선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 MSG공법과 LW공법(또는 SGR 공법)의 강도발현성, 침투성 등을 비교하여 사질지반, 실트질지반, 점토지반 등 대상지반에 대한 주입재료별로 침투한계를 평가함으로서 대상지반별 최적 주입재 선정의 기준을 제시하고자 한다.
- 본 연구는 주입재 자체의 원료특성, 호모겔 강도, 밀크 페이스트 강도 및 주입재의 침투특성을 대상으로 실험한 결과를 종합적으로 분석하였으며, 이들 실험 결과 분석을 기초로 대상지반의 특성에 따른 적정 주입재의 선정 및 시공조건을 도출하는 등 주입공사 설계사양을 제시코자 한다.
제안 방법
- 3일 재령에서 5배 이상 굴착에 필요한 강도(50kg/cm2이상)가 조기에 발현되는 MSG공법의 표준배합을 다음과 같이 제안한다.
- MSG-N과 OPC를 사용하는 경우 대상토질별로 지반 내에서 할렬이 발생하지 않고 침투주입이 원활하게 시공될 수 있는 적정한 주입압력을 다음과 같이 제안한다.
- 경화재, 응결재에 대해서는 화학성분 및 입도분포, 압축 강도 등을 분석하였고, 침투성 시험용 지반에 대해서는 공극율, 입도특성 및 투수계수를 분석하였다.
- 각 나라마다 포틀랜드계 시멘트나 혼합계 시멘트에 대한 품질 기준을 국가 규격으로 관리하고 있지만, 아직까지 초미립자시멘트에 관한 별도의 국가 규격은 없다. 따라서, 본 시험에서는 한국 산업 규격을 기준으로 품질을 평가하였으며, MSG-N 및 OPC에 대한 물리적 특성의 대표적인 시험결과는 표 5와 같다.
- 밀크를 주입하는 경우 밀크의 물/시멘트비에 관계없이 혼합수가 배수(dewatering)되어 지반내 공극에 충전된 주입재는 실제로 물/시멘트비 100% 이하의 페이스 상태로 존재한다. 따라서, 본 실험에서는 물/시멘트비 100%이하의 밀크 페이스트의 강도변화 특성을 검토하였으며, 본 실험에 적용한 표준배합은 표 3과 같다.
- 밀크 페이스트 강도용 시편은 표 3의 현탁액을 충분히 혼합한후 사전에 조립된 큐빅몰드를 사용하여 시험편을 제작하였다.
- 시멘트계 주입재는 제조방법, 혼합물의 종류 및 배합비율에 따라서 물리화학적 특성이 상이하며 본 시험에 사용되는 주입재는 초미립자계 시멘트(MSG-N형), 보통 시멘트(OPC)에 대한 화학성분, 물리성능, 입도특성 및 주입비 등을 분석하였다.
- 위 실험을 위한 시험장치는 3가지로 구분하였다. 즉, 실험 ①, ②를 위한 실험모식도는 그림 1, 실험 ③은 그림 2, 실험 ④는 그림 3과 같은 모식도의 장치를 이용하여 실험하였다.
- 표 3의 표준배합에 의한 밀크 페이스트 강도 시편도 호모겔 강도에서와 마찬가지로 5cm×5cm×5cm 큐빅몰드를 사용하는 것이 적당하지만 본 시험에서는 5cm×5cm×5cm의 큐빅몰드를 사용하였다. 이 때 밀크 페이스트의 물/시멘트비가 클수록 블리딩이 심하게 발생하여 시편이 작아지기 때문에 시편의 측면에서 하중을 재하하며, 매 시편마다 재하면적을 측정하여 응력을 계산하였다. 몰드준비와 양생은 호모겔 강도 시편제작에서와 동일한 방법으로 하였다.
- 의 주입압으로 실험을 실시하였다. 이때 주입재는 표 2의 3번 배합, 즉 W/C=100%의 호모겔 배합을 스트레이너 주변에 만들어진 직경 2mm의 125개 구멍을 통해서 MSG-N과 OPC를 각각 주입하였다. 이때 주입시편을 목시관측한 결과 MSG-N은 사진 4와 같이 주입되었으며, OPC의 경우 사진 5와 같았다.
- 의 4단계로 변화시키면서 주입실험을 실시하였다. 이때 주입재는 표 2의 5번 배합, 즉 W/C=200%의 호모겔 배합을 주입하였으며 MSG-N과 OPC를 각각 주입하였다. 이들의 실험 결과는 표 11과 같다.
-
② 주입비
주입재의 입경가적곡선상 D'85 및 D'95와 주입대상토의 입경가적곡선상 D15 및 D10의 주입비 N1 및 N2를 이용해서 대상토질별 주입재의 침투한계를 분석하였으며, 결과는 표 9와 같다.
- 표 8의 대상토 중에서 가는모래를 대상으로 그림 1의 소형 침투성 시험장치를 이용하여 주입압력을 1, 3, 5, 7kg/cm2의 4단계로 변화시키면서 주입실험을 실시하였다. 이때 주입재는 표 2의 5번 배합, 즉 W/C=200%의 호모겔 배합을 주입하였으며 MSG-N과 OPC를 각각 주입하였다.
대상 데이터
- 본 시험에서 사용된 재료로써 경화재는 MSG공법용 표준형(MSG-N), 보통시멘트(OPC)를 사용하였고 응결재는 규산소다 3호를 사용하였다.
- 본 실험에서는 응결조절재로 비중 1.4 이상의 그라우팅용 규산소다 3호를 사용하였다. 규산소다는 규사와 소다회 또는 규사와 가성소다를 원료로 해서 만들어지는 규산 (SiO2)과 알칼리(Na2O)가 결합된 화합물로 Na2O·nSiO2로 나타낸다.
- 45mm를 기준으로 이보다 큰 입경의 모래를 굵은 모래, 작은 입경의 모래를 가는 모래로 구분한다. 본 실험의 시험 대상 주입재 MSG-N형과 OPC를 굵은 모래, 중간 모래, 가는 모래 등 사질층과 실트와 모래가 혼합된 실트질 모래 등을 대상으로 다음과 같은 실험을 실시하여 대상 지반별 최적 주입재를 선정하였다.
- 주입재를 미분말화 할수록 입자의 구상화율이 커지며, 구상화율이 크다는 것은 현탁액 주입재의 전단응력이 작아지기 때문에 주입압의 손실이 줄어들어 침투력을 높이고 주입반경을 넓이는 데 유리하다. 사진 1은 초미립자시멘트와 보통시멘트에 대한 전자현미경(SEM) 사진이다.
- 표 2의 표준배합에 의한 호모겔 강도 시편은 5cm×5cm×5cm의 큐빅몰드를 사용하였다. 양생은 KS규격에 정해진 습기함 또는 양생수조를 사용하며, KS규격에서 제시한 방법으로 소정의 재령에서 일축압축강도를 측정하였다.
- 표 3의 표준배합에 의한 밀크 페이스트 강도 시편도 호모겔 강도에서와 마찬가지로 5cm×5cm×5cm 큐빅몰드를 사용하는 것이 적당하지만 본 시험에서는 5cm×5cm×5cm의 큐빅몰드를 사용하였다. 이 때 밀크 페이스트의 물/시멘트비가 클수록 블리딩이 심하게 발생하여 시편이 작아지기 때문에 시편의 측면에서 하중을 재하하며, 매 시편마다 재하면적을 측정하여 응력을 계산하였다.
- 호모겔 강도용 시편은 표 2의 A액과 B액을 1:1의 부피비로 교반하여 예상 겔타임의 반정도까지 교반을 하고 사전에 조립된 큐빅몰드를 사용하여 시험편을 제작하였다.
- 침투성 시험용 지반은 크게 두 종류의 지반으로 나누어 압력별 침투성 지반은 주문진 표준사로 복합주입 침투성 지반은 굵은모래층~실트모래층으로 조성하였다. 혼합수는 수돗물을 사용하였다.
이론/모형
- 표 2의 표준배합에 의한 호모겔 강도 시편은 5cm×5cm×5cm의 큐빅몰드를 사용하였다. 양생은 KS규격에 정해진 습기함 또는 양생수조를 사용하며, KS규격에서 제시한 방법으로 소정의 재령에서 일축압축강도를 측정하였다. 시험편 제작시 몰드 외부로 재료가 유실되는 것을 방지하기 위해서 몰드를 빈틈없이 조립하고 몰드 내부를 탈형유로 균질하면서도 충분히 도포하였다.
성능/효과
- • MSG-N의 밀크 페이스트 강도는 호모겔 강도에서와 마찬가지로 OPC에 비해서 1.5배 이상 크게 발현되었으며, MSG-N을 주입재료 사용하는 경우 지반보강에도 유리할 것으로 판단된다(그림 7 및 그림 8 참조).
- • MSG-N의 호모겔 강도는 OPC에 비해서 1.5배 이상 크게 발현되었으며, MSG-N을 주입재료 사용하는 경우 지반보강에도 유리할 것으로 판단된다(그림 5 및 그림 6 참조).
- • 굵은 모래, 중간 모래 및 가는 모래 등 사질층과 실트질 모래층에 대해서 MSG-N과 OPC를 주입하는 경우를 가정하여 주입비(groutability ratio)를 검토한 결과 MSG-N은 모든 사질층에서 완전한 침투주입이 가능하고, 실트질 모래층에 대해서도 어느 정도 침투주입이 가능한 것으로 평가되었지만, OPC는 굵은 모래층에 대해서조차 침투주입이 불가능한 것으로 평가되었다(표 6, 표 8 및 표 9 참조).
- • 규산소다 희석액인 A액과 시멘트 현탁액인 B액을 1:1로 혼합한 주입액을 3kg/cm2의 압력으로 주입한 결과 MSG-N은 모든 사질층에서 100% 주입되고 실트질 모래층에서도 40% 정도 주입된 반면, OPC는 굵은 모래 사질층에서만 70% 정도 주입되고 중간 모래층보다 미세한 지층에서는 주입효과가 현저히 떨어지는 것으로 확인되었다(표 10 참조).
- • 물리성능 평가를 통해서 MSG-N은 OPC에 비해서 입도가 미세하기 때문에 강도발현이 1.5배 정도 크게 발현되는 것으로 나타났다(표 5 참조).
- • 입도분석기나 전자현미경 사진(SEM)을 통해서 분석된 입도특성은 OPC의 최대입경이 60µm 정도인데 비해서 MSG-N은 10µm 정도로 OPC의 6분의 1정도로 미세하기 때문에 침투성이 우수할 것으로 추정된다(표 6, 그림 4 및 사진 1 참조).
- (표 11, 사진 2-a). 그러나, OPC의 경우는 7kg/cm2 이상의 고압으로 주입해야만 100% 침투주입이 가능하였으며, 침투된 부분도 규산소다 희석액과 시멘트 현탁액의 용액부분만 침투되고 시멘트 입자는 재료분리되어 상부에 페이스트 형태로 남아 있는 것이 뚜렷하게 관측되었다.(표 15, 사진 2-b).
- 사진 3으로부터 MSG-N은 굵은모래, 중간모래 및 가는 모래 등 대부분의 사질층에서는 거의 100% 침투주입이 가능하지만 실트질 사질층에서는 주입관 주변에만 일부 주입되어 고결된 것을 확인할 수 있었다. 여기서, OPC에 대해서도 동일한 조건으로 시험을 실시하였지만 사진 3과 유사한 고결체를 얻을 수 없었다.
- 양생은 KS규격에 정해진 습기함 또는 양생수조를 사용하며, KS규격에서 제시한 방법으로 소정의 재령에서 일축압축강도를 측정하였다. 시험편 제작시 몰드 외부로 재료가 유실되는 것을 방지하기 위해서 몰드를 빈틈없이 조립하고 몰드 내부를 탈형유로 균질하면서도 충분히 도포하였다.
- 입도분포 및 입자형상은 현탁액형 그라우트의 전단응력과 밀접한 관계가 있다. 즉, 입자가 미세할수록, 입자형상의 장축직경과 그 구체의 이상적인 구(球)의 직경과의 비로써 표현되는 구상화율(球狀化率)이 작을수록 현탁액형 그라우트의 점성은 증가하고 전단응력은 커진다. 본 실험에 사용된 시료의 입도분석 결과의 예는 표 6, 그림 4 및 사진 1과 같다.
- 표 10에서 MSG-N은 어떠한 사질층에서도 100% 침투주입이 가능하고 실트질 사질층에서도 부분적인 침투주입이 가능함을 알 수 있다. 그러나, OPC는 굵은 사질층에서 조차 완전한 침투주입이 어려움을 보여주고 있다.
후속연구
- 또한, 실험결과에 의해서 초미립자계 주입재를 사용하는 경우 지반의 종류에 따라서 적정한 주입압력을 제시하였으므로 설계·시공기술자들에게 약액주입 지침자료가 될 것으로 기대된다.
- 본 실험연구 결과로부터 사질지반 및 실트질 사질지반에서 효과적인 그라우팅을 시공하기 위해서는 MSG공법 주입재와 같이 초미립자계 주입재를 적용하는 것이 필수적이라고 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.