첨가제 비율에 따른 동결관 뒤채움 그라우트의 열특성 및 시공성 평가
Thermal Characteristics and Workability of Freezing Pipe Grout material with Admixture ratios
초록/요약
인공동결공법(AGF)은 지반에 설치한 동결관에 냉매를 순환시켜 주변의 지반을 일시적으로 동결시키는 공법이다. 이 공법은 지하수의 침투를 방지하고 지반의 강도를 높여 지반을 안정화시킨다. 또한, 화학 물질 사용을 최소화하며 지반을 강화하기 때문에 환경친화적이다. 인공동결공법을 적용할 때, 기존의 뒤채움 그라우트재료는 지반에 비해 열전도도가 낮아 동결 파이프와 지반 사이의 열교환이 비효율적으로 일어났다. 인공동결공법의 효율을 높이기 위해서는 뒤채움 재료가 높은 열전도도와 시공을 위한 적절한 워커빌리티를 가져야 한다. 본 연구에서는 열전도도가 높은 인조규사와 흑연을 첨가제로 사용하여 인공동결공법에 적합한 그라우트 재료를 찾고자 하였다. 양생기간 동안 비동결 조건 (15°C)과 동결조건(-20°C )에서 그라우트 시편의 열전도도를 측정하였다. 또한 열전도도에 영향을 미치는 인자인 공극률과 포화도를ii 양생기간에 따라 측정하였으며, 그라우트의 워커빌리티를 평가하기 위해 점도계(Rheometer)를 사용해 정적토크와 동적토크를 측정하였다. 실험결과, 양생기간이 지날수록 수화반응에의한 수분감소로인해 그라우트의 열전도도가 감소하였다. 또한 동결조건에서의 열전도도가 비동결조건에서의 열전도도보다 높게 측정되었는데, 이는 얼음이 물보다 높은 열전도도를 갖기 때문이다. 인조규사와 흑연을 첨가했을 때 순수시멘트 그라우트보다 열전도도가 높게 측정되었고, 흑연이 인조규사보다 더 높은 열전도도 증가율을 나타냈다. 실험결과를 바탕으로 Weiner 경계조건을 이용한 열전도도 예측모델을 개발하였다. 본 연구에서는 기존 Shihao 모델에 양생기간이 고려된 항을 추가하였으며 기존 모델보다 높은 정확성을 확보하였다. 추가적으로, 수치해석을 통해 CWS 1.5 와 CWG 0.22 를 그라우트 재료로 사용하였을 때 동결벽체 형성 시간(Closing time) 과 목표시간 (Desired time)이 가장 짧게 나타나는 것을 확인하였다. 동결벽체 형성 시간은 얼음벽체가 형성되어 지하수 흐름을 차단하는데 필요한 시간을 의미하며, 목표시간은 얼음벽체의 평균두께가 1 미터에 도달하는 시간을 의미한다.
more목차
ABSTRACT .............................................................................
목 차 ........................................................................................
표목차 ......................................................................................
그림목차 ...................................................................................
제 1 장 서론...............................................................................1
1.1 개요...................................................................................1
1.2 연구 목적............................................................................2
제 2 장 이론적 배경 .....................................................................3
2.1 인공동결공법.......................................................................3
2.1.1 지중 열교환 공법.............................................................3
2.1.2 인공동결공법 원리 ..........................................................5
2.2 수화반응에 따른 시멘트의 특성................................................7
2.2.1 시멘트의 수화반응...........................................................7
2.2.2 시멘트의 수화반응에 대한 양생온도의 영향 ..........................8
2.2.3 시멘트의 수화반응에 대한 양생기간의 영향 ..........................9
2.2.4 수화율에 따른 시멘트의 열전도도 변화 .............................. 11
2.3 저온상태 에서의 콘크리트 특성.............................................. 12
2.3.1 저온상태 에서의 콘크리트 강도 특성 ................................. 12
2.3.2 저온상태 에서의 콘크리트 열전도도 .................................. 13
2.4 기존 열전도도 예측모델 ....................................................... 14
2.4.1 KIM 모델.................................................................... 14
2.4.2 Kai Liu 모델................................................................. 16
2.4.3 Shihao 모델 ................................................................. 18
제 3 장 그라우트 재료의 시공성 평가.............................................. 21
3.1 그라우트 재료의 배합비 ....................................................... 21
3.2 시공성 평가실험 ................................................................ 23
3.2.1 V-Funnel 실험.............................................................. 23
3.2.2 Slump Flow 실험........................................................... 24
3.2.3 Viskomat XL 점도 실험 .................................................. 25
3.3 시공성 평가실험 결과 .......................................................... 27
제 4 장 그라우트 재료의 열전도도 평가........................................... 36
4.1 열전도도 측정방법 .............................................................. 36
4.2 양생기간에 따른 그라우트 재료의 특성 변화 ............................. 41
4.2.1 공극률 측정실험 ........................................................... 42
4.2.2 포화도 측정실험 ........................................................... 50
4.3 비동결 및 동결 상태에서의 열전도도 평가실험 결과.................... 56
4.3.1 순수 시멘트 그라우트 재료.............................................. 56
4.3.2 인조규사가 첨가된 그라우트 재료..................................... 60
4.3.3 흑연이 첨가된 그라우트 재료........................................... 67
제 5 장 열전도도 예측모델 개발 .................................................... 75
5.1 양생기간이 고려된 예측모델 개발........................................... 75
5.2 예측모델 검증 .................................................................... 78
제 6 장 수치해석을 통한 그라우트재료의 성능평가............................. 85
6.1 수치해석 모델링 ................................................................. 85
6.2 해석결과 분석 .................................................................... 88
제 7 장 결론............................................................................100
참고문헌 ...............................................................................102
