국내의 폐석회는 약 320만 톤이 적치되어 있고 매년 약 10만 톤이 발생하고 있다. 본 연구에서는 도로노반 성토재로서의 재활용을 위한 폐석회 혼합토의 특성에 대하여 일련의 실험을 수행하였다. 시험에 사용한 폐석회는 인천의 모 화학공장에서 소다회($Na_2CO_3$)를 생산하는 공정에서 부수적으로 발생하는 부산물이다. 화강풍화토, 점토, 쇄석에 폐석회를 일정비율로 혼합한 폐석회 혼합토에 대하여 비중시험, 입도분석, Atterberg시험, 다짐시험, 일축압축시험, CBR, 투수시험, 전단시험, 마모시험, 및 모래당량시험을 실시하였다. 시험결과를 토대로 폐석회 혼합토는 폐석회를 20%정도 혼합하였을 때, 도로의 노반성토재의 품질기준을 만족하는 것으로 나타났다.
국내의 폐석회는 약 320만 톤이 적치되어 있고 매년 약 10만 톤이 발생하고 있다. 본 연구에서는 도로노반 성토재로서의 재활용을 위한 폐석회 혼합토의 특성에 대하여 일련의 실험을 수행하였다. 시험에 사용한 폐석회는 인천의 모 화학공장에서 소다회($Na_2CO_3$)를 생산하는 공정에서 부수적으로 발생하는 부산물이다. 화강풍화토, 점토, 쇄석에 폐석회를 일정비율로 혼합한 폐석회 혼합토에 대하여 비중시험, 입도분석, Atterberg시험, 다짐시험, 일축압축시험, CBR, 투수시험, 전단시험, 마모시험, 및 모래당량시험을 실시하였다. 시험결과를 토대로 폐석회 혼합토는 폐석회를 20%정도 혼합하였을 때, 도로의 노반성토재의 품질기준을 만족하는 것으로 나타났다.
Currently about 3.2 millon tons of waste lime are accumulated and annually 100,000 tons are producted. This study was carried out to investigate the characteristics of soil mixed with waste lime for reusing of roadbed embanking material. Waste lime used in this study is producted as a by-product in ...
Currently about 3.2 millon tons of waste lime are accumulated and annually 100,000 tons are producted. This study was carried out to investigate the characteristics of soil mixed with waste lime for reusing of roadbed embanking material. Waste lime used in this study is producted as a by-product in the manufacturing process of making $Na_2CO_3$ from local chemical factory in Incheon. In this study, the feasible reuse of waste lime mixed with granite weathered soil, clay, crushed rock was investigated through laboratory tests including specific gravity test, sieve analysis, hydrometer analysis, atterberg limit test, compaction test, unconfined compressive test, CBR test, permeability test, shear test, and abrasion test. The mixing rate is granite weathered soil, clay, crushed rock 80 % respectively and waste lime 20 % by weight. From the test results, it is shown that the waste lime and soil mixtures satisfy the criteria as road embanking material specification.
Currently about 3.2 millon tons of waste lime are accumulated and annually 100,000 tons are producted. This study was carried out to investigate the characteristics of soil mixed with waste lime for reusing of roadbed embanking material. Waste lime used in this study is producted as a by-product in the manufacturing process of making $Na_2CO_3$ from local chemical factory in Incheon. In this study, the feasible reuse of waste lime mixed with granite weathered soil, clay, crushed rock was investigated through laboratory tests including specific gravity test, sieve analysis, hydrometer analysis, atterberg limit test, compaction test, unconfined compressive test, CBR test, permeability test, shear test, and abrasion test. The mixing rate is granite weathered soil, clay, crushed rock 80 % respectively and waste lime 20 % by weight. From the test results, it is shown that the waste lime and soil mixtures satisfy the criteria as road embanking material specification.
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문제 정의
본 연구에서는 폐석회, 흙시료(풍화토, 점토, 쇄석), 폐석회 혼합토(풍화토+폐석회, 점토+폐석회, 쇄석+폐석회, 부피비 8:2)에 대하여 물리적, 역학적, 도로공학적 특성을 고찰하여 폐석회 혼합토의 도로 성토재 및 노반재로서의 재활용 가능성을 살펴보았다. 이에 대한 결론은 다음과 같다.
본 연구에서는 폐석회를 도로성토재로 활용하고자 폐석회와 일반토를 일정비율로 혼합하여 물리적 및 역학적 특성을 일련의 실내실험을 통해 규명하였다.
폐석회는 1997년 7월에 폐기물관리법시행규칙 제46조 제2호에 의거하여 공유수면매립지의 매립재와 폐기물매립시설의 복토재로 용도 지정된 바 있다. 이에 최근까지 폐석회를 재활용하기 위한 다각적인 연구를 수행하였다. 그 동안 학계와 전문기관의 연구결과에 의하면 폐석회는 연약지반 안정화 처리제, 폐기물매립시설의 차수재 및 복토재, 도로기층재 및 보조기층재, 토양의 형질 개선제, 해안매립 성토재 등으로 활용이 가능한 것으로 평가되었다.
도로설계편람의 도로 동상방지층 및 보조기층재료의 품질기준에 의하면 모래당량은 25 % 이상이다[1]. 폐석회 및 쇄석+폐석회를 동상방지층 및 보조기층의 재료로 사용하기 위해서 품질기준인 모래당량을 만족하는지 알아보기 위하여 본 실험을 실시하였다. 모래당량시험은 KS F 2340에 의해 실시하였다.
제안 방법
실내 시험에서는 풍화토, 점토, 쇄석, 폐석회 및 이의 혼합토에 대하여 기본물성, 다짐, 강도 및 투수성능 등 여러 가지의 물리역학적 성질을 도출하였다. 기본물성 시험은 현장함수비시험(KS F 2306), 비중(KS F 2308), 입도분포(KS F 2302, 2309), Atterberg시험(KS F 2303), 마모감량시험 (KSF 2508), 모래당량시험(KSF 2340)을 수행하였다. 또한 토질역학적 특성시험은 다짐시험(KS F 2312), 일축압축시험 (KS F 2314), 실내 CBR시험(KS F 2320), 투수시험 (KS F 2322), 직접전단시험(KS F 2343)을 수행하였다.
기본물성 시험은 현장함수비시험(KS F 2306), 비중(KS F 2308), 입도분포(KS F 2302, 2309), Atterberg시험(KS F 2303), 마모감량시험 (KSF 2508), 모래당량시험(KSF 2340)을 수행하였다. 또한 토질역학적 특성시험은 다짐시험(KS F 2312), 일축압축시험 (KS F 2314), 실내 CBR시험(KS F 2320), 투수시험 (KS F 2322), 직접전단시험(KS F 2343)을 수행하였다.
6 %로 실내시험에서는 이를 다시 60 ℃상태의 건조로에 건조시킨 후 건조된 시료를 파쇄하여 분말상태로 재성형한 후 시험에 사용하였다. 본 연구에서 혼합토라는 용어는 풍화토+폐석회, 점토+폐석회, 쇄석+ 폐석회의 3가지를 나타내며, 혼합토의 비율은 폐기물관리법에서 규정한 부피비 혼합비율인 흙 8 : 폐석회 2로 하였다.
이를 위하여 다양한 실내시험을 실시하였다. 실내 시험에서는 풍화토, 점토, 쇄석, 폐석회 및 이의 혼합토에 대하여 기본물성, 다짐, 강도 및 투수성능 등 여러 가지의 물리역학적 성질을 도출하였다. 기본물성 시험은 현장함수비시험(KS F 2306), 비중(KS F 2308), 입도분포(KS F 2302, 2309), Atterberg시험(KS F 2303), 마모감량시험 (KSF 2508), 모래당량시험(KSF 2340)을 수행하였다.
풍화토, 점토 및 쇄석에 폐석회를 일정비율로 혼합하여 도로노반재에 재활용할 수 있는 방안을 분석하여 보았다. 이를 위하여 다양한 실내시험을 실시하였다. 실내 시험에서는 풍화토, 점토, 쇄석, 폐석회 및 이의 혼합토에 대하여 기본물성, 다짐, 강도 및 투수성능 등 여러 가지의 물리역학적 성질을 도출하였다.
풍화토, 점토 및 쇄석에 폐석회를 일정비율로 혼합하여 도로노반재에 재활용할 수 있는 방안을 분석하여 보았다. 이를 위하여 다양한 실내시험을 실시하였다.
대상 데이터
폐석회가 발생하는 공정은 그림 1과 그림 2에 도시하였다. 본 연구에서 사용하고 있는 폐석회는 소다회의 생산과정에서 발생되는 무기성 슬러지이며, 주요성분은 약 70%의 칼슘화합물과 약 10 %의 마그네슘화합물이 주성분으로 구성된다. 이러한 슬러지 형태의 폐액은 약 2.
시험에 사용한 시료는 풍화토, 점토, 쇄석, 그리고 폐석회로 풍화토는 인천 송도신도시 인근 ○○야산에서 채 취하였고, 점토는 영종도 인천공항 인근 해안가에서 2지 점(점토A, 점토B)에서 채취하였다. 쇄석은 영종도 인천 공항 인근 △△채석장에서 50 mm이하, 100 mm이하의 2종류로 채취하였다. 폐석회는 동양제철화학공업(주) 공장 내의 야적장에서 채취하였다.
시험에 사용한 시료는 풍화토, 점토, 쇄석, 그리고 폐석회로 풍화토는 인천 송도신도시 인근 ○○야산에서 채 취하였고, 점토는 영종도 인천공항 인근 해안가에서 2지 점(점토A, 점토B)에서 채취하였다. 쇄석은 영종도 인천 공항 인근 △△채석장에서 50 mm이하, 100 mm이하의 2종류로 채취하였다.
일축압축시험, 전단시험, 투수시험용 공시체는 KS F 2312(다짐시험)에서 도출한 수정다짐시의 최적함수비(ω opt)상태에서 밀도는 최대건조단위중량(γdmax)의 95 %로 제작하였다.
쇄석은 영종도 인천 공항 인근 △△채석장에서 50 mm이하, 100 mm이하의 2종류로 채취하였다. 폐석회는 동양제철화학공업(주) 공장 내의 야적장에서 채취하였다. 현장에서 채취한 폐석회의 자연함수비는 34.
이론/모형
폐석회 및 쇄석+폐석회를 동상방지층 및 보조기층의 재료로 사용하기 위해서 품질기준인 모래당량을 만족하는지 알아보기 위하여 본 실험을 실시하였다. 모래당량시험은 KS F 2340에 의해 실시하였다. 표 7과 같이 쇄석 및 쇄석+폐석회의 모래당량은 모두 25 % 이상으로 나타나 보조기층의 기준인 25 % 이상을 만족하였다.
성능/효과
(1) 일축압축강도 실험결과, 경우 폐석회 혼합토는 양생 1일의 강도에 비해 양생 45일 후의 일축압축강도가 2.093 kg/cm2에서 3.115 kg/cm2로 증가하였고 점토A+폐석회 혼합토는 1.678 kg/cm2에서 2.718 kg/cm2로 점토B+폐석회 혼합토는 1.078 kg/cm2에서 1.726 kg/cm2로 증가하였다. 풍화토 및 점토는 폐석회를 적당량 혼합함으로써 강도는 증가함으로 인해 폐석회를 혼합한 공시체의 강도는 양생기간이 지날수록 증가하였다.
(2) 전단특성의 경우 폐석회 혼합토에 대한 내부마찰각의 변화를 살펴보면, 풍화토+폐석회의 경우, 폐석회의 혼합으로 내부마찰각은 33.0°에서 26.7°로 감소하였다.
(3) 폐석회 혼합토는 흙시료보다 투수계수가 작게 나타났으며 이러한 투수계수는 풍화토+폐석회 혼합 토는 풍화토에 비해 2.1배, 점토A+폐석회 혼합토는 점토A보다 1.9배, 점토B+폐석회 혼합토는 점토 B보다 1.2배정도 감소하였다.
(4) 마모 특성의 경우 쇄석 및 쇄석+폐석회는 50 mm 이하 쇄석의 마모감량은 35.6 %, 100 mm 이하 쇄석의 마모감량은 43.5 %로 품질기준인 50 %이하로 나타났다. 모래당량의 경우 쇄석+폐석회의 모래당량은 50 mm이하 쇄석의 마모감량은 77 %, 100 mm이하 쇄석의 마모감량은 73 %로 도로의 보조기층의 품질기준인 25 %이상을 만족하였다.
폐석회 혼합토의 기본특성은 표 2와 같다. 3종류의 폐 석회 혼합토에서 ⅰ)풍화토+폐석회의 비중은 2.6, 균등계수는 6.74, 곡률계수는 1.27이며 소성지수는 5.1로 나타났으며, 통일분류법상 점토와 실트가 함유된 사질토 (SC-SM)로 분류된다. ⅱ)점토A+폐석회는 비중이 2.
CBR 특성 결과인 표 9의 결과에 따라 성토재로서 사용가능성을 검토해 보면, 노체에는 특별한 규정이 없기 때문에 흙시료와의 혼합비가 20 %인 폐석회 혼합토는 사용할 수 있고, 노상에서는 감독관의 승인 하에 실시한 CBR 시험에서 도출된 값이 기준치를 넘어서면 사용이 가능할 것으로 판단된다.
1로 나타났으며, 통일분류법상 점토와 실트가 함유된 사질토 (SC-SM)로 분류된다. ⅱ)점토A+폐석회는 비중이 2.63, 소성지수는 21.2%이고 ⅲ)점토B+폐석회는 비중이 2.65, 소성지수는 19.2%로 나타났다. 폐석회+점토 혼합토의 통일분류법에 의한 흙의 분류는 원시료와 동일한 CL로 나타났다.
따라서 CBR 시험결과 풍화토+폐석회, 점토A+폐석회, 점토B+폐석회, 쇄석+폐석회는 노상의 품질 기준인 10 % 이상을 만족하였으며 보조기층의 품질기준인 30 % 이상을 만족하였다.
이는 폐석회와 흙시료를 혼합한 후 일정기간 후 실험을 진행시키지 않고 시료성형 즉시 실험을 수행하였기 때문인 것으로 판단된다. 따라서 폐석회 혼합토를 이용하여 지반의 강도개선 효과는 일정기간이 경과하여야 발현된다는 것을 알 수 있었다.
1 %이다. 또한, 점토A는 최대건조단위중량이 1.77 g/cm3 , 최적함수비는 17.1 %이고 점토B는 최대건조단위중량과 최적함수비가 각각 1.79 g/cm3와 18.6 %로 나타났다
5 %로 품질기준인 50 %이하로 나타났다. 모래당량의 경우 쇄석+폐석회의 모래당량은 50 mm이하 쇄석의 마모감량은 77 %, 100 mm이하 쇄석의 마모감량은 73 %로 도로의 보조기층의 품질기준인 25 %이상을 만족하였다.
그림 3, 그림 4 및 표 3은 폐석회, 채취시료, 폐석회 혼합토의 다짐시험 결과를 나타낸 것이다. 시험결과 폐석회는 최대건조단위중량이 1.19 g/cm3 ,최적함수비는 37.2 %로 나타났다. 풍화토는 최대건조단위중량이 1.
이를 토대로 폐석회 및 흙시료의 일축압축 강도곡선과 폐석회 혼합토에 대한 일축압축 강도곡선을 각각 그림 5와 그림 6에 도시하였다. 일축압축시험결과 폐석회를 혼합한 공시체의 일축압축강도는 양생기간에 따라 모두 증가하였다. 강도의 증가는 혼합된 폐석회의 석회성분에 의하여 포졸란 반응이 발생하였기 때문으로 판단된다.
53이다. 통일분류법에 의한 입도는 SP(입도가 불량한 자갈과 모래의 혼합토)로 분류되며, 비소성(NP)인 사질토로 판명되었다. 점토A의 경우 균등계수와 곡률계수는 각각 2.
726 kg/cm2로 증가하였다. 풍화토 및 점토는 폐석회를 적당량 혼합함으로써 강도는 증가함으로 인해 폐석회를 혼합한 공시체의 강도는 양생기간이 지날수록 증가하였다.
후속연구
향후 폐석회 혼합토를 적용한 도로의 장기거동(내구성, 동상피해 등)에 관한 검토가 필요할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국내의 폐석회는 매년 어느정도 발생하는가?
국내의 폐석회는 약 320만 톤이 적치되어 있고 매년 약 10만 톤이 발생하고 있다. 본 연구에서는 도로노반 성토재로서의 재활용을 위한 폐석회 혼합토의 특성에 대하여 일련의 실험을 수행하였다.
풍화토는 채취 당시 자연함수비는 몇이였는가?
풍화토는 채취 당시 자연함수비는 10.5 %이었다. 이의 비중은 2.
폐석회를 일정비율로 혼합한 폐석회 혼합토에 대하여 비중시험, 입도분석, Atterberg시험, 다짐시험, 일축압축시험, CBR, 투수시험, 전단시험, 마모시험, 및 모래당량시험을 실시한 결과어떻게 혼합했을때 품질기준을 만족하는 것으로 나타났는가?
화강풍화토, 점토, 쇄석에 폐석회를 일정비율로 혼합한 폐석회 혼합토에 대하여 비중시험, 입도분석, Atterberg시험, 다짐시험, 일축압축시험, CBR, 투수시험, 전단시험, 마모시험, 및 모래당량시험을 실시하였다. 시험결과를 토대로 폐석회 혼합토는 폐석회를 20%정도 혼합하였을 때, 도로의 노반성토재의 품질기준을 만족하는 것으로 나타났다.
참고문헌 (18)
국토해양부, 도로설계편람 II권 포장편, pp.702-1-55, 2000
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동양제철화학공업, 부산석회 소개, 정책토론회 제출자료, 1999
시립인천대학교, 부산석회를 활용한 연약지반 안정처리 기술개발에 관한 연구, 1996
시립인천대학교, 부산석회를 활용한 해안매립지성토재 개발에 관한 연구, 1997
시립인천대학교, 매립토/부산석회의 혼합토에 대한 성토매립재 활용 타당성 검토, 1999
인하대학교, 폐석회를 이용한 매립성토재의 개발및 사용에 따른 환경영향평가에 관한 연구, 2000
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