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문제 정의
- 본 연구에서는 그라우트 재료에 의한 환경영향평가를 실시하기 위해 시멘트, 급결성 및 증점성 재료를 사용하여 각각의 특성을 검토하였다. 즉, 시멘트와 슬래그시멘트를 주재료로 사용하고 그라우트의 응결을 조절하기 위한 급결재로는 CA계(Calcium aluminate, C12A7) 광물의 혼합물을 사용하였다.
- 이에 본 연구에서는 기 수행된 연구결과(방기문 등, 2006) 의 검토를 통해 시멘트계 그라우팅 재료에 의한 환경영향 중 지하수와 동·식물에 가장 큰 영향을 미칠 수 있는 인자로써 pH 및 Cr6+을 선정했으며, 시멘트와 급결성 결합재 및 고분자 킬레이트 재료를 사용하여 그라우트에 의해 발생하는 pH의 변화량과 Cr6+ 용출량을 평가하고자 하였다.
제안 방법
- 0mm/분으로 설정하였다. pH의 변화량 측정시는 물-시멘트비 100% (일반적인 지반 그라우팅 배합)의 그라우트를 제조한 후, 굳지않은 상태의 그라우트를 수중에 투입하였으며, 시간별로 pH 측정기(HANNA Instrument HI 2210)를 사용 하여 pH의 변화량을 측정하였다. 중금속 용출량 시험에 서는 그라우트에서 가장 큰 문제로 부각되고 있는 6가크 롬의 용출량에 대해 용출시험을 수행했으며, 배합별로 그라우트를 제조 후 굳지 않은 상태에서 수중에 투입 후 기간별로 물을 채취하고 0.
- 그라우트에 의한 환경영향을 평가하기 위해 본 연구에서는 그라우트의 배합별 강도발현 특성과 pH의 변화량 그리고 중금속 용출량을 측정하였다. 그라우트의 강도평가를 위해서는 조건별 그라우트 모르타르를 제조한 후 91일 동안 표준양생을 수행하였고 재령별로 1축압축강도를 측정(Fig.
- 그라우트에 의한 환경영향을 평가하기 위해 본 연구에서는 그라우트의 배합별 강도발현 특성과 pH의 변화량 그리고 중금속 용출량을 측정하였다. 그라우트의 강도평가를 위해서는 조건별 그라우트 모르타르를 제조한 후 91일 동안 표준양생을 수행하였고 재령별로 1축압축강도를 측정(Fig. 3)하였으며 측정 시의 하중재하속도는 1.0mm/분으로 설정하였다. pH의 변화량 측정시는 물-시멘트비 100% (일반적인 지반 그라우팅 배합)의 그라우트를 제조한 후, 굳지않은 상태의 그라우트를 수중에 투입하였으며, 시간별로 pH 측정기(HANNA Instrument HI 2210)를 사용 하여 pH의 변화량을 측정하였다.
- 그라우트의 중금속 용출량 시험도 Table 7의 배합비율을 사용하고 pH의 시험과 동일한 방식(Fig. 4)으로 그라우트를 수중에 투입하였으며, 투입후 재령 1일, 3일, 그리고 5일에 시료수를 채취하고 이물질을 제거한 후 6가크롬 함유량을 측정하였다(Table 9, Fig. 8).
- 그라우트의 친환경성을 평가하기 위해 증점제를 사용하였다. MC(methyl cellulose)계 증점제는 주로 수중불 불리 콘크리트용 혼화제에 사용되는 것으로써 그라우트의 잉여수를 흡수하여 체적을 팽창시키고 그라우트의 점성을 증대시키는 역할을 한다.
- 그라우트의 환경영향을 평가하기 위한 실험변수는 주 재료(B액)와 증점제(A액)로 구별하였다. 주재료는 시멘트, 슬래그시멘트 및 급결재이며, 증점제는 MC와 CHP이다.
- 주재료는 시멘트, 슬래그시멘트 및 급결재이며, 증점제는 MC와 CHP이다. 기본배합으로써 시멘트와 물의 비율을 1:1로 하였고, 시험배합으로써 급결재의 사용량은 시멘트량의 5%를 선정하고 시멘트량에서 치환하여 적용하였다. 또한, 증점제는 총 결합재량의 1%를 선정하여 사용했다.
- 그라우트에 의한 환경영항을 평가하기 위한 실험변수로써, 시멘트는 보통포틀랜드시멘트(OPC)와 슬래그시멘트(BSC)를 사용하였고, 그라우트의 응결촉진을 위해 칼슘알루미네이트계[ACC(blended mixture of calcium aluminate)] 급결재를 사용하였다. 또한, 그라우트의 점성증가에 의한 pH 저감효과와 중금속 저감효과를 위해 증점제를 사용하였다. 여기서 증점제란 수중콘크리트의 시공을 위해 일반적으로 사용되는 혼화제를 말한다.
- 배합 조건별로 pH의 측정을 위해 Table 7의 혼합비율에 따라 굳지 않은 상태의 그라우트 1리터를 Fig. 4와 같은 물 10리터 용기의 상부표면에서 투입하였다. Table 8과 Fig.
- 압축강도 측정은 KS L 5105에 따라 그라우트의 배합 별로 모르타르를 제조하고 재령별(1, 3, 7, 28, 56, 그리고 91일) 강도를 측정하였다. Table 5는 압축강도 측정용 공시체의 제작을 위한 배합표이고 Table 6은 실험결과로부터 얻은 값을 나타내고 있다.
- 이 연구에서는 지반 그라우트 재료별 환경영향을 평가하기 위해 조건별 그라우트를 제조하고 각각의 압축강도, pH의 변화량 및 6가크롬의 용출량을 측정하였다. 시험시에는 시멘트와 슬래그시멘트 및 급결재를 주재료로 하고, 증점재는 MC 증점제와 킬레이트고분자를 사용하였다.
- 중금속 용출량 시험에 서는 그라우트에서 가장 큰 문제로 부각되고 있는 6가크 롬의 용출량에 대해 용출시험을 수행했으며, 배합별로 그라우트를 제조 후 굳지 않은 상태에서 수중에 투입 후 기간별로 물을 채취하고 0.24μm의 멤브레인 필터를 이용 하여 불순물을 제거한 후 UV-Vis(US EPA 3060A-96) 법(Fig. 4)을 이용하여 측정했다.
대상 데이터
- 그라우트에 의한 환경영항을 평가하기 위한 실험변수로써, 시멘트는 보통포틀랜드시멘트(OPC)와 슬래그시멘트(BSC)를 사용하였고, 그라우트의 응결촉진을 위해 칼슘알루미네이트계[ACC(blended mixture of calcium aluminate)] 급결재를 사용하였다. 또한, 그라우트의 점성증가에 의한 pH 저감효과와 중금속 저감효과를 위해 증점제를 사용하였다.
- 이 연구에서는 지반 그라우트 재료별 환경영향을 평가하기 위해 조건별 그라우트를 제조하고 각각의 압축강도, pH의 변화량 및 6가크롬의 용출량을 측정하였다. 시험시에는 시멘트와 슬래그시멘트 및 급결재를 주재료로 하고, 증점재는 MC 증점제와 킬레이트고분자를 사용하였다.
- 그라우트의 환경영향을 평가하기 위한 실험변수는 주 재료(B액)와 증점제(A액)로 구별하였다. 주재료는 시멘트, 슬래그시멘트 및 급결재이며, 증점제는 MC와 CHP이다. 기본배합으로써 시멘트와 물의 비율을 1:1로 하였고, 시험배합으로써 급결재의 사용량은 시멘트량의 5%를 선정하고 시멘트량에서 치환하여 적용하였다.
- 본 연구에서는 그라우트 재료에 의한 환경영향평가를 실시하기 위해 시멘트, 급결성 및 증점성 재료를 사용하여 각각의 특성을 검토하였다. 즉, 시멘트와 슬래그시멘트를 주재료로 사용하고 그라우트의 응결을 조절하기 위한 급결재로는 CA계(Calcium aluminate, C12A7) 광물의 혼합물을 사용하였다. CA계 광물은 석회석과 보크사이트를 일정비율로 전기로에서 소성을 통해 제조되는 것 (최재석, 2010)인데, 시멘트 수화물인 Ca(OH)2 및 CaSO4 와 반응하여 Ettringite를 생성시킴으로써 그라우트의 응결을 촉진할 수 있으며, 수화과정에서 그라우트의 잉여수를 흡수하여 그라우트에 점성을 부여하고 재료분리를 방지할 수 있다.
- 여기서 증점제란 수중콘크리트의 시공을 위해 일반적으로 사용되는 혼화제를 말한다. 증점제로 MC계(methyl cellulous)와 킬레이트고분자(chelate polymer)를 선택하였으며, 참고사항은 Table 1에 나타내었다.
성능/효과
- (1) 압축강도 결과에서 급결재를 사용한 경우는 사용 하지 않은 경우에 비해 초기강도의 증가가 뚜렷하게 나타나고 있으며, 반면에 증점제를 사용하는 경우는 초기강도가 상대적으로 낮아지는 결과를 보였다. 그러나 장기재령에서는 모두 양호한 강도증가를 나타내었다.
- (2) 굳지않은 상태의 그라우트를 수중에 투입한 즉시 pH의 변화량을 측정한 결과, 그라우트에 증점제를 사용할 경우가 사용하지 않은 경우에 비해 pH 값의 증가가 현저히 감소되는 것으로 나타났으며, MC 증점제는 그라우트 투입 초기에는 매우 효과적이나 시간이 지남에 따라 pH 값이 점차 증가되어 최종적인 72시간 후에는 OPC만 사용한 경우와 유사한 결과를 나타났다. 반면, 킬레이트고분자를 사용한 경우는 그라우트 투입 초기와 72시간까지의 모든 경우에 pH의 측정값이 가장 낮아, 우수한 pH 저감효과를 갖는 것으로 나타났다.
- (3) 중금속 용출결과에서, 슬래그시멘트를 사용한 배합에서는 OPC를 사용했을 때 용출되는 6가크롬량에 비해 약 71%정도의 낮은 용출량이 나타났다. 또한, MC 증점제를 사용한 경우는 시멘트만을 사용한 경우와 결과가 유사하며 그라우트의 6가크롬의 용출에 효과가 전혀 없는 것으로 나타났다.
- (4) 본 연구의 결과에서, 지반 그라우팅에 의한 pH의 증가와 중금속(Cr6+)의 발생은 시멘트가 가장 주요한 원인으로 판단되며, 그라우팅 재료로써 슬래그시멘트 또는 킬레이트고분자의 사용은 그라우트에 의한 환경문제의 발생을 저감시키는데 주요인 자임을 확인할 수 있었다. 또한, 그라우팅의 현장 시공에 있어, 본 연구의 결과를 통해, 그라우팅에 의한 환경영향을 최소화하기 위한 그라우팅 재료 및 시공기술의 개발이 가능할 것으로 판단된다.
- 급결재를 사용한 배합(배합-3,4)은 6가크롬의 발생량이 사용하지 않은 배합(배합-1,2) 과 유사하여, 급결재의 사용 유⋅무는 6가크롬의 발생량에 영향이 없는 것으로 나타났다.
- (3) 중금속 용출결과에서, 슬래그시멘트를 사용한 배합에서는 OPC를 사용했을 때 용출되는 6가크롬량에 비해 약 71%정도의 낮은 용출량이 나타났다. 또한, MC 증점제를 사용한 경우는 시멘트만을 사용한 경우와 결과가 유사하며 그라우트의 6가크롬의 용출에 효과가 전혀 없는 것으로 나타났다. 킬레이트고분자를 사용한 경우에는 다른 요인과 무관하게 모든 배합에서 6가크롬이 용출되지 않았다.
- (2) 굳지않은 상태의 그라우트를 수중에 투입한 즉시 pH의 변화량을 측정한 결과, 그라우트에 증점제를 사용할 경우가 사용하지 않은 경우에 비해 pH 값의 증가가 현저히 감소되는 것으로 나타났으며, MC 증점제는 그라우트 투입 초기에는 매우 효과적이나 시간이 지남에 따라 pH 값이 점차 증가되어 최종적인 72시간 후에는 OPC만 사용한 경우와 유사한 결과를 나타났다. 반면, 킬레이트고분자를 사용한 경우는 그라우트 투입 초기와 72시간까지의 모든 경우에 pH의 측정값이 가장 낮아, 우수한 pH 저감효과를 갖는 것으로 나타났다.
- 시멘트만 사용한 배합(배합-1)에서는 초기 측정치가 1.05ppm으로 가장 높은 량의 6가크롬이 용출되었고 시멘트와 급결성 혼합재를 사용한 배합(배합-3)의 경우는 1.04ppm으로 배합-1과 유사한 용출량을 나타내어, 급결재의 사용은 중금속 저감에 효과가 없는 것으로 판단되었다. 그리고 슬래그시멘트를 사용한 경우(배합-2)에는 배 합-1과 비교하여 71.
- 실험결과, 급결재를 사용한 배합(배합-3,4)에서는 그렇지 않은 배합(배합-1,2)보다 초기강도의 증가가 명확히 나타나고 있으며 재령 28일까지도 강도의 증가를 보이고 있다. 이는 시멘트에 첨가된 급결성 혼합재가 시멘트의 수화를 촉진시킴으로써 초기에 모르타르의 강도가 증가했기 때문으로 판단된다.
- 7은 배합별 pH의 측정치를 나타내고 있다. 증점제를 사용하지 않은 배합(배합-1~4)은 그라우트가 물에 흐트러져 혼탁하게 되었으며 투입 즉시의 pH는 시멘트만 사용한 경우는 각각 12.12와 12.03으로 증가되었고, 슬래그시멘트를 사용한 배합에서는 11.6과 10.9로 시멘트만 사용한 경우보다 약 0.52와 1.13만큼 낮게 측정되었다. 이는 슬래그시멘트 중의 시멘트량이 총 중량의 약 60% 정도이므로 초기 pH의 증가가 낮게 나타난 것으로 판단된다.
후속연구
- )의 발생은 시멘트가 가장 주요한 원인으로 판단되며, 그라우팅 재료로써 슬래그시멘트 또는 킬레이트고분자의 사용은 그라우트에 의한 환경문제의 발생을 저감시키는데 주요인 자임을 확인할 수 있었다. 또한, 그라우팅의 현장 시공에 있어, 본 연구의 결과를 통해, 그라우팅에 의한 환경영향을 최소화하기 위한 그라우팅 재료 및 시공기술의 개발이 가능할 것으로 판단된다.
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