본 연구는 액상화에 대한 고로 수쇄슬래그의 잠재수경성의 영향을 명확히 조사하기 위해 고로 수쇄슬래그를 고온알칼리 수(수산화칼슘 첨가, pH=12, 수온 약 $80^{\circ}C$)로 양생한 후에 반복 및 정적 삼축압축시험을 실시하였다. 삼축시험을 통해 얻어진 결과는 일본의 표준사인 Toyoura sand와 천연사인 Genkai sand의 결과와 비교하였다. 시험결과 고로수쇄슬래그의 액상화 강도는 양생기간의 증가와 더불어 잠재수경성에 의한 경화에 의해 증가함을 알았다. 또한, 담수조건에서 189일간 양생한 상대밀도 50%및 80%의 고로 수쇄슬래그에서 잠재수경성의 발현에 의해 점착력이 나타난다. 더욱이 경화과정에 있어서 고로 수쇄슬래그의 액상화 강도는 반복전단횟수 n=20회에서의 반복응력비 $R_{20}$과 점착력 $C_{d}$사이에 선형 관계가 관찰되었다. 또한, 고온 알칼리 수로 양생된 고로 수쇄슬래그에 대한 액상화 강도는 점착력이나 일축압축강도에 의해 예측이 가능함을 알았다.
본 연구는 액상화에 대한 고로 수쇄슬래그의 잠재수경성의 영향을 명확히 조사하기 위해 고로 수쇄슬래그를 고온알칼리 수(수산화칼슘 첨가, pH=12, 수온 약 $80^{\circ}C$)로 양생한 후에 반복 및 정적 삼축압축시험을 실시하였다. 삼축시험을 통해 얻어진 결과는 일본의 표준사인 Toyoura sand와 천연사인 Genkai sand의 결과와 비교하였다. 시험결과 고로수쇄슬래그의 액상화 강도는 양생기간의 증가와 더불어 잠재수경성에 의한 경화에 의해 증가함을 알았다. 또한, 담수조건에서 189일간 양생한 상대밀도 50%및 80%의 고로 수쇄슬래그에서 잠재수경성의 발현에 의해 점착력이 나타난다. 더욱이 경화과정에 있어서 고로 수쇄슬래그의 액상화 강도는 반복전단횟수 n=20회에서의 반복응력비 $R_{20}$과 점착력 $C_{d}$사이에 선형 관계가 관찰되었다. 또한, 고온 알칼리 수로 양생된 고로 수쇄슬래그에 대한 액상화 강도는 점착력이나 일축압축강도에 의해 예측이 가능함을 알았다.
In the present study, in order to clarify the effects of latent hydraulic property of granulated blast furnace slag (GBF slag) on the liquefaction, GBF slag was cured in the high temperature alkali water (adding the calcium hydroxide, pH=12, water temperature is about $30^{\circ}C$), and ...
In the present study, in order to clarify the effects of latent hydraulic property of granulated blast furnace slag (GBF slag) on the liquefaction, GBF slag was cured in the high temperature alkali water (adding the calcium hydroxide, pH=12, water temperature is about $30^{\circ}C$), and then the cyclic and the static tri-axial compression tests were carried out. Then the results were compared with those for Japanese standard sand of Toyoura sand and natural sand of Genkai sand. From the test results, it is clarified that the liquefaction strength of the GBF slag increases with the increase of the curing period by the hardening due to the latent hydraulic property. It is also shown that GBF slag with Dr=50% and 80% which was cured for 189 days in the fresh-water shows cohesion due to developing of latent hydraulic property. In addition, as for the liquefaction strength of GBFS during the hardening process, a linear relation between the cyclic stress ratio $R_{20}$ at the number of stress cycles Nc=20 and cohesion $C_{d}$ was observed. It is also clarified that the liquefaction strength for cured GBF slag in the high temperature alkali water is predicted by the cohesive strength or the unconfined compressive strength.
In the present study, in order to clarify the effects of latent hydraulic property of granulated blast furnace slag (GBF slag) on the liquefaction, GBF slag was cured in the high temperature alkali water (adding the calcium hydroxide, pH=12, water temperature is about $30^{\circ}C$), and then the cyclic and the static tri-axial compression tests were carried out. Then the results were compared with those for Japanese standard sand of Toyoura sand and natural sand of Genkai sand. From the test results, it is clarified that the liquefaction strength of the GBF slag increases with the increase of the curing period by the hardening due to the latent hydraulic property. It is also shown that GBF slag with Dr=50% and 80% which was cured for 189 days in the fresh-water shows cohesion due to developing of latent hydraulic property. In addition, as for the liquefaction strength of GBFS during the hardening process, a linear relation between the cyclic stress ratio $R_{20}$ at the number of stress cycles Nc=20 and cohesion $C_{d}$ was observed. It is also clarified that the liquefaction strength for cured GBF slag in the high temperature alkali water is predicted by the cohesive strength or the unconfined compressive strength.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 고로 수 쇄 슬래그의 경화 과정 및 경화 후에 있어서의 액상화 강도를 파악할 목적으로 고로 수 쇄 슬래그를 고온 알칼리 수(수산화칼슘 첨가, pH=12, 수온 약 80℃)로 양생하여 각 양생 기간에 따른 반복 및 정적 비 배수 삼축압축시험과 일축 압축시험을 수행하고 이에 따른 전단 강도 및 액상화 강도의 관계에 대하여 조사하였다.
가설 설정
1) 등방응력상태에서 압축 하중의 진폭 Pc 와 신장 Pe의 합 (Pc+Pe)의 변동이 10% 이하 일 것.
제안 방법
공시 체는 사전에 12~ 15시간 동안 진공 탈 기한 시료를 이용하여 직경 5cm, 높이 10cm의 공시 체로 상 대밀 도 50%와 80%가 되도록 수중낙하법에 의해 작성하였다. 반복 삼축압축시험은 비배수 조건하에서 정현파 반 복재하(0.
또한, 고로 수 쇄 슬래그를 조기에 경화시키기 위한 조건은 양생 수의 높은 pH와 높은 양생 온도가 보고 되어져 있다(佐藤勝久 등 1978). 따라서 본 연구에서는 고로 수 쇄슬래그의 잠재 수경성의 발현을 촉진시키기 위해 고 온 알칼리 수(수산화칼슘 첨가, pHe12, 수온 약 80℃) 에 수침상태로 소정의 기간 동안 양생하였다. 또한, 고로 수 쇄 슬래그의 잠재 수경성 발현과 더불어 공시 체내의 간극이 수화물에 의해 밀폐되어 공 시체의 포화가 곤란하게 되므로 이중배압법 및 이산화탄소 순환법을 이용하여 공 시체의 B 치는 0.
본 연구에서 정적 삼 축 압축시험은 변형률 제어 조건하에서, 반복 삼축압축시험 은 응력제어 조건으로 수행하였다. 또한, 연직하중을 측정하기 위한 하중계는 삼 축 셀 내부에 설치하여 재하 축 롯드에서의 마찰을 최소화하도록 하였으며, 축 변위 측정 장치는 공 시체의 미소 변위를 측정하기 위해 비접 촉형 변위계를 사용하였다.
본 연구는 고로 수 쇄 슬래그를 고온 알칼리 수로 소정의 양생일수까지 양생하고, 각각의 양생 단계에 있어서 반복 및 정적 삼축압축시험과 일축 압축시험을 수행하여 동적 및 정적강도의 관계를 조사하였다. 사용한 시료는 新日本製鐵 大分製鐵所에서 제조되어진 고로 수 쇄 슬래그와 비교를 위해 일본의 표준사인 Toyoura sand 및 Genkai sand를 이용하여 비교.
본 연구는 잠재 수경성의 발현에 의한 고로 수 쇄 슬래 그의 동적 강도의 추이를 조사하기 위해 고온 알칼리 수 (수산화칼슘 첨가, pH=12, 수온 약 80℃)로 양생한 공시 체에 대해서 반복 삼축압축시험, 정적 삼축압축시험 및 일축 압축시험을 수행하고 경화의 정도와 동적 강도 및 일축 압축강도의 관계로부터 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 실험 장치 는 응력제어 및 변위 제어 실험이 가능하며, 전기신호를 서보밸브(전기-유압서 보식 Actuator를 통해 전달된 전 기신호 조절 장치)에 전달하여 소정의 압력 및 변위를 공 시체에 부여하는 것이 가능하다. 본 연구에서 정적 삼 축 압축시험은 변형률 제어 조건하에서, 반복 삼축압축시험 은 응력제어 조건으로 수행하였다. 또한, 연직하중을 측정하기 위한 하중계는 삼 축 셀 내부에 설치하여 재하 축 롯드에서의 마찰을 최소화하도록 하였으며, 축 변위 측정 장치는 공 시체의 미소 변위를 측정하기 위해 비접 촉형 변위계를 사용하였다.
대상 데이터
본 연구는 고로 수 쇄 슬래그를 고온 알칼리 수로 소정의 양생일수까지 양생하고, 각각의 양생 단계에 있어서 반복 및 정적 삼축압축시험과 일축 압축시험을 수행하여 동적 및 정적강도의 관계를 조사하였다. 사용한 시료는 新日本製鐵 大分製鐵所에서 제조되어진 고로 수 쇄 슬래그와 비교를 위해 일본의 표준사인 Toyoura sand 및 Genkai sand를 이용하여 비교.검토하였다.
이론/모형
공시 체는 사전에 12~ 15시간 동안 진공 탈 기한 시료를 이용하여 직경 5cm, 높이 10cm의 공시 체로 상 대밀 도 50%와 80%가 되도록 수중낙하법에 의해 작성하였다. 반복 삼축압축시험은 비배수 조건하에서 정현파 반 복재하(0.1Hz, 0.3Hz)를 행하고, 반복하중은 아래에 나타낸 일본지반공학회 기준에 준하여 전단을 행하였다.
성능/효과
(2) 담수 조건에서 189일간 양생한 고로 수 쇄 슬래그는 잠재 수경성의 발현으로 인하여 점착력이 나타난다.
(3) 고로 수 쇄 슬래그를 고온 알칼리 수로 양생하면 양생 일수의 증가와 더불어 경화가 진행되어 전형적인 액상화 거동인 급격한 간극수압 및 변형률의 증가를 보이지 않고 점증하여 Necking 파괴를 나타낸다.
(4) 고로 수 쇄 슬래그의 동적 강도 및 일축 압축강도는 양생에 의한 잠재 수경성의 발현으로 인하여 증가하며 초기상대 밀도가 큰 경우에는 토립자간의 접촉점의 증가로 인하여 동적 강도의 증가가 크게 나타난다.
(5) 재하횟수 Nc=20회에서의 반복응력 강도 Rs과 양생 일수의 증가에 따른 잠재 수경성의 발현에 의해 생성된 점착력 Cd 사이에는 선형적으로 동적 강도가 증가한다.
1) 고결의 기점이 되는 토립자간의 접촉점수의 증가 로 토립자의 골격구조가 더 안정적이다.
1) 고로 수 쇄 슬래그의 입자가 각진 형상을 하고 있으며, 섬유상 물질의 혼재에 의한 입자 간 맞물림 효과가 발현된다.
따라서 본 연구에서는 고로 수 쇄슬래그의 잠재 수경성의 발현을 촉진시키기 위해 고 온 알칼리 수(수산화칼슘 첨가, pHe12, 수온 약 80℃) 에 수침상태로 소정의 기간 동안 양생하였다. 또한, 고로 수 쇄 슬래그의 잠재 수경성 발현과 더불어 공시 체내의 간극이 수화물에 의해 밀폐되어 공 시체의 포화가 곤란하게 되므로 이중배압법 및 이산화탄소 순환법을 이용하여 공 시체의 B 치는 0.95 이상을 유지하였다. 본 연구에서 적용한 고로 수 쇄 슬래그의 양생 기간 및 시험 방법 및 조건을 표 2에 나타내었다.
그림으로부터 반복 전단 중의 과잉간극수압은 재하 직후에 급격히 증가한 후에 감소하며 구속압인 WOkPa 에는 도달하지 않고 부의 간극수압이 발생하고 있다. 또한, 변형률은 반복 횟수의 증가와 더불어 인장 측으로 점차 증가하며 최종적으로는 공 시체의 단부에서 Necking 파괴(사진 3의 파괴 형상 참조)가 일어났다. 또한, 상대 밀도 80%의 56일 양생 공 시체와 상대 밀도 50%의 121일 양생 공시 체에서 Necking 파괴가 일어났다.
그림에는 반복 삼축시험에 있어서 의 파괴 형태를 실험 결과로부터 세 영역(액상화, 천이단 계, 파괴)으로 분리하여 나타내었으며, 천이단계는 과잉 간극수압의 기준에서는 액상화로 판단되지만 시험 종료 후의 공 시체가 경화 상태를 유지하여 자립 가능한 상태로 액상화의 판정이 명확하지 않은 경우로 정의하였다. 또한, 비교를 위해 그림에 함께 나타낸 일본의 연안 개발기술 연구센터(1997)에서 제안한 시멘트 혼합처리의 경우와 마찬가지로 고로 수 쇄 슬래그에 있어서도 반 복강도 R20과 일축 압축강도 사이에는 선형적인 관계가 있음을 알 수 있으며, 액상화가 일어나지 않는 일축 압축 강도는 대략 40~50kN/n? 의 범위로 판단된다.
또한, 변형률은 반복 횟수의 증가와 더불어 인장 측으로 점차 증가하며 최종적으로는 공 시체의 단부에서 Necking 파괴(사진 3의 파괴 형상 참조)가 일어났다. 또한, 상대 밀도 80%의 56일 양생 공 시체와 상대 밀도 50%의 121일 양생 공시 체에서 Necking 파괴가 일어났다. 이와 같이 Necking 파괴를 일으킨 공시 체는 시험 후에도 자립하였으며 액상화 현상은 보이지 않았다.
31 정도로 상대 밀도가 클수록 큰 반복 전단 강도가 얻어졌다. 또한, 주파수 0.3Hz의 경우 Dr=50%에서 0.18, Dr=80%에서 0.31 정도로 유사한 결과가 얻어졌으며 본 연구에서 적용한 주파수 범위 내에서의 차이는 나타나 지 않았다. 이는 본 연구에서 적용한 주파수의 범위가 작으며, 사진 1에 나타낸 바와 같이, 고로수쇄슬래그의 각진 입자 형상에 기인한 맞물림(interlocking) 효과(西勝 등 1982a)로 사료된다.
본 연구에서 사용한 삼축압축시험 장치의 배관 경로 도 및 외관 사진은 그림 3과 사진 2와 같다. 본 실험 장치 는 응력제어 및 변위 제어 실험이 가능하며, 전기신호를 서보밸브(전기-유압서 보식 Actuator를 통해 전달된 전 기신호 조절 장치)에 전달하여 소정의 압력 및 변위를 공 시체에 부여하는 것이 가능하다. 본 연구에서 정적 삼 축 압축시험은 변형률 제어 조건하에서, 반복 삼축압축시험 은 응력제어 조건으로 수행하였다.
그림에는 경화 도중의 결과와 비교를 위해 미 경화 고로 수 쇄 슬래그의 결과도 함께 나타내었다. 그림으로부터 Dr=50% 및 Dr=80%의 양 조건에 있어서 반복재하횟수 20회에서의 반복 강도 R2。은 양생일수의 증가와 더불어 잠재 수경성의 발현에 의한 동적 강도가 증가하며, 상대 밀도가 50%인 느슨한 조건에 비해 80%인 조밀한 조건에서 강도증가가 더 크 다는 것을 알 수 있다.
후속연구
(1) 미경 화의 고로 수 쇄 슬래그는 큰 투수성에 의한 과잉간극수압의 상승 억제 효과와 각이진 입자 형상에 의한 큰 내부마찰각 및 맞물림 효과에 의해 동적 강 도가 표준사인 Toyoura sand 및 천연사인 Genkai sand보다 큰 값을 나타내므로, 액상화 대책을 위한 대체재로서의 활용성이 기대된다.
(6) 본 연구에서, 고온 알칼리 수로 양생한 고로 수쇄슬 래 그는 잠재 수경성 의 발현으로 반복응력 강도 R20과 일축 압축강도 사이에는 선형적인 관계가 있으며, 일 축 압축강도로부터 고로 수 쇄 슬래그의 액상화의 예측 및 판정이 가능해질 것으로 사료된다.
Costal Development and Institute of Technology and Nippon Slag Association (1997), 'Guideline of granulated blast furnace slag for port construction'
Matsuda, H., Kitayama, N., Shinozaki, H. and Takamiya, K. (2003a), 'Application of granulated blast furnace slag in the sand compaction pile method', Proceedings of the international corference organized by British Geotechnical Association and held in Dundee, pp.593-601
Matsuda, H.,, Ohira, N., Takamiya, K., Shinozaki, H., Kitayama, N. and Murakami, M. (2003b), 'Application of granulated blast fumace slag to light weight embankment', Proceedings of the international conference organized by British Geotechnical Association and held in Dundee, pp.603-611
Shinozaki, H. and Matsuda, H. (2003), 'Field tests on ground improvement using granulated blast furnace slag', Proceedings of the international conference organized by British Geotechnical Association and held in Dundee, pp.817-824
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