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문제 정의
- 2 종류의 다짐 에너지에 따른 순환골재의 파쇄 정도를 다양한 파쇄지수로 평가하고 분석하였다. 또한, 파쇄지수가 다르도록 조정한 다양한 크기의 순환골재에 대한 투수시험 및 직접 전단시험을 실시하여 파쇄지수가 순환골재의 투수와 전단 강도에 미치는 영향에 대해 연구하였다.
- 본 연구에서는 여러 종류의 파쇄지수를 이용하여 순환 골재의 다짐에너지에 따른 파쇄 정도를 평가하고자 하였다. 파쇄지수는 Fig.
- 순환골재는 토공사 및 도로공사 혼합골재로 사용량이 증가하는 추세이며, 구조물 뒷채움용, 관로 되메우기 등으로 사용하며 모래 대체용 재료로 사용하기도 한다. 본 연구에서는 일반적으로 옹벽 및 교량의 교대 구조물 뒷채움용 및 토공 쌓기 공사의 안정성 검토시 제시된 값이나 경험치에 의한 내부 마찰각을 많이 사용하므로, 시험을 통한 순환골재의 파쇄 정도에 따른 전단 특성을 평가하기 위해 직접전단시험을 실시하였다.
제안 방법
- (1) 다짐으로 인한 순환골재의 파쇄성을 B15, Cc, B10, Br 과 같은 4종류의 파쇄지수로 비교하였다. 다짐 에너지와 지수에 관계 없이 골재 크기가 클수록 파쇄성이 높았으며, 가장 작은 S 골재에 비해 큰 L 골재의 파쇄지수가 상대적으로 1.
- 본 연구에서는 폐콘크리트를 파쇄 처리한 순환골재를 현장에서 사용할 때 현장 장비의 다짐으로 발생할 수 있는 파쇄를 실내다짐방법으로 재현한 다음 다짐 전과 후의 입도변화를 분석하였다. 2 종류의 다짐 에너지에 따른 순환골재의 파쇄 정도를 다양한 파쇄지수로 평가하고 분석하였다. 또한, 파쇄지수가 다르도록 조정한 다양한 크기의 순환골재에 대한 투수시험 및 직접 전단시험을 실시하여 파쇄지수가 순환골재의 투수와 전단 강도에 미치는 영향에 대해 연구하였다.
- 0배 정도 높았다. B 다짐의 경우에는 Cc를 제외한 대부분의 지수가 골재 종류에 따른 뚜렷한 차이가 없으므로 D 다짐 결과 위주로 분석하였다.
- 0mm)로 나눈 다음, 다짐 에너지와 골재 크기에 따른 파쇄 정도를 분석하였다. 또한 5.6-9.5mm 사이 골재를 파쇄지수 B15 기준으로 1-70까지 조정한 시료에 대해 투수시험 및 직접전단시험을 수행하여 파쇄지수가 순환골재의 공학적 특성에 미치는 영향을 연구하였으며, 주요 연구 결과는 다음과 같다.
- 하지만 골재에 따른 Cc 값의 변화 범위 또는 폭이 6-10 사이로 비교적 좁은 편이었다. 반면 B15 지수는 값의 범위가 넓고 골재에 따른 상대적인 차이를 표현하기 쉬워 B15를 기준으로 순환골재의 파쇄 정도를 결정하고, 파쇄지수가 순환골재의 공학적인 특성에 미치는 영향을 분석하였다.
- 도로 공사 시에 골재는 사용 용도에 따라 Table 2와 같이 다짐 방법이 다르다(국토해양부, 2011). 본 연구에서는 순환골재가 주로 노체나 노상에 사용되는 점을 고려하여 수정 B 및 D 다짐 방법을 사용하였다. 두 다짐 방법(KS F 2312)에 사용한 몰드의 안지름은 15cm 이고 층당 다짐 회수는 55회로 동일하지만, 램머는 2.
- 순환골재는 사용 용도에 따라 건설 폐기물의 재활 용촉진에 관한 법률 규정에 근거 “순환골재 품질기준” (국토교통부, 2013)에 따라 그 기준을 제시하고 있다. 본 연구에서는 천연 골재와 달리 모르타르의 파쇄로 인한 입도 변화가 각종 공학적 특성에 미치는 영향을 분석하기 위해 실험 목적에 맞도록 입경을 Table 1과 같이 3 종류의 크기 Large(31.5-45.0mm), Medium(19.0-31.5mm), Small(9.5-19.0mm)로 분류하였다. 순환골재의 비중은 2.
- 본 연구에서는 폐콘크리트를 파쇄 처리하여 생산된 순환골재의 크기를 세 종류(31.5-45.0mm, 19.0-31.5mm, 9.5-19.0mm)로 나눈 다음, 다짐 에너지와 골재 크기에 따른 파쇄 정도를 분석하였다. 또한 5.
- 본 연구에서는 폐콘크리트를 파쇄 처리한 순환골재를 현장에서 사용할 때 현장 장비의 다짐으로 발생할 수 있는 파쇄를 실내다짐방법으로 재현한 다음 다짐 전과 후의 입도변화를 분석하였다. 2 종류의 다짐 에너지에 따른 순환골재의 파쇄 정도를 다양한 파쇄지수로 평가하고 분석하였다.
- 5mm 이하로 시험용 시료를 준비하였다. 수직응력은 100, 200, 300kPa를 가하였으며, 1mm/min의 일정한 속도로 전단하였다.
- 순환골재의 파쇄 정도에 따른 투수계수 및 전단 강도와 같은 공학적 특성의 변화를 분석하기 위해서는 실험에 사용하는 공시체의 크기를 고려하여 앞서 사용했던 Large, Medium, Small 시료보다 작은 10mm 미만의 시료를 사용하였다. 즉, 기존 골재 중에서 5.6-9.5mm 사이 입도를 가진 골재를 바탕으로 이를 파쇄하여 파쇄지수 B15를 기준으로 1, 3, 10, 20, 30, 50, 60, 70까지 약 10씩 증가시키면서 Fig. 2와 같은 입도를 가지도록 조정하였으며, 대표 시료의 모습은 Fig. 3과 같다. 투수시험은 사질토에 적용하는 정수위시험법을 사용하였으며, 입경이 중간 또는 큰 순환골재는 투수성이 너무 높아 실험이 불가능하기 때문에 앞서 설명한 바와 같이 9.
- 0cm 로 1-3분간 측정하였다. 투수시험은 동일한 파쇄지수를 가진 시료에 대해 2번씩 실시하였다. 직접전단시험(KSF 2343)의 경우 공시체 내경이 90mm이므로 최대 입경이 내경의 10% 정도에 해당하도록 입자 규격 9.
- 파쇄지수 B15가 다른 총 8 종류의 시료를 대상으로 투수시험과 직접전단시험을 실시하였다. 투수시험 및 직접전단시험의 경우 평균 단위중량은 12.
- 7°로 감소하는 경향을 보였다. 한편, 수평 변형으로 인한 전단면적의 변화를 고려하여 마찰각을 계산하였다. Kim (2017)에 따르면 입자크기가 증가할수록 마찰각이 증가 하는 경향을 보였다.
- 현장에서 발생하는 다짐에너지의 차이에 따른 순환 골재의 파쇄 정도를 분석하기 위해 순환골재를 수정 B 또는 D 다짐 시험 후 입도 변화를 비교 분석하였다. 단, 다짐 시험 시 함수비는 고려하지 않았다.
대상 데이터
- 다짐시험에는 이들 3종류의 골재와 이를 서로 균등하게 혼합한 네 종류의 골재(Large-Medium, Medium-Small, Large-Small, Large-Medium-Small)로 총 7종류를 사용하였다. 도로 공사 시에 골재는 사용 용도에 따라 Table 2와 같이 다짐 방법이 다르다(국토해양부, 2011).
- 본 연구에서 사용한 순환골재는 경북 지역에서 발생한 폐콘크리트를 파쇄한 후 발생한 순환골재를 사용하였다. 순환골재는 사용 용도에 따라 건설 폐기물의 재활 용촉진에 관한 법률 규정에 근거 “순환골재 품질기준” (국토교통부, 2013)에 따라 그 기준을 제시하고 있다.
- 순환골재의 파쇄 정도에 따른 투수계수 및 전단 강도와 같은 공학적 특성의 변화를 분석하기 위해서는 실험에 사용하는 공시체의 크기를 고려하여 앞서 사용했던 Large, Medium, Small 시료보다 작은 10mm 미만의 시료를 사용하였다. 즉, 기존 골재 중에서 5.
- 투수시험은 동일한 파쇄지수를 가진 시료에 대해 2번씩 실시하였다. 직접전단시험(KSF 2343)의 경우 공시체 내경이 90mm이므로 최대 입경이 내경의 10% 정도에 해당하도록 입자 규격 9.5mm 이하로 시험용 시료를 준비하였다. 수직응력은 100, 200, 300kPa를 가하였으며, 1mm/min의 일정한 속도로 전단하였다.
- 3과 같다. 투수시험은 사질토에 적용하는 정수위시험법을 사용하였으며, 입경이 중간 또는 큰 순환골재는 투수성이 너무 높아 실험이 불가능하기 때문에 앞서 설명한 바와 같이 9.5mm 이하의 작은 시료를 대상으로 실시하였다. 투수시험 공시체의 높이는 13.
성능/효과
- (2) 파쇄지수 Cc의 경우 골재 크기와 다짐 정도에 따른 차이가 가장 뚜렷하였으며, 또한 골재에 따른 B와 D 다짐의 파쇄 경향이 서로 비슷하게 나타났다. 파쇄지수 B15는 값의 범위가 넓고 골재 종류에 따른 파쇄성의 상대적인 차이를 표현하기 쉬웠다.
- (3) 5.6-9.5mm 사이 순환골재의 투수계수는 파쇄지수 B15가 1인 경우보다 50일 경우 1/22 정도로 감소하였으며, 파쇄로 인해 세립분이 증가할수록 투수계수는 계속 감소하는 경향을 보였다. 한편, Kozen의 경험식은 순환골재의 투수계수를 다소 과대평가하다가 파쇄지수가 증가함에 따라 비슷한 경향을 보였다.
- (4) 5.6-9.5mm 사이 순환골재의 최대 마찰각은 파쇄지 수 B15가 1에서 50까지 증가함에 따라 46.1°에서 54.5°까지 증가하다가 60 이후는 다시 감소하는 경향을 보였다. 파쇄지수가 증가함에 따라 0.
- 과 같은 4종류의 파쇄지수로 비교하였다. 다짐 에너지와 지수에 관계 없이 골재 크기가 클수록 파쇄성이 높았으며, 가장 작은 S 골재에 비해 큰 L 골재의 파쇄지수가 상대적으로 1.4-3.0배 정도 더 높았다. B 다짐보다 D 다짐으로 인한 순환골재의 파쇄성이 파쇄지수에 따라 2.
- 7은 각각의 골재에 대한 파쇄지수를 비교하고 있다. 모든 지수가 다짐 종류에 관계없이 골재 크기 순서인 L, M, S 순서로 파쇄지수(파쇄성)가 감소하는 경향을 보였으며, 대부분의 경우 S 골재가 가장 낮은 파쇄지수를 보였다. 즉, S 골재에 비해 L 골재의 파쇄지수가 1.
- 0mm)로 분류하였다. 순환골재의 비중은 2.5로 일반 천연골재 2.7보다 약간 낮은 값을 보였으며, 각각의 크기에 따른 무게는 평균값으로 0.13, 0.06, 0.03N 으로 나타났다.
- 순환골재의 직접전단시험 결과 파쇄지수에 따른 최대 마찰각을 Fig. 10에 비교하였으며, 파쇄지수가 1일 때 46.1°인 마찰각이 파쇄지수 3 에서 50까지 증가함에 따라 마찰각은 47.2, 49.3, 50.0, 51.2, 54.5°로 점점 증가하는 경향을 보였다.
- 파쇄지수가 30 또는 50 정도일 경우 투수계수는 1/7 또는 1/22 정도로 감소하였다. 파쇄로 인해 세립분이 조금만 증가하더라도 투수계수가 크게 감소하는 것을 알 수 있었다.
- 9와 같다. 파쇄지수가 증가할수록 응력-변형률 곡선은 매끄럽고 완만하였으며, 입자 규격이 클수록 전단 시 입자가 서로 타고 넘는 현상으로 응력의 요철이 발생하였다. 순환골재의 직접전단시험 결과 파쇄지수에 따른 최대 마찰각을 Fig.
후속연구
- 일반적으로 순환골 재를 도로 현장에 사용할 때는 단순히 입도, 마모감량, 이물질 함유량 등의 품질 평가를 실시한 다음 현장 노체나 노상 재료로 사용하고 있으며, 현장 다짐 시에 발생할 수 있는 골재의 파쇄로 인한 입도 변화와 이로 인한 투수성이나 물리적 특성의 변화를 고려하거나 검사를 실시하지 않고 있다. 따라서 순환골재를 도로 노상 및 노체에 사용할 경우 로울러 및 각종 중장비 하중에 의해 파쇄가 발생하므로 이로 인한 입도 변화가 순환골재의 공학적 특성에 미치는 영향에 대해서 연구할 필요가 있다. 한편, 순환골재를 콘크리트 골재로 사용하기 위한 연구 사례는 다수 있다(Lee et al.
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