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문제 정의
- 본 논문에서는 인산석고와 준설점토의 화학적 반응에 한하여 지반의 강도변화를 관측하기 위하여 60cm 위치의 저항값을 비교하였으며, 이는 측정할 수 있는 밑단 바닥부분이며, 건조에 의한 영향을 최소화 할 수 있는 부분이기 때문이다.
- 본 논문은 폐기물의 자원화 차원에서 인산석고를 준설매립재로 활용하기 위한 기초 연구를 수행하였다. 이를 위하여, 준설점토와 인산석고 혼합토에 대한 기본물성시험, 침강시험 등 실내시험과 현장 적용성을 평가하기 위하여 현장시험을 실시하였다.
제안 방법
- 침강실험은 시료를 1000㎖ 비이커에 시료와 혼합수를 혼합한 다음, 시험시료의 완전포화를 위하여 약 24시간 자연적으로 방치하였다. 24시간 경과된 후, 준비된 시료를 잘 혼합하여 침강용 메스실린더에 넣어 침강실험을 실시하였다.
- 이를 위하여, 준설점토와 인산석고 혼합토에 대한 기본물성시험, 침강시험 등 실내시험과 현장 적용성을 평가하기 위하여 현장시험을 실시하였다. 또한 pH, 수질분석 등 환경적 영향을 분석하였다.
- 환경적 특성으로는 현장시험에 의해 발생된 침출수를 수질환경보전법에서 요구하는 방류수 수질분석을 실시하였다. 수질분석을 위하여 준설점토지반과 인산석고 혼합지반에서 발생한 침출수는 준설매립 후 토립자가 자연 침강한 다음 90일 경과 후 채취하였으며, 그 결과를 표 4에 나타내었다.
- 본 논문은 폐기물의 자원화 차원에서 인산석고를 준설매립재로 활용하기 위한 기초 연구를 수행하였다. 이를 위하여, 준설점토와 인산석고 혼합토에 대한 기본물성시험, 침강시험 등 실내시험과 현장 적용성을 평가하기 위하여 현장시험을 실시하였다. 또한 pH, 수질분석 등 환경적 영향을 분석하였다.
- 현장시험시공의 혼합비율은 준설점토 70%와 인산석고 30%를 혼합하였는데, 이는 폐기물관리법에서 제시한 기준에 따른 것이다. 인산석고 혼합토의 함수비는 약 400%로 하였고, 현장시험지반은 그림 2와 같이 준설점토 100%와 인산석고 30% 혼합지반으로 해수를 사용하여 혼합하였다.
- 인산석고의 활용은 Kujala(1983)가 연약지반의 심층 안정처리재로 석고와 석회의 혼합비율을 1:1과 1:2로 혼합하여 실내 강도시험과 삼축시험을 실시하였으며, 현장 성토시험시공을 실시하여 강도 및 변형특성을 분석하였다. 이 보고에 의하면, 실내시험에서 석고석회로 처리된 흙의 강도가 순수석회보다 크게 나타났으며, 현장시험시공에서는 석회컬럼보다 석고석회컬럼의 강도가 더욱 좋은 것으로 나타내었다.
- 준설점토 100% 지반과 준설점토에 인산석고를 30% 혼합지반에 대하여 콘관입시험을 실시하였다. 콘관입시험은 혼합시공 후 90일, 120일, 140일 경과 후 실시하였다.
- 실험에 사용된 재료로 준설점토는 전라남도 OO지역의 준설점토를 사용하였고, 인산석고는 인산비료 생산과정에서 발생된 부산물을 사용하였다. 준설점토와 인산석고의 혼합비율은 준설점토(CL 100)와 준설점토에 인산석고를 부피비 10%(CLPG 10), 20%(CLPG 20), 30%(CLPG 30)로 혼합하여 각각 사용하였으며, 현장실험은 준설점토와 인산석고의 혼합비율을 30%(CLPG 30)에 대하여 실시하였다.
- 침강실험은 시료를 1000㎖ 비이커에 시료와 혼합수를 혼합한 다음, 시험시료의 완전포화를 위하여 약 24시간 자연적으로 방치하였다. 24시간 경과된 후, 준비된 시료를 잘 혼합하여 침강용 메스실린더에 넣어 침강실험을 실시하였다.
- 준설점토 100% 지반과 준설점토에 인산석고를 30% 혼합지반에 대하여 콘관입시험을 실시하였다. 콘관입시험은 혼합시공 후 90일, 120일, 140일 경과 후 실시하였다. 그림 6은 준설매립 후 시간경과에 따른 준설점토와 인산석고 혼합지반에 대한 콘관입시험 결과를 비교하여 나타낸 것이다.
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2.4 현장실험
현장시험은 콘관입시험을 실시하여 공학적 특성을 분석하였다. 현장시험시공의 혼합비율은 준설점토 70%와 인산석고 30%를 혼합하였는데, 이는 폐기물관리법에서 제시한 기준에 따른 것이다.
- 혼합수의 종류는 표 1에 보는 바와 같이 증류수, 해수, NaCl로 하였고, 혼합수의 염분도(S)는 증류수 0%, 0.1M NaCl 0.64%, 해수 3.12%, 1M NaCl 5.07%의 조건으로 하였다. 이때 pH는 자연적인 조건으로 하였다.
- 환경적 특성으로는 현장시험에 의해 발생된 침출수를 수질환경보전법에서 요구하는 방류수 수질분석을 실시하였다. 수질분석을 위하여 준설점토지반과 인산석고 혼합지반에서 발생한 침출수는 준설매립 후 토립자가 자연 침강한 다음 90일 경과 후 채취하였으며, 그 결과를 표 4에 나타내었다.
대상 데이터
- 물리적 성질은 입도분포, 액성한계, 소성한계, 비중 등을 각각 KSF 2302, 2303, 2304, 2308에 의하여 실시하였다.
- 실험에 사용된 재료로 준설점토는 전라남도 OO지역의 준설점토를 사용하였고, 인산석고는 인산비료 생산과정에서 발생된 부산물을 사용하였다. 준설점토와 인산석고의 혼합비율은 준설점토(CL 100)와 준설점토에 인산석고를 부피비 10%(CLPG 10), 20%(CLPG 20), 30%(CLPG 30)로 혼합하여 각각 사용하였으며, 현장실험은 준설점토와 인산석고의 혼합비율을 30%(CLPG 30)에 대하여 실시하였다.
- 침강실험에 사용된 메스실린더는 직경 6.0cm, 높이 50cm인 1000㎖ 메스실린더를 사용하였으며, 현탁액 초기높이는 30cm로 하였으며 그림 1과 같다.
- 침강실험은 현장에서 채취한 교란된 준설점토를 온도 105±5℃에서 완전 건조시킨 후, 0.25mm체를 통과한 시료를 사용하였다. 이는 토립자의 입경이 너무 작으면 자연 상태의 흙보다 실트의 비율이 너무 작아지고 입경이 너무 크면 작은 모래입자들이 섞이기 때문이다(이송, 양태선, 황규호, 1994).
성능/효과
- 1. 인산석고는 0.074mm이하 통과율이 97.14%, 곡률계수 2.61, 균등계수 3.59, 흙의 분류로 ML로 나타났다.
- 2. 인산석고 30% 혼합시료의 침강속도는 준설점토의 침강속도보다 약 77%～167% 정도 빠른 것으로 나타났는데 이는 인산석고의 CaSO4가 이온화되어 준설점토의 입자를 응집시키는 응집제 작용을 하는 것으로 판단된다.
- 3. 현장시험을 통한 준설점토지반과 인산석고 혼합지반에 대하여 준설매립 후 인산석고 혼합지반의 지지력은 준설점토지반과 거의 유사한 거동을 나타내는 것으로 판단된다.
- 4. 현장시험에서 발생된 침출수의 수질분석결과, 법적기준치 이내의 값으로 환경적 영향이 적은 것으로 생각되고, 인산석고를 준설매립재로 활용할 경우, 준설점토와 인산석고 혼합재료의 부유물질량이 감소시간을 고려하여 사용하며, 법적기준을 만족하므로 청정지역을 제외한 가지역, 나지역, 특례지역에 활용 가능한 것으로 판단된다.
- 그림에서 준설매립후 90일 경과 후 준설점토지반의 콘관입저항치는 60cm 깊이에서 0.17kg/cm2, 인산석고 혼합지반은 0.168kg/cm2로 나타났으며, 준설매립 140일 경과 후, 깊이 60cm에서는 준설점토지반의 콘저항치는 0.16kg/cm2과 인산석고 혼합지반의 콘 저항치가 0.15kg/cm2로 큰 차이 없이 유사하게 나타났다. 준설점토지반과 인산석고 혼합지반에 대한 준설매립 후 90일 경과 후 표층의 콘관입 저항치가 0.
- 따라서, 인산석고 30% 혼합시료의 침강속도는 준설점토의 침강속도보다 약 77%～167% 정도 빠른 것으로 나타났다. 이는 인산석고가 준설점토의 침강속도를 촉진시킨 것으로 판단되며, 인산석고의 CaSO4가 이온화되어 준설점토의 입자를 응집시키는 응집제 작용을 하는 것으로 판단된다.
- 실험결과를 살펴보면, 생물학적 산소요구량, 부유물질량, 화학적 산소요구량 등 법적 기준치 이내로 나타났으며, pH의 범위는 준설점토는 7.05～8.40, 인산부산석고 혼합지반은 6.4～6.9의 범위를 나타내고 있다. 그 외의 중금속은 법적기준치 이내의 값을 나타내고 있다.
- 인산석고 혼합비율에 따른 액·소성한계 시험 결과를 살펴보면 인산석고 혼합비율이 증가할수록 액성한계 및 소성지수가 작아지는 것으로 나타났다. 이는 점토의 Na+가 석고의 Ca2+와 양이온 교환에 의한 것으로 판단된다.
- 인산석고(PG)의 입도분포는 0.074mm이하 통과율이 97.14%, 곡률계수 2.61, 균등계수 3.59이며, 통일분류법에 의해 ML 분류되었다.
- 준설점토와 인산석고 30% 혼합한 경우에 대한 침강속도를 살펴보면, 혼합수가 증류수인 경우, CL 100의 침강속도는 0.218cm/min, CLPG 30은 0.388cm/min으로 인산석고 30% 혼합한 경우가 순수 준설점토보다 약 77% 빠른 것으로 나타났다. NaCl 0.
- 준설점토와 인산석고 및 혼합토에 대한 컨시시턴시 실험 결과는 표 2에서 보는 바와 같이 인산석고(PG)는 비소성으로 나타났으며, 준설점토는 액성한계는 47.20%, 소성지수는 16.2로 나타났다.
- 표와 그림에서 인산석고 혼합 준설점토의 침강현상을 살펴보면, 인산석고 혼합 준설점토의 침강속도가 순수 준설점토의 침강속도보다 빠른 것으로 나타났다. 즉, 인산석고 혼합비율이 증가할수록 침강속도는 증가하는 것으로 나타났다.
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그림 5. 인산석고 혼합준설점토의 침강속도
침강형태의 육안관측에서 계면형성은 침강시작 후 약 8～16분 이내에서 계면형성이 나타났으며, 침강경과시간 약 60～240분이내에 모든 침강이 완료되었다
. - 표와 그림에서 인산석고 혼합 준설점토의 침강현상을 살펴보면, 인산석고 혼합 준설점토의 침강속도가 순수 준설점토의 침강속도보다 빠른 것으로 나타났다. 즉, 인산석고 혼합비율이 증가할수록 침강속도는 증가하는 것으로 나타났다.
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