도심지 지하공간 개발을 위해서는 안정성 확보를 위해 암반 또는 암주의 미세균열까지도 보강해야 한다. 본 논문에서는 그라우팅 재료의 점도 및 입경, 주입압력, 균열 폭 등을 고려한 미세균열 그라우팅의 주입성능에 대한 연구를 수행하였다. 미세균열 보강에 사용되는 대표적인 그라우팅 재료는 용액형인 약액형 그라우팅 재료와 현탁액형인 시멘트계 그라우팅 재료가 있다. 약액형 그라우팅 재료와 시멘트계 그라우팅 재료의 주입성능은 공통적으로 점도에 영향을 받으며, 시멘트계 그라우팅 재료의 주입성능은 추가적으로 주입 재료의 입경에 영향을 받는다. 실내실험을 통해 점도를 역계산하여 재료별로 적합한 점도 측정 방법을 제시하였고, 균열 폭과 재료의 입경 간의 관계를 이용한 groutability ratio로 시멘트계 그라우팅 재료의 그라우팅 가능여부를 평가하였다.
도심지 지하공간 개발을 위해서는 안정성 확보를 위해 암반 또는 암주의 미세균열까지도 보강해야 한다. 본 논문에서는 그라우팅 재료의 점도 및 입경, 주입압력, 균열 폭 등을 고려한 미세균열 그라우팅의 주입성능에 대한 연구를 수행하였다. 미세균열 보강에 사용되는 대표적인 그라우팅 재료는 용액형인 약액형 그라우팅 재료와 현탁액형인 시멘트계 그라우팅 재료가 있다. 약액형 그라우팅 재료와 시멘트계 그라우팅 재료의 주입성능은 공통적으로 점도에 영향을 받으며, 시멘트계 그라우팅 재료의 주입성능은 추가적으로 주입 재료의 입경에 영향을 받는다. 실내실험을 통해 점도를 역계산하여 재료별로 적합한 점도 측정 방법을 제시하였고, 균열 폭과 재료의 입경 간의 관계를 이용한 groutability ratio로 시멘트계 그라우팅 재료의 그라우팅 가능여부를 평가하였다.
In order to develop urban underground spaces, even microcracks should be reinforced. In this paper, the grouting injection performance for microcracks was investigated considering the viscosity and particle size of the grouting materials, injection pressure, and crack width. There are two types of t...
In order to develop urban underground spaces, even microcracks should be reinforced. In this paper, the grouting injection performance for microcracks was investigated considering the viscosity and particle size of the grouting materials, injection pressure, and crack width. There are two types of typical grouting materials used for filling micro-cracks. One is a chemical liquid grouting material which is a solution type and the other is a cementitious grouting material which is a suspension type. The injection performance of the grouting materials for microcracks is generally influenced by the viscosity, and the injection performance of the cementitious grouting material is additionally affected by the particle size. From laboratory tests, the viscosity was calculated inversely to provide a suitable viscosity measurement method for each grouting material. The groutability ratio based on the relationship between the crack width and the particle size was evaluated to estimate the grouting feasibility of the cementitous grouting material through microcracks.
In order to develop urban underground spaces, even microcracks should be reinforced. In this paper, the grouting injection performance for microcracks was investigated considering the viscosity and particle size of the grouting materials, injection pressure, and crack width. There are two types of typical grouting materials used for filling micro-cracks. One is a chemical liquid grouting material which is a solution type and the other is a cementitious grouting material which is a suspension type. The injection performance of the grouting materials for microcracks is generally influenced by the viscosity, and the injection performance of the cementitious grouting material is additionally affected by the particle size. From laboratory tests, the viscosity was calculated inversely to provide a suitable viscosity measurement method for each grouting material. The groutability ratio based on the relationship between the crack width and the particle size was evaluated to estimate the grouting feasibility of the cementitous grouting material through microcracks.
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문제 정의
(2016)은그라우팅 재료의 점도 및 입경, 주입압력, 균열 폭 등을 고려할 수 있는 그라우팅 주입성능 실내실험 방법을 제시한 바 있다. 본 논문에서는 그라우팅 재료 입경에 의한 주입 가능성을 평가했으며 실내실험을 통해 그라우팅 재료의 점도가 암반 미세균열 주입에 미치는 영향에 대해 분석하였다. 또한 재료별 최적 점도 측정방안을 제시하였다.
본 논문에서는 주방식 공법에서 발생할 수 있는 미세균열을 보강하기 위해 그라우팅 재료의 점도 및 입경에 따른 주입 성능평가를 수행하였다. 미세균열 충전에 사용되는 각각의 그라우팅 재료에 대해 점도 및 입경에 따른 주입 성능평가 결과를 토대로 다음과 같은 결론을 도출하였다.
약액형 그라우팅 재료는 점도가 주입 성능에 중요한 영향을 미친다. 본 연구에서는 서로 다른 점도를 가진 3가지 종류의 약액형 그라우팅 재료를 활용해 주입 성능평가를 수행하였다. 실험조건은 Table 3에 나타낸 바와 같이 주입압력을 52,000Pa, 균열 폭을 0.
제안 방법
(1) 평행평판형 실험장비를 이용한 그라우팅 재료별 주입 성능평가를 수행하였으며, 실험장비의 신뢰성은 점도가 1cP(20℃)인 물을 주입재료로 이용하여 검증하였다. 균열 폭, 주입압력, 유량을 측정하고 이론식을 이용해 점도를 추정한 결과 오차가 6% 미만으로나타나 점도 추정이 가능한 것으로 판단된다.
(4) 현탁액형인 마이크로시멘트 그라우팅 재료의 점도가 주입성능에 미치는 영향에 대해 분석하였다. 점도를 결정하는 인자인 W/C비를 변화시켜가며 주입성능평가를 수행한 결과 W/C비가 높을수록 통과유량이 증가하는 경향을 나타냈다.
20℃에서 1cP인 물의 점도를 기준으로 식 (5)를 이용해 계산한 점도와 비교하여 평행평판형 실험장비의 신뢰성을 검토하였다. Table 6에 나타난 바와 같이 균열폭이 0.
본 논문에서는 그라우팅 재료 입경에 의한 주입 가능성을 평가했으며 실내실험을 통해 그라우팅 재료의 점도가 암반 미세균열 주입에 미치는 영향에 대해 분석하였다. 또한 재료별 최적 점도 측정방안을 제시하였다.
본 논문에서는 주방식 공법에서 발생할 수 있는 미세균열을 보강하기 위해 그라우팅 재료의 점도 및 입경에 따른 주입 성능평가를 수행하였다. 미세균열 충전에 사용되는 각각의 그라우팅 재료에 대해 점도 및 입경에 따른 주입 성능평가 결과를 토대로 다음과 같은 결론을 도출하였다.
상온에서의 점도를 알고 있는 물(1cP, 20℃)을 주입재료로 사용하여 주입 성능평가를 수행하고 평행평판형실험장비의 신뢰성을 검토하였다. 실험조건은 Table 2에 나타난 바와 같이 주입압력을 21,000Pa로 고정하고두 개의 균열 폭 조건(0.
상판과 하판을 직사각형의 스테인리스 철판(상판두께 15mm, 하판두께 20mm, 폭 110mm,길이 1,000mm)으로 제작하였다. 상판과 하판 사이에 다양한 두께의 공업용 필름(폴리에스테르, 열수축 1% 이하, 탄성계수 450kgf/mm2)을 설치하여 주요변수인 균열 폭을 조절하였고, 상판과 하판 체결은 균등한 압력 배분을 위해 전자식 토크렌치를 사용하였다. 그라우팅 재료는 교반장치(mixer)를 포함한 소형 챔버에서 준비되며 소형 챔버 덮개에는 주입압력을 조절할 수 있는 압력조절 장치를 설치하였다.
상온에서의 점도를 알고 있는 물(1cP, 20℃)을 주입재료로 사용하여 주입 성능평가를 수행하고 평행평판형실험장비의 신뢰성을 검토하였다. 실험조건은 Table 2에 나타난 바와 같이 주입압력을 21,000Pa로 고정하고두 개의 균열 폭 조건(0.1mm와 0.05mm)에서 주입 성능평가를 수행하였다.
점도가 다른 3가지 종류의 약액형 그라우팅 재료를 주입재료로 활용해 평행평판형 실험장비로 주입 성능평가를 수행한 결과에 따르면 점도가 낮을수록 통과유량이 증가한다. 이론식으로 계산한 점도를 기준값으로 설정하고 이를 바탕으로 회전점도계(DV2T viscometer) 및 모세관 점도계(canonfenske viscometer)로 측정한 점도를 비교했다. 오차는 3.
따라서 현탁액형 그라우팅 재료의 점도를 측정하는데 회전 점도계는 적합하지 않은 장비로 판단된다. 주로 고점도의 시추이수(drilling mud) 점도측정에 사용되는 마아시 깔때기(marsh funnel)로 현탁액형 그라우팅 재료의 점도를 측정하였다. 계산한 점도를 기준값으로 설정한 후 이를 비교했을 때 오차범위가 5.
04μm로 나타났다(KS L 1614,2001; KS L 5106, 2009). 주입 성능평가는 주입압력을 20,000Pa로 고정하고 물과 시멘트의 중량비(W/C비)를 150%, 200%, 250%로 변화시켜가며 실내실험을 수행하였다(Table 5). 각 경우에 대해 회전 점도계 및 깔때기형 점도계로 점도를 측정하고, 평행평판형 실험장비를 이용한 주입 성능평가를 통해 계산한 점도와 비교하였다.
25mm로 고정하였다. 주입 성능평가를 통해 3가지 약액형 그라우팅 재료의 점도를 계산한 후 회전 점도계와 모세관 점도계로 측정한 점도와 비교하였다.
(1981)은 Table 1에 나타낸 바와 같이 groutabilityratio값으로 그라우팅 가능여부를 판단하는 기준을 제안했다. 주입대상 지반이 토질일 경우 2가지 기준을 제안했다. 첫 번째 기준은 주입대상 토질의 통과량이 15%(D15,soil)일 때 입경과 그라우팅 주입재료 통과량이 85%(d85, grout)일 때 입경의 비로 정의했으며, 이 값이 24보다 클 경우 그라우팅이 가능하다고 판단하고 11보다 작을경우 그라우팅이 불가능한 것으로 판단한다.
대상 데이터
액체 또는 그와 유사한 형태인 수지의 점도를 측정할 수 있다. Fig.3a과 같은 형상을 하고 있으며 본 연구에서는 Brookfield 사의 DV2T Viscometer를 사용하였다(KS M ISO 2555, 2012; ASTM D2196, 2015).
5와 같은 평행평판형 실험장비를 제작하였다. 상판과 하판을 직사각형의 스테인리스 철판(상판두께 15mm, 하판두께 20mm, 폭 110mm,길이 1,000mm)으로 제작하였다. 상판과 하판 사이에 다양한 두께의 공업용 필름(폴리에스테르, 열수축 1% 이하, 탄성계수 450kgf/mm2)을 설치하여 주요변수인 균열 폭을 조절하였고, 상판과 하판 체결은 균등한 압력 배분을 위해 전자식 토크렌치를 사용하였다.
데이터처리
주입 성능평가는 주입압력을 20,000Pa로 고정하고 물과 시멘트의 중량비(W/C비)를 150%, 200%, 250%로 변화시켜가며 실내실험을 수행하였다(Table 5). 각 경우에 대해 회전 점도계 및 깔때기형 점도계로 점도를 측정하고, 평행평판형 실험장비를 이용한 주입 성능평가를 통해 계산한 점도와 비교하였다.
, 2016). 시간에 따른 그라우팅 재료의 통과유량을 측정하여 계산한 점도값(식 (6))과 점도계를 통해 측정한 점도값을 비교・분석하여 주입성능 평가 결과를 해석하였다
이론/모형
마이크로시멘트의 입경은 주입 성능에 영향을 미치는 핵심이기에 Fraunhofer 방식을 활용한 CILAS 1090L를 사용해 입도분석을 수행하였다(Fig. 6). Table 4에 정리한 바와 같이 초음파 조사시간은 60초, 분말도는 7,893cm2/g으로 나타났다.
시료에 따라 온도의 영향이 클 수 있으므로 미리 그 변화를 조사하여 항온으로 유지하여 점도를 측정해야 한다. 본 연구에서 사용한 모세관 점도계는 캐논-펜스케 점도계(canon-fenske viscometer)로 Fig. 3b과 같은 모양을 하고 있으며, 약액형 그라우팅 재료의 점도를 측정하는데 적합하다. 동점도는 식 (3)과같이 모세관별로 정의하고 있는 점도계 상수 및 계수,그리고 통과시간을 사용해 계산한다(KS A 0531, 2011;ASTM D445, 2015; ASTM D446, 2012).
성능/효과
(2) 용액형인 약액형 그라우팅 재료의 주입성능은 점도가 핵심이다. 점도가 다른 3가지 종류의 약액형 그라우팅 재료를 주입재료로 활용해 평행평판형 실험장비로 주입 성능평가를 수행한 결과에 따르면 점도가 낮을수록 통과유량이 증가한다.
59%로 나타났다. W/C비가 200%일 때 회전 점도계와 마아시 깔대기로 측정한 점도는 각각 52.7cP와 2.722cP로 나타났으며 실내실험을 통해 계산한 결과와의 오차는 각각 1720.38%와 5.98%로 나타났다. W/C비가 250%일 때 회전 점도계와 마아시 깔대기로 측정한 점도는 각각 20.
98%로 나타났다. W/C비가 250%일 때 회전 점도계와 마아시 깔대기로 측정한 점도는 각각 20.7cP와 1.638cP로 나타났으며 실내실험을 통해 계산한 결과와의 오차는 각각 845.21%와 25.21%로 나타났다.
주로 고점도의 시추이수(drilling mud) 점도측정에 사용되는 마아시 깔때기(marsh funnel)로 현탁액형 그라우팅 재료의 점도를 측정하였다. 계산한 점도를 기준값으로 설정한 후 이를 비교했을 때 오차범위가 5.98～25.21%로 분석되었다. 그러나 측정된 점도 범위가 1.
(1) 평행평판형 실험장비를 이용한 그라우팅 재료별 주입 성능평가를 수행하였으며, 실험장비의 신뢰성은 점도가 1cP(20℃)인 물을 주입재료로 이용하여 검증하였다. 균열 폭, 주입압력, 유량을 측정하고 이론식을 이용해 점도를 추정한 결과 오차가 6% 미만으로나타나 점도 추정이 가능한 것으로 판단된다. 따라서 평행평판형 실험장비는 다양한 균열 폭과 주입압력에 따른 그라우팅 재료별 주입 성능평가에 적합한 장비로 판단될 뿐 아니라, 점도를 알 수 없는 용액의 기준값을 제시할 수 있을 것으로 보인다.
983cP이다. 기준 값과의 오차는 균열 폭이 0.1mm일 경우 5.75%, 균열 폭이 0.05mm일 경우 1.93%로 나타났다.
첫 번째 기준은 주입대상 토질의 통과량이 15%(D15,soil)일 때 입경과 그라우팅 주입재료 통과량이 85%(d85, grout)일 때 입경의 비로 정의했으며, 이 값이 24보다 클 경우 그라우팅이 가능하다고 판단하고 11보다 작을경우 그라우팅이 불가능한 것으로 판단한다. 두 번째 기준은 주입대상 토질의 통과량이 10% (D10, soil)일 때 입경과 그라우팅 주입재료 통과량이 95% (d95/ grout)일 때 입경의 비로 정의했으며, 이 값이 11보다 클 경우 그라우팅이 가능하다고 판단하고 6보다 작을 경우 그라우팅이 불가능한 것으로 판단한다. 주입대상 지반이 암반인 경우에는 주입대상 지반의 균열 폭(e)과 그라우팅 주입재료의 95%가 통과할 때 입경(d95, grout)의 비로 정의했으며, 이 값이 5보다 클 때 그라우팅이 가능하다고 판단하고 2보다 작을 경우 그라우팅이 불가능다고 판단한다.
75로 그라우팅 가능 기준 값인 5와 불가능 기준 값인 2 사이로 나타나 groutability ratio로 groutability를 판단할 수 없었다. 실내실험의 결과에 따르면 균열 폭이 0.1mm일 때는 점도와 관계없이 모두 막힘 현상이 발생하여 그라우팅이 불가능하였다. 따라서 groutability ratio로 그라우팅 가능여부 판단이 어려울 경우에는 평행평판형 실험장비가 주입재의 주입 성능을 평가하는대안이 될 수 있을 것으로 판단된다.
점도를 결정하는 인자인 W/C비를 변화시켜가며 주입성능평가를 수행한 결과 W/C비가 높을수록 통과유량이 증가하는 경향을 나타냈다. 이론식으로 계산한 점도를 기준값으로 설정하고 이를 바탕으로 회전 점도계(DV2T viscometer)로 측정한 점도와 비교한 결과 오차가 최대 4000%까지 발생하는 것으로 분석되었다. 따라서 현탁액형 그라우팅 재료의 점도를 측정하는데 회전 점도계는 적합하지 않은 장비로 판단된다.
(4) 현탁액형인 마이크로시멘트 그라우팅 재료의 점도가 주입성능에 미치는 영향에 대해 분석하였다. 점도를 결정하는 인자인 W/C비를 변화시켜가며 주입성능평가를 수행한 결과 W/C비가 높을수록 통과유량이 증가하는 경향을 나타냈다. 이론식으로 계산한 점도를 기준값으로 설정하고 이를 바탕으로 회전 점도계(DV2T viscometer)로 측정한 점도와 비교한 결과 오차가 최대 4000%까지 발생하는 것으로 분석되었다.
주입대상 지반이 토질일 경우 2가지 기준을 제안했다. 첫 번째 기준은 주입대상 토질의 통과량이 15%(D15,soil)일 때 입경과 그라우팅 주입재료 통과량이 85%(d85, grout)일 때 입경의 비로 정의했으며, 이 값이 24보다 클 경우 그라우팅이 가능하다고 판단하고 11보다 작을경우 그라우팅이 불가능한 것으로 판단한다. 두 번째 기준은 주입대상 토질의 통과량이 10% (D10, soil)일 때 입경과 그라우팅 주입재료 통과량이 95% (d95/ grout)일 때 입경의 비로 정의했으며, 이 값이 11보다 클 경우 그라우팅이 가능하다고 판단하고 6보다 작을 경우 그라우팅이 불가능한 것으로 판단한다.
후속연구
651cP로 실제 오차 값은 미미하다. 따라서 마아시 깔때기는 저점도의 시멘트 계열 그라우팅 재료의 점도를 측정할 수 있는 정확도를 가진 장비라 판단되어 향후 시멘트계열의 그라우팅 주입성능 예측에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
균열 폭, 주입압력, 유량을 측정하고 이론식을 이용해 점도를 추정한 결과 오차가 6% 미만으로나타나 점도 추정이 가능한 것으로 판단된다. 따라서 평행평판형 실험장비는 다양한 균열 폭과 주입압력에 따른 그라우팅 재료별 주입 성능평가에 적합한 장비로 판단될 뿐 아니라, 점도를 알 수 없는 용액의 기준값을 제시할 수 있을 것으로 보인다.
주방식 공법은 굴착하지 않은 암주(rock pillar)가 상재하중을 지지하는 중요한 역할을 담당하고 있어 일반적인 도심지 조건에 적용하기 위해서는 보다 높은 안전성 확보가 필요하다. 따라서 향후 다양한 용도로 활용될 지하공간은 구조물의 안전성을 위협할 수 있는 미세균열까지도 그라우팅을 통해 철저하게 보강되어야 한다. 특히 지하수는 소량의 누수만으로도 구조물의 안전성을 위협할 수 있기 때문에 지하수 누수에 대비해 고점도의 그라우팅 재료를 활용한 그라우팅 시공이 활발해질 것으로 예상된다(Barton, 2004).
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
주방식 공법이 높은 안전성 확보가 필요한 이유는 무엇인가?
, 2014). 주방식 공법은 굴착하지 않은 암주(rock pillar)가 상재하중을 지지하는 중요한 역할을 담당하고 있어 일반적인 도심지 조건에 적용하기 위해서는 보다 높은 안전성 확보가 필요하다. 따라서 향후 다양한 용도로 활용될 지하공간은 구조물의 안전성을 위협할 수 있는 미세균열까지도 그라우팅을 통해 철저하게 보강되어야 한다.
미세균열을 보강하기 위한 그라우팅 주입재료의 주입성능은 어떻게 결정되는가?
일반적으로 미세균열을 보강하기 위한 그라우팅 주입재료로는 용액형인 약액형 주입재료와 현탁액형인 시멘트계가 사용된다. 용액형인 약액형 주입재료의 경우 점도에 영향을 받아 그라우팅 주입성능이 결정되며, 현탁액형인 시멘트계의 경우 점도 및 시멘트입자의 입경에 영향을 받아 침투할 수 있는 균열 폭과 주입성능이 결정된다. 두 재료 모두 점도에 영향을 받아 주입성능이 결정된다는 공통점이 있으며, 현탁액형인 시멘트계열의 경우 균열 폭과 그라우팅 재료의 상대적 입경으로 주입 가능성을 결정하는 groutability를 추가적으로 고려해야 한다.
주방식 공법이란 무엇인가?
자원개발 분야에서 사용되고 있는 주방식 공법(roomand-pillar method)은 수평 또는 거의 수평으로 매장되어 있는 광물을 효율적으로 채광할 수 있는 공법이다(Hartman and Mutmansky, 2002; Darling, 2011). 주방식 공법이란 광물의 매장 형태에 따라 일정 간격으로 방을 형성하며 방과 방 사이에 암주(rock pillar)를 남겨 놓은 형태로 여러 곳의 작업장을 운영하는 방식이다. 따라서 주방식 공법은 기존 공간을 활용하는 동시에 새로운 공간 창출에 적합한 공법이라 할 수 있다.
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