그라우팅의 물 시멘트비 주입량 측정과 기록

물:시멘트 비

시멘트량에 대한 물량의 비를 물:시멘트 비라고 합니다.

물:시멘트 표시는 용적비와 중량비 두 가지입니다.

콘크리트 공사에서는 중량비를 사용하는 것이 일반적이나 그라우팅 공사에서는 두 가지가 모두 쓰이고 있습니다.

중량비와 용적비를 살펴보겠습니다

중량비

저울을 현장에 비치하여 매 배치당 시멘트의 무게를 측정하고 유량계로 물의 양을 계량할 수 있는 현장에서는 중량비가 유용할 수 있습니다.

아래는 물시멘트비를 중량비로 나타낸 것입니다

시멘트 비중 = 3.15                                 (1㎥기준)
배합비(w/c)	물(L)	시멘트(kg)
10%	239.5	2395.0
20%	386.5	1392.5
40%	557.5	1393.8
45%	586.3	1302.9
50%	6117.7	1223.4
68%	681.7	1002.5
72%	694.0	963.9
100%	759.0	759.0

중량비 기준 물시멘트비(1%~100%) 다운

물시멘트비.xlsx

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기준은 1㎥ 이나 현장에서는 대부분 200L짜리 믹서를 사용합니다

더불어 벌크시멘트가 아닌 포시멘트를 사용하는 현장이 많습니다

(※ 주의 - 시방서에 명시가 되어있거나 고압그라우팅등(J.S.P등)은 주입량이 많기 때문에 1㎥ 기준으로 계량이 가능합니다)

따라서 현장 믹서기에 0.2㎥(200L)기준의 1batch 에 해당하는 물과 시멘트양을 A4용지로 붙여 놓는것이 좋습니다

200L 계량방법은 시멘트 5포대를 기준으로 물을 먼저 믹서기에 채운후 믹서기 프로펠러등에 표시를 해 놓습니다

물의 양을 검수 받은후 시멘트 5포대를 섞고 품질시험을 해주시면 됩니다

 

용적비

다음은 용적비를 기준으로 설명하고자 합니다.

물:시멘트비는 2:1, 1:1, 0.8:1, 0.5:1 등으로 표시하며 때로는 콘크리트 시방처럼 1을 빼고 w/c비 2, 1, 0.8, 0.5로 표현하기도 합니다.

양회(시멘트 포대)를 믹서에 투입할 때는 포단위로 집어넣고 이에 맞추어 물의 양을 수량계로 계량하여 넣으면 됩니다.

양회를 투입할 때 1/2포, 1/3포대를 정확히 집어넣을 수 없기 때문입니다.

 

물론 40kg 단위의 양회를 포단위로 믹서에 집어 넣고 이에 맞추어 물을 중량개념으로 집어넣는 중량비 방법이 불가능하지는 않습니다.

하지만 용적비에 비하면 매우 불편합니다.

용적비 시멘트 1포의 용적은 시멘트 자체의 절대용적이 아니라 흐트러진 상태의 용적이며 흐트러진 상태의 용적에는 공기가 포함되어 있습니다.

 

시멘트의 비중은 3.15정도이므로 시멘트 1포 40kg의 절대용적은 40/3.15=12.7L입니다.

다짐의 상태에 따라 다르나 흐트러진 상태의 환산계수는 대개 2.1이므로 실제의 흐트러진 상태의 용적은 12.7 ×2.1≒27L입니다.(양회 1㎥=1500kg=37.5대 ∴ 양회 1대≒27L)

 

용적비와 중량비 환산

 

중량비 배합비

물:시멘트	100L 믹서		200L 믹서
	물(kg)	시멘트(포)	물(kg)	시멘트(포)
10:1	10	0.25	20	0.5
10:2	19	0.47	38	0.95
10:3	27	0.68	35	1.38
10:5	43.5	1.08	87	2.18
10:6	50.5	1.26	101	2.53
10:8	63.7	1.59	127.5	3.18
10:9	70.7	1.74	140	3.5
10:10	75.8	1.90	151.6	3.79

200L 믹서에 시멘트 20kg(0.5대)을 넣고 물을 채우면 시멘트 20kg의 절대용적은 6.3L(12.7 L×20/40)가 되며 나머지 193.7L는 물이 차지하게 됩니다.

그러므로 물 193.7L(kg):시멘트 20kg = 9.68:1≒10.1이 됩니다.

그리고 시멘트 127.5kg(3.18대)을 넣으면 절대용적은 40.48L(12.7 L×127.5/40)가 되고 나머지 159.52L는 물이 차지하게 되므로 물 159.52L(kg):시멘트 127.5kg=1.25:1(=10:8)이 됩니다.

 

용적비 배합비

기본이 되는 물:시멘트비는 5:1,4:1,3:1,2:1,1:1,0.8:1,0.6:1,0.5:1이며 주입재 농도는 이의 순서에 따라 변환시키면 점성이 서서히 증가하여 주입에 무리가 없습니다.

즉 3:1로 주입하다가 2:1을 뛰어넘어 1:1로 주입농도를 바꾸면 주입호스등이 막힐 가능성이 큽니다.

200L짜리 믹서를 사용할 때의 물:시멘트비 별로 투입하는 주입재료의 양은 다음과 같습니다.

 

용적배합비별 주입재량(200L 믹서사용)

 

이때 만들어진 주입재에는 물이 시멘트 입자의 공극을 채우게 되므로 시멘트 절대용적인 대당 127L가 되므로 주입재의 양은 위의 표와 같아집니다.

 

주입량 측정 및 기록

주입량의 측정은 단계별, 공별로 주입된 양을 측정하는 데 있을 뿐 아니라 만들어진 주입재를 더 부배합으로 하거나 빈배합으로 할 때도 필요합니다.

또한 어느 곳이 주입이 잘 되었는지, 재보강이 필요한지를 평가하는데 결정적으로 중요합니다.

 

단순하게 공별로 주입된 시멘트 대수만을 기록하는 것보다 교반기에 설치한 계심장치로 측정하거나, 주입량측정기를 이용하여 정해진 시간 예를 들면 15분마다 주입량을 측정하는 것이 좋습니다.

주입량 측정자료를 정리하는 데는 여러 가지 방법이 있으나 적어도 다음과 같은 내용이 기재되어야 합니다.

1. 주입시간(시작, 종료)

2. 물 : 시멘트비

3. 믹서에 있는 주입재량(시작, 종료)과 주입량, 버리는 량, 누출된 양

4. 주입압력

5. 시멘트양(대수 또는 kg)

6. 주입 전의 수압시험자료

7. 누출, 암반변위 여부

8. m당 시멘트 주입량(kg 또는 L)

 

주입재 품질관리(점성)

물: 시멘트비가 부배합 상태인 주입재를 양동이에서 쏟아부어보면 잘 흘러나오지 않습니다.

반대로 물을 부어보면 잘 흘러나갑니다.

이는 주입재에 있는 시멘트 입자 때문에 흐름에 내부저항(internal resistance)이 있기 때문입니다.

 

주입재의 점성을 "어느 물질의 내부적 유체저항으로 인해 흐름의 경향을 방해하는 성질"로 보면 됩니다.

물도 점성이 있으나 주입재에 비하여 대단히 적습니다.

주입재의 점성은 이에 포함된 시멘트량에 따라 많은 차이가 있는데 시멘트 입자는 설명하기가 대단히 어려운 물리화학적 적용 즉 입자간의 정전기적 흡인과 반발 그리고 구조적인 상호연결성으로 인해 점섬이 형성됩니다.

 

점성은 주입재료의 혼합방법, 주입재료의 분말도, 분산제의 사용, 첨가제의 사용 여부에 따라서도 변합니다. 점성은 모래층 등 미고결지층에 약액을 주입할 때는 주입성에 결정적인 요인으로 작용하나 암반에서는 균열에 시멘트 알갱이가 침투할 때 작용하는 여러 요인중 하나에 불과합니다.

 

점섬은 지층의 공극이나 절리에 주입재가 침투하는데 영향을 미치며 대상지층에 사용하고자 하는 주입재료의 적정성 선정과 주입 영향 반경 결정에 주요 요인으로 작용합니다.

작업성에도 영향을 미치는데 일반적인 주입펌프로 점성이 800~1000cP 정도이면 작업에 무리가 없습니다.

점성은 믹서에서 혼합이 되고 난 후부터 증가하기 시작하며 온도에 의해서도 변합니다.

물의 경우에는 온도가 높아질수록 점성이 낮아지나 시멘트 현탁액이나 규산염질 주입재는 온도가 높아질수록 증가합니다.

그러나 실제 현장적용에는 이 정도의 변화정도는 4배의 압력이 작용되어야 한다고 합니다

 

실제 높은 점섬의 주입재는 개구상으로 틈새가 큰 파쇄대에서 주입재의 확산거리를 줄이고 주입공에서 떨어진 틈새에서는 압력의 감소현상이 생겨 수압파쇄현상이나 지표의 들어올림 현상을 줄일 수 있습니다

 

더많은 주입재의 품질관리를 알고 싶으시면 하단의 글을 참고하시면 되겠습니다

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