A Study on the Application of Chemical Grouting Method for Aging Reservoir Reinforce According to the Change of Binder and Using Water

(1)

1. 서 론

약액 그라우팅공법은 건설분야에서 주로 댐 및 저수지, 비 탈면 안정 및 보강, 제방, 준설, 매립지역 등의 연약지반 보강, 흙막이공사의 차수, 구조물의 보수 보강 및 차수의 목적으로 사용되고 있으며, 최근에는 고속도로, 비행장, 고속철도, 해저 시설물, 항만건설공사, 터널, 지하철공사 등의 건설 현장에서 많이 적용 되고 있다. 이와 같이 그라우팅의 필요성이 확대되 고 있으며, 그라우팅의 수요는 지속적으로 증가할 것으로 예상 된다. 그러나 그라우팅공법은 전문성 없이 경험만 있다면 누구 나 할 수 있는 단순 지반보강의 보조공법으로 인식되고 있어, 2017년 기준 약 6,800억 원 정도의 시장규모에 약 1,000여개의 그라우팅 등록업체가 난립하고 있는 실정이다(국토교통 통계 누리)¹⁾.

우리나라 건설현장에서 주로 적용되는 약액그라우팅공법에

* 전주비전대학교 교수, 공학석사

** ㈜지안산업 연구소장, 공학박사

(Corresponding author : Research director, Zian Company ltd, [email protected])

본 연구는 2019학년도 전주비전대학교 교내 연구비 지원에 의하여 이루어졌음.

1) 국토교통부 통계누리, http://stat.molit.go.kr/portal/main/portal Main.do

는 물유리계 약액, 우레탄, 고압 분사 주입 등이 사용되고 있으 며, 기존 공법은 그라우팅공법이 적용된 지반의 강도증가에만 초점을 맞추어 개발이 진행되었으며, 주로 급결제 및 주입재의 성능을 개선하는 첨가제의 개발, 주입장치 및 교반장치의 개발 이 주로 진행되었다. 그러나, 약액 그라우팅에 사용되는 1종 포 틀랜드 시멘트(Ordinary Portland Cement : OPC)는 석회석 등 천 연자원 및 다량의 온실가스 발생과 다량의 에너지원이 소비되 는 제품으로 이를 대체하는 제품 및 새로운 공법 개발이 절실히 필요한 시점이다.

많은 그라우팅공법 중 일반적으로 널리 사용되는 공법은 LW(Labile Waterglass)공법이 있다. LW공법은 주로 자갈층, 모래 층에 전면 침투가 가능하며, 0.6mm 이하 세사 층에서는 주입이 곤란하고, 연약한 점성토와 실트 층에는 맥상(흙의 조직을 파괴 하면서 주입하는 형태)으로 주입되어 침하방지, 지반강화 등의 효과가 있다²⁾. 이러한 LW공법의 주된 재료는 시멘트로서 겔화특 성과 낮은 침투성능이 단점으로 지적되어 왔다. 그러나 최근 재 료의 발달 및 시멘트 분쇄기술의 발달로 Micro시멘트³⁾, 급결시멘

2) 안진현(2009), 공동터널에서 부분 노출 프로펠러의 모형시험을 위한 선행 연구, 석사학위논문, 한양대학교

3) 김진춘(1999), 지반개량용 초미립자시멘트의 주입특성에 관한 연구, 박사학 위논문, 한양대학교, pp.6-32.

결합재 및 사용수 변화에 따른

노후저수지 보강용약액주입공법 적용에 관한 연구

A Study on the Application of Chemical Grouting Method for Aging Reservoir Reinforce According to the Change of Binder and Using Water

송 상 훤^* ¹⁾ 서 세 관^**

Song, Sang-Hwon Seo, Se-Gwan

Abstract

Chemical grouting method is mainly used for construction of dams and reservoirs, stabilization and reinforcement of slopes, reinforcement of soft grounds such as embankments, dredging and landfills, the order of earthquake response method, and the reinforcement of structures. Recently, it is widely applied in construction sites such as highways, airfields, high-speed railways, subsea facilities, port construction works, tunnels, and subway works. As such, the demand for grouting continues to increase. The development of the grouting method was focused on increasing the strength of the ground, and the development of the chemical additives, the injection device, and the stirring device were mainly performed. But ordinary portland cement used for grouting is a product that consumes natural resources such as limestone, generates a large amount of greenhouse gases, consumes a large amount of energy sources, and it is time to develop products and new methods to replace them.

In this study, Ordinary Portland Cement and New Grouting Binder (circulating fluidized bed boiler fly and blast furnace slag) were compared and analyzed by the following test. Homo-gel strength and homo-gel time, water quality analysis of the water used and soil contamination process tests of homo-gel samples were performed. In the case of NGB, when Using water is used as the reservoir water, the strength measured smaller than that of the other water. However, it shows about 2.5 times greater than the homo-gel compressive strength applied to OPC (7-day, reservoir water), so there is no problem with water quality when applied.

주 요 어 : 순환자원, 시멘트, 사용수, 그라우팅 결합재, 약액주입공법

Keywords : Circulation Resources, OPC, Use Water, Grouting Binder, Chemical Grouting Method

http://dx.doi.org/10.14577/kirua.2019.21.4.45

(2)

트⁴⁾, 가소성시멘트⁵⁾등 새로운 시멘트계 주입재가 개발되었으며, 시멘트의 겔화특성과 침투성의 개선이 기대되고 있다⁶⁾. LW공법 의 차수효과는 흙과 물유리계 주입재의 결합력의 우수성으로 판 단할 수 있으며, 지하수 유속이 증가할수록 약액의 희석, 유실이 심하여 흙과 주입재의 결합력이 감소하고, 약액의 용탈이 발생하 여 내구성이 떨어지는 단점이 있다. 따라서 LW공법은 투수계수 가 큰지역에 적용할 때 겔타임을 짧게 하고, 약액의 농도, 주입률, 주입속도를 높여야 효율성이 증진되는 것으로 보고되고 있다.⁷⁾

우리나라 저수지는 약 17,000개소가 있으며, 이중 약 96 %가 1985년 이전에 만들어진 저수지로 노후가 심하거나, 내구성이 약한 것으로 보고되고 있다. 또한 축조된 지 50년 이상 경과된 노후 저수지가 전체의 70 %를 차지하고, 점차 시간경과에 따라 노후화의 계속적 진행에 따른 저수지 붕괴 위험, 저수지 하부 토사퇴적에 따른 저수량 감소 등 심각한 문제점을 가지고 있 다.⁸⁾ 또한 최근 급격한 기후변화로 우기철의 집중호우 및 농번 기에 가뭄이 발생하여 노후저수지의 정비 및 관리의 필요성이 더욱 증가하고 있는 실정이다.

저수지는 삶에 필요한 용수를 저장하고, 공급해주는 중요한 시설이지만, 붕괴 시 많은 인명과 재산피해를 주기 때문에 지속 적인 점검 및 확인과 보수･보강이 이루어져야만 한다.⁹⁾ 노후 저 수지 제체의 보수･보강은 주로 1종 보통 포틀랜드 시멘트(OPC) 을 이용하여 이루어지고 있다.¹⁰⁾ 그리고 노후저수지는 산간 등의 험지에 많이 위치하고 있어 작업여건이 열악하다. 또한 국토교통 부 표준시방서¹¹⁾를 살펴보면 작업용수는 청정수를 사용하게 되 어있으나, 노후저수지 현장에서는 상수도 및 지하수의 확보가 어려워 저수지 원수를 사용수로 이용해야 된다. 이에 본 연구에 서는 약액주입공법의 주입재로 사용되는 시멘트를 대체하는 순 환자원을 대량 활용한 지반 결합재(NGB, New Grouting Binder)와 시멘트(OPC)에 대하여, 사용수와 결합재의 조건에 따른 겔타임 변화와 호모겔 강도특성 및 환경성을 검토하였다.

2. 사용 결합재의 특성

2.1 순환자원 활용 그라우팅 결합재 및 시멘트의 특성 순환유동층 보일러 방식을 사용하는 발전소에서 발생하는 플라이 애쉬는 다량의 유리석회(Free CaO)를 함유하고 있어, 포

4) 김종선, 최용기, 박종호, 우상백, 이인모(2007), “점도변화와 폐색 현상을 고려 한 그라우트재의 침투 특성”, 한국지반공학회논문집, 제 23권, 제 4호, pp.5-13.

5) 김대현, 정두회, 정경환(2010), “쉴드 TBM 뒤채움용 무기계 가소성 그라우 트의 공학적 특성 및 현장적용성 평가”, 한국터널공학회논문집, 제 12권, 제 1호, pp.75-85.

6) 김종선, 이인모, 이문선, 최향석(2009), “점도변화와 흡착현상을 고려한 시멘트계 그라우트재의 새로운 침투 기준”, 한국지반공학회 학술발표회 논문집, pp.154-163.

7) 천병식, 정종주, 오민열(1994), “동수지반에서 주입된 물유리계 약액의 내구 성에 관한 실험적 연구, 대한토목학회 학술발표회 논문집, pp.685-688.

8) 박성용, 장석현, 임현택, 김정면, 김용성(2016), "수치해석에 의한 노후저수 지의 침투 및 동적거동", 한국농공학회논문집 제58권, 제3호, pp.81-90.

9) 한국농어촌공사 농어촌연구원(2015), “저수지 시설물의 노후현상과 보수･

보강공법 적용방안 연구(신공법중심)(Ⅱ)”, 연구보고서.

10) 배형섭, 원경식, 이영동(2018), “표면파탐사를 이용한 저수지 제체 그라우팅 보강효과 검증 연구”, 지질공학, 제28권, 제2호, pp.297-312.

11) 국토교통부(2016), “가설 흙막이 공사(KCS 21 30 00”, 국가건설기준센터.

졸란 반응을 유도할 수 있는 특징이 있다. 그러나, 다량 함유된 유리석회(Free CaO)로 인하여 국내의 산업기준인“플라이 애쉬 (KS L 5405)”¹²⁾에 제시된 물리･화학적 성능을 확보할 수 없어 재활용에 많은 어려움이 있다. 그러나 활성도가 우수한 미분말 의 고로슬래그 자극제로 사용하게 되면 알칼리 활성화 반응을 유도할 수 있으며, 지반에 사용시 시멘트(OPC)와 비교하여 동 등의 성능을 발현시킬 수 있는 것으로 보고되고 있다.¹³⁾

본 연구에 사용된 NGB(New Grouting Binder)는 이러한 점에 착안하여 순환유동층 보일러에서 발생하는 저품위 플라이애쉬 를 대량으로 재활용한 제품으로 엑스선 형광 분석(XRF, X-ray fluorescence)을 통해, OPC와 화학성분을 비교하였으며, 그 결과 를 Table 1에 나타내었다. NGB에서 이용한 고로슬래그 미분말 의 알칼리 활성화 반응 모식도를 Fig. 1에 나타내었다.

Table 1. Chemical constituents of materials

Material Chemical constituents

CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO SO3

NGB 51.80 25.50 10.40 0.72 2.22 7.75

OPC 67.10 18.50 3.76 1.96 2.38 3.84

NGB의 페이스트 압축강도시험용 시료는 W/B비 50%를 사용 하여 제작하였으며 수중양생을 실시하였다. 양생 3일 5.2MPa, 7 일 11.9 MPa, 28일 18.8MPa로 나타나, 시멘트(KS L 5201)¹⁴⁾와 비교하면 작은 압축강도를 나타내고 있다. 그러나 지반 차수의 목적으로 사용되는 결합재의 경우 별도의 강도기준이 없으며, 겔타임과 차수성능만 입증이 되면 현장에서 활용이 가능하다.¹⁵⁾

Table 2. Compressive Strength by Curing Days

Material Compressive Strength(MPa)

3days 7days 28days

NGB 5.2 11.9 18.8

OPC 12.5 over 22.5 over 42.5 over

Fig. 1. Diagram of alkali-activation¹⁶⁾

12) 한국산업규격(2016), "KS L 5405 : 플라이 애시".

13) 송상훤(2017), “고칼슘 연소재를 활용한 PHC파일 채움재의 현장적용성 평가에 관한 연구”, 전북대학교 석사학위논문

14) 한국산업규격(2017), "KS L 5201 : 포틀랜드 시멘트".

15) 국토교통부(2016), “가설공사표준시방서-시공편”, pp.282- 283.

16) 문경주, "산업폐기물을 이용한 비소성 시멘트 및 콘크리트의 특성", 전북대 학교 박사학위논문, 2004.

(3)

2.2 사용수의 특성

본 연구에서 사용한 사용수는 전북 완주군 소양면에 위치한 저수지에서 저수지 원수 및 지하수 원수를 채취하여 사용하였 고, 시험실에서 수돗물을 추가하여 총 3가지 사용수에 대하여 시험을 진행하였다.

Fig. 2. Diagram of Site location (underground water Reservoir water)¹⁷⁾

Photo 1. Under ground water Sampling

Photo 2. Reservoir water Sampling 1

17) 네이버 지도, http://map.naver.com/

Photo 3. Reservoir water Sampling 2

배합에 사용한 원수들에 대하여 수질분석을 공인기관에 의 뢰하여 분석을 실시하였으며, 시험결과(Table 3) 지하수 원수 및 수돗물의 경우, pH 및 부유물질과 주요 중금속에 대하여 안정 적인 수질을 보였으며, 저수지 원수의 경우 주요 중금속은 검출 되지 않았으나, 부유물질, ㏗ 등의 항목에서 음용수로 적합하지 않고, 농업용수 또는 공업용수로 적합한 수질로 나타났다.

Table 3. Analysis Results of Water

type pH SS CN^- Cd Zn Cu Hg As Pb Cr⁶⁺

Top Water 7.1 N.D. N.D. N.D. 0.036 0.420 N.D. N.D. N.D. N.D.

Under

ground Water 6.7 0.2 N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D.

Reservoir

water 6.5 6.4 N.D. N.D. 0.070 N.D. N.D. N.D. N.D. N.D.

3. 실내시험

3.1 겔타임(Gel-time)측정시험

NGB 및 OPC와 규산나트륨을 혼합한 그라우팅 결합재의 성 능을 확인하고, 현장적용 시 기초자료를 확보하기 위해 반응재 인 B액의 재료에 NGB와 OPC를 적용하여 겔타임(Gel-time) 측 정 시험을 수행하였다. 규산나트륨, NGB와 OPC에 대한 배합비 를 가시설표준시방서에서 제시한 배합기준을 적용하여 실시하 였다. 사용수는 수돗물, 저수지 원수, 지하수 원수를 사용하였 으며, 채취 후 12시간 이상 실험실(20℃)에 두어 수온이 20±3℃

를 유지하도록 하였다. gel-time시험은 일반적으로 겔화에 걸리 는 시간을 의미하며, 약액주입재인 A액과 B액을 혼합시키는 시 점에서 유동성을 상실할 때까지의 시간을 측정하는 것으로 시 험방법은 “컵도립법”¹⁸⁾을 이용하여 측정하였으며, A액 및 B액 의 혼합비율은 50:50으로 동일하게 적용하였고, 배합비는“가시 설공사 표준시방서(국토교통부)”에서 제시한 배합(Table 4)으로 시험을 수행하였다. 측정결과(Table 5) 사용수에 관계없이 NGB 를 사용한 경우의 겔타임이 OPC를 사용한 경우의 겔타임보다 약 2배정도 긴 것으로 나타났다. 국토교통부“가설공사표준시방 서 시공편. 제6장 가설 흙막이공, 2.8 지반 그라우팅”에 따르면 LW공법 주입재의 경우 겔타임이 60-120초가 확보되어야 한다 고 제시되어 있어, OPC 및 NGB 모두 사용한 배합수와 상관없 이 관련 기준을 모두 만족하는 것으로 나타났다.

18) 양현칠 외, “그라우팅 환경공학”, 구미서관. 2012, pp.117- 118.

(4)

Table 4. Mixing ratio of materials

Liquid A Liquid B

Sodium silicate (mL)

Water (mL)

Binder (OPC or NGB, g)

Water (mL)

315 185 250 428

Photo 4. Gel-time test-1

Photo 5. Gel-time test(NGB)-2

Table 5. Gel-time test result

Type Gel-time(sec)

OPC NGB

Top water 62 117

Reservoir water 64 110

Underground water 66 114

avg. 64 114

top water Reservoir water Underground water 0

30 60 90 120 150

gel time (sec)

water type

OPC NGB criterion range of Specification

Fig. 3. Test result for gel-time

3.2 호모겔(Homo-gel) 압축강도 시험

호모겔 압축강도 시험시료의 배합비는 겔타임시험과 동일한 배합(Table 4)으로 하였으며, 호모겔 압축강도 시험시료의 제작 과정은 동일한 조건에서 각각의 호모겔 시료(5㎝×5㎝×5㎝)를 Table 6과 같이 제작하고, 제작한 시료는 몰드와 같이 수중양생 을 실시하였다. 그리고, 양생 일자별로 탈형 후 KS F 2405 : 2010¹⁹⁾ 시험규준을 준용하여 CBR시험기를 이용하여 사용수별 호모겔압축강도를 측정하였다.

측정된 응력-변형율 곡선을 Fig 4∼15에 나타내었다.

19) 한국산업규격, "KS F 2405 : 콘크리트의 압축강도 시험방법", 2010.

Table 6. Making specimen of Homo-gel Strength

➀ Preparation Mold ➁ Preparation of Colloid silica & High molar ratio sodium silicate

➂ Making of Liquid A & B ➃ Mensuration of Liquid A & B

➄ Mixing of Liquid A & B ➅ Making Homo-gel specimen ➆ Finish of specimen ➇ Curing in water

(5)

0 1 2 3 4 5 6 0.0

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

OPC1 OPC2 OPC3

Compresive strength (MPa)

Strain (%)

E₅₀=12.4MPa E₅₀=11.8MPa E₅₀=13.5MPa

0 1 2 3 4 5 6

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

NGB-1 NGB-2 NGB-3

Strain (%) E₅₀=47.9MPa

E₅₀=38.4MPa E₅₀=37.6MPa

Fig. 4. homo-gel strength result(3days, OPC, top water) Fig. 5. homo-gel strength result(3days, NGB, top water)

0 1 2 3 4 5 6

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

OPC4 OPC5 OPC6

Strain (%)

E₅₀=14.2MPa E₅₀=18.4MPa E₅₀=18.4MPa

0 1 2 3 4 5 6

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

E₅₀=21.84MPa E₅₀=29.03MPa

NGB-4 NGB-5 NGB-6

Fig. 6. homo-gel strength result(3days, OPC, Reservoir water) Fig. 7. homo-gel strength result(3days, NGB, Reservoir water) Table 7. Homo-gel Strength result of Curing days

Type

Homo-gel Strength(MPa)

OPC NGB

3days E50 7days E50 3days E50 7days E50

Top water

1 0.188 11.8 1.249 94.0 0.671 38.4 3.634 199.5

2 0.209 12.4 1.101 74.2 0.648 47.9 3.494 213.7

3 0.213 13.5 1.131 95.6 0.648 37.6 2.883 184.9

avg. 0.203 12.6 1.160 88.0 0.656 41.3 3.337 199.4

Reservoir water

4 0.235 18.4 0.912 73.4 0.446 29.0 2.849 197.5

5 0.222 14.2 1.127 107.5 0.464 30.5 2.099 122.0

6 0.243 18.4 1.201 104.8 0.433 21.8 3.071 185.6

avg. 0.233 17.0 1.080 95.2 0.448 27.1 2.673 168.4

Under ground water

7 0.216 12.7 0.735 75.0 0.680 53.3 3.434 217.9

8 0.192 13.3 0.537 53.1 0.629 49.3 3.471 196.6

9 0.175 14.5 0.594 30.6 0.712 47.5 3.089 184.1

avg. 0.194 13.5 0.622 52.9 0.674 50.0 3.331 199.5

(6)

0 1 2 3 4 5 6 0.0

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

OPC7 OPC8 OPC9

Strain (%)

E₅₀=13.3MPa E₅₀=12.7MPa E₅₀=14.5MPa

0 1 2 3 4 5 6

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

NGB-7 NGB-8 NGB-9

Strain (%) E₅₀=49.3MPa E₅₀=53.3MPa

E₅₀=47.5MPa

Fig. 8. homo-gel strength result(3days, OPC, Under ground water) Fig. 9. homo-gel strength result(3days, NGB, Under ground water)

0 1 2 3 4 5 6

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

OPC1 OPC2 OPC3

E₅₀=94.0MPa E₅₀=95.6MPa

0 1 2 3 4 5 6

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

NGB-1 NGB-2 NGB-3

E₅₀=184.9MPa E₅₀=213.7MPa

Fig. 10. homo-gel strength result(7days, OPC, top water) Fig. 11. homo-gel strength result(7days, NGB, top water)

0 1 2 3 4 5 6

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

OPC4 OPC5 OPC6

E₅₀=73.4MPa E₅₀=104.8MPa

0 1 2 3 4 5 6

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

NGB-4 NGB-5 NGB-6

E₅₀=122.0MPa E₅₀=197.5MPa

Fig. 12. homo-gel strength result(7days, OPC, Reservoir water) Fig. 13. homo-gel strength result(7days, NGB, Reservoir water)

(7)

시험결과 NGB를 적용한 시료의 압축강도가 동일한 사용수 를 적용한 OPC에 비해 약 2∼5배까지 호모겔 압축강도가 큰 것 으로 나타났다. 또한 OPC의 경우 지하수를 사용수로 이용한 호 모겔 시료가 다른 사용수를 사용한 것보다 호모겔 강도가 작게 나타났으며, 이는 호모겔 강도 제작시 지하수 원수의 온도가 다 른 사용수에 비해 낮아 강도발현이 작은 것으로 추측된다.

NGB의 경우 다량 함유된 유리석회(Free CaO)의 수화반응으 로 인해 온도에 대한 영향은 크게 받지 않은 것으로 판단되며, 다만 슬래그의 알칼리 활성화 반응을 이용한 결합재로 사용수 의 ㏗에 민감하게 반응하는 것으로 판단된다.

재료의 특성중 변형계수(E50)는 중요한 지반특성값으로 설계 및 안정성 검토시 반드시 필요한 자료이다. 이에 NGB와 OPC 호모겔 시료에 대하여 변형계수를 측정한 결과 OPC 3일 양생시 료의 경우 12.6-17.0MPa, 7일 양생시료의 경우 52.9-95.2MPa로 나타났으며, NGB 3일 양생시료의 경우 27.1-50.0MPa, 7일 양생시 료의 경우 168.4- 199.5MPa로 나타나, 3일 양생에서 OPC시료에 비해 NGB시료의 변형계수가 1.6-3.7배, 7일 양생에서 OPC시료에 비해 NGB시료의 변형계수가 1.8-3.8배 큰 변형계수로 나타났다.

호목겔의 양생일별 압축강도와 변형계수를 측정한 결과 일 반적인 LW공법에서 NGB를 적용하면, 보강지반의 강도 및 내 구성의 증대가 OPC보다 내구성과 강도가 크게 개선될 것으로 판단된다.

4. 토양오염공정시험

NGB 및 OPC와 규산나트륨을 혼합한 호모겔시료에 대하여 압축강도 시험후 각 배합수별로 토양오염공정시험을 진행하였 다. 진행한 결과(Table 8)를 사용재료에 따라 비교하여보면, 개 발 NGB를 이용한 시료의 경우 우려기준 1지역의 기준을 배합 수에 관계없이 모두 만족하는 것으로 나타났으며, OPC의 경우 불소(F)항목에서 우려기준 1지역에 만족하지 못하며, 3지역 기 준도 초과하는 것으로 나타났다. 또한 납과 Cr⁶⁺의 경우 개발 NGB의 경우 사용 배합수에 관계없이 모두 검출되지 않았으나, OPC의 경우 기준치에 미달하지만 검출되어 추후 용출에 대한 검토가 필요할 것으로 판단된다. 토양오염공정시험 결과 배합 수에 대한 중금속 함량의 변화는 미비한 것으로 판단된다.

0 1 2 3 4 5 6

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

OPC7 OPC8 OPC9

Strain (%)

E₅₀=53.1MPa E₅₀=75.0MPa

E₅₀=30.6MPa

0 1 2 3 4 5 6

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

NGB-7 NGB-8 NGB-9

Strain (%) E₅₀=196.6MPa E₅₀=217.9MPa

E₅₀=184.1MPa

Fig. 14. homo-gel strength result(7days, OPC, Under ground water) Fig. 15. homo-gel strength result(7days, NGB, Under ground water)

Top Reservoir Under ground

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

Compresive strength(MPa)

Water type

OPC 3days OPC 7days

4 6 8 10

pH

Top Reservoir Under ground

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

Compresive strength(MPa)

Water type

NGB 3days NGB 7days

4 6 8 10

pH

Fig. 16. Compare result of homo-gel strength(OPC) Fig. 17. Compare result of homo-gel strength(NGB)

(8)

5. 결 론

본 연구에서 순환유동층 보일러 플라이 애시를 고로슬래그 의 알칼리 활성화 자극제로 활용한 그라우팅 결합재(New Grouting Binder, NGB)와 1종 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)에 대 하여, 배합 사용수에 따른 호모겔 타임 및 양생일별 호모겔 강 도를 표준시방서에서 제시한 배합비로 제작하여 비교분석 하였 으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.

(1) NGB와 OPC에 대하여 사용수별 겔타임을 측정한 결과 사 용수에 따른 겔타임의 변화는 미미한 것으로 나타났으며, NGB가 OPC에 비해 약 2배정도 겔타임이 긴 것으로 나타났다. 그러나, 국토교통부“가설공사표준시방서”에서 제시한 겔타임에 만족하 는 값을 나타내고 있어 현장에 적용이 가능할 것으로 판단된다.

(2) 호모겔 강도시험결과 NGB 적용 호모겔 강도가 OPC적용 호모겔 강도보다 약 2∼5배 정도 압축강도가 큰 것으로 나타나, 일반적인 약액주입공법(LW공법)에 NGB를 사용하면 강도와 내 구성이 증진될 것으로 판단된다.

(3) 사용수에 따른 호모겔 압축강도 발현은 OPC의 경우 지하 수원수를 적용한 호모겔 압축강도가 가장 낮은 압축강도를 나 타내어, 사용수 온도에 대해 민감한 것으로 판단되며, NGB의 경우 Free CaO가 다량 함유되어 있어 사용수 온도변화에 대하 여 OPC 대비 우수한 성질을 보이는 것으로 나타났다.

(4) NGB의 경우 저수지 원수를 사용수로 적용 시 강도발현 이 다른 사용수에 비해 작게 측정되었다. 그 이유는 고로슬래그 의 알칼리 활성화반응을 이용한 결합재로 사용수의 ㏗에 민감 하게 반응하는 것으로 판단된다. 그러나, OPC 저수지원수 적용 호모겔 압축강도(7일기준)보다 약 2.5배정도 큰 값을 보여 현장 에서 수질에 대한 영향은 미미하여, 현장적용에 무리가 없을 것 으로 판단된다.

(5) 배합수로 지하수원수, 저수지 원수, 수돗물을 사용한 NGB 와 OPC의 호모겔시료에 대하여, 토양오염공정시험을 진행한 결 과 NGB를 적용한 시료의 경우 우려기준 1지역을 만족하는 것으 로 나타났으나, OPC를 적용한 시료의 경우 불소(F)의 함량이 높 아 관련기준을 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 이는 재료에 포함된 중금속의 총량으로 추후 용출시험을 실시하여 비교분석 을 추가로 실시할 계획이다.

본 연구의 결과는 약액주입공법에 사용하는 OPC를 대체하 는 순환자원을 활용한 환경 친화적 결합재에 대한 실내시험결

과로 반드시 현장에서 현장 적용성 및 성능검증 등의 현장 적용 시험이 추가적으로 필요한 것으로 판단된다.

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item Criteria of Concern 1area

Criteria of Concern 2area

Criteria of Concern 3area

NGB (Top water)

NGB (Reservoir water)

NGB (Underground water)

OPC (Top water)

OPC (Reservoir water)

OPC (Underground water)

Cd 4 10 60 0.25 0.13 N.D 1.12 1.36 1.20

Cu 150 500 2000 3.1 1.6 2.7 27.4 36.6 29.6

As 25 50 200 N.D N.D N.D N.D 2.49 N.D

Hg 4 10 20 0.03 0.01 0.01 N.D 0.01 0.01

Pb 200 400 700 N.D N.D N.D 17.6 20.2 15.1

Cr⁶⁺ 5 15 40 N.D N.D N.D 3.5 4.3 3.9

Zn 300 600 2000 6.2 3.0 5.0 277.8 339.5 285.9

Ni 100 200 500 48.2 37.3 38.5 24.1 29.8 25.5

F 400 400 800 299 385 343 1,076 1,435 1,253

접 수 일 자 게재확정일자 : :

2019. 10. 10 2019. 11. 07