채석장으로부터 원석을 채취하여 건축석재 및 쇄석골재 등으로 가공하는 과정에서 원석의 약 60% 정도가 폐석이나 석분토로 손실되고 있다. 이 중에서 폐석의 일부만이 도로포장용 쇄석골재로 활용되고 있을 뿐 대부분의 석분토는 석재의 가공이나 파쇄공정에서 분말형태로 물에 혼입되어 슬러지탱크에 침전되게 된다. 이러한 석분토가 방류되거나 살포되면 지표나 지중의 공극들이 메워져 지표수의 지중침투, 지하수의 흐름, 공기의 소통 등이 원활하게 이루어지지 않아 생태계에 악영향을 끼칠 수도 있다. 현행 우리나라 폐기물관리법(2003)에 따르면 석분토가 사업장 내에서 발생되는 산업폐기물로 분류되고 있어 대부분을 지중에 매설하고 있는 실정이다. 따라서 석분토의 물성 및 공학특성을 개량하여 효율적 재활용방안의 수립이 필요하다. 이 연구에서는 국내 채석장에서 발생되는 석분토의 개량 및 재활용 가능성을 분석하기 위해 6개 채석장으로부터 시험용 석분토 및 원지반토를 채취한 후, 이를 일정한 비율의 배합비로 제작한 혼합토를 대상으로 여러 토질시험을 실시하였다. 시험결과를 토대로 도로용 재료로서 석분토의 개량 및 재활용 가능성을 검토하였다.
채석장으로부터 원석을 채취하여 건축석재 및 쇄석골재 등으로 가공하는 과정에서 원석의 약 60% 정도가 폐석이나 석분토로 손실되고 있다. 이 중에서 폐석의 일부만이 도로포장용 쇄석골재로 활용되고 있을 뿐 대부분의 석분토는 석재의 가공이나 파쇄공정에서 분말형태로 물에 혼입되어 슬러지탱크에 침전되게 된다. 이러한 석분토가 방류되거나 살포되면 지표나 지중의 공극들이 메워져 지표수의 지중침투, 지하수의 흐름, 공기의 소통 등이 원활하게 이루어지지 않아 생태계에 악영향을 끼칠 수도 있다. 현행 우리나라 폐기물관리법(2003)에 따르면 석분토가 사업장 내에서 발생되는 산업폐기물로 분류되고 있어 대부분을 지중에 매설하고 있는 실정이다. 따라서 석분토의 물성 및 공학특성을 개량하여 효율적 재활용방안의 수립이 필요하다. 이 연구에서는 국내 채석장에서 발생되는 석분토의 개량 및 재활용 가능성을 분석하기 위해 6개 채석장으로부터 시험용 석분토 및 원지반토를 채취한 후, 이를 일정한 비율의 배합비로 제작한 혼합토를 대상으로 여러 토질시험을 실시하였다. 시험결과를 토대로 도로용 재료로서 석분토의 개량 및 재활용 가능성을 검토하였다.
An ore of stone obtained from quarry lose its about 60% such as the muck and the stone-dust during the process of making the architectural block, the crushed aggregate and so on. A part of the muck is only reutilized for the crushed aggregate as road pavement materials, while the most of the muck in...
An ore of stone obtained from quarry lose its about 60% such as the muck and the stone-dust during the process of making the architectural block, the crushed aggregate and so on. A part of the muck is only reutilized for the crushed aggregate as road pavement materials, while the most of the muck in the shape of powder is mixed with water and then it is deposited in a sludge tank. The muck in the shape of powder is called the stone-dust. If the stone-dust is discharged and sprayed, an ecosystem will have terrible damage because the seepage of surface water, the flow of ground water and the movement of air are not occurred smoothly by packing the void of soils. As the Waste Management Law (2003) in Korea, the stone-dust is sorted out the industrial waste and the most of that is dumped in ground. Therefore, the establishments of an efficient recycling plan are necessary through the improvement of engineering properties of the stone-dust. To investigate the possibility of recycle and improvement for the stone-dust, the stone-dust and natural soils are sampled from six quarries in Korea. The various soil tests are performed by use of the mixed soils with the stone-dust content ratio. As the result of various soil tests, the recycle possibility of the stone-dust is analyzed as subbase layer materials of the roads.
An ore of stone obtained from quarry lose its about 60% such as the muck and the stone-dust during the process of making the architectural block, the crushed aggregate and so on. A part of the muck is only reutilized for the crushed aggregate as road pavement materials, while the most of the muck in the shape of powder is mixed with water and then it is deposited in a sludge tank. The muck in the shape of powder is called the stone-dust. If the stone-dust is discharged and sprayed, an ecosystem will have terrible damage because the seepage of surface water, the flow of ground water and the movement of air are not occurred smoothly by packing the void of soils. As the Waste Management Law (2003) in Korea, the stone-dust is sorted out the industrial waste and the most of that is dumped in ground. Therefore, the establishments of an efficient recycling plan are necessary through the improvement of engineering properties of the stone-dust. To investigate the possibility of recycle and improvement for the stone-dust, the stone-dust and natural soils are sampled from six quarries in Korea. The various soil tests are performed by use of the mixed soils with the stone-dust content ratio. As the result of various soil tests, the recycle possibility of the stone-dust is analyzed as subbase layer materials of the roads.
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문제 정의
앞에서 언급한 바와 같이 이 연구에서는 석분토와 원지반토를 섞어 만든 혼합토에 대해 도로용 노상재로로활용할 수 있는지를 검토하였다. 도로용 재료들 가운데노상재료란 일반적으로 도로포장의 하부에 위치하는 성토 혹은 절토의 최상부 Im까지를 말하는 것으로, 포장과 일체가 되어 교통하중을 지지하는 중요한 역할을 하게 된다.
이 연구에서는 국내 산림골재 채석장에서 발생되는석분토의 개량 및 재활용 가능성을 분석하기 위해 석분토와 원지반토를 일정한 배합비로 섞은 혼합토를 대상으로 여러 토질시험을 실시한 후 도로 보조기충재로서적합성을 검토하였다.
가설 설정
6. Optimum water content and maximum dry unit weight according to the mixing conditions: (a) Optimum water content; (b) Maximum diy unit weight.
제안 방법
각 시험시료에 대한 고유 물성을 측정하기 위해 석분토와 원지반토로 구분하여 물성시험을 실시하였으며, 그 결과는 Table 1과 같다.
이러한 관점에서 본 연구에서는 지질조건을 고려하여 국내의 대표적인 산림골재 생산업체를 선정하여 현장에서 생산되는 석분토 및인근지역의 원지반토를 채취한 후 실험실에서 배합조건을 각각 다르게 하여 각종 토질시험을 수행하였다. 그리고 석분토와 원지반토를 적정한 비율로 배합한 혼합토의 물성 및 공학특성을 개량함으로써 혼합토가 기존도로용 보조기층재로서 품질기준게 적합한지를 비교 검토하였다.
대상현장으로부터 채취된 석분토와 원지반토를 일정비율로 섞어 만은 혼합토를 대상으로 도로 노상재료로서의 적합성을 검토하기 위해 각 시험결과들을 한국도로공사 표준시방서에 제시된 품질기준과 비교분석하였다. Table 7은 앞에서 각 대상현장마다 5가지 배합조건으로 시험한 결과들 중 물성 및 공학특성의 개선효과가큰 2가지 배합비율(석분토와 원지반토 비율이 50%: 50% 및 25% : 75%)인 경우의 혼합토를 대상으로 도로노상재료로서 적합성을 검토한 것이다.
1에서 보는바와 같다. 운반된 시험시료를 대상으로 비중, 함수비, 입도, 액성한계 및 소성한계 등의 물성시험을, 그리고공학시험으로는 다짐, CBR 및 전단강도를 실시하였다.
따라서 폐기물로만 인식되고있는 석분토에 대한 합리적 처리와 효율적 재활용 방안의 필요성이 요구되는 시점이다. 이러한 관점에서 본 연구에서는 지질조건을 고려하여 국내의 대표적인 산림골재 생산업체를 선정하여 현장에서 생산되는 석분토 및인근지역의 원지반토를 채취한 후 실험실에서 배합조건을 각각 다르게 하여 각종 토질시험을 수행하였다. 그리고 석분토와 원지반토를 적정한 비율로 배합한 혼합토의 물성 및 공학특성을 개량함으로써 혼합토가 기존도로용 보조기층재로서 품질기준게 적합한지를 비교 검토하였다.
충분히 재활용이 가능할 것이다. 이러한 토질개량을 목적으로 석분토와 원지반토를 일정한 비율로배합한 혼합토를 제작하여 물성과 공학특성을 분석하였다. 혼합토는 석산별로 Table 3과 같이 각각의 배합비율을 달리한 총 5개 시료로 구분된다.
것이다. 전단시험은 6개 채석장 중에서 대표적으로 양주 삼표 및 공주 아세아의 혼합토만을 대상으로실시하였으며, 시험은 다짐시험에 의한 최적함수비 및최대건조밀도 조건에서 실시하였다. 시험결과 Table 4 에서 보는 바와 같이 2개 지역 모두에서 석분토의 배합비율이 높을수록 점착력은 증가하고 내부마찰각이 감소하는 경향성을 보이는 것으로 나타났다.
대상 데이터
본 연구에서는 다양한 국내 지질조건과 지리적 위치등을 고려하여 대표적인 6개 채석장을 선정하였으며, 쇄석골재 생산현장에서 발생된 석분토와 인근지역의 원지반토를 각각 200 kg정도씩 채취하였다. 모든 시료는 밀봉한 상태로 현장조건이 최대한 유지되도록 실험실로운반하였다.
이론/모형
시험방법은 KS의 관련규정에 따라 시험하였으며, 특히전단강도는 다짐시험에 의한 최적함수비조건에서 직접전단시험을 실시하였다.
성능/효과
(1) 석분토와 원지반토의 혼합비율이 감소됨에 따라유효경은 증가하고 균등계수와 곡률계수는 석분토 혼합비율이 25~75%일 경우 크게 증가한다. 그리고 석분토와 원지반토를 혼합하면 입도조성과 물성이 개량된다.
(2) CBRe 석분토와 원지반토의 배합비에 따라 달라지며 석분토 혼합비율이 낮을 수록 최적함수비는 감소되고 최대건조밀도는 증가되는데, 석분토 혼합비율 25% 인 경우의 혼합토는 CBR이 크게 향상됨으로써 지지력이 최대로 증가된다.
(3) 모든 혼합토가 최적 다짐조건에서 내부마찰각 29° 이상으로 비교적 양호하며, 혼합토에서 석분토 혼합비율의 증가는 전단강도 저하요인으로 작용되나 석분토혼합비율을 25~50%로 조절할 경우 필요 전단강도의 확보가- 가능하다. 따라서 최적 전단강도를 재현하기 위해서는 석분토 혼합비율을 25~50%로 조절함이 좋다.
(4) 혼합토에 대한 도로 노상재료로서 적합성을 검토한 결과 노상의 상부 1 m까지의 품질기준에는 다소 미흡하였으나 석분토 25%와 원지반토 75% 비율로 섞은혼합토는 노상하부 60 cm용 노상재료로서 적합한 것으로 평가되었다.
Table 2는 입도분석 시험결과로부터 구한 입도관련 지수들을 니타낸 것으로 유효경은 석분토가 0.008-0.178 mm 의 범위로서 평균 0.06 mm이고, 원지반토는 0.21-0.80 mm 의 범위로서 평균 0.44 mm인 것으로 나타나 석분토가상대적으로 매우 작은 것으로 분석되었다. 한편, 통일분류법에 의하면 석분토는 점토질모래 혹은 입도분포가나쁜 모래로 분류되고, 원지반토는 입도분포가 나쁜 모래질 혹은 자갈섞인 혼합토로 분류된다.
5(a)에서 보는 바와 같이석분토의 혼합비율이 감소함에 따라 균등계수가 증가하다가 점점 감소하는 경향성을 보이는데, 석분토 혼합비율이 50~75%일 경우 가장 크게 증가하는 것으로 분석되었다. 그리고 곡률계수는 석분토의 혼합비율 75%까지는 다소 감소하다가 75% 이하에서는 석분토의 혼합비율이 낮을 수록 증가하여 25%일 경우 최대로 증가되는 것으로 분석되었다(Fig. 5(b)).
한편, 통일분류법에 의하면 석분토는 점토질모래 혹은 입도분포가나쁜 모래로 분류되고, 원지반토는 입도분포가 나쁜 모래질 혹은 자갈섞인 혼합토로 분류된다. 그리고 미세립의 함유비율을 알 수 있는 200번체 통과율이 석분토는평균적으로 18% 정도로서 원지반토의 약 2%에 비해훨씬 높은 것으로 나타났다.
7은 혼합토의 배합조건에 따른 CBR 시험결과를나타낸 것이다. 그림에서 보는 바와 같이 모든 시료는석분토의 혼합비율이 낮을 수록 CBRe 증가되는 경향성을 보이며, 석분토 혼합비율이 25%인 경우 CBRe 5.1 ~6.0%의 범위로서 평균적으로 5.45%인 것으로 나타났다. 이처럼 일정한 범위에서는 석분토의 흔합비율이감소됨에 따라 혼합토의 지지력이 전반적으로 증가되는경향성을 보였다.
그러나 석분토 배합비율이 25%인 혼합토는 노상의 하부 60 cm의 품질기준에 모두 적합한 것으로 나타났다. 따라서 배합비율을 달리한 여러 혼합토 중에서 석분토 25%와 원지반토 75%의 비율로 섞은 혼합토의 경우 도로 노상하부 60 cm의 재료로 적합하여도로용재로 사용이 가능한 것으로 평가되었다.
이러한 양상으로 볼 때 2개 지역의 혼합토 뿐만 아니라 6개 채석장 모두에서 석분토 혼합비율이 증가될수록 전단강도는 작아질 것으로 판단되기 때문에 혼합토의 사면활동에 대한 저항력 또한 감소될 것으로 예상된다. 따라서 최적 전단강도를 재현하기 위해서는 석분토 혼합비율을 25~50%로 조절함이 좋을 것으로 판단된다.
그림에서 보는 바와 같이 석분토의 혼합비율이 감소됨에 따라 전단강도는 증가하며, 혼합비율이 25%인경우가 가장 큰 전단강도를 가지는 것으로 분석되었다. 이러한 양상으로 볼 때 2개 지역의 혼합토 뿐만 아니라 6개 채석장 모두에서 석분토 혼합비율이 증가될수록 전단강도는 작아질 것으로 판단되기 때문에 혼합토의 사면활동에 대한 저항력 또한 감소될 것으로 예상된다. 따라서 최적 전단강도를 재현하기 위해서는 석분토 혼합비율을 25~50%로 조절함이 좋을 것으로 판단된다.
증가되는 반비례적 관계를 보였다. 이와 같은 결과로 볼 때, 석분토와 원지반토를 적당한 비율로 혼합하여 사용하면 미세립질로만 구성된 석분토의 불량한 입도조성 및 물성을 양호하게 개선할 수 있다.
이와는 다르게 최대건조밀도는 석분토의 혼합비율이낮을수록 증가되는 반비례적 관계로서 석분토의 혼합비율이 25%인 경우 최대건조밀도가 1.80~2.02t/m3의 범위에 있으며, 평균적으로 1.90t/m3인 것으로 나타났다 (Fig. 6(b)).
6(b)). 이처럼 석분토의 혼합비율이 낮을 수록 최대건조밀도는 증가하고 최적함수비는 감소됨으로써 원지반토의 혼합으로 인한 석분토의 개량효과가 있는 것으로 분석되었다.
Table 7은 앞에서 각 대상현장마다 5가지 배합조건으로 시험한 결과들 중 물성 및 공학특성의 개선효과가큰 2가지 배합비율(석분토와 원지반토 비율이 50%: 50% 및 25% : 75%)인 경우의 혼합토를 대상으로 도로노상재료로서 적합성을 검토한 것이다. 표에서 보는 바와 같이 노상의 상부 1 m까지의 품질기준을 적용하였을 경우 최대치수, 4.75 mm 체통과율 및 0.075 nun 체통과율은 모두 적합하나 소성지수 및 CBR값은 조건에미흡하였다. 그러나 석분토 배합비율이 25%인 혼합토는 노상의 하부 60 cm의 품질기준에 모두 적합한 것으로 나타났다.
후속연구
석분토 자체만으로는 도로 보조기층재로서 물성과 공학특성이 미비하여 사용이 불가능하기 때문에 채석장주변으로부터 확보가 용이한 원지반토를 섞어서 재질을개선하면 충분히 재활용이 가능할 것이다. 이러한 토질개량을 목적으로 석분토와 원지반토를 일정한 비율로배합한 혼합토를 제작하여 물성과 공학특성을 분석하였다.
그리고 콘크리트나 아스콘용 조골재보다는 특히 세골재로 이용되는 모래를 생산하는 과정에서 연간 80-100 만 n?의 석분토가 발생되고 있으며(이평구 외, 2006), 발생된 석분토는 특별한 처리방법이나 재활용 없이 석산에야적하거나 인근지역에 방치되고 있는 실정이다. 앞으로도 자연골재의 생산량이 급감하고 산림으로부터 채취된 쇄석골재의 생산량이 크게 늘어날 수록 석분토의 발생량 또한 계속해서 증가될 것으로 예상된다. 석분토는크러셔(crusher) 등으로 채석원석을 파쇄하여 골재를 생산하는 과정에서 필연적으로 발생되는 것으로서 상품화되는 골재를 제외한 나머지 부산물이기 때문에 입도조건만 미세립질의 형태를 갖는다.
참고문헌 (6)
남정만, 윤중만, 김기영, 김광일, 2005, 현무암 석분슬러지를 이용한 차수재의 적합성에 관한 연구, 한국폐기물학회지, 22(5), 464-471
마상준, 김동민, 안상철, 이상욱, 2004, 실내실험을 통한 지하공동 충전재 개발에 관한 연구 -석분토를 주재료 로 활용한 실험-, 한국폐기물학회지, 22(1), 67-78
서영찬, 박광현, 남영국, 이성희, 1995, 석분 Screenings 기층의 아스팔트포장 상대강도계수 결정 연구, 대한토목학회논문집, 15(5), 1233-1239
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