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문제 정의
- 본 연구는 송전관로 되메움재로서 순환골재의 현장 적용을 위하여 순환골재의 품질 및 시공기준을 수립하고, 그 기준을 적용하여 열적 안정성을 평가하고자 현장 실증시험을 수행하였다. 실증시험에서는 순환골재와 일반 강모래를 대조군으로 시간경과와 이격거리에 따른 온도-함수비 변화를 분석하였다.
- 본 연구에서는 순환골재의 현장 적용성을 향상시키기 위하여 실증시험을 수행하였다. 이를 위하여, 비교적 균등한 품질을 보이는 폐콘크리트 순환골재를 대상으로 품질 및 시공 기준을 제안하였다.
제안 방법
- 1. MLTM(2009)의 도로포장 되메우기용 순환골재의 물리적 특성을 참고하여, 송전관로용 순환골재의 품질기준을 제시하였다. 선행 실내시험 결과를 확장하여, 되메움재의 열저항값, 순환골재의 국내 대량생산 가능성, 관로의 안정성을 고려하여 최대골 재치수, 균등계수, 곡률계수 등의 항목을 신설하였다.
- 되메움 재료는 굴착된 트렌치를 3층으로 나누어 포설하고, Fig. 7과 같이 각 층마다 제안된 다짐도 관리 기준에 따라 진동 다짐기(중량 0.9kN)를 사용하여 3회 다짐을 수행하였다. 송전관로인 PE 파형관과 온도-수분 측정센서는 Fig.
- 통상적으로 송전관로의 되메움 시공시 되메움 재료의 상대 다짐도(relative compaction)는 보통 95% 이상을 적용하고 있으며, 다짐장비로는 진동 다짐기 (vibratory plate compactor)가 일반적으로 사용된다. 따라서 95%상대 다짐도를 달성하기 위하여, 다짐횟수 및 함수비 범위를 결정하기 위하여 야외에서 시험시공을 실시하였다.
- 품질기준은 현재 전국의 여러 곳에서 만들어지고 있는 순환골재의 송전관로용 되메움재의 생산기준으로 사용될 수 있으며, 시공 기준은 현장에서 사용시 기준치 이내의 열저항값을 확보할 수 있는 다짐도 관리 기준으로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 현장 시험을 위하여, 제안된 품질기준과 시공기준에 따라 시료를 선정하여 실증시험장을 조성하였다. 현장 실증시험에서는 순환골재의 열적 특성에 대한 선행 실내시험(Wi et al.
- 송전관로의 수평방향으로 10cm 간격으로 설치된 4개의 센서(2번~4번)의 관측자료를 바탕으로, 이격거리별 온도와 함수비 변화를 살펴본다. 비교를 위하여 계측자료의 시계열 자료중 세 포인트를 임의로 선정하여, 특정시간(960분, 2880분, 4416분)에서의 관측치를 고찰하였다. 먼저 온도 변화를 살펴보면, 목표 함수비 5%, 10%, 3%에서의 열특성 변화는 Fig.
- MLTM(2009)의 도로포장 되메우기용 순환골재의 물리적 특성을 참고하여, 송전관로용 순환골재의 품질기준을 제시하였다. 선행 실내시험 결과를 확장하여, 되메움재의 열저항값, 순환골재의 국내 대량생산 가능성, 관로의 안정성을 고려하여 최대골 재치수, 균등계수, 곡률계수 등의 항목을 신설하였다.
- 5)을 사용하였으며, 이 센서는 온도와 수분을 동시에 측정이 가능하며 대표적인 규격은 Table 4와 같다. 센서의 계측위치는 Fig. 6과 같이 PE 파형관에서 10cm의 이격거리를 두며 총 5개(수평방향 4곳, 직각방향 1곳)를 설치하여 시간에 따른 온도 분포와 함수비 분포를 연속적으로 측정하였다. 아울러 조성된 지반의 최초 함수비는 3%, 5%, 10%의 세 종류로 설정하여, 서로 다른 함수비 조건하에서의 열특성 변화를 분석하였다.
- 송전관로는 Fig. 4와 같이 실제 현장에서와 동일하게 PE 파형관(직경 23cm)을 설치하였으며, 실제 운영중인 송전관로 표면에서 발생하는 약 40℃의 열을 모사하기 위하여, 관로 내부로 순환수파이프를 연결하였다. 순환수는 항온수조에 연결하여 60℃를 유지하였으며, 이로 인해 PE 파형관의 표면 온도는 평균 약 40℃를 나타내게 된다.
- 송전관로의 수평방향으로 10cm 간격으로 설치된 4개의 센서(2번~4번)의 관측자료를 바탕으로, 이격거리별 온도와 함수비 변화를 살펴본다. 비교를 위하여 계측자료의 시계열 자료중 세 포인트를 임의로 선정하여, 특정시간(960분, 2880분, 4416분)에서의 관측치를 고찰하였다.
- 2010; 2011) 결과를 분석하여, 열저항값이 우수한 순환골재 2종류를 시료로 사용하였고, 일반 강모래를 순환골재의 비교 시료로 사용하였다. 시공기준에 따라 시험장을 조성 후, 시간경과에 따른 온도와 함수비의 변화를 열원(송전관로)과의 이격거리에 따라 분석하여, 순환골재와 강모래의 열적 안정성을 비교 평가하였다. 이를 통하여, 일반 모래와 순환골재의 열적 거동이 유사하게 평가된다면, 순환골재의 현장 활용성이 더욱 향상되리라 기대한다.
- 현장 실증시험의 수행 일정은 Table 5와 같으며, 4~7일 동안 총 3회의 시험을 반복하여, 기상변화에 따른 현장조건을 반영하였다. 시험장의 최초 함수비는 3%, 5%, 10%를 유지하여 순환골재와 강모래를 다져 초기조건을 조성한 후, 시간에 따른 온도 및 함수비 변화를 측정하려 계획하였으나, 산발적인 강우로 인하여 트렌치내 초기 함수비 조건이 바뀌어 실제 목표 함수비를 Table 5와 같이 수정하여 시험을 수행하였다. 또한 들밀도 시험을 통하여, 다짐후 밀도를 산정한 결과 순환골재는 1.
- 본 연구는 송전관로 되메움재로서 순환골재의 현장 적용을 위하여 순환골재의 품질 및 시공기준을 수립하고, 그 기준을 적용하여 열적 안정성을 평가하고자 현장 실증시험을 수행하였다. 실증시험에서는 순환골재와 일반 강모래를 대조군으로 시간경과와 이격거리에 따른 온도-함수비 변화를 분석하였다. 연구 성과를 종합하면 다음과 같다.
- 6과 같이 PE 파형관에서 10cm의 이격거리를 두며 총 5개(수평방향 4곳, 직각방향 1곳)를 설치하여 시간에 따른 온도 분포와 함수비 분포를 연속적으로 측정하였다. 아울러 조성된 지반의 최초 함수비는 3%, 5%, 10%의 세 종류로 설정하여, 서로 다른 함수비 조건하에서의 열특성 변화를 분석하였다.
- 온도와 함수비를 측정하기 위하여는 Decagon devices사에서 제조한 5TM(Fig. 5)을 사용하였으며, 이 센서는 온도와 수분을 동시에 측정이 가능하며 대표적인 규격은 Table 4와 같다. 센서의 계측위치는 Fig.
- 2010; 2011) 결과를 분석하여, 열저항값이 우수한 순환골재 2종류를 시료로 사용하였고, 일반 강모래를 순환골재의 비교 시료로 사용하였다. 이 시험에서는 시간경과에 따른 온도와 함수비의 변화를 열원(송전관로)과의 이격거리에 따라 분석하여, 순환골재와 강모래의 열적 안정성을 비교 평가하였다. 이를 통하여, 일반 모래와 순환골재의 열적 거동이 유사하게 평가된다면, 순환골재의 현장 활용성이 더욱 향상되리라 기대한다.
- 본 연구에서는 순환골재의 현장 적용성을 향상시키기 위하여 실증시험을 수행하였다. 이를 위하여, 비교적 균등한 품질을 보이는 폐콘크리트 순환골재를 대상으로 품질 및 시공 기준을 제안하였다. 품질기준은 현재 전국의 여러 곳에서 만들어지고 있는 순환골재의 송전관로용 되메움재의 생산기준으로 사용될 수 있으며, 시공 기준은 현장에서 사용시 기준치 이내의 열저항값을 확보할 수 있는 다짐도 관리 기준으로 사용될 수 있을 것이다.
- 되메움 재료는 순환골재중 영남A(경산)와 영남E(칠곡) 시료를 사용하였으며, 포설두께는 40cm로 하였다. 진동 다짐기(중량 0.9kN) 로 왕복 2회, 3회, 4회, 5회 다짐을 실시한 후, 다짐횟수에 따라들밀도시험을 수행하여 다짐도를 측정하였다.
- 송전선로의 열저항값을 결정하는 중요인자가 함수비와 단위중량이기 때문에 현장에서의 다짐도 관리를 위한 시공기준을 제시하였다. 현장 시험다짐을 통하여, 순환골재로 되메움시 현장 함수비는 9% 이상이 유지되도록 충분히 살수하고, 목표 다짐도는 95%로 하며, 진동 다짐기(중량 0.9kN 이상)로 왕복 3회 이상 다지는 것을 시공기준으로 제안하였다.
대상 데이터
- 되메움 재료는 순환골재중 영남A(경산)와 영남E(칠곡) 시료를 사용하였으며, 포설두께는 40cm로 하였다. 진동 다짐기(중량 0.
- 이를 위하여 순환골재의 열적 특성에 대한 선행 실내시험(Wi et al. 2010; 2011) 결과를 분석하여, 열저항값이 우수한 순환골재 2종류를 시료로 사용하였고, 일반 강모래를 순환골재의 비교 시료로 사용하였다. 시공기준에 따라 시험장을 조성 후, 시간경과에 따른 온도와 함수비의 변화를 열원(송전관로)과의 이격거리에 따라 분석하여, 순환골재와 강모래의 열적 안정성을 비교 평가하였다.
- 3의 실험계획도와 같이 전장 6m의 트렌치를 굴착 후, 2m 간격으로 되메움재를 포설하였으며, 설치된 트렌치의 단면은하단폭 110cm, 깊이 140cm이다. 현장 실증시험에 사용된 순환골재는 선행연구를 통하여 열특성이 우수한 순환골재 2종(영남A 경산, 영남E 칠곡)을 사용하였으며, 비교시료는 일반 강모래를 활용하였다.
- 또한, 현장 시험을 위하여, 제안된 품질기준과 시공기준에 따라 시료를 선정하여 실증시험장을 조성하였다. 현장 실증시험에서는 순환골재의 열적 특성에 대한 선행 실내시험(Wi et al. 2010; 2011) 결과를 분석하여, 열저항값이 우수한 순환골재 2종류를 시료로 사용하였고, 일반 강모래를 순환골재의 비교 시료로 사용하였다. 이 시험에서는 시간경과에 따른 온도와 함수비의 변화를 열원(송전관로)과의 이격거리에 따라 분석하여, 순환골재와 강모래의 열적 안정성을 비교 평가하였다.
- 현장 실증시험은 충남 금산군 제원면에 위치한 부지에서 수행 하였다. Fig.
성능/효과
- 2. 송전선로의 열저항값을 결정하는 중요인자가 함수비와 단위중량이기 때문에 현장에서의 다짐도 관리를 위한 시공기준을 제시하였다. 현장 시험다짐을 통하여, 순환골재로 되메움시 현장 함수비는 9% 이상이 유지되도록 충분히 살수하고, 목표 다짐도는 95%로 하며, 진동 다짐기(중량 0.
- 3. 시간경과에 따른 실증시험 결과로는, 되메움재의 온도는 모래와 순환골재에서 동일하게 초기에 급격히 증가하다가, 일정하게 수렴하는 경향을 보인다. 함수비의 경우 시간경과에 따라 초기 함수비가 일정하게 유지되며, 이점은 송전관로의 열방산 효과에 대단히 유리한 조건이다.
- 4. 이격거리에 따른 실증시험 결과로는, 온도구배는 약 30℃에서 시작하여 송전관로에서 멀어짐에 따라 약 20℃ 정도까지 점진적으로 수렴하고 있어 열방산이 효과적으로 이루어지고 있음을 알 수 있다. 또한, 모래와 순환골재의 온도구배가 대단히 일치하고 있으므로, 주어진 함수비에서 순환골재가 일반 강모래와 유사한 열저항을 가지고 있음을 유추할 수 있다.
- 즉, 열저항값은 함수비가 작을수록, 단위중량이 작을수록 커지는 경향을 보인다. 결론적으로, 함수비와 단위중량을 적정수준으로 유지한다면 순환골재도 모래와 같은 열저항값(60~150℃∙cm/W)을 확보할 수 있음을 보여주어, 되메움 대체재료로서의 적합성을 보여주었다.
- 다짐시험 결과는 Table 3과 같으며, 상대 다짐도의 경우, 영남A 시료의 왕복 3회를 제외하고 모두 95% 이상의 기준치 달성을 확인하였다. 한편 영남E 시료의 왕복 3회 다짐 시 다짐도는 100%를 초과하였으며, 영남A 시료의 왕복 3회 다짐 시 90%미만의 다짐도 (%)가 구해졌는데, 이는 다짐도 측정 시 시험오차이거나 작업자의 숙련도 차이에 기인하는 것으로 판단된다.
- 13은 목표 함수비 10% 조건하에서 시간 경과에 따른 함수비 변화를 나타낸다. 시험장 조성시 목표 함수비를 맞추었으나, 시험 전후의 강우 상태 및 시험장 여건에 따라 인근 지반에서의 수분 유입 등으로 말미암아 초기 함수비는 10~50%로 큰 편차를 보이고 있다. 특히 파형관로의 하부에 위치한 1번 센서에서 30~50%의 높은 함수비를 보이는 것은, 파형관 하부에 과도한 지하수 유입이 발생한 것으로 추측된다.
- 2는 시료별 입도분석 결과를 나타내고 있다. 실험결과 순환골재는 SW~SP의 토질분류를 보이고, 균등계수는 5~21의 범위를 보이며, 곡률계수는 1~2의 범위를 나타내고, 모래와 커다란 차이를 보이고 있지 않다. 열특성을 분석한 결과로는, 순환골재는 입도분포 및 구성성분(석영 함량)과 열저항과의 관계는 뚜렷한 상관관계를 나타내고 있지 않음을 규명하였다.
- 또한, 모래와 순환골재의 온도구배가 대단히 일치하고 있으므로, 주어진 함수비에서 순환골재가 일반 강모래와 유사한 열저항을 가지고 있음을 유추할 수 있다. 아울러, 송전관로에서 이격거리에 따라 함수비 변화는 보이지 않고, 일정한 수준을 유지하는 것을 볼 때, 순환골재는 모래와 유사한 함수비 거동을 보임을 확인할 수 있다.
- 실험결과 순환골재는 SW~SP의 토질분류를 보이고, 균등계수는 5~21의 범위를 보이며, 곡률계수는 1~2의 범위를 나타내고, 모래와 커다란 차이를 보이고 있지 않다. 열특성을 분석한 결과로는, 순환골재는 입도분포 및 구성성분(석영 함량)과 열저항과의 관계는 뚜렷한 상관관계를 나타내고 있지 않음을 규명하였다. 그 이유로는 순환골재를 구성하는 광물의 종류 및 성분과 입도분포가 유사하여 열저항 변화에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 판단하였다.
- 이를 종합하자면, 상대 다짐도 기준 95%(건설기준)를 만족하기 위해서는 왕복 3회 이상 다짐이 필요하며, 함수비는 여유치를 감안 하여 9% 이상으로 유지시킨다면, 선행연구 결과(Wi et al. 2011)에서와 같이, 목표 열저항값을 만족시키리라 판단된다.
- 현장 실증시험을 종합적으로 정리해 보면, 송전관로 되메움재로 주로 사용되는 강모래와 2종의 순환골재인 영남 A(경산) 시료와 영남 E(칠곡) 시료의 온도-함수비 변화가 매우 유사함을 확인하였다. 즉, 순환골재는 시간경과에 따른 온도구배와 함수비 거동이 모래와 유사하며, 송전관로 주변 지반으로의 온도변화와 함수비 변화도 모래와 매우 일치함을 확인하였다. 따라서 순환골재를 송전관로의 되메움재료로 사용시 모래와 같은 열방산 효과를 기대할 수 있어, 모래의 대체재료로서 순환골재를 충분히 활용할 수 있으리라 예상된다.
- 아울러 순환골재의 열저항 변화에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 함수비와 단위중량임을 규명하였는데, 이는 모래나 일반 토사에서도 적용되는 보편적인 이론이다. 즉, 열저항값은 함수비가 작을수록, 단위중량이 작을수록 커지는 경향을 보인다. 결론적으로, 함수비와 단위중량을 적정수준으로 유지한다면 순환골재도 모래와 같은 열저항값(60~150℃∙cm/W)을 확보할 수 있음을 보여주어, 되메움 대체재료로서의 적합성을 보여주었다.
- 현장 실증시험을 종합적으로 정리해 보면, 송전관로 되메움재로 주로 사용되는 강모래와 2종의 순환골재인 영남 A(경산) 시료와 영남 E(칠곡) 시료의 온도-함수비 변화가 매우 유사함을 확인하였다. 즉, 순환골재는 시간경과에 따른 온도구배와 함수비 거동이 모래와 유사하며, 송전관로 주변 지반으로의 온도변화와 함수비 변화도 모래와 매우 일치함을 확인하였다.
후속연구
- 5. 따라서 순환골재를 송전관로의 되메움 재료로 사용시 모래와 같은 열방산 효과를 기대할 수 있어, 모래의 대체재료로서 순환골재를 충분히 활용할 수 있으리라 예상된다.
- 6. 본 연구의 현장 실증시험은 제한된 기간 동안 수행되었으므로, 향후 장기간 모니터링을 통하여 순환골재의 적용성을 추가로 검증할 필요가 있다.
- 따라서 순환골재를 송전관로의 되메움재료로 사용시 모래와 같은 열방산 효과를 기대할 수 있어, 모래의 대체재료로서 순환골재를 충분히 활용할 수 있으리라 예상된다. 단, 본 연구의 현장 실증시험은 제한된 기간 동안 수행되었으므로, 향후 장기간 모니터링을 통하여 순환골재의 적용성을 추가로 검증할 필요가 있다.
- 즉, 순환골재는 시간경과에 따른 온도구배와 함수비 거동이 모래와 유사하며, 송전관로 주변 지반으로의 온도변화와 함수비 변화도 모래와 매우 일치함을 확인하였다. 따라서 순환골재를 송전관로의 되메움재료로 사용시 모래와 같은 열방산 효과를 기대할 수 있어, 모래의 대체재료로서 순환골재를 충분히 활용할 수 있으리라 예상된다. 단, 본 연구의 현장 실증시험은 제한된 기간 동안 수행되었으므로, 향후 장기간 모니터링을 통하여 순환골재의 적용성을 추가로 검증할 필요가 있다.
- 이 시험에서는 시간경과에 따른 온도와 함수비의 변화를 열원(송전관로)과의 이격거리에 따라 분석하여, 순환골재와 강모래의 열적 안정성을 비교 평가하였다. 이를 통하여, 일반 모래와 순환골재의 열적 거동이 유사하게 평가된다면, 순환골재의 현장 활용성이 더욱 향상되리라 기대한다.
- 제안된 송전관로용 순환골재의 품질 및 시공기준에 따라 실규모 시험장을 조성하고, 장기 열특성 평가를 수행하는 것이 순환골재의 활용성을 증대시키는 마지막 연구단계일 것이다. 실제 현장에서는 기상특성, 지반변화 등에 따라 함수비, 단위중량, 열저항 등이 변화한다.
- 이를 위하여, 비교적 균등한 품질을 보이는 폐콘크리트 순환골재를 대상으로 품질 및 시공 기준을 제안하였다. 품질기준은 현재 전국의 여러 곳에서 만들어지고 있는 순환골재의 송전관로용 되메움재의 생산기준으로 사용될 수 있으며, 시공 기준은 현장에서 사용시 기준치 이내의 열저항값을 확보할 수 있는 다짐도 관리 기준으로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 현장 시험을 위하여, 제안된 품질기준과 시공기준에 따라 시료를 선정하여 실증시험장을 조성하였다.
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