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문제 정의
- OMPa를 만족하는 배합비는 다양하다. 그 중에서 시멘트의 함량을 최소화하고 플로우 값을 만족시키는 배합비 조건을 적정배합비로 제시하고자 한다. 매립회와 비회의 혼합비 시멘트비 함수비에 의한 일축압축강도변화를 요약해서 그림 6으로 나타내었다.
- 만약 모래 대신 매립회를 이용하여 매립회, 비회, 시멘트, 물의 혼합물로 저강도고유동화재을 개발하여 공유수면 매립재, 각종 구조물 채움재, 공동채움재 등으로 사용한다면, 매년 증가하는 매립석탄회량을 재활용할 수 있어 환경을 보호할 수 있고 새만금간척공사와 같은 매립 및 건설공사에 필요한 토사 대체재를 공급할 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 매립회, 비회, 시멘트, 물의 혼합물로 만들어진 저강도고유동화재의 특성을 조사하여 사용 가능성을 제시하고자 한다.
- 본 연구에서는 석탄회 매립장에 매립되어 있는 석탄회를 대량 유효활용하고자 석탄회를 활용한 저강도고유동화재의 강도특성을 조사하여 사용가능성을 제시하고자 하였으며 그 결과는 다음과 같다.
제안 방법
- 실시되었다. CLSM 시료를 믹싱기로 혼합시킨 후 5분 이내에 직경 75mm, 높이 150inin인 원형실린더에 채우고 높이 30cm 까지 2~4초에 걸쳐 실린더를 들어 올린 후, 퍼진 시료의 최대반경과 이에 수직한 반경을 측정하여 평균을 구하였다. 측정 횟수는 1회로 하였다.
- 따라서 매립회와 비회의 혼합비 변화(매립회:비회=0:100, 30:70, 50:50, 70:30, 100:0), 시멘트비의 변화(약 1.4%, 3%, 5%, 6.5%, 8%), 함수비의 변화(약 31%, 32.5%, 34%) 를 고려하여 총 75가지 경우에 대해 공시체를 제작하여 시험하였으며 배합비를 백분율로 정리하여 표 2로 나타내었다.
- 분석되었다. 따라서 시멘트 함량을 최소화하기 위한 시멘트량의 범위를 전체중량 대비 약 L5~8.0%로 선정하였고, 매립 회와 비회만의 배합비는 매립 석탄회량의 매립회와 비회의 혼합비율이 일정치 않으므로 비회와 매립 회만 의상 대적인 중량비로 0:100, 30:70, 50:50, 70:30, 100:0으로 선정하여 폭 넓게 산정하였다. 또한 저강도 고유 동화 재는 함수량의 변화에 따라 유동성에 상당한 차이를 보이므로 예비실험을 통하여 함수량은 전체중량의 30~ 35%로 정하였다.
- 0%로 선정하였고, 매립 회와 비회만의 배합비는 매립 석탄회량의 매립회와 비회의 혼합비율이 일정치 않으므로 비회와 매립 회만 의상 대적인 중량비로 0:100, 30:70, 50:50, 70:30, 100:0으로 선정하여 폭 넓게 산정하였다. 또한 저강도 고유 동화 재는 함수량의 변화에 따라 유동성에 상당한 차이를 보이므로 예비실험을 통하여 함수량은 전체중량의 30~ 35%로 정하였다.
- 화학적 특성을 그림 1과 표 3에 각각 나타내었다. 비중, 화학성분시험은 실험을 통해 결정하였고 강열감량(L.O.I.) 은 석탄회를 제공해준 발전소의 자료를 사용하였다.
- 시멘트비의 영향을 살펴보기 위해 배합비, 함수비를고정시킨 후 시멘트비를 증가시켜 실험을 실시하였다 (그림 8 참조). 시멘트비가 약 3%에서 8%로 증가함에 따라 일축압축강도는 약 0.
- 시멘트의 변화가 플로우에 미치는 영향을 알아보기 위해 함수비를 고정시킨 후 시멘트비를 1.4%에서 8.2% 로 증가시켜 변화 양상을 분석하였다. 시험결과 플로우 값은 시멘트량의 증감에 따라 증가 또는 감소의 경향이 나타나지 않고 다소 불규칙한 양상을 보였다(그림 4 참조).
- 완성된 공시체는 16~27℃의 상온에서 72시간 동안 건조양생을 실시한 후 탈형하여 22±2℃ 의 수조에서 수중양생을 실시하였으며, 재령별(3일, 7일, 14U 28일)로 3개 공시체의 일축 압축강도를 측정하여 평균값을 구하였다. 시험기는 재하 하중 3ton 용량의 변위제어 방식의 만능재하시험기를 이용하였으며 재하속도는 Imm/min로 실시하였다.
- 공시체는 배합비에 따라 저강도 고유 동화 재를 배합하여 믹싱한 후 다짐 없이 슬러리 상태로 공시 체에 주입하였고 0100mmx200mm 크기의 공시 체를 배합비별로 각각 15개씩 제작하였다. 완성된 공시체는 16~27℃의 상온에서 72시간 동안 건조양생을 실시한 후 탈형하여 22±2℃ 의 수조에서 수중양생을 실시하였으며, 재령별(3일, 7일, 14U 28일)로 3개 공시체의 일축 압축강도를 측정하여 평균값을 구하였다. 시험기는 재하 하중 3ton 용량의 변위제어 방식의 만능재하시험기를 이용하였으며 재하속도는 Imm/min로 실시하였다.
- CLSM 시료를 믹싱기로 혼합시킨 후 5분 이내에 직경 75mm, 높이 150inin인 원형실린더에 채우고 높이 30cm 까지 2~4초에 걸쳐 실린더를 들어 올린 후, 퍼진 시료의 최대반경과 이에 수직한 반경을 측정하여 평균을 구하였다. 측정 횟수는 1회로 하였다. 플로우 양 지름의 측정 차이가 5cm 이상인 경우는 재시험하였다.
- 함수 비의 영향을 살펴보기 위해 배합비, 시멘트량을고정시킨 후 함수량을 증가시켜 실험을 실시하였다(그림 7 참조). 실험결과 함수비가 31-34% 증가함에 따라 일축 압축강도가 감소하는 것을 알 수 있으며 평균적으로 함수비가 1.
- 함수비의 영향을 파악하기 위해 시멘트비를 고정시킨 후 함수비를 30-35% 이내에서 변화시키면서 플로우시험을 실시하였다. 매립회만을 사용한 경우(E 군)를 제외하고 함수비가 약 31%에서 34%로 증가함에 따라 플로우 값은 약 3~ 10cm 증가하였고 매립회만을 사용한 경우는 함수비가 증가해도 플로우값은 약 l~9cm 감소하였다(그림 5 참조).
대상 데이터
- 사용되는 。。사의 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며 품질 시험결과는 표 4와 같다.
- 공시체는 배합비에 따라 저강도 고유 동화 재를 배합하여 믹싱한 후 다짐 없이 슬러리 상태로 공시 체에 주입하였고 0100mmx200mm 크기의 공시 체를 배합비별로 각각 15개씩 제작하였다. 완성된 공시체는 16~27℃의 상온에서 72시간 동안 건조양생을 실시한 후 탈형하여 22±2℃ 의 수조에서 수중양생을 실시하였으며, 재령별(3일, 7일, 14U 28일)로 3개 공시체의 일축 압축강도를 측정하여 평균값을 구하였다.
- 본 시험에서는 영흥화력본부에서 부산된 석탄회를 사용하였고, 매립회의 경우 석탄회 매립장에 매립되어 있는 회를, 비회의 경우 재활용되는 정제회가 아닌 잔 사회를 사용하되 매립되지 않은 석탄회를 대상으로 연구를 진행하였다.
이론/모형
- 일축압축강도 시험방법은 ASTM D 4832에 준하여 실시되었다. 공시체는 배합비에 따라 저강도 고유 동화 재를 배합하여 믹싱한 후 다짐 없이 슬러리 상태로 공시 체에 주입하였고 0100mmx200mm 크기의 공시 체를 배합비별로 각각 15개씩 제작하였다.
- 플로우 시험은 ASTM D 6103에 의거해 실시되었다. CLSM 시료를 믹싱기로 혼합시킨 후 5분 이내에 직경 75mm, 높이 150inin인 원형실린더에 채우고 높이 30cm 까지 2~4초에 걸쳐 실린더를 들어 올린 후, 퍼진 시료의 최대반경과 이에 수직한 반경을 측정하여 평균을 구하였다.
성능/효과
- (1) 플로우시험 결과 매립회와 비회를 혼합하여 사용하는 모든 경우(매립회:비회=30:70~70:30)에서 기준값(0.2m)을 만족시켰으며 충분한 유동성이 확보되는 것으로 나타났다.
- (2) 일축압축강도실험결과 기준 일축압축강도(0.5御a ~l.OMPa)를 만족하는 배합비는 매립회와 비회의혼합비 30:70-70:30, 시멘트비 3.0-5.0%, 함수비 31 ~34%로 나타났다. 일축압축강도, 경제성, 환경성을 고려하여 최적배합비로 매립회와 비회의 혼합비 70:30, 시멘트비 3.
- (3) 시멘트비를 1.5% 증가시킬 경우 일축압축강도는 평균 약 300~ 600kPa 증가하였고 함수비가 1.5% 증가하면 일축압축강도는 평균 약 150~ 300kPa 감소하였다.
- (4) 재령3일에서는 응력변위 곡선이 재령 28일에 비해 흙과 유사한 거동을 보이며 보다 연성적인 거동을 보인다. 그러나 양생일수가 지날수록 콘크리트와 유사한 응력변위곡선 양상이 나타나며 항복강도 도약 2-4배 증가하였다.
- 기준을 만족하는 배합비 중에서 시멘트 함량을 최소화할 수 있는 최적배합비는 매립회와 비회의 혼합비 (PA:FA) 70:30, 시멘트비 3.1%, 함수비 31%이며 이는 전체중량대비 매립회가 약 42%, 비회 18% 내외에 해당한다. 그림 5의 왼쪽하단 함수비 31%에 해당하는 군 중에서 PA:FA=70:30인 경우이면서 점선으로 시멘트비 3.
- 시험결과 플로우 값은 시멘트량의 증감에 따라 증가 또는 감소의 경향이 나타나지 않고 다소 불규칙한 양상을 보였다(그림 4 참조). 따라서 1.4 ~8.2%의 시멘트비 변화는 플로우 값의 변화에 거의 영향을 주지 못함을 알 수 있었다.
- 따라서 기준강도를 만족하는 범위 내에서 일축 압축강도, 경제성, 환경성을 고려하여 최적배합비로 매립 회와 비회의 혼합비 70:30, 시멘트비 3.1%, 함수비 31%가 적정한 것으로 사료된다.
- 따라서 이와 같은 결과를 바탕으로 본 연구에서 개발하고자 하는 저강도고유동화재의 기준 일축압축강도를 재굴착이 용이하면서 소정의 강도가 발현될 수 있는 범위를 고려하여 0.5 ~ L0MPa(M70~150psi)로 산정하였다.
- 실시하였다. 매립회만을 사용한 경우(E 군)를 제외하고 함수비가 약 31%에서 34%로 증가함에 따라 플로우 값은 약 3~ 10cm 증가하였고 매립회만을 사용한 경우는 함수비가 증가해도 플로우값은 약 l~9cm 감소하였다(그림 5 참조).
- 본 논문의 연구결과를 통하여 모래를 사용하지 않고 석탄회, 물, 소량의 시멘트를 이용하여 개발한 저강도고유동화재가 기존의 저강도고유동화재를 대체하여 사용 가능함을 알 수 있었다. 본 논문에서는 일축압축강도 및 플로우 결과만을 다루었고 환경영향평가에 대한 실험 등이 진행 중에 있다.
- OMPa을 의미한다. 상한선과 하한선 사이에 포함되어 있는 경우가 기준 일축 압축강도를 만족하는 경우이며 이 때의 배합비는 실험결과 매립 회와 비회의 상대적 혼합비 0:100-70:30, 시멘트비 3.0~ 5.0%, 함수비 31~34%에 해당되는 것으로 나타났다.
- 8 참조). 시멘트비가 약 3%에서 8%로 증가함에 따라 일축압축강도는 약 0.3MPa에서 2.5MPa로 증가하였다. 평균적으로 시멘트비를 약 1.
- 2% 로 증가시켜 변화 양상을 분석하였다. 시험결과 플로우 값은 시멘트량의 증감에 따라 증가 또는 감소의 경향이 나타나지 않고 다소 불규칙한 양상을 보였다(그림 4 참조). 따라서 1.
- 실험 case별로 살펴보면 기준 일축압축강도(재령 28 일 기준 0.5 ~1 MPa)를 만족하는 경우는 A군의 case 3 (0.81 MPa), case 8(0.68MPa), case 14(0.78MPa), B군의 case 8(0.81MPa), case 13(O.81MPa), C군의 case 13(0.95MPa), D군으] case 2(0.55 MPa), case 8(0.89MPa), case 13(0.87 M@a) 이었다.
- 실험결과 매립회와 비회를 혼합하여 사용하는 경우 (매립회:비회=30:70~70:30)는 모든 경우에서 기준값 (0.2m)을 만족시 켰으며 충분한 유동성이 확보되는 것으로 나타났다(표 5 참조). 매립회만을 사용한 경우(E군) 는 플로우값이 기준치 인 0.
- 7 참조). 실험결과 함수비가 31-34% 증가함에 따라 일축 압축강도가 감소하는 것을 알 수 있으며 평균적으로 함수비가 1.5% 증가할 때 일축압축강도는 약 150~300kPa 감소하였다.
- 일축 압축강도, 경제성, 환경성을 고려하여 최적배합비로 매립 회와 비회의 혼합비 70:30, 시멘트비 3.1%, 함수비 31%가 적정한 것으로 사료된다.
- 최적 배합비를 산정하기 위해 예비실험을 실시한 결과, 석탄회 만으로는 기준일축압축강도에 만족하지 못하므로 시멘트의 첨가가 불가피한 것으로 분석되었다. 따라서 시멘트 함량을 최소화하기 위한 시멘트량의 범위를 전체중량 대비 약 L5~8.
후속연구
- 실정에는 다소 맞지 않는 면이 있다. 만약 모래 대신 매립회를 이용하여 매립회, 비회, 시멘트, 물의 혼합물로 저강도고유동화재을 개발하여 공유수면 매립재, 각종 구조물 채움재, 공동채움재 등으로 사용한다면, 매년 증가하는 매립석탄회량을 재활용할 수 있어 환경을 보호할 수 있고 새만금간척공사와 같은 매립 및 건설공사에 필요한 토사 대체재를 공급할 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 매립회, 비회, 시멘트, 물의 혼합물로 만들어진 저강도고유동화재의 특성을 조사하여 사용 가능성을 제시하고자 한다.
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