[논문]산업폐기물인 동슬래그의 배수재로서의 활용에 관한 연구

천병식

산업폐기물인 동슬래그의 배수재로서의 활용에 관한 연구
A Study on the Applicability of Copper Slag as Drainage Material 원문보기

한국지반환경공학회논문집 = Journal of the Korean Geoenvironmental Society, v.5 no.4, 2004년, pp.65 - 72

초록
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건설 골재 수급 문제 및 환경에 대한 관심이 높아지면서 국내에서 동슬래그와 같은 각종 산업폐기물의 재활용과 그에 따른 기술개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이에 본 연구는 동슬래그의 재료특성, 입도분포와 환경적 안정성의 검토를 통하여 동슬래그의 배수재로 적용성을 검토하였다. 실내시험결과를 통하여 일반적으로 쓰여지는 모래보다 우수한 연직배수효과가 있음을 알 수 있었다. 특히 분사현상에 대한 안정성 및 입자유실에 대한 내적안정성을 검토한 결과, 일반적인 사질토에 비해 한계동수경사가 크게 나타나고 내적안정성이 우수하게 평가되었다. 따라서 동슬래그는 지반조건에 따라 배수기능을 충분히 발휘할 수 있으며 내적으로도 안정한 배수재로서 사용이 가능한 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Within a country, owing to the restriction of aggregate which have been supplied to construction sites, applicability of byproducts such as the copper slag is expected to be more reasonable. In this study, on the basis of characteristics, grain distribution and environmental stability of copper slag, its engineering application was estimated as the vertical and horizontal drainage material. As a results of laboratory tests, it was shown that the permeability of the copper slag was similar to that of sands under vertical drainage condition. In addition, the copper slag showed higher critical hydraulic gradient than that of sand under upward vertical flow state. The copper slag has potential safety against piping and it that the copper slag is suitable for drainage and filter material.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

규제물질 단위 허용 기준 미국에서 환경유해성 평가를 위하여 실시하는 EP Toxicity Test(Methods 1310)를 고형화된 폐기물의 잠재 용출성 평가와 유해폐기물의 여부를 판단하기 위하여 실시하였다.
따라서 본 연구에서는 실내시험 및 결과분석을 통하여 동슬래그의 배수재로서 적합성과 기술적인 타당성을 파악하고자 한다.
본 연구는 동슬래그의 배수재로서의 적합성을 평가하기 위해 동슬래그의 물리․역학적 특성 및 환경 유해성을 평가한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 정수위투수시험기를 이용하여 동수경사에 따른 투수계수 산정과 분사현상발생 여부를 육안으로 확인하였다. 시험은 동슬래그를 진동을 가하며 조밀하게 다짐하였고, 한번 분사현상이 발생되고 느슨해진 상태에서 다시 분사현상시험을 실시하였다.

제안 방법

수직․수평 배수재로서 동슬래그의 적합성을 평가하기 위하여, 각종 기본 특성실험들의 결과를 토대로 물리적·역학적 특성을 분석하였다.
본 연구에서는 정수위투수시험기를 이용하여 동수경사에 따른 투수계수 산정과 분사현상발생 여부를 육안으로 확인하였다. 시험은 동슬래그를 진동을 가하며 조밀하게 다짐하였고, 한번 분사현상이 발생되고 느슨해진 상태에서 다시 분사현상시험을 실시하였다.
연속동제련공정(Mitsubishi Continuous Copper Smelting process)은 건조한 정광과 산소부화 공기를 Top Blow Lance로 투입하는 방식을 적용하며 Launder 를 통한 용탕의 연속 이동과 자용로공정에 의해 P-S Converter(전로)를 제거하여 환경문제해결과 간단한 물류이송을 가능하게 하였다(그림 2). 자용로공정과의 차이점은 동제련과정 중 동광석과 규사 외에 석회석을 투입한다는 점이다(LG-Nikko 동제련(주), 2000).
(1985)은 작은 흙입자가 내부간극 속에서 유출되지 않고, 구속할 수 있는 입자의 크기는 약 4배의 입자크기를 가진다고 하였다. 이것을 바탕으로 배수필터재의 내적안정성을 평가하기 위하여 아래와 같은 조건을 제안을 하였고 입도분포가 양호(균등계수, Cu>3)할 경우 통과백분율, F<20% 범위에서 적용하며, 입도분포가 불량(균등계수, Cu<3)할 경우 통과백분율, F< 30%에 대해서 고려한다(그림 7).

성능/효과

(1) 동슬래그의 환경 영향 평가는 EP Toxicity Test와 국내에서 일반적으로 적용되고 있는 폐기물 공정 시험법에 의해 분석되었고, 그 결과 모든 규제항목의 허용 기준치 이하로 판명되었으며 환경적으로 안정적인 것으로 나타났다.
(2) 동슬래그의 입도분포곡선은 자용로, 연속로 모두 Sand Mat 및 Sand Drain재로서의 상한․하한의 범위안에 분포하였으며, No. 200체 통과분이 거의 0%로서 압밀 촉진을 위한 배수재로서 적합한 입도분포특성을 가지고 있다.
(4) Clogging 및 Piping 발생여부 및 내적안정성을 평가한 결과, 지반조건에 따라 배수기능을 충분히 발휘할 수 있으며, 내적으로도 안정한 배수재로서 사용이 가능한 것으로 판단된다.
(5) 비중이 큰 동슬래그의 분사현상에 대한 안정성을 검토한 결과, 입도분포가 균등하며 물의 흐름이 발생하는 곳에서 내부 입자유출은 발생하지 않는 것으로 나타나서 분사현상에 대한 저항도 매우 큰 것으로 나타났다.
A다짐시험결과 자용로인 경우 최대건조밀도 2.39gf/ cm³, 최적함수비 7.46%, 연속로인 경우 최대건조밀도 2.17gf/cm³, 최적함수비 6.11%로 나타났다. 일반 성토 재료인 화강풍화토의 경우 최대건조밀도 1.
200체 통과분이 거의 0%로서 압밀 촉진을 위한 배수재로서의 적합한 입도 분포특성을 가지고 있다(蕂田圭一, 1995). 또한, 통일분류법에 의해 동슬래그를 분류하면, 입도분포가 균등한 SP 로 분류되며, 액·소성 시험결과는 모든 시료가 비소성(N.P.)으로 나타나 재료적 특성은 양호한 것으로 평가된다.
시험결과, 그림 9에 나타난 것처럼 느슨한 상태에서 한계동수경사값이 실내시험용의 경우 1.36, 현장시험용의 경우 1.50으로 나타나 일반적인 안정한 상태의 사질토의 한계동수경사값이 1인 것보다 크게 나타났다. 동슬래그는 한계동수경사, i_c값이 이론식에 의한 값보다 크게 나타나며 조밀한 경우에 더욱 크게 나타난다.
정수위투수시험 결과 자용로인 경우 2.91×10^-1 cm/sec, 연속로인 경우 1.47cm/sec로서 비교적 큰 값을 나타냄으로써, 배수재로서의 적용기준을 만족하는 적합한 것으로 평가되었다.
직접전단시험을 실시한 결과, 동슬래그 강도정수는 자용로인 경우 φ=43°, c=0로 나타났으며, 연속로인 경우 φ =46°, c=0로 측정되어 실내실험에서 사용한 모래의 경우 (φ=36°, c=0)보다 내부마찰각이 크게 나타났으며, 일반 성토재인 화강풍화토(SC)의 강도정수가 내부마찰각 φ =20°, 점착력은 c=0.44kgf/cm²인 것을 감안하면 강도 특성은 매우 양호한 것으로 판단된다.
그림 6은 우리나라의 대표적인 충적연약지반인 진해, 울산, 비인, 목포, 군산 다섯 곳의 채취시료의 입도분석결과를 식 (3)에 적용하여 clogging 방지를 위한 배수재 선정 기준에 적합한지를 파악하여 표 4와 같이 정리하였다. 진해, 울산지역 시료의 경우 자용로와 연속로 모두 선정기준을 만족하였으나, 서해안의 비인, 군산과 남해안의 목포의 경우에는 clogging이 발생할 수 있는 것으로 나타났다.

후속연구

(6) 향후 동슬래그의 토목공사에서 폭넓은 적용을 위해서는 우선 동슬래그의 공학적 특성을 파악하고 많은 실내모형시험 및 현장시험시공이 실시되어 다양한 현장 여건이 충분히 반영되어 조사․검토되어야 할 것이다.
이와 같이 동슬래그는 배수재로서의 배수특성과 더불어 주변 지반조건에 따라 배수의 기능을 충분히 발휘할 수 있는 재료로 사용 가능할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	동슬래그는 어떤 장점을 갖는가?	0mm로 건설공사의 잔골재로 이용할 수 있다. 특히 동슬래그는 모래에 비해 높은 비중이 특징이며 안정된 유리질 상태로 환경적으로도 매우 안정된 재료로써 일본, 독일 등 해외에서는 항만공사, 호안공사 및 해양구조물의 제작 등에 널리 활용되고 있다(한국건설기술 연구원, 2000). 또한 국내에서도 콘크리트 골재용으로 사용하기 위한 동슬래그의 품질 제정안을 만든 상태이나 지반공학분야에 대한 적용성 연구는 미흡한 상태이다.
	배수재로 사용하기 위해 동슬래그의 Clogging 및 Piping 발생여부 및 내적안정성을 평가한 결과는?	(4) Clogging 및 Piping 발생여부 및 내적안정성을 평가한 결과, 지반조건에 따라 배수기능을 충분히 발휘할 수 있으며, 내적으로도 안정한 배수재로서 사용이 가능한 것으로 판단된다.
	동슬래그는 어떤 용도로 사용되는가?	건설골재의 수급문제 및 환경에 대한 관심이 높아지면서 국내에서 석탄회, 광재, 제강슬래그, 동슬래그 등 각종 산업폐기물의 재활용과 그에 따른 기술개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 동 제련과정에서 발생되는 동슬래그는 연간 70만톤에 이르고 있으며 시멘트제조용 가철제 및 수리 조선소에서 선박의 녹을 제거하는 샌드블라스팅용 등으로 주로 사용되고 있다. 이외에도 벽돌, 경계석, 인터 로킹블럭, 적벽돌, 레미콘용 골재 등으로 한정되어 쓰이고 있다. 우리나라에서 생산되는 동슬래그는 조립상태로 생산 되며 입도범위가 0.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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