선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 여러 종류의 되메움재 후보군에 대한 시료를 대상으로 열저항률 특성을 고려한 되메움재로서의 최적화에 대하여 검토한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 이와 같은 체계적인 연구를 통해 목표의 친환경 최적 열소산 되메움재가 개발된다면 지중송전효율 증대에 따른 경제성 향상과, 모래채취 및 운반에 따른 환경훼손 최소화 및 석분 및 쇄석 등 폐기물의 재활용이라는 경제적･환경적 측면에서 시너지효과를 제고 할 수 있을 것으로 판단된다. 이 논문에서는 되메움 재료의 최적화에 주안점을 두었다. 즉, 습윤시의 50℃-cm/Watt 이하이고 건조시에도 열저항률이 100℃- cm/Watt를 목표로 하나 건조시에도 그다지 증가하지 않는 혼합재료를 개발하고자 하였다.
- 이 논문에서는 되메움 재료의 최적화에 주안점을 두었다. 즉, 습윤시의 50℃-cm/Watt 이하이고 건조시에도 열저항률이 100℃- cm/Watt를 목표로 하나 건조시에도 그다지 증가하지 않는 혼합재료를 개발하고자 하였다.
제안 방법
- 다양한 열저항률 저감 가능성의 혼합재료에 대한 검토를 위해 몇가지 재료에 대해 추가적인 검토가 이루어졌다. 우선 구성성분 중 낮은 열저항률을 갖는 석영성분이 많이 포함되어 있고, 입자가 작은 글래스 비드(glass bead)의 사용이 검토되었다.
- 따라서 최대건조단위중량을 얻을 수 있는 입도분포곡선과 유사한 입도분포를 보인 쇄석과 재생모래 외에도 평균입경이 작은 석분과 세립분의 추가를 위해 슬래그, 그리고 그림 11과 같이 보습력이 있어 수분이동을 막을 수 있고 혼합시 점착력을 보이는 화학침전물인 플록(floc)을 혼합하는 방법이 검토되었다.
- 따라서 입도조정을 위한 세립분 혼합은 플라이애쉬보다는 슬래그가 유리할 것으로 판단되었다. 슬래그의 혼합 유효성을 확인하기 위해 재생모래에 슬래그를 혼합하여 열저항률의 변화를 검토하였다.
- 지반내 열적 조건의 변화에도 열저항률이 크게 변화하지 않을 보습재를 혼합할 수 있다면, 보다 낮고 안정적인 최적의 되메움재의 개발이 가능할 것으로 판단된다. 이 점에 주안점을 주어 시료의 혼합과 반복적인 시험을 거쳐 결론을 도출하였다. 시험에 사용된 시료와 시험내용은 표 1에 나타내었다.
- 추가적으로 입자간 접촉면적의 증가를 위해 쉽게 구할 수 있는 물풀(water paste)과 물유리(water glass), 유약(glaze)을 강모래와 혼합하여 열저항률 시험을 실시하였고, 시험결과를 그림 10에 나타내었다. 그림 9에서 강모래와 유약을 혼합한 시료에서는 열저항률이 크게 변화하지 않고 있으나, 강모래와 물풀, 강모래와 물유리를 혼합한 시료에서는 최적함수비상태와 최적함수비에서 다짐 후 건조된 경우 모두 요구되는 열저항률(습윤상태시 50℃-cm/ Watt, 건조상태시 100℃-cm/Watt)을 만족하였다.
이론/모형
- 열저항 특성은 선행연구(열저항 특성을 고려한 지중송전관로 되메움재의 최적화(I)(김유성 등, 2011))에서 자세히 기술하였듯이, 되메움재의 열저항률을 측정하기 위해 탐침법을 적용한 Hukseflux사의 열전도율 측정장치인 TP System을 사용하였다.
성능/효과
- (1) 화강풍화토, 쇄석, 재생모래, 석분의 열저항률 시험결과, 모든 재료가 건조시 100℃-cm/Watt 이상의 열저항률을 나타내고 있어 단일재료만으로는 되메움재로의 사용이 어려울 것으로 판단된다.
- (2) 되메움재로 가장 많이 사용되는 강모래와 플라이애쉬,슬래그, 물풀, 물유리 등을 혼합한 결과, 단순한 입도분포의 개선을 위해 세립분을 추가하는 것 외에도 입자간 접촉면적을 증가시킬 수 있는 혼화재를 사용한다면 재료의 열저항률이 효과적으로 낮아질 것으로 판단된다.
- (3) 최적함수비상태에서 가장 낮은 열저항률을 나타낸 쇄석의 입도분포 개선을 위해 평균입경이 작은 재생모래와 석분, 슬래그 및 플록을 혼합한 결과, 최적함수비에서 50℃-cm/Watt이하의 열저항률을 얻을 수 있었고, 최적함수비 상태 후 건조시에도 열저항률의 증가가 일어나지 않고 있어, 되메움재로서 어느 정도 최적화에 근접한 것으로 판단된다.
- 이는 플록의 혼합비가 낮아짐에 따라 보습효과가 줄어들기 때문인 것으로 판단된다. 그러나 지중송전관로 설계시 요구되는 열저항률은 만족하고 있는 것으로 나타났다.
- 그림 12에서 쇄석과 재생모래, 석분, 슬래그, 플록이 혼합된 시료의 경우 최적함수비상태에서 가장 열저항률이 큰 것으로 나타났다. 그러나 최적함수비에서 다짐후 자연건조시 모든 시료에 비해 가장 낮은 열저항률을 보였고, 최적함수비상태에서보다도 낮은 열저항률을 나타내었다. 이러한 이유는 플록의 보습효과로 완전한 건조상태가 되지 않고 낮은 함수비상태를 유지하기 때문인 것으로 판단된다.
- 첫째, 최적함수비에서 쇄석의 경우가 가장 작은 열저항률을 나타내고, 다짐 후 건조상태에서도 다른 재료에 비해 증가하고 있지 않다. 둘째, 석분의 경우 함수비 변화에 따른 열저항률 변화가 가장 작고, 또 다짐 후 건조시에도 열저항률이 증가하지 않고 있다. 따라서 최적함수비 상태에서 다짐 후 건조가 되어도 열저항률이 크게 증가하지 않는 석분과 최적함수비 상태에서 가장 낮은 열저항률을 보이는 쇄석(또는 강모래)을 혼합한다면 목표치의 낮은 열저항률을 갖는 되메움재의 개발이 가능할 것으로 판단된다.
- 슬래그의 경우에는 플라이애쉬와 같이 혼합비를 증가함에 따라 열저항률이 증가하지 않고 있고, 건조상태와 함수비 5%의 경우 모두 크게 변화하지 않는 것으로 나타났다. 따라서 입도조정을 위한 세립분 혼합은 플라이애쉬보다는 슬래그가 유리할 것으로 판단되었다. 슬래그의 혼합 유효성을 확인하기 위해 재생모래에 슬래그를 혼합하여 열저항률의 변화를 검토하였다.
- 그림 6에는 강모래와 Slag의 혼합비에 따른 열저항률을 나타내었다. 슬래그의 경우에는 플라이애쉬와 같이 혼합비를 증가함에 따라 열저항률이 증가하지 않고 있고, 건조상태와 함수비 5%의 경우 모두 크게 변화하지 않는 것으로 나타났다. 따라서 입도조정을 위한 세립분 혼합은 플라이애쉬보다는 슬래그가 유리할 것으로 판단되었다.
- 따라서 재생모래를 혼합한 시료 중 모든 상태에서 가장 열저항률이 낮은 재생모래의 혼합비 5%인 시료에 대해 세립분의 추가를 위하여 플라이애쉬(fly-ash)를 혼합하여 열저항률 시험을 실시하였고, 그 결과를 그림 3(a)에 나타내었다. 시험결과 쇄석만의 시료에 비해 쇄석과 재생모래, 플라이애쉬(5%)를 혼합한 시료가 최적함수비상태와 최적함수비에서 다짐후 건조된 상태에서 가장 낮은 열저항률을 나타내었다. 열저항률 변화의 원인을 파악하기 위해 쇄석과 재생모래, 플라이애쉬 혼합재료에 대해 입도분포시험을 실시한 결과는 그림 3(b)이다.
- 그림 2(a)는 쇄석과 재생모래의 혼합비에 따른 열저항률을 나타내었다. 시험결과 재생모래가 혼합된 시료가 쇄석만 사용한 시료보다 모든 상태에서 열저항률이 크게 감소한 것으로 나타났고, 재생모래의 혼합비가 증가하여도 크게 변화하지 않는 것으로 나타났다. 그림 2(b)는 함수비 상태에 따라 쇄석과 재생모래 혼합비율에 따른 시료들의 열저항률을 나타내었다.
- 이 그림에서 함수비 변화는 함수비의 정량적 변화가 아닌 함수비의 4가지 상태(건조(dry), 5%, 최적함수비(optimum), 최저함수비 후의 건조상태(dry after optimum))에 대한 변화이다. 위에서 검토하였듯이 모든 경우에서 함수비 증가에 따라 열저항률은 감소하고 있고, 최적함수비 상태에서 가장 작은 열저항률을 나타내고 있다. 이 그림에서 다음과 같은 사실을 읽을 수 있다.
- 이 혼합재료의 경우 플라이애쉬의 혼합비가 증가함에 따라 건조상태에서는 열저항률이 큰 변화가 없는 경향으로 나타났지만, 함수비 5%의 상태에서는 점차 증가하는 경향으로 나타났다.
- 이러한 현상은 글래스 비드가 구성성분 중 열저항률이 낮은 석영을 많이 포함하고 있더라도 수분을 함유할 수 없는 성질을 가지고 있어 열 발생시 쉽게 수분이 이동하여 입자간 접촉면적의 증가(간극비의 감소)에 의한 열저항률의 감소를 기대할 수 없기 때문인 것으로 판단된다. 즉 낮은 혼합비에서는 강모래에 의해 수분이 유지되고 표면장력으로 인하여 입자간 접촉면적의 증가로 열저항률이 낮아질 수 있지만 혼합비가 증가함에 따라 쉽게 수분의 이동이 발생하여 함수비가 있더라도 건조시의 열저항률에 가깝게 증가하는 경향을 보이는 것으로 판단된다. 이에 가장 낮은 열저항률을 보이는 글래스 비드의 혼합비 5%에 대해 슬래그의 혼합비를 다르게 한 강모래 혼합시료에 대한 열저항률 시험을 실시하여 그 결과를 나타낸 것이 그림 9이다.
- 이 그림에서 다음과 같은 사실을 읽을 수 있다. 첫째, 최적함수비에서 쇄석의 경우가 가장 작은 열저항률을 나타내고, 다짐 후 건조상태에서도 다른 재료에 비해 증가하고 있지 않다. 둘째, 석분의 경우 함수비 변화에 따른 열저항률 변화가 가장 작고, 또 다짐 후 건조시에도 열저항률이 증가하지 않고 있다.
후속연구
- 둘째, 석분의 경우 함수비 변화에 따른 열저항률 변화가 가장 작고, 또 다짐 후 건조시에도 열저항률이 증가하지 않고 있다. 따라서 최적함수비 상태에서 다짐 후 건조가 되어도 열저항률이 크게 증가하지 않는 석분과 최적함수비 상태에서 가장 낮은 열저항률을 보이는 쇄석(또는 강모래)을 혼합한다면 목표치의 낮은 열저항률을 갖는 되메움재의 개발이 가능할 것으로 판단된다. 또한 입자 크기가 강모래보다 작은 재생모래를 혼합하여 입도분포를 조정하여 낮은 열저항률을 갖는 되메움재의 개발이 가능하다면 건설폐기물의 재활용이라는 환경적 측면에서 활용가치가 높을 것으로 판단된다.
- 따라서 최적함수비 상태에서 다짐 후 건조가 되어도 열저항률이 크게 증가하지 않는 석분과 최적함수비 상태에서 가장 낮은 열저항률을 보이는 쇄석(또는 강모래)을 혼합한다면 목표치의 낮은 열저항률을 갖는 되메움재의 개발이 가능할 것으로 판단된다. 또한 입자 크기가 강모래보다 작은 재생모래를 혼합하여 입도분포를 조정하여 낮은 열저항률을 갖는 되메움재의 개발이 가능하다면 건설폐기물의 재활용이라는 환경적 측면에서 활용가치가 높을 것으로 판단된다. 이외에 열저항률에 영향을 미치는 것은 함수비로 보고되고 있다(Mitchell and Chan, 1982).
- 그림 9에서 강모래와 글래스 비드(5%), 슬래그 혼합 비율에 따른 시료는 강모래와 글래스 비드만을 혼합하였을 경우에 비해 건조상태와 함수비 5%상태 모두 열저항률이 낮아지는 것으로 나타났다. 이를 토대로 되메움재로 사용가능한 재료에 글래스 비드와 같은 재료를 혼합하여 되메움재가 낮은 열저항률을 갖기 위해서는, 글래스 비드가 열저항률이 낮은 광물인 석영으로 구성되어 있지만 다양한 흙에서의 열은 입자간 접촉면적에 의해 주로 전달되므로 구성물질 뿐만 아니라 입자크기 및 함수능력, 입도분포 등의 다양한 열저항특성을 고려하여 입자간 접촉면적을 증가시키는 방법이 먼저 고려되어야 할 것으로 판단된다.
- 이와 같은 혼합재료에 대하여, 다짐특성, 관로 주변 온도변화에 따른 함수특성, 열저항 특성 등을 다양한 현장조건과 시공성을 고려한 평가를 통해 열 저항률을 최소화 할 수 있는 되메움재의 개발이 가능할 것으로 판단된다. 이와 같은 체계적인 연구를 통해 목표의 친환경 최적 열소산 되메움재가 개발된다면 지중송전효율 증대에 따른 경제성 향상과, 모래채취 및 운반에 따른 환경훼손 최소화 및 석분 및 쇄석 등 폐기물의 재활용이라는 경제적･환경적 측면에서 시너지효과를 제고 할 수 있을 것으로 판단된다. 이 논문에서는 되메움 재료의 최적화에 주안점을 두었다.
- 따라서, 석분과 같은 재료를 주재료로 하여 낮은 열저항률을 유지하기 위한 함수정도, 다짐밀도 등의 영향을 최소화하기 위해 쇄석, 모래 등의 기존의 되메움재 재료를 일정배율로 혼합한 혼합토에 대한 열저항 특성의 검토가 필요하다. 이와 같은 혼합재료에 대하여, 다짐특성, 관로 주변 온도변화에 따른 함수특성, 열저항 특성 등을 다양한 현장조건과 시공성을 고려한 평가를 통해 열 저항률을 최소화 할 수 있는 되메움재의 개발이 가능할 것으로 판단된다. 이와 같은 체계적인 연구를 통해 목표의 친환경 최적 열소산 되메움재가 개발된다면 지중송전효율 증대에 따른 경제성 향상과, 모래채취 및 운반에 따른 환경훼손 최소화 및 석분 및 쇄석 등 폐기물의 재활용이라는 경제적･환경적 측면에서 시너지효과를 제고 할 수 있을 것으로 판단된다.
- 지금까지의 검토결과를 통해 낮은 열저항률을 갖는 쇄석을 주축으로 여러 재료를 혼합하여 최대건조단위중량을 얻을 수 있는 입도분포에 유사한 입도분포를 갖도록 한다면, 열저항특성이 개선되어 되메움재의 최적화가 가능할 것으로 판단되었다. 따라서 최대건조단위중량을 얻을 수 있는 입도분포곡선과 유사한 입도분포를 보인 쇄석과 재생모래 외에도 평균입경이 작은 석분과 세립분의 추가를 위해 슬래그, 그리고 그림 11과 같이 보습력이 있어 수분이동을 막을 수 있고 혼합시 점착력을 보이는 화학침전물인 플록(floc)을 혼합하는 방법이 검토되었다.
- 이외에 열저항률에 영향을 미치는 것은 함수비로 보고되고 있다(Mitchell and Chan, 1982). 지반내 열적 조건의 변화에도 열저항률이 크게 변화하지 않을 보습재를 혼합할 수 있다면, 보다 낮고 안정적인 최적의 되메움재의 개발이 가능할 것으로 판단된다. 이 점에 주안점을 주어 시료의 혼합과 반복적인 시험을 거쳐 결론을 도출하였다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.