탄소섬유 배합비에 따른 전도성 그라우트 재료의 성능평가

국문 초록 (Abstract)

국내의 국토 대부분은 산악지역이며 인구증가와 도심지로의 인구밀집으로 인해 건축구조물 및 아파트 재건축이 활발히 이루어지고 있다. 그로 인해 지하공간개발이 다양하게 이루어지고 있으며 이러한 지하공간개발은 기초공사에서 차수 및 보강작업은 중요한 비중을 차지한다. 하지만 지반 보강의 허술함으로 인해 국내에서는 흙막이 붕괴사고, 싱크홀 등 다양한 사고들이 발생하고 있다. 국내에서는 지하안전특별관리법을 통한 제도적인 개선을 통해 지반사고를 방지하고 있지만, 상도동과 가산동에서 흙막이 붕괴사고 등이 발생하고 있으므로 지반 보강에 대한 다양한 연구들이 필요한 실정이다. 대표적인 지반 보강공법으로는 기초지반에 시멘트 혹은 약액을 주입하여 지반의 개량 및 차수성 증진, 지지력 증대의 효과가 있는 그라우팅 공법이 있다. 그라우팅 공법의 연구 동향은 그라우트 재료, 주입 방법, 그라우팅 공법 장비, 그라우팅 시공 및 시공관리에 대한 연구들로 이루어져 있다. 다양한 연구들이 진행된 그라우팅 공법의 품질관리 방법은 일반적으로 국내의 경우 현장에서 투입한 그라우트 재료의 주입량 측정 방식 혹은 현장 투수시험 및 지반 보링 후 일축압축시험 등을 수행하여 품질관리를 하지만 그라우트 재료가 목표 보강 지반에 주입되었는지 확인하기 어렵다.
따라서, 본 연구에서는 그라우팅 공법의 품질관리 및 시공여부를 판단하기위해 그라우트 재료인 마이크로시멘트와 탄소섬유를 혼합하여 그라우트 재료에 전기전도성을 부여하고 전기비저항 측정을 통하여 그라우팅 공법의 품질관리 및 시공 여부를 판단할 수 있도록 하는 전도성 그라우트 재료 개발에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구에서 실내시험으로는 전기비저항 평가 시험, 일축압축강도 평가 시험, 주입성능 평가 시험으로 3가지의 시험을 수행하였다. 전기비저항 시험과 일축압축강도 시험은 탄소섬유 0%, 3%, 5%, 7%의 배합비의 변화를 주어 탄소섬유와 그라우트 재료간의 혼합에 따른 전기비저항과 일축압축강도를 파악하였으며, 느슨한 지반에 주입이 되는 상황을 가정하기 위해 상대밀도 30%의 조건으로 규사 3호, 5호, 6호사를 혼합하여 시료를 조성하여 입자 크기에 따른 영향을 파악하였다. 그리고 자갈, 규사 1호사, 2호사, 3호사, 4호사를 사용하여 조성한 모형 지반에 압력에 의한 주입시험을 수행하여 탄소섬유 배합비 0%, 3%, 5%의 경우의 주입특성과 경화체 특성을 검토하여 전도성 그라우트 재료의 현장적용 가능성 및 성능을 파악하였다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1.1 연구 배경 및 목적 1
• 1.2 연구 내용 및 범위 2
• Ⅱ. 이론적 배경 4
• 2.1 개요 4
• 2.2 그라우팅 공법 4
• 2.2.1 JSP(Jumbo Special Pattern)공법 5
• 2.2.2 LW(Labiles Wasserglass)공법 6
• 2.2.3 MIS(Micro Injection Process System)공법 7
• 2.2.4 SGR(Space Grouting Rocket System)공법 7
• 2.3 그라우팅 품질관리 7
• 2.3.1 착색제의 첨가에 의한 시험 8
• 2.3.2 전해질 물질의 첨가에 의한 시험 9
• 2.3.3 선 밀도계에 의한 시험 9
• 2.3.4 현장 투수시험 11
• 2.3.5 전기비저항 탐사 12
• 2.4 그라우팅 공법 연구사례 15
• Ⅲ. 실험 방법 19
• 3.1 개요 19
• 3.2 시험 재료의 물리적 특성 19
• 3.2.1 탄소섬유(Carbon Fiber) 19
• 3.2.2 마이크로시멘트(Micro Cement) 20
• 3.2.3 규사(Silica sand) 24
• 3.3 시험 장비 26
• 3.3.1 전기비저항 측정 시험장비 26
• 3.2.2 일축압축강도 시험장비 28
• 3.2.3 주입시험장비 30
• 3.4 시험 방법 32
• 3.4.1 전기비저항 측정 시험 32
• 3.4.2 일축압축강도 시험 35
• 3.4.3 주입시험 38
• Ⅳ. 실험 결과 및 분석 41
• 4.1 개요 41
• 4.2 전기비저항 측정 시험 결과 및 분석 41
• 4.3 일축압축강도 시험 결과 및 분석 44
• 4.4 주입시험 결과 및 분석 50
• 4.4.1 자갈 주입 50
• 4.4.2 규사 1호사 주입 51
• 4.4.3 규사 2호사 주입 53
• 4.4.4 규사 3호사 주입 54
• 4.4.5 규사 4호사 주입 55
• Ⅵ. 결 론 59
• 참고문헌 61
• 부 록 65
• Abstract 80
• 감사의 글 82