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문제 정의
- 본 연구는 무기질계 고성능 지반안정재(NDS공법)의 강도특성 및 차수성을 규명하고자 물유리계 공법(S, L시료)과 시험을 통해 비교하였으며 그 결과는 다음과 같다.
- NDS공법의 특징은 무공해 주입성, 우수한 내구성, 강도 발현, 수밀성 및 투수계수 저하, Gel Time 조절용이, 장기강도 우수 등이다. 이에 본 연구는 지반보강 목적으로 NDS공법을 적용할 경우에 사용되는 무기질계 고성능 지반안정재에 대하여 일축압축강도 시험, 투수시험, 체적변화시험 및 각종 화학저항성 시험을 물유리계 재료와 비교하여 NDS공법의 강도 특성과 친환경성을 규명하고자 하였다.
제안 방법
- 그리고 NDS공법과 물유리계 공법의 일축압축강도를 비교하기 위하여 같은 조건하에서 비교 실험을 실시하였다. NDS공법 및 물유리계 S공법에 담수를 사용하여 급결성 시료를 제작하여 재령별로 일축압축강도를 측정하였으며, 그 결과는 표 6과 같다. 표 6에서 NDS시료가 S공법시료보다 재령 28일강도가 16.
- NDS공법과 물유리계 공법의 내구성을 알아보기 위하여 길이변화시험을 실시하였다. 본 시험은 4cm× 4cm×16cm의 NDS시료와 물유리계 S시료의 양생방 법에 의한 수축정도를 비교하기 위하여 각각 대기양생 및 수중양생(25℃)을 실시하여 길이변화를 측정하였다.
- NDS공법의 시료와 물유리계 S공법 시료의 투수계수를 비교(日本藥液注入協會, 2002)하기 위하여 직경 10cm, 길이 12.74cm의 공시체를 제작한 후 수중양생을 실시, 재령 28일째 탈형하여 실내투수시험을 위한 시편을 제작 하였다. 그러나 물유리계 S공법과 L공법의 시편은 투수몰드로부터 탈형한 결과, 변형 및 수축이 현저하여 투수시험을 실시할 수 없었다.
- 용탈시험은 회분식과 연속식의 방법으로 행하였으며 시험은 탈이온수 중에 체적비 1:10으로 하여 함침시킨 상태에서 시행(Karol, 2003)하였다. 고상시료는 NDS, 물유리계 L공법, 물유리계 S공법으로 구분하여 각각 제작한 후 대기 중에 양생시킨 후 탈이온수에 옮겨 회분식 또는 연속식으로 시간변화에 따른 용탈양을 측정하였으며, 용탈액에 함유된 각종 금속성분의 농도와 pH를 측정하였다.
- 그리고 NDS공법과 물유리계 공법의 일축압축강도를 비교하기 위하여 같은 조건하에서 비교 실험을 실시하였다. NDS공법 및 물유리계 S공법에 담수를 사용하여 급결성 시료를 제작하여 재령별로 일축압축강도를 측정하였으며, 그 결과는 표 6과 같다.
- 따라서 물유리계 L공법과 투수계수를 비교 하기 위해서 동일한 방식으로 투수계수를 측정하였으며, 그 결과는 표 7과 같다.
- 그러나 물유리계 S공법과 L공법의 시편은 투수몰드로부터 탈형한 결과, 변형 및 수축이 현저하여 투수시험을 실시할 수 없었다. 따라서, 기존의 물유리계 L공법의 연구보고서(천병식 등, 2006)를 참고하여 NDS시료와 투수계수를 비교하였다.
- 일축압축강도시험의 공시체는 순결성(NDS ES60), 급결성(NDS ES40), 완결성(NDS ES20)으로 구분하여 제작하여 담수와 해수를 혼합하여 재령별로 일축압축강도시험을 실시하였으며 결과는 표 4와 같다. 또한 담수와 해수를 혼합한 시료의 일축압축강도 차이를 알아보기 위하여, 급결성 NDS ES40에 담수와 해수를 각각 혼합한 후 일축압축강도시험을 실시하였으며 결과는 표 5와 같다.
- 본 시험은 4cm× 4cm×16cm의 NDS시료와 물유리계 S시료의 양생방 법에 의한 수축정도를 비교하기 위하여 각각 대기양생 및 수중양생(25℃)을 실시하여 길이변화를 측정하였다. 또한 담수와 해수를 혼합했을 때의 수축거동을 비교하기 위하여 담수와 해수를 각각의 시료에 혼합하여 시험을 실시하였다. 길이변화는 재령별로 1방향 수축량과 수축률을 모르타르 길이변화측정기를 이용하여 측정(천병식, 2005)하였다.
- NDS공법과 물유리계 공법의 내구성을 알아보기 위하여 길이변화시험을 실시하였다. 본 시험은 4cm× 4cm×16cm의 NDS시료와 물유리계 S시료의 양생방 법에 의한 수축정도를 비교하기 위하여 각각 대기양생 및 수중양생(25℃)을 실시하여 길이변화를 측정하였다. 또한 담수와 해수를 혼합했을 때의 수축거동을 비교하기 위하여 담수와 해수를 각각의 시료에 혼합하여 시험을 실시하였다.
- 세 종류의 시료(NDS, 물유리계 S, 물유리계 L)를 30분에서 48시간까지 다양하게 대기 중에 양생시킨후 탈이온수 체적비 1 : 10으로 2시간 또는 24시간동안 회분식으로 용탈시켰다. 시험결과는 그림 3과 같이 모든 시료는 양생시간이 경과할 수록 수중으로의 용탈 정도는 감소하는 경향을 보였다.
- 세 종류의 시료(NDS, 물유리계 S, 물유리계 L)에 대하여 30분에서 48시간 동안 각각 대기 중에 양생시킨 후, 회분식과 같은 조건으로 연속 용탈시험을 실시하였다. 용탈량을 확인하는 용액은 30분에서 48시간까지 적당한 간격으로 채취하였으며, 그 결과는 그림 4와 같다.
- 용탈시험은 회분식과 연속식의 방법으로 행하였으며 시험은 탈이온수 중에 체적비 1:10으로 하여 함침시킨 상태에서 시행(Karol, 2003)하였다. 고상시료는 NDS, 물유리계 L공법, 물유리계 S공법으로 구분하여 각각 제작한 후 대기 중에 양생시킨 후 탈이온수에 옮겨 회분식 또는 연속식으로 시간변화에 따른 용탈양을 측정하였으며, 용탈액에 함유된 각종 금속성분의 농도와 pH를 측정하였다.
- ｢흙의 일축압축시험방법(KSF 2314)｣의 규정(한국 표준협회, 2000)을 바탕으로 일축압축시험을 실시하였다. 일축압축강도시험의 공시체는 순결성(NDS ES60), 급결성(NDS ES40), 완결성(NDS ES20)으로 구분하여 제작하여 담수와 해수를 혼합하여 재령별로 일축압축강도시험을 실시하였으며 결과는 표 4와 같다. 또한 담수와 해수를 혼합한 시료의 일축압축강도 차이를 알아보기 위하여, 급결성 NDS ES40에 담수와 해수를 각각 혼합한 후 일축압축강도시험을 실시하였으며 결과는 표 5와 같다.
- 참고 보고서에 의하면 변수위투수시험은 Φ5cm의 casing을 원지반 및 LW고결토에 소량의 물을 공급하며 케이싱내의 흙을 제거하면서 회전천공하여 10cm관입한 뒤 케이싱 내에 물을 가득 채우고 수위변화량과 시간을 측정하는 방법으로 실시하였다.
대상 데이터
- 그리고, 비교시험에 사용된 물유리계 공법의 재료는 국내에서 널리 시공되고 있는 물유리계 L공법과 S공법을 선택하였으며 배합비는 표 2, 3과 같으며 표에서 알 수 있듯이 두 공법 모두 A액에 물유리성분이 포함되어있다.
- 본 실내시험에 사용된 NDS시료는 순결재(NDS ES60), 급결재(NDS ES40), 완결재(NDS ES20)의 세가지로 구분하여 제작하였으며 각 시료의 배합비는 표 1과 같다(박춘식, 2002).
- 시멘트 함유성분 외의 성분이지만 지하수를 오염시킬 수 있는 중금속류를 대상으로 환경유해성 평가를 실시(Johnson, 2003)하였다. 환경부 ‘먹는물 수질공정시험방법’ 에서 중금속으로 분류된 Cu, Pb, As, Hg, Cd, Cr6+, Zn을 대상으로 분석을 실시하였으며 용탈액 중의 원소함량이 가장 높은 48시간의 용탈액을 시료로 이용하였다.
이론/모형
- 또한 담수와 해수를 혼합했을 때의 수축거동을 비교하기 위하여 담수와 해수를 각각의 시료에 혼합하여 시험을 실시하였다. 길이변화는 재령별로 1방향 수축량과 수축률을 모르타르 길이변화측정기를 이용하여 측정(천병식, 2005)하였다.
- ｢흙의 일축압축시험방법(KSF 2314)｣의 규정(한국 표준협회, 2000)을 바탕으로 일축압축시험을 실시하였다. 일축압축강도시험의 공시체는 순결성(NDS ES60), 급결성(NDS ES40), 완결성(NDS ES20)으로 구분하여 제작하여 담수와 해수를 혼합하여 재령별로 일축압축강도시험을 실시하였으며 결과는 표 4와 같다.
성능/효과
- (1) 재령 28일에서의 일축압축강도시험 결과 NDS 시료의 배합별, 재령별 압축강도는 급결성일수록, 재령이 증가할수록, 해수보다는 담수에서 일축압축 강도가 증가함을 알 수 있었다. 그리고 NDS공법과 물유리계 공법의 일축압축강도를 비교하기 위하여 같은 조건하에서 비교 실험을 실시한 결과 NDS시료가 S공법시료보다 재령 28일강도가 16.
- (2) 변수위투수시험결과 물유리계 L공법 시료의 투수계수 보다 NDS공법시료의 투수계수는 5.16×10-6cm/sec 로 투수계수가 근소한 차이로 작게 나타났으며, 참고보고서에 의한 L공법은 실제로 현장에 적용되었고, L공법의 투수계수는 2.76×10-6cm/sec이고 NDS공법시료의 투수계수는 5.16×10-6cm/sec였다. 이로 미루어 보아 NDS공법이 L공법이 적용된 지반의 투수계수와 비슷한 값을 보이므로 차수성을 요구하는 곳에 적용이 가능하다고 판단된다.
- (3) 체적변화시험에서 NDS공법과 물유리계 S공법시료에 담수와 해수를 각각 혼합하여 제작하여 각각의 시료를 수중양생 및 대기양생을 실시한 후 재령28일의 수축량을 비교한 결과는 담수를 혼합한 시료는 수중양생시의 수축량은 S시료가 NDS시료에 비해 700배의 수축량을 보였고, 대기양생시에는 370배의 수축량을 보였다. 또한 해수를 혼합한 시료는 수중양생시의 수축량은 S시료가 NDS시료에 비해 210배, 대기양생시에는 560배의 수축량을 보였다.
- (4) 용탈시험결과 NDS시료는 물유리계 시료에 비해 초기 경화속도가 현저하게 빠를 뿐만 아니라, 실험의 범위에서 용탈되는 원소의 총량도 극히 작은 양을 나타내고 있음을 확인할 수 있었다.
- (5) 환경부 ‘먹는물 수질공정시험방법’ 에서 중금속으로 분류된 Cu, Pb, As, Hg, Cd, Cr6+, Zn을 대상으로 국가공인시험기관을 통해 환경유해성시험을 실시하였으며, 그 결과는 용탈에 의한 중금속 성분은 Zn을 제외하고 모두 불검출되어 환경적으로 안전함을 알 수 있었다.
- 각각의 배합별, 재령별 압축강도는 NDS ES20, NDS ES40, NDS ES60의 순서로 급결성일수록, 재령이 증가할수록, 해수보다는 담수에서 일축압축강도가 증가함을 알 수 있었다.
- 시험결과는 그림 3과 같이 모든 시료는 양생시간이 경과할 수록 수중으로의 용탈 정도는 감소하는 경향을 보였다. 그 중에서도 NDS의 경우, 초기 경화속도가 현저하게 빠를 뿐만 아니라, 실험의 범위에서 용탈되는 원소의 총량도 가장 적은 양을 나타내고 있음을 알 수 있었다.
- (1) 재령 28일에서의 일축압축강도시험 결과 NDS 시료의 배합별, 재령별 압축강도는 급결성일수록, 재령이 증가할수록, 해수보다는 담수에서 일축압축 강도가 증가함을 알 수 있었다. 그리고 NDS공법과 물유리계 공법의 일축압축강도를 비교하기 위하여 같은 조건하에서 비교 실험을 실시한 결과 NDS시료가 S공법시료보다 재령 28일강도가 16.39kgf/cm2으로 크다는 것을 알 수 있었다.
- 46%로 NDS 시료의 약 480배의 변형율을 나타났다. 그리고, 해수를 사용하여 시료를 제작한 후 대기양생 시에는 재령 28일에서 NDS는 122.3μm, 물유리계 S공법은 6.87cm의 수축량을 보여약 560배의 차이를 보였고, 수축율은 각각 약 0.05%, 17.46%로 나타나 약 350배의 차이를 보였다.
- 표 9는 담수를 사용하여 시료를 제작하여 대기 및 수중 양생 시 재령 28에서 NDS시료와 물유리계 S공 법의 수축량을 나타낸 것이다. 담수를 사용하여 시료를 제작하고 대기양생 시 NDS시료는 수축량이 81.75μm로 나타난 것에 반해 물유리계 S공법은 5.73cm로 나타나 NDS시료에 비해 약 700배의 수축량을 보였으며 이를 선형변형율로 환산할 경우 NDS시료는 0.03%, 물유리계 S공법은 14.46%로 NDS 시료의 약 480배의 변형율을 나타났다. 그리고, 해수를 사용하여 시료를 제작한 후 대기양생 시에는 재령 28일에서 NDS는 122.
- 이 결과로부터 시료의 종류에 상관없이 해수를 사용한 시료가 수축량이 크고, 대기양생을 시킨 것이 수중 양생을 시킨 시료보다 수축량이 크다는 것을 알 수 있었다. 또한 물유리계의 S공법시료가 NDS시료보다 수축량이 크기 때문에 NDS시료가 S시료보다 내구성면에서 우수하다는 것을 알 수 있었다.
- (3) 체적변화시험에서 NDS공법과 물유리계 S공법시료에 담수와 해수를 각각 혼합하여 제작하여 각각의 시료를 수중양생 및 대기양생을 실시한 후 재령28일의 수축량을 비교한 결과는 담수를 혼합한 시료는 수중양생시의 수축량은 S시료가 NDS시료에 비해 700배의 수축량을 보였고, 대기양생시에는 370배의 수축량을 보였다. 또한 해수를 혼합한 시료는 수중양생시의 수축량은 S시료가 NDS시료에 비해 210배, 대기양생시에는 560배의 수축량을 보였다. 이 결과로부터 S시료가 NDS시료보다 수축량이 크기 때문에 내구성면에서 NDS시료가 S시료보다 우수하다는 것을 알 수 있다.
- 35cm로 나타나 물유리계 S공법의 시료가 NDS시료보다 약 370배의 수축량을 보였다. 변형율은 NDS시료가 0.02%, 물유리계 S공법이 7.77%로 약 310배의 차이를 보였다. 해수를 사용하여 시료를 제작하여 수중양생 시에는 재령 28일 NDS시료의 수축량이 140.
- 수중양생 시 담수를 사용하여 시료를 제작한 NDS와 물유리계 S공법의 재령 28일 시편의 수축량은 각각 63.5μm와 2.35cm로 나타나 물유리계 S공법의 시료가 NDS시료보다 약 370배의 수축량을 보였다. 변형율은 NDS시료가 0.
- 세 종류의 시료(NDS, 물유리계 S, 물유리계 L)를 30분에서 48시간까지 다양하게 대기 중에 양생시킨후 탈이온수 체적비 1 : 10으로 2시간 또는 24시간동안 회분식으로 용탈시켰다. 시험결과는 그림 3과 같이 모든 시료는 양생시간이 경과할 수록 수중으로의 용탈 정도는 감소하는 경향을 보였다. 그 중에서도 NDS의 경우, 초기 경화속도가 현저하게 빠를 뿐만 아니라, 실험의 범위에서 용탈되는 원소의 총량도 가장 적은 양을 나타내고 있음을 알 수 있었다.
- 용탈량을 확인하는 용액은 30분에서 48시간까지 적당한 간격으로 채취하였으며, 그 결과는 그림 4와 같다. 시험결과를 정리하면 NDS 시료의 경우 초기 경화속도가 극히 빠르며 총용탈량이 물유리계 시료에 비해 극히 적은 것을 알 수 있었다.
- 또한 해수를 혼합한 시료는 수중양생시의 수축량은 S시료가 NDS시료에 비해 210배, 대기양생시에는 560배의 수축량을 보였다. 이 결과로부터 S시료가 NDS시료보다 수축량이 크기 때문에 내구성면에서 NDS시료가 S시료보다 우수하다는 것을 알 수 있다.
- 이 결과로부터 시료의 종류에 상관없이 해수를 사용한 시료가 수축량이 크고, 대기양생을 시킨 것이 수중 양생을 시킨 시료보다 수축량이 크다는 것을 알 수 있었다. 또한 물유리계의 S공법시료가 NDS시료보다 수축량이 크기 때문에 NDS시료가 S시료보다 내구성면에서 우수하다는 것을 알 수 있었다.
- 실제로 적용된 현장의 토층 구성 상태는 표 8과 같다. 이로 미루어 보아 NDS 공법이 L공법이 적용된 지반의 투수계수와 비슷한 값을 보이므로 차수성을 요구하는 곳에 적용이 가능하다고 판단된다.
- 실제로 적용된 현장의 토층 구성 상태는 표 8과 같다. 이로 미루어 보아 NDS 공법이 L공법이 적용된 지반의 투수계수와 비슷한 값을 보이므로 차수성을 요구하는 곳에 적용이 가능하다고 판단된다.
- 투수시험결과 물유리계 L공법 시료의 투수계수는 2.76×10-6cm/sec였고, NDS공법 시료의 투수계수는 5.16×10-6cm/sec로 투수계수가 작게 나타났지만 아주 근소한 차이를 보였다. 하지만 참고보고서(천병식 등, 2006)에 의하면 L공법이 적용되지 않은 원지반의 투수계수가 4.
- NDS공법 및 물유리계 S공법에 담수를 사용하여 급결성 시료를 제작하여 재령별로 일축압축강도를 측정하였으며, 그 결과는 표 6과 같다. 표 6에서 NDS시료가 S공법시료보다 재령 28일강도가 16.39kgf/cm2으로 크다는 것을 알 수 있었다.
- 77%로 약 310배의 차이를 보였다. 해수를 사용하여 시료를 제작하여 수중양생 시에는 재령 28일 NDS시료의 수축량이 140.75μm로 나타났고 물유리계 S공법은 3.0cm로 나타나 약 210배의 수축량을 보였고 0.05%, 9.92%의 수축율을 각각 나타나 약 180배의 차이가 났다.
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