유용선
(Chemius Korea Co., Ltd.)
,
한진규
(Chemius Korea Co., Ltd.)
,
채우리
(Chemius Korea Co., Ltd.)
,
구자술
(Tongyang cement Co., Ltd. R&D Center)
,
이대영
(Geotechnical Engineering Research Division, Korea Institue of Civil Engineering and Building Technology)
하수관거 시공시 부적절한 뒤채움재 및 다짐불량으로 인해 하수관로 파손 및 지반침하 현상이 발생한다. 최근들어 이러한 문제점을 해결하기 위해 유동성 채움재에 대한 관심이 증가하고 있다. 본 연구에서는 속경성, 가소성, 유동성, 수중불분리성을 갖춘 뒤채움재의 최적배합 도출과 뒤채움재의 경제성 향상을 위한 기초 연구를 수행하였다. 속경성 결합재의 최적배합 도출 실험 결과를 통해 뒤채움재의 최적 배합의 특성을 평가하였다. 시험결과, 속경성 결합재 페이스트의 W/M을 100%까지 증가시켜도 가소제 첨가량을 적절히 조절하여 사용하면 요구 성능을 만족시킴과 동시에 경제성 또한 확보 할 수 있을 것으로 사료된다.
하수관거 시공시 부적절한 뒤채움재 및 다짐불량으로 인해 하수관로 파손 및 지반침하 현상이 발생한다. 최근들어 이러한 문제점을 해결하기 위해 유동성 채움재에 대한 관심이 증가하고 있다. 본 연구에서는 속경성, 가소성, 유동성, 수중불분리성을 갖춘 뒤채움재의 최적배합 도출과 뒤채움재의 경제성 향상을 위한 기초 연구를 수행하였다. 속경성 결합재의 최적배합 도출 실험 결과를 통해 뒤채움재의 최적 배합의 특성을 평가하였다. 시험결과, 속경성 결합재 페이스트의 W/M을 100%까지 증가시켜도 가소제 첨가량을 적절히 조절하여 사용하면 요구 성능을 만족시킴과 동시에 경제성 또한 확보 할 수 있을 것으로 사료된다.
Inappropriate backfill material and poor compaction cause the damage to sewer and ground settlement. To deal with such problem, flowable backfill material has attracted attention recently. A basic study was conducted in a bid to obtain optimum mixing ratio of backfill material with the characteristi...
Inappropriate backfill material and poor compaction cause the damage to sewer and ground settlement. To deal with such problem, flowable backfill material has attracted attention recently. A basic study was conducted in a bid to obtain optimum mixing ratio of backfill material with the characteristics of rapid hardening, pseudo-plasticity, flowability and anti washout ability and enhance the cost efficiency of backfill material. Through the test of optimal mixing ratio of rapid hardening, evaluation of optimal mixing ratio of backfill material was conducted. As a result, required performance as well as cost efficiency could be achieved by adjusting plasticizer even in case of increasing W/M of the paste of rapid hardening to 100%.
Inappropriate backfill material and poor compaction cause the damage to sewer and ground settlement. To deal with such problem, flowable backfill material has attracted attention recently. A basic study was conducted in a bid to obtain optimum mixing ratio of backfill material with the characteristics of rapid hardening, pseudo-plasticity, flowability and anti washout ability and enhance the cost efficiency of backfill material. Through the test of optimal mixing ratio of rapid hardening, evaluation of optimal mixing ratio of backfill material was conducted. As a result, required performance as well as cost efficiency could be achieved by adjusting plasticizer even in case of increasing W/M of the paste of rapid hardening to 100%.
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문제 정의
이에 본 연구에서는 조속한 후속공정의 도입을 위한 조기강도 발현, 재료유실 방지를 하는 가소성, 시공품질 확보를 위한 수중불분리성을 갖춘 유동성 채움재의 공학적 특성 평가를 통해 하수관로로 뒤채움재로서의 사용 가능성을 제시하고자 한다.
제안 방법
2의 장비를 이용하였다. 본 연구에서는 현장 타설시 바이브래이터 등에 의해 외력이 가해졌을 때는 유동성을 가지나, 외력이 없을 때는 유동성이 사라지는 가소성(假塑性)을 측정하기 위하여 기존의 CLSM 에 적용하는 ASTM D 6103과 같은 플로 시험이 아닌 타격플로 시험을 진행하였다. 슬럼프 뒤채움재 시료를 상부지름 70mm, 하부 지름 100mm, 높이 50mm의 틀에 채운 후 틀을 들어 올려 외력이 없는 상태인 초기 플로를 측정하였으며, 25회 타격하여 타격 플로를 측정하여 외력이 주어졌을 때의 유동성을 측정하였다.
속경형 가소성 뒤채움재의 최적배합을 얻고자 3단계에 걸쳐 실험을 진행하였다. 1단계에서는 플라이애쉬와 CA (Calcium Aluminate) 바인더의 최적 혼입율을 결정하고자 하였으며, 2단계에서는 적정 촉진제의 종류와 사용량을 결정하였고, 3단계에서 최적의 물성을 나타내는 물-재료 비를 얻고자 하였다.
본 연구에서는 현장 타설시 바이브래이터 등에 의해 외력이 가해졌을 때는 유동성을 가지나, 외력이 없을 때는 유동성이 사라지는 가소성(假塑性)을 측정하기 위하여 기존의 CLSM 에 적용하는 ASTM D 6103과 같은 플로 시험이 아닌 타격플로 시험을 진행하였다. 슬럼프 뒤채움재 시료를 상부지름 70mm, 하부 지름 100mm, 높이 50mm의 틀에 채운 후 틀을 들어 올려 외력이 없는 상태인 초기 플로를 측정하였으며, 25회 타격하여 타격 플로를 측정하여 외력이 주어졌을 때의 유동성을 측정하였다.
4시간에 경화가 되지 않은 시료는 이후 재령의 압축강도를 측정하지 않았으며, 4시간 이내에 경화가 된 시료에 대해서만 장기강도의 억제를 확인 하고자 1단계와 2단계에서는 7일 강도만을, 3단계에서는 7일과 28일 재령의 압축강도를 측정하였다. 이후 최종 확인실험에서는 테이블 플로와 4시간, 7일, 28일 압축강도 및 수중불분리성을 측정하여 최적 배합을 선정하였다. 빠른 후속공정을 위한 속경성 및 조기강도 기준은 동경전력 유동화토 기준에 따라 재령 4시간에 일축 압축강도 0.
대상 데이터
본 실험에 사용한 재료로 국내산 플라이애시 및 칼슘알루미네이트계 바인더를 사용하였으며, 그 물리 화학적 특성은 Table 1과 같다. 또한, 가소제는 국내 J社 제품을 사용하였고, 촉진제는 모두 시약으로 사용하였다.
본 실험에 사용한 재료로 국내산 플라이애시 및 칼슘알루미네이트계 바인더를 사용하였으며, 그 물리 화학적 특성은 Table 1과 같다. 또한, 가소제는 국내 J社 제품을 사용하였고, 촉진제는 모두 시약으로 사용하였다.
이론/모형
압축강도 시험용 시편은 뒤채움재의 테이블 플로를 측정한 다음 50×50×50mm의 각주형 시험체 틀에 넣어 KS L 5105 규정에 의거하여 제작하였다.
성능/효과
(1) 조기강도 발현을 위한 속경성과 재료유실 방지를 위한 가소성을 만족시키기 위한 압축강도와 페이스트의 실험을 실시하여 하수관로 뒤채움용 결합재의 최적배합을 도출하였다.
(2) 하수관거 뒤채움재 최적 배합의 경제성 향상을 위해 W/M 증가에 따른 속경성 결합재의 특성을 파악한 결과, W/M이 높아질수록 단위수량 증가에 따른 자유수가 증가하는 것을 알 수 있다. 가소제는 일시적으로 자유수의 작용을 억제시켜 유동성 상실을 유도하는 역할을 하며, W/M 증가에 따라 가소제의 첨가량은 증가하는 것으로 나타났다.
(3) 속경설 결합재 시험을 통해 재령 4시간 압축강도는 W/M 70% 이하에서 0.55～0.64MPa 범위로 나타났고, W/M 80% 이상에서는 0.20MPa 정도로 나타났다. 재령 7일 압축강도는 W/M 70% 이하에서 0.
(2) 하수관거 뒤채움재 최적 배합의 경제성 향상을 위해 W/M 증가에 따른 속경성 결합재의 특성을 파악한 결과, W/M이 높아질수록 단위수량 증가에 따른 자유수가 증가하는 것을 알 수 있다. 가소제는 일시적으로 자유수의 작용을 억제시켜 유동성 상실을 유도하는 역할을 하며, W/M 증가에 따라 가소제의 첨가량은 증가하는 것으로 나타났다.
24MPa 정도로 나타났다. 이러한 결과로부터 속경성 결합재 페이스트의 W/M을 100% 까지 증가시켜도 가소제 첨가량을 적절히 조정하여 사용하면 유동성 채움재의 요구 성능을 만족시키면서 경제성을 확보할 수 있는 것을 알 수 있다.
이상의 결과로 볼 때, 속경성 결합재 페이스트의 W/M을 100% 까지 증가시켜도 가소제 첨가량을 적절히 조정 하여 사용하면 요구성능을 만족시키면서 경제성 또한 확보할 수 있을 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
되메우기 방법을 실행하는데 어떤 어려움이 있는가?
도심지 매설관 설치를 위해 굴착, 매설, 뒤채움 작업을 실행하는 과정에서 굴착장비에 의한 관의 파손, 다짐부족 및 되메움재 불량 등으로 인해 약화된 지반에 우수 및 지하수가 침투로 지반침하가 발생한다. 상·하수도관 등 관로매설공사의 되메우기 방법은 트렌치를 굴착한 후 저면에 모래를 깔고 관을 설치하는 방법을 사용하고 있으나, 지중 매설관이 중첩되어 있거나, 관 접속부위, 관하부의 틈새를 다짐하는데 어려움이 있다. 또한 관로의 다짐작업시 현장다짐에너지에 의해 발생되는 추가 하중은 구조물에 토압증가 효과를 유발한다(Duncan et al, 1986). 이러한 뒤채움재 및 다짐으로 인한 문제점들을 해결하기 위해 유동성 뒤채움재가 사용되고 있다.
도시의 지하에 존재하는 복잡하게 설계된 라이프 라인은 어떤 문제를 야기하는가?
도시의 지하에는 전기, 수도, 가스 등의 공급시설, 하수, 전신전화 등의 라이프 라인(life line)이 복잡하게 매설되어 있다. 이러한 라이프 라인은 인간에게 필요한 각종 생활편익을 제공하지만 노후 관로의 손상에 따른 누수로 인해 지반의 지지력이 저하되면서 도로가 함몰되는 사고가 발생한다. 도심지 매설관 설치를 위해 굴착, 매설, 뒤채움 작업을 실행하는 과정에서 굴착장비에 의한 관의 파손, 다짐부족 및 되메움재 불량 등으로 인해 약화된 지반에 우수 및 지하수가 침투로 지반침하가 발생한다.
저강도 유동성 채움재의 특징은 무엇인가?
미국 콘크리트 학회 ACI (1994)에서는 시멘트, 물, 골재와 플라이애쉬로 구성된 저강도 유동성 채움재를 CLSM (Controlled low strength materials)으로 정의하고 있다. CLSM은 자기 수평능력(self-leveling)과 자기 다짐성(selfcompacting)을 가진 재료로 초기에는 높은 유동성을 갖게 되며 시멘트 양생으로 원하는 강도까지 강도를 증진 시킬 수 있는 특징을 가지고 있다. CLSM은 콘크리트와 토사의 중간성질을 보이며 다짐된 충전재를 대신해 자기 수평 및다짐 능력을 가진 충전 재료로 고려되고 있어 동결융해, 표면침식, 유해한 화학물질의 침입 등이 고려되지 않고 설계된다.
참고문헌 (6)
ACI Committee 229 (1994), CLSM, ACI R-94.
Duncan, J. M. and Seed, R. B. (1986), "Compaction-induced Earth Pressures under K0-conditions", Journal of Geotechnical Engineering, Vol.112, No.1, pp.1-21.
Kim, Y.J. (2011), Engineering Characteristics of Lightweight Foamed Controlled Low-strength Materials with Coal Ash for Backfill, Ph.D. thesis, Hanyang Univ., pp.1-97.
Kong, J.Y., Kang, H.N. and Chun, B.S. (2010), "Characteristics of Uncofined Compressive Strength and Flow in Controlled Low Strength Materials Made with Coal Ash", Journal of KGS, Vol.26, No.1, pp.75-83.
Lee, Y.J., Yea, G.G., Park, S.W. and Kim, H. Y. (2015), "Behavior Characteristics of Underground Flexible Pipe Backfilled with Lightweight Foamed Soil", J. Korean Geosynthetics Society, Vol.14. No.1, pp.43-50.
Yoon, G.L., Yoon, Y.W. and Ahn, K.H. (2012), "Shear Strength and Deformation Characteristics of Lightweight Soils Mixed with Tire Powder", Journabl of KSCE, Vol.32, No.6C, pp. 259-265.
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