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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 굴패각을 지반공학적으로 활용하기 위한 대안으로 단독으로 사용하기 보다 준설점토와 혼합하여 지반 개량재로써 활용성을 평가하고자 하였다. 이를 위해 준설점토와 혼합한 혼합토에 대하여 압밀 특성을 평 가하였다.
• 굴패각을 콘크리트용 잔골재로 활용할 수 있는 가능성을 평가하기 위하여 관련 실험을 실시하였다. 본 연구에서는 시멘트-굴패각으로 혼합된 공시체를 제작하여 일축압축강도시험을 통해 이들 혼합체 의 강도발현시 나타나는 역학적 특성을 규명하고자 하였다.
• 본 글은 폐기물로써 방치되고 있는 굴패각을 재활용하여 지반공학 분야에 적용하기 위한 대안을 제시 흐].고자 최근 서울대학교 지반 및 지반환경연구실에 서 수행되고 있는 내용을 중심으로 정리하였다.
• 굴패각을 콘크리트용 잔골재로 활용할 수 있는 가능성을 평가하기 위하여 관련 실험을 실시하였다. 본 연구에서는 시멘트-굴패각으로 혼합된 공시체를 제작하여 일축압축강도시험을 통해 이들 혼합체 의 강도발현시 나타나는 역학적 특성을 규명하고자 하였다. 시멘트-굴패각 혼합체의 결과를, 같은 조건 의 시멘트二m문진표준사 혼합체와 비교하였다.
• 이상으로 실험과 고찰을 통해 굴패각을 지반공학 분야에 적용성을 평가하고 그 가능성을 제시하고자 하였다. 이 결과를 정리하면 다음과 같다.
• 지반환경분야에서 굴패각의 활용성을 평가하기 위하여 오염물질과의 반응성을 고찰하였다. 본 연구에 서는 대표적 유기화합물질인 BTE(Benzene, Toluene, Ethylbenzene)과 중금속으로 카드늄 (Cd), 납(Pb), 구리(Cu)에 대한 굴패각 입자의 흡착 기작에 대하여 실험을 통해 평가하였다.

제안 방법

• 시멘트-굴패각 혼합체의 결과를, 같은 조건 의 시멘트二m문진표준사 혼합체와 비교하였다. 공시 체의 배합은 물시멘트 비를 i:i로 하고, 시멘트 페이 스트내에 모래 또는 입자크기에 따라서 구분된 굴패 각을 시멘트의 중량을 기준으로 100%, 150%, 200% 혼합하였다. 일축압축강도 시험은 KS F2314 규정에 준하여 실시되었으며 변형률 제어 방식으로 Imm/min의 속도로 연직하중과 연직변위를 측정하였다.
• 혼합토의 구성 성분인 굴패각은 파쇄된 입자의 분포를 큰입자부터 작은입자까지 균등하게 하여 혼합 하였다. 굴패각 혼합토의 압밀 특성을 검토하기 위해 내부가 테프론(tefloG으로 구성된 직경 100mm, 높이 200mm 이상의 대형 압밀몰드를 이용하여 상하 양면배수 조건으로 실험을 실시하였고 시료 중심부에서 간극수압계를 통해 간극수압을 측정하였으며, 선행압밀응력은 98kPa이었다. 그림 7은 혼합토의 체적 변화율을 나타낸 것이다.
• 굴패각을 건조시킨 후 파쇄하여, 분쇄된 굴패각 입자를 만들었으며 , 이를 다시 체분리하여 굴패각 입자 의 크기별로 9.5mm-4.75mm, 4.75mm-2mm, 2mm-0.074mm으로 구분하여 그 활용성을 평가하 였다. 그림 3은 굴패각 입자가 4.
• 그러나 굴패각 혼합 토는 일반 기계재료와 달리 탄성계수와 포아송비가 응력조건, 퇴적구조, 재하방향, 재하속도 등에 따라 변화하기 때문에 구성재료 각각의 탄성계수와 포아 송비를 결정하는 것은 상당히 어렵다. 따라서 본 연구에서는 점토의 압밀실험 후 최종간극비를 이용한 개념을 이용하여 이에 상응하는 압밀응력을 하중」간 극비의 관계로부터 산정하였다. 그림 8은 혼합비에 따른 점토에 작용하는 응력의 산정 방법을 나타낸 것 이다.
• 삼축실험의 공시체의 크기는 직경이 100mm, 높이가 200mm이고, 실험과정에서 재하방법은 공시체 하부를 고정한 상태에서 공시체 상부가 상하로 움직이도록 재하 하였다.
• 본 연구에서는 시멘트-굴패각으로 혼합된 공시체를 제작하여 일축압축강도시험을 통해 이들 혼합체 의 강도발현시 나타나는 역학적 특성을 규명하고자 하였다. 시멘트-굴패각 혼합체의 결과를, 같은 조건 의 시멘트二m문진표준사 혼합체와 비교하였다. 공시 체의 배합은 물시멘트 비를 i:i로 하고, 시멘트 페이 스트내에 모래 또는 입자크기에 따라서 구분된 굴패 각을 시멘트의 중량을 기준으로 100%, 150%, 200% 혼합하였다.
• 공시체의 규격은。50mm X 100mm를 사용하 였다. 양생기간에 따른 압축강도의 특성을 파악하기 위해, 양생기간은 7일(초기강도), 28일(설계기준강 도), 60일(장기강도)로 하였다.
• 굴패각을 지반공학적으로 활용하기 위한 대안으로 단독으로 사용하기 보다 준설점토와 혼합하여 지반 개량재로써 활용성을 평가하고자 하였다. 이를 위해 준설점토와 혼합한 혼합토에 대하여 압밀 특성을 평 가하였다.

대상 데이터

• 일축압축강도 시험은 KS F2314 규정에 준하여 실시되었으며 변형률 제어 방식으로 Imm/min의 속도로 연직하중과 연직변위를 측정하였다. 공시체의 규격은。50mm X 100mm를 사용하 였다. 양생기간에 따른 압축강도의 특성을 파악하기 위해, 양생기간은 7일(초기강도), 28일(설계기준강 도), 60일(장기강도)로 하였다.
• 굴패각은 경남의 통영에서 채취하였고, 본 굴패각 은 주성분이 CaCOJ약 90%)이고 그 외 단백질 성 분이 소량 함유되어 있다. 굴패각의 성분구성은 X선 형 광분광분석 (XRF: X-Ray Flourescence Spectometry) 시험을 통하여 파악할 수 있다.
• 지반환경분야에서 굴패각의 활용성을 평가하기 위하여 오염물질과의 반응성을 고찰하였다. 본 연구에 서는 대표적 유기화합물질인 BTE(Benzene, Toluene, Ethylbenzene)과 중금속으로 카드늄 (Cd), 납(Pb), 구리(Cu)에 대한 굴패각 입자의 흡착 기작에 대하여 실험을 통해 평가하였다.
• 또한, 혼합토의 체적변화량은 선행압밀응력에 의 한 기질부분(점토)의 체적 변화로써 평가된다. 본 연구에서 사용한 점토는 준설 점토로 자연함수 비는 90%이고 기타 기본 물성은 표 2에 나타내었 다.
• 실험을 위해서는 발생 원형의 굴패각(그림 2)을 햇볕에 일주일 이상 말려 수분을 충분히 없앤 후 솔로 불순물을 제거하고 파쇄하여 200번체를 통과할 정도의 분말로 만들어야 한다.
• 실험조건은 등방압밀비배수(瓦)이며, 삼축셀에 공시체를 설치 시 등방압밀은 19.6kPa, 선단속도는 0.5%/min로 하였다.

이론/모형

• BTE에 대한 굴패각의 흡착 특성을 선형 흡착 (Linear Sorption Isotherm) 모델을 이용하여 평가하였으며 , 그 결과를 그림 14에 나타내었디-. 또한 유 기화합물에 대한 흡착능을 비교 평가하기 위하여 우리나라 대표 흙인 화강풍화토에 대한 흡착특성을 그 림 15에 도시하였다.
• BTE의 흡착 특성의 다음의 선형 흡착 분배 계수의 관계식을 이용하여 평가하였다.
• 공시 체의 배합은 물시멘트 비를 i:i로 하고, 시멘트 페이 스트내에 모래 또는 입자크기에 따라서 구분된 굴패 각을 시멘트의 중량을 기준으로 100%, 150%, 200% 혼합하였다. 일축압축강도 시험은 KS F2314 규정에 준하여 실시되었으며 변형률 제어 방식으로 Imm/min의 속도로 연직하중과 연직변위를 측정하였다. 공시체의 규격은。50mm X 100mm를 사용하 였다.

성능/효과

• (1) 굴패각을 혼합한 혼합토의 압밀 실험 결과 굴 패각 혼합율이 증가하면 점토의 체적 변형량 이 작게 발생하는 것을 알았다. 이는 혼합율이 작은 경우 굴패각 입자와 점토 사이의 마찰저항에 의해, 혼합율이 큰 경우는 굴패각 골격구 조가 형성되어 점토에 작용하는 압밀하중의 일부를 분담해 받기 때문이라고 판단된다.
• (2) 굴패각 혼합에 의한 강도 개선 효과는 선행압 밀응력이 작은 49kPa에서 크게 나타나는 것을 알 수 있었다. 이는 혼합토의 전단강도 발 현 메카니즘이 보통 흙과 같이 구속압에 기인 한 마찰력에만 의존하지 않는다는 것을 의미한다.
• (3) 굴패각/시멘트 혼합체의 일축압축강도시험 결과, 작은입자 굴패각이 큰입자 굴패각보다 강 도면에서 우수하였으며 모래와 비슷한 범위의 강도를 나타냈다.
• (4) 굴패각을 이용한 중금속 처리는 흡착반응에 적합한 인위적인 pH조절이 필요 없을 뿐만 아니라, 양호한 흡착능으로 인해 중금속 제거제로 활용하기에 문제점이 없을 것으로 판단된다. 또한 BTE의 흡착기작에 있어서도 대표적 흙인 화강풍화토에 비하여 흡착능이 높은 것으로 나타났다.
• 혼합토와 점토 의 변형곡선을 비교하면, 굴패각 혼합률이 증가하면 같은 축변형에서 축차 응력이 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 굴패각만의 응력-변형관계의 변화경향 도 점토 및 혼합토의 변화경향과 유사하지 만, 굴패각 만의 전단강도는 점토의 강도보다 수배 큰 값을 나타내는 것을 알 수 있다.
• 또한, 이 결과를 공학적 관점으로 판단할때, 준설 점토를 굴패각 입자와 혼합해 매립하는 경우, 매립심도가 앝은 지반일수록 혼합에 의한 전단강도의 증대 효과를 기대할 수 있다는 것을 의미한다.
• LOM의 압축강도가 상대적 으로 낮은 값을 가지는 반면 SOM의 압축강도는 모래의 경우와 거의 유사한 값을 나타내나, 28일 강도에서는 더욱 큰 값을 나타냈다. 모래와 SOM은 혼합 비가 증가할수록 압축강도가 감소하는 경향을 보이지만 LOM은 반대의 경향을 나타내었다. 따라서 강 도변화는 혼합비 증가에만 의존하지는 않는 것으로 판단된다.
• 이 결과로부터 굴패각 혼합률이 증가하면 할수록, 점토의 응력분담률이 작아지는 것을 알 수 있다. 예 를 들면, 굴패각 혼합률 80%의 경우, 점토가 받는 응력은 약 31kPa로써 초기압밀응력을 기준으로 해 서 약 0.
• 074mm)의 입도분포를 주문진 표준사와 비교하기 위하여 함께 도시한 것이다.입도분포곡선에서 주문 진 표준사의 균등계수(CJ는 1.53, 곡률계수(CB)는 0.94, 굴패각 작은입자의 균등계수는 4.67, 곡률계 수는 1.01 로 나타났다. 그리고 유효 입경(I為)은 주문진 표준사는 0.

후속연구

• (4) 굴패각을 이용한 중금속 처리는 흡착반응에 적합한 인위적인 pH조절이 필요 없을 뿐만 아니라, 양호한 흡착능으로 인해 중금속 제거제로 활용하기에 문제점이 없을 것으로 판단된다. 또한 BTE의 흡착기작에 있어서도 대표적 흙인 화강풍화토에 비하여 흡착능이 높은 것으로 나타났다.
• (5)의 형태로 산화물에 의한 수화착물의 형성으로 침전을 생성하게 되고 낮은 pH에서는 이온교환이나 표면 침착 등에 흡착현상이 일어나게 될 것이므로 보다 우수한 중금속이온의 제거제로서 활용될 수 있다 고 판단된다.

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