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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 보다 효율적이며 경제적인 친환경 복합준설토 개발을 위해 순수한 준설토사에 비 해상이 한 입도를 갖는 조립질 재료가 혼합된 인공혼합 토를 매립지반 조성재료로 사용하는 경우의 특성을 파악하여 적용성을 평가하고자 하였다. 이러한 인공혼합 토를 적용하여 매립이 완료된 지반의 압축특성을 파악하기 위해 일련의 물성시험과 압밀시험을 실시하였다.
- 여러 종류의 연약지반 개량공법을 적용하여 공학적으로 시공 가능한 지반조건을형성하게 되는데 그 과정에서 발생하는 압밀 침하량과침하시간이 중요한 설계인자로 작용하게 된다. 따라서본 연구에서는 대표적인 연약지반 개량공법인 연직배수재가 설치된 선행재하공법 적용시의 압밀완료 시간을 결정하기 위하여 등변형(equal strain)조건에서 그림 6에 나타나 있는 직경 15mm의 트리머를 사용하여 그림 7에서 보이듯이 시료 중앙부에 연직배수재를 설치하여횡방향 내측배수 압밀 시험을 수행하였다.
- 본 연구에서는 표준압밀시험을 통하여 카올리나이트와 매립석탄회를 혼합한 인공혼합토의 연직방향 압축및 압밀 특성을 비교하였다. 그림 8에서는 간극비에 따른 유효응력 그래프와 변형률에 따른 유효응력 그래프를 반대수 평면에 도시하여 나타내었고, 표 6에 표준압밀시험 결과를 정리하였다.
제안 방법
- 교반하여 시료를 포화시켰다. 이때 물 1리터당 16g의 소금(NaCl)을 첨가하여 시료가 면모화 되도록 하였고, 0.01%의 아지화나트륨(钏aN"을 첨가하여 시료성형 중에 발생할 수 있는 미생물의 번식을 방지하였다 또한 교반 중에 상부의 교반실로부터 진공압을 가하여 시료내의 공기를 제거함으로써 시료가 완전히 포화되도록하였다. 교반 종료시, 시료는 하부의 퇴적 토조로 내려지게 되는데 이때 시료내 공기의 유입을 방지하기 위하여퇴적 토조에 진공압을 가하여 진공상태로 유지하였다.
- 각각의 시험을 통하여 연직방향 압축특성과 연직방향 및 횡방향 배수에 따른 압밀 특성을 파악하였다. 본 연구에서 시험한 결과를 토대로 다음과 같은 결론을도출하였다.
- 이러한 인공혼합 토를 적용하여 매립이 완료된 지반의 압축특성을 파악하기 위해 일련의 물성시험과 압밀시험을 실시하였다. 고함 수비의 매립지반은 불교란 시료의 채취가 불가능하여 압밀특성에서 교란의 영향을 배제하기 어렵기 때문에 직경 3(X)mm의 원통형 퇴적 토조를 제작하여 30%의 조립질 재료와 70%의 소성성이 큰 점토를 혼합하여 시료를 재성형하여 사용하였다. 재성형 점성토의 압밀 특성을 기준으로 하여 조립질 재료의 첨가로 인한 압밀 침하량과 압밀 완료 시간 그리고 연직배수재를 설치하였을 경우의 압밀 완료시간을 추정하기 위하여, 압축지수 및 압밀계수의 변화를 살펴보았다.
- 재료인 매립석탄회를 혼합.교반하여 퇴적시켜성형하였다. 인공혼합토의 혼합비율은 환경부가 제시한폐기물의 재활용 용도 및 방법의 제66조 제3항에 의거, 건설폐재류를 재활용할 경우 토사류를 기준으로 50%이하 혼합하여 사용하는 기준을 준수하였다(환경부, 2008).
- 그림 5에 도시된 Rowe Cell 압밀시험기를 이용하여 카올리나이트 시료와 인공혼합토에 대하여 방사방향내측배수(horizontal inward drainage)압t길시험을 하였다.
- 또한 인공혼합토의 성형시 입자의 크기가 서로 다른 두 종류의 물질을 섞은 상태에서 압밀을 시키므로 성형된 시료에서 입자의 분리를 확인하는 것이 매우 중요하다. 따라서 인공혼합토의 입도 분리의 발생 여부를 판별하고 시료가 균질하게 성형이 되었는지를 판별하기 위하여, 그림 2와 같이 시료를 크기별로 4등분하여 200번체 통과율 시험을 통하여 성형된 시료의 균질함을 확인하였다
- 또한 방사 내측 방향 압밀 특성을 파악하기 위하여 Rowe Cell 시험은 시료 중앙부에 연직배수재를 설치하여 압밀 시험을 수행하였다. 주문진 표준사를 배수재로사용하여 배수재의 일정한 투수성을 확보하였다.
- 상부와 하부에는 다공판을 설치하여 배수 조건을 조절할 수 있도록 하였으며 토조 상하부의 배수관을 매스실린더에 위치시켜 배수되는 물의 양을 측정하였다. 또한 상부 피스톤에 LVDT를 설치하여 침하량을 자동으로 측정할 수 있도록 하였다.
- 매립재료로써 석탄회를 활용하기 위하여 카을리나이트와 매립석탄회를 7:3 비율로 혼합하여 성형한 인공혼합토 시료와 순수 점성토인 카올리나이트 시료를 재성형하여 표준압밀시험과 Rowe Cell 압밀 시험을 수행하였다. 각각의 시험을 통하여 연직방향 압축특성과 연직방향 및 횡방향 배수에 따른 압밀 특성을 파악하였다.
- 본 연구에서는 간극수압계수(B계수)가 0.97 이상이 되었을 때 시험을 수행하였으며, 하중재하는 표준 압밀 시험과 동일하게 각 하중에서의 압밀완료 후 다음 하중을 가할 때 2배의 하중을 가하였다 시험기에 적용할 수 있는 최대 하중이 표준압밀시험기보다 작아 하중재하는 10, 20, 40, 80, 160, 320, 640kPa의 총 7단계로 재하하였으며, 제하의 경우, 최대 하중인 640kPa에서 320kPa로제하를 하고 최종적으로 lOkPa까지 두 번에 나누어 수행하였다.
- 592를 적용하였다. 본 연구에서는 시간에 따른 체적변화량 그래프로 산정한 결과로부터 시간계수가 T90 적용하여 압밀계수를 산정하였다. 그림 12에 카올리나이트와 인공혼합토의 압밀계수를 나타내었다.
- 퇴적 토조는 직경 300mm, 높이 600mm 의 금속재 원통으로서 강성이 큰 주철로 제작되었으며, 내부면은 마찰을 최소화시키기 위하여 크롬도금을 하였다. 상부와 하부에는 다공판을 설치하여 배수 조건을 조절할 수 있도록 하였으며 토조 상하부의 배수관을 매스실린더에 위치시켜 배수되는 물의 양을 측정하였다. 또한 상부 피스톤에 LVDT를 설치하여 침하량을 자동으로 측정할 수 있도록 하였다.
- 상부의 교반실에 시료와 액성한계 2배 이상인 100% 의 함수비가 되도록 물을 넣어 혼합한 후, 상부의 교반실에서 교반날(blade)을 상부 모터로 계속 회전시키면서 48시간 교반하여 시료를 포화시켰다. 이때 물 1리터당 16g의 소금(NaCl)을 첨가하여 시료가 면모화 되도록 하였고, 0.
- 시료성형시 적용한 압력과 시험기 상에서 적용할 수 있는 최대 압력 내에서 관찰할 수 있는 정규압밀 상태에서의 압밀 거동을 관찰하기 위하여 150kPa의 압력으로 시료를 성형하였다. 이보다 작은 압력에서 성형한 시료의 경우, 시료를 시험기에 거치하는 과정에서 눈에 보일 정도의 변형이 발생하였으며, 이보다 큰 압력을 가할 경우, 계측할 수 있는 정규압밀영 역이 작아지게 된다.
- 적용성을 평가하고자 하였다. 이러한 인공혼합 토를 적용하여 매립이 완료된 지반의 압축특성을 파악하기 위해 일련의 물성시험과 압밀시험을 실시하였다. 고함 수비의 매립지반은 불교란 시료의 채취가 불가능하여 압밀특성에서 교란의 영향을 배제하기 어렵기 때문에 직경 3(X)mm의 원통형 퇴적 토조를 제작하여 30%의 조립질 재료와 70%의 소성성이 큰 점토를 혼합하여 시료를 재성형하여 사용하였다.
- 인공혼합토를 성형하기 위하여 카올리나이트 분말에조립질 재료인 매립석탄회를 혼합.교반하여 퇴적시켜성형하였다.
- 고함 수비의 매립지반은 불교란 시료의 채취가 불가능하여 압밀특성에서 교란의 영향을 배제하기 어렵기 때문에 직경 3(X)mm의 원통형 퇴적 토조를 제작하여 30%의 조립질 재료와 70%의 소성성이 큰 점토를 혼합하여 시료를 재성형하여 사용하였다. 재성형 점성토의 압밀 특성을 기준으로 하여 조립질 재료의 첨가로 인한 압밀 침하량과 압밀 완료 시간 그리고 연직배수재를 설치하였을 경우의 압밀 완료시간을 추정하기 위하여, 압축지수 및 압밀계수의 변화를 살펴보았다.
- 압밀 시험을 수행하였다. 주문진 표준사를 배수재로사용하여 배수재의 일정한 투수성을 확보하였다. 사용된 주문진 표준사의 기본물성은 표 5에 정리하였다.
- 카올리나이트와 매립 석탄회를 혼합한 인공혼합토에대하여 주문진 표준사를 사용한 연직배수재를 설치한후 Rowe CeU 압밀시험을 통하여 횡방향의 배수를 통한연직방향 압축 및 압밀특성을 비교.평가하였다.
- 표준압밀시험은 카올리나이트 3회, 인공혼합토 2회의 시험을 하였다. 시험방법은 KS F 2316의 방법을 준수하였다.
대상 데이터
- 따라서 세립토인 카올리나이트에 매립석탄회 30%를 혼합하여 시료를 성형하였다. 사용시료는 분말상태의 카올리나이트 70%와 매립석탄회 30%를 혼합하고 액성한계 2배 이상인 100%의 함수비에 맞추어 물을 첨가한후 교반하여 시료를 성형하였다. 인공혼합토의 물리적특성을 확인하기 위하여 기본 물성시험의 결과를 표 4 에 제시하였다.
- 시험에 사용된 시료는 해상준설에 의한 해성점성토와 입도 상태가 유사한 분말 형태의 카올리나이트를 사용하여 시료를 성형하였다. 성형시의 워커빌리티와 성형시간을 고려히-여 액성한계 2배 이상인 100%의 함수비를 가진 슬러리 상태의 카올리나이트를 교반하여 퇴적 토조에서 성형 후 사용하였다.
- 상부와 하부는 밀폐되어 있어서 교반 중에 진공을 가하여 시료내부의 공기를 제거할 수 있다. 퇴적 토조는 직경 300mm, 높이 600mm 의 금속재 원통으로서 강성이 큰 주철로 제작되었으며, 내부면은 마찰을 최소화시키기 위하여 크롬도금을 하였다. 상부와 하부에는 다공판을 설치하여 배수 조건을 조절할 수 있도록 하였으며 토조 상하부의 배수관을 매스실린더에 위치시켜 배수되는 물의 양을 측정하였다.
이론/모형
- 재성형 시료의 기본물성을 알아보기 위하여 액.소성 한계시험(KS F 2303), 비중(KS F 2308) 등의 기본물성시험을 하여 그 결과를표 2에 정리하였다
- 시험을 하였다. 시험방법은 KS F 2316의 방법을 준수하였다.
성능/효과
- (1) 카올리나이트에 조립질 재료인 매립석탄회 30%를 혼합하여 교반한 슬러리 상태의 인공혼합토를 퇴적시킬 경우, 시료 내 입도분리가 일어나지 않는 것을 확인하였다.
- (2) 표준압밀시험결과 인공혼합토의 재압축지수와 압축지수는 각각 카올리나이트의 80%, 60% 정도로나타났다. 이는 조립질 재료인 매립석탄회를 혼합함으로써 압축성이 작아지는 것을 확인하였다.
- (3) 표준압밀시험을 통하여 산정한 카올리나이트와 인공혼합토의 연직방향배수를 통한 압밀계수를 비교한 결과, 인공혼합토의 압밀계수가 과압밀 영역에서 2배, 정규압밀 영역에서 1.4배 정도 크게 나타나 조립질 재료의 첨가로 인한 압밀속도 증진 효과를 확인하였다. 이는 조립질 재료의 첨가로 인하여 간극의 배열이 압밀에 유리하게 변화하는 것으로 판단된다.
- (4) 표준압밀시험과 Rowe Cell 압밀 시험의 연직방향배수조건과 횡방향 배수조건으로 달리 시험을 하여연직방향 압축지수 값을 비교한 결과, 배수 방향이바뀌더라도 압축성의 차이는 유사하다고 판단된다.
- (5) Rowe Cell 압밀 시험을 통하여 연직배수재를 설치한 카올리나이트와 인공혼합토의 횡방향 배수를 통한 압밀계수를 비교한 결과 인공혼합토가 과압밀영역에서 최대 7배, 그리고 정규압밀 영역에서는 2 배 정도 큰 것으로 나타났다 이는 연직방향 배수를통한 압밀계수보다 큰 폭의 변화를 나타내며, 조립질 재료인 매립석탄회의 첨가로 인하여 연직방향의배수보다 횡방향 배수를 통한 압밀에 더 큰 영향을미친 것으로 판단된다.
- 또한 압밀계수의 횡방향과 연직방향의 이방성을 살펴보면 카올리나이트의 경우 거의 등방의 성질을 나타내었으며, 인공혼합토의 경우 과압밀 영역에서는 40% 정도 횡방향 압밀계수가 크게 나타났으며 정규압밀 영역에서는 카올리나이트와 마찬가지로 등방의 성질을 나타내었다.
- 시료의 위치별 200번체의 통과량은 평균 73.25%이고 최대 1%의 차이를 보이는 것으로 보아 입도분리는 일어나지 않은 것으로 판단되며, 균질하게 시료성형이 된 것을 확인하였다.
- 이보다 작은 압력에서 성형한 시료의 경우, 시료를 시험기에 거치하는 과정에서 눈에 보일 정도의 변형이 발생하였으며, 이보다 큰 압력을 가할 경우, 계측할 수 있는 정규압밀영 역이 작아지게 된다. 실제 성형된 시료로 표준압밀시험을 수행하여 선행 압밀 하중을 산정하면 성형시 가해준 압력인 150kPa보다 작은 값인 120~ 130kPa으로 나타났으며, 이는 압밀 과정에서 시료와 벽면과의 마찰과 퇴적 토조의 가압 피스톤과 벽면의 마찰에 의한 압력손실에 의한 것으로 판단된다. 하지만 각각의 시료가 8% 이내의 선행압밀압력의 차이를 보이고 있는 것으로 보아 시료 내에 가해진 응력 차이는 크지 않은 것으로 나타났다.
- 이후 퇴적 토조에 공압식 압축기(air compressure)를사용하여 150kPa로 하중을 재하하여 양면배수로 압밀을 하였다(윤찬영 등, 2006). 침하량 및 간극수의 배출량을 측정하여 그림 4와 같이 압밀이 완료되었음을 확인하였으며 압밀 종료 후 3일 정도의 이차압축 기간을 두어 채취 후 시료의 추가적인 변형을 방지하였다. 시료성형에는 일반적으로 2~3주 정도 소요되었다.
- 카올리나이트는 비중 2.55에 소성지수 31.4인 통일분류법상 소성이 높은 점토로 확인되었다. 또한 인공혼합토를 조성하기 위하여 사용된 매립석탄회는 충청남도의 OO화력발전소 회사장에서 채취하였고 평균적인비회와 저회의 혼합비율이 2:8로서 기본적인 물질의 특성은 표 3에 정리하였다.
- 카올리나이트와 인공혼합토의 실내시험을 통한 압밀 특성을 비교한 결과, 인공혼합토를 적용하였을 경우 기존의 해성점성토를 매립하는 것보다 압축성이 낮고 압밀 계수가 높은 것을 확인하였다. 이는 매립지반 조성 시 인공혼합 토를 적용할 경우 지반개량 시간을 단축할 수 있을 것으로 생각되며, 지정 폐기물인 매립석탄회를 혼합하여 사용함으로써 매립재료 선정에서 높은 경제성이 확보될 것으로 판단된다.
- 표 6에서 정리한 압밀시험결과에서 카올리나이트 시료의 압축지수는 평균 0.397, 인공혼합토는 0.318로 나타났으며 각 시료의 압축지수 측정값에 대한 변동계수 (coefficient of variatig:(표준편차/평균값)WOO)를 산정하면 카올리나이트는 3.8%, 인공혼합토는 0.9%로 나타나 성형된 각 시료 내의 압축지수는 그 차이가 크지 않은 것으로 나타났다.
후속연구
- 높은 것을 확인하였다. 이는 매립지반 조성 시 인공혼합 토를 적용할 경우 지반개량 시간을 단축할 수 있을 것으로 생각되며, 지정 폐기물인 매립석탄회를 혼합하여 사용함으로써 매립재료 선정에서 높은 경제성이 확보될 것으로 판단된다. 추가적인 연구를 통하여 본연구에서 적용된 혼합비율 외에 다양한 혼합비율의 인공혼합 토를 대상으로 혼합비율에 따른 압밀 특성과 강도 특성을 파악한다면 매립석탄회의 활용성을 높일 수 있을 것으로 판단된다.
- 인하여 높은 압밀계수를 나타내었다. 조립질 재료인 매립석탄회를 본 연구에서 적용하였던 30% 이상 첨가할 경우 그 차이는 더 커질 것으로 생각되며, 이러한 차이는 정규압밀 영역에서도 어느 정도 유지될 것으로 생각되며 추가적인 연구를 통하여 다양한 혼합비율로서 시료를 성형하여 실험하면 조립질 재료인 매립 석탄회의 첨가로 인한 압밀계수 변화 추이를 파악할 수 있을 것으로 생각된다.
- 이는 매립지반 조성 시 인공혼합 토를 적용할 경우 지반개량 시간을 단축할 수 있을 것으로 생각되며, 지정 폐기물인 매립석탄회를 혼합하여 사용함으로써 매립재료 선정에서 높은 경제성이 확보될 것으로 판단된다. 추가적인 연구를 통하여 본연구에서 적용된 혼합비율 외에 다양한 혼합비율의 인공혼합 토를 대상으로 혼합비율에 따른 압밀 특성과 강도 특성을 파악한다면 매립석탄회의 활용성을 높일 수 있을 것으로 판단된다.
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