무기질계 보강재료의 친환경성 및 내구성 = Environmentally friendly characteristics and durability of inorganic reinforcement materials

국문 초록 (Abstract)

무기질계 재료는 물과 반응하는 즉시 에트린자이트를 형성하여 토질 간극에서 흙 입자들을 가교상으로 연결하고, 공극을 칼슘실리케이트 수화물로 충전하여 고결체의 강도를 증가키는 특성이 있다. 최근에는 무기질계 재료를 활용하는 공법이 개발되어 실용화 단계에 있다. 그러나, 단가가 물유리에 비해 고가이므로 원가절감을 우선시 하는 건설공사 현장에서의 수요가 크지 않은 실정이다. 또한, 무기질계 지반주입재에 관한 연구가 단순 물성시험과 관련된 연구만이 진행되어 왔으며, 물유리계 재료와 무기질계 재료의 장기강도 특성 및 내화학성, 친환경성에 관한 비교연구는 시험준비 및 시험방법 등에 따른 곤란성으로 인해 상대적으로 많은 연구가 이루어지지 않았다. 따라서, 객관적 시험 데이터가 부족하여 무기질계 재료와 같이 기존재료에 비해 진화된 재료가 설계에 반영되지 못하고 있다.
따라서, 본 연구에서는 물유리계 보강재와 무기질계 보강재에 대한 친환경성 및 내구성을 분석하기 위하여 일축압축시험, 휨강도시험, 내구성시험, SEM촬영, 수중불분리시험, 어독성시험, 용출시험, 화학성분분석 등을 실시하였다.
지반주입재의 실내시험결과, SGR재료(SGR공법에 사용되는 물유리계 재료)의 일축압축강도는 재령일이 경과 할수록 감소하는 것에 비해 MIS재료(MIS공법에 사용되는 무기질계 재료)는 지속적인 증가경향을 보였으며, 내화학성시험결과 MIS 재료는 SGR 재료보다 염화물 및 황산염 수용액에 침적시킨 경우 수축량이 약 12∼27배 정도 적게 발생되는 것으로 나타났다. 환경영향성평가 결과 SGR 재료에 비해 MIS재료의 pH가 중성에 가까운 친환경성을 나타내었고, 용출시험 결과 SGR 재료에 비해 MIS 재료에서 중금속 성분이 적게 검출되었으며, 이 결과는 환경영향성 평가 결과와 같이 친환경적임을 알 수 있었다.
숏크리트재의 실내시험결과 일축압축강도는 무기염계와 무기질계 숏크리트 모두 국내기준인 재령 1일 강도 10MPa을 상회하였다. 무기질계 재료의 강도는 무기염계 재료보다 재령 3시간 및 28일 강도가 약 1.3~2배 가량 크게 발현됨을 알 수 있었다. 휨강도 측정 결과, 무기질계 숏크리트재료의 재령 28일 평균휨강도는 무기염계 재료에 비해 약 1.5배 크게 나타났다. 어독성시험 및 현탁액 용출시험 결과 무기염계 숏크리트재료에 비해 무기질계 숏크리트재료가 중성에 가까운 친환경성을 나타내었다.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• 요 지 i
• 목 차 iv
• 표 목 차 vi
• 그림목차 viii
• 기호설명 xi
• 용어설명 xii
• 1. 서 론 1
• 1.1 연구배경 및 필요성 1
• 1.2 연구동향 4
• 1.2.1 지반주입재의 연구동향 4
• 1.2.2 숏크리트재의 연구동향 7
• 1.3 연구내용 및 방법 10
• 2. 이론적 배경 12
• 2.1 강도발현 매카니즘 12
• 2.1.1 시멘트 그라우팅의 강도열화기구 12
• 2.1.2 물유리계 약액의 겔화원리 17
• 2.1.3 시멘트광물계 무기질계 지반주입재료의 특성 22
• 2.1.4 시멘트광물계 무기질계 숏크리트재의 특성 30
• 2.2 지반주입 및 숏크리트 시공 방법 37
• 2.2.1 지반주입 시공 방법 37
• 2.2.2 숏크리트 시공방법 45
• 3. 시험방법 48
• 3.1 시료의 준비 48
• 3.2 배합비 산정 54
• 3.3 시험방법 56
• 3.3.1 강도시험 56
• 3.3.2 삼축투수시험 57
• 3.3.3 SEM 촬영 58
• 3.3.4 용출시험 60
• 3.3.5 수중불분리시험 60
• 3.3.6 내화학성시험 61 3.3.7 환경영향성평가 64
• 4. 시험결과 67
• 4.1 지반주입 용도로서 무기질계재료의 공학적 특성 67
• 4.1.1 일축압축강도시험 결과 및 분석 67
• 4.1.2 삼축투수시험 결과 및 분석 69
• 4.1.3 환경영향성평가 결과 및 분석 71
• 4.1.4 내화학성시험 결과 및 분석 74
• 4.1.5 SEM 촬영 결과 및 분석 83
• 4.1.6 용출시험 결과 및 분석 85
• 4.2 숏크리트 용도로서 무기질계재료의 공학적 특성 87
• 4.2.1 일축압축강도시험 결과 및 분석 87
• 4.2.2 휨강도시험 결과 및 분석 90
• 4.2.3 수중불분리, pH 시험 결과 및 분석 93
• 4.2.4 환경영향성평가 결과 및 분석 95
• 5. 분석 및 고찰 98
• 5.1 무기질계 지반주입재의 내구성 및 친환경성 98
• 5.1.1 내구성 평가 98
• 5.1.2 친환경성 평가 102
• 5.2 무기질계 숏크리트재료의 내구성 및 친환경성 108
• 5.2.1 내구성 평가 108
• 5.2.2 친환경성 평가 110
• 6. 결 론 112
• 참고 문헌 115
• Abstract 119
• 감사의 글 122