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문제 정의
- 그러나 고화재에 의한 표층지반의 개량효과는 연구자료가 미비한 실정으로 본 연구에서는 초연약 해성 점토와 고화재의 특성을 파악하고, 실험계획법에 의해 고화 처리토의 예비시험과 본시험을 실시하여 고화재 원료의 배합비와 일축압축강도와의 관계식을 도출하고, 또한 도출한 관계식을 현장시험을 통해 현장에의 적용성을 검증하는 데에 있다.
- 분석하여 적정 고화재 성분을 선별하고, 대상토에 대한 물리 . 화학시험 및 역학시험, 고화재에 대한 화학성분분석시험, 고화처리토에 대한 역학시험을 통해 지반조건에 맞는 최적의 배합비를 산정하고자 하였다.
- 화학시험 및 다짐시험, 압밀시험을 실시하였으며, 고화재에 대해서는 화학성분 분석을 수행하였다. 또한 대상토에 고화재를 혼합한 고화처리토는 일축압축시험으로 강도 특성을 파악하여 최적의 고화재 조합을 산정하고자 하였다.
- 고화재 조합은 표 3의 고화재 원료를 대상으로 기본 시멘트 2종(포틀랜드 시멘트 1종, 포틀랜트 시멘트 3종) 과조합된 경우의 수 48종류 등 총 50가지 고화재를 대상으로 함수비 조건에 따른 예비시험을 통해 적용성을 평가하여 본시험에 활용하고자 하였다(Bergado, D.T., 1996).
- 본 연구에서는 실내시험에 의해 배합설계된 고화재의 표층개량효과를 확인하기 위하여 그림 3에 도시된 바와 같이 경남 진해지역의 초연약 해성점토를 시험시공부지로 선정하여 표층고화처리를 실시하였다. 대상 부지는 가호안에 의해 조성된 폰드에 준설펌프로 해성 점토를 매립 .
- 시공부지는 면적 7mX7m, 2개소(A, B 시험부지)로서 A 시험부지에는 1종 보통 포틀랜트시멘트를, B 시험부지에는 실내시험에 의해 배합설계된 고화재를 같은 조건에서 같은 량(1^당 200kg)을 혼합하여 개량 효과를 비교해 보고자 하였다.
- 본 연구는 초연약 해성점토와 고화재의 특성을 파악하고, 고화처리토의 예비시험과 본시험을 실시하여 최적배합비를 도출하고, 통계분석을 통하여 개량 효과에 유의한 영향을 주는 요인과 정도를 평가하며, 현장시험을 통해 이를 검증하는 데에 그 목적이 있다. 고화 처리토의 개량효과분석 및 현장시험시공을 통한 연구 결과를 요약 .
제안 방법
- 수집 . 분석하여 적정 고화재 성분을 선별하고, 대상토에 대한 물리 . 화학시험 및 역학시험, 고화재에 대한 화학성분분석시험, 고화처리토에 대한 역학시험을 통해 지반조건에 맞는 최적의 배합비를 산정하고자 하였다.
- 고화재를 재선별 . 조합하여 실험계획법에 의해 본시험을 실시하였으며, 이를 통해 얻은 결과는 반응표면분석으로 개량효과에 영향을 주는 인자와 정도를 평가하였다. 또한 경남 진해지역의 연약지반을 선정하여 현장시험시공을 통해 고화재에 의한 초연약 해성 점토의 표층개량효과를 확인하고, 실내시험 결과와의 비교 .
- 조합하여 실험계획법에 의해 본시험을 실시하였으며, 이를 통해 얻은 결과는 반응표면분석으로 개량효과에 영향을 주는 인자와 정도를 평가하였다. 또한 경남 진해지역의 연약지반을 선정하여 현장시험시공을 통해 고화재에 의한 초연약 해성 점토의 표층개량효과를 확인하고, 실내시험 결과와의 비교 . 분석으로 현장에의 적용성을 검증하였다.
- 또한 경남 진해지역의 연약지반을 선정하여 현장시험시공을 통해 고화재에 의한 초연약 해성 점토의 표층개량효과를 확인하고, 실내시험 결과와의 비교 . 분석으로 현장에의 적용성을 검증하였다.
- 화학시험 및 다짐시험, 압밀시험을 실시하였으며, 고화재에 대해서는 화학성분 분석을 수행하였다. 또한 대상토에 고화재를 혼합한 고화처리토는 일축압축시험으로 강도 특성을 파악하여 최적의 고화재 조합을 산정하고자 하였다.
- 결정하였다. 즉 진해 해성점성토의 중량에 대한 함수비를 결정한 후 고화재를(시멘트 및 각종 첨가제의 조합) 혼합하여 공시체를 제작하였다.
- ② 고화재 조합시 주 원료인 시멘트는 공시체 체적(n?) 당 100kg을 혼합하는 것을 기준으로 하여 공시체 몰드의 체적에 대해 환산하여 혼합량을 산정하였다. ③ 고화재 조합시 각종 첨가제(아윈, 석고, 무기 염류 등) 는 시멘트량에 대한 백분율로 기준하여 공시체 제작 시 첨가하였다.
- ④ 공시체 제작시의 함수비는 100%를 기준으로 하여 시료 성형이 가능할 때까지 함수비를 증가시켜 가며 수행하였다
- ⑥ 공시체는 .각 조건별로 3개씩(©5cmXH10cm) 제작하였다.
- 일축압축시험은 삼축압축시험기를 이용하여 변형 율 제어법으로 동일한 3개 공시체에 대하여 수행하였으며 각 조합의 일축압축강도는 3개 공시체 시험결과치의 평균값으로 결정하였다.
- 각각의 독립변수(함수비, 고화재량, 슬래그비율) 와 종속변수(일축압축강도)의 관계를 알아보기 위하여 반응표면분석을 실시하였다.
- 본 연구에서는 품질경영 S/W인「품질플러스(Q+)』 를 이용하여 회귀방정식의 정도(Precision)를 측정하였다. 회귀방정식의 정도를 측정하는 방법에는 여러 가지가 있으나 본 연구에서는 결정계수(R2)으로 판단하였다.
- 고화처리를 위한 장비로는 연약지반상에서 주행이 가능한 육상형 고화처리기에 교반기를 장착한 백호우를 탑재하여 사용하였으며 믹서(Mixer), 아지테이터(Agitator), 주입펌프 등으로 구성된 Sluny Plant에서 정량적으로 고화 액을 송출하여 교반기를 통해 대상부지에 주입 . 시공하였다.
- 소요 강도를 만족하는 고화재 배합량 및 개량 심도는 극한 강도설계 법을 이용해 결정하였으며, 개량효과 확인을 위한 시험으로는 일축압축강도시험 및 평판재하시험을 실시하였다.
- 추출하여 실내에서 양생하였으며, 양생기간은 실내시험과의 비교를 위해 재령 7일과 28일로 결정하였다.
- 평판재하시 험은 원위치상태의 지반상에 재하평판을 놓고 그 위에 하중을 재하함으로써 지반의 하중침하량 관계를 구하고 설계하중을 결정하며 지반의 지지력을 추정하는 시험으로서, 본 연구에서는 시험시공 후 재령 14일과 28일의 표층개량지반에 대하여 실시하였다.
- 배합설계된 고화처 리토의 실내와 현장의 강도비를 산정하고자 시험시공직후 현장의 고화처리된 시료를 추출하여 일축압축시험을 실시하였다.
- 시료추출용 튜브는 내경(D) 50mm, 길이(L) 500mm 의 원통형 강관으로 시공직후 개량부지에 삽입하여 시료를 채취하고, 24시간 후 시료추출기로 추출하여 항온습윤양생 기 에서 양생하였다. 양생기 간은 실내시 험과의 비교를 위해 재령 7일과 28일로 결정하였으며 일축 압축시험 결과는 표 15와 같다.
- 개량부지의 지지 력을 추정하기 위해 재령 14일과28 일의 표층개량지반에 대해 평판재하시험을 실시하였다.
- Concrete Block을 이용하였다. 하중재하는 예상 하중을 5단계 이상으로 나누어 각 하중에 대해 1, 2, 4, 8, 15, 30분마다 측정하였다.
- 1/3 으로 결정한다. 본 시험에서는 하중 一침하량 곡선상에서 항복하중을 산정하여 허용지지력을 구하였다.
대상 데이터
- 이를 위하여 본 연구에서는 우선 국내외에서 광범위하게 활용되는 각종 고화재에 대한 관련자료 및 문헌 등을 수집 . 분석하여 적정 고화재 성분을 선별하고, 대상토에 대한 물리 .
- 본 연구의 주대상토는 경남 진해지역의 초연약 해성 점토로 선정하여 각종 실내시험을 수행하였다. 대상토는 준설펌프에 의해 펌핑되어 폰드에 매립 투기되어 6 개월〜1년 정도가 경과한 점토로서, 매립시 함수비는 펌핑에 용이하기 위해 다량의 해수와 함께 이동하기 때문에 함수비 1000% 전후이고, 6개월〜 1년이 경과한 후의 함수비는 100% 전 .
- 대상토는 준설펌프에 의해 펌핑되어 폰드에 매립 투기되어 6 개월〜1년 정도가 경과한 점토로서, 매립시 함수비는 펌핑에 용이하기 위해 다량의 해수와 함께 이동하기 때문에 함수비 1000% 전후이고, 6개월〜 1년이 경과한 후의 함수비는 100% 전 . 후인 것으로 나타났다.
- 2%를 차지하고 있다. 즉, 석 영(Quartz, SiCh) 이주를 이루고 다음으로 정장석 (Orthoclase, KAlSi3O8), 알바이트(Albite, NaAlSi3O8) 순이었다. CaO의 함유량은 1.
- 고화재로 사용되는 재료는 포틀랜드시멘트, 슬래그계 혼합시멘트, 석고첨가형 시멘트, 무기 염류첨가형 시멘트, 속경성물질첨가형시멘트 등으로 크게 나눌 수 있으며 고화재 원료의 선정은 대상 토질의 특성에 의해서 결정된다. 따라서, 본 연구에서는 고화재를 조합하기 위한 원료를 다음과 같이 선정하였다.
- 2장에서 수행한 고화처리토의 예비시험결과에 의해 본시험에 적용한 고화재 원료는 보통 포틀랜트 시멘트 (1종, 3종)와 슬래그분말(분말도 6000 cm2/g), 석고十아윈(혼합율 10%) 등 크게 3가지로 선정하였으며, 세부시험계획은 다음과 같다.
- 「평판재하시험(KS F 2310)j 에 의하여 재하평판은 직경 30cm의 원형 강성판을 사용하였으며 반력하중은 H-beam과 Concrete Block을 이용하였다. 하중재하는 예상 하중을 5단계 이상으로 나누어 각 하중에 대해 1, 2, 4, 8, 15, 30분마다 측정하였다.
데이터처리
- 본시험에 의한 일축압축강도 결과를 토대로 품질경영 S/W인『품질플러스(Q+)』를 이용하여 2차 회귀분석 및 반응표면분석에 의한 등고선도를 작성하였다.
이론/모형
- 고화처리토의 공학적 특성 평가를 위한 공시체는 한국산업규격(KS F 2329)과 일본의 압축강도시험용 공시제 제작 방법을 참조하여 다음과 같이 제작하였다(松尾 新一郞, 1992 ;建設技術敎育硏究所, 1999).
- 본 연구에서는 반응표면분석중 적은 횟수의 실험으로 곡면을 추정하기 위하여 변수의 수가 k인 경우(본 연구에서 k=3) 중심점(Central Point)과 축점(Axial Point)을 2k 요인시험에 추가시킨 중심합성계획 법(Central Composite Design)을 이용하였다.
성능/효과
- 즉, 석 영(Quartz, SiCh) 이주를 이루고 다음으로 정장석 (Orthoclase, KAlSi3O8), 알바이트(Albite, NaAlSi3O8) 순이었다. CaO의 함유량은 1.27%로 상당히 적은 것으로 나타나 회장석(Anorthite, CaAbSiOQQ은 상당히 적게 함유된 것으로 판단되었다. 또한, XRD 분석결과에 의해서도 석영의 회절 피크가 가장 높게 나타났으며 다음으로 정장석, 알바이트 순이었다.
- 3) 무기 염류나 플라이애쉬의 경우는 모두 일축 압축강도가 0.8 kg/cm2 이내로서 고화재로서의 기능을 발휘하지 못할 정도의 작은 강도를 나타내었다.
- 4) 슬래그분말과 플라이 애쉬의 경우 분말도가 증가할수록 압축강도가 증가하였으나 플라이애쉬의 경우 발현 강도가 상대적으로 매우 작은 값을 나타내었다.
- 5) 상기 예비시험결과로부터, 본시험을 위한 고화재 조합은 무기염류나 플라이애쉬는 강도발현이 타 첨가제에 비해 매우 적으므로 제외하고, 주원료로서 시멘트(1종 시멘트, 3종시멘트)와 슬래그분말, 석고, 아윈을 조합하는 것이 효율적이라고 판단되었다.
- 표 12과 같이 15가지 인자수준의 조합에 대한 시험 결과에 의하면, 예비시험결과에서와 같이 동일조건에 대해서 3종 시멘트가 1종 시멘트에 비해 1.05 〜 1.2배 정도 큰 압축강도를 나타내었으며, 함수비가 증가할수록 급격한 강도저하 경향을 나타내었다. 또한 7일강도는 28 일강도의 55〜65%정도인 것으로 나타났으며, 고화재 총량 중 슬래그가 차지하는 비율은 50%일 때 최대값을 나타내고, 70%정도가 첨가되었을 때는 30%가 첨가된 것과 유사한 강도특성을 나타냈다.
- 2배 정도 큰 압축강도를 나타내었으며, 함수비가 증가할수록 급격한 강도저하 경향을 나타내었다. 또한 7일강도는 28 일강도의 55〜65%정도인 것으로 나타났으며, 고화재 총량 중 슬래그가 차지하는 비율은 50%일 때 최대값을 나타내고, 70%정도가 첨가되었을 때는 30%가 첨가된 것과 유사한 강도특성을 나타냈다.
- 고화처리토의 일축압축강도는 고화재 총량 중 슬래그가 차지하는 비율은 50%일 때 최대값을 가지며, 40~ 60% 범위내에서는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 또한 슬래그 비율이 70%일 때와 30%일 때 고화 처리토의 일축 압축강도는 서로 차이가 거의 없었으며, 이는 슬래그 비율 50%일 때 일축압축강도의 3/4 정도의 강도 발현을 나타냈다. 반응표면 곡선에 의하면 각각의 독립변수(함수비, 고화재량, 슬래그비율)와 종속변수(일축 압축강도)의 관계를 쉽게 알 수 있다.
- 일축압축강도에 영향을 주는 3가지 주인 자(대상토의함수비, 고화재량, 슬래그비율)에 의한 강도특성을 반응표면 분석한 결과, 본시험 결과와 같이 마찬가지로 1종 시멘트보다 3종 시멘트를 사용한 것이 동일한 조건에서 강도가 1.05〜 1.2배 정도, 평균 1.1 배정도 더 크게 나오는 것을 알 수 있으며, 7일강도는 28일강도의 55 〜65%, 대략 60% 정도인 것으로 나타났다.
- 9383으로 나타났다. 또한, 3종 시멘트 7일강도에 대한 회귀방정식의 R2 값은 0.9167로 나타났으며, 28일강도에 대한 회귀방정식의 居 값은 0.9355으로 나타났다.
- 시험결과 A 시험부지(시멘트 개량부지)의 경우 재령 7일의 일축압축강도는 17.0 t/m2, 재령 28일의 일축 압축강도는 29.1 t/n?으로 나타났으며, B 시험부지(고화재 개량부지)의 경우 재령 7일의 일축압축강도는 31.4 t/n?, 재령 28일의 일축압축강도는 52.
- 시험결과에 의하면 재령 7일의 강도는 28일 강도 의약 60% 정도의 강도를 나타내며, 이는 실내시험 결과와도 일치한다.
- 시멘트 개량부지에서 추출한 시료의 일축압축강도는 고화재 개량부지에서 추출한 시료의 일축압축강도의 약 55% 정도로 나타났다.
- 그림에서 보는 바와 같이 함수비가 적을수록, 고화재량이 많을수록 강도는 증가하고, 고화재 총량 중 슬래그가 차지하는 비율은 50%일 때 강도가 최대임을 알 수 있다. 고화처리토의 일축압축강도는 고화재 총량 중 슬래그가 차지하는 비율은 50%일 때 최대값을 가지며, 40~ 60% 범위내에서는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 또한 슬래그 비율이 70%일 때와 30%일 때 고화 처리토의 일축 압축강도는 서로 차이가 거의 없었으며, 이는 슬래그 비율 50%일 때 일축압축강도의 3/4 정도의 강도 발현을 나타냈다.
- 시험결과에 의하면 재령 14일의 항복하중은 재령 28 일 항복하중의 약 90% 정도인 것으로 나타났으며, 고화재에 의해 개량된 부지의 지지력은 시멘트 개량부지의 지지력에 비해 약 L3〜 1.4배 정도 크게 나타났다.
- (1) 본 연구의 대상토인 진해지역의 해성점성토는 통일분류상 CH로 분류되었으며, 원대상토의 일축 압축강도는 약 0.34kg/cm2로 나타났고, 원대상토와 1종 시멘트의 혼합 공시체는 0.72kg/cm2, 3종시멘트 혼합 공시체는 0.79kg/cm2로 나타났다.
- (2) 예비시험결과 무기염류와 플라이애쉬는 타 첨가제에 비해 발현강도가 상대적으로 매우 작아 제외하고, 본시험시에는 시멘트(1, 3종)와 슬래그분말, 아윈, 석고를 조합하여 실시하는 것이 적절한 것으로 판단되었다.
- (3) 반응표면분석에 의하면 1종 시멘트보다 3종 시멘트를 사용한 것이 동일한 조건에서 강도가 1.05〜 1.2 배 정도, 평균 L1 배정도 더 크게 나타났으며 7일 강도는 28일 강도의 55〜65%, 대략 60% 정도인 것으로 나타났다.
- (4) 고화처리토의 일축압축강도는 고화재 총량 중 슬래그가 차지하는 비율은 50%일 때 최대값을 가지며, 40-60% 범위내에서는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 또한 슬래그 비율이 70%일 때와 30%일 때 고화 처리토의 일축압축강도는 서로 차이가 거의 없었으며, 슬래그 비율 50%일 때 강도(최대강도)의 3/4 정도의 강도발현을 나타냈다.
- 또한 슬래그 비율이 70%일 때와 30%일 때 고화 처리토의 일축압축강도는 서로 차이가 거의 없었으며, 슬래그 비율 50%일 때 강도(최대강도)의 3/4 정도의 강도발현을 나타냈다. 이는 고화재량에서 슬래그가 차지하는 비율이 증가할수록 고화재 중에서 시멘트가 차지하는 비율이 감소하는 것으로서, 슬래그가 시멘트에 비해 강도발현에 큰 영향을 미치지 못하는 것으로 판단되었다.
- 또한 슬래그 비율이 70%일 때와 30%일 때 고화 처리토의 일축압축강도는 서로 차이가 거의 없었으며, 슬래그 비율 50%일 때 강도(최대강도)의 3/4 정도의 강도발현을 나타냈다. 이는 고화재량에서 슬래그가 차지하는 비율이 증가할수록 고화재 중에서 시멘트가 차지하는 비율이 감소하는 것으로서, 슬래그가 시멘트에 비해 강도발현에 큰 영향을 미치지 못하는 것으로 판단되었다.
- (5) 함수비 100%의 진해 해성점토에서 현장시험시공을 실시한 결과 시멘트 개량부지에서 추출한 시료의 일축 압축강도는 고화재 개량부지에서 추출한 시료의 일축 압축강도의 약 55% 정도로 나타났으며, 현장의 일축 압축강도( 心는 실내 일축압축강도( 如»의 2/3 정도로 나타났다. 또한, 재령 7일의 강도는 28일 강도의 약 60% 정도의 강도를 나타내며, 이는 실내시험 결과와도 일치한다.
- 5〃1子으로 나타났고, 고화재 개량부지의 경우 재령 14일 46t/m2, 재령 28일 54t/m2으로 나타났다. 또한, 재령 14일의 항복 하중은 재령 28일 항복하중의 약 90% 정도인 것으로 나타났으며, 고화재에 의해 개량된 부지의 지지력은 시멘트 개량부지의 지지력에 비해 약 1.3〜 1.4배 정도 큰 것으로 분석되었다.
- 그래프 안의 수치는 일축압축강도를 뜻한다. 그림에서 보는 바와 같이 함수비가 적을수록, 고화재량이 많을수록 강도는 증가하고, 고화재 총량 중 슬래그가 차지하는 비율은 50%일 때 강도가 최대임을 알 수 있다. 고화처리토의 일축압축강도는 고화재 총량 중 슬래그가 차지하는 비율은 50%일 때 최대값을 가지며, 40~ 60% 범위내에서는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.
- (6) 평판재하시험결과 허용지지력은 시멘트 개량부지의 경우 재령 14일 37t/m2, 재령 28일 39.5〃1子으로 나타났고, 고화재 개량부지의 경우 재령 14일 46t/m2, 재령 28일 54t/m2으로 나타났다. 또한, 재령 14일의 항복 하중은 재령 28일 항복하중의 약 90% 정도인 것으로 나타났으며, 고화재에 의해 개량된 부지의 지지력은 시멘트 개량부지의 지지력에 비해 약 1.
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