A Study on the Hardening Characteristics of Ground Injection Grout under Various Curing Conditions

1) Director, Research Center, MM E&C

다양한 양생조건에서 지반주입 그라우트의 경화특성에 대한 연구

A Study on the Hardening Characteristics of Ground Injection Grout under Various Curing Conditions

허 형 석¹⁾･ 박 인 준^† Hyungseok Heo ･ Innjoon Park

Received: September 4

, 2020; Revised: September 22

, 2020; Accepted: October 5

, 2020

ABSTRACT : For water barrier and reinforcing grout in soft ground, the verification of durability was conducted over the initial and long-term ages under various curing conditions. The grout was made of water glass system, fast-hardening mineral (FHM) system, and acrylic polymer system. There were three types of curing conditions that were tab water curing, artificial seawater curing, and atmospheric curing. And the various tests were performed for each sample by age, uniaxial compressive strength, length change, and weight change. As artificial seawater, MgCl

and MgSO

aqueous solutions were prepared and used, respectively. As the test results, the fast-hardening mineral system and acrylic polymer system were cured stably without significant change in durability in tap water and artificial sea water, whereas water glass system showed a very rapid drop in durability under artificial sea water conditions compared to tap water. In atmospheric curing conditions, durability is lowered compared to water curing in all cases, and in particular, the weight loss in the FHM system and water glass system is about 62% and 60%, respectively, resulting in a significant decrease in durability.

Keywords : Soft ground, Curing condition, Fast-hardening mineral, Acrylic polymer, Injection grout

요 지 : 연약지반 차수 및 보강용 그라우트에 대하여 다양한 양생조건에서 초기 및 장기재령에 걸쳐 내구성에 대한 검토를 수행하 였다. 그라우트는 물유리계, 급결광물계 및 아크릴고분자계를 대상으로 하였으며, 양생조건은 수도수(청수) 양생, 인공해수 양생 및 대기 양생으로 하고, 시험은 재령별 일축압축강도와 길이변화량 및 중량변화량에 대하여 수행하였다. 인공해수는 MgCl

와 MgSO

수용액을 각각 제조하여 사용하였다. 급결광물계와 아크릴고분자계는 수도수와 인공해수에서는 내구성에 큰 변화가 없이 안정적으 로 양생되는 반면 물유리의 경우 수도수에 비해 인공해수조건에서 매우 급격한 내구성 저하가 발생되었다. 대기 양생조건에서는 모든 경우에서 수도수 양생에 비해 내구성이 저하되는데, 특히 급결광물계와 물유리계에서 중량감소가 각각 약 62% 및 60%로 큰 내구성 저하가 발생되었다.

주요어 : 연약지반, 양생조건, 급결광물, 아크릴폴리머, 주입그라우트

21(11): 11～20. (November 2020) http://www.kges.or.kr

ISSN 1598-0820 (Print) ISSN 2714-1233 (Online) DOI https://doi.org/10.14481/jkges.2020.21.11.11

1. 서 론

구조적으로 강도가 부족하여 지내력을 발현하기 어려운 지반을 연약지반이라고 하며(임해진, 2010), 연약지반은 개 량 또는 보강과정을 통해서만 구조물의 기초지반으로 활용 되어야 하고, 연약지반 개량을 위한 여러 가지 기술 중 비교 적 경제적이고 효율적인 방법은 그라우팅 시공을 통한 지반 의 안정화방법이다. 지반 안정화 목적으로 시공되는 구조물 로는 강도 증가를 위한 기초보강, 투수계수 감소를 위한 차 수벽, 터널 안정성 확보를 위한 다단그라우팅과 세그먼트 배면주입 그리고 폐기물 매립지의 차수보강 등이 수행되고 있다. 근래에는 환경 안정성에 대한 관심이 증가되면서 그

라우팅 재료의 환경 위해성을 평가하기 위한 많은 방법들이 연구되고 개선된 재료 및 시공방법이 제시되고 있다. 지반 그라우팅 분야에서 과거에 보편적으로 사용되어온 재료인 물유리는 많은 문제점을 보유함에도 불구하고 보편적으로 사용되어 왔으나 내구성 저하, 강도 저하 및 유해물질의 유 출 등의 문제가 대두되면서 가시설 등의 긴급차수의 목적으 로는 사용이 가능하나 시네레시스(Syneresis)현상 등으로 인해 영구적인 지반보강이 불가능하고 장기적인 차수를 위 한 목적으로는 본질적인 문제점과 균질한 품질의 확인 및 시공속도에 대응할 수 없는 문제점을 가지고 있다(천병식, 2005).

영국의 Aspdin J.(1824)에 의해 포틀랜드 시멘트가 개발

Fig. 1. Hydration process of fast hardening minerals

을 위한 주입재로 포틀랜드 시멘트가 최초로 사용되면서 주 입공법은 주목할 만한 발전을 하는 계기가 되었다(Bowen, 1981). 반면에, 약액방식의 주입재와는 달리 시멘트는 평균 입경 15-20

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과거에는 현장에서 물유리를 급결재로 사용하는 방식이 보편적으로 시공되었고 이에 따른 강도저하, 내구성저하 및 환경 위해성 등의 문제점은 간과되었다. 물유리에 대한 문 제를 개선하기 위한 방안으로 물유리에서 알칼리 성분을 제 거한 실리카졸 계열과 급결성 광물을 활용한 계열 및 아크 릴 고분자를 활용한 계열 등이 개발되었고, 이러한 계열들 은 기존의 물유리를 사용함으로 인해 제기된 문제를 개선하 고 그라우팅 기술에 대한 적용범위를 더욱 확대해가고 있 다. Chun et al.(2006)은 물유리계와 무기질계 지반주입재 의 양생조건별 내구성을 검토한 바 있으나 측정기간이 비교 적 짧고 양생조건을 해수와 담수에 한정하여 수행하였다.

본 연구에서는 지반주입용 그라우트에 대한 실내실험을 통 해 현재 우리사회가 주목하는 환경영향 문제와 재료가 갖 는 내구성 및 강도특성을 파악하여, 시공현장의 안정성 향 상과 그라우팅 공사의 효율증대를 위한 정보를 제공하고자 한다.

2. 그라우트 재료의 겔화기구

2.1 물유리계

물유리는 시멘트 수화물 중 칼슘이온과 결합하여 비정질 의 경화체인 규산칼슘(Calcium silicate)을 생성하고 그라우트 를 고결시키는 작용을 한다. 물유리는 콜로이드 화학에 있어 서 콜로이드입자로서 취급하고 있고, 액중에는

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정하고 응고하는 반응을 일으켜 규산칼슘(Calcium Silicate) 을 생성하고 그라우트의 유동성을 제한하며, 고결력이 매우 약하지만 겔화 시간은 매우 짧은 반응을 나타낸다.

2.2 실리카졸계

실리카졸은 물유리(Sodium Silicate)를 원천으로 하여 묽은 황산을 첨가 혼합함으로써 망초(Sodium Sulfate)를 결정화시 키고 중성의 실리카만을 추출하여 제조된다. 이렇게 제조된 실리카졸은 중성영역(pH 7~8)에서 불안정한 졸상태(점성체) 로 제조되고 겔화 현상을 막기 위해 물유리 용액을 추가로 첨가하여 pH가 10~11이 되게 한다(Lee et al., 2006). 중성의 실리카졸은 장기간의 보관안정성이 낮아 쉽게 젤리화 되는 특성을 나타냄으로 공장에서 제조하여 현장으로 이송이 매 우 어렵고 그라우팅 현장에서 직접 제조장치를 보유하여야 되는 한계가 있다. 실리카졸과 시멘트의 겔화반응은 근본적 으로 물유리의 경화반응과 동일하게 작용(

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2.3 급결광물계

급결광물계는 급결성을 갖는 광물과 다양한 첨가제의 혼 합으로 제조된다. 급결광물은 원석인 보크사이트(Bauxite)와 석회석(Limestone)을 분쇄 및 일정 조성비율로 전기로에서 소성 후 급냉 과정을 거쳐 비정질 상태로 제조한 뒤 분쇄과 정을 통해 제조되고, 여기에 반응조절용 무수석고(Dehydrate Gypsum)등 다양한 첨가제가 혼합될 수 있다. 이때, 급결광 물의 성능은 소성체의 비정질도, 주요성분의 조성비율(Al2O₃ 와 CaO) 및 분말도(Fineness)가 영향을 미치게 된다. 급결 광물의 경화과정은 매우 복잡하여 그라우트 혼합조건, 분말 도(Fineness) 및 원재료 상태에 많은 영향을 받는다고 알려 져 있다. Fig. 1은 급결광물의 수화과정을 나타낸다. 이때,

Table 1. Chemical composition of OPC, Micro cement and FHM

Item SG²⁾ SiO₂ Al₂O₃ Fe₂O₃ CaO MgO SO₃ K₂O Na₂O LOI Sum

OPC 3.15 22.2 5.2 3.1 64.2 1.4 2.1 0.2 0.6 0.7 99.7

Micro cement 3.05 25.1 8.1 2.0 55.1 4.5 2.68 0.2 0.5 0.5 98.7

FHM¹⁾ 2.8 6.8 24.6 1.9 42.6 1.5 20.5 - - 0.4 98.3

1)Fast hardening material

2)Specific gravity

Table 2. Chemical composition of waterglass

Item Unit Type-1 Type-2 Type-3 Type-4 Comment

Specific gravity 　 1.69 or more 1.59 or more 1.38 or more 1.26 or more

KS M1415 (20℃)

Na2O % 17-18 14-15 9-10 6-7

SiO2 % 36-38 36-38 28-30 23-25

WIC¹⁾ % 0.2 or less 0.2 or less 0.2 or less 0.2 or less

Fe2O3 % 0.05 or less 0.05 or less 0.03 or less 0.03 or less

1)water insoluble component

Table 3. Physical properties of acrylic polymer

Item Viscosity Specific gravity pH Color

AcrP 5.61 1.055 2.8 Milky white

시멘트와 고로슬래그파우더를 병용하여 사용할 경우 수화 물 중 규산칼슘(Calcium Silicate) 생성이 증가하여 겔화가 빨라지는 결과를 나타낸다.

2.4 아크릴고분자계

시멘트를 사용하는 그라우트의 계열분류는 그라우트를 어떠한 방식으로 겔화 시키는지에 따라 구별된다고 할 수 있 다. 앞에서 설명한 겔화 방식(Gelation Process)은 물유리 또 는 급결광물을 단독으로 시멘트와 혼합하여 겔화를 실현하 는 것인 반면, 아크릴 고분자계는 급결광물과 아크릴 고분자 의 연속작용이다. 급결광물은 앞 2.3절에서 설명한 계열의 것을 사용하고 이에 더하여 아크릴 고분자(Acrylic Polymer) 를 기본으로 한 겔화제를 첨가함으로써 겔화효과를 증대시 키고, 그라우트의 혼합조건과 시멘트 의존성을 감소시키는 효과가 있다. 겔화과정은 시멘트와 급결광물이 물과 혼합되 면 각각 수화를 진행하게 되나 알칼리포화도가 낮고 수화 생성물이 적어 서로 연결되지 못하고 독립적으로 존재하게 된다. 이때, 겔화제가 혼합되고 시멘트의 양이온(Cation)에 의해 활성화된 겔화제는 시멘트와 급결광물 및 혼합수를 전 기적 흡착하고 그라우트의 유동성을 제한함으로써 그라우 트가 겔화되고, 이후 시멘트와 급결광물의 수화물이 서로 반응하고 경화과정에 들어간다.

3. 실험내용

3.1 실험개요

그라우트의 계열은 겔화를 위해 사용되는 물질이 어떤 것인가에 따라 분류되고 있으며, 각각은 겔화 및 경화 후 내구성 등에 큰 영향을 미치는 결과를 나타낸다. 예를 들어, 물유리를 사용할 경우 물유리는 시멘트 슬러리(시멘트와 물 의 혼합물)를 급격하게 겔화시키는 특징을 보이나, 그로인 해 시멘트가 적절한 수화물의 성성 및 경화를 진행하지 못 하여 내구성이 매우 취약하고 장기에 걸쳐 경화체 중의 알 칼리 성분(Ca(OH)2, NaOH, Na3PO4) 등이 빠져나가 시공초 기에 비해 투수계수가 오히려 증가하는 결과를 초래할 수 있다. 반면, 급결광물을 사용할 경우 겔화 초기형태는 물유 리에 비해 겔이 약하게 형성되나 장기적인 강도 및 내구성 은 매우 우수하게 나타난다. 이렇듯 겔화를 위해 사용하는 물질의 성향이 그라우팅 기술의 특징을 대표하고 기술자는 이런 정보를 잘 인지하여 상황에 적합한 그라우팅 기술을 적용함이 타당하다.

본 연구에서는 다양한 그라우팅 재료에 대한 특성을 파 악하기 위하여 물유리계, 급결광물계 및 아크릴 고분자계에 대하여 각각의 일축압축강도와 내구성의 변화를 다양한 양 생조건별(수도수, 인공해수, 대기상태)로 검토하였고, 분석 조건은 KS L 5105 수경성시멘트 모르타르의 압축강도 시 험방법(User’s guide, 2007)의 양생조건을 기준으로 결과를

Fig. 2. Specimens for research

Fig. 3. Strength results of VHG by age for curing conditions

Fig. 4. Variation in strength of VHG compared to tap water curing condition

분석하였다. Table 1~3은 본 연구에서 사용한 재료의 화학 적 특성을 나타낸다.

기술적 특성상 각각의 재료는 그들만의 배합기술이 존재 함으로 본 연구에서는 검토대상 재료에 맞는 배합을 각각 적용하여 수행하였다. 물유리(type-3사용)와 급결광물의 경 우 대표배합 1개을 선정하였고, 아크릴고분자의 경우 물-분 체비율을 100%, 125% 및 150%로 구분한 배합을 선정하였 다. Table 4~6은 본 연구에서 채택한 그라우팅 기술의 배합 비를 나타낸다.

Table 4. Mixing ratio of waterglass grout

Item w/c Water (ℓ) OPC (kg) Waterglass (ℓ)

Waterglass 268% 670 250 250

Table 5. Mixing ratio of FHM grout

Item w/c Water (ℓ) Micro cement (kg) FHM (kg)

FHM 189% 851 350 100

Table 6. Mixing ratio of acrylic polymer grout

Item w/c Water

(ℓ)

Cement (kg)

FHM (kg)

AcrP (ℓ) Acrylic

polymer

VHG¹⁾ 100% 590 540 50 20

HG²⁾ 125% 738 540 50 20

SG³⁾ 150% 885 540 50 20

1)VHG=Very high gelation time

2)HG=High gelation time

3)SG=Slow gelation time

3.2 실험항목

배합별로 제조된 그라우트 시료는 재령별로 강도, 길이 변화량 및 중량변화량을 측정하였고, 각각의 양생조건은 수 도수(청수), 인공해수(MgCl2, MgSO₄) 그리고 대기 상태로 구별하여 장기간 양생하면서 그 결과를 측정하였다. 해수에 대한 저항특성을 평가하기 위해 본 연구에서는 인공해수를 제조하였다. 해수의 성분 중 시멘트와 가장 관계가 되는 것 은 Chloride와 Sulfate이며 이에 대하여 MgCl2와 MgSO4를 각각 물 1 Liter당 25g이 용해된 용액을 제조하여 실험을 진 행하였다. 이것은 자연해수의 6배와 10배에 해당하는 용해 도이다. Fig. 2는 실험에 사용된 시료를 나타낸다.

3.2.1 압축강도

압축강도를 측정하기 위하여 시료는

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3.2.2 길이변화

길이변화량 측정을 위한 시료는

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3.2.3 중량변화량

중량변화량 측정용 시료는 길이변화량 시료를 같이 사용 하였다. 각 시료에 대하여 길이변화를 측정한 후 중량변화 를 측정하였다.

4. 실험결과

4.1 압축강도 실험결과

Fig. 3은 VHG의 양생조건에 대한 재령별 강도결과를 나 타내고, Fig. 4는 수도수 양생조건 대비 강도변화율을 나타

Fig. 5. Strength results of HG by age for curing conditions

Fig. 6. Variation in strength of HG compared to tap water curing condition

내었다. VHG는 수도수와 인공해수(MgCl2, MgSO4)에 대해 서 강도가 저하되지 않고 양생기간이 길어질수록 강도가 증 가된다는 것을 나타낸다. 다만, MgCl2에서 가장 높은 강도 를 나타내고, 수도수 양생조건은 인공해수에 비해 낮은 강 도를 보이고 있다. MgSO4는 중간 값을 나타내는데 이것은 시료가 수화되는 과정에서 시멘트 중의 가용성성분(CaOH2, SO₃, Na₂O)등이 수중으로 운반되는데(정재동, 1996), 이때 수중의 이온농도에 따라 그 량의 변화가 있을 것으로 판단 된다. 대기 양생조건에서는 7일까지 수도수와 유사하게 강 도가 증가하고 재령 28일에서 최대값을 보인 이후 강도가 서서히 저하되어 100일에는 수도수 양생조건과 비교하여 46%정도밖에 강도가 발현되지 못하였다. 따라서, 그라우트 의 강도 증가를 위해서는 지속적인 수분의 공급이 필수요건 임을 알 수 있다.

Fig. 5와 Fig. 6은 HG에 대한 양생조건별 강도결과를 나 타낸다. HG는 VHG에 비해 강도가 낮게 형성되고 있으며, 수도수 대비 인공해수 조건에서의 강도증가율은 초기에는 높게 형성되다가 후기로 갈수록 증가율이 낮아지는 경향을 보이고 있고 재령 100일에서는 수도수와 유사한 강도증가 를 나타내고 있다. 대기양생 조건에서는 VHG에 비해 강도 저하가 더 크게 나타나 물-분체비율이 높을수록 그라우트

의 건조가 가속화되고 강도에는 악영향을 미치고 있음을 알 수 있다.

Fig. 7과 Fig. 8은 SG에 대한 양생조건별 강도결과를 나 타낸다. SG는 VHG 및 HG에 비해 물-분체비율이 높아서 상기 결과와 같이 인공해수 및 대기양생에 대한 영향이 더 욱 크게 나타났다. 초기에는 수도수 양생조건에 비해 강도 가 증가하는 것으로 나타났으나, 재령 28일 이후 양생에서는 수도수에 비해 강도증가율이 저하되고 있으며 MgSO4양생 조건에서는 재령 100일 압축강도가 수도수보다 낮아지는 결과를 나타낸다. VHG, HG 및 SG의 경우 인공해수에서 양생 시 물-분체비가 낮은 VHG와 비교하여 HG와 SG는 해수에 대한 영향을 많이 받는 것으로 판단된다. 대기양생 조건에서는 재령 28일에서 최고 강도를 발현한 이후 지속 적으로 강도가 저하되어 최종 100일에서는 수도수 대비 32%가 발현되고, 최고 강도(재령 28일) 대비 약 26%가 저 하되었다.

Fig. 7. Strength results of SG by age for curing conditions

Fig. 8. Variation in strength of SG compared to tap water curing condition

Fig. 9와 Fig. 10은 FHM에 대한 양생조건별 강도결과를 나타낸다. FHM은 양생기간이 지남에 따라 수도수와 인공 해수 양생조건 모두에서 강도가 증가된다. 다만, VHG, HG 및 SG와 유사하게 초기강도는 증가하고 있으나, 양생후기

에는 강도증가율이 낮아지고, 재령 28일 이후에는 수도수가 가장 높은 강도를 보이고 있다. MgSO4에 대해서는 재령 28 일 이후에 강도의 변화가 거의 발생되지 않고 수도수 대비 증가율로 보면 매우 낮아진 것을 확인할 수 있다. 대기양생 조건에서는 재령 3일 최대강도를 나타내고 이후부터는 강 도가 저하되는데, 재령 14일 이후에는 강도저하가 매우 두 드러지며 재령 100일에서는 최대강도(재령 3일)의 약 9.5%

만이 잔류되었다. 이러한 현상은 FHM의 경화체 내부에 매 우 많은 모세관공극이 존재하여 시료의 건조가 매우 빠르게 진행됨으로 인해 경화체의 기계적강도, 안정성 및 결합유지 력 손실의 결과로 판단된다.

Fig. 9. Strength results of FHM by age for curing conditions

Fig. 10. Variation in strength of FHM compared to tap water curing condition

Fig. 11과 Fig. 12는 물유리에 대한 양생조건별 강도결과 를 나타낸다. 물유리는 초기에 가장 높은 강도를 발현하고, 이후 장기 재령에서는 모든 양생조건에서 강도가 저하되는 결과를 나타낸다. 수도수 양생조건에서는 28일 재령까지 강 도가 점진적으로 증가한다. 그러나 이후 강도가 감소하면서 재령 100일에서는 최대강도(재령 28일)의 약43%만 잔류됨 을 알 수 있다. 그리고 인공해수 양생조건에서는 장기양생 에서 시료의 파손이 관찰되었다. MgCl2의 경우 초기 강도 증가는 매우 가파르게 상승되지만, 재령 100일에는 시료가

파손되어 강도측정이 불가능 하였고, MgSO4의 경우 강도 증가가 크지 않고 시료의 파손도 재령 56일에 관찰되었다.

반면에 대기양생조건에서는 초기 3일에 최대강도를 발현 하고 이후부터는 시료가 건조 및 파손이 발생되어 재령 14 일에는 강도가 2.3kgf/cm²으로 매우 낮게 발현되고 이후에 는 시료가 파손되어 측정이 불가능하게 되었다. 물유리계 그라우트는 수중 및 해수조건에서 양생 시 초기에는 강도 발현이 양호하나 재령 14일 이후에는 강도저하가 발생되고 특히 인공해수조건에서는 시료의 파손으로 인해 강도측정 이 불가능하게 되었다. 더불어, 대기 양생조건에서는 강도 저하가 더욱 크게 나타났고 시료파손 또한 재령 14일에서 28일 사이에 발생되어 어떤 양생조건에서보다 가장 빨리 발생되었다.

Fig. 11. Strength results of Waterglass by age for curing conditions

Fig. 12. Variation in strength of waterglass compared to tap water curing condition

4.2 길이변화 실험결과

Fig. 13(a)는 VHG의 양생조건에 따른 재령별 길이변화 를 나타낸다. VHG는 수도수와 인공해수 양생조건에서 모 두 길이가 증가하는 결과를 나타내고 있다. 특히, 수도수 조 건에 비해 MgSO4조건에서 길이증가량이 다소 크게 나타나 고 있는데, 이것은 황산염(SO3)에 의한 시료의 팽창영향으

(a) VHG (b) HG

(c) SG (d) FHM

(e) Waterglass

Fig. 13. Variation in length by age according to curing condition

길이 감소율이 크고 이후에는 그 정도가 감소되고 있는데, 이것은 그라우트 경화체 모세관 공극의 수축에 따른 결과를 판단되며 그라우트의 건조현상은 초기에 빠르게 발생된다 는 것을 보여준다.

Fig. 13(b)는 HG의 양생조건에 따른 길이변화결과이다.

HG도 VHG와 같이 수도수와 인공해수 양생조건에서 모두 길이가 일부 증가하는 결과를 나타내고 있다. 또한, MgSO4

조건에서 길이증가량이 다른 조건에 비해 다소 크게 나타나 고 있으며, 그 결과는 VHG와 유사한 특성을 보인다. 대기 양생조건에서도 재령증가에 따라 수축량이 증가하고 있는

데 그 수축정도는 초기 3일에 가장 크게 나타나고 이후 재 령에서는 점차 줄어들어 재령 14일 이후에는 큰 변화가 없 는 것으로 나타났다.

Fig. 13(c)는 SG의 양생조건에 따른 길이변화결과이다.

SG 또한 HG나 VHG와 유사한 길이변화 형태를 보여준다.

수도수와 인공해수조건에서 모두 길이가 증가하고 있으며, 또한 MgSO4조건에서 가장 큰 증가형태를 나타낸다. 더불 어, HG와 VHG에 비해서 증가율이 가장 크다는 특징을 보 여준다. 대기 양생조건에서는 재령증가에 따라 길이가 감소 하고 있는데, 그 감소의 정도는 VHG와 HG와 유사한 정도 를 보여준다.

(a) VHG (b) HG

(c) SG (d) FHM

Fig. 14. Variation in weight by age according to curing condition

FHM도 상기 VHG, HG 및 SG와 유사한 길이변화를 보여 준다. FHM 또한 MgSO4양생조건에서 길이증가량이 가장 크게 나타나고, 상기 3종류와 비교해서도 다소 크게 나타난 다는 특징이 있다. 반면에, 대기 양생조건의 수축량 측정결 과에서는 상기 VHG, HG 및 SG와 큰 차이가 없이 유사하 다. 본 결과에서 시멘트 및 급결광물을 주재료로 사용하는 그라우트의 경우 건조 상태가 장기간 유지되어도 그라우트 의 외형의 변화는 크게 발생되지 않는 다는 것을 보여준다.

Fig. 13(e)는 물유리의 양생조건에 따른 길이변화결과이 다. 수도수 양생조건에서는 초기재령부터 시료의 길이가 점 진적으로 증가되어 재령 100일에서는 약 3.22%의 길이 증 가가 나타났고, 그 형태는 시료가 일부 부풀어 오르고 갈라 진 형태를 보였다. 인공해수 양생조건에서의 시료는 초기재 령에서 길이가 증가되는 경향을 뚜렷이 측정되었으나, 장기 재령에서 길이감소와 더불어 시료의 일부 파손과 더불어 최 종적으로는 완전히 붕괴되는 현상을 나타내었다. MgCl2의 경우 재령 56일 이후에 시료가 파손되었고, MgSO4의 경우 시료의 파손이 훨씬 가속화되어 재령 28일 이후에는 측정 이 불가능 하였다. 대기양생조건에서는 양생 초기부터 길이

가 감소되어 재령 28일에 초기치의 약71%까지 수축하고, 이후에는 추가적인 수축이 발생되지 않았다. 다만, 시료의 변형이 매우 심하고, 쉽게 부스러지는 현상이 관찰되었다.

4.3 중량변화 실험결과

Fig. 14(a)~(d)는 VHG, HG, SG 및 FHM의 중량변화결과 이다. 수도수와 인공해수 조건에서 양생 시 각 시료의 중량 변화는 일률적으로 재령증가에 따라 증가되는 경향을 나타 내고 있다. 초기 재령에서 중량이 크게 증가되고 있고, 장기 로 갈수록 중량증가는 감소되어 재령 14일 이후에는 큰 증 가 없이 일정한 값에 수렴하는 특성을 보인다. 다만, 대기 양생조건에서는 VHG, HG 및 SG는 재령에 따른 중량감소 형태가 유사하게 나타나는 반면, FHM의 경우에는 비교적 매우 큰 중량감소를 나타내었다. 재령 7일에 초기 중량의 약 57%가 감소되고 이후에는 거의 중량감소가 발생되지 않 고 서서히 진행되어 최종 약 62%로 일정한 값을 나타낸다.

상기 압축강도 결과(Fig. 11, 12)에서 대기 양생조건에서 강 도저하가 재령 7일과 14일에 가장 큰 감소를 보인 것과 유 사성이 높은 것으로 판단된다.

Fig. 14(e)는 물유리의 양생조건에 따른 중량변화 결과이

(e) Waterglass

Fig. 14. Variation in weight by age according to curing condition (Continued)

다. 수도수 양생조건에서는 재령 28일까지 중량이 일부 증 가하다가 이후에는 중량의 감소가 나타났다. 시료의 형태가 일부 변형되고 갈라져 있었으며, 표면의 일부가 박리되어 부스러기가 시료주변에 존치되어 있었다. 인공해수 조건에 서는 초기 재령에서 중량이 일부 증가하다가 후기에는 시료 가 박리되고 변형이 발생되어 중량이 감소되는 결과를 나타 내었다. MgCl2의 경우 재령 56일 측정이후 시료가 파손되 어 추가적인 측정이 불가능 하였고, MgSO4의 경우 MgCl2

보다 시료파손이 더욱 심화되어 28일 측정이후 시료가 파 손되어 추가적인 측정이 불가능 하였다. 대기양생조건에서 는 측정초기부터 중량감소가 발생되어 재령 14일에는 초기 중량에 비해 약 52.5%의 중량 감소와 더불어 시료 변형이 매우 크게 발생되었고 이후 재령에서는 약간의 중량감소는 발생되고 있었으나 큰 변화 없이 일정한 값에 수렴하고 있 다. 최종적으로 재령 100일의 중량은 초기에 비해 약 60%

가 감소되었으며, 재령 14일 이후에는 시료의 외형에는 큰 변형이 관찰되지 않았다.

5. 결 론

지반 차수 및 보강을 위한 그라우팅 기술은 재료기술과 시공기술로 크게 구별된다. 최근에는 그라우팅 관리기술이 개발되어 몇몇 전문건설사에서는 그라우트 주입관리장치를 개발하고 현장에 도입하는 등의 시도가 행하여졌다. 재료기 술로는 그라우트를 급결시키기 위한 재료를 어떠한 계열로 사용하였는가에 따라 구별되어 시멘트 현탁액의 경우 물유 리계, 급결광물계 및 아크릴고분자계를 들 수 있다. 본 연구 에서는 급결재를 사용하는 그라우트에 대하여 내구특성을 검토하기 위해 물유리계, 급결광물계 및 아크릴고분자계를

대상으로 각각의 압축강도, 길이변화 및 중량변화에 대하여 다양한 양생조건에 대하여 검토하였다.

(1) 시료는 각 급결재를 사용하여 경화시킨 후 수도수, 인 공해수(MgCl2, MgSO₄) 및 대기상태에 양생하였으며, 측정기간은 재령 1일, 3일 7일 28일 56일 및 100일에 대하여 압축강도, 길이변화 및 중량변화를 측정하였다.

(2) 압축강도 결과에서는 수도수와 인공해수 조건에서 VHG, HG, SG 및 FHM은 공통적으로 재령이 증가함에 따라 압축강도가 증가하고 있으며, MgSO4의 경우에는 초기 재령에서 강도증가가 두드러지게 나타났으나 장기로 갈수록 강도증가율이 감소하고 있다. 대기 양생조건에 서는 초기 재령에서 강도가 상대적으로 높게 발현되나 후기재령으로 갈수록 강도가 감소되는 결과를 보이고, FHM은 재령 100일에서는 최대 강도의 약 9.5%만이 잔 류되었다. 물유리계는 양생기간이 증가될수록 강도의 감소가 모든 조건에서 유사하게 나타났고 특히 해수 조 건에서 매우 크게 나타났다. 대기양생에서는 시료의 변 형 및 파손이 심각하여 재령 28일 부터 강도측정이 불 가능하였다.

(3) 길이변화 결과에서는 VHG, HG, SG 및 FHM가 양생조 건과 무관하게 유사한 경향을 나타내고 있다. 다만, 인 공해수조건인 MgSO4용액에서 상대적으로 크게 나타났 고 이것은 SO3에 의해 그라우트 경화체의 에트린자이 트 생성량이 증가하여 발생된 결과로 생각된다. 대기 양생조건에서는 전 기간에 걸쳐 길이 감소가 발생되고, 재령 7일 이후에는 감소폭이 줄어들어 일정한 값에 수 렴하는 결과를 보이고 있다. 물유리계는 양생이 길어질 수록 외형변화와 박리가 발생되었고, 해수조건에서 시 료파손에 의해 측정이 불가능하였다. 대기 양생조건에 서는 초기에 길이가 급격히 감소되고 변경이 크게 나타 났으나 재령 28일 이후에는 더 이상의 변화가 없이 쉽 게 부스러지는 현상이 관찰되었다.

(4) 중량변화 결과는 VHG, HG, SG 및 FHM이 길이변화결 과와 유사한 경향을 보이고 있다. 수도수와 인공해수에 서 시료중량이 증가하고, MgSO4에서 그 증가량이 가장 크게 나타났다. 대기양생의 경우, 중량감소는 시험 초기 부터 재령 7일까지 급격하게 발생되다가, 이후에는 중량 감소가 현저히 줄어들어 상대적으로 일정한 값을 나타 냈고, FHM은 약 37.3%만이 잔류되었다. 물유리계는 초 기에 중량이 증가하다가 이후 박락 및 변형이 발생되어 중량이 감소되는 결과를 나타내었다. 수도수에 비해 인공 해수에서 시료의 파손이 급격히 촉진되고, 특히 MgSO4

에서는 재령 56일에 파손되어 측정이 불가능하였다. 대

기 조건에서는 초기 7일에서 14일 사이에 급격한 중량 변화가 발생되었고 이후에는 큰 변화 없이 일정한 중량 을 나타내었다. 다만, 재령 100일의 중량이 초기에 비해 약 60%가 감소되었다.

Acknowledge

This research was a part of the project titled ‘Develop- ment of performance-based seismic design technologies for advancement in design codes for port structures’, funded by the Ministry of Oceans and Fisheries, Korea.

References

1. 쌍용양회공업, 한양대학교, 쌍용엔지니어링 (1997), 지반보강 용 마이크로시멘트 및 실리카졸의 실용화 연구, 건설교통부, pp. 10~11.

2. 임해진 (2010), 지반공학 용어사전, 구미서관, 서울, pp. 241.

3. 정재동 (1996), 콘크리트 재료공학, 동양시멘트, pp. 466~467.

4. 천병식 (2005), 최신 그라우트주입 이론 및 실제, 원기술, 서울, pp. 23, 32~33, 169~170.

5. Bowen, R. (1981), Grouting in engineering practice, John Wiley

& Sons Special Construction, pp. 11~37.

6. Chun, B. S., Kang, H. N., Do, J. N. and Lim, J. H. (2006), A study on durability and impermeability of environmentally friendly inorganic ground injection material, Journal of the Korean Geo-Environmental Society, Vol. 7, No. 6.

7. Lee, H. C., Kim, J. H. and Chang, Y. H. (2006), Preparation and interface properties of colloidal silica, J. Korean Ind. Eng.

Chem., Vol. 17, No. 4, pp. 386.

8. User’s guide (2007), “Testing method for compressive strength

of hydraulic cement mortar”, KSL 5105 : 2007.