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문제 정의
- 이에 본 연구는 흙을 건축재료로의 이용 방법 중 흙다짐 공법의 사용을 촉진하기 위한 노력의 일환으로 흙다짐 적용 시 흙의 적절한 선택방법과 적정 흙다짐 배합을 찾고, 소석회, 해초풀을 첨가하여 압축강도, 표면묻어남, 표면경도, 해교성, 중량변화실험을 통해 흙다짐시의 적정 배합을 찾으려한다.
- 흙다짐의 적정 배합을 찾기 위한 본 연구는 1차적으로 압축강도, 표면경도, 표면 묻어남, 단위중량, 해교성 실험을 통하여 흙다짐시의 흙분말과 모래, 자갈의 적정 배합을 찾고, 2차적으로 흙분말과 모래를 배합한 흙에 첨가제로 소석회, 해초풀을 첨가하여 흙다짐시의 적정한 첨가비율을 찾으려 한다.
제안 방법
- 28일 기건 양생된 공시체의 표면을 연필을 이용한 경도측정기를 사용하였다.
- 28일 기건 양생된 시편의 표면을 화장지로 3회 문지르고 묻어나는지 여부를 측정하였다.
- KS L 5105에 의거하여, 토분과 모래를 실험인자에 의해 각기 다른 배합으로 배합하여 만든 공시체를 재령 당일, 1일, 3일, 7일, 28일 동안 기건 양생된 시편을 기계식 압축강도 측정기를 통해 압축강도를 측정하였다.
- 본 실험은 흙다짐 시 점토, 실트와 모래, 자갈비율의 적정배합 도출과 흙에 첨가제인 소석회, 해초풀의 적정 첨가량을 찾기 위해 토분과 모래의 배합비와 소석회, 해초풀의 첨가량에 따라 제작된 공시체를 흙다짐의 압축강도, 표면경도, 표면이 묻어나는 현상, 해교성, 낙하실험을 실시하였다.
- 흙의 적정배합을 도출하기 위해서 흙분말(점토와 실트)과 모래첨가비율을 5수준으로 실험하고, 자갈첨가비율은 4수준으로 하였다. 첨가제로 소석회, 해초풀을 혼합하여 압축강도, 표면경도, 표면묻어남, 해교성, 중량변화의 실험을 하였다.
- 흙다짐을 통해 지름 100mm, 부피 1000㎤의 원형 몰드로 다져진 공시체를 기건양생(18～20℃, 60%) 조건하에 재령별로 중량 변화를 측정하였다.
- 흙의 적정배합을 도출하기 위해서 흙분말(점토와 실트)과 모래첨가비율을 5수준으로 실험하고, 자갈첨가비율은 4수준으로 하였다. 첨가제로 소석회, 해초풀을 혼합하여 압축강도, 표면경도, 표면묻어남, 해교성, 중량변화의 실험을 하였다.
대상 데이터
- 1급 KSL 9501 공업용 규격에 적합한 소석회를 사용하였다.
- 국내에서 생산되는 점토와 실트 성분이 90% 이상인 절건 상태의 흙분말을 사용하였다.
- 목포지역에서 채취한 함수율 2%인 해사를 사용하였다
- 진포라 불리는 말린 해초를 물에 2%를 첨가하고 15분 동안 끓인 후 체로 걸러내어 사용하였다.
성능/효과
- 1) 흙분말과 모래의 적정 배합 실험에서 해교성과 표면 묻어남의 정도는 모두 비슷한 것으로 나타났으나 압축강도에서 흙분말과 모래의 비가 30:70일때 가장 안정적으로 나타나 흙분말과 모래의 적정 배합은 30:70이 가장 적당한 것으로 판단된다.
- 2) 소석회 첨가량 실험에서 흙분말과 소석회의 비가 23:7일때 압축강도, 해교성, 표면 묻어남 실험에서 가장 우수한 것으로 판단되었고 소석회를 5%이상 첨가한 경우 ACP-EEC에서 제시한 흙벽돌 규정인 2.4MPa를 만족시키는 것으로 나타났다.
- 3) 해초풀 첨가량 실험에서 해초풀이 물에 75%로 희석했을때 해교성은 100%일 때보다 압축강도가 더 높은 것으로 나타나 75%일때 가장 우수한 것으로 판단된다. 그러나 양생기간이 길어짐에 따라 곰팡이의 문제가 발생하여 이에 대한 세부적인 실험이 필요할 것으로 판단되었다.
- 4) 낙하 실험결과 흙분말의 함유량이 많을수록 점성이 높아졌고 모래질이 많을수록 가루형태로 분산되었다. 또한 함수량이 적을수록 가루형태로 분산되고 적정함수량인 경우 3～5조각정도 분산되는 형태가 보여졌다.
- 5) 위의 결과를 토대로 흙다짐시의 적정 배합은 압축강도와 해교성, 포면 묻어남에서 가장 우수한 결과를 나타낸 흙분말과 모래, 소석회의비가 23:70:7 배합이 가장 적당한 것으로 판단된다.
- 5MPa을 나타내었다. 그러나 29:1로 소석회를 소량 첨가한 경우 기존에 흙분말과 모래만 사용한 경우보다 오히려 강도가 떨어지는 것을 알 수 있었다. 이 실험 결과에서 흙다짐에 적정 압축강도발현을 위해서는 소석회의 적정 범위는 7%내외라고 여겨지고 그 이상 첨가한 경우 오히려 강도가 낮아지는 것을 알 수 있었다.
- 낙하 실험결과 흙분말:모래 비율이 30:70인 경우 함수량이 7%일 때 흙덩어리가 3～5조각의 상태로 분산되어 흙다짐하기에 적정한 것으로 나타났고, 20:80인 경우 9% 함수량이 가장 적합한 것으로 나타났다. 흙분말의 함유량이 많을수록 점성이 높아져서 뭉치는 형태를 나타내었고 모래첨가 비율이 높을수록 가루형태로 분산되었다.
- 다짐 표면의 묻어남에 관한 실험은 석회 3%를 초과한 5～11% 범위내에서 첨가하여야 표면이 묻어나지 않아 실제 공사시에는 적용 가능할 것으로 여겨졌다. 표면경도 실험에서 흙분말과 모래만으로 다짐한 경우 1B～3B로 나타났으며 흙분말과 모래, 자갈을 첨가하여 다진 경우에는 5B～6B로 흙분말과 모래만 첨가하여 다진 경우보다 표면이 약하게 측정되었다.
- 흙분말의 함유량이 많을수록 점성이 높아져서 뭉치는 형태를 나타내었고 모래첨가 비율이 높을수록 가루형태로 분산되었다. 또한 모래 첨가비가 높고 함수량이 적을수록 가루형태로 분산되었다. 적정 함수량의 흙의 경우 3～5조각정도 분산되는 형태가 보여졌다.
- 그러나 물의 첨가량이 많아지면 흙입자 간의 간격이 멀어지게 되어 결국 제대로 된 다짐이 되기 어렵기 때문에 각 흙에 첨가되는 재료의 배합비와 그에 따른 물비가 중요한 역할을 하는 것을 알 수 있었다. 위 실험 결과 소석회를 3%이상 첨가한 경우 ACP-EEC 에서 제시한 2.4 MPa의 압축강도를 만족시키는 것으로 나타났다.
- 그러나 29:1로 소석회를 소량 첨가한 경우 기존에 흙분말과 모래만 사용한 경우보다 오히려 강도가 떨어지는 것을 알 수 있었다. 이 실험 결과에서 흙다짐에 적정 압축강도발현을 위해서는 소석회의 적정 범위는 7%내외라고 여겨지고 그 이상 첨가한 경우 오히려 강도가 낮아지는 것을 알 수 있었다. 이는 소석회의 치환비율이 늘어날수록 물과 반응한 발열량에 의해 수분이 부족하여 흙입자들이 제대로 다짐이 안된 결과가 원인이라 여겨진다.
- 흙다짐이 물에 의해 풀리는지 실험을 한 결과, 소석회를 혼합한 경우에는 포졸란 반응에 의해 물에 대한 저항성은 크지만 흙분말과 모래, 자갈만을 이용하여 다짐한 경우 흙의 단점인 물에 약한 특성이 그대로 나타나서 그림 8과 같이 물에 흙이 풀렸다. 이 실험을 통해 현장에서 100% 흙만으로 흙다짐을 적용할 시에는 처마의 길이를 길게 내어주고 기초부위를 일정높이 이상 높여주어야 할 것으로 여겨졌다.
- 재령별 중량 변화 실험결과, 흙분말과 모래를 혼합하여 다짐한 경우 재령 28일에는 7%내외의 중량이 감소한 반면, 자갈을 포함시켜 혼합한 경우 5%내외의 중량이 감소한 것으로 나타났다. 소석회를 첨가한 경우 재령 28일의 중량변화는 3～5% 범위내에서 감소하였다.
- 초기 재령시 모래 첨가비율이 감소함에 따라 압축강도도 증가하는 경향을 보이고 있으나 증진폭이 점점 줄어드는 것을 알 수 있었다. 흙분말 중량 대비 모래첨가비율이 65%인 배합은 재령 7일 이후에, 60%인 배합은 재령 28일의 압축강도가 낮아지는 경향을 나타내었다.
- 다짐 표면의 묻어남에 관한 실험은 석회 3%를 초과한 5～11% 범위내에서 첨가하여야 표면이 묻어나지 않아 실제 공사시에는 적용 가능할 것으로 여겨졌다. 표면경도 실험에서 흙분말과 모래만으로 다짐한 경우 1B～3B로 나타났으며 흙분말과 모래, 자갈을 첨가하여 다진 경우에는 5B～6B로 흙분말과 모래만 첨가하여 다진 경우보다 표면이 약하게 측정되었다. 소석회를 첨가하여 경도를 측정한 경우 1%와 3%에서는 표면이 묻어났으나 5% 이상에서는 표면이 묻어나지 않았다.
- 낙하 실험결과 흙분말:모래 비율이 30:70인 경우 함수량이 7%일 때 흙덩어리가 3～5조각의 상태로 분산되어 흙다짐하기에 적정한 것으로 나타났고, 20:80인 경우 9% 함수량이 가장 적합한 것으로 나타났다. 흙분말의 함유량이 많을수록 점성이 높아져서 뭉치는 형태를 나타내었고 모래첨가 비율이 높을수록 가루형태로 분산되었다. 또한 모래 첨가비가 높고 함수량이 적을수록 가루형태로 분산되었다.
후속연구
- 3) 해초풀 첨가량 실험에서 해초풀이 물에 75%로 희석했을때 해교성은 100%일 때보다 압축강도가 더 높은 것으로 나타나 75%일때 가장 우수한 것으로 판단된다. 그러나 양생기간이 길어짐에 따라 곰팡이의 문제가 발생하여 이에 대한 세부적인 실험이 필요할 것으로 판단되었다.
- 자갈을 첨가한 경우에는 모래를 첨가한 경우보다 강도발현이 저조하였다. 위 실험 결과 순수 흙으로 다짐을 적용할 경우, 실제 건축물에 적용하는 것은 힘들 것으로 여겨지고 강도를 개선시키기 위한 첨가제가 필요할 것으로 보여진다.
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