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ET&G공법(친환경 무기질계 공법)
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공법개요

Effective Total & Grouting 이란?

Effective Total & Grouting은 저압 분사주입 (ET강관)과 저압 침투주입 (이중관 ROD)을 주입방식으로 주입재료는 친환경적인 무기질계 지반주입재 를 사용하여 대상지반 및 공사 목적에 맞는 주입 방법을 선택할 수 있는 신기술,신공법으로 현재 건설현장에서 통용되고 있는 기존 약액계 주입공법의 공법의 한계를 극복하여 다양한 지층이나 현장의 조건에 따라 안전성, 경제성, 내구성, 환경성, 시공성 등을 요구하는 국내외 건설현장의 차수효과 및 지반보강을 동시에 충족시킬 수 있는 신개념의 맞춤형 주입공법이다.

무기질계 지반 주입재

지반 주입재의 반응 메커니즘

ETS (광물질급결재)는 시멘트 계통의 재료와 혼합하게 되면 주성분인 칼슘알루미네이트(calcium Alu minate)가 물과 반응하여 각종 칼슘알루미네이트 수화물을 생성한다. 특히 이때 SO3가 존재할 때에는 칼슘설포알루미네이트계 수화물인 에트링자이트 또는 모노설페이트(Monosu lfate, 3CaOAl 2O3•CaSO4•12H2O)를 생성시킨다. 시멘트의 주요 광물상인 알라이트(Alite, 3CaO•SiO2)와 물과의 반응은 복잡하지만 최종적 으로는 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 칼슘 실리케이트 수화물(Calcium Silicate Hydrate,C-S-H)이 된다. 시멘트계 급결 주입재는 초기에 아래 사진과 같은 침상형의 에트링자이트(Ettringite, 3CaO.Al2O3 .3CaSO4.32H2O)를 형성하여 흙입자들을 가교상으로 연결하고, 이후에 칼슘실리케이트 수화물이 공극을 채워 고결체의 강도를 증진시킨다. 에트링 자이트는 팽창성이 있고, 에트링자이트중의 SO42- 이온이 Cr2O3 이온과 같은 중금속 이온과 치환 가능하다는 것, 특히 에트링자이트의 화학 조성식(3CaOAl2O3•3CaSO4•32H2O) 에서 볼 수 있는 바와 같이 다량의 물(1분자당 32mole)을 결정수로 고정시킬 수 있다는 것은 잘 알려진 사실이다. 이렇게 자유롭게 이동 가능한 물을 고정하는 역할을 하는 에트링자이트 결정 상호간의 결합에 의해 지반 주입재는 급속히 고화되어 조기에 강도를 발현하게 된다. 이와 같은 급경성 성분의 수화에 이어서 알라이트가 활발히 수화하여 생성된 칼슘 실리케이트 수화물은 경화 페이스트의 공극을 충전하여 경화 페이스트는 한층 치밀하고 단단한 구조를 가지게 된다.

지반 주입재의 반응 메커니즘

각 수화물을 관찰한 결과, 위 사진에서 알 수 있는 바와 같이, 물유리계 수화물은 매우 느슨한 조직을 형성하고 있으며 공극의 크기가 매우 크고 공극율이 높지만, 무기질계 지반 주입재로 제작한 시편의 수화물은 전체 조직이 치밀하여 공극이 거의 관찰되지 않는 이상적인 경화체 조직을 형성하고 있어 차수 성능 및 내구성 그리고 강도 특성 등에서도 우수할 것으로 사료된다. 또한 반응메카니즘에 의해 생성되는 에트링자이트의 생성시기 조절을 통해 주입재의 겔타임(수초~수십초)을 조절하고 초기 강도를 발현시키며 칼슘 실리케이트 수화물(C-S-H)에 의해 장기강도가 발현된다.

대상지반에 따른 주입재의 침투한계

지반 주입재의 고강도 발현

물유리계 지반주입재는 물유리 자체가 풀효과(gluing effect)에 의해 시멘트와 반응하여 겔을 형성하여 시멘트 입자를 물유리가 피복하여 장기적으로 시멘트의 수화반응을 방해하고 강도를 저하시키고 시간이 경과할수록 물유리경화체는 물에 서서히 용해되어 주입재의 체적이 감소하여 용탈현상 및 겔을 형성하는 연결고리가 끊어져 내구성의 저하를 일으킨다.
무기질계 지반주입재는 시멘트계 광물로서 시멘트와 반응시에 Ca(OH)2 및 CaSO4 와 공존 함으로서 다량의 에트링자이트 (3CaOAl2O3•3CaSO4•32H2O) 에의해 수화반응에 의한 침상결정이 생성되어 초기강도의 발현이 우수하며 시멘트의 수화반응을 방해하지 않기때문에 시간이 경과할수록 시멘트 응결과 경화에 의해 지반주입재의 조직이 더욱 치밀화되어 강도가 상승되는 우수한 장기강도의 특성을 나타낸다.

지반 주입재가 바닷물에 대한 저항성

물유리계 지반주입재는 시멘트의 수화생성물인 Ca(OH)2와 반응하여 C-S-H 겔을 형성하는 풀효과에 의해 겔을 형성하지만 바닷물을 사용하거나 바닷물이 있는곳에서는 바닷물의 성분중 NaCl및 MgCl2 등의 염화물이 시멘트의 수화생성물인 Ca(OH)2 와 먼저 반응하여 CaCl2를 형성하여 C-S-H 겔의 형성을 방해한다.
무기질계 지반주입재는 ETS(광물질 급결재) A액과 ETM(고분말 시멘트)의 B액이 반응만으로도 에트링자이트 (3CaOAl2O3•3CaSO4•32H2O)를 생성하여 자체로 겔을 형성함으로 바닷물 성분중 염화물의 영향은 거의없다.

지반 주입재의 6가 크롬 문제성

국내에서는 아직 6가 크롬에 대해서는 크게 문제시 되지않고 있으나 적용하는 법규에 따라 규제기준이 약간씩 차이가 있다. 환경정책 기본법에서는 수질환경기준에 따라 6가 크롬의 양을 0.05mg/리터 이하가 되도록 규제하고 있으며, 폐기물 관리법에서는 1.5mg/리터로 정하고 있다. 또한, 토양 환경보전법에서는 지역의 특성에 따라 4㎎/㎏~30 ㎎/㎏ 정도로 정하고 있으며 수질 환경보전법에서는 0.5mg/리터를 정하고 있다.
무기질계 지반주입재 사용공법의 경우는 지반주입재가 수화반응을 통해 에트링자이트가 형성되면서 겔형성이 이루어지는데, 이때 다량으로 생성되는 에트링자이트가 6가 크롬을 고정화시키는 역할을 하기에 용출되는 6가 크롬량이 매우 적은 것에 기인한 것으로 사료된다.

ET&G 공법의 친 환경성

무기질계 지반주입재는 사용량의 조절을 통해 겔타임을 초급결부터 완결까지 조절할 수가 있으며, 시간이 경과할 수록 경화체의 조직이 점차로 치밀해지고 강도가 증가하는 특성을 가지고 있다. 또한, 물유리계 주입재와는 달리 시멘트의 수화반응에 의해 생성된 강 알카리성의 수산화칼슘이 소모되어 pH값이 10 이하로 낮아 알카리 용출이 거의 없어 식생에 영향이 매우 적으며, 자체 수화반응에 의해 생성된 에트링자이트 수화물이 최근 사회적으로 문제가 되고 있는 6가 크롬을 고정하여 6가 크롬의 용출이 거의 없어 환경친화형 지반 주입재라 할 수 있다.

ET&G(무기질계)공법의 표준 배합비

1) 표준배합비

(400ℓ 기준)

* 상기와 같이 표준배합을 실시하나 현장여건에 따라 배합비를 조정할 수 있다.

2) ㎥당 배합비

(1,000ℓ 기준)

* ETA와 ETM은 제품의 따라 ETM으로 혼합되어 제품생산(ETM = 275 kg)

3) 겔타임
구분 초급결 급결 종결 완결
시간 (sec) 3 ~ 7 7 ~ 12 20 ~ 40 60 ~ 120

시료양생에 의한 체적 감소율 비교

무기질계 지반주입재(ET&G공법)와 물유리계 지반주입재(S.G.R공법)를 사용하여 제작한 각각의 시편을 관찰하기 위하여 각각의 시료에 대하여 사진에 나타내었다.

공법특성

ET강관 및 이중관 ROD 다양한 공사목적에 따라 맞춤형 주입 방식

ET강관 분사 밸브 장착으로 분사 효과및 역류 방지 .

2.0 Shot식의 ET-PACKER 사용으로 겔타임 조절(초급결,급결,중결,완결)

친환경적인 무기질계 지반주입재 사용(ETM3000,ETM6000, ETM8000)

대상지반 및 목적에 따라 주입 방법 및 주입 범위.주입 압력 조절 가능

교각기초, 건물의기초, 공동구의 지하공간,침하된 구조물 복원,터널 차수 보강공 사면보강 등의 다양한 시공조건 다양화

주입장비의 소형, 첨단화로 협소공간 작업 용이 및 품질관리 용이

계획적인 제품 제작(공장생산)과 규격화로 인하여 경제적인 효과 달성

적용대상

차 수 공 : 흙막이, 지하철, 통신구, 전력구, 차집관로, 제방, 댐, 해안가 등

지반보강공 : 연약지반, 침하로 인한 기초보강, 기존 구조물 증축시 지내력 보강 등

터널차수보강공 : 갱구부, 막장, 터널상부 및 저토피 지반보강, 지하수다량 유출시

건물복원공 : 침하된 건물 및 구조물 복원 시

하천복원공 : 갈수기 수위확보, 수중보, 하상 수질 관리 등

환경생태공 : 해안가, 댐, 저수지 등의 차수 보강시 환경문제 해소 등

주입방식

저압 분사 주입 방식 : 2.0 Shot의 ET 강관 방식

저압 침투 주입 방식 : 2.0 Shot의 이중관 ROD 방식

- ET&G공법 시공 순서도 -

터널 차수 보강 방식 : 2.0 Shot의 ET강관 방식의 터널 동시 차수보강 방식

- 터널 동시 차수보강 그라우팅 상세도 -

저압 분사 주입 (ET강관 방식)

저압 침투 주입(이중관 방식)

시공 사례