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문제 정의
- 다짐은 함수비를 크게 변화시키지 않고 간극속의 공기를 배출시켜 입자간의 결합을 치밀하게 함으로써 단위밀도를 증가시키는데 목적이 있다. 일반적으로 도로성토용 재료로 사용되고 있는 화강토의 최대건조밀도(γdmax) 는 18.
- 본 연구는 태안화력본부 회사장에 매립되고 있는 혼합회를 건설재료로 활용하기 위한 기초연구로서 연구대상 혼합회의 물리적 시험 및 역학적 시험을 실시하여 도로성토용 재료 및 구조물 뒤채움용 재료로 활용하기 위해 공학적 특성을 검토하였다. 또한, 비회와 저회가 혼합된 비율에 따른 혼합회의 물리 ･ 역학적 특성을 비교 ･ 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 다짐시험은 간극 내의 공기를 배출시켜 입자 간의 결합을 치밀하게 함으로써 단위밀도를 증가시키는 과정이며 실내다짐시험방법에는 KS F 2312에 따르면 몰드 크기와 래머무게의 조합에 따라 A, B, C, D, E 등 5가지 종류로 구분되어있다. 본 연구에서는 매립된 석탄혼합회가 도로성토용 재료 및 구조물 뒤채움용 재료로 활용가능성 여부와 현장다짐도를 재현하여 역학적 특성(투수성, CBR, 전단강도)시험을 수행하는데 이용하고자 도로노상 및 구조물 뒤채움에 다짐관리기준에 제시되어 있는 수정다짐(D다짐)을 대표적으로 실시하여 검토하였다(국토해양부, 2009a,b; 한국도로공사, 2009a,b). 다짐시험에 사용한 시료는 회사장에서 채취된 두 혼합회를 110±5℃로 24시간 노건조시킨 후 함수비를 증가시키면서 시료비 반복사용법으로 6회 실시하여 시험결과를 얻었다.
- 6%를 보인다. 본 연구에서는 태안화력본부 회사장에 매립된 혼합회를 도로성토용 재료와 구조물 뒤채움용 재료로 활용가능성을 검토하고자 화력발전소에서 부산 되는 비회와 저회의 입도분포특성을 바탕으로 매립된 혼합회를 채취하여 혼합 비율을 확인하였다(Fig. 2). 이 중 가장 많이 분포하고 있는 비회와 저회의 혼합비율 5 : 5(MA-1)와 7 : 3(MA-2)으로 혼합된 두 종류의 혼합회를 연구대상 시료로 선정하였다(Fig.
- 본 연구에서는 태안화력본부의 회사장에 매립된 비회와 저회의 혼합회를 도로성토용 재료와 구조물의 뒤채움용 재료로 재활용가능성을 검토하여 화력발전소에서 부산 되는 석탄회의 재활용율을 높이고 도로성토용 재료와 구조물 뒤채움용 재료로 재활용하는데 목적이 있다. 이를 위한 기초연구로서 태안화력본부의 회사장에 매립된 비회와 저회의 혼합비율이 다른 두 종류 석탄 혼합회를 채취하여 첫째, 혼합회의 물리 ･ 화학적 특성을 규명하고자 비중, 액 ･ 소성, 입도분석, 최대 ･ 최소밀도, XRD, 강열감량 실험결과를 비교·분석하고, 둘째, 혼합회의 역학적 특성을 규명하고자 다짐, 투수, CBR, 삼축압축강도 실험 결과를 비교 ･ 분석하고 셋째, 혼합회의 공학적 특성을 분석하여 도로성토용 재료와 구조물 뒤채움용 재료로써의 품질기준과 비교 ･ 고찰하고 활용가능성을 판단하고자 한다.
- 또한 도로공사 표준시방서에 제시된 도로성토용 재료와 구조물 뒤채움용 재료의 품질기준에 적합한지 판단하고자 다짐시험결과와 수침 CBR시험결과를 이용하여 수정 CBR값을 산정하였다. 삼축압축시험(KS F 2346)은 배수상태에서 수직응력을 계속 증가시켜 전단파괴가 발생될 때의 배수점착력과 배수마찰각을 산정하여 일반적으로 사용되고 있는 도로성토용 재료의 강도정수와 비교하여 활용가능성을 판단하고자 실시하였다. 삼축압축시험에 사용되는 시료는 실내다짐시험에서 얻어진 최적함수비(O.
- 9). 압밀배수 삼축압축시험을 통하여 연구 대상 혼합회를 도로성토용 재료 및 뒤채움용 재료로 활용가능한지 적합성을 알아보고자 하였다.
- 화력발전소의 부산물인 석탄회를 도로의 노체나 노상 재료로 활용하기 위한 기준은 아직 마련되어 있지 않은 실정이지만 일반도로의 노체 및 노상재료의 기준과 비교하여 석탄회를 도로의 성토재료로써 활용가능성 여부를 판단하고자 하였다. 노체재료로 활용하기 위해서는 Table 1에 제시된 노체의 최대치수는 300 mm이하, 수정 CBR 값은 2.
제안 방법
- 대상 혼합회에 대해 각각 5회 측정하고 오차범위가 큰 2개 측정 값을 제외한 3개의 측정값을 산술평균하여 투수계수를 결정하였다. CBR시험(KS F 2320)은 투수시험에서와 동일하게 실내다짐시험에서 얻어진 최적함수비(O.M.C)를 고려하여 먼저 노건조된 혼합회의 중량과 최적함수비에 해당하는 추가물량을 계산한 후 최적함수비 상태의 시료를 제조하였다. 제조된 시료를 층당다짐횟수 10회, 25회, 55회로 하여 3개의 몰드를 제작하고 96시간 수침시켜 팽창비를 확인한 후 관입시험을 통해 수침 CBR값을 산정하였다.
- 다짐시험에 사용한 시료는 회사장에서 채취된 두 혼합회를 110±5℃로 24시간 노건조시킨 후 함수비를 증가시키면서 시료비 반복사용법으로 6회 실시하여 시험결과를 얻었다.
- 제조된 시료를 실내다짐시험에서 얻어진 최대건조밀도의 95%의 건조밀도를 나타내도록 계산된 중량을 정수위 몰드에 유압으로 성형하고 진공펌프를 이용하여 포화시킨 후 KS F 2322에 근거하여정수위 투수시험을 실시하였다. 대상 혼합회에 대해 각각 5회 측정하고 오차범위가 큰 2개 측정 값을 제외한 3개의 측정값을 산술평균하여 투수계수를 결정하였다. CBR시험(KS F 2320)은 투수시험에서와 동일하게 실내다짐시험에서 얻어진 최적함수비(O.
- 이와 같이 수침 CBR값은 모든 시료에 대해서 비회의 함유량이 작은 MA-1의 값이 다소 크게 나타났다. 도로공사 표준시방서에 제시된 도로성토용 재료와 구조물 뒤채움용 재료의 품질기준에 적합한지 판단하고자 다짐시험결과와 수침 CBR시험결과를 이용하여 최대건조밀도의 95%의 건조밀도에 대응하는 수정 CBR값을 산정하였다(Fig. 8). MA-1과 MA-2의 수정 CBR값이 각각 21.
- 혼합회의 전단특성을 파악하고자 실내다짐시험에서 구한 최적함수비로 시료를 제조한 후 최대건조밀도의 95%의 건조밀도를 나타내도록 성형하였다. 두 혼합회에 대해 각각 3개씩 성형하여 구속압력 50 kPa, 100 kPa, 200 kPa로 KS F 2346에 근거하여 압밀배수(CD) 삼축압축시험을 실시하였다(Fig. 9). 압밀배수 삼축압축시험을 통하여 연구 대상 혼합회를 도로성토용 재료 및 뒤채움용 재료로 활용가능한지 적합성을 알아보고자 하였다.
- 제조된 시료를 층당다짐횟수 10회, 25회, 55회로 하여 3개의 몰드를 제작하고 96시간 수침시켜 팽창비를 확인한 후 관입시험을 통해 수침 CBR값을 산정하였다. 또한 도로공사 표준시방서에 제시된 도로성토용 재료와 구조물 뒤채움용 재료의 품질기준에 적합한지 판단하고자 다짐시험결과와 수침 CBR시험결과를 이용하여 수정 CBR값을 산정하였다. 삼축압축시험(KS F 2346)은 배수상태에서 수직응력을 계속 증가시켜 전단파괴가 발생될 때의 배수점착력과 배수마찰각을 산정하여 일반적으로 사용되고 있는 도로성토용 재료의 강도정수와 비교하여 활용가능성을 판단하고자 실시하였다.
- 또한, 도로성토용 재료와 구조물 뒤 채움용 재료로 활용가능성을 판단하고자 혼합회의 공학적 특성을 도로성토용 재료와 구조물 뒤채움용 재료의 품질기준과 비교·고찰하였다.
- 비중, 최대·최소밀도 시험을 통하여 재료의 경량성 및 자중을 산정하여 도로성토용재료로 활용가능한지 파악하고자 비중시험(KS F 2308)과 최대·최소밀도시험(KS F 2345)을 각각의 혼합회에 대해서 4회 실시하여 산술평균한 결과를 얻었다. 또한, 입도시험(KS F 2302, 2309)은 공학적으로 입도분포가 좋고 나쁨을 판정하는 중요한 자료로써 도로성토용 재료 및 구조물 뒤채움용 재료로 활용가능한지에 대해 판단하고자 실시하였으며 화학적 특성을 파악하고자 XRD와 강열감량시험을 실시하였다. 다짐시험은 간극 내의 공기를 배출시켜 입자 간의 결합을 치밀하게 함으로써 단위밀도를 증가시키는 과정이며 실내다짐시험방법에는 KS F 2312에 따르면 몰드 크기와 래머무게의 조합에 따라 A, B, C, D, E 등 5가지 종류로 구분되어있다.
- 본 연구에 사용된 대상 혼합회(MA-1, MA-2)에 대해 각각 4회 비중 및 최대·최소밀도시험을 실시하여 산술평균한 시험결과를 Table 6에 제시하였다.
- 본 연구에서는 비회와 저회의 혼합비율 5 : 5(MA-1)와 7 : 3(MA-2)으로 혼합된 두 종류의 혼합회에 대해 Table 5에 제시한 물리·화학적 시험과 역학적 시험을 수행하여 공학적 특성을 규명하는데 활용하였다.
- 본 연구에서는 이와 같이 선정된 두 혼합회의 물리·화학적(비중, 액·소성, 입도분석, 최대·최소밀도, XRD, 강열감량) 특성과 역학적(다짐, 투수, CBR, 삼축압축강도) 특성을 분석하였다.
- 본 연구에서는 혼합회(MA-1, MA-2)에 대하여 압밀배수삼축압축시험을 실시하여 Fig. 10과 Fig. 11에 나타낸 바와 같은 시험결과를 얻었다. Fig.
- 비중, 최대·최소밀도 시험을 통하여 재료의 경량성 및 자중을 산정하여 도로성토용재료로 활용가능한지 파악하고자 비중시험(KS F 2308)과 최대·최소밀도시험(KS F 2345)을 각각의 혼합회에 대해서 4회 실시하여 산술평균한 결과를 얻었다.
- 삼축압축시험에 사용되는 시료는 실내다짐시험에서 얻어진 최적함수비(O.M.C)와 최대건조밀도(γdmax)를 고려하여 노건조된 혼합회의 중량과 최적함수비에 해당하는 추가물량을 계산한 후 최적함수비상태의 시료를 제조하였다.
- C)와 최대건조밀도(γdmax)를 고려하여 먼저 노건조된 혼합회의 중량과 최적함수비에 해당하는 추가 물량을 계산한 후 최적함수비상태의 시료를 제조하였다. 제조된 시료를 실내다짐시험에서 얻어진 최대건조밀도의 95%의 건조밀도를 나타내도록 계산된 중량을 정수위 몰드에 유압으로 성형하고 진공펌프를 이용하여 포화시킨 후 KS F 2322에 근거하여정수위 투수시험을 실시하였다. 대상 혼합회에 대해 각각 5회 측정하고 오차범위가 큰 2개 측정 값을 제외한 3개의 측정값을 산술평균하여 투수계수를 결정하였다.
- 이를 위한 기초연구로서 태안화력본부의 회사장에 매립된 비회와 저회의 혼합비율이 다른 두 종류 석탄 혼합회를 채취하여 첫째, 혼합회의 물리 ･ 화학적 특성을 규명하고자 비중, 액 ･ 소성, 입도분석, 최대 ･ 최소밀도, XRD, 강열감량 실험결과를 비교·분석하고, 둘째, 혼합회의 역학적 특성을 규명하고자 다짐, 투수, CBR, 삼축압축강도 실험 결과를 비교 ･ 분석하고 셋째, 혼합회의 공학적 특성을 분석하여 도로성토용 재료와 구조물 뒤채움용 재료로써의 품질기준과 비교 ･ 고찰하고 활용가능성을 판단하고자 한다.
- C)와 최대건조밀도(γdmax)를 고려하여 노건조된 혼합회의 중량과 최적함수비에 해당하는 추가물량을 계산한 후 최적함수비상태의 시료를 제조하였다. 제조된 시료를 실내다짐시험에서 얻어진 최대건조밀도의 95%의 건조밀도를 나타내도록 계산된 중량을 성형상자에 투입시켜 직경 5 cm, 높이 10 cm로 성형한 후 구속압력 50 kPa, 100 kPa, 200 kPa에 따라 압밀 배수(CD) 삼축압축시험을 실시하였다. Fig.
- C)와 최대건조밀도(γdmax)를 고려하여 먼저 노건조된 혼합회의 중량과 최적함수비에 해당하는 추가 물량을 계산한 후 최적함수비상태의 시료를 제조하였다. 제조된 시료를 실내다짐시험에서 얻어진 최대건조밀도의 95%의 건조밀도를 나타내도록 계산된 중량을 정수위 몰드에 유압으로 성형하고 진공펌프를 이용하여 포화시킨 후 KS F 2322에 근거하여정수위 투수시험을 실시하였다. 대상 혼합회에 대해 각각 5회 측정하고 오차범위가 큰 2개 측정 값을 제외한 3개의 측정값을 산술평균하여 투수계수를 결정하였다.
- C)를 고려하여 먼저 노건조된 혼합회의 중량과 최적함수비에 해당하는 추가물량을 계산한 후 최적함수비 상태의 시료를 제조하였다. 제조된 시료를 층당다짐횟수 10회, 25회, 55회로 하여 3개의 몰드를 제작하고 96시간 수침시켜 팽창비를 확인한 후 관입시험을 통해 수침 CBR값을 산정하였다. 또한 도로공사 표준시방서에 제시된 도로성토용 재료와 구조물 뒤채움용 재료의 품질기준에 적합한지 판단하고자 다짐시험결과와 수침 CBR시험결과를 이용하여 수정 CBR값을 산정하였다.
- 태안화력본부 회사장에 매립된 혼합회를 도로성토용 재료와 구조물 뒤채움용 재료로 활용가능한지 검토하고자 비회와 저회의 혼합비율 5 : 5(MA-1)와 7 : 3(MA-2)으로 혼합된 두 종류 연구대상 시료에 실시한 물리·역학적 특성 시험결과와 도로공사 표준시방서의 품질기준을 Table 12와 Table 13에 제시하였다.
- 혼합회의 도로성토 후 투수 특성에 대해 판단하기 위해서 실내다짐시험에서 얻어진 최적함수비(O.M.C)와 최대건조밀도(γdmax)를 고려하여 먼저 노건조된 혼합회의 중량과 최적함수비에 해당하는 추가 물량을 계산한 후 최적함수비상태의 시료를 제조하였다.
대상 데이터
- Table 5. Laboratory tests applied to mixed ash.
- 천병식과 고용일(1992)은 국내 5개의 화력발전소에서 발생되는 석탄회를 도로성토용 재료로서 대량 활용을 위해서는 다짐특성에 따라서 비회:저회의 중량비율 5:5 또는 석탄회의 재질에 따라서 6:4까지 혼합하여 사용하는 것이 바람직하고, 이들 혼합회의 CBR값에 의하면 도로성토용 재료는 물론 노상재료까지의 사용에 있어 충분한 지지력을 갖는다는 사실을 확인하였다. 본 연구를 위해 선정된 혼합회 중 MA-1은 선행연구에서 제시된 혼합비율의 범위 내의 시료이며 MA-2는 혼합비율 7:3으로 선행연구에서 제시된 혼합비율의 범위를 만족하지 못한 시료이다. 본 연구에서는 이와 같이 선정된 두 혼합회의 물리·화학적(비중, 액·소성, 입도분석, 최대·최소밀도, XRD, 강열감량) 특성과 역학적(다짐, 투수, CBR, 삼축압축강도) 특성을 분석하였다.
- 2). 이 중 가장 많이 분포하고 있는 비회와 저회의 혼합비율 5 : 5(MA-1)와 7 : 3(MA-2)으로 혼합된 두 종류의 혼합회를 연구대상 시료로 선정하였다(Fig. 3).
성능/효과
- 1. 비중 및 최대 ･ 최소밀도 시험결과 혼합회의 비중과 최대 ･ 최소건조밀도는 비회의 함유율이 더 낮을수록 다소 크게 나타났으며 일반적인 사질토의 비중과 최대·최소건조밀도보다 작은 값으로 나타났다.
- 2. 연경도 및 입도시험 결과를 토대로 혼합회를 도로 성토재료와 구조물 뒤채움재료로써 활용가능기준과 비교해본 결과 MA-1의 경우 도로의 노상재료와 구조물 뒤채움재료의 품질기준을 만족하여 활용이 가능할 것으로 판단되었다. 그러나 비회의 혼합비율이 높은 MA-2의 경우 도로성토재료 및 구조물 뒤채움재료로써의 품질기준을 만족하지 못하여 활용을 위해서는 매립저회와의 추가적인 배합을 통한 품질개선이 필요할 것으로 판단되었다.
- 3. 강열감량과 XRD시험결과 강열감량은 비회의 함유율이 높은 혼합회가 크게 나타났고, 성분분석결과 일반적인 석탄회와 유사한 성분을 나타내었으며 혼합회의 주된 결정상은 quartz와 mullite상으로 확인되었다.
- 4. 다짐시험결과 비회의 혼합비율이 더 낮은 혼합회가 최대건조밀도는 작고 최적함수비는 더 큰 것으로 나타났으며 혼합회는 일반 도로성토재료로 사용되고 있는 화강토보다 최대건조밀도는 작고 최적함수비는 큰 것으로 나타났다. 다짐시험결과를 토대로 분석한 결과 원지반이 연약층일 경우 구조물 뒤채움재료로 사용하면 토압측면에서 우수한 공학적 특성을 나타낼 것으로 판단되나 도로성토재료로 사용하기 위한 품질기준에는 약간 미흡한 것으로 나타났다.
- 5. CBR시험결과 도로 노체와 노상용 재료의 품질기준과 뒤채움용 양질토사 재료의 품질기준을 만족하여 도로성토용 및 구조물 뒤채움용 재료로 활용 가능할 것으로 판단되었으나 뒤채움 입상재료 및 피토고 3.5 m 미만의 선택층 재료와 보조기층 재료로는 부적합한 것으로 판단되었다.
- 6. 투수시험결과 비회의 함유량이 많은 혼합회의 투수 계수가 작게 나타났으며 혼합회의 투수성은 실트질, 모래질 흙과 유사하게 양호한 것으로 나타나 도로성토재료 및 구조물 뒤채움재료로 활용될 수 있을 것으로 판단되었다.
- 7. 삼축압축시험결과 점착력과 내부마찰각이 상대밀도가 큰 모래질 흙의 내부마찰각 30~45° 범위에 포함되는 것으로 나타나 일반 도로성토재료로 사용되는 화강토를 대체하여 도로성토재료 및 구조물 뒤채움재료로 활용이 가능할 것으로 판단되었다.
- 8과 Table 9에 나타내었다. KS F 2320에 근거하여 최적함수비상태로 제조된 층당다짐횟수 10회, 25회, 55회의 시료에 대해서 수침 CBR값을 산정한 결과 MA-1의 경우 3.4%, 12.9%, 33.9%로 나타났으며 MA-2의 경우 1.5%, 9.3%, 24.6%로 나타났다. 이와 같이 수침 CBR값은 모든 시료에 대해서 비회의 함유량이 작은 MA-1의 값이 다소 크게 나타났다.
- 8). MA-1과 MA-2의 수정 CBR값이 각각 21.0%, 16.5%로 나타나 Table 1과 Table 3에 제시된 도로 노체와 노상용 재료의 품질기준과 뒤채움용 양질토사 재료의 품질기준을 만족하여 도로성토용 및 구조물 뒤채움용 재료로 활용 가능할 것으로 판단되었다. 그러나 뒤채움용 입상재료 및 피토고 3.
- 단, 두 조건 중 하나라도 성립되지 못하면 빈입도로 판정하고 있다. MA-1은 균등계수(Cu) = 28.4, 곡률계수(Cg) = 2.3으로 입도분포가 양호함을 알 수 있었으며, MA-2는 비회의 비율이 높아 균등계수(Cu) = 14.3, 곡률계수(Cg) = 0.3으로 입도분포가 불량함을알 수 있었다. 혼합회중비회의 비율이 더 낮은 MA-1의 입도분포가 MA-2의 입도분포보다 더 양호함을 알 수 있었다.
- 이는 비회의 함유율이 높은 MA-2의 값이 크게 나타났다. XRD시험을 분석한 결과 혼합비율에 상관없이 두 혼합회의 화학성분과 결정상은 거의 동일하게 나타났다. 성분 분석결과 일반적인 석탄회와 유사하게 SiO2, Al6Si2O13, SiO2-HT, Fe2O3의 성분을 함유한 것으로 나타났으며, 일반적인 석탄회보다 산화제2철(Fe2O3)이 상대적으로 약간 높아 비중이 2.
- 도로공사 표준시방서에 품질기준에는 제시되어 있지 않지만 투수계수 측면에서 분석한 결과, 두 혼합회의 경우 실트질 흙이나 모래질 흙의 입도분포를 갖는 투수계수와 유사하여 투수성이 양호한 것으로 나타나 구조물 뒤채움용 재료로 활용될 수 있을 것으로 평가되었으며 삼축압축시험에 의한 전단강도정수 측면에서 분석한 결과, 상대밀도가 큰 모래질 흙의 내부 마찰각 30~45°의 범위를 만족하여 구조물 뒤채움용 재료로 활용이 가능할 것으로 평가되었다. 구조물 뒤채움용 재료로서 종합적으로 평가할 때 MA-1은 뒤채움용 양질토사 재료의 품질기준을 만족하여 구조물 뒤채움용 재료로 활용 가능할 것으로 판단되나 뒤채움용 입상재료 및 피토고 3.5 m 미만의 선택층 재료의 경우 도로공사 표준시방서에 제시된 보조기층의 입도기준(SB-1)에 제시된 5 mm체 통과율 30~65%와 수정 CBR값 30% 이상의 품질기준을 만족해야 되지만 이를 만족하지 못하므로 뒤채움 입상재료 및 피토고 3.5 m 미만의 선택층 재료와 보조기층 재료로 부적합하다고 판단된다. MA-2는 0.
- 08 kN/m3으로나타나 비회의 혼합비율이 더 낮은 MA-1의 최대건조밀도가 더 큰 경향을 보였고, 최적함수비는 더 작은 경향을 보였다. 그러나 두 혼합회 모두 일반 도로성토용 재료로 사용되고 있는 화강토보다 최대건조밀도는 작게, 최적함수비는 큰 값으로 나타났다. 이와 같이 다짐한 석탄 혼합회는 화강토와 비교하여 경량성을 보인다.
- 1%로 Table 1과 Table 3에 제시된 도로성토용 재료 및 구조물 뒤채움용 재료로써의 입도기준을 만족하여 활용이 가능할 것으로 판단된다. 그러나 비회의 혼합비율이 높은 MA-2의 입도분석결과 5(No.4)체 통과율은 91.4%, 0.08(No.200)체 통과율은 42.7%로 도로성토용 재료 및 구조물 뒤채움용 재료로써의 입도기준을 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 따라서 비회의 함유율이 높은 MA-2를 도로성토용 재료 및 구조물 뒤채움용 재료로 활용하기 위해서는 매립저회와의 추가적인 배합을 통한 품질개선이 필요할 것으로 판단된다.
- 7%로 도로공사 표준시방서 노상재료의 품질기준을 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 다짐 후 건조밀도는 MA-1과 MA-2 혼합 회 모두 도로공사 표준시방서에 제시된 14.7 kN/m3보다 다소 작게 나타나 품질기준에 약간 미흡한 것으로 나타났다. 도로공사 표준시방서에 품질기준에는 제시되어 있지 않지만 투수계수 측면에서 분석한 결과, 두 혼합회의 경우 실트질 흙이나 모래질 흙의 입도분포를 갖는 투수계수와 유사하여 투수성이 양호한 것으로 나타나 도로성토용 재료로 활용될 수 있을 것으로 평가되었으며 삼축압축시험에 의한 전단강도정수 측면에서 분석한 결과, 상대 밀도가 큰 모래질 흙의 내부마찰각 30~45°의 범위를 만족하여 도로성토용 재료로 활용이 가능할 것으로 평가되었다.
- 다짐시험결과 비회의 혼합비율이 더 낮은 혼합회가 최대건조밀도는 작고 최적함수비는 더 큰 것으로 나타났으며 혼합회는 일반 도로성토재료로 사용되고 있는 화강토보다 최대건조밀도는 작고 최적함수비는 큰 것으로 나타났다. 다짐시험결과를 토대로 분석한 결과 원지반이 연약층일 경우 구조물 뒤채움재료로 사용하면 토압측면에서 우수한 공학적 특성을 나타낼 것으로 판단되나 도로성토재료로 사용하기 위한 품질기준에는 약간 미흡한 것으로 나타났다.
- 대상 혼합회 MA-1와 MA-2는 모래와 실트크기의 입자들이 주로 분포하여 연경도시험 시 KS F 2303, 2304에 제시된 방법으로 시험이 불가능 하였으며 일반적인 모래와 실트크기의 입자가 주로 분포하는 토사와 유사하게 비소성(N.P)으로 나타났다. 연경도 측면에서 모래와 실트크기의 입자들이 주로 분포하는 토사재료와 유사하게 비소성(N.
- 7%로 도로공사 표준시방서 뒤채움용 재료의 품질기준을 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 도로공사 표준시방서 보조기층(SB-1)의 품질 기준과 비교하면 MA-1의 경우 최대치수, 0.08 mm체 통과율, 액성한계, 소성지수 기준은 만족하나 5 mm체 통과율과 수정 CBR값을 만족하지 못하는 것으로 평가되었다. MA-2의 경우 최대치수, 액성한계, 소성지수 기준은 만족하나 5 mm체 통과율, 0.
- 도로공사 표준시방서에 품질기준에는 제시되어 있지 않지만 투수계수 측면에서 분석한 결과, 두 혼합회의 경우 실트질 흙이나 모래질 흙의 입도분포를 갖는 투수계수와 유사하여 투수성이 양호한 것으로 나타나 구조물 뒤채움용 재료로 활용될 수 있을 것으로 평가되었으며 삼축압축시험에 의한 전단강도정수 측면에서 분석한 결과, 상대밀도가 큰 모래질 흙의 내부 마찰각 30~45°의 범위를 만족하여 구조물 뒤채움용 재료로 활용이 가능할 것으로 평가되었다.
- 도로공사 표준시방서에 품질기준에는 제시되어 있지 않지만 투수계수 측면에서 분석한 결과, 두 혼합회의 경우 실트질 흙이나 모래질 흙의 입도분포를 갖는 투수계수와 유사하여 투수성이 양호한 것으로 나타나 도로성토용 재료로 활용될 수 있을 것으로 평가되었으며 삼축압축시험에 의한 전단강도정수 측면에서 분석한 결과, 상대 밀도가 큰 모래질 흙의 내부마찰각 30~45°의 범위를 만족하여 도로성토용 재료로 활용이 가능할 것으로 평가되었다.
- 도로공사 표준시방서에서 제시한 구조물 뒤채움용 재료의 품질기준과 본 연구 대상 혼합회의 시험결과를 비교한 Table 13을 보면 MA-1과 MA-2 모두 최대치수크기, 수정 CBR값, 5 mm체 통과율, 액성한계, 소성지수 등은 구조물 뒤채움의 품질기준을 만족하는 것으로 평가되었다. 그러나 MA-2의 0.
- 도로공사 표준시방서에서 제시한 도로성토용 재료의 품질기준과 본 연구 대상 혼합회의 시험결과를 비교한 Table 12를 보면 MA-1과 MA-2 모두 최대치수크기, 수정 CBR값, 5 mm체 통과율, 소성지수 등은 노체 및 노상의 품질기준을 만족하는 것으로 평가되었다.
- 특히, 경량성토용 재료는 재료자체의 단위밀도가 작기 때문에 하중의 영향으로 인한 지반의 융기 및 압밀침하가 작아 인접 구조물에 미치는 영향이 작다(박민용, 2004). 또한, 도로공사 표준시방서에 다짐 후 건조밀도가 14.72 kN/m3이상이면 성토용 재료로 사용이 가능하다고 제시되어 있지만 두 혼합회 모두 기준에 약간 미흡한 것으로 나타났다. 그러나 혼합회의 특성상 경량성을 나타내고 있어 입도 및 CBR 등의 품질기준을 만족한다면 연약지반 위의 도로성토용 재료 및 뒤채움용 재료로 활용 가능할 것으로 판단된다.
- 08 kN/m3으로 작은 변화경향을 보였다. 또한, 최대건조밀도의 95%의 건조밀도에 대응하는 함수비의 범위가 MA-1과 MA-2에 대해 각각 약 15%와 19%로 나타나 현장함수비 관리범위가 상당히 큰 경향을 보였으며 비회의 함유율이 더 높은 MA-2의 함수비 관리범위가 더 크게 나타났다. 최적함수비 (O.
- 배수점착력과 배수마찰각은 Fig. 11에 제시된 바와 같이 MA-1과 MA-2의 점착력이 각각 27.24 kPa과 5.69 kPa, 내부마찰각은 41.39°와 36.93°로 나타나 상대밀도가 큰 모래질 흙의 내부마찰각 30~45° 범위에 포함되는 것으로 나타났다.
- XRD시험을 분석한 결과 혼합비율에 상관없이 두 혼합회의 화학성분과 결정상은 거의 동일하게 나타났다. 성분 분석결과 일반적인 석탄회와 유사하게 SiO2, Al6Si2O13, SiO2-HT, Fe2O3의 성분을 함유한 것으로 나타났으며, 일반적인 석탄회보다 산화제2철(Fe2O3)이 상대적으로 약간 높아 비중이 2.20로 크게 나타났다. 또한, Fig.
- P)으로 나타났다. 연경도 측면에서 모래와 실트크기의 입자들이 주로 분포하는 토사재료와 유사하게 비소성(N.P)으로 나타나 Table 1과 Table 2에 제시된 도로성토용 재료와 구조물 뒤채움용 재료의 품질기준에 제시되어 있는 연경도 기준에 적합한 것으로 나타났다. 입도분석결과, 비회는 입자의 크기가 세립토에 해당하는 부분이 많고 저회는 대부분이 모래의 입자크기로 나타났으며 본 연구에서 사용된 혼합회의 경우 비회와 저회의 혼합비율에 따라 통일분류법으로 분류하면 MA-1은 SW-SM, MA-2는 SM으로 나타났다.
- 18로 나타났다. 이는 비회의 함유율이 더 낮은 MA-1이 더 크게 나타났으나 두 혼합회 모두 일반적인 사질토, 점성토, 실트질 흙의 비중보다 작아 경량성의 특징을 나타내고 있음을 알 수 있었다. 일반적으로 균등한 모래의 최대·최소건조밀도는 13.
- P)으로 나타나 Table 1과 Table 2에 제시된 도로성토용 재료와 구조물 뒤채움용 재료의 품질기준에 제시되어 있는 연경도 기준에 적합한 것으로 나타났다. 입도분석결과, 비회는 입자의 크기가 세립토에 해당하는 부분이 많고 저회는 대부분이 모래의 입자크기로 나타났으며 본 연구에서 사용된 혼합회의 경우 비회와 저회의 혼합비율에 따라 통일분류법으로 분류하면 MA-1은 SW-SM, MA-2는 SM으로 나타났다. 통일분류법에서는 모래의 경우 균등계수(Cu) = 6, 곡률계수(Cg) = 1~3이면 양입도이다.
- 최적함수비 (O.M.C)와 최대건조밀도(γdmax)는 MA-1의 경우 17.7%와 13.90 kN/m3 , MA-2의 경우 18.3%와 13.08 kN/m3으로나타나 비회의 혼합비율이 더 낮은 MA-1의 최대건조밀도가 더 큰 경향을 보였고, 최적함수비는 더 작은 경향을 보였다.
- 혼합회의 전단특성을 파악하고자 실내다짐시험에서 구한 최적함수비로 시료를 제조한 후 최대건조밀도의 95%의 건조밀도를 나타내도록 성형하였다. 두 혼합회에 대해 각각 3개씩 성형하여 구속압력 50 kPa, 100 kPa, 200 kPa로 KS F 2346에 근거하여 압밀배수(CD) 삼축압축시험을 실시하였다(Fig.
- 3으로 입도분포가 불량함을알 수 있었다. 혼합회중비회의 비율이 더 낮은 MA-1의 입도분포가 MA-2의 입도분포보다 더 양호함을 알 수 있었다. MA-1의 입도분석결과 5(No.
후속연구
- 연경도 및 입도시험 결과를 토대로 혼합회를 도로 성토재료와 구조물 뒤채움재료로써 활용가능기준과 비교해본 결과 MA-1의 경우 도로의 노상재료와 구조물 뒤채움재료의 품질기준을 만족하여 활용이 가능할 것으로 판단되었다. 그러나 비회의 혼합비율이 높은 MA-2의 경우 도로성토재료 및 구조물 뒤채움재료로써의 품질기준을 만족하지 못하여 활용을 위해서는 매립저회와의 추가적인 배합을 통한 품질개선이 필요할 것으로 판단되었다.
- 72 kN/m3이상이면 성토용 재료로 사용이 가능하다고 제시되어 있지만 두 혼합회 모두 기준에 약간 미흡한 것으로 나타났다. 그러나 혼합회의 특성상 경량성을 나타내고 있어 입도 및 CBR 등의 품질기준을 만족한다면 연약지반 위의 도로성토용 재료 및 뒤채움용 재료로 활용 가능할 것으로 판단된다.
- 도로공사 표준시방서에 품질기준에는 제시되어 있지 않지만 투수계수 측면에서 분석한 결과, 두 혼합회의 경우 실트질 흙이나 모래질 흙의 입도분포를 갖는 투수계수와 유사하여 투수성이 양호한 것으로 나타나 도로성토용 재료로 활용될 수 있을 것으로 평가되었으며 삼축압축시험에 의한 전단강도정수 측면에서 분석한 결과, 상대 밀도가 큰 모래질 흙의 내부마찰각 30~45°의 범위를 만족하여 도로성토용 재료로 활용이 가능할 것으로 평가되었다. 도로성토용 재료로서 종합적으로 평가할 때 MA-1은 혼합회의 특성상 경량성을 고려할 때 노체 및 노상재료로 활용이 가능할 것으로 판단되며 MA-2는 노체재료로 활용이 가능할 것으로 판단되나 노상재료로 활용하기 위해서는 매립저회와의 추가적인 배합을 통한 품질개선이 필요할 것으로 판단된다.
- 비회와 저회의 공학적 특성이 다르기 때문에 구성성분이 일정치 않은 혼합회의 정확한 공학적 특성을 알아내기는 쉽지 않다. 따라서 매립된 혼합회의 비회와 저회의 혼합비율에 따른 공학적 특성에 대한 연구가 수행되어 건설재료로써의 재활용 방안을 모색해야 할 것이다.
- 70 kN/m3의 범위를 만족하면 활용 가능하다. 따라서 본 연구대상 MA-1과 MA2의 최대건조밀도가 Table 6의 결과로 나타나 경량성토 재료의 건조밀도기준을 만족하여 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
- 일반 도로성토재료로 사용되는 화강토의 점착력은 10 kPa, 내부마찰각은 32°이다. 따라서 본 연구대상 혼합회에 대해 삼축압축시험에 의한 전단강도정수 측면에서 고려할 때 상대밀도가 큰 모래질 흙의 내부마찰각 범위를 만족하여 도로성토용 재료 및 구조물 뒤채움용 재료로 사용이 가능할 것으로 판단된다.
- 7%로 도로성토용 재료 및 구조물 뒤채움용 재료로써의 입도기준을 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 따라서 비회의 함유율이 높은 MA-2를 도로성토용 재료 및 구조물 뒤채움용 재료로 활용하기 위해서는 매립저회와의 추가적인 배합을 통한 품질개선이 필요할 것으로 판단된다.
- 환경문제의 중요성이 나날이 커지는 현 시점에서 폐기되는 자원을 재활용하고 폐기물을 이용한 새로운 용도개발을 통한 고부가치화 기술개발은 환경문제를 해결함과 동시에 경제성 확보의 효과가 있다. 따라서 폐기물을 적극 재활용하는 것은 국내외적으로 지대한 관심사 중의 하나이며 향후 재활용 기술에 대한 개발 필요성과 관심은 계속 증대될 것이다. 현재 국내에서 많이 발생되고 있는 산업폐기물 중 석탄회는 화력발전소에서 유무연탄을 1600로 연소한 후 발생되는 재로서 크게 비회(Fly-ash)와 저회(Bottom-ash)로 구분된다(환경부, 2006).
- 비중 및 최대 ･ 최소밀도 시험결과 혼합회의 비중과 최대 ･ 최소건조밀도는 비회의 함유율이 더 낮을수록 다소 크게 나타났으며 일반적인 사질토의 비중과 최대·최소건조밀도보다 작은 값으로 나타났다. 또한, 경량성토재료의 건조밀도기준을 만족하여 구조물 뒤채움용 경량성토 재료로 활용될 수 있을 것으로 판단되었다.
- 일반적으로 비회의 투수 계수는 작은 편이고 저회의 투수계수는 큰 편으로 나타나며 본 연구대상 혼합회의 경우 비회의 함유량이 많은 MA-2가 MA-1보다 작게 나타났다. 위의 결과를 투수계수 측면에서 분석한 결과, 본 연구대상 두 혼합회의 경우 실트질 흙이나 모래질 흙의 입도분포를 갖는 투수계수와 유사하여 투수성이 양호한 것으로 나타나 도로성토용 재료 및 구조물 뒤채움용 재료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
- 5 m 미만의 선택층 재료와 보조기층 재료로 부적합하다고 판단된다. 이러한 분석은 CBR값만을 기준으로 판단한 것으로 구체적으로 사용가능성을 판단하기위해서는 내구성, 동상성 등의 검토가 이루어져야 할 것이다. 한편 CBR시험 과정에서 측정되는 흡수에 의한 팽창비는 0.
- 이러한 분석은 CBR값만을 기준으로 판단한 것으로 구체적으로 사용가능성을 판단하기위해서는 내구성, 동상성 등의 검토가 이루어져야 할 것이다. 한편 CBR시험 과정에서 측정되는 흡수에 의한 팽창비는 0.5%와 0.7%로 거의 발생하지 않아 팽창비 기준에 의한 도로 성토용 재료 및 구조물 뒤채움용 재료로 활용은 가능할 것으로 판단된다.
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