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지열시스템 그라우팅 재료의 특징
오늘은 2023년 건축기계설비기술사 시험에 출제된
지열시스템의 천공 및 그라우팅(Grouting) 공정에서 사용되는
시멘트 계열 그라우트 재료의 특징에 대해 정리해보겠습니다.
지열시스템은 단순한 파이프 매설이 아닌,
지하 환경을 보호하고 열전달 성능을 최적화하는 복합시스템입니다.
이때 시멘트 계열 그라우트는 열전달 매개체이자 구조 안정성 확보의 핵심 역할을 합니다.
시멘트 계열 그라우트란?
지열시스템에서 사용하는 시멘트계 그라우트(Cement-based Grout)란,
시멘트를 주성분으로 한 재료에 물과 열전도 향상 첨가제를 배합하여
지중 열교환기 주변을 충전하는 전용 소재입니다.
이 재료는 일반 건축용 시멘트 모르타르와는 다르게,
열전도율, 작업성, 수축률, 환경친화성 등이 특화되어 있습니다.
시멘트계 그라우트의 주요 특징
1. 우수한 열전도 성능 확보 가능
- 일반 벤토나이트보다 열전도율이 높음
- 특히 실리카 분말, 흑연, 금속산화물 등을 혼합할 경우
열전도율 1.0~1.4 W/m·K 이상으로 향상 가능 - 이는 열교환기의 효율을 높이고, 필요한 보어홀 깊이를 줄일 수 있어 경제적
2. 높은 강도와 구조 안정성
- 경화 후 강도(압축강도)가 높아
보어홀 붕괴 방지, 열교환기 고정 효과를 확보할 수 있음 - 장기 침하, 지반 이완 등에 대한 저항성도 우수
3. 저수축성 / 균열 방지
- 시멘트 재료 특성상 건조 시 수축이 우려되지만,
혼합 비율 조절 및 수축보정제 첨가로 보완 가능 - 충분한 유동성 확보 후 충전 시,
공극 없이 균일하게 충전되며 공기층 발생 억제 가능
4. 지하수 보호 기능은 보완이 필요
- 벤토나이트 대비 지하수 차단 기능은 상대적으로 떨어짐
- 따라서 지하수 보호가 중요한 지역에서는
시멘트계 + 벤토나이트 혼합형을 적용하거나
이중 그라우팅 방식을 활용
5. 작업 시 주의점
- 점도(Viscosity)가 높아 펌핑 작업에 제약이 있을 수 있음
- 충분한 혼합, 지속적인 교반, 압입압력 조절이 필요
- 경화 시간이 비교적 빠르기 때문에 현장 시공 타이밍 조율 필수
결론
정리해보자면,
시멘트 계열 그라우트 재료는
지열시스템 보어홀 내 열전달 성능을 극대화하고,
열교환기의 구조 안정성과 수명을 확보하기 위해 적용되는
열성능 + 구조성 + 시공성을 조화시킨 고기능 재료입니다.
■ 그라우트의 항목별 특징
| 항목 | 특징 |
| 열전도성 | 높음 (벤토나이트 대비 우수) |
| 강도 및 고정력 | 우수함, 침하 방지 가능 |
| 시공성 | 유동성 확보 필요, 작업 숙련도 중요 |
| 환경성 | 지하수 보호 기능은 보완적 |
| 활용 방법 | 첨가제 혼합, 복합형 혼용으로 최적화 가능 |
실제 지열시공에서는 현장 지반 조건, 지하수 보호 요구, 열부하 설계값에 따라
시멘트계 단일, 벤토나이트계, 또는 혼합계를 적절히 선택·설계하는 것이 핵심입니다.
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