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문제 정의
- 이 연구에서는 혼화 재료인 NSC(New Soil Chemical) 를 섞은 소일시멘트의 일축압축강도를 측정하는 실험을 수행하였으며, 흙 종류, 시멘트 함량, NSC 혼합비에 따른 일축 압축강도의 변화 양상을 파악하고자 하였다.
- 이 연구에서는 NSC가 소일시멘트의 압축강도에 미치는 영향을 알아보고자 화강풍화토와 산토에 여러 가지 배합조건의 시멘트와 NSC를 섞은 시료를 제작하여 일축 압축시험을 수행하였으며, 시험결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
- 소일 시멘트는 여러 재료들의 배합비율에 따라 이강도가 좌우되므로 이 연구에서는 두 가지 종류의 흙에 대하여 표 2 및 표 3과 같이 배합하여 공시체를 제작, 일축 압축강도를 측정하였다. 표 2 및 표 3에서 보는 바와 같이 시멘트 함량이 강도에 미치는 영향을 파악하기 위해 흙량을 942kg으로 일정한 상태에서 시멘트량을 200~350kg 까지 50kg씩 변화시켜 배합하였다.
- 측정하였다. 표 2 및 표 3에서 보는 바와 같이 시멘트 함량이 강도에 미치는 영향을 파악하기 위해 흙량을 942kg으로 일정한 상태에서 시멘트량을 200~350kg 까지 50kg씩 변화시켜 배합하였다. 물/시멘트비는 각각의 배합조건에 따라 달리하였는데 이는 작업능률 및 강도를 고려하여 슬럼프값을 5~ 7cm로 하기 위해서이다.
- 물/시멘트비는 각각의 배합조건에 따라 달리하였는데 이는 작업능률 및 강도를 고려하여 슬럼프값을 5~ 7cm로 하기 위해서이다. 표 2에서 보는 것처럼 화강풍화토에 대한 배합 조건은 총 8가지이며, 압축강도는 1주, 2주, 4주, 8주 강도를 각각 3회씩 측정하여 평균하였다. 따라서, 화강풍화토에 대한 공시체 수는 8X4X3=96개이다.
- 산토의 경우도 배합 조건은 표 3과 같이 총 8가지이나, 압축강도는 1주, 2주, 4주 양생기간에 대해 각각 3회씩 측정하였다. 따라서, 산토에 대한 공시체 수는 8X3 X 3=72개이다.
- 이때, 시멘트량과 흙량을 각각 200kg과 1200kg으로 일정하게 하였다. 표 4에 나타낸 4가지 배합분류 조건에 대하여 1주, 2주, 4주의 일축압축강도를 구하였는데 동일한 조건에 대한 일축압축시험을 3회 실시하여 그 평균값을 일축압축강도값으로 하였다. 따라서 공시체 수는 4X3X3=36 개이다.
- 공시체 제작시 봉다짐을 실시하게 되는데 봉 다짐 숙련도에 따라 압축강도가 영향을 받으므로 한사람이 봉다짐을 하도록 하였으며, 제작된 공시체는 온도 변화가 작은 실내에서 천을 덮어 보관하면서 일정 시간 간격으로 수분을 공급하여 양생하였다.
- 한편, NSC 용액 : 물 비율이 강도에 미치는 영향을 파악하기 위하여 화강풍화토에 대하여 NSC 용액 : 물 비율을 표 4와 같이 4가지로 변화시 켜가며 실험하였다. 이때, 시멘트량과 흙량을 각각 200kg과 1200kg으로 일정하게 하였다.
대상 데이터
- 5℃ 이다. 시멘트는 세계각국에서 건설, 건축 등 여러 분야에서 광범위하게 쓰이고 있는 보통 포틀란드 시멘트(Ordinary Portland Cement)를 사용하였다.
- 시험에는 충청북도 청원군 지역에서 채취한 화강풍화토와 용인 인근의 야산에서 채취한산토를를 자연건조시킨 후 사용하였다. 흙의 기본 물성은 표 1과 같으며, 입도분포곡선은 그림 1과 같다.
이론/모형
- 공시체 제작은 콘크리트 공시체 제작방법(KS F 2403) 을 따랐으며, 지름 10cm, 높이 20cm의 몰드를 사용하여 제작하였다. 공시체 제작시 봉다짐을 실시하게 되는데 봉 다짐 숙련도에 따라 압축강도가 영향을 받으므로 한사람이 봉다짐을 하도록 하였으며, 제작된 공시체는 온도 변화가 작은 실내에서 천을 덮어 보관하면서 일정 시간 간격으로 수분을 공급하여 양생하였다.
- 압축강도 시험은 lOOton 용량의 일축압축시험기를 사용하여 KSF 2405 규정에 따라 실시하였다. 사진 1은 믹서기를 이용한 배합과정이며, 사진 2는 압축강도 시험 후 얻어진 대표적인 공시체의 파괴 형태이다.
성능/효과
- 표 7에서 전반적으로 NSC 용액을 첨가한 경우의 일축 압축강도가 큰 것을 알 수 있으며, 특히 A2(시멘트량 250kg)의 경우 양생기간에 따라 40~49%의 강도 증가가 있음을 알 수 있다. 일반적인 기준인 4주 강도를 비교하면 NSC를 첨가하는 경우가 NSC를 첨가하지 않은 경우에 비해 8-45% 강도가 더 큰 것으로 나타났다. 산토에 대한 시험 결과는 그림 3과 같다.
- 나타낸 것이다. 거의 모든 경우에서 NSC 용액을 첨가하는 경우가 강도가 높은 것으로 나타났으며, B2의 경우 최대 13%의 강도 증가 효과가 있었다. 4주 강도를 비교할 때 NSC를 첨가한 경우가 NSC를 첨가하지 않은 경우에 비해 평균 4-11% 강도가 더 크게 나타나 산토에 대한 NSC의 강도증가 효과는 화강풍화토에 비해 낮았다.
- 거의 모든 경우에서 NSC 용액을 첨가하는 경우가 강도가 높은 것으로 나타났으며, B2의 경우 최대 13%의 강도 증가 효과가 있었다. 4주 강도를 비교할 때 NSC를 첨가한 경우가 NSC를 첨가하지 않은 경우에 비해 평균 4-11% 강도가 더 크게 나타나 산토에 대한 NSC의 강도증가 효과는 화강풍화토에 비해 낮았다.
- 그림 4에서 보듯이화강풍화토 및 산토 모두 시멘트량 증가에 따라 거의 선형적으로 강도가 증가하는 것으로 나타났다. 그림 4 에서 NSC 용액을 첨가한 경우의 일축압축강도가 NSC 용액을 첨가하지 않은 경우보다 강도가 더 큰 것을 알 수 있으며, 시멘트량 200kg에서 그 차이가 가장 작고, 시멘트량 250kg 이상에서는 흙 종류에 관계없이 NSC의 강도 증가효과가 거의 일정한 것으로 나타났다. 따라서, 주어진 배합비 조건에서 NSC를 경제적으로 사용하기 위한 시멘트량은 250kg이라고 할 수 있다.
- 그림 6에서 보는 바와 같이 NSC:물 비율이 커질수록 1, 2, 4주 양생기간 모두에 대하여 강도가 증가함을 알 수 있다. 2주까지의 양생 기간에 따른 강도증가속도와 1주와 4주사이의 강도증가량 또한 NSC:물 비율이 클수록 커짐을 알 수 있다.
- (1) 화강풍화토 및 산토 모두 NSC를 첨가한 경우가 첨가하지 않은 경우보다 일축압축강도가 큰 것으로 나타났다. 4주 강도를 비교할 때 화강풍화토는 8~ 45%, 산토는 평균 4-11% 강도가 증가한 것으로 나타나 흙 종류에 따라 강도 증가 효과에 차이가 있었다.
- 4주 강도를 비교할 때 화강풍화토는 8~ 45%, 산토는 평균 4-11% 강도가 증가한 것으로 나타나 흙 종류에 따라 강도 증가 효과에 차이가 있었다. 한편, NSC의 첨가여부에 관계없이 산토의 일축 압축강도가 화강풍화토의 일축 압축강도보다 큰 것으로 나타났는데 이것은 물/시멘트비가 산토의 경우화강풍화토의 경우보다 작기 때문인 것으로 판단되며 흙의 상대적인 입자크기, 입도 분포, 세립분 함량도 영향을 미친 것으로 추측된다.
- 4주 강도를 비교할 때 화강풍화토는 8~ 45%, 산토는 평균 4-11% 강도가 증가한 것으로 나타나 흙 종류에 따라 강도 증가 효과에 차이가 있었다. 한편, NSC의 첨가여부에 관계없이 산토의 일축 압축강도가 화강풍화토의 일축 압축강도보다 큰 것으로 나타났는데 이것은 물/시멘트비가 산토의 경우화강풍화토의 경우보다 작기 때문인 것으로 판단되며 흙의 상대적인 입자크기, 입도 분포, 세립분 함량도 영향을 미친 것으로 추측된다.
- (2) NSC 용액 : 물 비율로 1 : 15를 사용하고, 흙량을 942kg으로 고정시킨 상태에서 시멘트량을 200kg, 250kg, 300kg, 350kg으로 바꿔가며 화강풍화토와 산 토에 대해 실험한 결과 두 가지 흙 모두 시멘트량이 증가함에 따라 일축압축강도가 거의 선형적으로 증가하는 것으로 나타났다. 또한, NSC 용액의 강도 증가 효과는 흙 종류에 관계없이 시멘트량 250kg 이상에서는 거의 일정한 것으로 나타나 주어진 배합비 조건에서 NSC를 경제적으로 사용하기 위한 시멘트량은 250kg이라고 할 수 있다.
- (3) 화강풍화토에 대하여 NSC 용액 : 물 비율을 NSC 불포함, 1 : 15, 1 : 10, 1 :5 등으로 바꿔가며 실험한 결과 NSC 용액:물 비율이 증가할수록 강도가 커졌으며, 이러한 경향은 양생 기간이 길어짐에 따라 더욱 확실하게 나타났다.
- (4) NSC 용액을 첨가한 화강풍화토의 일축압축강도는약간이나마 양생기간이 증가함에 따라 강도가 증가하는 것으로 나타나 NSC 용액이 장기 강도 면에서 효과가 있음을 확인할 수 있었다.
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