벤토나이트 안정액(이수)

공벽의 안정

건축공사를 할 때 땅속으로 큰 구멍을 파서 콘크리트 피어(Pier)나 벽체를 만들 때가 있습니다. 흙막이벽체를 만드는 공법인 슬러리 월(Slurry wall) 공법이나 제자리 콘크리트 말뚝 지정을 만드는 어스 드릴(Earth drill)공법이 그렇습니다. 이렇게 지하로 넓게 구멍을 굴착하면 구멍이 무너질 우려가 있습니다. 지반을 굴착할 때 원형으로 굴착하면 흙입자가 아치작용을 발휘하여 잘 무너지지 않지만 수분이 많으면 아치 효과를 충분히 발휘할 수 없는 경우도 있습니다. 이 공벽을 무너지지 않게 하는 방법은 여러가지가 있는데 그 중 벤토나이트 안정액을 사용하는 방법이 있습니다.

 

벤토나이트(Bentonite)

벤토나이트는 공벽이 무너지지 않도록 구멍에 채워넣는 광물질을 말합니다. 이 광물질이 들어간 물이 흙탕물처럼 보여서 이수(泥水; 흙탕물)라고도 합니다. 이 흙탕물을 공벽에 채워넣고 파들어가면 지하로 깊게 파내려 갈 수 있습니다.

 

 

벤토나이트 안정액은 흙탕물처럼 보여서 이수(泥水)라고도 한다.

 

 

이 방법은 석유굴착기술에서 생겨난 것으로 말뚝의 구멍을 굴착하는데 이용된 것은 1950년 경부터입니다. 원래 이 안정액에 사용하는 주재료는 몬모릴로나이트(Montmorillonite) 광물(점토광물)을 다량 포함한 점토입니다. 이 재료는 미국 와이오잉주 워터벤톤의 암석 중에 이것을 다량으로 포함한 퇴적물이 있어서 '벤토나이트'라고 불립니다. 

 

벤토나이는 입자 크기가 0.002mm 이하인 매우 작은 광물질입니다. 구멍 속에 벤토나이트 이수를 주입하면 매우 작은 벤토나이트 입자가 주변의 모래 등 흙입자 사이로 침입하고 토립자 사이를 달라붙게 만듭니다. 즉 토립자 사이의 간극을 메우게 됩니다. 이렇게 되면 구멍 벽에 2∼3mm 두께의 진흙벽이 형성됩니다.

 

이렇게 진흙벽이 형성되면 토립자가 떨어지는 것을 막을 수 있고, 물이 통과하기 어려운 벽을 형성함으로써 수분이 흙 안으로 들어가는 것도 막을 수 있습니다. 또 안정액을 약간 높은 상태의 압력으로 유지하면 진흙벽이 무너지지 않게 안정된 상태로 유지할 수 있고 구멍 주변의 지반으로부터 작용하는 압력을 완화시키는 효과를 발휘합니다.

 

안정액을 채운 상태를 굴착을 하다보면 굴착부분에서 떨어져 나온 흙입자들이 계속 섞일 수 있기 때문에 굴착부분의 흙입자들을 계속 배출해 주어야 합니다. 그리고 안정액의 밀도를 일정하게 유지하기 위해 계속해서 순수한 안정액을 계속 공급해 주어야 합니다. 그래서 이런 설비를 현장에 갖추려면 현장에 충분한 공간이 있어야 합니다.

 

 

벤토타이트를 저장하고 관리하기 위해 현장에 설치된 플랜트 설비

 

 

다음 그림을 보면 굴착 저면(2)에서 발생하는 부유물을 빼내서 흙입자를 걸러내는 것(3)과 벤토나이트 저장 탱크(9)에서 원료를 혼합(10)하여 계속 공급(7)함으로써 안정액이 일정한 농도가 되도록 관리하는 것을 알 수 있습니다.

 

 

 

 

또한 굴착이 다 끝나면 철근망을 삽입한 후 콘크리트를 타설하는데 안정액 속에는 굴착할 때 섞인 부유물들이 많이 섞여 있기 때문에 이 부유물들이 가라 앉을 때까지 기다려야 합니다. 충분히 가라앉은 후에 이 부유물들을 지상으로 빼낸 후 트레미관이라고 하는 타설관을 굴착 저면까지 삽입해서 콘크리트를 타설합니다.

 

 

부유물들이 가라앉아 이수가 맑은 상태로 보인다. 콘크리트를 타설하기 위해 트레미관이 삽입되어 있다.

 

 

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