최근 들어 산업부산물인 저회를 지반 매립재로 활용하려는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 연구에서는 국내 5개 사에서 채취된 저회와 풍화토 혼합하여, 3가지 저회의 혼합비 (30%, 50%, 70%)에 따른 다짐실험, CBR 실험 및 삼축 압축실험 등이 수행되었다. 실험 결과, 저회를 혼입한 혼합토의 CBR값은 20을 상회하였으며, 소성을 보이지 않아 성토재료로 사용이 가능할 것으로 평가되었다. 혼합토에 사용된 저회의 역학적 성능이 풍화토보다 우수하므로, 혼합비가 증가할수록 혼합토의 CBR값은 뚜렷한 증가를 나타내었다. 그러나, 배합후 입자배열에는 큰 영향을 주지 못하므로, 혼합비에 따른 내부마찰각 및 점착력의 변화는 뚜렷하게 평가되지 못했다. 저회는 시료 자체의 강성이 있으므로, 지지력이 풍화토에 비하여 크게 평가되었으며, 성토재료로서의 활용할 수 있음을 실험적으로 규명하였다.
최근 들어 산업부산물인 저회를 지반 매립재로 활용하려는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 연구에서는 국내 5개 사에서 채취된 저회와 풍화토 혼합하여, 3가지 저회의 혼합비 (30%, 50%, 70%)에 따른 다짐실험, CBR 실험 및 삼축 압축실험 등이 수행되었다. 실험 결과, 저회를 혼입한 혼합토의 CBR값은 20을 상회하였으며, 소성을 보이지 않아 성토재료로 사용이 가능할 것으로 평가되었다. 혼합토에 사용된 저회의 역학적 성능이 풍화토보다 우수하므로, 혼합비가 증가할수록 혼합토의 CBR값은 뚜렷한 증가를 나타내었다. 그러나, 배합후 입자배열에는 큰 영향을 주지 못하므로, 혼합비에 따른 내부마찰각 및 점착력의 변화는 뚜렷하게 평가되지 못했다. 저회는 시료 자체의 강성이 있으므로, 지지력이 풍화토에 비하여 크게 평가되었으며, 성토재료로서의 활용할 수 있음을 실험적으로 규명하였다.
Recently, many researches on bottom ash which is produced in the burning process of power plant are actively performed for its utilization for soil-subbase materials. In this paper, bottom ashes from 5 different power plants are prepared and several tests including compaction, CBR, and tri-axial com...
Recently, many researches on bottom ash which is produced in the burning process of power plant are actively performed for its utilization for soil-subbase materials. In this paper, bottom ashes from 5 different power plants are prepared and several tests including compaction, CBR, and tri-axial compression are carried out for mixed bottom ash and weathered soil considering 3 replacement ratio of 30%, 50%, and 70%. Through the tests, CBR result over 20 are evaluated without plastic property, which shows availability of subbase material. With higher increase in replacement ratio of bottom ash, CBR of mixed soil increases due to the higher mechanical performance of bottom ash. However, replacement effects of bottom ash on friction angle and cohesion are evaluated to be little since bottom ash plays a little role in rearrangement of mixed soil. Bottom ash with a good mechanical property is evaluated to have reasonable bearing capacity which shows a good property for subbase materials.
Recently, many researches on bottom ash which is produced in the burning process of power plant are actively performed for its utilization for soil-subbase materials. In this paper, bottom ashes from 5 different power plants are prepared and several tests including compaction, CBR, and tri-axial compression are carried out for mixed bottom ash and weathered soil considering 3 replacement ratio of 30%, 50%, and 70%. Through the tests, CBR result over 20 are evaluated without plastic property, which shows availability of subbase material. With higher increase in replacement ratio of bottom ash, CBR of mixed soil increases due to the higher mechanical performance of bottom ash. However, replacement effects of bottom ash on friction angle and cohesion are evaluated to be little since bottom ash plays a little role in rearrangement of mixed soil. Bottom ash with a good mechanical property is evaluated to have reasonable bearing capacity which shows a good property for subbase materials.
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문제 정의
본 연구에서는 국내 5개의 화력 발전소에서 부산되는 석탄회중 저회를 사용하여 성토재와 매립재로서 적용성을 평가하도록 한다. 이를 위해, 본 연구에서는 특히 저회와 혼합토의 다짐특성, CBR 시험, 삼축압축시험 (CU) 등을 수행하였다.
본 절에서는 매립·성토재로서의 타당성을 검토하기 위하여 CBR 시험을 풍화토 및 혼합토에 대하여 실시하였다.
제안 방법
본 연구에서는 풍화토 및 5개의 화력발전소 (동해, 보령, 삼천포, 서천, 태안)에서 수집된 저회에 대하여, 밀도 시험, 다짐시험 및 삼축압축시험이 수행되었다. 한편 저회의 혼합비를 3가지 (30%, 50%, 70%)로 변화시키면서, CBR 및 내부마찰각의 변화를 분석하였다.
본 절에서는 저회 혼합비를 30 %, 50 %, 그리고 70 %로 혼합하면서 변화하는 최대건조단위질량 및 최적함수비의 변화를 분석하였다. 각 저회시료 (동해, 보령, 삼천포, 서천, 태안 시료)와 풍화토를 혼합하였을 때에도 순수 저 회시료와 큰 차이가 발생하지 않았다.
본 연구에서는 국내 5개의 화력 발전소에서 부산되는 석탄회중 저회를 사용하여 성토재와 매립재로서 적용성을 평가하도록 한다. 이를 위해, 본 연구에서는 특히 저회와 혼합토의 다짐특성, CBR 시험, 삼축압축시험 (CU) 등을 수행하였다.
혼합토의 강도정수를 산정하기 위해서 본 연구에서는 혼합토에 대해서 압밀 비배수시험(CU)을 실시하였다. 일반 적으로 CU시험은 강도증가율 평가, 단계별 성토공법 등에 많이 적용되므로 본 연구에서는 CU시험을 수행하였다. Table 5에서는 실시한 실험에 대해 강도정수점착력(c)와 내부마찰각 (Φ)을 요약하여 나타내었다.
본 연구에서는 풍화토 및 5개의 화력발전소 (동해, 보령, 삼천포, 서천, 태안)에서 수집된 저회에 대하여, 밀도 시험, 다짐시험 및 삼축압축시험이 수행되었다. 한편 저회의 혼합비를 3가지 (30%, 50%, 70%)로 변화시키면서, CBR 및 내부마찰각의 변화를 분석하였다. Table 1에서는 저회의 화학적 특성을 나타내고 있다.
혼합토의 강도정수를 산정하기 위해서 본 연구에서는 혼합토에 대해서 압밀 비배수시험(CU)을 실시하였다. 일반 적으로 CU시험은 강도증가율 평가, 단계별 성토공법 등에 많이 적용되므로 본 연구에서는 CU시험을 수행하였다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 시료는 화강 풍화토와 국내 화력발전소 5개소 채취한 저회로서, 각각의 물리적 특성이 평가되 었다. 풍화토의 밀도는 2.
성능/효과
1. 시험에 사용된 5개 발전소의 저회는 액･소성을 갖지 않은 재료로 통일 분류상 SP 및 SM으로 평가되었으며, 성토 재료로서의 기준에 만족하는 것으로 평가되었다.
2. 혼합비에 따른 다짐특성을 비교한 결과 최대건조질량이 1.6 이상으로 평가되었으며, 수정 CBR을 측정한 결과 지지력값이 20 이상으로 평가되었다. 이는 기준 CBR 값보다 풍화토와 혼합할 경우라도 크게 측정이 되어 지지력 확보가 가능할 것으로 보인다.
3. 삼축압축시험 결과 혼합비에 따른 내부마찰각의 변화의 폭은 작은 것으로 측정이 되었다. 내부마찰각은 30°를 기준으로 혼합비에 따라 큰 차이를 보이지 않고 있 으며, 점착력은 15.
4. 저회는 혼합비에 따라서 CBR값이 증가하고 있으며, 25이상을 나타내고 있으므로, 도로성토기준에 부합하는 것으로 평가되었다.
8kPa로 평가되었으나 혼합비에 따른 경향은 나타나지 않았다. 내부마찰각은 모든 혼합비와 시료 종류에 따라서 큰 화강풍화토보다 큰 값을 보였으나, 점착력은 태안시료의 경우, 혼합비에 따라 크게 감소하였다.
동해, 보령, 삼천포, 서천, 태안 저회의 최대 건조 단위질량은 각각 17.51, 17.55, 17.84, 17.72, 17.62 KN/m3로거의 같은 수준을 유지하였으며, 최적함수비는 13.5∼14.2%의 범위로 일정한 수준을 유지하였다.
또한, 삼축 압축시험에서 내부마찰각(Φ)이 27.5~31.4의 범위로서, 안정적으로 상부 구조체를 지지할 수 있을 것으로 평가되었다.
삼축압축 시험결과 Table 5에서 알 수 있듯이 5종류의 혼합토에서 혼합비가 증가할수록 대체적으로 내부마찰각은 증가하는 경향을 보이고 있으며, 점착력은 삼천포시료와 태안시료를 제외한 혼합토에서 혼합비 50%인 경우가 가장 큰 것으로 나타났다. 혼합비에 따른 시험 결과는 아래의 Fig.
위의 표와 같이 순수 시료 (혼합비 100%) 보다 혼합토의 CBR값이 다소 낮게 측정되었지만, 시방서에서 제시하는 성토재 기준보다 큰 값을 보여 조건을 만족시키는 것으로 나타났다. 이것은 혼합에 사용된 풍화토의 물성이 저회보다 떨어지기 때문인 것으로 판단되며, 이에 따라 저회의 혼합비가 증가할수록 CBR도 증가하는 경향을 보이고 있다.
혼합비에 따른 CBR 시험 결과는 모두 26이상의 값이 측정되었으며, 저회의 혼합비가 증가할수록 CBR 결과도 약간 증가하는 경향을 나타내었다. 저회 고유의 다짐시험 결과와 CBR 시험 결과 값이 사용된 혼화토에 비해 우수하므로, 혼합비가 증가할수록 강도가 증가하는 것으로 평가되었다. 매립 및 도로성토재료로서 액성 및 소성이 없고, 충분한 CBR 값을 나타내고 있으므로 사용하는데 충분한 지지력을 확보할 것으로 예상된다.
저회의 #200체 통과량은 0.2∼1.1 %의 범위를 보여 통일분류 결과 SP와 SW에 속한 것으로 평가되었다.
저회의 혼합비에 따른 다짐시험과 지지력 시험을 수행한 결과, 도로성토 기준으로 볼 때 성토재료로서의 활용이 가능한 것으로 평가되었다. 저회는 현재 성토재료 기준 (국토해양부, 2009)을 만족하는 것으로 평가되었으며, 측정된 혼합토의 CBR은 26.
전체적으로 화강 풍화토 시료보다는 큰 값을 보였으며, 최저 26.0°에서 최대 31.7°로 측정이 되었다.
풍화토의 다짐특성을 파악하기 위하여 다짐시험을 수행한 결과 최대 건조단위질량 (γdmax)는 16.84 KN/m3 , 최적 함수비 (optimum moisture content: OMC)는 14.8 %로 나타났다.
혼합 토의 경우, 통일분류법 시험결과 모두 SP로 분류되었으며, 액·소성한계 시험결과는 모두 비소성 (NP)으로 평가되었다.
혼합비에 따른 CBR 시험 결과는 모두 26이상의 값이 측정되었으며, 저회의 혼합비가 증가할수록 CBR 결과도 약간 증가하는 경향을 나타내었다. 저회 고유의 다짐시험 결과와 CBR 시험 결과 값이 사용된 혼화토에 비해 우수하므로, 혼합비가 증가할수록 강도가 증가하는 것으로 평가되었다.
혼합비에 따른 내부마찰각은 혼합비의 변화에 관계없이 큰 차이를 보이지 않는 것으로 평가되었다. 전체적으로 화강 풍화토 시료보다는 큰 값을 보였으며, 최저 26.
후속연구
저회 고유의 다짐시험 결과와 CBR 시험 결과 값이 사용된 혼화토에 비해 우수하므로, 혼합비가 증가할수록 강도가 증가하는 것으로 평가되었다. 매립 및 도로성토재료로서 액성 및 소성이 없고, 충분한 CBR 값을 나타내고 있으므로 사용하는데 충분한 지지력을 확보할 것으로 예상된다. Fig.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
잠재수경성이란?
6~18%)등으로 구성되어 있으며, 비결정질 (3Al2O3SiO2) 형태로 존재하게 된다. 일반적으로 광물의 조성이 비결정질인 경우는 물과 반응하여 경화하는 성질, 즉 잠재수경성을 가지게 된다 (천병식, 1992; 한국전력공사 기술연구원, 1992). 비회에 있어서는 실리카 성분이 시멘트의 소석회와 반응하여 불용성 화합물을 생성하여 경화 하는 포졸란 반응이외에 유리석회 와 수분과 반응을 통하여, 일부 자경성을 가지고 있다.
석탄회의 주성분은?
석탄회의 주성분은 실리카 (SiO2: 43~65%), 알루미나 (Al2O3 : 16~26%), 산화제이철 (Fe2O3: 4~12%), 산화칼슘 (CaO : 0.6~18%)등으로 구성되어 있으며, 비결정질 (3Al2O3SiO2) 형태로 존재하게 된다. 일반적으로 광물의 조성이 비결정질인 경우는 물과 반응하여 경화하는 성질, 즉 잠재수경성을 가지게 된다 (천병식, 1992; 한국전력공사 기술연구원, 1992).
본 연구에서 저회의 성토재료 활용성에 대한 결론은?
1. 시험에 사용된 5개 발전소의 저회는 액･소성을 갖지 않은 재료로 통일 분류상 SP 및 SM으로 평가되었으며, 성토 재료로서의 기준에 만족하는 것으로 평가되었다.
2. 혼합비에 따른 다짐특성을 비교한 결과 최대건조질량이 1.6 이상으로 평가되었으며, 수정 CBR을 측정한 결과 지지력값이 20 이상으로 평가되었다. 이는 기준 CBR 값보다 풍화토와 혼합할 경우라도 크게 측정이 되어지지력 확보가 가능할 것으로 보인다.
3. 삼축압축시험 결과 혼합비에 따른 내부마찰각의 변화의 폭은 작은 것으로 측정이 되었다. 내부마찰각은 30°를 기준으로 혼합비에 따라 큰 차이를 보이지 않고 있 으며, 점착력은 15.0kPa에서 2.8kPa로 평가되었으나 혼합비에 따른 경향은 나타나지 않았다. 내부마찰각은 모든 혼합비와 시료 종류에 따라서 큰 화강풍화토보다큰 값을 보였으나, 점착력은 태안시료의 경우, 혼합비에 따라 크게 감소하였다.
4. 저회는 혼합비에 따라서 CBR값이 증가하고 있으며, 25이상을 나타내고 있으므로, 도로성토기준에 부합하는 것으로 평가되었다.
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