. 일반 시멘트는 물시멘트비가 100%인 경우 분산제를 1.5% 사용하면 10cps 이하로 낮출 수 있다. 또, 물시멘트비가 200% 이상 빈배합일 경우 분산제를 1% 첨가하면 10pcs 이하로 낮출 수 있고, 300% 이상일 경우에는 분산제를 사용하지 않아도 10pcs 이하로 점도를 낮출 수 있다. 일반 시멘트는 물시멘트비 200% 이상에 1.5% 이상의 분산제를 첨가하여 저점도 그라우트재로 조성해 왔다.In order to lower the viscosity, it is preferable to increase the water cement ratio and to use a dispersant. According to Karol, the threshold penetration viscosity of the suspension-type grout material was proposed to be 10 cps or less. General cement can be lowered below 10cps when the dispersant is 1.5% when the water cement ratio is 100%. In addition, when the water cement ratio is 200% or more, the mixture may be lowered to 10pcs or less by adding 1% of the dispersant, and when 300% or more, the viscosity may be lowered to 10pcs or less without using the dispersant. General cement has been formulated as a low viscosity grout material by adding a dispersant of 1.5% or more to a water cement ratio of 200% or more.

표 8의 시험결과, 복합실리카 시멘트는 물시멘트비가 100% 이하로 부배합일 때 분산제는 다량에 속하는 2.5% 이상 첨가해야 10cps 이하로 점도를 낮출 수 있다는 것을 알 수 있다. 물시멘트비가 200% 이상 빈배합일 경우 분산제는 1.0% 가량 첨가해야 10pcs 이하로 점도를 낮출 수 있다는 추정이 가능하다. 따라서, 본 발명에서는 복합실리카 시멘트 현탁액의 물시멘트비를 200% 이상 빈배합으로 하고 분산제는 1.0% 이상 첨가하는 것으로 한다.As a result of the test of Table 8, it can be seen that when the composite silica cement is submixed with the water cement ratio of 100% or less, the dispersant may lower the viscosity to 10 cps or less by adding 2.5% or more belonging to a large amount. If the water cement ratio is 200% or more, it can be estimated that the dispersant may lower the viscosity to 10pcs or less by adding about 1.0%. Therefore, in the present invention, the water cement ratio of the composite silica cement suspension is to be 200% or more to the poor mixture, and 1.0% or more of the dispersant is added.

그라우트재를 현탁시킨 시멘트 밀크의 안정성은 현탁액 중 시멘트 입자의 재료분리 저항성으로 판단한다. 일반 시멘트는 분산계(10㎛ 이상)와 응집계(10㎛ 이하)의 혼합계인 반면, 복합실리카 시멘트는 대부분 0.1∼10㎛ 의 응집계로 구성되어 있어서 재료분리에 대한 안정성이 우수하다.The stability of the cement milk in which the grout material is suspended is determined by the material separation resistance of the cement particles in the suspension. General cement is a mixed system of dispersion system (10 μm or more) and flocculation system (10 μm or less), whereas composite silica cement is mostly composed of agglomerates of 0.1 to 10 μm, which is excellent in stability of material separation.

현장에서 보편적으로 적용되고 있는 물시멘트비 200%에 대하여, 높이30cm, 부피 1000㎖짜리 메스 실린더를 이용하여 현탁형 주입재별 경시적 침강깊이와 침강속도를 정량적으로 평가한 결과를 표 9에 표시한다.Table 9 shows the results of quantitative evaluation of sedimentation depth and sedimentation rate for each suspension-type injection material using a 30 cm high and 1000 ml volumetric cylinder for water cement ratios commonly used in the field.

표 9. 주입재 종류별 침강깊이 HS(mm) 측정결과Table 9. Result of Settling Depth HS (mm) by Injection Material Type

종류시간(분)Kind time (minutes) 초미립자 복합실리카Ultrafine Composite Silica 보통시멘트Ordinary cement 00 00 00 1010 55 3838 2020 77 6969 3030 99 103103 4040 1212 122122 5050 1414 140140 6060 1515 146146 120120 1717 149149 180180 1717 149149 240240 1717 149149

위 표에서, 일반 시멘트의 침강깊이가 직선적으로 변하는 시간을 30분으로 가정하면, 각 시멘트의 침강깊이는 복합실리카 시멘트는 9mm였고 일반 시멘트는103mm였으며, 침강속도는 각각 0.3mm/분과 3.4mm/분, 그리고 30분 후의 침강율은 각각 3.0%, 34.3%로서, 복합실리카 시멘트는 일반 시멘트 대비 침강율이 약 1/11로 재료분리 속도가 상당히 완만한 것으로 나타났다.In the table above, assuming that the settling depth of the normal cement is linearly changed to 30 minutes, the settling depth of each cement is 9mm for composite silica cement and 103mm for general cement, and the settling speeds are 0.3mm / min and 3.4mm /, respectively. The sedimentation rate was 3.0% and 34.3% after minutes and 30 minutes, respectively. The composite silica cement had a relatively slow sedimentation rate of about 1/11 compared to that of general cement.

일반 시멘트를 사용하는 그라우팅에서는 현탁액의 재료분리현상을 억제하기 위하여 보편적으로 팽창성 벤토나이트를 사용하였는데, 본 발명은 입자가 미세한 복합실리카 시멘트를 사용했을 때 30분 정도까지의 블리딩율이 3% 이하로 나타나므로 주입 완료시까지 벤토나이트 사용과 같은 추가적인 재료분리방지대책을 강구하지 않아도 균일한 주입재의 주입공사, 즉 그라우팅이 가능하였다.In the grouting using general cement, expandable bentonite was generally used to suppress the material separation of the suspension. In the present invention, the bleeding rate up to about 30 minutes was found to be less than or equal to 3% when the fine silica composite particles were used. Therefore, even without additional material separation prevention measures such as the use of bentonite until the completion of the injection, it was possible to inject a uniform injection material, that is, grouting.

다음으로, 상기 복합실리카 시멘트 현탁액으로 구축된 고결체의 강도와 내구성에 대하여 검토한다.Next, the strength and durability of the solidified body formed of the composite silica cement suspension will be examined.

그라우트 고결체의 내구성 저하는 해수환경에서와 같은 화학적 침식작용에 의한 강도저하와 고결체의 화학적 결합에 의한 자가분해작용에 따라 강도가 저하되는 현상으로 분류할 수 있다. 일반적으로는 해안지역의 지반개량공법에 시멘트 주입재나 고화재가 많이 활용되어 왔지만, 해성점토의 염분, 유기물 또는 SO4 -2이온 등의 작용으로 인하여 시멘트계 수화물이 팽창 파괴되기 때문에 개량지반의 내구성이 내륙지방에 비해 크게 뒤진다.The degradation of the grout solidified body can be classified into a phenomenon in which the strength decreases due to the decrease in strength due to chemical erosion and the self-decomposition due to chemical bonding of the solidified body. In general, cement injection materials and solidified materials have been widely used in the soil reclamation process in coastal areas, but since cement-based hydrates are expanded and destroyed by the action of salt, organic matter, or SO 4 -2 ions in marine clay, durability of improved ground It is far behind inland.

또, 용액형 약액으로 가장 널리 사용되는 규산소다가 주입된 고결체의 경우 알칼리의 용탈작용 때문에 고결체가 쉽게 분리되고, 따라서 3개월 이상의 재령에서는 주입 전의 지반보다도 오히려 전단저항력이 약화되었다.In addition, in the case of the solidified substance injected with sodium silicate, which is most widely used as a solution type chemical liquid, the solidified substance was easily separated due to alkali elution, and thus, the shear resistance was weakened at the age of 3 months or more, rather than the ground before injection.

그라우팅에 의한 차수 및 지반보강공사 후 시일이 경과하면서 그 공사가 부실했거나 그 당시로선 확인이 곤란했던 이유 때문에 보강구조에 필요한 역학적 내구력을 유지하지 못하고 그라우팅 효과가 급격히 저하된 까닭에 예상하지 못한 붕괴사고가 종종 발생했던 과거의 경험이 시시하는 바 크다.Unexpected collapse due to failure to maintain the mechanical durability required for the reinforcement structure and the rapid grouting effect due to the failure of the construction after the order due to the grouting and the ground reinforcement, or the difficulty in confirming at that time. The past experience that has often occurred is insignificant.

그라우팅에는 일반 그라우팅과 내구성 그라우팅이 있다. 일반 그라우팅은 시공장비가 단촐하고 소음이 적으며, 주택 밀집지역이나 장애물이 있더라도 시공이 용이하고 주변환경에 영향을 미치는 기간이 짧으며, 산업폐기물이 거의 발생되지 않고 경제적이며, 지수성과 고결체끼리의 연속성이 우수하고 피압수하에서도 지반개량효과가 우수하다.Grouting includes general grouting and durable grouting. General grouting is simple in construction equipment and low in noise, easy to construct even in dense areas of houses or obstacles, short in the period of impact on the surrounding environment, economical with almost no industrial waste, and exponential and solid It has excellent continuity and good ground improvement effect even under water pressure.

이에 대하여 내구성 그라우팅은 일반 그라우팅의 특징 외에 강도수준이 40∼50kg/㎠ 이상 발휘되므로 내구적 지반강화구조의 구축이 가능하고, 수 십시간의 연속주입이 가능한 배합으로 조성할 수 있으므로 액상화 방지를 위한 대용량의 경제적 주입시공이 가능하며, 공해물질의 용출이 거의 없어 지하수 오염이나 식물의 생장에 해를 끼치지 않는 장점이 있다.On the other hand, durability grouting has a strength level of 40-50kg / ㎠ or more in addition to the characteristics of general grouting, so that it is possible to construct a durable ground-reinforced structure and to be formulated with a compound capable of continuous injection for several ten hours to prevent liquefaction. Large-capacity economic injection construction is possible, and there is almost no elution of pollutants, which does not harm groundwater pollution or plant growth.

한편, 해수에는 35g/ℓ의 각종 염류가 용해되어 있고, 시멘트 수화물의 열화에 가장 큰 영향을 끼치는 성분은 MgCl2및 MgSO4이다. 시멘트 수화물에 유해한 성분이 다량 함유된 해수와 온천지역과 같은 특수한 환경에서의 시멘트 열화과정은 도 6과 같은 양상을 띈다. 이 그림에서, Cl-이온의 다량 침투로부터 시멘트 수화물인 모노설페이트가 불완전한 결정의 프리델씨 염(Friedel's salt)으로 변하고, 프리델씨 염이 다시 시멘트 속의 미반응 석고나 해수 또는 토양 속의 황산염과 반응하여 팽창성 에트린자이트(Ettringite) 수화물로 변화하는 반응이 순환되면서 수화조직이 파괴된다. 따라서, 해수환경이나 오염된 환경에서 주입재 주입공사에 사용될 시멘트는 염화물이나 황산염에 강한, 다시 말해 C3A가 적은 내화학성 시멘트를 사용하는 것이 바람직하다.On the other hand, 35 g / L of various salts are dissolved in seawater, and the components which have the greatest influence on the deterioration of cement hydrate are MgCl 2 and MgSO 4 . The process of cement deterioration in a special environment such as seawater and hot spring areas containing a large amount of harmful components in cement hydrate has the same aspect as FIG. In this figure, the monosulfate, a cement hydrate, is transformed into a Friedel's salt of incomplete crystals from large infiltration of Cl − ions, and the Friedelse salts react with unreacted gypsum, seawater or sulphate in the soil to expand and expand. The hydration tissue is destroyed as the reaction to the Ettringite hydrate cycles. Therefore, it is preferable to use a cement that is resistant to chlorides or sulfates, that is, a chemically resistant cement having low C 3 A, as the cement to be used for the injection material injection work in a seawater environment or a contaminated environment.

이러한 이유로 고로 슬래그나 플라이 애쉬와 같은 혼화재를 첨가하는 혼합계 시멘트가 증가하는 추세다.For this reason, mixed cements that have added admixtures such as blast furnace slag and fly ash are on the rise.

규산소다를 주재로 하는 호모겔 고결체에 있어서는 Si-O-Si, 즉 시로키산과 Si-OH, 즉 시라놀기의 중합체가 수중환경에 존재할 경우 중합반응의 결합구조에서는 Na 이온이 용출되기 때문에 조직이 다공질화되고, 결국은 중합체가 분해되는 악순환이 되풀이 된다. 이러한 점에서, Na를 소거한 실리카졸이나 고강도가 발현되는 특수 규산소다를 활용하여 내구성을 향상시키는 것이 중요하다.In homogel agglomerates based on soda silicate, Si-O-Si, that is, the polymer of Si-OH and Si-OH, that is, a silanol group, is present in the aquatic environment. This vitrification leads to a vicious cycle in which the polymer decomposes eventually. In this regard, it is important to improve durability by utilizing a silica sol that eliminates Na or special sodium silicate that exhibits high strength.

이같은 현실적 기대에 부응하기 위한 전단계로서 규산소다 3호에 일반 시멘트를 혼합한 것과 특수 규산에 복합실리카 시멘트를 혼합한 것에 대한 호모겔 압축강도를 측정해 보았다. 응결조절제인 A액은 약액과 상수를 1 : 1 부피로 혼합하고, 경화재인 B액은 시멘트와 물을 중량비 1 : 2의 비율로 혼합한 현탁액으로 하였다. 규산소다는 어떤 약액보다도 순간적인 차수효과가 높고 경제적이다. 그래서 지하철 등의 일반 연약지반에 대한 보강공사에 보편적으로 활용되고 있다. 하지만, 약액주입으로 얻어진 고결체의 강도는 만족스럽지 않았다.As a preliminary step to meet these realistic expectations, we measured the homogel compressive strengths for mixing normal cement with sodium silicate No. 3 and mixing silica silica with special silica. Liquid A, a coagulation regulator, was mixed in a volume of 1: 1 with a chemical and a constant, and liquid B, a hardening material, was a suspension in which cement and water were mixed at a weight ratio of 1: 2. Sodium silicate is more economical and has a higher instantaneous order effect than any chemicals. Therefore, it is widely used for reinforcement work on general soft ground such as subway. However, the strength of the solidified body obtained by chemical injection was not satisfactory.

이런 점을 고려하여 일시적으로 시멘트와 함께 보강강도를 높이기 위한 반현탁액 공법이 그 대안으로 채택되었다. 이것으로도 부족해서 최근에는 항구적 그라우팅의 수요가 늘고, 이러한 추세에 따라 고강도형 특수 규산의 활용방안에 대한 관심과 수요가 급증하게 된 것이다.In view of this, a semi-suspension method has been adopted as an alternative to temporarily increase reinforcement strength with cement. This is not enough, and in recent years, the demand for permanent grouting has increased, and according to this trend, interest and demand for the use of high-strength special silica are rapidly increasing.

여하튼, 5㎝ ×5㎝ ×5cm의 정입방체로서 3시간 경과 후의 탈형이 가능한 호모겔 압축강도 공시체를 모델로 하고, 이 공시체를 공기건조 조건하에서 양생할 경우 건조수축 균열이 극심하므로 몰탈 양생의 표준조건으로 수중양생을 실시하는 것이 유리하다. 그래서 1,3,7,28일 재령별로 3개씩 제작하여 일축 압축강도를 측정하는 것을 원칙으로 삼았다.In any case, it is a 5cm × 5cm × 5cm square cube modeled after homogeneous compressive strength specimens that can be demoulded after 3 hours, and when the specimens are cured under air-drying conditions, the dry shrinkage cracks are severe. It is advantageous to carry out underwater curing under conditions. Therefore, it was made as a rule to measure the uniaxial compressive strength by making three for each age of 1, 3, 7, and 28 days.

호모겔 고결체에서 용탈된 pH의 변화를 측정하기 위하여 7㎝×7㎝×7cm 고결체 4개를 50ℓ(호모겔 체적의 약 36배)의 수돗물에 침적하여 재령별로 pH를 측정하였다. 그라우트재의 조성은 현장에서 실제로 적용되고 있는 배합조건을 대상으로 하였고, 규산소다 3호와 본 발명의 복합실리카 시멘트 그라우트재의 영향에 대하여 검토하였다. 그리고 호모겔 고결체를 수중에 침적시키는 재령별 열화현상은 목측으로 관찰하였다. 규산소다 3호에 일반 시멘트를 섞은 공시체와 본 발명의 복합 실리카 시멘트를 섞은 공시체는 모두 5㎝×5㎝×5cm짜리 고결체였다.In order to measure the change in pH eluted from homogels, four 7 cm × 7 cm × 7 cm solids were immersed in 50 L of tap water (about 36 times the volume of the homogel) to measure pH by age. The composition of the grout material was subjected to the mixing conditions actually applied in the field, and the influence of sodium silicate 3 and the composite silica cement grout material of the present invention was examined. And deterioration by age to deposit homogel solids in water was observed from the neck side. The specimens in which sodium silicate 3 was mixed with general cement and the composite silica cement of the present invention were all 5 cm x 5 cm x 5 cm solid bodies.

자연해수의 10배에 상당하는 농도의 MgSO4수용액에 침적 후 몰탈바의 길이변화를 측정한 결과를 표 10에 표시한다.Table 10 shows the result of measuring the change in the length of the mortar bar after immersion in an aqueous solution of MgSO 4 corresponding to 10 times the concentration of natural sea water.

표 10. 주입재 종류별 길이 변화율 시험 결과Table 10. Length change rate test results by type of injection material

재령(주)침전시편Seongryeong Co., Ltd. Sedimentation Specimen 길이변화율(×10-4)Length change rate (× 10 -4 ) 44 88 1313 1919 2626 복합실리카시멘트 몰탈바Composite Silica Cement Mortar Bar 1.11.1 2.72.7 3.83.8 10.910.9 13.313.3 보통시멘트 몰탈바Plain Cement Mortar Bar 3.93.9 7.57.5 15.415.4 46.946.9 64.164.1

위 표에서, 복합실리카 시멘트는 일반 시멘트보다도 몰탈바의 길이 변화가 매우 작게 나타났다. 이유는 복합실리카 시멘트의 조성광물 중에 C3A양이 가장 적고 강도발현이 컸기 때문에 우수한 화학적 내구성으로 팽창에 의한 길이 변화량이 작았기 때문이었다.In the above table, the composite silica cement showed a much smaller change in the mortar bar length than ordinary cement. The reason is that the amount of change in length due to expansion is small due to the excellent chemical durability because the amount of C 3 A is the smallest and the strength expression is high among the composite silica cements.

호모겔 압축강도의 재령별 시험결과는 표 11과 같다. 이 표에서, 복합실리카 시멘트를 사용한 경우 일반 시멘트에 비해 2배 이상 높게 나타나 내구성에 큰 영향을 끼치는 것으로 확인되었다.The test results for each age group of the homogel compressive strength are shown in Table 11. In this table, it was confirmed that the composite silica cement is more than twice as high as the general cement, which significantly affects the durability.

표 11. 주입재 종류별 호모겔 압축강도 시험 결과Table 11. Homogel compressive strength test results by injection material type

재령(일)Rebirth (Sun) 압축강도(㎏/㎠)Compressive strength (㎏ / ㎠) 특수규산+복합실리카Special Silica + Compound Silica 규산소다3호+보통시멘트Sodium Silicate No.3 + Regular Cement 1One 5.55.5 1.81.8 33 18.218.2 4.74.7 77 35.935.9 23.623.6 2828 43.143.1 15.115.1

또, 복합실리카 시멘트의 경우 28일 재령에서도 강도가 증가된 데 대하여 일반 시멘트의 경우는 강도저하가 나타났다. 이것은 물에 침적된 수중양생에서 알칼리가 과도하게 용출되었기 때문인데, 일반적인 규산소다 + 일반 시멘트에서는 짧은 기간에 내구성 저하가 심각하게 발생한다는 사실을 확인할 수 있다. 따라서 일반 규산소다 3호 그라우트재는 1년 이상의 가시설물의 차수 및 지반보강공사에 적용할 경우 내구성 저하로 인해 건설안전사고가 발생할 가능성이 있다.In addition, in the case of composite silica cement, the strength was increased at 28 days of age, but in general cement, the strength was decreased. This is due to the excessive elution of alkali in aquatic immersion in water, and it can be seen that in general sodium silicate + general cement, deterioration of durability occurs seriously in a short period of time. Therefore, general Sodium Silicate No. 3 grout material may cause construction safety accidents due to deterioration of durability when applied to ordering and ground reinforcement work for more than one year.

알칼리가 용출되면서 호모겔 고결체가 다공질화되고 열화도 촉진된다. 알칼리의 용출을 평가할 수 있는 방법은 공시체가 침적된 수용액의 pH변화로 확인할 수 있다. 표 12에서, 본 발명의 활성규산을 사용한 경우 96시간 후에도 pH값의 상승이 높지 않은 편이었으나 규산소다 3호를 사용한 경우 24시간만에 10.7로pH가 높게 나타났다.As the alkali is eluted, homogel solids become porous and deterioration is promoted. The method of evaluating the elution of alkali can be confirmed by changing the pH of the aqueous solution in which the specimen is deposited. In Table 12, when the active silica of the present invention was used, the pH value was not increased even after 96 hours, but when sodium silicate 3 was used, the pH was increased to 10.7 in 24 hours.

표 12. 그라우트재 종류별 수용액등의 pH 변화Table 12. Changes in pH of aqueous solution by type of grout

재령(시간)Age (hours) pH 값pH value 특수규산+복합실리카Special Silica + Compound Silica 규산소다3호+보통시멘트Sodium Silicate No.3 + Regular Cement 초기Early 8.28.2 8.28.2 2424 8.78.7 10.710.7 4848 9.39.3 10.710.7 9696 9.39.3 10.710.7

표 11의 호모겔 압축강도 공시체를 수중에 침적시켜 양생하면 경시적으로 시편이 온전하게 유지되는 것과 변형되는 시편이 있다. 규산소다 3호 + 일반 시멘트에서는 재령이 경과할수록 시편의 변형이 심각했고 강도의 하락현상도 확연했다.When the homogel compressive strength specimens of Table 11 are immersed and cured in water, there are specimens that are kept intact and deformed over time. In Soda Silicate No. 3 + general cement, the deformation of the specimen became more severe and the strength declined.

따라서, 복합실리카 시멘트 그라우트재는 일반 시멘트 그라우트재에 비해 해수와 화학적 환경에서 길이변화량이 작고, 다량의 양생수에서 알칼리 용출량이 매우 작으므로 내구성이 월등하다. 또, 호모겔 고결체의 압축강도와 시편변형을 측정한 결과 특수 규산 + 복합실리카 시멘트는 28일 재령에서도 강도 저하와 변형이 되지 않은 점으로 보아 고도의 내구성이 요구되는 그라우팅공사에서 고강도 고내구성 지반보강구조를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.Therefore, the composite silica cement grout material has a small change in length in seawater and a chemical environment compared to a general cement grout material, and has excellent durability since alkali elution amount is very small in a large amount of curing water. In addition, as a result of measuring the compressive strength and specimen deformation of the homogel solidified body, the special silicic acid + composite silica cement was not deteriorated and deformed even at 28 days of age. The reinforcement structure is expected to be obtained.

한편, 토질조건에 따른 주입형태, 즉 주입이 가능한 모래 및 모래섞인 실트질 영역에서는 주입형태에 따라 충전주입과 침투주입, 할렬주입으로 구분하고, 주입이 불가능한 점성토 영역에서는 고압분사에 의한 혼합안정처리공법이 적용된다.On the other hand, in the injection type according to the soil conditions, that is, the injection type sand and sand-mixed silt region, it is divided into the filling injection, the penetration injection and the split injection according to the injection type. In the viscous soil area where the injection is impossible, the mixed stability treatment by high pressure spraying The method applies.

침투주입 영역에서도 종래의 일반 시멘트를 주입재로 사용할 경우 자갈섞인 굵은 모래층 또는 투수계수 k=α×10-2cm/sec까지는 침투 가능하지만, 저점도의 용액형 주입재를 적용할 경우 실트질 모래 지반까지 침투주입을 확장시킬 수 있다. 최근에는 환경오염의 염려도 없고 침투성도 용액형에 필적할 만한 주입성을 발휘하는 무기계 주입재인 초미립자 시멘트가 개발되어 실용화단계에 와 있다.In the case of infiltration area, it is possible to penetrate the coarse sand layer or the permeability coefficient k = α × 10 -2 cm / sec when using conventional cement as the injection material, but to the silty sand ground when applying the low viscosity solution type injection material. Infiltration can be extended. Recently, ultra fine cement, which is an inorganic injection material which has no concern about environmental pollution and exhibits injectability comparable to solution type, has been developed and is in commercial use.

그라우팅 기술의 신뢰성을 향상시키기 위한 재료의 개발과 정량적인 시공관리에 대한 많은 연구결과도 있었다. 그러한 연구결과 중에는 입자형 그라우팅 효과의 한계를 극복하기 위하여 입자를 초미립자화한 것이 있는데, 이는 초미립자화로 인한 경제적인 문제 해결과 점성증가로 인한 침투성 저해를 방지하기 위하여 현장 초미립자화, 수화속도제어, 분산성 개선 등에 연구의 초점이 맞춰졌다고 말할 수 있다.There have been many studies on material development and quantitative construction management to improve the reliability of grouting technology. Some of the results of these studies have superfine particles in order to overcome the limitations of the particle grouting effect.These are known to solve the economic problems caused by the ultrafine particles and to prevent the impairment of penetration due to the increase in viscosity. It can be said that the research was focused on improving acidity.

초미립자 복합실리카 시멘트는 적용처별 시공목적 및 겔화시간에 따라서 구성재료의 조성물을 변경함으로서 촉진형, 표준형, 지연형으로 구분한다. 이들 각각에 대한 화학성분, 입도분포, 광물특성, 응결재인 활성 실리카와 일반 시멘트에 대한 특성에 대하여 살펴본다.Ultrafine composite silica cement is classified into promotion type, standard type, and delay type by changing the composition of constituent materials according to the application purpose and gelation time. The chemical composition, particle size distribution, mineral properties, and the properties of active silica and coagulant as coagulants are examined for each of them.

화학성분은 X-레이 형광분석(XRF), 입도분포는 레이저 투과법(Malvern Mastersizer), 광물분석은 X-레이 회절분석(XRD) 및 전자현미경(SEM) 등의 계측장비를 이용하여 분석하였다.Chemical components were analyzed using X-ray fluorescence (XRF), particle size distribution (Malvern Mastersizer), mineral analysis using X-ray diffraction (XRD) and electron microscope (SEM).

현장에서 가장 범용적으로 사용되는 배합을 기준으로 1.0 shot공정의 배합을 표 13과 같이 선정하고 3종의 복합실리카 시멘트 중에서 표준형을 대상으로 배합실험을 실시하였다. 복합 실리카와의 비교를 위하여 일반 시멘트에 대해서도 동등한 배합으로 비교실험을 실시하였다. 표 13과 같은 배합으로 블리딩율과 점도를 측정하고, 샌드 컬럼 주입장치를 이용한 침투성 시험도 실시함으로서 초미립자계 복합실리카 시멘트 현탁액의 재료분리에 대한 안정성과 저점도성 및 주입성 등을 확인하였다.Based on the most commonly used formulation in the field, the formulation of the 1.0 shot process was selected as shown in Table 13, and the compounding experiment was conducted for the standard type among the three composite silica cements. In order to compare with the composite silica, a comparative experiment was conducted with the same formulation for general cement. The bleeding rate and viscosity were measured by the formulation as shown in Table 13, and the permeability test was also performed using a sand column injector to confirm the stability, low viscosity, and injectability of material separation of the ultrafine composite silica cement suspension.

표 13. 1.0 shot공정의 시멘트 밀크 배합비(기준:400ℓ)Table 13. Cement milk compounding ratio (standard: 400ℓ) of 1.0 shot process

물시멘트비 (WT%)Water Cement Ratio ( WT %) 초미립자실리카-N typeUltrafine Silica-N type 보통시멘트Ordinary cement 물(ℓ)Water (ℓ) 시멘트(㎏)Cement (kg) 물(ℓ)Water (ℓ) 시멘트(㎏)Cement (kg) 약 200About 200 343343 171171 345345 173173

그리고 기존의 LW 공법, SGR 공법 등에서 가장 많이 적용되고 있는 1.5 shot공정의 배합을 표 14와 같이 선정하고 겔타임, 알칼리 용출량 및 시편변형도, 호모겔 강도 등을 측정하여 복합실리카 시멘트 현탁액의 강도 발현성과 내구성 및 시공성 등을 확인하였다. 표 14의 1.5 shot공정은 차수효과가 우수하고 경제적이므로 지하철 등의 연약지반 주입공사에서 가장 범용적으로 활용되는 공법이다.In addition, the formulation of the 1.5 shot process, which is most applied in the existing LW method and SGR method, is selected as shown in Table 14, and the strength of the composite silica cement suspension is expressed by measuring gel time, alkali elution, specimen strain, and homogel strength. Performance and durability and workability were confirmed. The 1.5 shot process shown in Table 14 is the most widely used method in the soft ground injection work such as subway, because the order effect is excellent and economical.

표14. 1.5 shot공정의 그라우트재 배합비(기준:400ℓ)Table 14. Grout material mix ratio of 1.5 shot process (standard: 400ℓ)

초미립자실리카-N typeUltrafine Silica-N type 보통시멘트Ordinary cement 물water 활성규산Activated silica 시멘트cement 물water 규산3호Silicate 3 시멘트cement A 액 (응결제)200ℓA liquid (coagulant) 200ℓ 100ℓ100ℓ 100ℓ100ℓ -- 100ℓ100ℓ 100ℓ100ℓ -- B 액 (경화제)200ℓB liquid (hardener) 200ℓ 171㎏171 kg -- 86㎏86 kg 173㎏173 kg -- 87㎏87 kg

초미립자 복합실리카 시멘트 현탁액에 관하여 화학성분, 광물성상 및 SEM 촬영, 입도분포, 시멘트 물리 특성 등을 분석하였다. 초미립자 복합실리카 시멘트 현탁액의 종류별 화학성분 분석결과는 표 15와 같다.Ultrafine particle composite silica cement suspensions were analyzed for chemical composition, mineral properties, SEM, particle size distribution, and cement physical properties. Table 15 shows the results of chemical composition analysis for each type of ultrafine composite silica cement suspension.

표 15. 초미립자 복합실리카 시멘트의 화학성분 분석치(단위:%)Table 15. Chemical Composition of Ultrafine Composite Silica Cement (%)

종 류Kinds SiO2 SiO 2 Al2O3 Al 2 O 3 Fe2O3 Fe 2 O 3 CaOCaO MgOMgO Na2ONa 2 O K2OK 2 O SO3 SO 3 lg.-losslg.-loss 초미립자실리카-EUltrafine Silica-E 20.220.2 5.15.1 3.33.3 60.160.1 3.53.5 0.140.14 0.690.69 3.83.8 3.53.5 초미립자실리카-NUltrafine Silica-N 26.326.3 11.411.4 1.61.6 50.250.2 3.63.6 0.170.17 0.520.52 3.53.5 2.82.8 초미립자실리카-RUltrafine Silica-R 32.232.2 16.916.9 0.20.2 41.841.8 5.65.6 0.220.22 0.420.42 0.50.5 2.12.1

초미립자 복합실리카 시멘트는 실리카, 알루미나, 라임, 석고 및 강열감량을 조절하기 위하여 혼합물의 배합이 복합적으로 조정된 것이다. 강열감량과 석고가 많은 것을 복합실리카 시멘트가 초미립자화됨에 따라 현탁액의 점성이 증가하고 응결시간이 지나치게 빨라지는 것을 방지할 목적으로 첨가된 혼합물에 의해 성분조정이 된 것이고, 실리카와 알루미나 및 라임은 수화물의 반응율을 조정하고 내구성을 향상시키기 위하여 첨가된 혼합물로 함량을 조정하였다.Ultrafine composite silica cement is a composite of mixtures to control silica, alumina, lime, gypsum and loss of ignition. Loss of ignition and gypsum are controlled by the added mixture to prevent the increase of viscosity of the suspension and excessive setting time as the composite silica cement becomes ultrafine, and silica, alumina and lime are hydrated. The content was adjusted with the added mixture to adjust the reaction rate of and improve the durability.

응결조절제인 규산소다 3호는 시중 판매제품을 사용하고, 본 발명의 활성규산은 일반 규산소다에 반응성이 우수한 실리카가 고농도로 함유된 것으로 알칼리 토류금속을 혼합한 것으로서, 반응물질의 조직을 치밀화하여 알칼리의 용출을 억제하고 내구성을 향상시킬 수 있도록 조성한 것이다.Soda silicate 3, a coagulation regulator, uses a commercially available product, and the active silicic acid of the present invention contains a high concentration of silica having high reactivity in general sodium silicate. It is formulated to suppress elution of alkali and improve durability.

초미립자 실리카-N형의 입도를 분석하기 위하여 레이저 투과법을 활용하고, 대비를 위해서 일반 시멘트도 같이 분석하였다. 그 입도분석결과는 표 16과 같다.In order to analyze the particle size of ultra-fine silica-N type, laser permeation method was used, and general cement was also analyzed for contrast. The particle size analysis results are shown in Table 16.

표 16. 시멘트 입도분석 결과(단위:%)Table 16. Results of Cement Grain Size (Unit:%)

㎛종류Μm Type 1One 22 33 44 66 88 1010 1212 1616 2424 3232 4444 6464 8888 100100 d50d50 초미립자실리카-NUltrafine Silica-N 19.119.1 27.327.3 41.941.9 54.154.1 78.478.4 91.891.8 96.796.7 98.998.9 99.999.9 100100 100100 100100 100100 100100 100100 3.73.7 OPCOPC 4.94.9 7.37.3 10.210.2 14.314.3 21.521.5 27.127.1 33.233.2 37.037.0 45.345.3 62.362.3 84.784.7 92.192.1 96.096.0 98.898.8 100100 18.218.2

위 표에서, 초미립자 복합실리카 시멘트-N형의 경우 평균입경은 3.7㎛, 최대입경은 10㎛로 일반 시멘트의 평균입경 18.2, 최대입경 100㎛에 비해 약 1/5로 매우 미세하기 때문에 토사층 그라우팅에서 미세한 모래층은 물론이고 실트 모래층 의 토사지반까지도 침투주입이 가능하였다.In the table above, in the case of ultra-fine composite silica cement-N type, the average particle diameter is 3.7㎛, the maximum particle diameter is 10㎛, and it is very fine as about 1/5 compared to the average particle diameter of 18.2 and the maximum particle size of 100㎛ in soil sand grouting. Infiltration was possible not only in the fine sand layer but also in the soil of the silt sand layer.

암반 그라우팅의 경우도 지.에이.크라벳츠(G.A.Kravetz)의 주입비에 의해서 일반 시멘트는 주입한계 균열폭이 300㎛ 정도였던 데 대하여 본 발명의 초미립자 복합실리카 시멘트 현탁액의 주입한계 균열폭은 30㎛ 정도까지 침투주입이 가능하였다.In the case of rock grouting, the injection limit crack width of general cement was about 300㎛ due to the injection ratio of GAKravetz, but the injection limit crack width of the ultrafine particle composite silica cement suspension of the present invention was about 30㎛. Penetration was possible.

초미립자계 복합실리카 시멘트-N형의 시멘트 물리적 특성을 KS규격에 의거 시험하고, 일반 시멘트도 같은 방법으로 대비시험하였다. 그 시험결과는 표 17과 같다.Cement physical properties of ultrafine composite silica cement-N type were tested according to KS standard, and general cement was also tested in the same way. The test results are shown in Table 17.

표 17. 시멘트 물리성능Table 17. Cement Physical Performance

종류Kinds 비중importance Blaine(㎠/g)Blaine (㎠ / g) 응결(길모아)Condensation (gilmore) Flow(%)Flow (%) w/c(%)w / c (%) 압축강도(kg/㎠)Compressive strength (kg / ㎠) w/c(%)w / c (%) 초결minMin Min 종결h:mTermination h: m 1일1 day 3일3 days 7일7 days 28일28 days 초미립자실리카-NUltrafine Silica-N 3.03.0 8,6508,650 30.230.2 160160 7:107:10 107.5107.5 51.251.2 126126 305305 428428 668668 OPCOPC 3.153.15 3,2103,210 26.126.1 180180 7:407:40 105.2105.2 48.548.5 9494 187187 265265 375375

위 표에서, 초미립자 복합실리카 시멘트-N형은 일반 시멘트에 비해 응결특성과 유동특성은 유사하지만 압축강도 발현특성은 매우 우수함을 알 수 있다. 그러나 초미립자 실리카-E 나 R은 그 화학적 조성에 상당한 차이가 나기 때문에 시멘트로서의 물리적 특성은 초미립자 복합 실리카-N형과는 사뭇 다를 것으로 판단된다.In the above table, it can be seen that the ultra-fine composite silica cement-N-type has similar condensation characteristics and flow characteristics but general compressive strength expression characteristics compared to general cement. However, since the ultrafine silica-E or R has a considerable difference in chemical composition, the physical properties of cement may be very different from those of the ultrafine silica composite N-type.

초미립자 복합실리카 시멘트-N형과 일반 시멘트에 대해서 표 13의 1.0 shot공정 배합비를 이용하여 B형 점도, 블리딩율, 샌드 컬럼 침투성 등을 측정하고, 표 14의 1.5 shot공정 배합비를 이용하여 겔타임, 알칼리 용출특성, 시편변형도, 호모겔 압축강도 등을 시험하였다.For ultrafine composite silica cement-N and general cement, B viscosity, bleeding rate, and sand column permeability were measured using the 1.0 shot process ratio in Table 13, and gel time, Alkali elution characteristics, specimen strain and homogel compressive strength were tested.

초미립자 복합실리카 시멘트-N형 및 일반 시멘트의 현탁액에 대해서 회전마찰력과 저항력에 의한 B형 점도, 블리딩율, 샌드 컬럼에 의한 침투성 등을 측정하고, 그 결과를 표 18에 표시하였다.Viscosity, bleeding rate, permeability by sand column, etc., measured by rotational friction and resistance, were measured for the suspension of ultrafine composite silica cement-N type and general cement, and the results are shown in Table 18.

표 18. 시멘트 밀크 현탁액의 물리적 특성치Table 18. Physical Properties of Cement Milk Suspensions

종 류Kinds B형 초기점도Initial viscosity of type B Bleeding율Bleeding Rate 침투성permeability 시간time 재료분리Material separation Caking 량Caking amount 표준범위Standard range 10cps이하Less than 10cps 작을수록 양호Smaller is better 초미립자실리카-NUltrafine Silica-N 4cps4cps 약 3%About 3% 3sec3sec 無Nil 無Nil OPCOPC 12cps12cps 약 40%About 40% 90sec 초과More than 90 sec 70%70% 多多

샌드 컬럼시험은 φ10㎝ ×높이 25㎝의 아크릴 컬럼에 주문진 표준사를 적당히 다져서 채워 넣고 10-5torr의 진공압으로 흡입하여 침투시험을 실시하였다. 여기에 동원된 실험장치는 본발명자에 의해 창안된 새로운 방식의 간이 침투성 실험장치로서, 침투성을 간접적으로 비교하는 데 아주 효과적이다. 표 18에서 보는 바와 같이, 초미립자 복합실리카 시멘트-N형은 일반 시멘트에 비해 점도가 낮고 블리딩율이 작으며 침투성이 양호한 것으로 확인되었다.Sand column test was carried out by penetrating appropriately filled standard yarn in φ10cm × 25cm height acrylic column and suctioned at a vacuum pressure of 10 -5 torr. The experimental apparatus mobilized here is a new type of simple permeability experimental apparatus created by the present inventors, and is very effective for indirectly comparing the permeability. As shown in Table 18, ultrafine composite silica cement-N-type was found to have a lower viscosity, a smaller bleeding rate, and better permeability than general cement.

초미립자 복합실리카 시멘트-N형 및 일반 시멘트의 1.5 shot공정 배합에 대한 겔타임, 알칼리 용출특성, 시편변형도, 호모겔 압축강도 등의 시험결과는 표 19와 같다.Table 19 shows the results of gel time, alkali dissolution characteristics, specimen strain, and homogel compressive strength for the 1.5 shot process formulation of ultrafine composite silica cement-N type and general cement.

표 19. 겔타임, 알칼리 용출특성, 시편 변형도, 호모겔 압축강도 측정치Table 19. Measurement of gel time, alkali dissolution characteristics, specimen strain and homogel compressive strength

종 류Kinds 겔타임(초)Gel time (seconds) 96시간후의 pHPH after 96 hours 호모겔압축강도(㎏/㎠)Homogel Compressive Strength (㎏ / ㎠) 용탈에 의한시편변형Specimen Deformation due to Melting 1일1 day 3일3 days 7일7 days 28일28 days 표준범위Standard range 60∼9060 to 90 7∼8.57-8.5 1이상1 or more -- -- 10 이상over 10 無Nil 초미립자복합실리카시멘트-NUltrafine Composite Silica Cement-N 6767 9.39.3 5.55.5 18.218.2 35.935.9 43.143.1 無Nil OPCOPC 7272 10.710.7 1.81.8 4.74.7 23.623.6 15.115.1 모서리부부분탈락Edge dropout

위 표에서, 초미립자 복합실리카 시멘트-N형은 일반 시멘트와 동등한 정도의 겔타임을 확보하고 있기 때문에 기존의 그라우트재를 사용할 경우와 거의 유사한 경험으로 주입시공이 가능하다. 주입시간이 짧아야 될 경우에는 초미립자 복합실리카 시멘트-E형을, 주입시간이 길어야 될 경우에는 초미립자 복합실리카 시멘트-R형이 적합하다.In the above table, since the ultra-fine composite silica cement-N type has a gel time equivalent to that of general cement, it can be injected with almost similar experience as using a conventional grout material. If the injection time should be short, ultrafine composite silica cement-E type, and if the injection time should be long, ultrafine composite silica cement-R type is suitable.

또한, 고결체에서 용출되는 알칼리량을 간접적으로 평가하기 위하여 일정 용량의 담수에 호모겔 고결체 시편을 침전시켜 96시간 후 pH 농도를 측정하였더니 초미립자 복합실리카 시멘트-N형의 경우 pH 농도가 9.3 정도인 반면 일반 시멘트는 10.7로 나타나 알칼리 방출량이 컸음을 알 수 있다. 이러한 경향은 초미립자 복합실리카 시멘트 호모겔이 일반 시멘트 호모겔에 비해 알칼리 함유량이 적고 고강도이기 때문에 알칼리 용출량이 감소되는 것으로 판단된다. 이런 현상은 호모겔 압축강도 측정결과와 용탈현상에 의한 시편변형에서도 확인되었다. 특히 일반 시멘트 호모겔 고결체는 28일 정도의 단기적인 재령에서도 용탈현상이 심하게 발생하여 강도가 저하되는 경향이 있었다. 따라서 일반 시멘트와 규산소다 3호가 결합된 호모겔 고결체는 내구연한이 몇 개월 단위로 매우 짧다는 사실을 알 수 있다.In addition, in order to indirectly evaluate the amount of alkali eluted from the solidified body, the homogel solidified specimen was precipitated in a predetermined volume of fresh water, and the pH concentration was measured after 96 hours. In the case of ultra-fine composite silica cement-N, the pH concentration was 9.3. On the other hand, general cement showed 10.7, indicating that the amount of alkali released was large. This tends to be due to the fact that the amount of alkali elution is reduced because the ultrafine particulate silica cement homogel has less alkali content and higher strength than the general cement homogel. This phenomenon was also confirmed by homogel compressive strength measurement and specimen deformation due to dissolution. In particular, the general cement homogel solids tended to degrade due to severe dissolution even in the short-term age of 28 days. Accordingly, it can be seen that the homogel solidified body combined with general cement and sodium silicate 3 is very short in durability in several months.

초미립자 복합실리카는 공장제품일 수도 있고 현장에 초미립자 분쇄기를 설치하여 사용할 수도 있으므로 현장조건에 맞는 초미립자 복합실리카 혼합물의 조성비를 자유롭게 조정하여 그라우팅공사를 최적화할 수 있다. 이에 대하여 SGR공법의 경우 초미립자 믹서를 사용하는 것이 공법의 요소기술로 되어 있지만 실제 현장에서는 사용되지 못하고 있는 기술적인 모순점을 안고 있다.The ultra fine composite silica may be a factory product or an ultra fine grinder may be installed and used on site to optimize the grouting work by freely adjusting the composition ratio of the ultra fine composite silica mixture according to the site conditions. On the other hand, in the case of the SGR method, the use of ultra-fine particle mixer is an element technology of the method, but there is a technical contradiction that cannot be used in the actual field.

이상 설명한 바와 같이 그라우트재의 초미립자화, 고내구화, 무공해화, 시공관리의 자동화 등으로 요약되는 첨단 그라우팅 기술동향에 때맞춘 본 발명은 그라우트재의 초미립자 복합실리카 시멘트를 제공함으로서 첫째, 초미립자 복합 실리카는 화학조성을 변화시켜 겔화시간 범위를 수초에서 수십시간까지 조정할 수 있기 때문에 적용대상에 따라 그라우팅을 최적화 할 수 있다.As described above, the present invention is in line with the state of the art of grouting technology, which is summarized as ultra-particulate, high durability, pollution-free, automation of construction management, and the like. By varying the composition, the gelation time range can be adjusted from a few seconds to several tens of hours, so grouting can be optimized according to the application.

둘째, 초미립자 복합실리카 시멘트는 평균입경 4∼5㎛로서 샌드컬럼을 이용한 침투성 실험에서 입증되었듯이 토사층에서는 실트샌드층까지, 그리고 암반층은 30㎛균열대까지 침투주입이 가능하므로 고강도 고내구성 고결체를 구축할 수가 있다.Second, ultrafine composite silica cement has an average particle diameter of 4 to 5㎛, and as a result of permeation experiment using sand column, it is possible to penetrate the sand sand layer to the sand sand layer and the rock layer to the 30 ㎛ cracking zone, so high strength and high durability solid body Can be constructed.

셋째, 복합실리카 시멘트와 활성규산은 강도발현성과 환경 안정성 등에서도 기존의 그라우팅공법에 비해 우수하다.Third, composite silica cement and activated silica are superior to conventional grouting methods in strength expression and environmental stability.

Claims (6)

시멘트, 고로 슬래그 및 석고 미분말을 주성분으로 하는 슬러리와 몰비 3.6 이상의 특수 규산소다를 주성분으로 하는 액이 혼합된 그라우트재에 있어서,In a grout material in which a slurry mainly composed of cement, blast furnace slag and gypsum fine powder and a liquid mainly composed of special sodium silicate having a molar ratio of 3.6 or more are mixed, 분말도가 8,000 ㎠/g 이상의 초미립자 시멘트에 분말도가 8,000 ㎠/g이상인 규조토, 슬래그, 화산재, 플라이애쉬, 왕겨중에서 선택된 어느 하나 이상의 포졸란계 초미립자 복합실리카가 배합된 입도 3~5㎛의 초미립자계 복합실리카시멘트가,Ultrafine particles with a particle size of 3 ~ 5㎛ that are composed of ultrafine particles with a particle size of 8,000 cm2 / g or more and one or more pozzolanic ultrafine composite silicas selected from diatomaceous earth, slag, volcanic ash, fly ash and chaff having a powder level of 8,000 cm2 / g or more Composite silica cement, 초미립자 시멘트 100~60%와 초미립자 복합실리카 40%이하가 혼합된 것으로 표준 겔타임이 5~15초인 급결형,100 ~ 60% ultra fine cement and 40% or less ultra fine composite silica, which has a standard gel time of 5 ~ 15 seconds 초미립자 시멘트 50~20%와 초미립자 복합실리카가 50~80%가 혼합되고 표준 겔타임이 40~90초인 완결형 또는,50 ~ 20% of ultra fine cement and 50 ~ 80% of ultra fine composite silica are mixed and the final gel time is 40 ~ 90 seconds. 초미립자 시멘트 30~10%와 초미립자 복합실리카가 70~90%가 혼합되고 표준 겔타임 범위가 300~420초인 지연형으로 구분되는 응결 반응속도범위내에서 조절되도록 알루미나, 마그네시아등의 고결반응촉매제 1~5%가 혼합되며, 여기에 그라우트재의 점도를 낮추어 유동성을 조절하기 위한 나프탈렌계 ,폴리카르본산계, 멜라민계 또는 아미노슬폰산계 중에서 선택된 어느 하나 이상의 분산제가 1~3% 외활로 첨가되어 구성된 것을 특징으로 하는 고침투성, 고강도 및 고내구성을 부여하는 초미립자계 복합실리카 시멘트 그라우트재.Solidification reaction catalysts such as alumina, magnesia, etc. are controlled so that 30 ~ 10% of ultra fine cement and 70 ~ 90% of ultra fine composite silica are mixed and standard gel time range is within the range of the condensation reaction time. 5% is mixed, wherein at least one dispersant selected from naphthalene-based, polycarboxylic acid-based, melamine-based or aminosulfonic acid-based to lower the viscosity of the grout material to control the fluidity is configured by adding 1 ~ 3% external life Ultra-fine magnetic composite silica cement grout material giving high permeability, high strength and high durability. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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