Transcript 안 정 액 (SLURRY)

안 정 액 (SLURRY)
1)안정액의 사용 방법
(1)비순환 방식
버킷을 이용하는 굴착의 경우로 굴착의 진행에 수반되어 안정액은 TRENCH에 보급되며 콘크리트의 타설에 의해 치환될 때까지
TRENCH에 머무른다. 안정액은 굴착 벽면의 안정만을 목적으로 이용된다.
(2)순환 방식
BIT 또는 CUTTER를 이용하는 굴착의 경우로 안정액은 TRENCH 안에 채우는 동시에 굴착토를
지상에 운반하기 위해 펌프에 의해 TRENCH와 지상 PLANT 사이를 순환한다.
2)안정액의 기능
자연 그대로 안정된 지반을 수직으로 굴착하면 토압의 균형이 파괴되어 굴착 벽면은 항상
붕괴의 우려가 있다. 안정액은 이 대책으로 이용되는 것이다.
(1)굴착 벽면의 붕괴를 막는 기능
이것은 가장 중요한 것으로 다음의 작용에 의한다.
- 안정액의 액압에 의해 굴착 벽면에 작용하는 토압 및 수압에 저항하며 또 지하수의
용출을 방지한다.
- 굴착 벽면에 불투수의 필름을 형성하여 액압을 유효하게
작용시키는 동시에 굴착 벽면의 표면 낙하를 막는다.
(그림참조)
- 안정액이 굴착 벽면에서 어느 범위 까지 지반 내에
침투되며 흙 입자에 부착된다.
이 작용에 따라 지반의 붕괴성 및 투수성을 감소 시킨다.
머드필름의 모식도
안정액에 의한 붕괴 방지작용
(2)안정액 속에 부유 되어있는 토사를 유지하는 기능
굴착 중 안정액에 녹아 든 굴착 토사가 굴착 종료 후 차츰 굴착 저면에 퇴적되고, 철근 망의 근입을 곤란하게 하는 동시에 타설된
콘크리트의 품질을 나쁘게한다.
적절하게 관리된 안정액은 이 침전 퇴적물의 발생을 억제한다.
(3)굴착 토사를 지표까지 운반하는 기능
버킷식 굴착의 경우에 굴착 토사의 배출은 안정액을 지상에 순환 시킴에 따라 실시 된다.
굴착 토사를 신속히 배출 시키지 않으면 굴착 기구의 기능을 저하 시키고 또, 안정액 속에 녹아 드는 토사의 양을 많게 하여 안정액
의 순환 저항이 많아지며 굴착 능률을 더욱 저하 시킨다.
안정액의 공벽 유지 모의 수조 시험
3)안정액에 관한 현장 시험.
안정액은 지반의 상태, 공사 조건등에서 요구되는 성질을 항상 유지해 두지 않으면 안된다.
이 때문에 공사에 있어서는 안정액의 작업시 뿐만 아니라 각 공사 과정에서 안정액의 성질을 측정하고 관리할 필요가있다.
다음에 안정액의 성질에 관해서 현재 채용되고있는 시험 방법에 대해서 설명한다.
(1)비중의 측정
다음 두 방법 중 어느 한 방법을 이용하여 소수점 이하 두 자리까지 측정한다.
ⓐ Mud Balance 기구를 이용하여 측정
ⓑ 용적이(cc 단위) 분명한 용기에 안정액을 넣고 안정액의 중량(g단위)을 측정하여 다음식에 의해 구한다.
비중 = 중량 ( G ) / 용적 ( cc )
머드 밸런스는 상기 그림에 표시한 것처럼 지지대에 실린 컵과 암(ARM)으로 구성되어있다.컵에 측정하려고 하는 안정액을 채우
고 덮개를 한다. 덮개의 작은 구멍으로 넘치는 안정액을 닦아내고 나이프앳지를 지지대 위에 놓는다. 라이더를 움직여서 암이 수평
으로 되었을때의 눈금이 비중을 표시한다. 머드밸런스는 수시로 청수를 측정하여 보정할 필요가 있다. 조정은 암 끝에 넣은 산탄을
증감하여 조정한다.
(2)유동에 관한 특성 측정
ⓐ패널 점도계에의한 점성의 측정
주로 현장에서의 점성 측정에 사용되는 것으로 측정기구는 그림에 나타내었다. 측정 방법은 점도계를 스탠드에 올려 놓고 아래
입구를 손가락으로 눌러서 1500cc의 안정액을 위에서 넣는다. 이때 안정액은 0.25mm의 철망을 통하여 큰 고형물을 제거 해
둔다. 다음에 아래 입구를 누르고 있는 손가락을 떼고 안정액이 946cc가 유출 될 때까지의 시간을 초시계로 측정한다.
ⓑ팬 V.G 미터에 의한 측정
V.G 미터는 겉보기 점성(A.V), 플라스틱 점성(P.V), 일드밸류(Y.V), 및 겔스트렝스(G.S)가 측정된다. V.G 미터는 회전 점도계의
일종으로 그림에 나타내었다. 이 V.G 미터는 모터에의해 실린더(로터슬리브)가 회전하고 이 내측에 이보다 지름이 약간 작은
실린더(로터보브)가 있으며 토션스프리이에 의해 지탱된다. 이러한 실린더를 안정액 속에 넣고 외측의 실린더를 회전 시키면
내측의 실린더는 액체의 점성에 따라 비틀어 진다. 이 비틀어짐을 회전수 600, 300, 200, 100, 6, 3 rpm으로 판독하여 측정
한다. 이상의 측정치를 이용하여 다음 식에서 각 값을 산정한다.
600rpm의 읽기 * 1 / 2 = 겉보기 점성 ( A.V, cP )
600rpm의 읽기 – 300rpm의 읽기 = 플라스틱 점성 ( P.V, cP )
300rpm의 읽기 – 플라스틱점성 = 일드밸류 ( Y.V, lb/100ft2
겔스트랭스(G.S)의 측정 : 일단 600rpm으로 교반후 모터를 정지하고 10초 후에 3rpm으로 회전시켜 눅금의 최고치를 본
다. 이것이 10초 G.S lb/100ft2 이다. 10초 G.S를 측정 한 후 즉시 회전을 멈추고 10분간 방치 한 후 다시 3rpm으로 회전 시
켜 눅금의 최고치를 본다. 이 값이 10분 G.S lb/100ft2 이다.
(3)여과시험
안정액의 머드 필름 형성성은 여과시험에 의해 판단된다.
여과수량(탈수량)이 적고 얇고 강한 케이크를 만드는 안정액
일수록 우수하다. 여과시험의 기구와 측정법은 다음과 같다.
ⓐ측정 기구 (그림 참조)
①안정액 용기 : 실린더 셀 안지름 76.2mm, 높이 63.6mm
②고정 장치 : 위 덮개 조임 장치 포함
③가압장치 : 에어컴프레셔 또는 질소를 이용, 사용 압력 7Kg/㎠
④여과지 : Whatman No.50, 동양 No.4 혹은 이와 동등한 것.
⑤철망 : 눈의 크기 0.17~0.25mm의 것.
ⓑ측정법
밑 덮개(드랜 튜브)에 패킹, 철망, 여과지, 패킹의 순으로 넣고 그 위에 실린더 셀을 넣는다. 다음에 실린더 셀 내에 안정액을
290cc 이상 넣는다. 위 덮개를 밀폐, 고정하고 7Kg/㎠ 의 압력을 30분간 가한다. 용기 하단에서 유출되는 여과수(cc단위) 및 여과
지 위의 케이크 두께(mm)를 측정한다. 케이크의 두께는 소수점이하 한자리 까지 구한다.
측정에 있어서는 다음의 점에 유의한다.
①여과수를 받는 메스 실린더는 20cc 정도의 크기가 좋다.
②측정중 압력은 일정하게 유지한다.(7Kg/㎠)
③여과지가 2장 겹치지 않도록 주의한다.
④여과수가 탁해 있을 때에는 안정액이 습해지는 수가 있으므로 확인한다.
⑤케이크 두께는 케이크를 나이프로 반 잘라서 버니어캘리퍼스로 측정한다.
측정 결과를 빨리 알고자 할 때에는 7Kg/㎠의 압력으로 7분 30초간 가압하여 그 때의 여과 수량을 2배 하면 30분간의 값에 거
의 필적 된다.
(4)사분의 측정
안정액에 포함 되어있는 사분(74㎛ 이상의 입자)의 측정에는 그림에 나타낸 것과
같은 사분 측정기가 사용된다. 측정 방법은 다은과같다
①75cc 눈금까지 안정액을 넣고 다음에 250cc까지 물을 넣어서 튜브의 입구를
막고 잘 흔들어서 교반한다
②튜브내의 안정액을 체(74㎛)위에 걸러 낸다. 이 경우 튜브내에 아무것도 남기
지 않도록 물로 씻어내고 모든 것을 체 위에 옮긴다.체 위에 남은 것은 억지로 눌러서 체
를 통과 시켜서는 않된다.
③체에 로트를 반대로 삽입하고 로트의 끝에 튜브의 머리 부를 삽입한다. 전체를 조용히 반전한다. 다음에 체의 이면 측에 조
금씩 물을 흘려서 체 위의 사분을 전부 튜브 내로 씻어 넣는다. 이 상태로 튜브 내에 사분을 침전 시킨다.
④튜브 내에 침전 된 것을 사분이라 하며 튜브의 눈금을 보고 용적 퍼센트(Vol.%)로서 나타내어 사분 함유율로 한다.
(5)pH의 측정
pH값은 수소 이온 농도의 역수로, pH 7이 중성, 7이하는 산성, 7이상은 알카리성이다.
벤토나이트 안정액은 보통 약알카리성 (pH 10~11)을 띠게 된다. 시멘트 성분 또는 알카리성의 지하수가 혼입되면 알카리성이 매우
강하게 되며 산성토의 굴착, 산성 지하수의 혼입에 의해 산성이 된다. 이러한 pH 값의 변화는 동시에 양이온의 혼입을 의미하고 있
으며 Ph 값은 안정액의 성질 변화의 판단 참고 자료가 된다. pH 값은 리트머스 시험지나 pH미터로 측정된다. 현장에서는 취급의 간
편성에서 리트머스 시험지가 널리 사용되고 있다.
pH 측정의 시료에는 여과시험의 여과수를 사용하면 측정하기 쉽다. 측정치는 소수점이하 한자리 까지 구한다.
(6)물의 성분 측정
물은 안정액 재료 중에서 가장 많이 사용되는 양이지만 다른 재료만큼 주의하지 않는 경우가 많이 있다. 물에 포함되어 있는 불
순물이나 pH 등에 의해 안정액의 성질은 크게 변화 된다. 수도물을 사용하면 문제가 없으나 해수,지하수,하천수 등 염류
(Ca++.Na+,Mg++ 등)를 다량 함유한 물이나 성질이 불분명한 물을 사용하는 경우에는 사전에 시험을 거쳐 미리 검증 후 작업에 임하
는 것이 경제적이고 안전하다.
벤토나이트는 Ca 농도가 100ppm 이상이 되면 응집되어 침강,분리 된다. 또한 Na 이온의 농도가 500ppm 이상이 되면 팽윤성
이 극단으로 저하되어 해수에 가까운 농도 (34,000ppm)가 되면 응집을 하게 된다.
이수(Slurry)의 개요
이수라 함은 벤토나이트,증점제,분산제,가중제 및 기타 화학적 약품을 가지고 굴착 공 내의 사정에 따라 적합하도
록 청수에 혼합한 액체를 말한다.
이수(Slurry)에 필요한 기본 용어 및 설명
비중(Gravity)은 단위 체적당 중량으로 표시하며,측정은 소수점 두자리 까지 표시하며 지층중에 있는 물,가스,기
름 등의 유체가 분출 하는 것을 막으며 지층이 연약하여 붕괴 되려는 것을 막으려는 중요한 성질을 가지고있다.
점성(Viscosity)은 유체를 조직하고 있는 물질의 분자나 원자간에 작용하는 인력이나 반발력의 결과로 일어나는 성
질로 유체나 기체가 유동하고 있을 때에는 유속이 빠른 부분은 늦은 부분을,늦은 부분은 빠른 부분을 잡아 당기는
작용을 점성이라하고 점성의 정도를 표시한 계수를 점성계수 또는 점도라고 한다.
플라스틱점성(Plastic viscosity)은 이수중에 들어있는 고체와 고체간,고체와 액체간,액체와 액체간 기계적 마찰이나
전단에의해 생긴 유동저항 이다.이는 고체분의 크기,수량,형태에 좌우된다.따라서 고체분이 많은 이수는 입자가
서로 마찰하므로 입자간의 반발력이 증가하며,고체분의 입자 지름이 작아지면 표면적 증가로 플라스틱 점성과 겉
보기 점성이 증가한다.
스토머 점성(Stomer viscosity)은 스토머점도계의 600rpm에서의 측정값이며 단위는 센티포아즈(CP)로 나타낸다.이
측정값은 보통 실험실에서만 측정하는 점성이다.
일드밸류(Yield value)는 이수와 같은 플라스틱 유체를 정지 상태에서 유동상태로 만들기위해 필요한 힘으로 이수
속에 들어있는 점토입자간의 견인력의 크기를 유동하에서 측정한 값이다.입자간 견인력은 점토입자표면의 성질,고
체분의 농도 및 전기화학적 성질 등에 의해 영향을 받는다.
겔스트렝스(Gel-Strength)는 일드밸류와 같이 점토입자간의 견인력에 의하여 생기는 힘이다.그러나 일드밸류는 유
동력하의 성질임에 비하여 겔스트렝스는 정지상태하에서의 성질을 나타낸다.즉,유동소란이 진정된 후의 단결력인
G.S는 이수의 시간의존성 즉 고체입자가 하나하나의 입자의 성질을 변화 시키는 일이 없고 기계적으로 약한 취합
을 하여 망상조직을 만든다.이것을 다시 휘저으면 본래의 분산 상태로 돌아가는 성질을 나타낸다.그리고 시간의존
성이 크면 커터의 굴착 전,후 또는 기계고장으로 인한 잠시 동안의 이수 정지상태 후 합수하는데 높은 압력이 걸리
고 누수및 기타 장애를 일으키는 원인이 되므로 가능하면 겔스트렝스가 작은편이 유리하다.일반적으로 겔스트렝스
는 1~2 lbs/100ft2 이 적당하다.
점성,일드밸류,겔스트렝스의 중요성
위 3요소는 슬러지를 지상까지 운반하는 능력,펌프중의 유동저항,굴착토가 침전되지 않도록 지탱 시켜주는 능력을
가졌으며, 이들 3요소의 수치가 높아지면 커터를 인양할 때 발생하는 압력 저하가 크고 불순물이 눌어 붙어 굴착 능
률에 큰 영향을 준다.
3요소의 수치가 높아지면 일어나는 장해
1.유동저항이 크며 이수가 새어 나가기 쉽다.
2.커터 바디를 인양 할때 압력저하가 크며 분출 및 붕괴를 일으키기 쉽다.
3.굴착 능률이 저하된다.
4.슬러지의 분리가 불량하다.
5.윤활성이 악화 된다.
3요소 수치가 높아지는 원인
1.점토,실트분이 많을때
2.염분,시멘트분,섯회석분과 같은 전해질이 혼입되었을때
3.산성물질이 혼입되어 ph값이 떨어질때 또는 알카리성이 강할때
4.분산제 함유량이 적게 들었을때
5.온도가 높아졌을때(80℃이상)
3요소 수치를 낮추는 방법
1.물을 소량 투입하여 고체 함유량을 줄이거나, 원심분리기를 사용하여 강제적으로 고체분,불순물을 제거한다.
2.분산제를 첨가한다.
3.가성소다 또는 중조를 이용하여 ph를 적정 범위내에 유지한다.
이벽(Mud cake) 형성법
굴착중 이수는 모래 및 토사층과 같은 투수성이 있는 지층의 표면에서 그 표면으로 이수 압력과 지층 압력과의 차이
때문에 이수중의 수분이 지층 속으로 탈수하여 손실된다. 이러한 작용으로 공벽과 지층 표면에는 이수중의 고형분이
이벽(Mud cake)을 이루며 수직으로 퇴적되는데, 이벽 형성이 좋고 나쁨은 이벽의 두께(mm) 와 탈수량(cc) 으로 정
해진다. 탈수량은 될수있는 한 적어야 하며 또 이벽은 얇고 튼튼할수록 양호한 것이다.
이벽형성을 양호하게 유지해야 하는 이유
1.지층의 수화 붕괴를 방지한다.
2.눌어 붙는 것을 방지한다.
3.굴착 장비의 재밍(Jamming)을 방지한다.
이벽 형성이 나쁜 이수를 사용할때의 장해
1.두꺼운 이벽이 눌어붙어 굴착 장비가 재밍(Jamming)되기 쉽다.
2.탈수량이 많은 이수를 사용하면 점토,이암,토사,셰일층 에서의 점토광물이 수화 팽윤이 크게 되어 붕괴 위험이 있
다.
3.굴착 장비를 인양할때 압력저하가 커져 붕괴하기 쉽다.
4.대수층,가스층에서 공간을 충진하기 어렵다.
이벽 형성을 나쁘게 하는 원인
굴착 중에 탈수량과 이벽을 나쁘게하는 것은 점성,일드밸류,겔스트렝스,염수,시멘트.석고,석회,황화물 및 실트류 와
온도이다.이러한 것들이 이수중에 들어가면 벤토나이트 입자가 응집하여 점성,일드밸류,겔스트렝스 가 높아지면서
이벽 형성은 나빠진다.(온도가 높아 지면 ph 값이 내려가서 산성이 된다.)