본 연구는 쉴드 TBM테일 보이드 동시주입용 가소성 그라우트의 적합성을 규명하기 위하여 강도특성, 수중 재료분리현상 및 점도특성 실험을 실시하였다. 무기계 가소성 그라우트는 쉴드 TBM 뒤채움 그라우트 주입 시 시멘트, 물, MG-A로 구성된 A액과 스칼렛, 물, MG-B로 구성된 B액을 주입하는 2액성 그라우트 주입공법이다. 적정 배합비로 제작된 무기계 가소성 그라우트의 일축압축강도는 초기강도 및 장기강도 기준을 만족하는 결과를 보였다. 지하수가 존재하는 현장에서 그라우트 주입 시 발생하는 재료분리현상을 관찰하기 위하여 기존 현장에서 적용된 규산계 그라우트와 무기계 가소성 그라우트를 비교하였으며, 그 결과 규산계 그라우트에서 발생하는 재료분리 현상이 무기계 가소성 그라우트에서는 관찰되지 않았다. 또한 무기계 가소성 그라우트의 장거리 이송에 대한 현장 적용성을 확인하기 위하여 A, B액의 점도를 측정한 결과 A, B액 모두 120분 이상 2000 cP 이하가 측정되었다. 이러한 결과는 추후 현장적용 시 A, B액의 원활한 이송이 가능한 점도를 확보하고 있음을 확인하였다.
본 연구는 쉴드 TBM 테일 보이드 동시주입용 가소성 그라우트의 적합성을 규명하기 위하여 강도특성, 수중 재료분리현상 및 점도특성 실험을 실시하였다. 무기계 가소성 그라우트는 쉴드 TBM 뒤채움 그라우트 주입 시 시멘트, 물, MG-A로 구성된 A액과 스칼렛, 물, MG-B로 구성된 B액을 주입하는 2액성 그라우트 주입공법이다. 적정 배합비로 제작된 무기계 가소성 그라우트의 일축압축강도는 초기강도 및 장기강도 기준을 만족하는 결과를 보였다. 지하수가 존재하는 현장에서 그라우트 주입 시 발생하는 재료분리현상을 관찰하기 위하여 기존 현장에서 적용된 규산계 그라우트와 무기계 가소성 그라우트를 비교하였으며, 그 결과 규산계 그라우트에서 발생하는 재료분리 현상이 무기계 가소성 그라우트에서는 관찰되지 않았다. 또한 무기계 가소성 그라우트의 장거리 이송에 대한 현장 적용성을 확인하기 위하여 A, B액의 점도를 측정한 결과 A, B액 모두 120분 이상 2000 cP 이하가 측정되었다. 이러한 결과는 추후 현장적용 시 A, B액의 원활한 이송이 가능한 점도를 확보하고 있음을 확인하였다.
A suitability of a thixotropic grout developed in this study has been examined through laboratory tests on strength, segregation, and viscosity. The thixotropic grout is a mixture of two types of liquid components. The A-liquid component consists of cement, water, and MG-A and the B-liquid component...
A suitability of a thixotropic grout developed in this study has been examined through laboratory tests on strength, segregation, and viscosity. The thixotropic grout is a mixture of two types of liquid components. The A-liquid component consists of cement, water, and MG-A and the B-liquid component consists of scarlet, water, and MG-B. Unconfined compressive strength of specimens prepared with a prefer mix-proportion satisfied a design criteria for the backfilling of tail voids. A material segregation phenomenon under water condition was not observed in the thixotropic grout whereas it was observed in the existing silica-type grout. In addition, viscosity tests have been rallied out on the thixotropic grout to verify the capability of a long-distance delivery in the field. Both the A-liquid component and the B-liquid component maintained a viscosity of below 2,000 cP for 120 minutes. This experimental result confirms that two liquid components guarantees a long-distance delivery in tile field application.
A suitability of a thixotropic grout developed in this study has been examined through laboratory tests on strength, segregation, and viscosity. The thixotropic grout is a mixture of two types of liquid components. The A-liquid component consists of cement, water, and MG-A and the B-liquid component consists of scarlet, water, and MG-B. Unconfined compressive strength of specimens prepared with a prefer mix-proportion satisfied a design criteria for the backfilling of tail voids. A material segregation phenomenon under water condition was not observed in the thixotropic grout whereas it was observed in the existing silica-type grout. In addition, viscosity tests have been rallied out on the thixotropic grout to verify the capability of a long-distance delivery in the field. Both the A-liquid component and the B-liquid component maintained a viscosity of below 2,000 cP for 120 minutes. This experimental result confirms that two liquid components guarantees a long-distance delivery in tile field application.
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문제 정의
도출하였다. 그리고 기존 현장에서 적용한 규산계 그라우트와 무기계 그라우트를 수중에서 제작하여 비교하고 수중제작 시 재료분리현상을 파악하여 지하수가 존재하는 쉴드 TBM 굴진시 뒤채움 그라우트로써 적합성을 검증하는 것이 본 연구의 목적이다
따라서, 본 연구에서는 쉴드 TBM 굴진시 발생하는테일보이드의 그라우트 주입방식 중 동시주입방식에 적합한 무기계 가소성 그라우트의 강도 및 점도의 기준을 정의하고, 무기계 가소성 그라우트의 강도 및 점도 특성을 파악하여 동시주입용 가소성 그라우트의 기준에 적합한 무기계 가소성 그라우트의 배합비를 도출하였다. 그리고 기존 현장에서 적용한 규산계 그라우트와 무기계 그라우트를 수중에서 제작하여 비교하고 수중제작 시 재료분리현상을 파악하여 지하수가 존재하는 쉴드 TBM 굴진시 뒤채움 그라우트로써 적합성을 검증하는 것이 본 연구의 목적이다
본 연구에서는 무기계 가소성 그라우트의 점도 및 강도 기준을 만족하는 물성을 확보하기 위하여 A액(시멘트 +물)과 B액(스칼렛+물+첨가제)의 배합비 및 첨가제의 종류 및 양을 변화시키면서 강도 및 점도를 측정하였다.
본 연구에서는 쉴드 TBM 두]채움 주입재의 개선을 위하여 무기계 가소성 그라우트의 최적 배합비를 제시하였고 r 그에 따른 강도 및 점도시험을 실시하였다. 그리고 수중제작을 하여 재료분리현상도 관찰하였다.
제안 방법
재령 일에 따라 5개씩 제작하여 강도를 측정하였으며, 5개의 평균값을 재령 일에 따른 일축압축강도로 정의하였다. 모형주입장치를 이용하여 수중에서 제작할 경우 실험자의 숙련도가" 공시체의 제작상태에 큰 영향을 미친다 따라서 1회 제작 시 공시체 8개의 배합량으로 5개의 공시 체를 제작하였으며, 약 120개의 공시체를 제작하여 제작 상태가 양호한 25개의 공시체를 이용하여 일축 압축강도를 측정하였다. 표 13은 무기계 가소성 그라우트제의 일축압축강도를 나타내었으며, 표 14는 규산계 그라우트제의 일축압축강도를 나타내었다.
3. 쉴드 TBM 뒤채움 그라우트의 장거리 이송에 따른 적합성을 평가하기 위하여 A액의 침강시험 및 점도시험을 실시하였다. 시멘트+물고} A액의 침강정도를비교한 결과 2시간 경과 후 시멘트+물보다 A액의 침 강정 도가 60%정도 감소함을 알 수 있었다.
가사시간이 확보되어야 한다. A, B액의 가사시간 평가를 위해 그림 1과 같은 디지털 진동형 점도계를 이용하여 A, B 액의 점도를 측정하였다. 상온에서 물의 점도는 약 1 cP(centipoise) 정도이고, 물:시멘트비가 7:3 인 시멘트 밀크 절대점도는 5~10 cP 정도이며, 조청이나 고분자 용액과 같이 점성이 큰 물질의 경우에는 수천~ 수십만 cP에 이른다(윤현돈 등, 2005).
A액에서 발생하는 시멘트의 침강현상을 억제하기 위하여 B액에 첨가된 DA 9256을 MG-A, MG-B로 분리하여 각 첨가제의 성능을 개선하여 최적 배합비를 산정하였다.
교반된 A, B액을 비커에서 혼합한 후 사전제작된 몰드를 이용하여 공시체를 제작하였다. 무기계 가소성 그라우트는 초기 겔 형성 시간이 빠르기 때문에 1회 제작 시 한 개의 공시체를 제작하였다.
그라우트와. 규산계 그라우트를 제작하였다. 재령 일에 따라 5개씩 제작하여 강도를 측정하였으며, 5개의 평균값을 재령 일에 따른 일축압축강도로 정의하였다.
그리고 수중제작을 하여 재료분리현상도 관찰하였다. 본 연구의 결론은 다음과 같다
기존 현장의 규산계 가소성 그라우트의 점도 특성과 충전시험을 통해 얻은 경험 및 점도측정 값을 참고히여표 5와 같이 A, B액의 이송가능 점도를 2,000 cP이하로선정하였으며, 시공현장의 작업시간을 분석하여 A, B 액이 송을 위한 최소한의 점도유지 시간을 120분으로 선정하였다(한국 터널공학회 2006).
이러한 문제는 A 액이 주입 호스 안에 장시간 방치하거나, 장거리 이송할 경우 시멘트의 침강에 의하여 A액의 품질이 저하되거나 관 폐색 현상을 유발할 수 있다. 따라서 무기계 가소성 그라우트에서 시멘트+물에 경화보조제인 MG-A를 첨가하였을 경우 시멘트의 침강실험을 실시하였다.
따라서, 본 절에서는 모형주입장치를 이용하여 그림 7과 같이 무기계 그라우트를 수중에서 제작하였으며, 기존 쉴드 TBM 현장에서 적용된 규산계 그라우트의 배합비를 고려하여 동일한 방식으로 수중 제작하여 비교하였다 모형주입장치를 이용할 경우 1회 배합 시 18개의 공시 체를 제작할 수 있으며, 이를 고려하여 실험에 적용된 규산계 그라우트의 배합비는 표 12와 같다.
모형주입장치는 1회 배합시 18개의 공시체를 제작할 수 있으며 배합비는 표 9에서 제시한 표준배합비를 기준으로 18개를 제작할 수 있는 배합량을 적용하였다.
무기계 가소성 그라우트의 강도 특성을 평가하기 위하여 표 9에서 제시한 표준배합비를 이용하여 공시체제작방법을 믹서를 이용한 기중제작, 모형 주입 장치를 통한 기중제작, 모형주입장치를 이용한 수중제작 등에의 해 공시체를 제작하였다.
본 연구의 무기계 가소성 그라우트는 산화철(FeQs) 과 신화알루미니(从。3)의 성분비가 높은 스칼렛과 시멘트를 기반으로 하여 MG-A와 MG-B를 적정 배합비로 혼합하여 A액, B 액을 각각 조제한 후 1대 1로 동시혼합 주입한다. 즉, 지반의 보강이나 보수 및 누수방지를 위해서 상기 A액과 B 액을 그라우팅 장비를 통해 지반의 공동이나 갈라진 틈 人}司 등에 동시에 주입하는 그라우팅 작업을 행하며 단기 재령 기간까지는 바로 경화되지 않고 적정 기간 동안 소성을 갖는 가소성 상태를 유지하는 응결단계를 거치게 된다.
일축압축강도 측정을 위한 공시체 제작은 믹서를 이용한 기중제작 조건과 동일하게 각 재령일에 따라 5개씩 제작하여 평균값을 적용하였다. 표 11에 모형주입 장치를 이용히:여 기중제작한 공시체의 일축압축강도를 나타내었다.
규산계 그라우트를 제작하였다. 재령 일에 따라 5개씩 제작하여 강도를 측정하였으며, 5개의 평균값을 재령 일에 따른 일축압축강도로 정의하였다. 모형주입장치를 이용하여 수중에서 제작할 경우 실험자의 숙련도가" 공시체의 제작상태에 큰 영향을 미친다 따라서 1회 제작 시 공시체 8개의 배합량으로 5개의 공시 체를 제작하였으며, 약 120개의 공시체를 제작하여 제작 상태가 양호한 25개의 공시체를 이용하여 일축 압축강도를 측정하였다.
대상 데이터
본 연구에서 사용한 무기계 가소성 그라우트는 2액 성 그라우트로서 A액은 시멘트 물, 경화보조제로 구성되어 있으며, B액은 초기강도 발현제, 물 경화 촉진제로 구성되어 있다. 경화보조제, 경화촉진제, 초기강도 발현제는 가사시간 확보 및 조기강도를 증강시키기 위해서 사용되었으며, 재료의 특성은 다음과 같다
성능/효과
1. 무기계 가소성 그라우트는 믹서를 이용해서 기중 제작한 경우와 모형주입장치를 이용한 경우 모두 기준강도를 상회하였으며, 특히 모형주입장치를 이용한 경우 충분한 교반으로 인해 믹서를 이용해서 제작한 공시 체에 비해서 강도가 더 크게 측정되었다.
2. 무기계 가소성 그라우트와 규산계 그라우트를 수중제작하였을 경우 모두 기준강도를 만족하였다. 그러나 규산계 그라우트의 경우 규산이 물과 먼저 반응하여 재료분리 현상이 발생함을 알 수 있었다.
4. A액과 B액의 점도시험을 실시한 결과 A, B액 모두 장거리 이송이 가능한 점도인 2000 cP이하를 120분 이상 유지하였다
그리고 규산계 그라우트의 경우 무기계 가소성 그라우트보다 강도는 다소 작게 나왔으나 역시 뒷채움 그라우트의 강도기준은 만족하고 있었다.
무기계 가소성 그라우트의 경우 수중제작 하였을 때, 기중제작 한 경우보다 강도가 약간 떨어지는 결괴를 보였으나, 뒤채움 그라우트의 강도기준은 만족하였다. 그리고 규산계 그라우트의 경우 무기계 가소성 그라우트보다 강도는 다소 작게 나왔으나 역시 뒷채움 그라우트의 강도기준은 만족하고 있었다.
쉴드 TBM 뒤채움 그라우트의 장거리 이송에 따른 적합성을 평가하기 위하여 A액의 침강시험 및 점도시험을 실시하였다. 시멘트+물고} A액의 침강정도를비교한 결과 2시간 경과 후 시멘트+물보다 A액의 침 강정 도가 60%정도 감소함을 알 수 있었다.
무기계 가소성 그라우트는 초기 겔 형성 시간이 빠르기 때문에 1회 제작 시 한 개의 공시체를 제작하였다. 일축 압축강도 측정은 표 10과 같이 재령 일에 따라 5개씩 제작하여 평균값을 적용하였으며, 일축압축강도 측정 결과, 표 10 과 그림 4에 나타낸 바와 같이 초기 및 장기강도 모두 표 6의 기준을 만족하였다.
참고문헌 (9)
건설교통부 (2007), "터널설계기준", 도서출판 씨아이알, pp. 120-121.
류동성, 정경환, 신민식, 김동해, 이준석, 정두회 (2005), "실리카 콜로이드를 이용한 가소성 그라우트의 개발 및 공학적 특성", 한국지반공학회 학술발표회 논문집.
류용선 (2008), "무기질계 지반주입재의 내구성 및 환경성에 관한 연구", 공학석사학위, 한앙대학교.
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