[논문]준설토-저회-폐타이어 혼합경량토의 전단 및 CBR 특성

김윤태; 강효섭

doi:10.5574/ksoe.2011.25.3.034

준설토-저회-폐타이어 혼합경량토의 전단 및 CBR 특성
Shear and CBR Characteristics of Dredge Soil-Bottom Ash-Waste Tire Powder-Mixed Lightweight Soil 원문보기

韓國海洋工學會誌 = Journal of ocean engineering and technology, v.25 no.3 = no.100, 2011년, pp.34 - 39

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This study investigated the shear and CBR characteristics of dredge soil-bottom ash-waste tire powder-mixed lightweight soil, which was developed to recycle dredged soil, bottom ash, and waste tire powder. Test specimens were prepared with various contents of waste tire powder ranging from 0 to 100% at 50% intervals by the weight of the dry dredged soil. Several series of triaxial compression tests and CBR tests were conducted. The shear strength characteristics of the lightweight soil were compared using two different shear tests (triaxial compression test and direct shear test). The experimental results indicated that the internal friction angle of the lightweight soil obtained by the direct shear tests was greater than that by the triaxial shear tests. However, the cohesion value obtained by the triaxial shear tests was greater than that by the direct shear tests. The CBR value of the lightweight soil decreased from 35% to 15% as waste tire powder content increased.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

CBR 시험을 통해 얻어진 CBR 값은 노상, 성토 및 철도노선의 다짐관리의 판정기준으로 이용될 수 있다. 본 연구에서는 CBR 시험 결과를 성토재료 및 도로 포장과 관련된 CBR 기준과 비교 검토하여 적합성을 평가하였다.
본 연구에서는 연안개발 및 항만건설에서 발생되는 준설토, 화력발전소에서 부산물로 발생되는 저회, 차량 급증에 따라 발생량이 증가하는 폐타이어와 같은 폐재료를 뒤채움재, 도로성토재 등으로 재활용할 수 있도록 준설토-저회-폐타이어가 혼합된 혼합경량토를 개발하였다. 폐재료를 재활용하기 위해 제안된 혼합토에 대한 선행연구를 살펴보면 다양한 실내시험 혹은 현장시험 등을 통하여 혼합경량토의 전단강도 특성, 압축 특성 및 중금속오염 용출 특성 등에 대한 다양한 연구가 진행되었다(김홍택 등, 1996; Masad et al.
본 연구에서는 준설토-저회-폐타이어 혼합경량토에 대한 삼축 압축시험을 수행하여 전단강도특성을 파악하고, 선행 연구된 직접전단시험의 전단강도정수와 비교하였다. 또한 준설토-저회폐타이어 혼합경량토를 도로 건설재료로서 평가하기 위해 CBR 시험을 수행하였다.
직접전단시험은 시험원리가 간단하고 장비의 조작이 간편하여 전단강도를 비교적 간단히 측정할 수 있는 장점이 있는 반면, 파괴면이 미리 가정되어 있고, 수평전단시 전단상자의 Tilting 현상이 발생할 수 있으며, 유한요소해석시 필요한 응력-변형 특성을 완전히 설명할 수 없는 단점이 있다(서민우 등, 2009). 본 연구에서는 직접전단시험에서 나타난 단점을 보완하기 위해 준설토-저회-폐타이어 혼합 경량토에 대하여 삼축압축시험을 수행하여 전단강도정수를 파악하였고, 이를 기존 직접전단시험을 통해 측정된 전단강도정수와 비교하였다. 또한 도로 성토재료로서 혼합경량토을 사용하기 위한 적합성을 평가하기 위해 CBR 시험을 수행하였다.

제안 방법

5mm까지 관입시키면서 관입피스톤에 걸리는 힘을 측정하고 표준하중과 비교하여 CBR 값을 산정하였다. CBR 시험에서는 양생일이 7일과 28일인 폐타이어 혼합경량토를 대상으로 실험을 수행하여 양생일에 따른 CBR 값을 비교 분석하였다.
8은 다양한 경량혼합토를 대상으로 수행된 전단강도정수를 나타낸다. 경량재료(폐타이어 분말, 기포)와 저회유무에 따른 전단강도정수의 특성을 살펴보기 위해 직접전단시험과 삼축압축시험을 통해 측정된 기존 결과와 비교하였다. 또한 본 연구의 삼축압축시험에서 측정된 전단강도정수에 대해서도 비교하였다.
본 연구에서는 직접전단시험에서 나타난 단점을 보완하기 위해 준설토-저회-폐타이어 혼합 경량토에 대하여 삼축압축시험을 수행하여 전단강도정수를 파악하였고, 이를 기존 직접전단시험을 통해 측정된 전단강도정수와 비교하였다. 또한 도로 성토재료로서 혼합경량토을 사용하기 위한 적합성을 평가하기 위해 CBR 시험을 수행하였다. CBR 시험을 통해 얻어진 CBR 값은 노상, 성토 및 철도노선의 다짐관리의 판정기준으로 이용될 수 있다.
경량재료(폐타이어 분말, 기포)와 저회유무에 따른 전단강도정수의 특성을 살펴보기 위해 직접전단시험과 삼축압축시험을 통해 측정된 기존 결과와 비교하였다. 또한 본 연구의 삼축압축시험에서 측정된 전단강도정수에 대해서도 비교하였다. 가로축은 점착력을 나타내며, 세로축은 마찰각을 나타내고 있다.
본 연구에서는 준설토-저회-폐타이어 혼합경량토에 대한 삼축 압축시험을 수행하여 전단강도특성을 파악하고, 선행 연구된 직접전단시험의 전단강도정수와 비교하였다. 또한 준설토-저회폐타이어 혼합경량토를 도로 건설재료로서 평가하기 위해 CBR 시험을 수행하였다. 이에 대한 결과는 다음과 같다.
본 연구에서는 저회 함량이 각각 0%와 100%를 가지는 준설토-저회-폐타이어 혼합경량토를 대상으로 재령일 7일과 28에서 CBR 시험을 수행하였다. Fig.
저회는 삼천포 화력발전소에 발생한 저회를 이용하였으며, 일관된 시험결과를 얻기 위해 No. 4체에 통과시켜 자갈크기의 입자를 배제하였다. 폐타이어 분말은 C사에서 제조한 폐타이어 분말을 이용하였다.
준설토-저회-폐타이어 혼합경량토에 대한 시험방법에 따른 전단강도정수의 변화를 파악하기 위해 직접전단시험과 삼축압축 시험을 통해 얻은 전단강도정수를 비교하였다. 직접전단시험과 삼축압축시험을 위해 준비된 공시체는 동일한 배합비와 양생조건에서 각각 만들어졌다.
CBR 시험은 노상토 지지력비(CBR) 시험방법(KS F 2320)을 적용하여 시험을 실시하였다. 직경 50mm인 관입피스톤을 일정한 속도 1.0mm/min로 총 12.5mm까지 관입시키면서 관입피스톤에 걸리는 힘을 측정하고 표준하중과 비교하여 CBR 값을 산정하였다. CBR 시험에서는 양생일이 7일과 28일인 폐타이어 혼합경량토를 대상으로 실험을 수행하여 양생일에 따른 CBR 값을 비교 분석하였다.
폐타이어 분말 함량에 따라 제작된 준설토-저회-폐타이어 혼합경량토 시편에 대하여 각각 100kPa, 200kPa, 300kPa의 구속 압력 하에서 삼축압축시험을 수행하였다. Fig.
폐타이어 분말 함량에 따른 혼합경량토의 전단강도 특성을 분석하기 위해 Table 3과 같이 폐타이어 분말 함량을 제외한 다른 재료에 대해서는 일정한 값으로 고정하였고, 폐타이어 분말 함량을 0%, 50% 및 100%로 각각 달리 하여 공시체를 제작하였다. Table 3에 표시한 배합비는 건조준설토 무게에 대한 배합재료의 무게를 나타낸다.

대상 데이터

삼축압축시험을 위해 높이 100mm×직경 50mm인 원주형 공시체를 제작하였다. 삼축압축시험에 사용된 공시체는 28일 대기 양생한 공시체를 이용하였다. 폐타이어 분말 함량(0%, 50%, 100%)에 따라 제작된 폐타이어 혼합경량토 공시체에 100kPa, 200kPa, 300kPa의 구속압력을 작용시킨 상태에서 KS F2346에 제시한 방법으로 삼축압축시험을 수행하였다.
삼축압축시험을 위해 높이 100mm×직경 50mm인 원주형 공시체를 제작하였다.
Table 1은 준설토의 물성시험 결과를 나타낸다. 준설토는 No. 200 체 통과율이 81.2%로서 점토성분에 실트가 함유된 저소성 실트질 점토이다.
준설토는 부산신항 배후부지에서 채취된 것으로서 실내 물성 시험을 통해 기본적인 물리적 특성을 파악하였다. Table 1은 준설토의 물성시험 결과를 나타낸다.
4체에 통과시켜 자갈크기의 입자를 배제하였다. 폐타이어 분말은 C사에서 제조한 폐타이어 분말을 이용하였다.

이론/모형

7mm/min의 속도로 재하하고, 배수상태에서 시험을 수행하였다. CBR 시험은 노상토 지지력비(CBR) 시험방법(KS F 2320)을 적용하여 시험을 실시하였다. 직경 50mm인 관입피스톤을 일정한 속도 1.
직접전단시험과 삼축압축시험을 위해 준비된 공시체는 동일한 배합비와 양생조건에서 각각 만들어졌다. 직접전단시험의 결과는 김윤태와 강효섭(2009)에 의해 수행된 연구결과를 이용하였다. 폐타이어 분말 함량에 따른 내부마찰각과 점착력의 변화를 Fig.
삼축압축시험에 사용된 공시체는 28일 대기 양생한 공시체를 이용하였다. 폐타이어 분말 함량(0%, 50%, 100%)에 따라 제작된 폐타이어 혼합경량토 공시체에 100kPa, 200kPa, 300kPa의 구속압력을 작용시킨 상태에서 KS F2346에 제시한 방법으로 삼축압축시험을 수행하였다. 이때 축하중을 1.

성능/효과

즉 혼합경량토에 혼합된 저회는 혼합경량토의 강도를 증가시키는 측면 뿐만 아니라 CBR 값도 증가시키는데 기여함을 알 수 있다. CBR 시험결과로부터 준설토-저회-폐타이어 혼합경량토는 성토재료 및 뒤채움재료의 CBR 기준을 만족하며, 도로의 노상재료 및 동상방지층의 CBR 기존도 만족하는 것을 알 수 있다.
14로 비교적 양호한 입도분포를 가진 모래와 유사한 특성을 나타내었다. 또한 XRF 분석 결과로부터 얻은 저회의 화학적 구성 성분 중 SiO₂+Al₂O₃+Fe₂O₃의 함량은 83.51%로 나타났다. 이와 같은 저회의 화학적 구성성분은 준설토-저회-폐타이어 혼합경량토에서 포졸란 반응을 유발하여 혼합토의 전단강도를 개선하는 것으로 알려져 있다 (Kim et al.
삼축압축시험과 직접전단시험을 통해 얻은 전단강도정수의차이를 살펴보면, 내부마찰각의 경우 직접전단시험을 통해 측정된 결과가 약 14%정도 크며, 점착력의 경우 삼축압축시험을삼축압축시험과 직접전단시험을 통해 얻은 전단강도정수의 차이를 살펴보면, 내부마찰각의 경우 직접전단시험을 통해 측정된 결과가 약 14%정도 크며, 점착력의 경우 삼축압축시험을통해 측정된 결과가 약 27% 정도 크다.
9에서 알 수 있듯이 재령 28인 경우가 재령 7일인 경우에 비해 약 30%-50% 큰 CBR 값을 나타내었다. 이와 같은 결과를 Table 5의 도로공사표준시방서의 성토와 관련된 CBR 기준과 Table 6의 건설폐자재 재활용 도로 포장에 관련된 CBR 기준과도 비교해 볼 때 재령 28일의 혼합경량토는 보조기층(Subbase)의 CBR 기준을 제외한 나머지 기준에 대해 대부분 만족함을 보였다. 즉 본 연구의 준설토-저회-폐타이어 혼합경량토는 성토재료 및 뒤채움재료로서 적용하기 위한 CBR 기준을 만족하는 것으로 나타났으며, 도로의 노상재료 및 동상방지층에 대한 재료로도 적합한 CBR 값을 가졌다.
이와 같은 결과를 Table 5의 도로공사표준시방서의 성토와 관련된 CBR 기준과 Table 6의 건설폐자재 재활용 도로 포장에 관련된 CBR 기준과도 비교해 볼 때 재령 28일의 혼합경량토는 보조기층(Subbase)의 CBR 기준을 제외한 나머지 기준에 대해 대부분 만족함을 보였다. 즉 본 연구의 준설토-저회-폐타이어 혼합경량토는 성토재료 및 뒤채움재료로서 적용하기 위한 CBR 기준을 만족하는 것으로 나타났으며, 도로의 노상재료 및 동상방지층에 대한 재료로도 적합한 CBR 값을 가졌다.
그러나 폐타이어 분말 함량이 증가함에 따라 혼합경량토의 CBR 값은 감소하는 경향을 나타내고 있다. 특히 저회 함량이 100%인 혼합경량토의 경우, 재령 7일인 혼합경량토의 CBR 값은 폐타이어 분말 함량이 0%에서 100%로 증가함에 따라 17%에서 8%로 감소하였으며, 재령 28일인 혼합경량토의 경우 35%에서 15%로 감소하였다. Fig.
폐타이어 분말 함량에 따른 폐타이어 혼합경량토 공시체의 단위중량은 약 15kN/m³에서 12kN/m³의 범위를 나타낸다. 폐타이어 분말 함량이 0%에서 100%로 증가함에 따라 단위중량은 약 20% 정도 감소하는 결과를 보였다.
폐타이어 분말 함량이 0%인 경량혼합토는 첨두응력을 가지는 축차응력-변형곡선을 보였으나, 폐타이어 분말 함량이 100% 혼합된 경우 뚜렷한 첨두값을 보이지 않았다. 이는 폐타이어 분말 함량이 증가함에 따라 폐타이어 자체의 압축특성이 경량혼합토의 거동특성을 지배하기 때문에 나타난 결과이다.
1과 Table 2는 준설토, 저회 및 폐타이어 분말에 대한 입도분포곡선과 입도특성을 나타내었다. 폐타이어 분말의 유효입경은 0.2mm이고, 균질한 입도분포를 가지는 것으로 나타났다. 저회의 비중은 2.
예로서 저회 함량 100%는 건조준설토의 무게와 동일한 무게만큼 저회를 혼합하였다는 것을 의미한다. 함수비, 시멘트 및 저회의 함량은 단위중량 및 유동특성을 고려한 예비실험 결과를 바탕으로 결정되었다. 배합비에 따라 제작된 모든 공시체는 랩으로 밀봉하여 대기 양생하였다.

후속연구

이러한 동상 방지재료로서 사용되는 자갈이나 쇄석 대체재로서 준설토-저회-폐타이어를 혼합한 경량토를 이용할 경우 자갈이나 쇄석의 채취과정에서 유발되는 환경파괴에 대한 문제점을 줄일 수 있으며, 준설토, 저회 및 폐타이어를 동시에 재활용할 수 있는 이점이 있다. 또한 준설토-저회-폐타이어 혼합경량토를 항만구조물 뒤채움, 교대 뒤채움, 도로 성토, 관거 되메우기 및 교각 하부 되메우기 등에 적용할 경우 하부지반이나 구조물이 받는 토압과 하중이 경감되어 측방유동억제, 잔류침하 최소화 및 단차발생의 억제 등에 긍정적인 효과를 가져다 줄 것으로 기대된다. 뿐만 아니라 열전도율이 낮은 폐타이어를 이용할 경우 도로의 동상을 방지할 수 있는 재료로도 이용할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	골재의 수급문제가 대두된 원인은?	연안개발 및 항만건설 등의 대규모 개발공사와 산업의 발달로 인해 산업폐기물 발생량이 증가하고 있으며, 이러한 폐기물의 처리 및 매립에 상당한 비용이 소모되며, 간혹 환경적 문제를 야기한다. 또한 천연골재의 부족과 가격상승으로 인해 공사비가 증가되며 골재의 수급문제가 대두되기도 한다. 따라서 준설토, 저회, 폐타이어 등과 같은 폐재료를 재활용하여 항만구조물 뒤채움재, 도로 성토재 등으로 사용하기 위한 연구가 절실히 필요한 실정이다.
	준설토란?	Table 1은 준설토의 물성시험 결과를 나타낸다. 준설토는 No. 200 체 통과율이 81.2%로서 점토성분에 실트가 함유된 저소성 실트질 점토이다.
	폐재료를 재활용하여 항만구조물 뒤채움재, 도로 성토재 등으로 사용하기 위한 연구가 절실히 필요한 이유는?	연안개발 및 항만건설 등의 대규모 개발공사와 산업의 발달로 인해 산업폐기물 발생량이 증가하고 있으며, 이러한 폐기물의 처리 및 매립에 상당한 비용이 소모되며, 간혹 환경적 문제를 야기한다. 또한 천연골재의 부족과 가격상승으로 인해 공사비가 증가되며 골재의 수급문제가 대두되기도 한다. 따라서 준설토, 저회, 폐타이어 등과 같은 폐재료를 재활용하여 항만구조물 뒤채움재, 도로 성토재 등으로 사용하기 위한 연구가 절실히 필요한 실정이다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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