KR102510404B1

KR102510404B1 - 기성말뚝 매입공법용 무수축 모르타르 조성물

Info

Publication number: KR102510404B1
Application number: KR1020200171484A
Authority: KR
Inventors: 서세관; 조대성; 박수현; 윤성진; 문경주
Original assignee: 주식회사 지안산업
Priority date: 2020-12-09
Filing date: 2020-12-09
Publication date: 2023-03-16
Also published as: KR20220081696A

Abstract

본 발명은 기성말뚝 매입공법용 무수축 모르타르 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 결합재와 골재를 순환자원으로 활용하여 지반의 내부에 투수성이 매우 큰 모래자갈층과 같은 대수층에서도 유실되지 않고, 강말뚝 또는 콘크리트 말뚝의 표면에 잘 부착될 수 있도록 기존 시멘트 페이스트 밀크액을 대체하여 충전할 수 있는 기성말뚝 매입공법용 무수축 모르타르 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 의한 기성말뚝 매입공법용 무수축 모르타르 조성물은 결합재로서 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여, 순환 유동층 보일러 플라이애시 2∼200중량부 및 제철소 중탄산나트륨 탈황 분진 10∼1,000중량부를 포함하며, 골재로서 0.01∼5mm 입도로 조정된 순환 유동층 보일러 바텀애시가 상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여 20∼2,000중량부를 포함한다.

Description

기성말뚝 매입공법용 무수축 모르타르 조성물{MORTAR AGENT}

본 발명은 기성말뚝 매입공법용 무수축 모르타르 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 결합재와 골재를 순환자원으로 활용하여 지반의 내부에 투수성이 매우 큰 모래자갈층과 같은 대수층에서도 유실되지 않고, 강말뚝 또는 콘크리트 말뚝의 표면에 잘 부착될 수 있도록 기존 시멘트 페이스트 밀크액을 대체하여 충전할 수 있는 기성말뚝 매입공법용 무수축 모르타르 조성물에 관한 것이다.

최근의 건설 현장에서 파일 기초공사시의 소음과 진동 규제 강화 추세에 따라 매입 말뚝 공법의 파일공사가 증가하고 있다.

매입 말뚝 시공은 지반에 오거를 이용해 구멍을 파고 기성 제품인 PHC 말뚝또는 선단 확장형 말뚝을 심는 방법으로서, 지반과 말뚝의 공간에 1종 시멘트 또는 지반의 내부에 투수성이 매우 큰 모래 자갈층과 같은 대수층에서도 유실되지 않도록 1종 시멘트에 벤토나이트를 첨가한 분말에 물을 혼합하여 제조된 고정액을 충전하여 말뚝의 마찰력 및 지지력을 강화시키는 방법으로 수행된다.

천공 구멍과 말뚝 사이의 고정재는 하중 재하 초기 단계에서 파일의 자립을 위한 고정재 및 말뚝 주면마찰력의 기능을 발휘하는 것이 기본 역할이다.

하지만, 1종 시멘트는 주원료인 석회석을 채광하여 1,450℃의 고온에서 소성하여 제조되는 관계로 석회석의 탈탄산 과정에서 온실가스의 주원인인 다량의 CO₂ 가스가 발생하여 지구온난화의 원인이 된다.

또한 시멘트는 pH가 13 이상에 달할 정도로 강한 알칼리이기 때문에 토양에 사용하였을 경우 바람직하지 않다.

또한, 벤토나이트는 국내에 천연자원으로 부존하지 않는 광물로서 전량 수입에 의존하고 있는 고가의 재료이며 염분과 접촉하면 그 팽윤도가 현저히 떨어져 차수성이 크게 저하되는 문제점이 있다.

최근에는 이러한 기존의 시멘트의 성능을 개선시키기 위해 여러 기술들이 제시되고 있다. 이러한 기술은 1종 시멘트를 주원료로 사용하고 일부를 고로슬래그 및 미분탄 보일러 플라이애시로 치환하고 다양한 고가의 혼화제 및 혼화재 원료를 추가하는 기술이다.

그러므로 제조공정이 매우 복잡하고 생산에 많은 비용이 수반되며, 여러 가지 원료를 동시에 사용해야하기 때문에 원료의 물리 화학적 품질특성 변동에 따른 배합의 선정이 어렵다.

또한, 시멘트 밀크는 충전되는 지반내부에 지하수를 많이 함유하거나, 대수층이 있을 경우 또는 흙 입자들 간의 공극이 큰 지반에 충전하게 되면 시멘트 밀크가 양생되기 전에 유실되어 지지력이 감소되며, 유실이 적은 지반에서도 더욱 더 묽은 상태로 즉, 빈배합으로 변화되어 마찰지지력이 감소되고, 말뚝과 천공홀 사이의 공간이 충전되지 않기 때문에 지반이 측방유동되고 장기침하되며, 말뚝은 수평변위가 발생되어 말뚝의 연직지지력은 물론이고 수평지지력이 떨어지는 문제점이 있었다.

이러한 기존의 시멘트 밀크액을 주입재로 사용하는 문제점을 개선하기 위하여 다음의 기술이 제시되고 있다.

대한민국 등록특허 제10-07262991호에서는 시멘트에 모래, 혼화재, 수중 불분리 혼화제, 유동화제 등을 혼합하여 제조한 드라이 모르타르를 이용한 기성말뚝 매입공법을 제시하였다.

상기 기술은 기성말뚝 매입공법 적용 시 시멘트 밀크액을 대체하여 드라이 모르타르를 사용하여 유실을 방지하고 주면마찰력을 키울 수 있는 장점은 있으나 드라이 모르타르 제조 시 시멘트에 건조 모래 및 고가의 혼화제 사용에 따른 원재료비가 지나치게 상승되는 문제점이 있었다.

등록특허 제10-07262991호 등록특허 제10-2138008호 등록특허 제10-2021116호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 지반의 내부에 투수성이 매우 큰 모래 자갈층과 같은 대수층에서도 유실되지 않고, 강말뚝 또는 콘크리트 말뚝의 표면에 잘 부착될 수 있도록 기존 시멘트 페이스트 밀크액을 대체할 수 있는 기성말뚝 매입공법용 무수축 모르타르 조성물을 제공함에 있다.

위와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 의한 기성말뚝 매입공법용 무수축 모르타르 조성물은 결합재로서 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여, 순환 유동층 보일러 플라이애시 2∼200중량부 및 제철소 중탄산나트륨 탈황 분진 10∼1,000중량부를 포함하며, 골재로서 0.01∼5mm 입도로 조정된 순환 유동층 보일러 바텀애시가 상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여 20∼2,000중량부를 포함한다.

또한 상기 순환 유동층 보일러 플라이애시는 석탄과 폐타이어와 석회석을 혼합 연소하는 순환 유동층 보일러에서 생성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여, 시멘트를 5∼100중량부 더 포함하며, 상기 시멘트는 보통포틀랜드 시멘트, 준조강 포틀랜드 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트, CSA(Calcium Sulfur Aluminate), 고로슬래그 시멘트, 플라이애시 시멘트 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여 팽창재가 5∼100중량부 더 포함되며, 상기 팽창재는 생석회, 경소백운석, 생석회 집진 더스트 및 경소백운석 집진 더스트 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여 수중 불분리제 0.01∼10중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 결합재와 골재로서 활용이 미흡한 순환자원을 이용하여 지반의 내부에 투수성이 매우 큰 모래 자갈층과 같은 대수층에서도 유실되지 않고, 강말뚝 또는 콘크리트 말뚝의 표면에 잘 부착될 수 있도록 기존 시멘트 페이스트 밀크액을 대체할 수 있다.

또한 순환 유동층 보일러 플라이애시와 순환 유동층 보일러 바텀애시에 산화칼슘이 다량 함유되어 있어 모르타르에서 수분이 증발하면서 체적이 수축되는 것을 보상할 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 기성말뚝 매입공법용 무수축 모르타르 조성물에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명에 의한 기성말뚝 매입공법용 무수축 모르타르 조성물은 결합재로서 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여, 순환 유동층 보일러 플라이애시 2∼200중량부 및 제철소 중탄산나트륨 탈황 분진 10∼1,000중량부를 포함하며, 골재로서 0.01∼5mm 입도로 조정된 순환 유동층 보일러 바텀애시가 상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여 20∼2,000중량부를 포함한다.

상기 고로슬래그 미분말은 제철 고로 공정에서 부산물로 발생하는 고온 용융상태의 슬래그를 물로 급냉 처리한 부산물이다. 고로슬래그 미분말은 물과 접촉하면 비결정질 피막이 형성되어 스스로 수화반응을 하지 않기 때문에 고로슬래그 미분말을 잠재수경성물질이라 한다. 잠재수경성이 발휘되기 위해서는 비결정질 피막이 파괴되어야 한다.

상기 고로슬래그 미분말은 0.045㎜(45㎛) 체 잔분이 10% 미만으로 검사 판정되거나, 분쇄 분급된 것이며, 물에 의해 슬래그를 급냉시킨 수쇄 급냉 고로 슬래그를 분말화하여 사용한다. 상기 고로슬래그 미분말이 0.045㎜(45㎛) 체 잔분이 10% 미만으로 이루어져 있어 입자의 활성도가 향상됨으로써 잠재수경성이 발휘될 수 있는 이점이 있다.

통상의 고로슬래그 미분말에 물을 투입하게 되면, 표면에 비결정질 피막이 형성되어, 내부의 Ca²⁺, Al³⁺ 등의 용출이 이루어지지 않는다. 그러나, 상기 순환 유동층 보일러 플라이애시와 제철소 중탄산나트륨 탈황 분진을 혼입 후 물을 투입하게 되면, 각각 Ca²⁺와 OH^- 및 Na⁺와 SO₄ ^2-로 나뉘어 이온 상태로 분리되어 OH^-와 SO₄ ^2-성분이 고로슬래그 미분말의 비결정질 피막을 파괴하여 Ca²⁺, Al³⁺ 등의 용출이 용이하게 되고, 용출 이온들이 CaO-SiO₂-H₂O계 수화물 등을 생성하게 됨으로써 경화를 빠르게 촉진하고, 잉여 황산화물은 침상형의 구조를 가지는 에트린가이트 수화생성물(3CaOㆍAl₂O₃ㆍ3CaSO₄ㆍ32H₂O)을 생성시킴으로써 수화체 내부의 조직을 치밀화하여 경화체의 압축강도를 향상시킬 수 있다.

상기 순환 유동층 보일러 플라이애시는 석탄과 폐타이어와 석회석을 혼합 연소하는 순환 유동층 보일러에서 생성되는 플라이애시로서, 별도의 탈황설비를 구비하지 않는 중소규모 열병합발전소에서 주로 발생하는 연소 잔재물이다. 폐타이어와 석탄과 석회석을 혼소하기 때문에 폐타이어의 불완전 연소물인 탄소성분이 순환 유동층 보일러 플라이애시 속에 다량 포함되며, 석탄의 황성분과 공기 중의 산소가 결합하여 생성된 아황산가스를 석회석의 탈탄산된 CaO와 반응시키는 로내탈황공정을 거치기 때문에 석탄을 연소하는 일반 PC보일러에서 생성되는 플라이애시에 비하여 상대적으로 CaO함량이 높은 특성을 가지고 있다.

또한 모르타르는 함유되어 있는 수분이 증발하면서 체적이 수축하게 되는데, 로내 탈황방식을 활용하는 순환 유동층 보일러 플라이애시와 후술하는 순환 유동층 보일러 바텀애시에는 산화칼슘이 다량 함유되어 있어 이와 같은 모르타르의 체적 수축을 보상하게 된다.

한편, 일반적인 플라이애시는 석탄연소 발전소의 대규모 PC보일러에서 생성되는데, 연료로 사용하는 석탄의 황 성분 때문에 별도의 탈황설비를 갖춰 운전하므로 발생되는 플라이애시의 경우 주성분이 SiO₂ 이다. 상기 PC보일러 플라이애시 등의 연소잔재물은 유리화율이 높아 포졸란 반응성을 가지고 있기 때문에 콘크리트 혼화재료로 재활용됨에도 불구하고, 본 발명에 의한 순환 유동층 보일러 플라이애시는 산화칼슘이 다량 함유되어 흡수, 발열 및 팽창 특성이 있어 콘크리트 혼화재료로 활용이 불가능하다.

그러나 순환 유동층 보일러 플라이애시가 가지고 있는 산화칼슘 성분에 의한 화학적 반응은 시멘트의 단점인 수축을 보상하는 효과가 있다.

또한 상기의 순환 유동층 보일러 플라이애시는 미연소 탄소분이 검은색을 띄어 일반 콘크리트에 활용할 경우, 콘크리트 표면에 검은색이 노출되어 시각적으로 좋지 않아 활용이 어렵다.

그러나 본 발명은 지반 속에 주입되는 모르타르이기 때문에 색상에 구애되지 않아 순환 유동층 보일러 플라이애시가 가지고 있는 미연소 탄소분에 의한 검은색 발현이 전혀 문제되지 않고, 상술한 바와 같이 다량 함유된 산화칼슘에 의한 수축 보상과, 고로슬래그 자극제로 활용하는 것이다.

상기 순환 유동층 보일러 플라이애시는 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여 2∼200중량부 혼입되는 것이 바람직하다. 2중량 미만일 경우 알칼리 자극 효과가 없으며 200중량부를 초과할 경우 고로슬래그 미분말과 수화반응을 개시하지 못한 순환 유동층 보일러 플라이애시가 다량 존재하게 되어 강도가 급격하게 저하하게 된다.

상기 제철소 중탄산나트륨 탈황 분진은 제철소 소결공정 중 배가스 라인에서 발생하는 SOx를 제거하기 위해 탈황제로 순도 90% 이상의 중탄산나트륨(NaHCO₃)를 사용하여 탈황 처리 후 발생하는 분진인 것이 바람직하다.

제철소의 소결공정에서는 배출가스는 황(S)을 다량 포함하고 있기 때문에 대기오염을 방지하기 위해 탈황설비를 이용하여 배출가스로부터 황을 제거한다. 최근에는 높은 탈황 효율을 가지는 장점을 지닌 중탄산나트륨을 탈황제로 사용이 점차 증가하고 있는 추세이다.

상기 중탄산나트륨을 탈황제 사용하는 공정은 중탄산나트륨을 배기가스 중에 투입하여 반응시키고 황화물 형태의 반응 결과물을 포집 수거하여 폐기 처분하는 것으로 이루어진다.

2NaHCO₃: 탈황제, Na₂SO₄: 폐기물

탈황공정은 주어진 배기가스 온도에서 한정된 시간 내에 신속히 반응을 완결하여야 하는데, 중탄산나트륨은 95℃의 비교적 낮은 온도에서부터 탄산나트륨으로 열분해 되기 때문에 최적의 탈황제로 사용되고 있다.

이러한 탈황공정에서 중탄산나트륨의 분말도가 높을수록 배기가스 중의 황 성분과의 반응 속도를 상승시킴과 더불어 배기가스 중의 유해한 중금속류들을 유효하게 흡착하여 대기 중으로 배출되는 배기가스를 청정하게 유지 관리하는 것이 가능해진다.

그러나 상기와 같이 중탄산나트륨 탈황 분진은 고로슬래그 미분말의 자극제로 활용은 가능하나 염소 성분이 존재하여 철근과 같이 사용되는 레미콘 재료로는 활용이 어려울 뿐만 아니라 나트륨 성분이 높아 알칼리 골재 반응을 억제하기 위한 포틀랜드 시멘트의 나트륨 성분 총량 제한(Con'c 1㎥당 Na₂O 당량 3.0kg 이하) 때문에 골재가 사용되는 콘크리트용 결합재로는 사용이 어려운 실정이다.

상기 제철소 중탄산나트륨 탈황 분진은 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여 10∼1,000중량부가 혼입되는 것이 바람직하다. 10중량부 미만일 경우 고로수쇄슬래그 미분말의 자극제로의 반응은 거의 100% 이루어질 수 있으나 강도 증진 효과가 미비하며 1,000중량부를 초과할 경우 고로수쇄슬래그 미분말에 비하여 상대적으로 자극제의 양이 과도하여 반응하지 못한 중탄산나트륨 탈황 분진이 다량 존재하여 강도 발현이 어렵게 된다. 또한, 상기 중탄산나트륨 탈황 분진은 물에 대한 용해도가 높아 초기 유동성 확보에 매우 유리한 역할을 수행한다.

상기 순환 유동층 보일러 바텀애시는 석탄, 일반고형연료(SRF, Solid Refuse Fuel), 석유 코크스, 바이오고형연료(BIO-SRF, Biomass-Solid Refuse Fuel), 폐타이어, 유기성 슬러지로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 연료로 사용하는 순환 유동층 보일러 하부에서 발생한다. 순환 유동층 보일러의 탈황공정은 연소실 내에 석회석을 주입하여 연료와 함께 연소시켜 연소가스 중의 인산화황과 석회석이 로내에서 반응하여 연소가스 중의 황은 제거되고 무수석고가 생성되며, 황과 반응하지 않은 석회석은 탈탄산되어 생석회 성분으로 전이되어 배출된다. 특히, 순환 유동층 보일러 바텀애시는 약 850℃의 온도에서 연소되어 유리질 성분이 없기 때문에 포졸란 반응을 일으킬 수는 없지만 상부에서 집진되는 플라이애시에 비해 CaO 및 CaSO₄ 성분이 더 높게 함유되어 있으며 고로슬래그 미분말의 자극제로서 더 탁월한 조성을 가지고 있다고 할 수 있다. 따라서, pH가 11.5 이상의 강알칼리 물질이며 고로슬래그 미분말과 같이 활용될 경우 자극제로서 역할을 수행할 수 있는 성질을 가지고 있다.

상기 바텀애시는 일반적으로 5mm 이하의 입경을 가지고 있는데 입경이 시멘트, 플라이애시에 비하여 큼에도 불구하고 그 자체로서 고로슬래그의 자극효과가 있기 때문에 자극제 및 잔골재로서 동시 역할을 수행할 수 있어 별도의 골재 투입 없이도 물과 혼합 시 페이스트 및 모르타르로서 바로 활용이 가능하다. 하지만 고로슬래그의 자극 효과를 더욱 더 향상시키기 위해 2mm 이하로 분급 및 분쇄하여 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

상기 순환 유동층 보일러 바텀애시는 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여 20∼2,000중량부 혼합되는 것이 바람직한데, 20중량부 미만일 경우 상대적으로 결합재량이 과도하여 모르타르로서 기성 말뚝과의 주면 마찰력 및 유실방지 효과가 저하되며 2,000중량부 초과일 경우 상대적으로 결합재량이 줄어들고 골재량이 과도하여 강도가 크게 저하하게 된다.

또한, 상기 고로슬래그 미분말 100중량 대하여 시멘트를 5∼100중량부 더 포함하며, 상기 시멘트는 보통포틀랜드 시멘트, 준조강 포틀랜드 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트, CSA(Calcium Sulfur Aluminate), 고로슬래그 시멘트, 플라이애시 시멘트 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 시멘트는 초기강도를 확보해주는 역할을 수행하며 시중에서 일반적으로 유통되는 제품이면 사용이 가능하다. 상기 시멘트가 5중량 미만일 경우 그 효과가 발휘되지 못하고 100중량부 초과일 경우 초기강도는 상승되나 장기강도는 오히려 저하될 수 있다. 또한, 육가 크롬 등 유해성분이 용출될 수 있고 경제성 또한 부족하다.

또한, 상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여 팽창재가 5∼100중량부 더 포함되며, 상기 팽창재는 생석회, 경소백운석, 생석회 집진 더스트 및 경소백운석 집진 더스트 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 팽창재는 공업용 제품으로 순도 80% 이상의 것이면 사용 가능하며, 상기 기성말뚝 매입공법용 무수축 모르타르의 초기 강도 및 팽창성을 향상 시킬 수 있는 역할을 수행한다. 상기 팽창재는 물과 반응 시 약 80℃ 이상의 발열을 동반하기 때문에 초기 수화반응을 크게 향상시킬 수 있고 체적 팽창을 유도할 수 있어 구속된 주변 지반을 압밀하는 효과가 있으며 체적 수축에 의한 침하를 방지하여 주면 마찰력을 향상시키는 효과가 있다. 생석회 집진 더스트 및 경소백운석 집진 더스트는 석회석 및 백운석 소성 및 분쇄 공정에서 부산물로 배출되는 것이면 사용 가능하다. 상기 팽창재는 5중량 미만일 경우 그 효과가 발휘되지 못하고 100중량부 초과일 경우 팽창이 과도하게 발생되어 오히려 강도가 급격하게 저하될 수 있다.

또한, 상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여 수중 분리를 방지하기 위하여 수중 불분리제를 0.01∼10중량부 더 포함하는 것이 바람직하다. 수중 불분리제는 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스(HYDROXY PROPYL METHYL CELLULOSE, HPMC), 하이드록시 에틸셀룰로오스(HYDROXY ETHYL CELLULOSE, HEC), 카르복시메틸 셀룰로오스(CARBOXY METHYL CELLULOSE, CMC), 에틸 하이드록시틸 셀룰로오스(ETHYL HYDROXY ETHYL CELLULOSE, EHEC), 폴리 아크릴계, 다당체(POLY SACCARIDE), 하이드 록시에틸 메틸셀룰로오스(HYDROXY ETHYL METHYL CELLULOSE, HEMC), 폴리 에틸렌 옥시드(POLY ETHYLENE OXIDE, PEO)계, 에틸렌 비닐 아세테이트(ETHYLENE VINYL ACETATE, EVA)계로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나이거나 둘 이상의 혼합물을 것이 바람직하다. 0.01 중량부 미만일 경우 수중 불분리 개선 효과가 없으며 10중량부를 초과할 경우 점성이 과도해져서 시공이 어렵게 된다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다. 또한 이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한하는 것으로 이해되어져서는 안 된다.

비교예 (1종 포틀랜드 시멘트 + 석분)

먼저, 결합재로서 1종 포틀랜드 시멘트 100중량부에 대하여 골재로서 0.01㎜∼5㎜의 입도분포를 가진 석분 300중량부를 분체 리본 믹서로 균질하게 혼합하여 모르타르 혼합물을 제조하였다. 상기 결합재 100중량부에 대하여 물 80중량부를 강제식 믹서로 균질하게 혼합하여 모르타르 혼합물을 제조하였다.

다음으로 제조된 시료를 이용하여 슬럼프 시험을 실시하였고, 압축강도 측정용 공시체를 제작하여 재령별 압축강도를 측정하였다.

실시예 1

먼저, 결합재(고로슬래그 미분말 50중량%, 순환 유동층 보일러 플라이애시 10%, 제철소 중탄산나트륨 탈황 분진 40중량%) 100중량부에 대하여 골재로서 0.01㎜∼5㎜의 입도분포를 가진 순환 유동층 보일러 바텀애시 300중량부를 분체 리본 믹서로 균질하게 혼합하여 모르타르 혼합물을 제조하였다.

상기 결합재 100중량부에 대하여 물 80중량부를 혼합하여 강제식 믹서로 혼합하여 습식 모르타르를 제조하였고, 다음으로 제조된 시료를 이용하여 슬럼프 시험을 실시하였고, 압축강도 측정용 공시체를 제작하여 재령별 압축강도를 측정하였다.

실시예 2

먼저, 결합재(고로슬래그 미분말 40중량%, 순환 유동층 보일러 플라이애시 10%, 제철소 중탄산나트륨 탈황 분진 40중량%, 1종 시멘트 10중량%) 100중량부에 대하여 골재로서 0.01㎜∼5㎜의 입도분포를 가진 순환 유동층 보일러 바텀애시 300중량부를 분체 리본 믹서로 균질하게 혼합하여 모르타르 혼합물을 제조하였다.

실시예 3

먼저, 결합재(고로슬래그 미분말 45중량%, 순환 유동층 보일러 플라이애시 10%, 제철소 중탄산나트륨 탈황 분진 40중량%, 생석회 5중량%) 100중량부에 대하여 골재로서 0.01㎜∼5㎜의 입도분포를 가진 순환 유동층 보일러 바텀애시 300중량부를 분체 리본 믹서로 균질하게 혼합하여 모르타르 혼합물을 제조하였다.

실시예 4

먼저, 결합재(고로슬래그 미분말 49.5중량%, 순환 유동층 보일러 플라이애시 10%, 제철소 중탄산나트륨 탈황 분진 40중량%, 메틸셀룰로오스계 수중 불분리제 0.5중량%) 100중량부에 대하여 골재로서 0.01㎜∼5㎜의 입도분포를 가진 순환 유동층 보일러 바텀애시를 분체 리본 믹서로 균질하게 혼합하여 모르타르 혼합물을 제조하였다.

무수축 모르타르의 성능시험방법 및 결과

아래 표 1에 나타낸 바와 같이 슬럼프 시험은 KS F 2402(콘크리트의 슬럼프시험방법), 압축강도시험은 KS F 2405(콘크리트의 압축강도시험방법)에 의해 실시하였으며 체적변화는 육안으로 검사하였다.

실험	방법	명칭
슬럼프	KS F 2402	콘크리트의 슬럼프 시험방법
압축강도	KS F 2405	콘크리트의 압축강도 시험방법
체적변화	육안검사

(1) 슬럼프 시험 결과

실시예와 비교예의 슬럼프를 측정한 결과를 표 2에 나타내었다. 실시예와 비교예의 단위 결합재 중량과 배합수의 중량, 그리고 골재의 중량이 동일함에도 불구하고 실시예의 슬럼프가 높게 나타났다. 이는 동일 슬럼프를 내기 위해 단위 수량 절감이 가능하다는 것을 의미하므로 종래 공법에서 사용된 시멘트+석분에 비해 본 발명에 의한 모르타르를 사용할 경우 강도 향상 및 수축 저감에 효과적임을 나타낸다.

고로슬래그 미분말과 순환 유동층 보일러 플라이애시, 제철소 중탄산나트륨 탈황 분진을 결합재로 사용한 실시예 1의 경우와 여기에 시멘트가 더 첨가된 실시예 2의 경우에는 비교예에 비하여 좀 더 양호한 유동성을 나타내었으나 생석회와 메틸셀루로오스계 수중 불분리제가 더 포함된 실시예 3과 4는 다소 저하하는 경향을 나타내었다. 이는 생석회 및 수중 불분리제의 혼입으로 점성이 증가하였기 때문으로 해석된다.

구분	슬럼프(cm)	압축강도(MPa)			체적변화 (육안관찰)
구분	슬럼프(cm)	재령 3일	재령 7일	재령 28일
비교예	16	3.8	7.4	14.2	체적수축 발생
실시예 1	18	4.4	7.6	15.1	무수축
실시예 2	18	7.8	12.7	20.3	무수축
실시예 3	14	6.2	11.3	18.6	무수축
실시예 4	14	6.4	8.7	15.2	무수축

(2) 일축압축강도 시험성과

표 2는 실시예 및 비교예의 일축압축강도 실험결과를 나타낸 것이다.

표 2와 같이 실시예 모두 비교예에 비하여 초기 및 장기 강도 모두 높게 발현되었으며, 이는 순환 유동층 보일러 플라이애시 및 중탄산나트륨 탈황 분진의 의한 고로슬래그 미분말의 자극 효과와 더불어 순환 유동층 보일러 바텀애시 또한 고로슬래그 미분말의 자극제 및 골재 역할을 동시에 수행하여 기존 그라우트 공법에 사용되는 단순 골재 역할만을 수행하는 석분에 비해 강도 발현에 유리하다는 것을 의미한다.

(3) 체적변화

실시예 1의 압축강도 공시체를 제작하여 탈형하기 전 체적 변화를 육안으로 관찰한 결과, 1일 경과후 비교예 1은 체적수축이 일어났으나 실시예 모두에서는 팽창성에 의해 체적보상이 이루어져 무수축 상태임을 육안으로 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명의 기성말뚝 매입공법용 무수축 모르타르는 순환자원인 순환 유동층 보일러 플라이애시, 제철소 중탄산나트륨 탈황 분진, 순환유동층 보일러 바텀애시를 고로슬래그 미분말의 자극제 및 골재로 대량 활용하여 초기 유동성 및 초기 강도 확보가 가능하면서 체적 안정성이 우수한 매입 기성말뚝 시공용 무수축 모르타르를 제공할 수 있고, 기성말뚝 매입공법에 있어 시멘트 사용량 절감에 따른 생산원가 절감은 물론 천연자원 및 에너지 고갈 문제와 이산화탄소 배출에 의한 환경오염 문제를 동시에 해결할 수 있다.

Claims

결합재로서 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여, 순환 유동층 보일러 플라이애시 2∼200중량부 및 제철소 중탄산나트륨 탈황 분진 10∼1,000중량부를 포함하며,
골재로서 0.01∼5mm 입도로 조정된 순환 유동층 보일러 바텀애시가 상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여 20∼2,000중량부를 포함하되,
상기 순환 유동층 보일러 플라이애시가 석탄과 폐타이어와 석회석을 혼합 연소하는 순환 유동층 보일러에서 생성되는 플라이애시로서 중소규모 열병합발전소에서 발생된 연소 잔재물인 것을 특징으로 하는 체적 안정성이 우수한 기성말뚝 매입공법용 무수축 모르타르 조성물.
제1항에 있어서,
상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여, 시멘트를 5∼100중량부 더 포함하며, 상기 시멘트는 보통포틀랜드 시멘트, 준조강 포틀랜드 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트, CSA(Calcium Sulfur Aluminate), 고로슬래그 시멘트, 플라이애시 시멘트 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기성말뚝 매입공법용 무수축 모르타르 조성물.
제1항에 있어서,
상기 고로슬래그 미분말 100중량부에 대하여 팽창재가 5∼100중량부 더 포함되며,
상기 팽창재는 생석회, 경소백운석, 생석회 집진 더스트 및 경소백운석 집진 더스트 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기성말뚝 매입공법용 무수축 모르타르 조성물.