KR100932509B1 - 시멘트 고화촉진제와 그 제조방법, 및 그 시멘트 고화촉진제를 이용한 고강도 시멘트계 고화제와 고강도 고화공법 - Google Patents

시멘트 고화촉진제와 그 제조방법, 및 그 시멘트 고화촉진제를 이용한 고강도 시멘트계 고화제와 고강도 고화공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바다, 하천, 호소, 댐 등의 준설오니 등의 연질토립자를 고화하기 위해 사용하는 시멘트계 고화제와, 그 시멘트계 고화제에서 시멘트의 고강도 고화를 촉진하기 위한 시멘트 고화촉진제 및 그 고화촉진제의 제조방법, 그리고 그 시멘트계 고화제를 이용한 고화공법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 시멘트 고화촉진제는, 염화칼륨 100중량부에 대해 시멘트경화재 20~50중량부, 염화마그네슘 100~150중량부, 염화나트륨 120~160중량부, 염화칼슘 40~70중량부, 황산나트륨 15~30중량부, 구연산 2~6중량부로 구성되되, 상기 시멘트경화재는 염화코발트 100중량부에 대해 염화암모늄 10~20중량부, 트리폴리인산나트륨 5~15중량부, 탄산칼륨 5~15중량부, 염화제2철 0.1~3중량부로 구성된 것임을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 고강도 시멘트계 고화제는, 시멘트 100중량부에 대하여 상기한 시멘트 고화촉진제 1~2중량부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
고화촉진제, 고화제, 시멘트, 고화공법, 건설오니

Description

시멘트 고화촉진제와 그 제조방법, 및 그 시멘트 고화촉진제를 이용한 고강도 시멘트계 고화제와 고강도 고화공법{A solidification promoting agent, the manufacturing method threrof, high strength solidification agent and solidification method for high strength ground using the solidification promoting agent}
본 발명은 바다, 하천, 호소, 댐 등의 준설오니 등의 연질토립자를 고화하기 위해 사용하는 시멘트계 고화제와, 그 시멘트계 고화제에서 시멘트의 고강도 고화를 촉진하기 위한 시멘트 고화촉진제 및 그 고화촉진제의 제조방법, 그리고 그 시멘트계 고화제를 이용한 고화공법에 관한 것이다.
바다, 하천, 호소, 댐에 토사류가 퇴적하면 그 기능이 저해되기 때문에 이 퇴적바닥오니를 준설하여 제거하는 것이 바람직하다. 그런데 이 퇴적바닥오니를 준설해도 폐기할 장소가 없기 때문에 준설토사의 고화, 무해화에 의한 2차적 재이용이 필요한 실정이다.
통상 퇴적바닥오니 토립자 표면에는 부식물이 분해하여 후민산으로 용해된 것이 덮고 있는데, 이 후민산은 시멘트의 칼슘 양이온(+)과 토립자의 음이온(-)와의 접촉을 방해하여 시멘트의 응결반응을 저해하기 때문에, 시멘트만으로 퇴적바닥오니를 고화시키는 것은 그리 용이하지 않다. 시멘트는 단순히 퇴적바닥오니의 유동화를 억제하는 역할에만 머물 뿐이며, 고화물이 지지력 등의 강도를 발휘할 수 있게 하는 고화효과에는 기여하지 못한다.
본 발명은 바다, 하천, 호소, 댐 등의 준설오니 등의 연질토립자를 시멘트 고화 처리할 때 고화물의 강도를 향상시킬 수 있는 시멘트 고화촉진제를 제공하는데 기술적 과제가 있다.
또한, 본 발명은 시멘트 고화촉진제의 바람직한 이용방법으로 경제성과 시공성이 우수한 고강도 고화공법의 제공하는데 기술적 과제가 있다.
본 발명은 상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 다음과 같은 기술적 특징을 가지는 시멘트 고화촉진제와 그 제조방법, 그리고 고강도 시멘트계 고화제 및 고강도 고화공법을 제공한다.
본 발명에 따른 시멘트 고화촉진제는, 염화칼륨 100중량부에 대해 시멘트경 화재 20~50중량부, 염화마그네슘 100~150중량부, 염화나트륨 120~160중량부, 염화칼슘 40~70중량부, 황산나트륨 15~30중량부, 구연산 2~6중량부로 구성되되, 상기 시멘트경화재는 염화코발트 100중량부에 대해 염화암모늄 10~20중량부, 트리폴리인산나트륨 5~15중량부, 탄산칼륨 5~15중량부, 염화제2철 0.1~3중량부로 구성된 것임을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 고화촉진제 제조방법은, (a)염화코발트 100중량부에 대해 염화암모늄 10~20중량부를 더한 후 70~100℃의 물을 체적비 6:4~7:3이 되도록 주입하여 용해시키고, 이어 트리폴리인산나트륨 5~15중량부, 탄산칼륨 5~15중량부, 염화제2철 0.1~3중량부를 투입하여 시멘트경화재를 제조하는 단계; (b)염화칼륨 100중량부에 대해 상기 (a)단계에서 제조한 액상의 시멘트경화재 20~50중량부를 분무 혼합한 후 염화마그네슘 100~150중량부를 투입하여 혼합하고, 이어 염화나트륨 120~160중량부, 염화칼슘 40~70중량부, 황산나트륨 15~30중량부, 구연산 2~6중량부를 투입하여 혼합하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 고강도 시멘트계 고화제는, 시멘트 100중량부에 대하여 상기한 시멘트 고화촉진제 1~2중량부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 다른 고강도 고화공법은, (a)고화대상토사 100중량부에 대하여 시멘트 6~10중량부로 하여 고화대상토사와 시멘트를 혼합하는 단계; (b)상기 (a)단계의 혼합물에 상기한 시멘트 고화촉진제를 투입하여 혼합하되, 시멘트 고화촉진제를 상기 (a)단계의 시멘트 100중량부에 대하여 1~2중량부 투입하여 혼합하는 단계; (c)상기 (b)단계의 혼합물을 타설하여 양생 고화시키는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 신속한 고화처리를 가능케 함과 아울러 고화물의 강도를 증진시킬 수 있으며, 나아가 동상조건에서 우수한 효과를 발휘함은 물론 보수성에서도 유리한 효과를 발휘하는 시멘트 고화촉진제를 제공할 수 있다.
둘째, 롬, 마사토, 사질토 등 연질토의 종류에 무관하게 유효하게 효과를 발휘하는 시멘트 고화촉진제를 제공할 수 있다.
셋째, 토계포장, 산책길, 경기장 등의 지반개량을 위한 각종 고화공법에 유리하게 적용할 수 있으며, 특히 도로 포장을 위한 고화공법에 적용할 경우에는 시멘트 고화촉진제에 의한 강도증진효과 때문에 포장두께를 얇게 할 수 있어 관련 공사비를 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 시멘트 고화촉진제는 시멘트 및 연질토와 함께 혼합 교반되어 지반을 안정화하는 고화공법에 이용되는 것으로서, 염화칼륨 100중량부에 대해 시멘트경화재 20~50중량부, 염화마그네슘 100~150중량부, 염화나트륨 120~160중량부, 염화칼슘 40~70중량부, 황산나트륨 15~30중량부, 구연산 2~6중량부로 구성되되, 상기 시멘트경화재는 염화코발트 100중량부에 대해 염화암모늄 10~20중량부, 트리폴리인산나트륨 5~15중량부, 탄산칼륨 5~15중량부, 염화제2철 0.1~3중량부로 구성된다는데 특징이 있다.
본 발명에 따른 고화촉진제는 크게 기능재와 시멘트경화재로 구분된다. 기능재는 연질토립자 사이를 응결 연결시키는데 기여하는 구성이고, 시멘트경화재는 시멘트 경화를 촉진시키는데 기여하는 구성이다. 본 발명에 따른 시멘트 고화촉진제에서 기능재는 염화칼슘, 염화마그네슘, 염화칼륨, 염화나트륨, 염화칼슘, 황산나트륨, 구연산으로 구성되고, 시멘트경화재는 염화코발트, 염화암모늄, 트리폴리인산나트륨, 탄산칼륨, 염화제2철로 구성된다. 본 발명에 따른 시멘트 고화촉진제에서 각 원재료의 함유량은 각 원재료의 성능발현을 최적화하기 위해 제안된 범위이다.
기능재에서 염화칼슘, 염화마그네슘, 황산나트륨은 시멘트 및 연질토립자의 물과 반응하여 수분이 많은 안정 광물인 에트린자이트(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)를 생성시킴으로써 연질토립자 사이를 응결 연결하는 역할을 한다.
기능재에서 염화칼륨과 염화나트륨은 구연산에 의해 급속히 용해되는데, 이때 용해된 각종 이온들은 오니 등에 포함되어 있는 유기물에 흡착되기 때문에 유기물이 시멘트의 응결반응을 방해하지 않도록 제거하는 역할을 하게 된다. 이에 따라 시멘트의 칼슘이온에 의한 응결반응이 촉진되고, 동시에 연질토립자 사이에 칼슘이온이 원활하게 침투하면서 칼슘실리케이트가 생성되며, 최종적으로는 에트린자이트가 생성되어 고강도 고화가 촉진된다. 또한 구연산은 동상방지제로서 역할하 기도 한다.
시멘트경화재에서 염화코발트, 염화암모늄, 탄산칼슘은 시멘트의 수화반응을 촉진시키는 역할을 하고, 트리폴리인산나트륨은 분산제로서 역할하며, 염화제2철은 3가 양이온인 Fe2 3+이 고화대상토사 내의 1가 양이온과 교환하는 이온교환반응으로 강성을 증진시키는 역할을 한다.
한편, 본 발명에 따른 시멘트 고화촉진제는 상기한 시멘트 고화촉진제(염화칼륨, 시멘트경화재, 염화마그네슘, 염화나트륨, 염화칼슘, 황산나트륨, 구연산으로 구성된 시멘트 고화촉진제) 100중량부에 대해 양이온 교환제 50~100중량부를 더 첨가하여 구성할 수도 있다. 양이온 교환제는 시멘트 수화반응에 의해 생성되는 수산화칼슘과 반응(포졸란반응)하여 장기강도 증진에 기여하며, 그 대표적인 예로는 산화규소와 알루미나가 주성분인 제올라이트가 있다. 특히, 양이온 교환제로서 제올라이트는 석탄회, 도시 쓰레기 등의 가연성 폐기물의 소각회, 쓰레기 고형화 연료의 소각회 등을 알칼리 용액으로 가열처리함으로써 인공적으로 전환하여 얻어지는 인공 제올라이트를 이용할 수 있다. 다만, 양이온 교환제로서 효율적인 반응을 위해서는 다가(多價)의 양이온 가지는 재료가 바람직한데, 제올라이트 중에서는 칼슘형 제올라이트가 있다.
상기와 같은 시멘트 고화촉진제, (a)염화코발트 100중량부에 대해 염화암모 늄 10~20중량부를 더한 후 70~100℃의 물을 체적비 6:4~7:3이 되도록 주입하여 용해시키고, 이어 트리폴리인산나트륨 5~15중량부, 탄산칼륨 5~15중량부, 염화제2철 0.1~3중량부를 투입하여 액상의 시멘트경화재를 제조하는 단계; (b)염화칼륨 100중량부에 대해 상기 (a)단계에서 제조한 액상의 시멘트경화재 20~50중량부를 분무 혼합한 후 염화마그네슘 100~150중량부를 투입하여 혼합하고, 이어 염화나트륨 120~160중량부, 염화칼슘 40~70중량부, 황산나트륨 15~30중량부, 구연산 2~6중량부를 투입하여 혼합하는 단계;를 수행함으로써 제조할 수 있다. 나아가, 상기 (b)단계 후에는 상기 (b)단계의 혼합물을 건조한 후 건조한 혼합물 100중량부에 대하여 양이온 교환제 50~100중량부를 투입하여 혼합하는 (c)단계를 가 더 진행할 수 있다.
상기와 같은 방법으로 시멘트 고화촉진제를 제조함에 있어, 원재료는 100매쉬 이하의 분말상태로 준비하는 것이 각 원재료의 혼합과정에서 균일한 혼합을 위해 바람직하며, 또한 원재료들은 흡습성이 높고 성상변화를 수반하므로 상온에서 건조상태로 보관하여 준비하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 시멘트 고화촉진제는 시멘트 및 연질토와 함께 고화공법에 이용할 수 있다. 본 발명에 따른 고화공법은 (a)고화대상토사 100중량부에 대하여 시멘트 6~10중량부로 하여 고화대상토사와 시멘트를 혼합하는 단계; (b)상기 (a)단계의 혼합물에 시멘트 고화촉진제를 투입하여 혼합하되, 시멘트 고화촉진제를 상기 (a)단계의 시멘트 100중량부에 대하여 1~2중량부 투입하여 혼합하는 단계;(c)상기 (b)단계의 혼합물을 타설하여 양생 고화시키는 단계;로 이루어진다. 이때, 상기 (a)단계에서 고화대상토사는 흙의 종류가 특별히 제한되는 것은 아니나 조립토 계열로 구성된 연약지반 토사가 바람직하다.
상기 (a)단계는 고화대상토사의 함수율이 15~20중량%가 되도록 조정한 상태에서 진행하는 것이 바람직한데, 이때의 함수율은 수화반응에 의한 시멘트 고화가 신속하게 일어나기 위한 최적의 함수량이 된다. 고화대상토사의 함수율이 15%보다 작은 경우에는 고화대상토사에 조정수(調整水)를 더 투입하여 혼합한 후에 (a)단계를 진행하도록 하고, 고화대상토사의 20%보다 큰 경우에는 함수율이 15~20중량%가 되도록 고화대상토사를 건조한 후에 (a)단계를 진행하도록 한다.
또한, 상기 (b)단계는, (b1)상기 (a)단계의 혼합물에 시멘트 고화촉진제를 투입하여 혼합하는 단계;와, (b2)시멘트량에 대하여 0.5~2중량%의 AE제(시멘트 100중량부에 대하여 0.5~2중량부임)와 고화대상토사량에 대하여 3~8중량%의 제올라이트(고화대상토사 100중량부에 대하여 3~8중량부임) 중 하나 이상을 더 투입하여 혼합하는 단계;로 이루어질 수 있다. (b2)단계의 AE제(air-entraining agent)는 고화물(고화대상토사+시멘트+고화촉진제)에 미소한 독립된 기포를 고르게 발생시켜 내동결융해성, 내식성 등의 내구성을 개선시키는 역할을 한다. (b2)단계의 제올라이트는 (b1)단계의 시멘트 고화촉진제에 이미 포함된 양이온 교환제로서의 제올라이트와는 별도로 더 포함되는 것으로서, 법면 식생, 강도, 수로의 구축, 기초 기반의 구성, 염해 방지, 중금속 오염의 개량 등의 특수 기능을 요구하는 경우에 유리한 역할을 하도록 제안된 것이다. 다시 말해, 시멘트 고화촉진제에 이미 양이온 교환제로서 제올라이트가 함유되고 있기 때문에 일반적인 자연 흙포장 등의 고화공법에는 (b2)단계의 제올라이트를 추가할 필요가 없으나, 특수 기능을 요구하는 경우에는 (b2)단계의 제올라이트를 더 투입하여 제올라이트에 의한 추가적인 성능을 발현시키는 것이다.
나아가, 본 발명에 따른 고화공법은 상기 (c)단계 후에 상기 (c)단계의 양생 고화물 표면에 열화방지재를 도포하는 (d)단계를 더 수행할 수 있다. 상기 열화방지재는 규산알칼리 용액으로 시멘트 100중량부에 대하여 0.01~0.1중량부 사용하는 것이 바람직하며, 고화물 표면에 규산수용액을 도포하여 침투시키면 고화물 내부의 이온과 치환반응을 일으켜 불용성의 결정체(유리질)를 형성시킴에 따라 열화방지재로서 역할하게 된다.
이하, 실시예와 시험예에 의거하여 본 발명에 대해 상세히 살펴본다. 다만, 하기의 실시예와 시험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이로써 한정되는 것은 아니다.
[실시예1] 시멘트 고화촉진제 제조
1. 시멘트 고화촉진제 조성
하기 표 1과 같은 조성으로 시멘트 고화촉진제 원재료를 준비하였다.
시멘트 고화촉진제 원재료 구성
재료 중량% 중량부
염화칼륨 10 100
염화마그네슘 14 140
염화나트륨 15 150
염화칼슘 5 50
황산나트륨 3 30
구연산 0.3 3
시멘트경화재 염화코발트 2.7 2 27 20(100)
염화암모늄 0.3 3(15)
트리폴리인산나트륨 0.2 2(10)
탄산칼륨 0.15 1.5(7.5)
염화제2철 0.05 0.5(2.5)
제올라이트 50 -
2. 시멘트 고화촉진제 제조
상기 표 1의 재료를 가지고 다음과 같은 방법으로 시멘트 고화촉진제를 제조하였다.
(a)먼저, 시멘트경화재를 제조한다.
시멘트경화재는 염화코발트 100중량부에 대해 염화암모늄 15중량부를 더한 후 80℃의 물을 체적비 6:4~7:3이 되도록 주입하여 용해시키고, 이어 트리폴리인산나트륨 10중량부, 탄산칼륨 5~15중량부를 투입하여 용해시키고, 마지막으로 염화제2철 2.5중량부를 투입하여 제조하며, 이렇게 제조된 시멘트경화재는 액상 상태이다.
(b)다음으로, 액상 상태로 제조한 시멘트경화재를 다른 재료와 혼합한다.
이 과정은 구체적으로, 염화칼륨 100중량부에 대해 액상의 시멘트경화재 27중량부를 분무 혼합한 후 염화마그네슘 140중량부를 투입하여 혼합하고, 계속하여 염화나트륨 150중량부, 염화칼슘 50중량부를 투입하여 혼합한 후 황산나트륨 30중량부를 투입하여 혼합하고, 이어 구연산 3중량부를 투입하여 혼합한다.
(c)마지막으로, 양이온 교환제로 Ca형 제올라이트를 투입하여 혼합한다.
이 과정은 구체적으로, 상기 (b)단계를 거쳐 혼합된 혼합물을 1시간 자연 건조한 후 Ca형 제올라이트를 건조 혼합물과 동량으로 투입하여 혼합한다.
[실시예2] 고화물의 물성시험
시멘트, 연질토, 상기 실시예1에서 제조된 시멘트 고화촉진제를 적절히 배합하여 고화물 공시체를 제작한 후 그 공시체에 대한 다양한 물성시험을 실시하였다. 물성시험에 이용된 공시체는 미리 행한 체고화시험에 따른 최적 함수율로 시료를 조정하고, 시료건조중량에 대한 시멘트를 첨가 혼합한 후에 실시예1에 따른 시멘트 고화촉진제를 첨가 혼합하는 방법으로 제작하였다. 다만, 거푸집 탈형 후 공시체의 함수율이 양생 중에 변화하지 않도록 공시체를 램핑하였으며, 물성시험은 6일 공중양생(20℃)과 1일 수침양생(20℃) 후에 실시하였다.
1. 시험예1- 1축압축강도시험
(1)시험방법
1축압축강도시험은 일본 포장시험법편람에 따라 실시하였으며, 공시체 제작을 위한 배합은 하기 표 2,3,4와 같이 토사 종류(롬, 마사토, 사질토)에 따라 구별하면서 실시했다.
롬을 이용한 공시체의 배합
배합번호 토사에 대한 첨가량(중량%) 고화촉진제 첨가량 (시멘트 100중량부에 대한 중량부)
산사(山砂) 첨가량 시멘트 첨가량
1 0 4 0
2 0 6 0
3 0 8 0
4 0 10 0
5 0 4 1
6 0 6 1
7 0 8 1
8 0 10 1
9 10 4 1
10 10 6 1
11 10 8 1
12 10 10 1
13 0 4 2
14 0 6 2
15 0 8 2
16 0 10 2
17 10 4 2
18 10 6 2
19 10 8 2
20 10 10 2
마사토를 이용한 공시체 배합
배합번호 토사에 대한 첨가량(중량%) 고화촉진제 첨가량 (시멘트 100중량부에 대한 중량부)
산사(山砂) 첨가량 시멘트 첨가량
21 0 4 0
22 0 6 0
23 0 8 0
24 0 10 0
25 0 4 1
26 0 6 1
27 0 8 1
28 0 10 1
29 10 4 1
30 10 6 1
31 10 8 1
32 10 10 1
33 0 4 2
34 0 6 2
35 0 8 2
36 0 10 2
37 10 4 2
38 10 6 2
39 10 8 2
40 10 10 2
사질토를 이용한 공시체 배합
배합번호 토사에 대한 첨가량(중량%) 고화촉진제 첨가량 (시멘트 100중량부에 대한 중량부)
산사(山砂) 첨가량 시멘트 첨가량
41 0 4 0
42 0 6 0
43 0 8 0
44 0 10 0
45 0 4 1
46 0 6 1
47 0 8 1
48 0 10 1
49 10 4 1
50 10 6 1
51 10 8 1
52 10 10 1
53 0 4 2
54 0 6 2
55 0 8 2
56 0 10 2
57 10 4 2
58 10 6 2
59 10 8 2
60 10 10 2
(2)시험결과
1축압축시험결과는 도 1 내지 도 3과 같이 나타났다. 특히 사질토를 이용한 배합(산사 무첨가, 시멘트 첨가량 6중량%)의 경우에는 재령별로 1압축시험을 하였는데, 그 결과는 하기 표 5 및 도 4와 같이 나타났다. 전반적으로 시멘트 고화촉진제를 첨가한 경우에서 압축강도가 증대되는 것을 확인할 수 있었다.
사질토를 이용한 배합에서 재령별 압축강도 시험결과
재령 변위량(mm) 최대하중(kgf) 1축압축강도(kgf/c) 고화촉진제 첨가량
재령2일 2.37 94.2 1.2 첨가없음
재령4일 2.55 612.3 7.8
재령7일 1.76 1169.7 14.9
재령14일 1.64 1609.3 20.5
재령2일 2.22 361.1 4.6 시멘트 100중량부에 대해 1중량부
재령4일 1.70 910.6 11.6
재령7일 1.69 1350.2 17.2
재령14일 1.65 1797.7 22.9
재령2일 1.98 463.2 5.9 시멘트 100중량부에 대해 2중량부
재령4일 1.76 1067.6 13.6
재령7일 1.77 1609.3 20.5
재령14일 1.80 2025.3 25.8
2. 시험예2- 동상(凍上)시험
(1)시험방법
동상시험은 하기 표 6과 같은 시험조건으로 도 5와 같이 실시하였다. 동상시험을 위한 공시체는 하기 표 10과 같은 배합으로 제작하였다. 공시체의 최초 높이에서 동상 후의 공시체의 높이를 버니어캘리퍼스(vernier calipers, 노기스)로 측정하여 이를 동상량으로 했으며, 공시체의 제작은 전용 사용하여 제작했다(2.5㎏·10회).
동상시험방법
항목 조건
공시체촌법 직경6cm, 두께 4cm
양생온도, 시간 0℃, 24시간
시험온도, 시간 -20℃, 92시간
동상시험 공시체 배합
번호 토사 종류 토사에 대한 첨가량(중량%) 고화촉진제 첨가량 (시멘트 100중량부에 대한 중량부)
산사 첨가량 시멘트 첨가량
1 롬 0 0 0
2 0 5 0
3 0 5 1
4 0 5 1
5 10 0 0
6 10 5 0
7 10 5 1
8 10 5 1
(2)시험결과
동상시험결과는 하기 표 8 및 도 6과 같이 나타났다. 보는 바와 같이 시멘트 고화촉진제를 첨가할수록 동상량이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이 결과로부터 본 발명에 따른 시멘트 고화촉진제는 한랭지의 운동장 등을 고화공법으로 처리하는데 유용하게 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
동상시험결과
번호 시험전 공시체 두께(mm) 시험후 공시체두께(mm) 동상량(mm) 동상률(%)
1 4.01 4.97 0.96 24.9
2 4.01 4.88 0.87 21.7
3 4.06 4.47 0.41 10.1
4 4.02 4.39 0.37 9.2
5 4.01 4.39 0.92 22.9
6 4.02 4.90 0.88 21.9
7 4.03 4.45 0.42 10.4
8 4.01 4.33 0.32 8.0
3. 시험예3- 보수성시험
(1)시험방법
보수성시험은 최적함수율로 제작한 공시체(1000㎖)를 6일 공중양생, 1일 수침양생한 후 물로 포화시킨 공시체의 중량을 측정하여 공시체 기준중량으로 하고, 이러한 공시체를 20℃의 항온실내에 두고 중량변화에서 보수능력을 산출하였다. 보수성시험을 위한 공시체의 배합은 하기 표 9와 같다.
보수성시험 공시체 배합
번호 토사 종류 토사에 대한 첨가량(중량%) 고화촉진제 첨가량 (시멘트 100중량부에 대한 중량부)
산사 첨가량 시멘트 첨가량
1 롬 0 0 0
2 0 5 1
3 10 5 1
4 마사토 0 0 0
5 0 5 1
6 10 5 1
7 사질토 0 0 0
8 0 5 1
9 10 5 1
(2)시험결과
보수성시험결과는 하기 표 10 및 도 7과 같이 나타났다. 보는 바와 같이 시멘트와 시멘트 고화촉진제를 함께 이용한 경우에서 보수효과를 확인할 수 있다.
보수성시험결과
번호 0 24시간후 48시간후 72시간후 96시간후 7일후
1 100 95.5 88.5 82.3 77.4 73.2
2 100 98.4 95.9 90.6 85.1 80.4
3 100 98.1 96.5 91.3 86.2 79.3
4 100 93.0 84.1 80.0 78.2 70.1
5 100 96.4 90.0 85.7 82.2 76.3
6 100 97.1 92.6 87.5 83.9 77.4
7 100 92.8 86.1 84.6 79.9 73.2
8 100 95.5 90.2 88.1 83.9 78.9
9 100 96.7 92.0 90.0 85.4 79.7
4. 시험예4- 동결융해 후의 1축압축강도시험
(1)시험방법
동결융해 후의 1축압축강도시험은 하기 표 11과 같은 시험조건으로 실시하였다. 공시체는 하기 표 10과 같은 배합으로 제작하였으며, 각 배합으로 제작한 공시체를 6일 공중양생, 1일 수중양생한 후 동결융해실험, 7사이클 종료 후 1축압축시험을 행하였다.
동결융해 후의 1축압축강도시험방법
항목 조건
동결온도 -23℃
융해온도 20℃
동결시간 18시간
융해시간 6시간
동결융해회수 7cycle
동결융해 후의 1축압축강도시험 공시체 배합
번호 토사 종류 토사에 대한 첨가량(중량%) 고화촉진제 첨가량 (시멘트 100중량부에 대한 중량부)
산사 첨가량 시멘트 첨가량
1 점성토 0 6 0
2 0 8 0
3 0 10 0
4 0 6 1
5 0 8 1
6 0 10 1
7 10 6 1
8 10 8 1
9 10 10 1
10 마사토 0 6 0
11 0 8 0
12 0 10 0
13 0 6 1
14 0 8 1
15 0 10 1
16 10 6 1
17 10 8 1
18 10 10 1
19 사질토 0 6 0
20 0 8 0
21 0 10 0
22 0 6 1
23 0 8 1
24 0 10 1
25 10 6 1
26 10 8 1
27 10 10 1
(2)시험결과
동결융해 후의 1축압축강도시험결과는 하기 표 13 및 도 8과 같이 나타났다. 보는 바와 같이 시멘트 고화촉진제를 첨가할수록 강도저하율이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이 결과로부터 본 발명에 따른 시멘트 고화촉진제는 한랭지의 운동장 등을 고화공법으로 처리하는데 유용하게 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
동결융해 후의 1축압축강도시험결과
번호 흙의 종류 1축압축강도 (kgf/c) 동결융해후의 1축압축강도 강도저하도 (kgf/c) 강도저하율 (%)
1 점성토 4.1 0.9 3.2 78.0
2 4.8 1.1 3.7 77.1
3 6.4 1.8 4.6 71.9
4 4.7 2.0 2.7 57.4
5 6.7 2.9 3.8 56.7
6 8.5 4.7 3.8 44.7
7 5.9 2.9 3.0 50.8
8 8.5 4.3 4.2 49.4
9 10.8 4.8 6.0 55.6
10 마사토 8.9 2.9 6.0 67.4
11 12.9 5.0 7.9 61.2
12 16.3 6.3 10.0 61.3
13 14.0 7.8 6.2 44.3
14 16.8 9.9 6.9 41.1
15 18.3 10.1 8.2 44.8
16 15.9 7.4 8.5 53.5
17 17.0 10.3 6.7 39.4
18 20.2 11.9 8.3 41.1
19 사질토 14.9 4.4 10.5 70.5
20 22.4 8.7 13.7 61.2
21 28.6 9.0 19.6 68.5
22 17.2 8.5 8.7 50.6
23 26.1 12.9 13.2 50.6
24 33.0 19.2 13.8 41.8
25 17.9 7.2 10.7 59.8
26 26.3 10.7 15.6 59.3
27 34.8 20.8 14.0 40.2
5. 시험예5- 압축강도시험
(1)시험방법
압축강도시험은 하기 표 14와 같은 시험조건으로 실시하였으며, 압축시험 마샬시험방법으로 실시하였다. 압축강도시험을 위한 공시체는 하기 표 15와 같은 배합으로 제작하였으며, 공시체의 온도는 상온에서 실시했다.
압축강도시험방법
시험조건 시험방법
공시체작성 마샬란마
50회 (片面)
양생일수 20℃ 6일 (空中)
20℃ 1일 (水中)
압축강도시험 공시체 배합
번호 토사 종류 토사에 대한 첨가량(중량%) 고화촉진제 첨가량 (시멘트 100중량부에 대한 첨가량)
산사 첨가량 시멘트 첨가량 아스팔트 유제 첨가량
1 롬 0 5 - 0
2 0 5 - 1
3 0 5 - 2
4 10 5 - 0
5 10 5 - 1
6 10 5 - 2
7 마사토 0 5 - 0
8 0 5 - 1
9 0 5 - 2
10 10 5 - 0
11 10 5 - 1
12 10 5 - 2
13 사질토 0 5 - 0
14 0 5 - 1
15 0 5 - 2
16 10 5 - 0
17 10 5 - 1
18 10 5 - 2
19 사질토 10 5 6 0
20 10 5 6 1
21 10 5 6 0
22 10 5 6 1
(2)시험결과
압축강도시험결과는 하기 표 16과 같이 나타났다. 보는 바와 같이 시멘트 고화촉진제를 첨가할수록 압축강도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 특히 시멘트 고화촉진제의 첨가량을 증가시킬수록 압축강도는 더욱 증가하였으며, 나아가 시멘트 고화촉진제는 시멘트 혼화용 아스팔트 유제와의 혼합성이 양호한 것으로 나타났다.
압축강도시험결과
번호 흙의 종류 안정도(kgf) 변위량(mm) 강도증가율(%)
1 롬 428 2.45 100
2 505 2.38 118
3 560 3.16 131
4 589 2.46 100 138
5 678 2.45 115 158
6 700 2.73 119 164
7 마사토 655 2.35 100
8 705 2.25 108
9 800 2.23 122
10 729 2.21 100 111
11 852 2.31 117 130
12 914 2.47 125 139
13 사질토 645 2.58 100
14 693 2.33 107
15 745 2.59 116
16 720 2.58 100 111
17 880 2.61 122 136
18 939 2.88 130 145
19 사질토 (아스팔트 유제) 863 3.69 100
20 1058 3.48 123
21 955 3.44 100 110
22 1210 3.63 127 140
6. 시험예6- 휠트랙킹(wheel tracking)시험
(1)시험방법
휠트랙킹시험은 일본 포장시험법편람(시험조건 60℃, 1시간, 접지압 6.4kg/㎠, 보양시간 8시간)에 따라 실시하였으며, 공시체 제작을 위한 배합은 하기 표 17과 같다.
휠트랙킹시험 공시체 배합
번호 혼합물의 입도 (골재입도) 골재에 대한 첨가량(중량%) 시멘트 고화촉진제 (시멘트 100중량부에 대한 중량부)
아스팔트 첨가량 시멘트 혼합용 아스팔트 유제 첨가량 시멘트 첨가량
1 13㎜ 밀입도 아스콘 5.6% - - -
2 - 6.8% 5.0% -
3 - 6.8% 5.0% 1
1)배합1은 가열 아스팔트 혼합물이다. 2)배합2,3은 상온 아스팔트 혼합물이다. 3)시멘트 혼합용 아스팔트 유제는 고형분으로서의 첨가량이다. 4)시멘트는 보통 포틀랜트시멘트이다. 5)골재입도는 아스팔트 포장요망 13mm 밀입도아스콘의 입도 범위의 중앙치를 목표로 했다.
(2)시험결과
압축강도시험결과는 하기 표 18과 같이 나타났다. 보는 바와 같이 시멘트 고화촉진제를 첨가한 경우에 동적안정도가 현저히 개선되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 시험 후에도 공시체에는 부자연스러운 크랙 등이 발현이 보이지 않았다.
휠트랙킹시험결과
번호 공시체밀도(g/㎠) 기준밀도(g/㎠) 체고도(%) 동적안정도(회/㎜) 동적안정도평균
1 ① 2.355 2.359 99.8 890 939
② 2.361 100.1 988
2 ① 2.334 2.338 99.8 4500 4875
② 2.341 100.1 5250
3 ① 2.338 2.338 100.0 10200 9600
② 2.329 99.6 9000
7. 종합평가
상기와 같은 다양한 시험을 통해 확인한 결과, 본 발명에 따른 시멘트 고화촉진제는 고화공법에 적용할 경우 강도증진 등 우수한 효과를 발휘하는 것으로 나타났다. 이에 따라 본 발명에 따른 시멘트 고화촉진제는 토계포장, 산책길, 경기장 등의 지반개량을 위한 각종 고화공법에 유용하게 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 특히 본 발명에 따른 시멘트 고화촉진제를 도로 포장을 위한 고화공법에 적용하면 시멘트 고화촉진제에 의한 강도증진효과 때문에 얇은 포장두께에서도 일정 이상의 강도확보가 가능해져 전체적으로 공사비를 절감할 수 있다.
도 1 내지 도 4는 1축압축강도시험결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 동상시험을 위한 시험방법을 도시한 그림이다.
도 6은 동상시험결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 보수성시험결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 동결융해 후의 1축압축강도시험결과를 나타낸 그래프이다.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 염화칼륨 100중량부에 대해 시멘트경화재 20~50중량부, 염화마그네슘 100~150중량부, 염화나트륨 120~160중량부, 염화칼슘 40~70중량부, 황산나트륨 15~30중량부, 구연산 2~6중량부로 구성되되, 상기 시멘트경화재가 염화코발트 100중량부에 대해 염화암모늄 10~20중량부, 트리폴리인산나트륨 5~15중량부, 탄산칼륨 5~15중량부, 염화제2철 0.1~3중량부로 구성된 시멘트 고화촉진제로서,
    상기 시멘트 고화촉진제 100중량부에 대하여 양이온 교환제 50~100중량부를 더 첨가한 것을 특징으로 하는 시멘트 고화촉진제.
  3. 제2항에서,
    상기 양이온 교환제는 제올라이트임을 특징으로 하는 시멘트 고화촉진제.
  4. 삭제
  5. (a)염화코발트 100중량부에 대해 염화암모늄 10~20중량부를 더한 후 70~100℃의 물을 체적비 6:4~7:3이 되도록 주입하여 용해시키고, 이어 트리폴리인산나트륨 5~15중량부, 탄산칼륨 5~15중량부, 염화제2철 0.1~3중량부를 투입하여 액상의 시멘트경화재를 제조하는 단계;
    (b)염화칼륨 100중량부에 대해 상기 (a)단계에서 제조한 액상의 시멘트경화재 20~50중량부를 분무 혼합한 후 염화마그네슘 100~150중량부를 투입하여 혼합하고, 이어 염화나트륨 120~160중량부, 염화칼슘 40~70중량부, 황산나트륨 15~30중량부, 구연산 2~6중량부를 투입하여 혼합하는 단계;
    (c)상기 (b)단계의 혼합물을 건조한 후 건조한 혼합물 100중량부에 대하여 양이온 교환제 50~100중량부를 투입하여 혼합하는 단계;
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 시멘트 고화촉진제 제조방법.
  6. 시멘트 100중량부에 대하여 제2항 또는 제3항에 따른 시멘트 고화촉진제 1~2중량부로 구성되는 것을 특징으로 하는 고강도 시멘트계 고화제.
  7. (a)고화대상토사 100중량부에 대하여 시멘트 6~10중량부로 하여 고화대상토사와 시멘트를 혼합하는 단계;
    (b)상기 (a)단계의 혼합물에 제2항 또는 제3항에 따른 시멘트 고화촉진제를 투입하여 혼합하되, 시멘트 고화촉진제를 상기 (a)단계의 시멘트 100중량부에 대하여 1~2중량부를 투입하여 혼합하는 단계;
    (c)상기 (b)단계의 혼합물을 타설하여 양생 고화시키는 단계;
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 고화공법.
  8. 제7항에서,
    상기 (a)단계는, 고화대상토사의 함수율이 15~20중량%가 되도록 고화대상토사에 조정수(調整水)를 더 투입하여 혼합하거나 고화대상토사를 건조한 후에 이루어지는 것을 특징으로 고강도 고화공법.
  9. 제7항에서,
    상기 (b)단계는,
    (b1)상기 (a)단계의 혼합물에 시멘트 고화촉진제를 투입하여 혼합하는 단계;
    (b2)시멘트 100중량부에 대하여 0.5~2중량부의 AE제와 고화대상토사 100중량부에 대하여 3~8중량부의 제올라이트 중 하나 이상을 더 투입하여 혼합하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 고화공법.
  10. 제7항에서,
    상기 (c)단계 후에,
    (d)상기 (c)단계의 양생 고화물 표면에 열화방지재를 도포하는 단계;
    가 더 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 고화공법
  11. 제10항에서,
    상기 (d)단계의 열화방지재는, 규산알칼리 용액으로 상기 (a)단계의 시멘트 100중량부에 대하여 0.01~0.1중량부 사용하는 것을 특징으로 하는 고강도 고화공법.
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