본 논문은 화력발전소 부산물인 저회를 뒤채움재로 활용하고자 열저항 특성에 대한 연구내용을 다루었다. 석탄회의 일종인 저회는 공학적 특성이 모래와 유사하여 모래 대체재로 사용 가능하다. 그러나 열적 특성을 무시한 무분별한 적용은 오히려 기존 구조물에 악영향을 미칠 수 있기 때문에 이에 대한 신중한 선택이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 저회의 열전도도를 확인하기 위해 실내시험을 실시하였으며, 뒤채움재로 활용될 수 있는 현장유용토, 성토재료, 모래 등과 열저항 특성에 대하여 비교 분석하였다. 또한, 이들 재료들의 열저항 특성이 함수비에 따라 큰 영향을 미칠 수 있어 이에 대해 분석을 실시하였고 저회가 뒤채움재로 유효 활용될 수 있도록 방안을 제시하였다.
본 논문은 화력발전소 부산물인 저회를 뒤채움재로 활용하고자 열저항 특성에 대한 연구내용을 다루었다. 석탄회의 일종인 저회는 공학적 특성이 모래와 유사하여 모래 대체재로 사용 가능하다. 그러나 열적 특성을 무시한 무분별한 적용은 오히려 기존 구조물에 악영향을 미칠 수 있기 때문에 이에 대한 신중한 선택이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 저회의 열전도도를 확인하기 위해 실내시험을 실시하였으며, 뒤채움재로 활용될 수 있는 현장유용토, 성토재료, 모래 등과 열저항 특성에 대하여 비교 분석하였다. 또한, 이들 재료들의 열저항 특성이 함수비에 따라 큰 영향을 미칠 수 있어 이에 대해 분석을 실시하였고 저회가 뒤채움재로 유효 활용될 수 있도록 방안을 제시하였다.
This paper deals with the result of thermal resistance test with backfill materials as bottom ash by using backfill material. Bottom ash, one of coal ashes, can be reused to replace sand because of its similar engineering properties. But without considering the thermal property, the abuse of bottom ...
This paper deals with the result of thermal resistance test with backfill materials as bottom ash by using backfill material. Bottom ash, one of coal ashes, can be reused to replace sand because of its similar engineering properties. But without considering the thermal property, the abuse of bottom ash resulted in damage for existing structures. To investigate the thermal conductivity of bottom ash, laboratory tests for thermal resistance of that were carried out in this study. Thermal properties of bottom ash was compared with those of in-situ soil, sand, backfill material which can be applied as filling material. The tests were classified by water contents defined as the major influence factor. The beneficial use method of bottom ash was suggested as backfilling material.
This paper deals with the result of thermal resistance test with backfill materials as bottom ash by using backfill material. Bottom ash, one of coal ashes, can be reused to replace sand because of its similar engineering properties. But without considering the thermal property, the abuse of bottom ash resulted in damage for existing structures. To investigate the thermal conductivity of bottom ash, laboratory tests for thermal resistance of that were carried out in this study. Thermal properties of bottom ash was compared with those of in-situ soil, sand, backfill material which can be applied as filling material. The tests were classified by water contents defined as the major influence factor. The beneficial use method of bottom ash was suggested as backfilling material.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 되메움재로 사용하는 저회의 열저항 특성에 대하여 연구하였다. 연구방법으로는 자연 토사인 현장유용토, 되메움에 주로 사용하는 성토재료, 모래, 석탄회 중에서 저회에 대한 열저항률을 분석하였고 석탄회(저회)의 열저항 특성을 효과적으로 활용할 수 있도록 유효 활용에 대해서 언급하였다.
본 연구에서는 되메움재로 사용하는 저회의 열저항 시험에 대한 내용을 다루었다. 일반적으로 사용하는 흙(현장유용토, 모래, 성토재료)과 대체재로 사용될 수 있는 저회에 대해 열저항률을 분석하였고 효과적인 열저항 특성이 반영될 수 있는 되메움재의 유효 활용에 대해서 언급하였으며 이를 요약･정리하면 다음과 같다.
석탄회 중에서 모래의 대체재, 경량 골재 등의 되메움재로 사용되고 있는 저회의 열저항 특성을 파악해보기 위한 실내시험을 수행하였다. 또한, 일반적으로 되메움재로 사용 되고 있는 현장유용토와 성토재료, 모래 등도 시험에 포함 하여 비교군으로 비교･분석을 실시하였다.
제안 방법
석탄회 중에서 모래의 대체재, 경량 골재 등의 되메움재로 사용되고 있는 저회의 열저항 특성을 파악해보기 위한 실내시험을 수행하였다. 또한, 일반적으로 되메움재로 사용 되고 있는 현장유용토와 성토재료, 모래 등도 시험에 포함 하여 비교군으로 비교･분석을 실시하였다. 이들 재료의 열 특성은 다짐특성인 함수비와 건조단위중량에 따라 열저항 특성이 변화하므로 이를 분석하였다.
박스형 프로브(PD-13)의 규격은 95×40mm로 시료와 직접 접촉시켜 열전도율을 측정하고 이를 다시 열저항으로 환산하였다.
따라서 본 논문에서는 되메움재로 사용하는 저회의 열저항 특성에 대하여 연구하였다. 연구방법으로는 자연 토사인 현장유용토, 되메움에 주로 사용하는 성토재료, 모래, 석탄회 중에서 저회에 대한 열저항률을 분석하였고 석탄회(저회)의 열저항 특성을 효과적으로 활용할 수 있도록 유효 활용에 대해서 언급하였다.
이들 재료의 열 특성은 다짐특성인 함수비와 건조단위중량에 따라 열저항 특성이 변화하므로 이를 분석하였다. 이들 재료가 지중에 존재할 때 재료의 함수 특성을 비교하였으며 지중조건에서 함수비가 열저항에 미치는 영향을 분석하였다. Fig.
또한, 일반적으로 되메움재로 사용 되고 있는 현장유용토와 성토재료, 모래 등도 시험에 포함 하여 비교군으로 비교･분석을 실시하였다. 이들 재료의 열 특성은 다짐특성인 함수비와 건조단위중량에 따라 열저항 특성이 변화하므로 이를 분석하였다. 이들 재료가 지중에 존재할 때 재료의 함수 특성을 비교하였으며 지중조건에서 함수비가 열저항에 미치는 영향을 분석하였다.
본 연구에서는 되메움재로 사용하는 저회의 열저항 시험에 대한 내용을 다루었다. 일반적으로 사용하는 흙(현장유용토, 모래, 성토재료)과 대체재로 사용될 수 있는 저회에 대해 열저항률을 분석하였고 효과적인 열저항 특성이 반영될 수 있는 되메움재의 유효 활용에 대해서 언급하였으며 이를 요약･정리하면 다음과 같다.
이론/모형
Fig. 2(b)는 시험에 사용된 열저항 측정장비를 보여주고 있으며 열저항 측정장비는 비정상열선법을 기반으로 하는 Kyoto Electronic사의 QTM-500을 사용하였다. 박스형 프로브(PD-13)의 규격은 95×40mm로 시료와 직접 접촉시켜 열전도율을 측정하고 이를 다시 열저항으로 환산하였다.
성능/효과
(1) 현장유용토, 성토재료, 모래, 저회에 대한 열저항률 측정 결과 함수비가 증가함에 따라 열저항률은 감소하는 것으로 나타났고 현장유용토, 성토재료, 모래의 경우 1.32m･K/W를 넘지 않는 범위에 있는 것으로 확인되었으나, 저회의 경우 건조상태(함수비 0%)에서 5.81m･K/W 의 높은 열저항률을 보였다.
각국의 토양의 열저항률은 매설 깊이 0.5m∼1.2m의 범위에서 열저항률이 0.85∼1.2m･K/W의 범위에서 관리하는 것으로 조사되었다.
0%의 높은 최적 함수비를 보이는 것으로 나타났다. 또한, 변곡점이 2개의 양상을 보였으며 대부분 입도가 불량한 모래의 다짐곡선의 경향을 보였고 낮은 함수비 구간에서는 함수비가 증가하여도 건조단위중량이 감소하는 벌킹 현상이 발생하는 것으로 나타났다. 이러한 현상은 흙 입자에 존재하는 간극수의 모관장력이 흙 입자의 미끄러짐을 방해하여 오히려 부피가 증가하는 것으로 분석된다.
모든 되메움 재료에 있어서 함수비가 증가함에 따라 열저항률도 감소하는 것으로 나타났고 현장유용토, 성토재료, 모래의 경우 대략 함수비 6∼9% 범위에서 1m･K/W 이하의 열저항률을 보이는 것으로 나타났다.
저회의 경우 현장유용토, 성토재료, 모래와는 다르게 함수비의 증가에 따라 급격한 열저항률 감소현상이 발생하는 것으로 나타났다. 위 결과들을 종합해 볼 때 일반적으로 사용하고 있는 되메움 재료(현장유용토, 성토재료, 모래)의 경우 함수비의 증가에 따라 열저항률의 감소현상이 발생하였으나 그폭은 작은 것으로 나타났고 저회의 경우 함수비의 증가에 따라 열저항률의 감소현상이 발생하였으나 9% 이하의 낮은 함수비에서 감소폭이 두드러지는 것으로 나타났다.
32m･K/W를 넘지 않는 범위에 있는 것으로 확인되었다. 이는 동일 함수상태에서 되메움 재료의 종류에 따라 열저항 특성이 다름을 의미하고 저회와 같이 건조단위중량이 낮은 재료일수록 열저항률이 높은 것으로 나타났다.
0g/cm3인 것으로 나타났다. 저회를 제외한 모든 되메움 재료에서는 평균 열저항률(T.R. : Thermal Resistance)이 1m･K/W 이하의 낮은 열저항률을 보였으며, 최대치가 1m･K/W를 상회하나 1.32m･K/W를 넘지 않는 범위에 있는 것으로 확인되었다. 이는 동일 함수상태에서 되메움 재료의 종류에 따라 열저항 특성이 다름을 의미하고 저회와 같이 건조단위중량이 낮은 재료일수록 열저항률이 높은 것으로 나타났다.
그러나 모래의 경우 현장유용토와 성토재료보다 낮은 건조단위중량을 보였다. 저회의 경우 9.2kN/m3 낮은 건조단위중량보였으며 최적 함수비는 18.0%의 높은 최적 함수비를 보이는 것으로 나타났다. 또한, 변곡점이 2개의 양상을 보였으며 대부분 입도가 불량한 모래의 다짐곡선의 경향을 보였고 낮은 함수비 구간에서는 함수비가 증가하여도 건조단위중량이 감소하는 벌킹 현상이 발생하는 것으로 나타났다.
모든 되메움 재료에 있어서 함수비가 증가함에 따라 열저항률도 감소하는 것으로 나타났고 현장유용토, 성토재료, 모래의 경우 대략 함수비 6∼9% 범위에서 1m･K/W 이하의 열저항률을 보이는 것으로 나타났다. 저회의 경우 현장유용토, 성토재료, 모래와는 다르게 함수비의 증가에 따라 급격한 열저항률 감소현상이 발생하는 것으로 나타났다. 위 결과들을 종합해 볼 때 일반적으로 사용하고 있는 되메움 재료(현장유용토, 성토재료, 모래)의 경우 함수비의 증가에 따라 열저항률의 감소현상이 발생하였으나 그폭은 작은 것으로 나타났고 저회의 경우 함수비의 증가에 따라 열저항률의 감소현상이 발생하였으나 9% 이하의 낮은 함수비에서 감소폭이 두드러지는 것으로 나타났다.
3 및 Table 4와 같다. 체분석 결과 통일분류법에 의한 분류 시 현장유용토는 입도가 양호한 모래(SW)로 분류되었으며 모래, 성토재료, 저회는 입도가 불량한 모래(SP)로 분류되었다.
현장유용토, 성토재료, 모래, 저회에 대한 다짐시험을 실시하였고 각각의 시료에 대하여 함수비와 건조단위중량을 측정하였으며, 건조단위중량별 열저항률을 측정한 결과를 Table 5에 나타내었다. 최대건조단위중량 부분에서는 성토 재료와 현장유용토가 각각 1.91g/cm3, 1.81g/cm3로 나타났으며 다음으로는 모래가 1.54g/cm3로 나타났다. 저회는 가장 낮은 최대건조단위중량을 보였으며 약 1.
최대건조단위중량 상태에서 되메움재의 종류별 열저항치의 특성을 살펴본 결과 전반적으로 낮은 건조단위중량을 가지는 저회의 경우 높은 열저항률을 보이는 것으로 나타났다. 현장유용토의 경우 건조단위중량이 1.
현장유용토, 성토재료, 모래, 저회의 함수비에 따른 열저항률을 살펴본 결과 건조한 상태에서 각각의 되메움 재료들은 1m･K/W의 범위에 있는 것으로 나타났으나, 저회의 경우 건조 상태에서도 5.81m･K/W의 높은 열저항률을 보이는 것으로 나타났다. 모든 되메움 재료에 있어서 함수비가 증가함에 따라 열저항률도 감소하는 것으로 나타났고 현장유용토, 성토재료, 모래의 경우 대략 함수비 6∼9% 범위에서 1m･K/W 이하의 열저항률을 보이는 것으로 나타났다.
네 가지 되메움 재료는 함수비가 증가함에 따라 열저항률이 감소하는 현상은 동일하나 그 크기나 경향에 있어서 많은 차이를 보이고 있어 되메움 재료로 사용할 경우 그 목적에 따라 다르게 적용할 필요가 있다. 현장유용토, 성토재료와 모래의 경우 열저항률이 상대적으로 낮은 값을 보유하고 있고 특히 지중송전선로 공사 시 되메움 재료의 열저항률 기준인 1m･K/W를 만족하고 있어 열을 방출하는 되메움 재료로 적당할 것으로 보인다. 그러나 저회의 경우 함수비의 증가에 따라 열저항률이 감소하기는 하나 상대적으로 높은 열저항률을 보유하고 있어 열의 유출을 막아야 하는 지역 난방배관에 적용하는 데에는 적절할 것으로 판단된다.
4와 같다. 현장유용토의 건조단위중량과 최적 함수비는 각각 18.0kN/m3와 14.0%로 나타났으며, 성토재료도 현장유용토와 비슷하게 19.0kN/m3와 11.8%로 나타났다. 그러나 모래의 경우 현장유용토와 성토재료보다 낮은 건조단위중량을 보였다.
현장유용토의 건조단위중량은 15.2∼18.1kN/m3의 범위에서 0.43∼1.17m･K/W의 열저항률을 보였으며 성토재료의 경우 17.3∼19.1kN/m3의 건조단위중량의 범위에서 0.54∼1.74m･K/W 의 열저항률을 보였다.
후속연구
그러나 저회의 경우 건조단위중량의 증가가 미소하며 증가하더라도 높은 열저항률을 보이고 있어 직접적인 지중송전관로 되메움재로의 활용이 어려울 것으로 판단 된다. 다만 열저항의 영향 인자 중에 하나인 함수비의 영향이 지배적이므로 지중상태에서 각 재료들이 가지는 함수특성을 반영한 열저항률 연구가 추가적으로 필요할 것으로 사료된다.
열저항의 영향 인자 중에 하나인 함수비의 영향이 절대 적인 바 지중상태에서 각 재료들이 가지는 함수 특성을 반영한 열저항률 연구가 추가적으로 필요할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
되메움재는 어디에 사용되는가?
지열의 냉･난방 배관, 지역난방의 열배관, 지중송전관로 등에 사용되는 되메움재는 열 특성을 고려해야 하는 특징을 가지고 있다. 지역난방에 사용되는 열배관의 경우 열원으로 부터 안정된 열수를 공급하고 회수하여 다시 재공급해야 하는 차원에서 보온력이 열배관의 중요한 요소임에 틀림없다.
저회가 모래 대체재로 사용 가능한 이유는?
본 논문은 화력발전소 부산물인 저회를 뒤채움재로 활용하고자 열저항 특성에 대한 연구내용을 다루었다. 석탄회의 일종인 저회는 공학적 특성이 모래와 유사하여 모래 대체재로 사용 가능하다. 그러나 열적 특성을 무시한 무분별한 적용은 오히려 기존 구조물에 악영향을 미칠 수 있기 때문에 이에 대한 신중한 선택이 필요하다.
지하구조물 중 상･하수도 관로 주변 지반의, 토사 유실을 방지하기 위한 고려사항은?
서울시의 경우 지반침하로 인해 발생한 도로함몰은 하수관 손상(80%), 상수관 누수(2%), 굴착복구 공사 미흡(18%) 등의 원인으로 조사되었으며 특히 우기철은 봄과 여름에 약 66%가 발생하는 것으로 조사되었다(Seoul Metropolitan Government, 2016). 이렇듯 상･하수도 관로의 누수와 우기철 지하수의 변화는 지반 내에 존재하는 토사의 유실로 기인된 것으로 나타났으며, 유실을 방지할 수 있는 관로 뒤채움재가 지반함몰을 방지하는 중요한 고려사항이다.
참고문헌 (10)
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