그라우팅 주입시 블리딩과 주입재 응결 알아보기

블리딩의 배제

정상작인 주입과정에서는 주입공의 윗부분에 물이나 묽은 주입재가 뜹니다.

이는 주입재가 빠른 속도로 공내에 들어가는 경우가 아닌 즉, 들어가는 속도가 줄면서 소량의 주입재가 들어갈 때 일어납니다.

 

그라우팅 주입공 내에서의 블리딩 물

 

대개의 주입공에는 주입 전에 이미 어느 정도의 물이 있게 마련입니다.

이들은 지하수, 투수시험 때 주입된 물, 인근 공의 천공수 그리고 인근 주입공에서 압출되어 들어온 것으로써 들어오는 주입재의 압력에 의해 절리 등을 따라 밀려 나갑니다.

 

그러나 틈새가 작은 치밀한 경우에는 쉽게 밀려나가지 않고 그대로 남았습니다. 주입의 초기에는 주입재의 물이 절리를 따라 밀려나가나 절리가 주입재로 채워지면 더 이상 밀려나지 않고 블리딩 된 물은 지반 중에 남아 있게 됩니다.

따라서 이 물은 브리더 밸브로 배제시켜야 하나 대개의 경우 실시하지 않고 있습니다.

 

물의 배제는 비교적 부배합인 w/c=3인 주입재에서 효과적이며 w/c=5 정도인 빈배합에서는 효과가 적습니다.

왜냐하면 w/c=5 정도의 주입재는 부배합으로 주입한 후 배제하여 버리는 농도가 이 정도이기 때문입니다.

더욱이나 공으로 들어간 주입재 농도와 배제시키는 묽은 주입재의 농도가 비슷하기에 육안으로 구분도 힘듭니다.

육안구분은 w/3=3 이상의 부배합일 때 가능하나 이보다 더 빈배합일 때는 어렵습니다.

 

블리딩 되는 물이 잘 배제되었는지는 주입을 완료한 후 하루정도 지나서 관찰해보면 알 수 있습니다.

즉 주입재가 패커를 물린 직하부까지 채워져 있어 더 이상의 공매작업이 필요 없을 정도이면 배제가 잘 된 것으로 볼 수 있습니다.

 

흔히 재주입을 위해 재천공을 할 때 시멘트의 종결시간이 지났음에도 패커를 물린 곳까지 주입재가 채워져 있지 않거나 비트의 회전 없이 롯드의 자중만으로 들어갈 정도의 묽은 주입재가 채워져 있을 때가 있습니다.

이는 배제가 충분히 되지 않았음을 의미합니다.

 

배제가 잘 되지 않았을 때는 균열의 상부가 부배합주입재로 채워지지 않고 물이 대부분인 묽은 주입재로 채워지므로 그라우팅의 효과는 떨어지게 되며 추후 누수유로가 형성될 수 있습니다.

따라서 귀찮은 작업과정이기는 하지만 그라우팅의 품질관리를 위해서는 블리딩 되는 물을 꼭 배제시켜야 합니다.

특히 커튼차수벽의 상부는 그라우팅이 완벽하게 되어야 하며 이곳에서 결함이 생기면 심각한 재해가 발생할 가능성이 큰 곳입니다.

 

이곳은 물을 밀어내기 위해 주입압력을 높게 적용할 수도 없고 주입재가 지표로 누출되어 지반의 개선이 대단히 힘든 곳입니다.

그러므로 1단계 그라우팅시 블리딩되는 물을 배제시키지 않아 시공효과가 떨어지는 공사는 하지 말아야 할 것입니다.

 

블리딩 되는 물을 배제시키는 방법은 주입량 조절밸브를 열어 주입공 내로 주입재가 들어오지 않도록 하고 브리더밸브는 완전히 개방합니다.

이때 주입조절밸브는 조금 열어두어 브리더로부터 밀려오는 소량의 주입재는 위로 떠서 배출되므로 이의 농도를 육안으로 관찰하여 충분히 배제되었다고 판단되면 브리더밸브를 잠그고 주입작업을 계속합니다.

배제작업은 15~30분 간격으로 반복하여 시행할 필요가 있습니다.

 

주입재의 응결

시멘트가 물과 혼합하면 화학반응이 즉각 일어나며 수 시간 동안 계속하여 활발하게 진행합니다.

화학반응의 결과 응결과 강도가 생깁니다.

응결에는 초결과 종결이 있는데 초결은 주입재가 굳어지지만 단단하지는 않은 상태이고 종결은 단단해지기 시작하는 상태입니다.

 

시멘트가 충분히 수화되어 응결하는데 필요한 최소 물:시멘트 비는 중량비로 0.2:1, 용적비로 0.3:1 정도입니다.

그러나 이는 너무 부배합이어서 실제 주입이 불가하며 가장 좋은 그라우트 믹서로 생산할 수 있는 최고의 부배합은 0.5:1로 보고되어 있습니다.

 

따라서 실제 생산되는 주입재는 화학작용에 필요한 물보다 대단히 많으며 과다한 물로 인해 응결이 지연됩니다.

초결 45분, 종결 10시간의 포틀랜드 시멘트로 응결시험을 하였을 때 빈배합 주입재의 응결이 대단히 늦게 됨을 알 수 있습니다.

 

w:c비와 초결시간

 

내구성이 그래도 괜찮다고 보는 물:시멘트비=3:1인 주입재의 초결이 16시간이 걸리며 종결시간은 이보다 훨씬 더 많이 소요될 것입니다.

이러한 이유 때문에 부배합의 주입재를 사용해야 하는 것입니다.

 

지하수가 많이 유동하는 지반에 빈배합의 그라우트가 주입되면 응결시간은 치명적이어서 딕소트로피고결이 되지 않아 응결이 지연되면서 주입재는 유거 되어 버립니다.

이와 같이 빈배합의 주입재는 응결시간이 대단히 늦다는 것을 모르고 물:시멘트=8:1의 농도로 조심스럽게 주입을 하다가 수 일만에 모든 주입재가 유거 된 사례가 있었습니다.

 

더욱이 유거된 사실을 상당한 공사 진척도가 지난 후에 알게 되었다고 합니다.

이런 사례가 일어난 이유는 자하수가 유동하는 조건에서 빈배합 주입재를 사용하여 응결이 지연된 것이지만 지반에는 많은 물이 있어 아직도 응결되지 않거나 유동 중에 있는 주입재에 나쁜 영향을 미치기 때문입니다.

 

시멘트가 고결되는 화학적 반응은 대단히 복잡하며 여기에서 자세히 설명할 수는 없습니다.

개략적으로 포틀랜드시멘트의 입자가 수화하는 데는 2단계를 거칩니다.

첫 번째는 입자 표면에 물기가 많은 겔상태의 피막이 만들어지고 그다음에 섬유질 같은 침상구조가 생깁니다.

 

침상구조는 수화된 규산염 칼슘으로 만들어지는데 물이 서서히 시멘트 입자의 무수핵으로 침투하면 칼슘은 빠져나오고 마지막으로 삼투압이 피막을 파괴하면 섬유질 같은 수화된 규산염칼슘 결정들이 성장합니다.

이렇게 성장하면서 생긴 연결로 강도가 형성됩니다.