그라우팅 주입재의 내구성과 강도를 알아보자

주입재의 내구성과 강도

주입재의 내구성이 영원히 유지되느냐 하는 문제는 얼마나 그라우팅을 잘하였느냐에 달려있습니다.

불량하게 그라우팅을 하였다면 침투수에 의해 용탈 되거나 화학적으로 약화됩니다.

때로는 주입재의 주변부의 약한 물질의 침식으로 약화됩니다.

 

시공 이후 문제가 발생한 경우 이의 원인은 빈배합의 주입재 사용, 주입재료의 불량한 혼합과 부적절한 주입기술 등이라고 판단됩니다.

침투수가 계속적으로 지수벽에 작용될때 그라우팅이 부실하게 되면 쉽게 약화됩니다.

그러나 이를 정확하게 모니터링하기가 대단히 까다로우며 악화되었다는 조짐 또한 쉽게 나타나지 않습니다.

더욱이 바닥에 쌓이는 여러 토사물은 간접적으로 커튼차수벽의 기능을 보강하는 역할을 하기에 더욱 그렇습니다.

 

경사부에는 퇴사가 쌓이지 않기 에 불량한 부분에서의 누수현상이 빨리 발생하기도 합니다.

만약에 유화수소 성분이 침투할 가능성이 높은 조건이라면 그라우트커튼이 치명적으로 악화됩니다.

그러므로 그라우팅 작업시 공극이 치밀하게 채워지도록 하여 주입재를 통한 누수유로가 만들어지지 않도록 하거나 내황산염 주입재료를 사용해야 합니다.

 

석탄층이 있는 지층에서는 침투수가 석탄과 반응하여 약산을 만들 가능성이 크므로 불량하게 그라우팅 된 곳에서는 침해를 받을 가능성이 큽니다.

그라우팅의 목적은 균열을 완전하게 채우는 것입니다.

100% 채운다는 것이 쉽게 생각될지 모르나 철저한 관리와 주의를 기울이지 않으면 블리딩 통로, 공극 그리고 약하게 고결된 부분이 생기게 마련입니다.

 

그러나 고품질의 그라우팅을 위해서는 이런저런 방법으로 해야 한다고 꼭 집어서 설명하기는 어렵습니다.

품질에 영향을 미치는 요인이 여러 가지이고 복합적이기 때문입니다.

여러 요인 중에서도 w/c 비가 가장 큰 요인으로 작용하기에 부배합으로 주입하는 것이 최선의 방법이라는 주장이 있습니다.

 

이들 의견에는 주입재의 w/3지를 3보다 더 빈배합으로 해서는 안된다는 주장과 4보다 더 묽게 해서는 안된다는 주장이 혼재되어 있습니다.

주입과정에서는 묽은 주입재와 물을 배제시켜야 하며 브리더밸브 장착을 위해서는 패커를 사용하지 말고 닛플그라우팅을 하도록 의견을 제시하고 있습니다.

미국에서는 12:1 정도까지 허용하였으나 상단 한 연구조사 이후에는 최근 5:1을 적용하고 있습니다.

 

균열속의 블리딩 공극

 

그림은 물:시멘트=5:1로 주입하고 난 후 불완전하게 공극이 충전된 실제 경우의 것으로 공극은 블리딩 되는 물에 의해 생긴 것으로 영원히 남게 될 것입니다.

내구성이 있는 만족할 만한 시멘트그라우트의 생산은 거의 대부분 물:시멘트 비에 달려있습니다.

주입재에 있어서의 물은 유동성의 역할을 하나 양이 너무 많으면 분리되어 물만 모여 있는 구조 즉 포켓형태, 기포, 블리딩 통로등을 만들어서 연속성 있는 시멘트 충전을 저해시킵니다.

 

따라서 주입공부터 적정한 거리까지 주입재가 확산되는 조건을 충족시키는 범위 내에서 최소한의 물을 사용해야 합니다.

주입이 끝난 곳에 지하수가 침투하면 주입재가 유거되거나 약화될 가능성이 생기는데, 침투수에 유해한 성분이 있거나 물이 많은 주입재를 사용했을 때는 주입의 효과가 1년 이내에 저하됩니다.

내구성이 우수한 주입고결체가 만들어지려면 무시할 정도의 블리딩만 생겨야 합니다.

이는 수직이나 수직에 가까운 균열일 때 밀도의 차이로 인해 하부에는 진한 농도의 주입재가 채워지고 블리딩 된 물은 위로 떠서 상부로 배제되는 경우입니다.

 

그러나 수평상의 균열일 때 특히 상부방향의 배수통로가 거의 없을 때는 양호한 고결체가 만들어지지 않습니다.

몇 년 전만 하더라도 적당한 주입압력이 가해지면 수평상의 균열 내에서 생긴 블리딩은 주입 완료 후 딕소트로피 고결이 되기 전에 자연스럽게 압출된다고 믿었습니다.

그러나 주입압력은 밀도가 높은 주입재 전반에 걸쳐 작용하는 것이 아니라 밀도가 낮은 주입재가 있는 균열 상부에만 미치며, 블리딩은 중력에 의하여 주로 일어나고 최초의 블리딩도 주입 후 1시간이 경과해야 발생합니다.

 

따라서 억지로 틈새를 벌려서 주입하는 변위그라우팅 때라도 오랫동안 주입을 하여 블리딩 발생을 기다렸다가 블리딩 된 물을 압출시키는 것이 좋습니다.

주입재의 고결강도는 작용하는 수압과 구조물 하중에 저항할 수 있어야 합니다.

실제 암반의 틈새나 토사의 공극에 들어가서 이루어지는 강도는 실내시험에서 확인하는 강도와는 차이가 있게 마련이어서 예측이 어렵습니다.

 

암반의 틈새에 들어간 주입재는 암반에 강하게 부착하여 급한 동수경사에 의한 침식과 파이핑에 저항할 수 있어야 합니다.

따라서 토사정도의 강도를 가진 그라우트는 불충분하며 공극이 있거나 부스러지기 쉬운 상태의 그라우트도 부적당합니다.

물리적 성질뿐만 아니라 화학적 성질도 안정해야 됩니다.

 

즉, 장기간 작용하는 침투수에 의해 Ca성분이 침출 되는 용탈현상이 생기지 않도록 안정해야 합니다.

따라서 고결된 주입재는 투수성이 낮고 치밀해야 합니다.

이러한 안정된 성질을 가지는 주입재의 강도는 최소 50~100 kgf/㎠ 이상이 되어야 한다고 발표한 바 있습니다.

 

암반의 틈새에서 고결된 주입재를 실내 시험에 필요한 규격만큼 채취하기도 용이하지 않아서, 부득이 실내시험에서 주입재 강도를 측정해 볼 수밖에 없습니다.

그러나 실제 주입조건과 다르기에 문제점이 있습니다. 즉 실내시험에서 w/c=5인 빈배합의 침하율이 약 50~70% 되어 고결된 시료의 강도는 w/c=2~3의 강도를 나타 냅니다.

그렇기 때문에 실내시험 자료를 실제 현장에 적용하기에는 차이가 있습니다.