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문제 정의
- 풍화토와 개량 벤토나이트를 혼합된 차수재에서 개량 벤토나이트의 첨가량 변화에 다른 다짐특성 확인하기 위해 ASTM D 1557을 기초하여 다짐시험을 수행하였다. 다짐특성 파악은 입자차수재 제조에 필요한 물성파악에 목적이 있다. 건조된 풍화토에서 개량 벤토나이트를 중량비 6%, 9%, 12%, 15%로 혼합한 각각 다짐시험을 실시하였다.
- 혼합점토는 건조과정에서 시료 초기의 형태를 유지하기 위해 혼합점토 중 세피올라이트의 중량비가 30% 이하여야 한다. 따라서 본 연구에서 세피올라이트의 사용을 최소화하고 벤토나이트의 팽창-수축 과정에서 발생하는 균열을 제어하기 위해 벤토나이트와 세피올라이트의 중량비를 85:15로 혼합하여 결정하였다. 이 실험은 추후 입자차수재 제조 및 보관시 균열발생을 최소화하기 위하여 첨가하는 세피올라이트의 함량을 결정하기 위함이다.
- 본 연구에서는 염분의 농도가 높은 해수 및 염성 침투수조건에서 적용 가능한 내염성 벤토나이트를 개발하였다. 개발된 내염성 벤토나이트와 풍화토의 혼합토에 대한 다짐 및 투수실험을 수행하여 염수 조건에서 매립장 관리 기준치를 만족하는 풍화토/내염성 벤토나이트의 혼합비를 도출하였다.
- 본 연구에서는 염수조건하에서 차수시설 시공 시 발생할 수 있는 벤토나이트의 문제점을 극복하기 위해 내염성(Salt-water resistant) 벤토나이트 차수재를 개발하고자 하였다. 내염성 벤토나이트의 차수성능을 염성 침투수 및 해수 조건에서도 유지할 수 있는 특성을 이용하여 해안 및 폐기물매립지 공사 시 바닥 차수층으로 역할을 할 수 있을 것이다.
- 따라서 본 연구에서 세피올라이트의 사용을 최소화하고 벤토나이트의 팽창-수축 과정에서 발생하는 균열을 제어하기 위해 벤토나이트와 세피올라이트의 중량비를 85:15로 혼합하여 결정하였다. 이 실험은 추후 입자차수재 제조 및 보관시 균열발생을 최소화하기 위하여 첨가하는 세피올라이트의 함량을 결정하기 위함이다.
- 염수 조건에서도 담수 조건과 유사한 팽윤도를 확보할 수 있는 개량용 내염성 물질 선정하기 위하여 팽윤도시험(ASTM D 5890)을 수행하였다. 팽윤도 시험을 수행하는 목적은 미리 선정된 개량용 후보 물질(구아검,잔탄검, TSPP, 규조토) 중에 염수 조건에서 내염성 효과가 제일 좋은 물질을 선정하기 위함이다. 혼합점토 중 개량용 후보물질의 중량비는 0%, 1%, 1.
제안 방법
- (1) 벤토나이트의 팽창-수축 과정에서 발생하는 균열을 제어하기 위한 섬유상 조직을 가지고 있는 세피올라이트를 첨가하였다. 건조수축균열시험의 결과를 통해 벤토나이트의 팽창-수축 과정에서 발생하는 균열을 제어하기 위해 벤토나이트와 세피올라이트의 중량비를 85:15로 혼합하여 결정하였다.
- (2) 팽윤도 시험을 통해 점착성 및 경제성 등을 추가로 고려해서 구아검을 최종 개량용 첨가 물질로 선정하여 염분 조건에서 내염성 벤토나이트의 팽창특성을 평가하였다. 벤토나이트-세피올라이트 혼합점토 염수 조건에서도 팽윤도를 유지하기 위해 벤토나이트, 세피올라이트와 구아검의 중량비 78.
- (4) 염수 조건에서 팽윤도 시험 중 선정된 구아검의 첨가량 검증 및 투수계수가 10-7cm/s 이하로 만족되는풍화토와 내염성 벤토나이트의 혼합비를 걸정하기위한 투수실험을 수행하였다. 풍화토와 내염성 벤토나이트 혼합토의 투수계수는 내염성 벤토나이트 함량 증가에 따라 감소하여 내염성 벤토나이트의 함량 9% 이상일 때 투수계수가 10-7cm/s 이하로 만족되었다
- 위에 제시된 비율로 혼합점토와 4가지 개량용 후보물질 각각을 충분히 혼합해서 각 시료를 2g씩 정량하였다. 100mL 메스실린더에 담수 및 염수 80mL를 채우고 준비된 2g 시료를 30초 간격으로 0.1g씩 20회에 걸쳐 메스실린더에 투입하였다. 시료첨가가 끝난 후에 메스실린더의 총 시료 부피가 100mL가 되도록 담수 또는 염수를 첨가하였다.
- Fig. 8는 염수조건에서 풍화토에 구아검(7.5%) 첨가된 혼합 점토 중량비 6%, 9%, 12%, 15%로 혼합하여 다짐 후 투수실험을 수행하였다. 염수 조건에서 풍화토 중 내염성 벤토나이트의 첨가량이 증가할수록 투수계수가 감소하였다(Fig.
- 본 연구에서는 염분의 농도가 높은 해수 및 염성 침투수조건에서 적용 가능한 내염성 벤토나이트를 개발하였다. 개발된 내염성 벤토나이트와 풍화토의 혼합토에 대한 다짐 및 투수실험을 수행하여 염수 조건에서 매립장 관리 기준치를 만족하는 풍화토/내염성 벤토나이트의 혼합비를 도출하였다.
- 다짐특성 파악은 입자차수재 제조에 필요한 물성파악에 목적이 있다. 건조된 풍화토에서 개량 벤토나이트를 중량비 6%, 9%, 12%, 15%로 혼합한 각각 다짐시험을 실시하였다.
- (1) 벤토나이트의 팽창-수축 과정에서 발생하는 균열을 제어하기 위한 섬유상 조직을 가지고 있는 세피올라이트를 첨가하였다. 건조수축균열시험의 결과를 통해 벤토나이트의 팽창-수축 과정에서 발생하는 균열을 제어하기 위해 벤토나이트와 세피올라이트의 중량비를 85:15로 혼합하여 결정하였다.
- 내염성 물질(구아검) 첨가 전･후 풍화토-개량 벤토나이트 혼합토의 염수 조건에서 투수성을 평가하기 위한 다짐시험을 수행하였다. 풍화토에 벤토나이트-세피올라이트 혼합점토 10%으로 혼합한 후 다짐시험을 수행하여 최대건조밀도(1.
- 투수실험기는 ASTM D 5856을 기초하여 재료의 입자 직경을 고려해서 직경 34mm, 높이 72mm의 투수실험기를 제조하여 사용하였다. 다짐시험에서 구한 최대건조밀도와 최적함수비를 가지고 192시간 동안 투수실험을 수행하여 24시간 간격으로 투수계수를 측정하였다.
- 실험을 통하여 얻어진 각 물질의 비율에 따라 개량된 벤토나이트를 현장토를 혼합하여 다짐시험을 수행하였다. 다짐시험에서 구한 최대건조밀도와 최적함수비를 가지고 담수 및 염수 조건에서 투수성을 평가하였다.
- 담수 및 염수 조건에서 풍화토와 혼합한 개량 벤토나이트의 함량에 따른 혼합토 차수재의 투수성을 평가하였다. 투수실험기는 ASTM D 5856을 기초하여 재료의 입자 직경을 고려해서 직경 34mm, 높이 72mm의 투수실험기를 제조하여 사용하였다.
- 위에 풍화토-벤토나이트 혼합점토는 염수조건에서 투수계수 증가하는 것을 극복하기 위해 내염성 가진 구아검을 첨가하였다. 벤토나이트-세피올라이트 혼합점토 중 구아검을 중량비 2.5%, 5%, 7.5%, 10%으로 첨가해서 내염성 벤토나이트를 제조하였다. 제조된 내염성 벤토나이트와 풍화토를 1:9 비율로 혼합하여 투수실험을 수행하였다.
- 팽윤도 시험 결과를 통한 4가지 개량용 후보물질의 내염성을 평가하고 점착성 및 경제성 등을 추가로 고려해서 구아검을 최종 개량용 첨가 물질로 선정하였다. 벤토나이트-세피올라이트혼합점토 염수조건에서도 팽윤도 유기하기 위해 벤토나이트, 세피올라이트와 구아검의 중량비 78.6:13.9:7.5로 혼합하여 최종 결정하였다.
- 내염성 벤토나이트의 차수성능을 염성 침투수 및 해수 조건에서도 유지할 수 있는 특성을 이용하여 해안 및 폐기물매립지 공사 시 바닥 차수층으로 역할을 할 수 있을 것이다. 벤토나이트의 팽창-수축 과정에서 발생하는 균열을 제어하기 위한 섬유상 조직을 가지고 있는 세피올라이트를 벤토나이트에 첨가하였다. 염수 조건에서도 담수 조건과 유사한 팽창성과 투수성을확보하기 위해 내염성을 가지는 구아검을 첨가하였다.
- 본 연구에서 벤토나이트는 중국산 Na계 벤토나이트를 사용하였으며 세피올라이트는 M사로부터 구입하였다. 벤토나이트의 팽창-수축 과정에서 발생하는 균열을 제어하기 위해 섬유상 조직을 가지고 있는 세피올라이트를 벤토나이트에 첨가해서 사용하였다. 실내시험을 통한 차수성 광물의 물리･화학적 성질을 Table 1에 정리하였다.
- 준비된 혼합점토에 혼합점토 무게의 2배가 되는 물을 첨가하여 반죽된 혼합점토를 직경 30mm, 두게 3mm로 시료를 성형하였다. 성형한 시료는 풍건상태로 실온(약 24℃)에서 96시간 건조 시킨 후 시료의 균열 길이를 측정하였다.
- 벤토나이트의 팽창-수축 과정에서 발생하는 균열을 제어하기 위한 섬유상 조직을 가지고 있는 세피올라이트를 벤토나이트에 첨가하였다. 세피올라이트의 함량변화에 따른 벤토나이트의 균열 특성을 평가하기 위하여 혼합점토(벤토나이트와 세피올라이트의 혼합물)중 세피올라이트의 중량비를 0～40%까지 증가시키며 총 6가지의 혼합점토를 준비하였다. 준비된 혼합점토에 혼합점토 무게의 2배가 되는 물을 첨가하여 반죽된 혼합점토를 직경 30mm, 두게 3mm로 시료를 성형하였다.
- 1g씩 20회에 걸쳐 메스실린더에 투입하였다. 시료첨가가 끝난 후에 메스실린더의 총 시료 부피가 100mL가 되도록 담수 또는 염수를 첨가하였다. 혼합점토가 물과 충분히 반응할 수 있도록 24시간 이상 방치하여 혼합점토의 팽윤도를 측정하였다.
- 건축수축균열 시험과 팽윤도 시험을 통한 벤토나이트,세피올라이트와 팽창물질의 비율을 결정한다. 실험을 통하여 얻어진 각 물질의 비율에 따라 개량된 벤토나이트를 현장토를 혼합하여 다짐시험을 수행하였다. 다짐시험에서 구한 최대건조밀도와 최적함수비를 가지고 담수 및 염수 조건에서 투수성을 평가하였다.
- 벤토나이트의 팽창-수축 과정에서 발생하는 균열을 제어하기 위한 섬유상 조직을 가지고 있는 세피올라이트를 벤토나이트에 첨가하였다. 염수 조건에서도 담수 조건과 유사한 팽창성과 투수성을확보하기 위해 내염성을 가지는 구아검을 첨가하였다. 건축수축균열 시험과 팽윤도 시험을 통한 벤토나이트,세피올라이트와 팽창물질의 비율을 결정한다.
- 5%의 6가지로 준비하였다. 위에 제시된 비율로 혼합점토와 4가지 개량용 후보물질 각각을 충분히 혼합해서 각 시료를 2g씩 정량하였다. 100mL 메스실린더에 담수 및 염수 80mL를 채우고 준비된 2g 시료를 30초 간격으로 0.
- 위에 풍화토-벤토나이트 혼합점토는 염수조건에서 투수계수 증가하는 것을 극복하기 위해 내염성 가진 구아검을 첨가하였다. 벤토나이트-세피올라이트 혼합점토 중 구아검을 중량비 2.
- 5%, 10%으로 첨가해서 내염성 벤토나이트를 제조하였다. 제조된 내염성 벤토나이트와 풍화토를 1:9 비율로 혼합하여 투수실험을 수행하였다. 투수실험의 결과를 통한 내염성 벤토나이트 중 혼합 점토와 구아검의 최적 혼합비를 결정하였다.
- 제조된 내염성 벤토나이트와 풍화토를 1:9 비율로 혼합하여 투수실험을 수행하였다. 투수실험의 결과를 통한 내염성 벤토나이트 중 혼합 점토와 구아검의 최적 혼합비를 결정하였다. Fig.
- 풍화토와 개량 벤토나이트 혼합하여 담수 및 염수조건에서 투수성을 평가하기 위해 투수실험을 실시하였다. 투수실험의 시료는 다짐시험의 결과에 바탕으로 제조하였다. Fig.
- 5mL/2g)와 같거나 초과하였다. 팽윤도 시험 결과를 통한 4가지 개량용 후보물질의 내염성을 평가하고 점착성 및 경제성 등을 추가로 고려해서 구아검을 최종 개량용 첨가 물질로 선정하였다. 벤토나이트-세피올라이트혼합점토 염수조건에서도 팽윤도 유기하기 위해 벤토나이트, 세피올라이트와 구아검의 중량비 78.
- 5%일 때, 혼합 차수재의 투수계수가 담수 조건의 투수계수와 유사하였다. 팽창물질의 투수계수 10-7cm/s 이하를 만족시키기 위해 구아검과 혼합점토(벤토나이트:세피올라이트=85:15)의 중량비를 0.075:1로 선정하였다.
- 풍화토에 개량 벤토나이트(세피올라이트, 구아검 첨가)를 중량비 6%, 9%, 12%, 15%로 혼합하여 다짐 실험을 수행하였다. 다짐시험에서 얻은 최대건조밀도와 최적함수비는 Table 5에 정리하였고 최대건조밀도와 최적함수비의 관계는 Fig.
- 내염성 물질(구아검) 첨가 전･후 풍화토-개량 벤토나이트 혼합토의 염수 조건에서 투수성을 평가하기 위한 다짐시험을 수행하였다. 풍화토에 벤토나이트-세피올라이트 혼합점토 10%으로 혼합한 후 다짐시험을 수행하여 최대건조밀도(1.638g/cm3)와 최적함수비(18.5%)의 관계는 Fig. 4 다짐곡선에서 나타내었다.
- 풍화토와 개량 벤토나이트 혼합하여 담수 및 염수조건에서 투수성을 평가하기 위해 투수실험을 실시하였다. 투수실험의 시료는 다짐시험의 결과에 바탕으로 제조하였다.
- 팽윤도 시험을 수행하는 목적은 미리 선정된 개량용 후보 물질(구아검,잔탄검, TSPP, 규조토) 중에 염수 조건에서 내염성 효과가 제일 좋은 물질을 선정하기 위함이다. 혼합점토 중 개량용 후보물질의 중량비는 0%, 1%, 1.25%, 2.5%, 5%,7.5%의 6가지로 준비하였다. 위에 제시된 비율로 혼합점토와 4가지 개량용 후보물질 각각을 충분히 혼합해서 각 시료를 2g씩 정량하였다.
- 시료첨가가 끝난 후에 메스실린더의 총 시료 부피가 100mL가 되도록 담수 또는 염수를 첨가하였다. 혼합점토가 물과 충분히 반응할 수 있도록 24시간 이상 방치하여 혼합점토의 팽윤도를 측정하였다.
대상 데이터
- 담수 조건은 3차 증류수를 이용하였고 염수 조건은 ASTM D 1141-98 인공해수 제조하는 규정에 따른 3차 증류수 내 NaCl 함량이 2.45%, MgCl2 함량이 0.52%,Na2SO4 함량이 0.41%, CaCl2 함량이 0.12%인 모사 해수를 준비해 사용하였다.
- 본 연구에서 벤토나이트는 중국산 Na계 벤토나이트를 사용하였으며 세피올라이트는 M사로부터 구입하였다. 벤토나이트의 팽창-수축 과정에서 발생하는 균열을 제어하기 위해 섬유상 조직을 가지고 있는 세피올라이트를 벤토나이트에 첨가해서 사용하였다.
- 이 때, 비중시험은 KS F 2308, 액･소성 한계 시험은 KS F 2303의 규정을 따라 수행하였다. 본 연구에서 사용된 인도산 구아검은 비중이 0.74 이고 pH는 5.8이며 M사로부터 구입하였다.
- 담수 및 염수 조건에서 풍화토와 혼합한 개량 벤토나이트의 함량에 따른 혼합토 차수재의 투수성을 평가하였다. 투수실험기는 ASTM D 5856을 기초하여 재료의 입자 직경을 고려해서 직경 34mm, 높이 72mm의 투수실험기를 제조하여 사용하였다. 다짐시험에서 구한 최대건조밀도와 최적함수비를 가지고 192시간 동안 투수실험을 수행하여 24시간 간격으로 투수계수를 측정하였다.
이론/모형
- 염수 조건에서도 담수 조건과 유사한 팽윤도를 확보할 수 있는 개량용 내염성 물질 선정하기 위하여 팽윤도시험(ASTM D 5890)을 수행하였다. 팽윤도 시험을 수행하는 목적은 미리 선정된 개량용 후보 물질(구아검,잔탄검, TSPP, 규조토) 중에 염수 조건에서 내염성 효과가 제일 좋은 물질을 선정하기 위함이다.
- 실내시험을 통한 차수성 광물의 물리･화학적 성질을 Table 1에 정리하였다. 이 때, 비중시험은 KS F 2308, 액･소성 한계 시험은 KS F 2303의 규정을 따라 수행하였다. 본 연구에서 사용된 인도산 구아검은 비중이 0.
- 풍화토와 개량 벤토나이트를 혼합된 차수재에서 개량 벤토나이트의 첨가량 변화에 다른 다짐특성 확인하기 위해 ASTM D 1557을 기초하여 다짐시험을 수행하였다. 다짐특성 파악은 입자차수재 제조에 필요한 물성파악에 목적이 있다.
성능/효과
- (3) 풍화토에 내염성 벤토나이트를 첨가하여 다짐시험을 수행한 결과 벤토나이트의 첨가량이 증가할수록 풍화토-내염성 벤토나이트 혼합토의 최대건조단위 중량 1.66～1.63g/cm3로 감소하여, 최적함수비가 17.1～19.9%로 증가하는 것을 관찰하였다.
- (5) 내염성 벤토나이트 중 벤토나이트, 세피올라이트와구아검의 중량비는 78.6:13.9:7.5로 만족해야 되고 풍화토- 내염성 벤토나이트 혼합토 염수조건에서 도 투수계수가 10-7cm/s 이하 만족하여 혼합토 중 내염성 벤토나이트의 함량 9% 이상이 만족되어야 한다.
- 건조수축균열 시험 결과(Table 3), 물을 흡수한 혼합점토는 건조에 따라 수분이 증발해 시료의 부피가 감소하여 시료의 직경이 30mm에서 약 20mm로 줄어들었다. 혼합점토의 팽창-수축 과정에서 세피올라이트 함량 증가에 따라 균열이 감소하였다.
- 시험 결과, 염수조건에서 내염성을 가지는 4가지 개량용 후보물질의 함량이 증가에 따라 개량된 벤토나이트의 팽윤도는 증가하였다. 규조토가 혼합될 경우 염수 조건에서 규조토 함량 7.5%일 때 첨가량 0%일 때 보다 팽윤도가 50% 증가하였다. 다른 3가지 후보물질은 7.
- 다짐시험 결과를 보면 개량 벤토나이트의 첨가량이 증가할수록 최대건조단위중량은 감소하고 최적함수비는 증가하는 것을 판단된다. 이는 벤토나이트가 친수성이 크기 때문에 벤토나이트 함량이 증가함에 따라 보유되는 물의 양이 많아지기 때문인 것으로 볼 수 있다(Leeet al.
- , 1999). 또한 풍화토와 개량 벤토나이트 혼합 차수재 중 구아검의 함량(0.7%) 낮아서 혼합 차수재의 다짐 특성에 미치는 영향을 무시할 수 있었다.
- 3는 염수 조건에서 혼합점토와 4가지 개량용 후보물질(구아검, 잔탄검, TSPP(Sodium Pyrophosphate), 규조토(Diatomite))의 중량비 변화에 따른 팽윤도 시험의 결과이다. 시험 결과, 염수조건에서 내염성을 가지는 4가지 개량용 후보물질의 함량이 증가에 따라 개량된 벤토나이트의 팽윤도는 증가하였다. 규조토가 혼합될 경우 염수 조건에서 규조토 함량 7.
- 담수 및 염수 조건에서 벤토나이트 및 세피올라이트의팽윤도 시험 결과를 Table 4에 정리하였다. 실험결과 염수 조건에서의 벤토나이트 팽윤도가 담수 조건에서 보다 70% 정도 떨어지고 세피올라이트의 팽윤도는 담수 및 염수조건에서 큰 차이가 없는 것을 확인할 수 있었다.
- 7는 염수 조건에서 구아검의 첨가량 변화에 따른 풍화토-내염성 벤토나이트 혼합토의 투수실험을 결과이다. 염수 조건에서 내염성 벤토나이트 중 구아검의 첨가량이 증가할수록 풍화토-내염성 벤토나이트 혼합토의 투수계수가 감소하였다. 특히 구아검의 첨가량이 5%보다 크면 염수 조건에서 혼합 차수재의 투수계수가 10-7cm/s 이하를 만족하였고 구아검의 첨가량이 7.
- 5%) 첨가된 혼합 점토 중량비 6%, 9%, 12%, 15%로 혼합하여 다짐 후 투수실험을 수행하였다. 염수 조건에서 풍화토 중 내염성 벤토나이트의 첨가량이 증가할수록 투수계수가 감소하였다(Fig. 9). 특히 내염성 벤토나이트 첨가량이 9% 보다 크면 염수 조건에서 풍화토-내염성 벤토나이트 혼합토의 투수계수가 10-7cm/s 이하를 만족하였다.
- 9). 특히 내염성 벤토나이트 첨가량이 9% 보다 크면 염수 조건에서 풍화토-내염성 벤토나이트 혼합토의 투수계수가 10-7cm/s 이하를 만족하였다.
- cm/s 이하로 만족되는풍화토와 내염성 벤토나이트의 혼합비를 걸정하기위한 투수실험을 수행하였다. 풍화토와 내염성 벤토나이트 혼합토의 투수계수는 내염성 벤토나이트 함량 증가에 따라 감소하여 내염성 벤토나이트의 함량 9% 이상일 때 투수계수가 10-7cm/s 이하로 만족되었다
후속연구
- 본 연구에서는 염수조건하에서 차수시설 시공 시 발생할 수 있는 벤토나이트의 문제점을 극복하기 위해 내염성(Salt-water resistant) 벤토나이트 차수재를 개발하고자 하였다. 내염성 벤토나이트의 차수성능을 염성 침투수 및 해수 조건에서도 유지할 수 있는 특성을 이용하여 해안 및 폐기물매립지 공사 시 바닥 차수층으로 역할을 할 수 있을 것이다. 벤토나이트의 팽창-수축 과정에서 발생하는 균열을 제어하기 위한 섬유상 조직을 가지고 있는 세피올라이트를 벤토나이트에 첨가하였다.
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