KR100362013B1 - 유동화 고화 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 유동화 고화 조성물은, 포트란드 시멘트 50-240㎏/㎥, 플라이 애쉬 280-700㎏/㎥, 모래 1000-1400㎏/㎥, 물 320㎏/㎥를 혼합하여 8-83㎏/㎠의 압축강도와 25±1㎝의 슬럼프(slump)값를 가진다.
또한 포트란드 시멘트 50-240㎏/㎥, 플라이 애쉬 280-700㎏/㎥, 모래 1000-1400㎏/㎥을 건식(乾式) 비빔법으로 혼합하여 8-83㎏/㎠의 압축강도와 25±1㎝의 슬럼프(slump)값를 가진다.
이러한 유동화 고화 조성물은, 각종 지하공동부의 충전시에 충전재로 사용되어 산업부산물인 플라이 애쉬를 다량으로 사용하므로써 자원재활과 환경 문제를 해결할 수 있고 결합재로서 포트란드 시멘트를 대체하므로 경제성이 있으며 시공상으로는 다짐이 필요 없는 고유동성을 유지하기 때문에 각종 지하의 비구조부재 충진재료로서 효과적인 사용을 기할 수 있다.

Description

유동화 고화 조성물{LIQUIFIED FLY-ASH MORTAR STABILIZATION}
본 발명은 기존 아스팔트포장 도로하의 함몰 공동부 또는 각종 지하매설관로 파이프의 수평인발해체후에 발생하는 빈 수평공동이나 폐광의 폐갱도, 혹은 온천수나 음용수, 또는 농업용수개발 및 광산개발조사를 위해 시추후 방치된 각종 폐공의 매립을 위한 지중내 공동 및 교량의 교대하부 등의 지반내 공극이나 공동 등의 비구조부재에 효과적으로 사용할 수 있는 유동화 충전고화 조성물에 관한 것이다.
이러한 지하 공동부를 그대로 방치하며는 지중내 함몰에 의한 지반의 변위나 침하로 각종 재해 사고의 위험이 있다.
따라서 이의 방지를 위하여 시멘트 주입 고결물에 의한 충전방법이나 현지토 등을 시멘트와 혼합한 유동화토(流動化土), 또는 벤토나이트 및 점토에 의한 고결주입 충전재를 이용한 방법 등이 통상적으로 이루어 지고 있다.
그러나 시멘트 주입고결물은 다량의 시멘트를 사용하기 때문에 지하수와 접촉하는 경우 칼슘이온(calcium ion)의 용출이 있고 강도와 경제성 면에서 문제점이 있으며, 유동화토는 현지토를 이용하는 관점에서는 경제성이 있으나 고결후 고화체의 수축에 의한 원지반과의 부착성이나 강도면에서 문제가 되고 있다. 벤토나이트 및 점토 고결물은 벤토나이트 (bentonite)의 팽창성으로 인한 충진효과는 좋으나 시멘트와 동시에 혼합하며는 시멘트와의 반응에서 조기반응에 의한 고결주입물의 품질이상을 일으키는 문제를 해결하기 위해 2액주입 또는 혼합공정의 개선 등이 요구되는 문제가 있다.
또한 상기 물질로 일단 공동 등을 메꾸면 그 강도가 너무 높아 재굴삭이 어렵다는 단점이 있다.
또한 지하 공동의 충전재로서 요구되는 특성은 장거리 파이프압송시에 압송관내 유체물(流體物) 이동 마찰에 의한 저항을 줄이고, 원거리 이동을 필요로 하는 경우, 장시간 유동성 유지가 필수적이며 장래에 재굴착시 작업이 용이하도록 강도조절이 요구되기도 한다. 또 지산(地山)의 강도와 동일한 수준의 내구성 및 강도특성이 필요할 때도 있다.
한편, 통상 유무연탄을 사용하는 화력발전소는 1kw생산에 약 2톤의 석탄이 필요하고 이를 연소하면 평균적으로 약 12%정도 범위 내에서의 여러 종류의 재(cinder ash, bottom ash, fly ash)가 발생하는데 플라이 애쉬는 이중 약 80-85% 전후를 차지 하고 있다. 그러나 플라이 애쉬 품질은 연소메커니즘에 따라, 각기 다르지만 통상적으로, 석탄의 종류, 보일러의 연소조건, 집진기의 종류에 따라서 품질이 일정하지 않고 미연 탄소분이 많아 직접 이용에는 문제가 있기 때문에 풍력에 의한 비중 선별법이나 기타 방법에 의해 정제되어 포트란드 시멘트의 혼화제나 주입재, 플라이 애쉬 시멘트의 제조 등에 이용하고 있으나 재활용율이 외국에 비해 저조한 편이다.
따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 기존의 포트란드 시멘트와 훌라이 애쉬의 고유동성의 복합체로서 장래 재굴삭이 용이한 충전재를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에서는 종래의 충전재료로 인해 발생되는 제반의 문제점을 검토 결과 사업장 부산폐기물로서 화력발전소의 석탄 연소과정에서 발생하는 풀라이 애쉬(fly-ash)를 결합재(binder)로 다량 사용 하므로써 시멘트의 사용을 경감하고 칼슘이온의 용출을 억제하면서 환경폐기물을 재활용하고, 재활용률이 20-30%밖에 되지 않는 국내 실정에서 화력발전소가동의 최대 문제인 회사장(灰捨場=ash pond)의 이용률을 제고함으로써 발전소 가동수명 연장에 기여할 수 있다는데 착안하여 본 발명의 개발에 이르렀다.
이하 본 발명에서는 위의 과제를 해결하기 위한 수단으로서 아래와 같이 구성과 작용을 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 유동화 고화 조성물은, 포트란드 시멘트 50-240㎏/㎥, 플라이 애쉬 280-700㎏/㎥, 모래 1000-1400㎏/㎥, 물 320㎏/㎥를 혼합하여 8-83㎏/㎠의 압축강도와 25±1㎝의 슬럼프(slump)치를 가지는 고유동 시멘트 복합체로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 각 구성재료 중에 물을 제외한 재료를 건식(乾式)비빔법으로 배합하여 미리 포대 등으로 포장하여 제조할 수 있다. 이렇게 포장된 유동화 고화 조성물은 공사현장 등의 현지로 간단하게 배달되어 현지에서 물을 혼합하여 충전재 등으로 사용할 수 있다.
시멘트가 50㎏보다 적으면 플라이 애쉬와의 혼합성이 좋지 않고 강도가 저하되며 240㎏보다 많으면 강도는 높아지지만 경제성이 없다.
플라이 애쉬는 280㎏보다 적으면 강도가 저하되고 유동성이 낮아지고, 700㎏보다 많으면, 플라이 애쉬 대비 시멘트의 사용량이 증가되어 강도는 좋아지지만 코스트가 상승한다.
모래는 1000㎏보다 적으면 강도가 저하되고 1400㎏보다 많으면 코스트가 상승된다. 경우에 따라서는 감수제나 기포제 등의 혼화제를 사용하여 기능을 부가할 수 있다.
플라이 애쉬(fly-ash)는 대체적으로 일부의 결정성 물질과 약간의 탄소를 함유한 유리구상으로서 입자크기는 0.5-100㎛ 범위내로 중간크기 내지는 굵은 점토의 입도 범위에 있고 분말도는 3000㎠/g 내외, 진비중은 1.9-2.4로 시멘트 비중의 2/3정도로서 분말도에 의해 활성화와 깊은 관계가 있다. 시멘트에 함유될 경우, 수화에 의해 발생하는 칼슘이온(Ca++)과 플라이 애쉬(fly-ash)에서 용출되는 규사(SiO2) 및 알루미나(Al2O3)와 반응하여 칼슘실리케이트수화물 (CSH=Calcium Silicate Hydrorate) 이나 칼슘알루미나수화물 (CAH=Calcium Aluminate Hydrorate)을 포졸란(pozzolan)활성반응에 의해 형성되어 장기간에 걸쳐 고화되면서 강도를 발현한다. 본 발명에서는 이러한 플라이 애쉬를 유동화 복합고화체의 결합재로서 기존의 시멘트를 일부 대체해서 다량으로 사용하므로써 기존의 포트란드 시멘트의 사용량을 줄여 경제성이 있는 지하공동의 충전물로서 다짐이 필요없는 고유동성 복합체를 형성하는 것을 특징으로 한다.
따라서 본 발명에 의한 유동성 고화 조성물은 지하공동부의 충전작업량이 적은 경우나 심도의 폐공되메우기, 또는 지역적으로 작업량이 소량으로 산재하여 재료수송 대응이 곤란하거나 교통이 열악하여 각종 재료의 운반물류 등에 문제가 있는 경우에 본 발명의 충전재를 건식 비빔에 의한 포대포장 제조해서 현장에서 간단히 물만을 첨가하여 즉시 타설할 수 있고, 상수도 등의 관로 되메우기용 충전 시는 본 발명의 충전재에 색소가 있는 안료를 첨가하여 시공하므로써 사후 보수시 재 굴착했을 때, 용이하게 대응할 수 있는 것을 특징으로 한다.
일반적으로 지하공동 충전의 경우, 현지여건에 따라 중앙프랜트에 의해 장거리 파이프압송을 필요로 하는 예가 많다. 시멘트계 유체조성물은 압송거리, 운반시간, 현장대기시간 등의 시간경과에 따라 유동성을 상실하여 관내 스켈링(scaling)에 의해 압송관 내부가 막혀 작업에 지장을 주거나, 재료분리에 의한 품질 저하가 있을 수 있기 때문에 슬럼프훌로우값 (slump-flow value)은 통상 500mm(ψ10x20㎝사용시)전후의 유동성을 유지할 필요가 있다. 그러나 실제 작업에서는 620mm이상의 유동성을 유지하여 작업함이 좋다. 일반적으로 공동부의 충전후 장래에 재굴착이 필요한 경우에는 일반토사의 경우 5㎏/㎠ 이하에서는 인력 작업이 가능하고 10-20㎏/㎠ 정도에서 장비굴착 작업이 가능하다.
본 실시예에서는 재굴착이 용이한 강도를 설정해서 공시체 제작시험을 했으며 그 결과는 아래와 같다. 발전소 플라이 애쉬는 B화력의 정제플라이 애쉬를 사용하고 슬럼프측정 및 슬럼프훌로우시험은 KSF 2402 방법으로 행하였다. 그리고 본 발명의 적용은 실시예에 한정 하지 않는다.
이하 시험예서 실내시험에서의 압축강도, 재료특성 등을 기재한다.
표1. 배합표 (단위:kg)
표2. 압축강도 시험결과(공시체규격 5㎝ x 5㎝ x 5㎝) (단위 : ㎏/㎠)
표3 재료의 특성(1)
표4. 재료의 특성(2)
여기에서 투수계수(透水係數)는 물의 침투 정도를 나타내는 것으로서 상기 표에 의하면 물의 침투를 상당히 방지하는 효과가 있음을 알 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 고유동 시멘트복합체로서의 유동화 고화 조성물은 충전재로 사용되어 각종 지하시설물의 충전, 지중파이프 하부충전 또는 관로파이프나 지하벽체 조성공사 현장의 가설강제빔 인발공의 공동충전이나, 지하수의 오염을 방지하기 위한 폐공충전 등 각종 지하공동부의 충전시에 산업부산물인 풀라이 애쉬를 다량으로 사용하므로써 자원재활과 환경적 문제를 해결할 수 있고 결합재로서 포트란드 시멘트를 대체하므로 경제성이 있으며 시공상으로는 다짐이 필요 없는 고유동성을 유지하기 때문에 각종 지하의 비구조부재 충진재료로서 효과적인 사용을 기할 수 있고, 소량작업이나 물류운반이 열악한 조건을 가진 시공현장에서 용이하게 건식 비빔에 의해 제조된 충전재를 물을 가수하여 즉시 타설 할 수 있기 때문에 시공성이 우수하고 용도에 적절한 강도 조정이 편리하여 다양하게 적용 할 수 있다.
또한 그 강도를 조정할 수 있어 재굴삭이 용이하다는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의한 유동화 고화 조성물은 건식 비빔법에 의하여 배합되어 포대 등으로 포장되어 제조됨으로써 현장으로 간단하게 운반되어 시공에 사용될 수 있다는 우수한 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 포트란드 시멘트 50-240㎏/㎥, 플라이 애쉬 280-700㎏/㎥, 모래 1000-1400㎏/㎥, 물 320㎏/㎥를 혼합하여 8-83㎏/㎠의 압축강도와 25±1㎝의 슬럼프(slump)값를 가지는 고유동 시멘트 복합체로 구성되는 것을 특징으로 하는 유동화 고화 조성물.
  2. 포트란드 시멘트 50-240㎏/㎥, 플라이 애쉬 280-700㎏/㎥, 모래 1000-1400㎏/㎥을 건식(乾式) 비빔법으로 혼합하여 8-83㎏/㎠의 압축강도와 25±1㎝의 슬럼프(slump)값를 가지는 고유동 시멘트 복합체로 구성되는 것을 특징으로 하는 유동화 고화 조성물.
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