KR100633081B1 - Anti washout underground material of filling underground cavities with stone-dust and cement, etc. and method of making the anti washout underground material - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐광산 지대의 폐굴적 및 폐갱도를 보강하는 기존의 충전공법에서 가장 일반적으로 사용되고 있는 시멘트 사용량을 최대로 줄이고 그 대신 산업폐기물인 석분토로 대체시켜서 만들어진 경제적인 충전재료에 관한 것이다. 여기에다 CSA 와 CaCl₂ 혼화제를 배합시켜 수중 불분리 특성과 겔 타임 조절 특성을 갖도록 한 충전재이다. 이로 인하여 충수 및 침수된 지하공동을 효율적으로 보강할 수 있을 뿐만 아니라 연속공극의 차단은 물론 대규모 지하공동에 있어서는 지반안정성을 좌우하는 중요 국부 부위만을 충전해도 공학적으로 지반안정성이 확보되어 경제적인 효과를 극대화시킬 수 있는 것이다.The present invention relates to an economical filling material made by maximizing the amount of cement most commonly used in the existing filling method for reinforcing the waste deposits and the mine shaft of the abandoned mine zone, and replacing it with the industrial clay stone dust. It is a filler that combines CSA and CaCl ₂ admixture to have disintegration and gel time control in water. This not only effectively reinforces submerged and flooded underground cavities, but also secures the ground stability by engineering only the important local parts that affect the ground stability in large underground cavities as well as blocking continuous voids. It can be maximized.

수중불분리,겔타임조절, 지하공동, 하중전달개념 Underwater fire separation, gel time control, underground joint, load transfer concept

Description

석분토를 이용한 수중 불분리 충전재 및 그 제조방법{Anti washout underground material of filling underground cavities with stone-dust and cement, etc. and method of making the anti washout underground material}Anti-water separation filler using stone dust and its manufacturing method {Anti washout underground material of filling underground cavities with stone-dust and cement, etc. and method of making the anti washout underground material}

본 발명은 폐광산 지대의 폐굴적 및 폐갱도를 보강하는 충전공법에 있어서 석분토를 이용한 수중 불분리 충전재 및 그 제조방법에 관한 것이다. 다시 말하면 본 발명은 지하공동(cavity)으로 인하여 발생되는 지반침하 및 지반피해를 예방하고, 충전공법의 적용이 가능하면서 효과적이고 경제적인 새로운 개념의 충전재료를 개발하고자한 것이다. The present invention relates to an underwater fire separation filler using stone dust and a method for producing the same in a filling method for reinforcing a waste deposit and a mine shaft of an abandoned mine area. In other words, the present invention aims to prevent ground subsidence and ground damage caused by underground cavities, and to develop a new concept of filling material that is effective and economical while the filling method is applicable.

지하공동을 보강하는 방법으로는 크게 국부 보강법과 충전법 2가지가 있다.There are two ways to reinforce underground cavity, local reinforcement method and filling method.

국부 보강법은 지하공동의 일부분이나 상부 지반만을 보강하는 공법이고, 충전공법은 지하공동을 공학적 재료로 충전시켜 지하공동의 안정성을 향상시키는 공법이다.The local reinforcement method is a method of reinforcing only part of the underground cavity or only the upper ground, and the filling method is a method of improving the stability of the underground cavity by filling the underground cavity with engineering materials.

지하공동(cavity)은 대체로 석회암지대의 석회공동과 폐광산 지대의 폐굴적 및 폐갱도로 이루어져있다. 실제 확인되어있는 지하공동뿐 아니라 미확인된 지하공동도 많이 존재한다. 이와 같이 불특정 다수의 지하공동이 존재한다는 것은 지반 침하 및 함몰의 위험성이 우리가까이에 다가있는 것이나 다름없다. Cavities usually consist of limestone cavities in limestone zones and closed mines and mine shafts in abandoned mine areas. There are many unidentified underground cavities as well as actual underground cavities. The existence of a large number of unspecified underground cavities is as close as possible to the risk of ground subsidence and depression.

이에 대하여 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.This will be described in more detail as follows.

많은 광산들이 폐쇄됨에 따라 채굴적으로 인한 지표침하발생, 산성의 갱내지하수 유출로 인한 지하수 오염, 강우로 인한 폐석 유실 등 환경적인 면에서 많은 문제점이 노출되고 있다. 폐광산의 폐갱도 및 채굴적 그리고 침하지역 등에 많은 갱내수가 집적되어 있다가 이 지역에서 터널 등 토목구조물 공사시 단층면, 균열, 절리, 불연속면 등을 통하여 유입됨으로 대량출수로 인한 재해를 가져올 수 있으며 폐갱도내 가스 역시 큰 재해를 가져올 수 있다. 게다가 복잡한 지질구조를 가진 우리나라에서의 주된 채탄방식은 충진식이 아닌 붕락식 채탄법을 주로 사용하였기 때문에 지반침하의 유발 소지도 매우 크다.As many mines are closed, many environmental problems are exposed such as ground subsidence due to mining, groundwater contamination due to acidic underground groundwater outflow, and waste-rock loss due to rainfall. Many mines accumulate in the abandoned mines, mining sites and settlement areas of the abandoned mines, but in this area, it is introduced through the faults, cracks, joints, and discontinuities in civil engineering structures such as tunnels. Gas can also cause major disasters. In addition, the main method of coal mining in Korea with complex geological structure is mainly used for the ground subsidence because the coal mining method is used instead of the filling method.

이로 인해 인명ㆍ재산상의 피해는 물론이고, 지하수 및 토양오염과, 그리고 도로, 철도, 교량 및 터널 등과 같은 사회 간접시설물의 피해를 크게 입을 수 있다는데 문제의 심각성이 있다.As a result, there is a serious problem that not only human and property damages, but also groundwater and soil pollution, and social indirect facilities such as roads, railways, bridges and tunnels can be seriously damaged.

지반 침하 및 함몰에 의한 피해사례가 자주 보고 되고 있다. 삼척탄전지대에서는 지하채굴 및 채굴적에 의한 지반 침하 및 함몰이 점차 증가하고 있다. 지하공동의 문제는 사회적 이슈가 될 정도로 우리 모두의 문제로 인식되고 있다. There have been frequent reports of damage from ground subsidence and sinking. In Samcheok coal field, ground subsidence and sinking by underground mining and mining are gradually increasing. The problem of underground cavities has been recognized as a problem for all of us to become a social issue.

국내의 기존 채굴공동은 주로 채수율의 향상을 목표로 개발하였기 때문에 현재 휴ㆍ폐업된 대부분의 광산은 부분적으로 붕락되었거나 침수되어 있는 상태이다. 광산갱도는 채광만을 목적으로 한시적으로 운영되기 때문에 영구적으로 운영되는 토목터널 및 대규모 지하공간과는 달리 암반보강에 인색하다. 광산갱도의 유 지관리가 대체로 부실하다.Since the existing mining cavities in Korea were developed mainly for the purpose of improving the yield rate, most of the mines that have been shut down are partially collapsed or flooded. Mine tunnels are only temporary for mining purposes, so they are stingy to rock reinforcement unlike civil tunnels and large underground spaces that are permanently operated. Maintaining mines is generally poor.

또한 발파형태는 발파진동 제어가 완전히 배제된 상황에서 과 장약 발파가 이루어지기 때문에 갱도 주변 암석과 주벽면은 발파진동으로 많은 손상을 받게 되어 균열층이 발달되어 있을 뿐 아니라 이완영역이 확산되어 있는 것이 특징이다.In addition, since the blasting type is overly blasted when the blasting vibration control is completely excluded, the rock and the main wall around the tunnel are damaged by the blasting vibration, so that the crack layer is developed and the relaxation area is spread. It is characteristic.

석회공동 및 폐광상 갱도를 포함한 지하공동은 그 규모가 매우 다양하다. 소규모 지하공동인 경우에는 소량의 충전재로 공동을 완전하게 충전시키는 것이 가능하다. 공학적으로도 그 안정성에 전혀 문제가 없다. 그러나 대규모인 경우에는 공동전체를 충전시키기 위해서 대량의 충전재가 필요하며, 결과적으로 공사기간의 증가와 시공비의 증대를 유발하게 된다. 이러한 경우에 지하공동에서 지반안정성을 좌우하는 중요 국부 부위에 대한 충전만을 실시해서 공학적으로 지반안정성을 확보할 수만 있다면, 충전공법의 경제적인 효과는 극대화 될 것이다. 지하공동의 특정부위에 충전재가 주입되고 나서 시공자가 요구하는 시간이 경과한 후에 충전재가 응결될 수 있는 겔 타임 조절 특성을 갖는 충전재를 개발하고자함이 바로 본 발명목적의 하나이다.Underground cavities, including lime cavities and abandoned mine tunnels, vary in size. In small underground cavities it is possible to fill the cavity completely with a small amount of filler. In engineering, there is no problem in stability. However, on a large scale, a large amount of filler is required to fill the entire cavity, resulting in an increase in construction period and an increase in construction cost. In this case, the economic effect of the filling process will be maximized if the ground stability can be secured by engineering only the important local parts that influence the ground stability in the underground cavity. It is one of the objectives of the present invention to develop a filler having a gel time control characteristic in which the filler can be condensed after a time required by the builder after the filler is injected into a specific part of the underground cavity.

또한 지하공동은 충수 및 침수된 상태로 존재하는 것이 보통이다. In addition, underground cavities are usually present in a submerged and submerged state.

석회공동의 경우는 그 생성과정에 물이 주요한 역할을 담당하기 때문에 공동이 생성된 후에도 지하수에 의해 충수되어있는 경우가 많다. 특히, 폐 광산의 경우는 광산이 폐광된 후 막장에 대해 오랫동안 관리가 되지 않아 지하수가 유입되어 침수되어있는 경우가 대부분이다. 이렇게 지하공동이 충수 또는 침수되어있는 경우에 지반보강을 위해 충전공법을 적용할 때는 충전재를 수중으로 주입시켜야한다. 주입된 충전재는 수중에서 흐트러지거나 분리됨이 없이 경화되어야한다. 현재 충전재로 많이 사용되고 있는 시멘트몰탈 및 시멘트 밀크는 지하공동이 충수되어있는 경우 수중에서 분리되어 충전효과가 떨어지며, 기존 수중 불분리 몰탈이 개발되어있지만 지하공동과 같이 대량으로 타설 되는 경우에는 적합하지 않다.In the case of lime cavities, water plays a major role in the production process, so it is often filled by groundwater even after the cavity is formed. In particular, in the case of waste mines, groundwater is infiltrated and flooded because the mines are not managed for a long time after the mine is closed. In the case where the underground cavity is filled or submerged, the filling material must be injected into the water when the filling method is applied to reinforce the ground. The injected filler must be cured without being disturbed or separated in water. Cement mortar and cement milk, which are widely used as fillers, are separated from the water when the underground cavity is filled, and the filling effect is inferior. Existing underwater mortar is developed, but it is not suitable when it is placed in large quantities like the underground cavity. .

수중에서 흐트러지거나 분리됨이 없이 경화되는 수중 불분리 특성을 갖는 충전재를 개발하고자 함이 바로 바로 본 발명목적의 다른 하나이다. Another object of the present invention is to develop a filler having a disintegration property in water that is cured without being disturbed or separated in water.

지하공동의 충전공법은 지반 아래에 존재하는 여러 종류의 지하공동에 의해 지반 침하 및 함몰과 같은 지반피해의 발생이 예상되는 경우나 상부 구조물의 안정성에 악영향을 미치게 되는 경우에, 활용 가능한 재료를 이용하여 지하공동을 충전시켜서 공학적으로 상부 구조물의 안정성을 향상시키는 공법이다.The underground cavity filling method utilizes materials that can be used when various types of underground cavities existing under the ground are expected to cause ground damage such as ground subsidence and sinking, or when adversely affecting the stability of the upper structure. It is a method of engineering to improve the stability of the upper structure by filling the underground cavity.

지하공동에 충전된 재료는 상부 지반 및 구조물의 하중을 공동하부지반에 안전하게 전달하고, 현재 존재하는 지하공동내의 광주(폐 광산 광주)를 강화하고 풍화와 붕락현상을 줄임으로서 광주의 지지력 약화를 예방할 수 있다. Materials filled in underground cavities can safely transfer the loads of the upper ground and structure to the lower joint ground, strengthening the existing Gwangju (Lung Mine Gwangju) in existing underground cavities and reducing weathering and decay, thereby preventing the weakening of Gwangju's bearing capacity. Can be.

충전공법에 사용되는 재료는 구득의 용이성, 이송비용, 기술적인 특성 등에 의해 결정된다. 가장 일반적으로 사용되고 있는 재료로서 폐기물, 재, 모래, 자갈이나 파쇄암 등이다. 충전재료는 환경적으로 안정되고, 지하공동내로의 주입이 공학적 및 기술적으로 용이하여야한다. 상부 하중을 공동하부지반에 안전하게 전달할 수 있어야한다.The material used for the filling method is determined by the ease of acquisition, the transfer cost, the technical characteristics, and the like. The most commonly used materials are waste, ash, sand, gravel or crushed rock. Filling materials should be environmentally stable and easy to be engineered and technically injected into underground cavities. It should be possible to safely transfer the upper loads to the common lower ground.

충전공법의 장점으로는 지하공동의 경사가 45° 이상인 지역에서도 적용이 용이하며, 다른 공법에 비해 응력아치가 작아질 수 있고, 공동에 의한 응력상태를 쉽게 안정화 시킬 수 있다는 점이다. 또한 충전공법을 적용하면 상반의 붕락을 막고 이로 인한 사고를 최소화할 수 있다. 충전공법은 특히 산업폐기물을 충전재료로 사용할 수 있다는 장점을 가진 공법이다. 대량의 산업폐기물을 충전재로 사용하게 되면 환경오염을 줄일 수 있을 뿐 아니라 충전재비용을 대폭 줄일 수 있어 경제적으로 시공할 수 있는 이점이 있다.The advantages of the filling method are that it is easy to apply in areas where the slope of underground cavities is more than 45 °, the stress arch can be smaller than other methods, and the stress state by the cavity can be easily stabilized. In addition, applying the filling method can prevent the collapse of the upper half and minimize the accident caused by this. The filling method is particularly advantageous in that industrial waste can be used as a filling material. Using a large amount of industrial waste as a filler can not only reduce environmental pollution, but also greatly reduce the cost of the filler, which can be economically constructed.

그런데 충전공법은 시멘트 몰탈이나 시멘트 밀크 혹은 다른 고성능의 주입재와 같이 고가의 충전재가 사용되고 있다. 고가의 충전재를 사용하기 때문에 충전공법은 타 보강공법에 비해 재료비가 상대적으로 높은 편이다.In the filling method, however, expensive fillers such as cement mortar, cement milk, or other high-performance fillers are used. Because of the use of expensive fillers, the filling method is relatively expensive compared to other reinforcing methods.

충전공법의 공사비는 고가인 충전재료에 의하여 좌우될 정도이다. The construction cost of the filling method depends on expensive filling materials.

현재 지하공동 충전공법에 가장 일반적으로 사용되고 있는 기존의 시멘트 사용량을 최대로 줄이고 이를 대체할 수 있는 값이 싼 재료를 선정하는 것이 충전공법의 경제성을 극대화할 수 있다고 생각된다. It is considered that the economical efficiency of the filling method can be maximized by reducing the amount of cement used most commonly in the underground cavity filling method and selecting a cheap material that can replace it.

기존의 시멘트 사용량을 최대로 줄이고 값싼 대체 재료를 개발하고자함이 본 발명의 또 다른 목적이다. Another object of the present invention is to minimize the amount of existing cement and to develop cheaper alternative materials.

요약하자면, 본 발명은 석분토를 이용한 수중 불분리 충전재에 관한 것으로 충전공법의 적용이 가능한 새로운 경제적인 충전재를 개발하고자함이 본 발명의 목적이다. In summary, the present invention relates to an underwater separation filler using sedimentary soil, and it is an object of the present invention to develop a new economic filler that can be applied to a filling method.

본 발명의 목적의 목적을 좀더 구체적으로 말하면, 기존의 충전공법에서 가장 일반적으로 사용되고 있는 시멘트 사용량을 최대로 줄이고 그 대신 산업폐기물인 석분토로 대체시켜 경제적인 충전재를 개발하고자함이 첫 번째 목적이고, 충전재의 겔(gel)화 시간을 조절할 수 있는 겔 타임 조절 특성을 갖는 충전재를 개발하고자함이 두 번째 목적이고, 수중에서도 흐트러지거나 분리됨이 없는 수중 불분리 특성을 갖는 충전재를 개발하고자함이 세 번째 목적이며, 경제성, 재료물성, 환경적인 무해성 및 시공성 등을 만족하는 충전재를 개발하고자함이 네 번째 목적이다.More specifically, the purpose of the present invention, the first purpose is to reduce the amount of the most commonly used cement used in the existing filling method, and instead to develop an economical filler by substituting with industrial waste stone dust, The second purpose is to develop a filler having gel time control characteristics that can control the gelation time of the filler, and the third is to develop a filler having an underwater dissociation property without being disturbed or separated in water. The fourth object is to develop a filler that satisfies the economics, material properties, environmental harmlessness and workability.

본 발명이 추구하고자하는 목적에 부합되는 충전재는 배합재료이다. Fillers meeting the objectives of the present invention are blended materials.

따라서 본 발명의 충전재는 배합 설계된 배합재료라고 할 수 있다. Therefore, the filler of this invention can be said to be a compounding material designed.

배합재료라 함은 이미 선정되어있는 배합성분을 가지고 추구하는 목적에 부응되게 배합설계를 한 재료로서 배합성분 상호간의 배합비가 결정되어있는 재료라고 할 수 있다.The compounding material is a material that has been formulated and designed to meet the purpose of pursuing the compounding ingredient that has been selected.

본 발명에서 기존의 시멘트 사용량을 최대로 줄이고 이를 대체할 대체 재료로 석분토를 선정하였다면, 이는 배합성분으로 시멘트와 석분토 2가지성분은 결정된 셈이다. 여기에다 겔 타임 조절 특성과 수중 불분리 특성을 갖는 배합성분을 선정해야한다. 선정이 완료된 다음 선정된 배합성분을 가지고 배합설계를 한다. 배합성분 상호간의 배합비를 결정하는 설계인 것이다. In the present invention, if the maximum amount of cement used in the present invention is selected as a substitute material to replace it, it is determined that the two components of cement and stone powder as a compounding component. In addition, it is necessary to select a blending component having gel-time control properties and in-water disintegration properties. After the selection is completed, the formulation is designed with the selected ingredients. It is a design which determines the compounding ratio between compounding components.

이와 같이 본 발명은 시멘트 대체 재료로서 석분토를 선정하였다. As described above, the present invention selects stone powder as a cement substitute material.

석분토의 선정배경과 석분토에 대하여 알아보기로 한다. Let's take a look at the selection background of stone powder and stone powder.

본 연구자는 시멘트 대체 재료로 경제적으로 유리한 산업부산물을 검토하였다. 폐석고, 폐석회, 폐콘크리트, 플라이 애쉬, dust, 제강 슬래그, 석분토가 바로 그것이다. 검토 결과 석분토는 재료물성, 시공성, 환경성 등에 가장 적합한 재료라고 판단하였다. 대부분의 산업부산물은 기존에 사용되고 있는 시멘트를 대체하기에는 전 처리공정이 필요하거나 화학적인 불안정 문제와 더불어 재료의 운반비 등에 많은 문제가 있었다. This researcher examined industrial by-products that are economically advantageous as cement substitutes. Waste gypsum, waste lime, waste concrete, fly ash, dust, steel slag and limestone As a result of the examination, it was determined that the clay powder was the most suitable material for material properties, workability and environmental properties. Most industrial by-products require pretreatment to replace the existing cement, or there are many problems such as transportation costs of materials along with chemical instability.

석분토의 경제성 측면을 살펴보면, 석분토는 그 처리에 골머리를 앓고 있는 산업폐기물이다. If you look at the economic aspects of stone dust, stone dust is an industrial waste that suffers from its treatment.

매립으로 처리하고 있으나 매립장이 이미 포화상태에 이른지 오래다. Although it is treated as landfill, it has been a long time since the landfill is already saturated.

발생되는 석분토의 양도 너무 많아 석산에 그대로 방치되어있거나 야적되어있는 상태이다. 석분토로 인한 환경오염도 심각한 수준이다.The amount of sediment produced is too high and is either left unattended or stored in the mountain. Environmental pollution caused by stone dust is also serious.

매립으로 인한 지반의 오염 뿐 아니라 석분토 폐수가 지하수로 침투되어 지하수오염도 심각한 실정이다. 야적에 의한 주위 하천 및 지하수의 오염문제도 심각상태에 이르렀다. Groundwater pollution is also serious because not only soil contamination due to landfills but also sewage soil wastewater penetrates into the groundwater. Pollution of surrounding rivers and groundwater by yards has also reached a serious condition.

석분토는 석산에서 인공골재생산을 위해 채취한 원석을 자갈 및 골재로 만드는 파ㆍ분쇄과정에서 발생하게 된다. 입도분포별로 선별ㆍ세척하는 과정을 통해 최종적으로 석분이 발생된다. 석분은 침전과정을 통해서 0.075mm이하, 5-30%의 수분을 포함한 쇄석 미분슬러지(이하 석분)가 부산물로 얻어진다. 석분은 연간 80-100만m³정도 발생되고 있으며, 재활용 가치가 없는 산업폐기물이다.Stone powder is generated during the crushing and crushing process of the raw materials collected for the production of artificial aggregates in the stone mountain into gravel and aggregate. Stone powder is finally generated through the screening and washing process according to the particle size distribution. The fine powder is obtained by crushing finely divided sludge (less than 0.075mm) and containing 5-30% water as a byproduct. Stone dust is being generated about 10 000 m ³ per year from 80 to 100, and there is no industrial waste recycling value.

다음으로, 수중 불분리 특성을 갖는 배합성분의 선정에 대하여 알아보기로 한다.Next, the selection of the blended component having a water separation characteristic will be described.

충전 재료가 경화되기도 전에 수중에서 흐트러진다면 지반안정화는 기대하기가 어렵다. 충수 혹은 침수되어있는 지하공동에서도 효과적인 지반안정화가 이루어지기 위해서는 충전재료가 분리되지 않아야한다. 충전재가 수중에서도 기건 상태와 같은 수화반응을 일으키며, 기건 상태와 같은 물성이 그대로 유지될 수 있도록 하는 특성을 수중 불분리 특성이라 한다.Soil stabilization is difficult to expect if the filling material is disturbed in water before it is cured. In order to achieve effective ground stabilization even in flooded or submerged underground cavities, the filling materials must not be separated. The property that the filler causes the hydration reaction as in the air condition in the water and maintains the same physical properties as the air condition is called underwater disintegration property.

수중 불분리는 경화속도와 직접적인 관계가 있다. 시멘트와의 경화반응을 촉진시키는 성능을 갖는 배합성분으로는 CSA가 적합할 것으로 판단하였다.Underwater fire separation is directly related to the rate of cure. It was judged that CSA was suitable as a compounding component having the ability of promoting the curing reaction with cement.

CSA는 시멘트의 수화반응을 촉진시키는 혼화제이다. CSA is a admixture that promotes the hydration of cement.

따라서 수중에서 불 분리 특성을 얻기 위하여 시멘트와의 경화반응 속도를 촉진시키는 성능을 가지고 있는 CSA 혼화제를 본 발명 충전재의 배합성분으로 선정하였다.Therefore, the CSA admixture having the ability to accelerate the rate of curing reaction with cement was selected as a blending component of the filler of the present invention in order to obtain fire separation characteristics in water.

CSA(Calcium Sulfo Aluminate)는 속경화 혼화제로서 석회, 석고, 보크사이트를 주성분으로 하는 소성 화합물이다. CSA의 주요한 광물은 아윈(Hyuyne, 3CaOㆍ3Al₂O₃ㆍCaSO₄, 유리석회(CaO), 무수석고(CaSO₄)등이다. 이 3가지 광물의 영향으로 인해 CSA는 팽창성, 급경성, 고강도성을 가지며, 시멘트의 경화반응을 촉진시키는 성능이 있다.Calcium Sulfo Aluminate (CSA) is a calcined compound based on lime, gypsum, and bauxite as a fast curing admixture. The main minerals of CSA are Huyyne (Hyuyne, 3CaO · 3Al ₂ O ₃ ㆍ CaSO ₄ , free lime (CaO), anhydrous gypsum (CaSO ₄ ), etc. Due to the influence of these three minerals, CSA is expanded, steep, high strength It has the property of promoting the curing reaction of cement.

그런데 CaCl₂도 시멘트의 수화반응을 촉진시키는 혼화제이다. However, CaCl _{2 is} also a admixture for promoting the hydration reaction of cement.

CSA 와 CaCl₂의 차이점은 두 재료모두 시멘트의 수화반응을 촉진시키는 혼화제이지만, CSA는 재료자체가 시멘트와 같이 수화반응을 하고, 염화칼슘은 시멘트와 CSA의 수화반응을 촉진시키는 역할만 한다는 점에서 차이가 있다.The difference between CSA and CaCl ₂ is that both materials are admixtures that promote the hydration reaction of cement, but CSA is a material that hydrates like cement, and calcium chloride only serves to promote the hydration of cement and CSA. There is.

염화칼슘(CaCl₂)은 시멘트ㆍ CSA간의 수화반응을 촉진시키는 역할 뿐만 아니라 동절기와 같은 낮은 온도에서도 배합재료 본래의 성능을 발휘케 하는 역할도 수행한다. 염화칼슘은 콘크리트의 황산염에 대한 화학 저항성을 감소시키므로 정해진 사용량을 첨가하여야한다. Calcium chloride (CaCl ₂ ) not only promotes the hydration reaction between cement and CSA, but also plays a role in the performance of the blended material even at low temperatures such as winter. Calcium chloride reduces the chemical resistance to sulphates in concrete, so a fixed amount should be added.

이런 점에서 CaCl₂ 혼화제도 본 발명 충전재료의 배합성분으로 선정하였다.In this regard, CaCl ₂ admixture was also selected as a blending component of the filler material of the present invention.

따라서 수중에서 불 분리 특성을 얻기 위하여 시멘트와의 경화반응 속도를 촉진시키는 성능을 가지고 있는 CSA 와 CaCl₂ 혼화제를 본 발명 충전재료의 배합성분으로 선정하였다. Therefore, CSA and CaCl ₂ admixtures having the ability to accelerate the rate of curing reaction with cement were selected as a blending component of the present invention in order to obtain fire separation characteristics in water.

다음으로, 겔 타임 조절특성을 갖는 배합성분의 선정에 대하여 알아보기로 한다.Next, the selection of the compounding component having the gel time adjustment characteristics will be described.

겔이란 콜로이드 용액(졸)이 젤리처럼 굳어진 것을 말하고 졸이 겔로 변화하는 현상을 겔화라고 한다. 겔(gel)화 시간을 조절할 수 있는 특성을 겔 타임 조절 특성이라 부른다. Gel refers to the colloidal solution (sol) hardening like jelly, and the phenomenon that the sol turns into gel is called gelation. The property of controlling the gelation time is called the gel time adjusting property.

그런데 지하공동의 환경은 무수히 많은 단독 공극과 연속 공극의 형태로 이루어져있다. 그러나 이를 정확히 확인하기란 불가능하다. However, the underground cavity environment consists of a myriad of single and continuous voids. However, it is impossible to confirm this precisely.

지하공동 내벽에 형성된 연속 공극은 충전재의 유출통로나 다름없다. Continuous voids formed in the inner wall of the underground cavity are just like the outflow passage of the filler material.

연속 공극을 막아주지 않고 충전재를 주입한다면 대량의 충전재라도 모자라게 될 뿐 아니라 공사비를 감당할 수 없게 된다. If fillers are injected without blocking continuous voids, not only will a large amount of fillers be insufficient, but the construction costs will also be unacceptable.

만약 충전재가 연속 공극을 따라 흘러가다가 어느 일정위치에서 응결된다면, 충전재의 유출은 더 이상 일어나지 않게 된다. If the filler flows along the continuous voids and condenses at a certain position, the leakage of the filler no longer occurs.

충전재의 유출을 막아주는 것은 충전재의 응결속도와 직접적으로 관계가 있다. 이때의 응결속도는 대체로 급속응결이다. Preventing the outflow of filler material is directly related to the rate of solidification of the filler. At this time, the setting speed is generally rapid setting.

응결속도의 조절, 다시 말하면 응결시간의 조절을 겔 타임조절이라고 한다.Control of the setting speed, that is, control of the setting time is called gel time control.

연속 공극을 서서히 흐르고 있던 충전재가 일정 시간이 경과하게 되면 응결되도록 배합 설계한 것이 겔 타임조절이다. 충전재의 겔 타임을 조절할 수 있기 때문에 연속 공극에 주입된 충전재가 유출통로의 일정위치에서 응결되게 된다. 이로 인하여 연속공극이 차단되어 충전재의 유실이 방지되게 된다. 충전재의 겔 타임조절 특성은 충전공법의 경제성을 확실하게 해준다. 겔 타임조절을 조절하기위한 재료로서 CSA 와 CaCl₂ 혼화제를 본 발명 충전재료의 배합성분으로 선정하였다.The gel time control is designed so that the filler, which has slowly flowed through the continuous voids, becomes condensed after a certain time has elapsed. Since the gel time of the filler can be adjusted, the filler injected into the continuous pores will be condensed at a certain position in the outflow passage. As a result, continuous voids are blocked to prevent loss of the filler. The gel time control properties of the filler ensure the economics of the filling process. As a material for controlling gel time control, CSA and CaCl ₂ admixture were selected as a blending ingredient of the present invention.

겔 타임조절은 CSA와 염화칼슘(CaCl₂)에 의하여 이루어지고 그 정도의 크기는 CSA와 염화칼슘(CaCl₂)의 사용량으로 조절된다.Gel time control is performed by CSA and calcium chloride (CaCl ₂ ), and the size is controlled by the amount of CSA and calcium chloride (CaCl ₂ ).

마지막으로 시멘트 보조재로서 고로 슬래그(Blast-furnace Slag, BS)를 선정하였다. 고로 슬래그는 시멘트와는 달리 장기강도 발현재이고 경제적인 재료이다. 본 발명의 충전재로서 적합한 재료이다.Finally, blast-furnace slag (BS) was selected as cement aid. The blast furnace slag, unlike cement, is a long-term strength-expressing material and an economical material. It is a material suitable as a filler of the present invention.

앞에서 말한 것을 요약하면, 본 발명 충전재는 석분토와 시멘트, CSA와 고로 슬래그(BS), 그리고 염화칼슘(CaCl₂)이 그 배합성분으로 선정되었다.In summary, the fillers of the present invention were selected from the group consisting of stone powder and cement, CSA and blast furnace slag (BS), and calcium chloride (CaCl ₂ ).

이제 선정된 배합성분을 가지고 본 발명의 목적에 적합한 배합설계를 하고자한다.Now selected It is intended to have a formulation design suitable for the purpose of the present invention with the formulation component.

먼저, 석분토는 석산에 따라 방치되어있는 상태에 따라 그 함수비가 다양하다. 일정한 비중을 갖도록 하는 것이 일관된 배합설계를 함에 있어 편리할 것이다. 석분토의 함수비는 충전재의 배합 설계시 압축강도 및 플로우 값에 큰 영향을 미치기 때문이다. 이를 위해 석분토액을 만드는 것으로 하겠다.First of all, the water content varies depending on the state in which the stone powder is left unattended. It would be convenient to have a consistent formulation design with a certain specific gravity. This is because the water content of the stone dust has a great influence on the compressive strength and the flow value in the design of the filler mixture. For this purpose, we will make a stone dust solution.

석분토액은 물과 석분토를 1:1.72 중량비율로 혼합하여 자체비중을 1.6으로 고정하였다. 본 발명의 배합성분 중에서 석분토액을 제외하면 시멘트(C), CSA, 고로 슬래그(BS), 그리고 염화칼슘(CaCl₂)모두 분체이다. Stone powder soil was mixed with water and stone powder in a 1: 1.72 weight ratio to fix its specific gravity to 1.6. Among the components of the present invention, except for the powdered clay solution, cement (C), CSA, blast furnace slag (BS), and calcium chloride (CaCl ₂ ) are all powders.

본 발명의 충전재를 배합설계한 배합비는 다음과 같다.The compounding ratio which mix-designed the filler of this invention is as follows.

석분토액(Stone-Dust Water; SㆍW)의 몰탈내 혼입율은 50-90중량%이고, 시멘트(C)는 8.7-27.5중량%이고, CSA는 1.2-12중량%이며, 염화칼슘(CaCl₂)은 0.1-0.5중량%이고, 고로 슬래그(BS) 0-10중량%로 배합된다.The mixing rate in the mortar of Stone-Dust Water (S.W) is 50-90% by weight, cement (C) is 8.7-27.5% by weight, CSA is 1.2-12% by weight, calcium chloride (CaCl ₂ ) Is 0.1-0.5% by weight and is blended with 0-10% by weight of blast furnace slag (BS).

석분토액(SㆍW)의 몰탈내 혼입율이 50중량%가 되면 시멘트(C)의 함량이 많아져서 경제적인 배합설계가 되지 않는다. 적어도 50중량%이상이 되어야 경제적이라 할 수 있다. 석분토액(SㆍW)의 혼입율이 90중량% 이상이 되면 압축강도가 낮아져서 하중전달개념의 충전재료를 만들 수 없게 된다. 하중전달개념의 충전재료가 되려면 압축강도가 적어도 30kgf/cm² 가 되어야한다. When the mixing ratio of stone powder (S · W) in the mortar is 50% by weight, the content of cement (C) increases, and thus economical mixing design is not achieved. At least 50% by weight can be said to be economic. When the mixing ratio of stone powder (S · W) is 90% by weight or more, the compressive strength is lowered, making it impossible to form a filling material of a load transfer concept. To be a load-carrying material, the compressive strength must be at least 30 kgf / cm ² .

염화칼슘은 콘크리트의 황산염에 대한 화학 저항성을 감소시키므로 수중 불분리 특성과 겔 타임 조절 특성을 고려하여 0.1-0.5중량%정하였다. Calcium chloride reduced the chemical resistance to sulphate in concrete, so 0.1-0.5% by weight was determined in consideration of the characteristics of water separation and gel time control.

시멘트(C)의 경화반응을 촉진시키는 CSA는 시멘트(C)의 함량에 따라 CSA의 혼입율도 증가하여야 하므로 수중 불분리 특성과 겔 타임 조절 특성을 고려하여 CSA의 혼입율을 1.2-12중량%로 정한 것이다.The CSA content that promotes the curing reaction of cement (C) must increase the CSA content according to the content of cement (C). Therefore, the CSA content is set to 1.2-12% by weight in consideration of the water separation and gel time control properties. will be.

고로 슬래그(BS)는 시멘트 보조재로서 초기 강도 발현재인 시멘트는 달리 장기 강도 발현재이어서 충전재의 장기 강도확보에 유리하다. 시멘트보다 저렴하여 경제성면에서도 유리하다. 고로 슬래그(BS)의 혼입율은 경제성을 고려하여 0-10중량%로 정하였다.Blast furnace slag (BS) is a cement auxiliary material, which is an initial strength developing material, unlike cement, it is advantageous for securing long-term strength of the filler. It is cheaper than cement, which is advantageous in terms of economy. The mixing ratio of the blast furnace slag (BS) was set to 0-10% by weight in consideration of economics.

좀더 경제적인 배합설계가 되기 위해서 석분토액(SㆍW)의 몰탈내 혼입율은 65-90중량%이고, 시멘트(C)는 8.7-12.5중량%이고, CSA는 1.2-12중량%이며, 염화칼슘(CaCl₂)은 0.1-0.5중량%이고, 고로 슬래그(BS) 0-10중량%로 배합되는 것이 바람직하다.In order to achieve a more economical mixing design, the mixing ratio of stone powder (S · W) in mortar is 65-90% by weight, cement (C) is 8.7-12.5% by weight, CSA is 1.2-12% by weight, and calcium chloride ( CaCl ₂ ) is 0.1-0.5% by weight, and is preferably blended with 0-10% by weight of blast furnace slag (BS).

시멘트(C)의 대체 재료인 석분토액(SㆍW)의 배합비를 높임으로써 경제적인 충전재가 된다. 석분토액(SㆍW)의 중량비가 90중량%일 때 시멘트(C)의 함량을 최대로 줄일 수 있으므로 가장 경제적인 배합설계라고 할 수 있다. It becomes an economical filler by raising the compounding ratio of the soil powder (S-W) which is a substitute material of cement (C). When the weight ratio of stone powder (S · W) is 90% by weight, the content of cement (C) can be reduced to the maximum, which is the most economical mixing design.

석분토액(SㆍW)의 중량비가 90중량%로 정해지면 나머지 10중량%를 가지고 When the weight ratio of stone powder (S · W) is set to 90% by weight, the remaining 10% by weight

시멘트(C), CSA, BS, CaCl₂의 함량이 상기의 비율에 따라 정해지게 된다. The content of cement (C), CSA, BS, CaCl ₂ is determined according to the above ratio.

본 연구자는 상기의 배합설계의 범위 내에서 본 발명 충전재의 특성을 알아 보기 위하여 다음과 같은 배합비의 실험인자 및 수준으로 실험을 실시하였다. 석분토액(SㆍW)의 중량비를 90중량%로 정해놓고, 나머지 10중량%에 대한 분체(C, CSA, BS, CaCl₂)의 비율을 상기의 배합비율의 범위 내에서 3-4가지로 정하였다.In order to find out the characteristics of the filler of the present invention within the range of the compounding design, the present inventors conducted experiments with the following experimental factors and levels of the compounding ratio. The weight ratio of stone powder (S · W) is set at 90% by weight, and the ratio of the powders (C, CSA, BS, CaCl ₂ ) to the remaining 10% by weight is 3-4 within the above mixing ratio. Decided.

배합비의 실험인자 및 수준Experimental factor and level of compounding ratio 실험인자  Experimental factor 수준 level 분체의 종류 Type of powder 1성분계 : 보통 포틀랜드 시멘트 2성분계 : 고로슬래그, CSA  One-Component Type: Normal Portland Cement Two-Component Type: Blast Furnace Slag, CSA 석분토액 혼입율(S.W/M)(%)  Stone Soil Mixing Ratio (S.W / M) (%) 90 90 CSA분체내 치환율(%)  % Substitution rate in CSA powder 12 16 20 2412 16 20 24 고로슬래그 분체내 치환율(%) (BS) % Replacement rate in blast furnace slag powder (BS) 0 10 200 10 20 염화칼슘 분체내 치환율(%) (CaCl₂)Percent substitution rate in calcium chloride powder (CaCl ₂ ) 1 One

본 실험에서는 ① 석분토액(SㆍW)의 사용비율을 최대로 증가시켜 개발 충진재의 경제성을 만족시키고 하중전달개념에서 충분한 강도(40kgf/cm²이상)를 갖는 혼입율 90중량%로 정했다. 석분토액은 물과 석분토를 1:1.72 중량비율로 혼합하여 비중을 1.6으로 고정하였다.In this experiment, ① the rate of use of stone powder (S · W) was increased to the maximum to satisfy the economics of the developed filler and was determined to be 90% by weight with sufficient strength (40kgf / cm ² or more) in the concept of load transfer. Stone powder soil was mixed with water and stone powder in a 1: 1.72 weight ratio to fix specific gravity to 1.6.

② CSA의 몰탈내 혼입율은 12, 16, 20 24%의 4가지 수준으로 정하였다.② The incorporation rate of mortar in CSA was set at four levels of 12, 16, 20 and 24%.

위와 같이 CSA의 혼입율을 증가시켜 충전재의 수중 불분리 특성과 충전재의 응결속도, 즉 겔 타임을 조절특성을 알아보기 위해서다.The purpose of this study is to find out the control properties of the water separation and the setting speed of the filler, namely gel time, by increasing the mixing rate of CSA as described above.

③염화칼슘의 몰탈내 혼입율은 1%로 정하였다. 동절기 저온에서 충전재의 수화반응을 촉진시키기 위해서다. ③ The mixing rate of calcium chloride in mortar was set at 1%. This is to accelerate the hydration of the filler at low temperature in winter.

④고로 슬래그의 몰탈내 혼입율은 0, 10, 20%로 정하였다. 충전재의 경제성확보와 더불어 유동성 및 장기 내구성을 증가를 알아보기 위해서다.④ The mixing rate of blast furnace slag in mortar was set to 0, 10, 20%. In addition to securing the economics of fillers, we also look at increasing liquidity and long-term durability.

이상과 같이 결정된 개발 충전재의 배합비는 표 2와 같다. The compounding ratio of the development filler determined as mentioned above is shown in Table 2.

1번 배합은 석분토액과 시멘트, 염화칼슘을 포함한 충전재이고, 2,3,4,5번 배합은 1번 배합에 CSA혼입율을 12,16,20,24%씩 변화시켜 가면서 혼입한 충전재에 대한 것이며, 6,7,8,9번 배합은 여기에 고로슬래그 미분말 혼입율을 10%씩 치환한 충전재에 대한 것이다. 마지막으로 10,11,12,13번 배합은 여기에 고로슬래그 미분말 혼입율을 20%씩 치환한 충전재에 대한 배합표이다.Mixture No. 1 is a filler containing stone powder, cement, and calcium chloride. Mixture No. 2, 3, 4, and 5 is for filler in which CSA incorporation is changed by 12, 16, 20, and 24% in Mixture No. 1. , 6, 7, 8, and 9 are for the filler in which the blast furnace slag fine powder content is replaced by 10%. Finally, the 10, 11, 12, 13 formulation is the formulation table for the filler in which the blast furnace slag fine powder content is replaced by 20%.

본 연구자는 개발 충진재의 겔 타임 조절특성을 수준에 따른 경시변화로 평가하였다. 겔 형성의 상태를 확인하기위한 방법으로 플로우 시험에 의하여 경시변화를 확인하였다. 일반적으로 플로우 시험은 경화 전 배합재료의 물성을 테스트하는 기본 실험으로 유동성을 확인하는 방법으로 널리 이용된다. The present inventors evaluated the gel time control characteristics of the developed fillers with time-dependent changes. The change over time was confirmed by the flow test as a method for confirming the state of gel formation. In general, the flow test is a basic test to test the physical properties of the blended material before curing and is widely used as a method of checking fluidity.

석분토를 이용한 충전재는 겔 형성유무에 있어서 시간이 주요한 요소로 작용하므로 겔 형성을 확인할 수 있는 방법으로 플로우 시험을 실시하여 시간의 경과에 따른 시료의 반응 상태를 경시변화를 통해 확인하였다. Since the filler using the stone powder acts as a major factor in the presence or absence of gel formation, a flow test was performed to confirm the formation of the gel, and the reaction state of the sample over time was confirmed through a change in time.

경시변화 평가방법으로 %단위를 사용하였다. 플로우 시험을 통한 경시변화 평가는 상대비교 방법을 이용하며 100%를 기준으로 직경 10cm의 플로우 콘은 100%가 된다. 그리고, 재료의 퍼짐이 10cm보다 작게 나올 수는 없으며 100%를 기준으로 크게 나오는 수치를 표시하는 방법으로 경시변화를 평가 하였다. The unit of% was used to evaluate the change over time. The evaluation of the change over time through the flow test uses a relative comparison method and the flow cone having a diameter of 10 cm is 100% based on 100%. And, the spread of the material can not come out less than 10cm, and the change over time by evaluating the value that comes out largely based on 100% was evaluated.

표 3은 충전재의 플로우 시험을 통한 경시변화를 0, 20, 40, 60분의 시간 경과에 따라 결과를 나타낸 것이다.Table 3 shows the results over time through the flow test of the filler over time of 0, 20, 40, 60 minutes.

그림 1은 개발 충전재의 배합수준에 따른 경시변화를 각 시간 인자에 따라 나타낸 그래프이다. 1번 배합의 경우는 시간의 경과에 따라 경시변화가 거의 없으나, 다른 배합들은 시간이 경과함에 따라 경시변화가 확연히 다르게 나타나고 있음을 알 수 있다.Figure 1 is a graph showing the change over time according to the blending level of the developed filler according to each time factor. In the case of the first formulation, there is almost no change over time, but the other formulations show that the change over time is significantly different.

그림 1. 시간 인자에 따른 개발 충전재의 경시변화Figure 1. Time-lapse change of development filler with time factor

그림 2는 CSA 혼입율에 따른 2번부터 5번 배합의 경시변화를 나타낸 것인데, CSA의 혼입율이 증가할수도록 배합수준에 따른 경시변화도 활발히 진행되는 것을 알 수 있다. 시간이 0, 20, 40, 60분으로 경과함에 따라, 또 CSA혼입율이 12, 16, 20, 24%로 증가함에 따라 플로우가 크게 감소하고 있는 것을 확인할 수 있으며, 이는 CSA혼입율의 증가와 함께 개발 충전재의 반응속도가 증가했음을 말해주는 것이다.Figure 2 shows the change over time of blending 2 to 5 according to the CSA incorporation rate, and it can be seen that the change over time according to the blending level is also active to increase the incorporation rate of CSA. As time passes to 0, 20, 40, and 60 minutes, and as the CSA incorporation rate increases to 12, 16, 20, and 24%, the flow decreases significantly, which is developed with increasing CSA incorporation rate. This indicates that the filler's reaction rate has increased.

그림 2. CSA혼입율에 따른 경시변화(2,3,4,5번 배합)Figure 2. Changes over time according to the CSA incorporation rate (2, 3, 4, 5 combinations)

그림 3과 그림 4는 CSA혼입율에 따른 6번부터 13번 배합까지의 경시변화를 나타낸 것이다. 6~9번 배합과 10~13번 배합은 BS(고로슬래그)가 10%, 20% 치환된 경우로서 속경화혼화제인 CSA의 혼입율이 12%, 16%, 20% 까지는 경시변화가 뚜렷하게 감소하고 있는 것을 알 수 있으나, CSA의 혼입율이 24%인 경우에는 경시변화 오히려 크게 나타나는 것을 알 수 있다. 이는 BS가 혼입되지 않은 2~5번 배합과는 상이한 결과이다.Figure 3 and Figure 4 show the change over time from the 6th to 13th compound according to the CSA incorporation rate. The formulations of Nos. 6 to 9 and Nos. 10 to 13 replaced BS (blast furnace slag) by 10% and 20%. It can be seen that, but when the incorporation rate of CSA is 24%, it can be seen that the change over time is rather large. This is a different result from formulations 2-5 where BS is not incorporated.

본 실험결과는 일반적인 CSA의 최대치환율과 관계가 있는 것으로 BS가 혼입되어 석분토와 반응하면서, CSA의 일부가 반응하지 않은 분체로 남아 플로우가 증가하는 것으로 사료된다. 따라서 CSA의 최대 혼입량은 16%~20%가 가장 적합하며 개발 충전재의 경화시간을 조절하기 위해서는 CSA의 혼입량을 변화시켜 배합비를 설계하는 방법이 가능함을 알 수 있다.The results of this experiment are related to the maximum substitution rate of CSA, and it is thought that some of the CSA remains as unreacted powder while BS is mixed and reacted with stone powder. Therefore, the maximum mixing amount of CSA is 16% to 20% is most suitable, and it can be seen that a method of designing a mixing ratio by changing the mixing amount of CSA is possible to control the curing time of the developed filler.

그림 3. CSA혼입율에 따른 경시변화(6.7.8.9번배합)Figure 3. Changes over time according to CSA incorporation rate (6.7.8.9 combination)

그림 4. CSA 혼입율에 따른 경시변화(10, 11, 12, 13 번 배합Figure 4. Changes over time according to CSA content (10, 11, 12, 13 formulations)

그림 5로 부터 그림 7까지는 CSA의 혼입율이 12, 16, 20%로 변화할 때 BS의 혼입율에 따른 배합수준의 경시변화를 나타낸 그림이다. BS의 혼입율은 0, 10, 20%호 증가하며, BS의 혼입율이 높을수록 시간의 경과에 따른 경시변화는 작게 나타나는 것을 알 수 있다. 이것은 BS가 혼입되면서 시멘트와 같은 반응 분체량이 증가되어 경화작용을 촉진시켰기 때문이며, BS의 혼입율을 이용하여 충전재의 경화시간을 조절 가능함을 알 수 있다.Figures 5 through 7 show the change in blending levels over time according to the BS incorporation rate when the CSA incorporation rate changes to 12, 16 and 20%. The mixing rate of BS is increased by 0, 10, 20%, and the higher the mixing rate of BS, the smaller the change with time over time. This is because the amount of reaction powder such as cement is increased as the BS is mixed to promote the curing action, and it can be seen that the curing time of the filler can be controlled by using the mixing ratio of the BS.

그림 8은 CSA의 혼입율이 24%일때 BS의 혼입율에 따른 배합수준의 경시변화를 나타낸 그림이다. CSA의 혼입율이 24%일때는 충전재의 경시변화는 BS의 혼입율 증가에 따라 감소하지 않고 있다. 앞에서도 언급했듯이 CSA의 혼입율은 12%~20% 범위일때 가장 적절한 것으로 판단되며, BS의 혼입율을 조절하여 충전재의 경화속도를 조절 가능함을 알 수 있다. 즉 개발 충전재의 경화속도 조절이 가능하다는 것은 충전재의 주입시 현장 상황, 시공여건 및 지하공동 환경에 따라 겔 타임 조절이 가능하다는 것이며, 지하공동에서 지반안정성을 좌우하는 중요 국부 부위에 대한 충전만을 실시하여 경제적인 효과를 극대화 시키고 공학적으로도 지반안정성을 확보할 수 있다는 것을 의미한다.Figure 8 shows the change over time of blending level according to BS incorporation rate when CSA incorporation rate is 24%. With 24% CSA incorporation, the change over time of the filler did not decrease with increasing BS incorporation. As mentioned above, the mixing ratio of CSA is determined to be most appropriate when it is in the range of 12% to 20%, and it can be seen that the curing rate of the filler can be controlled by adjusting the mixing ratio of BS. In other words, it is possible to control the curing rate of the developed filler, which means that the gel time can be adjusted according to the site conditions, construction conditions, and the underground joint environment when the filler is injected. This means that the economic effect can be maximized and the ground stability can be secured by engineering.

그림 5. CSA혼입율이 12%일때 BS의 혼입율에 따른 경시변화Figure 5. Time-lapse change according to BS incorporation rate when CSA incorporation rate is 12%

그림 6. CSA혼입율이 16%일때 BS의 혼입율에 따른 경시변화Figure 6. Time-lapse change according to BS incorporation rate when CSA incorporation rate is 16%

그림 7. 혼입율이 20%일때 BS의 혼입율에 따른 경시변화Figure 7. Time-lapse change according to BS mixing rate when mixing rate is 20%

그림 8. CSA혼입율이 24%일때 BS의 혼입율에 따른 경시변화Figure 8. Time-lapse change according to BS incorporation rate when CSA incorporation rate is 24%

배합비에서 2번부터 5번까지의 배합은 CSA의 혼입율을 변화시킨 배합으로써 개발충전재의 시멘트 수화반응을 촉진시켜 경화속도를 증가시키고 건조수축을 감소시키며 겔 타임 조절과 수중에서의 흐트러짐을 방지하기 위해서 사용하였다.Formulations 2 to 5 in the blending ratio were made by changing the mixing ratio of CSA to promote cement hydration reaction of the development filler to increase the curing rate, reduce dry shrinkage, control the gel time and prevent the water from being disturbed. Used.

그림 9는 CSA의 혼입율 변화에 따른 재령 28일 압축강도의 변화를 나타낸 것인데, CSA의 혼입율이 증가할수도록 압축강도가 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 CSA의 혼입율이 20%를 넘어서는 충전재의 강도가 오히려 감소하고 있다. 이것은 CSA의 혼입율이 증가하면서 상대적으로 수화반응을 일으킬 수 있는 시멘트의 혼입율이 감소하게 되어 압축강도가 감소하는 것으로 판단된다. 따라서 특정 혼입율 이상의 CSA를 혼입할 경우에는 강도 증진을 기대할 수 없고, 개발 충전재의 강도 증진이 가장 효과적인 CSA의 혼입율은 15~20%범위인 것으로 판단된다.Figure 9 shows the change in compressive strength of the 28-day old age according to the change of CSA content. The compressive strength was increased to increase the CSA content. However, the strength of fillers with a CSA content exceeding 20% is decreasing. It is believed that the compressive strength decreases as the mixing rate of cement which can cause a hydration reaction decreases as the mixing rate of CSA increases. Therefore, it is not expected to increase the strength in the case of incorporation of the CSA above a specific mixing rate, and the mixing rate of the CSA, which is most effective in enhancing the strength of the developed filler, is in the range of 15 to 20%.

그림 9, CSA의 혼입율 변화에 따른 재령 28일 압축강도의 변화Figure 9, Changes in compressive strength at 28 days of age according to the change of CSA content

그림 10은 고로 슬래그의 혼입율 변화에 따른 재령 28일의 압축강도의 변화를 나타낸것이다. 6번 배합부터 9번 배합까지 고로슬래그 혼입율은 10%이고 10번 배합부터 13번 배합까지는 20%이며, 다른 분체의 혼입율은 동일하다. 그림 10은 6번과 10번, 7번과 11번, 8번과 12번, 9번과 13번 배합의 압축강도를 비교하여 나타낸 것인데, 고로슬래그의 혼입율이 높을수록 압축강도는 크게 나타났다. 그러나 그림 9의 결과와 같이 CSA가 특정 혼입율을 넘어서게 되면 고로슬래그의 혼입율에 관계없이 강도가 저하하는 것으로 나타났다. 하지만 개발 충전재의 강도 증진을 향상시키고, 경제적으로 저단가를 유지하기 위해 고로슬래그의 사용은 충분한 이점을 갖는 것으로 판단된다.Figure 10 shows the change of compressive strength at 28 days of age according to the change of blast furnace slag content. The blast furnace slag incorporation rate is 10% from the 6th blending to the 9th blending and 20% is blended from the 10th blending to the 13th blending, and the mixing ratio of the other powders is the same. Figure 10 shows the comparison of the compressive strengths of 6, 10, 7, 11, 8, 12, 9, and 13. The higher the blast furnace slag content, the greater the compressive strength. However, as shown in Figure 9, when the CSA exceeds the specific mixing rate, the strength decreases regardless of the mixing rate of the blast furnace slag. However, it is believed that the use of blast furnace slag has sufficient advantages in order to improve the strength increase of the developed filler and to maintain the low cost economically.

그림 10. 고로 슬래그 혼입율 변화에 따른 재령 28일 압축강도의 변화Figure 10. Changes in compressive strength of 28-day old age with varying blast furnace slag content

본 연구에서는 초기 개발단계에서 충전재의 압축강도를 40kgf/cm²이상으로 목표하였는데, 압축강도 시험결과 13가지의 배합비 중에서 10가지의 배합이 압축강도 40kgf/cm²이상을 만족하였고, 나머지 3가지의 배합은 압축강도 30kgf/cm²이상을 만족하였다. In this study, the compressive strength of the filler was set to 40kgf / cm ² or more during the initial development stage. Among the 13 tests, 10 formulations satisfied the compressive strength of 40kgf / cm ² or more, and the remaining three The formulation satisfies the compressive strength of 30 kgf / cm ² or more.

석분토를 이용하여 개발된 충전재는 지하공동에서 상부 지반에 작용하는 하중을 공동하부 지반에 전담하는 개념으로 적용되기 때문에, 시험결과 나타난 충전재의 강도 측성은 충분히 적정하다고 판단된다.The filler developed using stone powder is applied to the lower ground of the cavity, which is applied to the upper ground in the underground cavity. Therefore, the strength measurement of the filler appears to be adequate.

지하공동 충전재는 재료 특성상 시공성 확보와 함께 지하공동 하부 지반에 과도한 압력을 가하여 파괴를 유발해서는 안되기 때문에 단위중량이 낮아야 하는 한편, 지하수로 충수되어 있는 경우에는 수중에 가라앉을 수 있어야 하므로 최소한의 비중은 갖고 있어야 한다.Underground cavity fillers must be low in unit weight because they are secured in terms of construction properties and should not cause excessive pressure on the ground underneath them, while they must be submerged when they are filled with groundwater. Must have

본 연구에서는 개발 충전재의 비중 시험은 생비중과 재령 7일 및 28일의 건비중을 측정했다. 표 4는 개발 충전재의 배합수준에 따른 비중 시험결과를 나타낸 것이다. 생비중은 1.68~1.76정도로 나타났고, 건비중은 재령 7일인 경우 1.55~1.66.재령 28일인 경우 1.27~1.38정도로 나타났다. 생비중은 충전재가 주입될 때 가지는 비중으로서 지하수로 충수된 지하공동에서는 흘러내려 가거나, 수면 위에 부유되지 않기 위해서 최소 1.5이상을 나타내야 한다. 그러나, 충전재가 주입된 후 양생을 시작하면서 하부 지반에 과도한 압력을 주지 않기 위해서는 재령 28일 후에는 비중이 1.5이하로 유지되어야 한다.In this study, the specific gravity test of the developed fillers measured the specific gravity of live and dry specific gravity at 7 and 28 days of age. Table 4 shows the specific gravity test results according to the blending level of the developed filler. Live weights ranged from 1.68 to 1.76, and dry weights ranged from 1.55 to 1.66 for 7-day-olds and 1.27 to 1.38 for 28-day-olds. Live specific gravity is the specific gravity of filling material and should be at least 1.5 in order to not flow down or float above the surface in underground cavities filled with groundwater. However, the specific gravity should be kept below 1.5 after 28 days so as not to apply excessive pressure to the lower ground while starting curing after the filler is injected.

본 연구에서 개발된 충전재는 석분토액의 혼입율이 90%이기 때문에 석분토액의 다량 혼입으로 인한 단위수량의 증가로 재령 28일의 비중이 생비중에 비해 감소하는 것으로 나타났으며, 생비중과 재령 28일의 비중이 모두 적정한 수준을 유지하고 있는 것으로 판단된다.As the filler developed in this study has a 90% mixing ratio of stone powdery soils, the specific gravity of 28-day-olds is reduced compared to the live weights due to the increase of the unit quantity due to the large amount of mixed stone powders. The proportion of work seems to be maintained at an appropriate level.

그림 11에서 그림 13까지는 BS의 혼입율이 변화할 때 CSA혼입율에 따른 충전재의 비중 변화를 나타낸 것이다. BS 혼입율이 0%인 경우에는 CSA혼입율이 증가할 때 생비중은 감소하는 경향이 있지만, 재령 7일과 28일의 비중은 특별한 변화를 보이지 않고 있다. 그러나 BS 혼입율이 10%, 20%인 경우에는 CSA혼입율이 증가할 때 생비중과 재령 28일의 비중이 조금씩 감소하는 것을 알수 있는데 BS가 혼입됨에 따른 분체의 비중 차이가 나타나는 것으로 판단된다. 그리고 BS 혼입율 20%, CSA혼입율 24%인 경우에는 재령 28일의 비중이 약간 증가하고 있지만, 그 변화는 미비하여 개발 충전재의 비중 특성에는 영향이 없는 것으로 사료된다.Fig. 11 to Fig. 13 show the change of specific gravity of filler according to CSA mixing ratio when BS mixing ratio is changed. If the BS incorporation rate is 0%, the live weight tends to decrease as the CSA incorporation rate increases, but the specific gravity of 7 days and 28 days shows no change. However, if the BS incorporation rate is 10% and 20%, it can be seen that as the CSA incorporation rate increases, the specific gravity of live weight and 28 days of age gradually decreases. In the case of BS mixing rate of 20% and CSA mixing rate of 24%, the proportion of 28 days is slightly increased, but the change is insignificant.

그림 11. BS혼입율 0%일때 CSA혼입율에 따른 충전재의 비중 변화Figure 11. Change of specific gravity of filler according to CSA incorporation rate at BS incorporation rate of 0%

그림 12. BS혼입율 10%일때 CSA혼입율에 따른 충전재의 비중 변화Figure 12. Change of specific gravity of fillers according to CSA incorporation rate when BS incorporation rate is 10%

그림 13. BS혼입율 20%일때 CSA혼입율에 따른 충전재의 비중 변화Figure 13. Change of specific gravity of filler according to CSA incorporation at 20% BS incorporation

본 비중 시험에서 재령 28일의 비중이 생비중과 비교해서 현저하게 낮게 나타나는 것을 알수 있는데, 이것은 석분토약의 혼입율이 90%이기 때문에 혼입된 수분이 충전재가 경화하면서 증발한 것으로 판단된다.In this specific gravity test, the specific gravity of 28 days of age is significantly lower than that of live weight. This is because the mixing rate of stone powder is 90%.

또한 지하공동 하부 지반이 연약하여 비중이 큰 기존 충전재를 주입할EO 지반 파괴의 가능성이 있는 경우에는 경량의 석분토를 이용한 충전재를 적용할 수 있을 거라고 판단된다.In addition, if the lower ground cavity is fragile and there is a possibility of destruction of the EO ground to inject existing fillers with a high specific gravity, it is judged that it is possible to apply a lightweight filler.

상기에서와 같이 지하공동에 대하여 설명하였으나 본 발명의 석분토를 이용한 수중 불분리 충전재는 지하공동과 유사한 형태의 것에 적용할 수 있다. 예컨데 상부 하중을 지지하지 않는 하천, 호수, 교각의 세굴 부위 등과 같은 공사에 적합하다. 따라서 본 발명의 충전재는 지하공동에 한한것은 아니다.As described above, the underground cavity has been described, but the underwater fire separation filler using the sedimentary soil of the present invention can be applied to a similar type to the underground cavity. For example, it is suitable for constructions such as rivers, lakes and scoured areas that do not support upper loads. Therefore, the filler of the present invention is not limited to underground cavities.

본 발명은 시멘트 사용량을 최대로 줄이고 그 대신 산업폐기물인 석분토로 대체시켰으므로 충전재가 경제적일뿐 아니라 처리에 고심하던 산업폐기물인 무가치한 석분토를 재활용할 수 있으면서 그 처리도 하게 되는 일석이조의 효과가 있다. 본 발명의 충전재는 수중에서 불 분리되는 특성을 지니고 있으므로 충수 또는 침수되어 있는 지하공동을 효율적으로 보강할 수 있다. 뿐만 아니라 겔 타임 조절 특성을 지니고 있으므로 연속공극을 차단할 수 있고, 더욱이 대규모 지하공동에 있어서는 지반안정성을 좌우하는 중요 국부 부위만을 충전해도 공학적으로 지반안정성을 확보할 수 있기 때문에 경제적인 효과가 극대화된다. 본 발명의 충전재는 하중전달개념이므로 상부 지반 및 구조물의 하중을 공동하부지반에 안전하게 전달하면서 지하공동내의 광주(폐 광산 광주)를 강화하고 풍화와 붕락현상을 줄임으로서 광주의 지지력 약화를 예방할 수 있는 효과를 지닌 유용한 발명이다. The present invention reduces the amount of cement to the maximum, and instead replaced with stone dust, which is an industrial waste, so that the filler is not only economical but also can recycle valuable stone dust, which is an industrial waste, which was troubled with treatment. Since the filler of the present invention has a property of being separated from water, it is possible to efficiently reinforce the underground cavity which is filled or submerged. In addition, since it has a gel time control characteristic, it is possible to block continuous voids, and furthermore, in a large-scale underground cavity, it is possible to secure the ground stability by engineering only the important local parts that influence the ground stability, thereby maximizing the economic effect. Since the filler of the present invention is a load transfer concept, it is possible to prevent the weakening of Gwangju's bearing capacity by strengthening Gwangju (Lung Mine Gwangju) in the underground cavity and reducing weathering and decay while safely transferring the load of the upper ground and the structure to the common lower ground. It is a useful invention with effects.

Claims (5)

석분토액, 시멘트(C), CSA, 고로 슬래그(BS), 그리고 염화칼슘(CaCl₂)으로 이루어진 배합성분을 가지면서 석분토액(SㆍW)의 몰탈내 혼입율은 50-89중량%이고, 시멘트(C)는 8.7-37.5중량%이고, CSA는 1.2-12중량%이며, 염화칼슘(CaCl₂)은 0.1-0.5중량%이고, 고로 슬래그(BS) 1-10중량%로 형성되고 압축강도가 적어도 30kgf/cm²이상됨을 특징으로 하는 석분토를 이용한 수중 불분리 충전재Having a compounding composition consisting of stone dust solution, cement (C), CSA, blast furnace slag (BS), and calcium chloride (CaCl ₂ ), the mixing ratio of stone dust solution (S · W) in mortar is 50-89% by weight, and cement ( C) is 8.7-37.5% by weight, CSA is 1.2-12% by weight, calcium chloride (CaCl ₂ ) is 0.1-0.5% by weight, blast furnace slag (BS) is formed of 1-10% by weight and the compressive strength of at least 30kgf Underwater fire separation filler using limestone, characterized in that more than / cm ² 제1항에 있어서 석분토액(SㆍW)의 몰탈내 혼입율은75- 89중량%이고, 시멘트(C)는 8.7-12.5중량%이고, CSA는 1.2-6중량%이며, 염화칼슘(CaCl₂)은 0.1-0.5중량%이고, 고로 슬래그(BS) 1-4.8중량%로 형성됨을 특징으로 하는 석분토를 이용한 수중 불분리 충전재 The mortar mixing ratio of stone dust (S.W) in the mortar is 75-89% by weight, cement (C) is 8.7-12.5% by weight, CSA is 1.2-6% by weight, calcium chloride (CaCl ₂ ) Is 0.1-0.5% by weight, and fired slag (BS) is formed from 1 to 4.8% by weight of fire separation filler in the water, characterized in that 제1항 또는 제2항에 있어서 생비중이 최소 1.5이상이어야 하고, 재령 28일 후에는 비중이 1.5이하가 유지되어야함을 특징으로 하는 석분토를 이용한 수중 불분리 충전재The undiluted filler according to claim 1 or 2, wherein the specific gravity should be at least 1.5, and the specific gravity should be 1.5 or less after 28 days. 석분토액, 시멘트(C), CSA, 고로 슬래그(BS), 그리고 염화칼슘(CaCl₂)으로 이루어진 배합성분을 가지면서 석분토액(SㆍW)의 몰탈내 혼입율은 50-89중량%이고, 시멘트(C)는 8.7-37.5중량%이고, CSA는 1.2-12중량%이며, 염화칼슘(CaCl₂)은 0.1-0.5중량%이고, 고로 슬래그(BS) 1-10중량%로 조성되고 압축강도가 적어도 30kgf/cm²이상됨을 특징으로 하는 석분토를 이용한 수중 불분리 충전재의 제조방법Having a compounding composition consisting of stone dust solution, cement (C), CSA, blast furnace slag (BS), and calcium chloride (CaCl ₂ ), the mixing ratio of stone dust solution (S · W) in mortar is 50-89% by weight, and cement ( C) is 8.7-37.5% by weight, CSA is 1.2-12% by weight, calcium chloride (CaCl ₂ ) is 0.1-0.5% by weight, blast furnace slag (BS) 1-10% by weight and compressive strength of at least 30kgf / cm ² Method for the preparation of fire separation filler in water using clay powder, characterized in that more than 제4항에 있어서 석분토액(SㆍW)의 몰탈내 혼입율은75- 89중량%이고, 시멘트(C)는 8.7-12.5중량%이고, CSA는 1.2-6중량%이며, 염화칼슘(CaCl₂)은 0.1-0.5중량%이고, 고로 슬래그(BS) 1-4.8중량%로 형성됨을 특징으로 하는 석분토를 이용한 수중 불분리 충전재의 제조방법 The mixing ratio of mortar earth (S.W) in mortar is 75-89% by weight, cement (C) is 8.7-12.5% by weight, CSA is 1.2-6% by weight, calcium chloride (CaCl ₂ ) Is 0.1-0.5% by weight, blast furnace slag (BS) 1 to 4.8% by weight, characterized in that the method for producing a fire-separated filler in water using stone powder, characterized in that formed