그라우팅 주입재료와 기본성질을 알아봅시다

1. 물

 

 ① 현탁액이나 약액에 들어가는 물은 주입재의 고결이나 최종 특성에 유해한 영향을 미치는 물질 즉 칼륨이나 나트륨염이 많이 용해되었거나, 강산과 강알칼리 성분의 물은 사용하지 말아야 합니다.

유기물도 포함되어 있으면 안 됩니다.

 

 ② 주입수로 사용되는 물은 10~37도 범위이어야 하며 주입이 된 암반표면은 5일 정도는 4도 이상으로 유지되어야 합니다.

따라서 동정기에 그라우팅공사 공정계획을 잡는 것은 주입재의 강도발현에 나쁜 영향을 미치므로 피해야 합니다.

 

2. 포틀랜드 시멘트

 

 ① 포틀랜드 시멘트는 주성분인 석회, 실리카, 알루미나 및 산화철을 함유하는 원료를 적당한 비율로 혼한하여 그 일부가 용융하며 소결 된 클링커에 작당량의 석고를 가하여 분말로 한 것입니다.

 

 ② 포틀랜드 시멘트는 KSL 5201에 의하면 5가지 종류가 있으며 제1종은 보통포틀랜드 시멘트로 불리며 재료값이 싸서 그라우팅 재료로 가장 많이 사용하고 있습니다.

그러나 다른 포틀랜드 시멘트에 비해 내화학성이 떨어집니다.

 

 ③ 제2종은 보통 정도의 내황산염 용으로 만들어졌으며 1종에 비해 수화열 발생이 적습니다.

 

포틀랜드 시멘트이 물리적 성능

 

 ④ 제3종은 조강시멘트로 2주 정도에 강도가 발현되어야 하는 긴급한 그라우팅에 사용되며 다른 포틀랜드 시멘트에 비해 입경이 작기 때문에 미세한 공극의 주입재료로 사용하기도 합니다.

 

 ⑤ 이의 분말도는 3,300cm2/g 이상으로 다른 포틀랜드 시멘트에 비해 세립이어서 빨리 응결되어 조기강도가 실현됩니다. 강도실현이 빠르나 다른 포틀랜드 시멘트에 비해 강도가 그리 높지는 않습니다.

 

 ⑥ 수화과정에서 수화열이 격렬하게 발생하나 기온이 높지 않으면 그라우팅에 크게 나쁜 영향은 미치지 않습니다.

 

 ⑦ 제4종은 제2종에 비해 수화열이 적고 제1종에 비해 강도실현이 늦으며, 그라우팅재료로는 일반적으로 사용치 않으나 높은 수화열이 있어서는 안 되는 대용량의 그라우트 주입에 사용됩니다.

 

 ⑧ 제 5종은 황산염이 많은 토사나 지하수가 있을 때 사용하는 것으로 강력한 내황산염 그라우트 재료입니다. 포틀랜드 시멘트의 분말도는 2,800cm2/g 이상, 최대입경은 0.1mm(100um)입니다.

 

 ⑨ 그라우팅에 사용하는 시멘트는 덩어리가 없는 갓 만들어진 것을 써야 합니다.

혼합기에 들어가면 덩어리가 풀어질 것으로 기대하지 말아야 합니다.

온난한 기후에서는 제조된 지 3개월 이내의 것을 사용하여야 하며, 보관장소는 시멘트가 습도와 온도로부터 보호되는 시설이어야 합니다.

 

3. 혼합시멘트

 

 ① 일반적으로 해상점성토층에서의 시멘트 그라우팅에 있어서는 해수성분 중의 염소이온, 황산염이온 등이 시멘트 수화물과 반응하여 콘크리트 열화의 주요 원인이 됩니다.

이 중 염소이온에 의한 침식작용은 콘크리트 재령 초기에 일어납니다.

 

 ② 황산염이온에 의한 콘크리트의 침식기구는 황산염이온과 칼슘알루미네이트계 수화물과 반응하여 Ettringite의 생성으로 인한 팽창파괴를 일으켜 콘크리트 열화 원인이 되고 있습니다.

 

 ③ 해수나 온천지역과 같이 염소이온이나 황산염 이온이 많은 지역의 구조물에 사용될 수 있는 시멘트는 일반적으로 포틀랜드계 5종 시멘트가 사용되고 있습니다.

 

 ④ 최근에는 내화학성시멘트로 고로슬래그 시멘트나 플라이애시 시멘트등 혼합시멘트가 오히려 더 일반적으로 사용되는 경향입니다.

그 이유는 혼합시멘트에 첨가되는 혼합재량의 첨가 비율만큼 C3A를 감소시키는 효과를 가지면서도 혼합시멘트가 갖는 장점을 살릴 수 있기 때문입니다.

 

 ⑤ 혼합시멘트의 장점은 제철과정이나 발전과정에서 부산되는 폐부산물인 슬래그나 플라이애시와 같은 폐자원을 자원화할 수 있고 환경보호 측면에서도 기여하는 바가 크기 때문에 사용이 적극 장려되고 있습니다.

 

4. 초미립자 시멘트

 

 ① 주입재료의 입자가 작을수록 침투성이 좋아지므로 70년대 후반부터 일본에서는 시멘트입자를 보다 더 미립화시켜서 현탁형 그라우트의 주입성을 개선시키고자 노력하였습니다.

 

 ② 종류는 초미립자 시멘트(마이크로 시멘트)와 미립자 시멘트(콜로이드 시멘트) 두 종류가 있습니다.

마이크로 시멘트와 콜리이드 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트와 마찬가지로 무기물질로 구성되어 있으며, 독성과 냄새가 없는 무공해 주입재입니다.

 

 ③ 초미립자 시멘트는 초미립화 됨으로써 초기에 수화 할성이 지나치게 크면 침투성 저하가 빨라지기 때문에 초기 수화반응속도 조절이 가능하도록 염기도를 낮게 조절하는 것이 유리합니다.

 

 ④ 특히 C3A가 적고 강도발혈이 크기 때문에 염화물이나 황산염에 대한 화학적 저항성이 우수하여 해수, 온천지역 또는 쓰레기 매립장에서 발생하는 염화물에 대한 저항성이 우수한 것으로 실험 보고된 바 있어 앞으로 해안구조물과 방조제 그라우팅에 많이 활용될 것으로 예상됩니다.

 

 ⑤ 주입재 특성 중 가장 중요한 품질특성의 하나는 입도 분포입니다.

입도분포가 너무 넓으면 굵은 입자가 많아서 주입공극을 막아 버리기 때문에 다른 미세한 입자조차도 침투가 불가능하게 됩니다.

 

 ⑥ 주입재의 입도분포가 넓다는 것은 너무 미세한 입자도 많다는 것을 의미합니다.

너무 미세한 입자가 많을 경우 주입재의 응집현상을 초래하여 작업성 저하가 심각해지기 때문에 주입공사 중 재료분리, 침투성저하 등 품질저하 요인이 됩니다.

 

시멘트계 주입재의 입도분포 비교

 ⑦ 마이크로 시멘트나 콜로이드 시멘트는 보통 포틀랜드 시멘트에 비해서 장기강도는 물론이고 초기 강도도 매우 우수한 특성을 보이고 있습니다.

따라서, 주입 시 보통포틀랜드 시멘트에 비해 주입성이 좋고 고강도가 발현되며 내구성도 향상됩니다.

 

 ⑧ 각 나라마다 포틀랜드계 시멘트나 혼합계 시멘트에 대한 품질기준을 국가규격으로 관리하고 있지만, 아직까지 초미립자 시멘트에 관한 별도의 국가규격은 없습니다.

 

 ⑨ 분말도가 크다는 것은 현탁액 그라우트의 전단저항력이 작아지기 때문에 주입압의 손실을 줄일 수 있으므로 침투력이 향상되고, 주입반경을 넓힐 수 있다는 것을 의미합니다.