Experimental Study on the Improvement of Shotcrete Performance by Addition of Calcium Aluminate Based Accelerator and Metakaolin

시멘트 광물계 급결제와 메타카올린에 의한 숏크리트의 고성능화에 대한 실험적 연구

The use of high-performance shotcrete lining is indispensable to improve long-term durability of a tunnel and to apply the single-shell tunnelling method. Among a lot of shotcrete admixtures, pozzolan materials such as silica fume have positive effects on increasing the strength and the durability of shotcrete. It is also well known that a cement-based accelerator is much faster in setting time and more eco-friendly than conventional accelerators. This study aimed to improve the properties of wet-mix shotcrete by incorporating with Metakaolin and the calcium aluminate based accelerator. To compare Metakaolin with silica fume, mixing ratios of each material were varied as 4% and 8% of cement weight. Moreover, Metakaolin was blended with silica fume, and their binder was also set to 4% and 8% of cement weight. At each mixing condition, setting time, compressive strength, flexural strength, permeability and freezing-thawing resistance were measured. From the experiments, it was revealed Metakaolin could be a substituting material for silica fume.

터널의 장기 내구성을 향상시키고 싱글쉘 터널공법을 적용하기 위해서는 고성능 숏크리트 라이닝의 사용이 필수적이라고 할 수 있다. 숏크리트에 적용되는 혼화재료 가운데, 실리카 흄과 같은 포졸란 재료들이 숏크리트의 강도와 내구성을 향상시키는데 주된 영향을 미친다고 할 수 있다. 또한 시멘트 광물계 급결제는 기존 급결제와 비교하여 응결이 빠르며 친환경적인 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 포졸란 재료인 메타카올린과 칼슘 알루미네이트 시멘트 광물계 급결제를 적용하여 습식 숏크리트의 성능을 향상시키는데 목표를 두었다. 메타카올린과 실리카 흄의 적용에 따른 성능을 비교하기 위하여 각각의 사용량을 시멘트 중량의 4%와 8%로 적용하였다. 또한 메타카올린과 실리카 흄을 시멘트 중량의4% 및 8%로 병용 혼입한 경우에 대해서도 검토하였다. 각 배합조건에 대해 배합된 숏크리트의 응결시간, 압축강도, 휨강도, 투수성 및 동결융해저항성을 측정한 결과, 숏크리트의 고성능화를 위해 실리카 흄의 대체 재료로서 메타카올린을 적용할 수 있음을 확인하였다.