이소연
(Department of Railroad Construction and Safety Engineering, Dongyang Univ.)
,
윤환희
(Department of Railroad Construction and Safety Engineering, Dongyang Univ.)
,
손민
(Department of Railroad Construction and Safety Engineering, Dongyang Univ.)
,
공진영
(Geotechnical Engineering Research Division, Korea Institute of civil engineering and building technology)
,
정혁상
(Department of Railroad Construction and Safety Engineering, Dongyang Univ.)
최근 도시의 안전을 심각하게 저해시키는 지반함몰현상이 증가하는 추세에 있어 대책이 필요한 상황이다. 지반함몰 발생 시 긴급복구공법에 사용될 산업부산물을 활용한 뒤채움재를 개발하는 것이 본 연구의 목적이다. 이를 위해 유동성 채움재 설계기준에 의거하여 목표성능을 도출하였고, 플로우값, 일축압축강도, 초기응결시간, pH시험 등 실내시험평가를 통해 개발된 재료의 적용성을 검토하였다. 또한 현장실험을 통해 고유동성 채움재의 조기강도에 대한 성능검증과 긴급복구를 위한 시공성을 확인하였다. 평가결과 시멘트의 비율이 4% 이상일 경우 재 굴착이 가능한 장기강도보다 크게 측정되어 긴급복구목적에 적합지 않은 것으로 나타났다. 최적배합비는 저회와 석고의 비율이 약 50:50, 시멘트의 비율이 2%로 나타났다.
최근 도시의 안전을 심각하게 저해시키는 지반함몰현상이 증가하는 추세에 있어 대책이 필요한 상황이다. 지반함몰 발생 시 긴급복구공법에 사용될 산업부산물을 활용한 뒤채움재를 개발하는 것이 본 연구의 목적이다. 이를 위해 유동성 채움재 설계기준에 의거하여 목표성능을 도출하였고, 플로우값, 일축압축강도, 초기응결시간, pH시험 등 실내시험평가를 통해 개발된 재료의 적용성을 검토하였다. 또한 현장실험을 통해 고유동성 채움재의 조기강도에 대한 성능검증과 긴급복구를 위한 시공성을 확인하였다. 평가결과 시멘트의 비율이 4% 이상일 경우 재 굴착이 가능한 장기강도보다 크게 측정되어 긴급복구목적에 적합지 않은 것으로 나타났다. 최적배합비는 저회와 석고의 비율이 약 50:50, 시멘트의 비율이 2%로 나타났다.
Recently the ground subsidence which seriously weakens the safety of cities tends to increase. The purpose of this paper is to develop the materials by using industrial by-products for the application to emergency restoration process in case of ground subsidence. In this paper the laboratory tests i...
Recently the ground subsidence which seriously weakens the safety of cities tends to increase. The purpose of this paper is to develop the materials by using industrial by-products for the application to emergency restoration process in case of ground subsidence. In this paper the laboratory tests including pH test, initial setting test, unconfined compressive strength test, and flow test were performed in order to evaluate the design properties of Controlled Low Strength Material (CLSM). The field test was carried out for evaluating the performance for the early strength of CLSM and the workability for emergency restoration. Test results showed that the strength will be too high to re-excavate the ground when the cement ratio is more than 4%. The optimum mixing ratio appears to be most effective when the mixing ratio of the bottom ash and the gypsum is approximately 50:50 and the cement content is 2%.
Recently the ground subsidence which seriously weakens the safety of cities tends to increase. The purpose of this paper is to develop the materials by using industrial by-products for the application to emergency restoration process in case of ground subsidence. In this paper the laboratory tests including pH test, initial setting test, unconfined compressive strength test, and flow test were performed in order to evaluate the design properties of Controlled Low Strength Material (CLSM). The field test was carried out for evaluating the performance for the early strength of CLSM and the workability for emergency restoration. Test results showed that the strength will be too high to re-excavate the ground when the cement ratio is more than 4%. The optimum mixing ratio appears to be most effective when the mixing ratio of the bottom ash and the gypsum is approximately 50:50 and the cement content is 2%.
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문제 정의
고유동성 채움재의 급속시공에 대한 성능검증은 실제 운영중인 도로에서 동공발생 확인부터 긴급복구의 완료까지 모든 과정에 대한 시공성을 검증하기 위해 실시하였다. 우선 GPR탐사로 지반함몰이 추정되는 개소를 굴착하여 공동을 확인하고, 고유동성 채움재를 배합하여 타설 후 1시간 이내 인력을 지지할 수 있는 지지력을 육안으로 확인하였다.
따라서 본 논문에서는 지반함몰 긴급복구에 주안점을 두고 초기강도를 확보하여 도로의 재개 및 지반의 지지력 확보가 가능한 고유동성 채움재의 개발을 목적으로 pH시험, 플로우시험, 강도시험, 초기응결시험 등 실내시험을 통하여 최적배합비를 도출하였다. 또한 현장검증을 통해 현장적용성과 안정성을 평가하였다.
본 연구에서는 도심지를 중심으로 빈번하게 발생하고 있는 지반함몰에 긴급하게 대응하고자 화력발전소 산업부산물인 저회, 석고와 시멘트로 제조된 지반함몰 긴급복구용 고유동성 채움재의 실내 및 현장실험평가를 다루었다. 이에 지반함몰 발생 시 기존에 적용된 대책공법을 검토하였고, 유동성 채움재의 설계기준에 의거하여 고유동성 채움재 개발을 위한 목표성능을 도출하였다.
그러나 동공 탐지 시 긴급복구를 할 수 있는 복구공법에 대한 연구와 개발은 미흡한 상황이다. 본 연구에서는 산업부산물인 저회와 석고를 활용하여 개발한 긴급복구용 고유동성 채움재의 적용 가능성을 제시하고자 한다. 이에 고유동성 채움재 배합재료에 대한 특성을 분석하였으며, 유동성 채움재 설계기준에 의거하여 개발하고자 하는 고유동성 채움재에 대한 목표성능을 도출하였다.
본 연구에서는 산업부산물인 저회와 석고를 활용하여 개발한 긴급복구용 고유동성 채움재의 적용 가능성을 제시하고자 한다. 이에 고유동성 채움재 배합재료에 대한 특성을 분석하였으며, 유동성 채움재 설계기준에 의거하여 개발하고자 하는 고유동성 채움재에 대한 목표성능을 도출하였다. 현재 수요가능한 양이 적어지는 모래를 대신하여 공학적 특성이 비슷한 저회를 사용함으로서 토사의 특성에 따른 품질의 변화에 대한 문제를 해결할 수 있다.
고유동성 채움재의 배합재료들은 산업부산물을 사용한다는 점에서 환경적인 안정성에 민감하다. 이에 고유동성 채움재의 환경적인 안정성 평가를 실시하고자 pH 시험을 수행하였다. 시험 방법은 KS M 0011에 의거하여 시료 무게에 5배의 정제수를 사용하여 혼합한 후 일정시간 후 pH 측정기를 사용하여 측정하고, 5회 반복하여 그 평균값을 확인하였다.
본 연구에서는 도심지를 중심으로 빈번하게 발생하고 있는 지반함몰에 긴급하게 대응하고자 화력발전소 산업부산물인 저회, 석고와 시멘트로 제조된 지반함몰 긴급복구용 고유동성 채움재의 실내 및 현장실험평가를 다루었다. 이에 지반함몰 발생 시 기존에 적용된 대책공법을 검토하였고, 유동성 채움재의 설계기준에 의거하여 고유동성 채움재 개발을 위한 목표성능을 도출하였다. 또한 실내시험과 현장검증실험을 통해 고유동성 채움재의 적용효과를 분석하였으며 그 내용을 요약 정리하면 다음과 같다.
또한 저회와 화학석고의 사용은 재활용 재료로서 경제적으로도 긍정적인 면을 보이며, 부산물 매립으로 인한 환경문제를 해결할 수 있다. 저회의 실리카와 알루미나 성분이 시멘트의 수화반응으로 발생한 수산화칼슘과 반응하여 장기강도를 좋게 해주며, 석고를 사용함으로서 초기강도를 빠르게 발현시켜 지반함몰에 대한 긴급복구가 가능하도록 개발하였다. 배합 후 유동성(Flow)은 20cm 이상을 만족하며 배합 후 4시간 내에 0.
플로우 시험은 고유동성 채움재의 유동성을 확보하기 위해 실시하였다. 앞서 도출한 고유동성 채움재의 플로우 값의 목표치는 200mm 이상이기 때문에 이에 적합한 유동성 확보를 위하여 30%의 함수비에서부터 함수비를 점차 증가시켜 목표성능을 만족시키는 함수비를 도출하였다.
제안 방법
고유동성 채움재의 가장 중요한 특성인 초기강도와 재 굴착 여부를 판단하기 위하여 일축압축강도시험을 수행하였다. 일축압축강도시험은 KS F 2314에 의거하여 시험하였으며 직경 40mm, 높이 80mm의 공시체를 제작하였다.
일축압축강도시험은 KS F 2314에 의거하여 시험하였으며 직경 40mm, 높이 80mm의 공시체를 제작하였다. 공시체는 배합비 별 재령시간에 따라(4hr, 1day, 2day, 3day, 7day, 14day, 28day) 3개씩 제작하였으며, 각 공시체의 압축강도를 측정한 후 평균값을 확인하였다. 본 시험은 재하하중 용량이 5tonf 인 일축압축 시험기를 사용하였으며, 재하속도는 1mm/min 으로 실험하였다.
6m(깊이)로 확인된 개소를 길이와 폭, 깊이 1m의 크기로 굴착하여 타설 준비를 완료하였다. 그 후, 고유동성 채움재를 혼합하여 타설하고 아스콘 표층의 포설과 다짐을 실시하였다(Fig. 8). 급속시공의 성능검증 결과 굴착 후 복구까지 소요된 시간은 총 3시간으로 긴급복구가 이루어져야하는 4시간 내에 복구가 가능한 것으로 확인되었다.
실내시험의 방법으로 고유동성 채움재의 유동성을 확인할 수 있는 플로우 시험과 환경적 안정성을 평가할 수 있는 pH시험 그리고 긴급복구에 대한 적합여부를 판단할 수 있는 초기응결시험을 실시하였다. 또한 고유동성 채움재의 강도측정을 위해 일축압축강도시험을 실시하였다.
이에 지반함몰 발생 시 기존에 적용된 대책공법을 검토하였고, 유동성 채움재의 설계기준에 의거하여 고유동성 채움재 개발을 위한 목표성능을 도출하였다. 또한 실내시험과 현장검증실험을 통해 고유동성 채움재의 적용효과를 분석하였으며 그 내용을 요약 정리하면 다음과 같다.
0m(길이)의 규모로 구축하였다. 또한 지반함물의 발생원인 중 하나인 하수관거(직경 200mm)의 동공을 모사하기 위하여 관 받침대 위에 관로를 설치하였으며, 고유동성 채움재 타설에 따른 관의 손상을 고려하여 관 받침대와 관을 서로 결속하여 모의 하수관거의 손상을 방지하였다(Fig. 7).
또한 폐기물의 재사용으로 인한 환경적인 문제를 야기 할 수 있어 [폐기물 재활용 용도 및 방법에 관한 규정]에 의거하여 pH 6.0∼12.4의 범위를 만족할 수 있도록 하였다.
따라서 본 논문에서는 지반함몰 긴급복구에 주안점을 두고 초기강도를 확보하여 도로의 재개 및 지반의 지지력 확보가 가능한 고유동성 채움재의 개발을 목적으로 pH시험, 플로우시험, 강도시험, 초기응결시험 등 실내시험을 통하여 최적배합비를 도출하였다. 또한 현장검증을 통해 현장적용성과 안정성을 평가하였다.
저회의 실리카와 알루미나 성분이 시멘트의 수화반응으로 발생한 수산화칼슘과 반응하여 장기강도를 좋게 해주며, 석고를 사용함으로서 초기강도를 빠르게 발현시켜 지반함몰에 대한 긴급복구가 가능하도록 개발하였다. 배합 후 유동성(Flow)은 20cm 이상을 만족하며 배합 후 4시간 내에 0.025MPa의 강도를 발현하고, 일정 시간 경과 후 재 굴착이 가능하도록 목표 강도를 설정하였다.
본 연구에서 제시한 고유동성 채움재는 긴급복구에 최적화를 위한 재료적 특성으로 플로우 값(Flow)은 미국과 일본의 기준을 적용하여 20cm 이상으로 하였다. 또한 폐기물의 재사용으로 인한 환경적인 문제를 야기 할 수 있어 [폐기물 재활용 용도 및 방법에 관한 규정]에 의거하여 pH 6.
이에 고유동성 채움재의 환경적인 안정성 평가를 실시하고자 pH 시험을 수행하였다. 시험 방법은 KS M 0011에 의거하여 시료 무게에 5배의 정제수를 사용하여 혼합한 후 일정시간 후 pH 측정기를 사용하여 측정하고, 5회 반복하여 그 평균값을 확인하였다. 시험시료는 Φ 40mm × 80mm 크기의 공시체를 제작하여 재령시간(1day, 3day, 28day)에 따른 pH를 측정하였다(Fig.
시험방법은 KS F 2594에 의거하여 윗면 지름이 100mm, 밑면 지름이 200mm, 높이 300mm의 슬럼프 콘을 평판에 놓고 A∼O 배합비에 초기 함수비를 30%로 배합한 시료를 채워 다짐봉으로 5회 3층 다짐을 실시하고 슬럼프 콘을 연직방향으로 들어 올려 플로우 값을 측정하였다(Fig. 3).
시험방법은 우선 고유동성 채움재의 재료들을 배합하여 Φ 70mm 몰드에 넣고 캐핑을 하여 바늘이 수직방향으로 관입할 수 있도록 한다.
시험시료는 Φ 40mm × 80mm 크기의 공시체를 제작하여 재령시간(1day, 3day, 28day)에 따른 pH를 측정하였다(Fig. 5).
지반함몰 발생 시 긴급복구에 적용하기 위해 실내시험을 통하여 앞서 도출한 목표성능에 대한 적합여부를 확인하였다. 실내시험의 방법으로 고유동성 채움재의 유동성을 확인할 수 있는 플로우 시험과 환경적 안정성을 평가할 수 있는 pH시험 그리고 긴급복구에 대한 적합여부를 판단할 수 있는 초기응결시험을 실시하였다. 또한 고유동성 채움재의 강도측정을 위해 일축압축강도시험을 실시하였다.
플로우 시험은 고유동성 채움재의 유동성을 확보하기 위해 실시하였다. 앞서 도출한 고유동성 채움재의 플로우 값의 목표치는 200mm 이상이기 때문에 이에 적합한 유동성 확보를 위하여 30%의 함수비에서부터 함수비를 점차 증가시켜 목표성능을 만족시키는 함수비를 도출하였다. 시험방법은 KS F 2594에 의거하여 윗면 지름이 100mm, 밑면 지름이 200mm, 높이 300mm의 슬럼프 콘을 평판에 놓고 A∼O 배합비에 초기 함수비를 30%로 배합한 시료를 채워 다짐봉으로 5회 3층 다짐을 실시하고 슬럼프 콘을 연직방향으로 들어 올려 플로우 값을 측정하였다(Fig.
고유동성 채움재의 급속시공에 대한 성능검증은 실제 운영중인 도로에서 동공발생 확인부터 긴급복구의 완료까지 모든 과정에 대한 시공성을 검증하기 위해 실시하였다. 우선 GPR탐사로 지반함몰이 추정되는 개소를 굴착하여 공동을 확인하고, 고유동성 채움재를 배합하여 타설 후 1시간 이내 인력을 지지할 수 있는 지지력을 육안으로 확인하였다.
이 경우 공동 탐사 시 공동 확인이 되면 4시간 이내에 복구가 필요하다(Seoul Metropolitan Government, 2016b). 이를 기준으로 도심지 지반함몰 시 긴급복구를 위한 초기강도는 타설 후 4시간을 기준으로 초기 교통량 재개가 가능한 지지력강도 약 0.025MPa(약 15ton 장비의 접지압)과 초기강도인 재령 1일 강도를 0.15 MPa 이상을 목표로 산정하였다.
고유동성 채움재의 배합재료는 산업부산물로 분류되는 저회와 석고에 시멘트를 추가하여 배합하였다. 이에 대한 배합비는 Table 2와 같이 저회와 석고의 비율을 70:30, 60:40, 50:50으로 선정하였으며, 석고의 비율을 2%씩 감소시킴과 동시에 시멘트의 비율을 2%씩 증가시켜 실내시험을 수행하였다.
일축압축강도시험은 긴급복구 시(4hr) 초기 교통량 재개가 가능한 지지력강도인 0.025MPa(약 15ton 장비의 접지압)과 초기강도 0.15MPa, 재 굴착을 판단하기 위한 장기강도 0.8∼1.5 MPa을 기준으로 수행하였다.
지반함몰 발생 시 긴급복구에 적용하기 위해 실내시험을 통하여 앞서 도출한 목표성능에 대한 적합여부를 확인하였다. 실내시험의 방법으로 고유동성 채움재의 유동성을 확인할 수 있는 플로우 시험과 환경적 안정성을 평가할 수 있는 pH시험 그리고 긴급복구에 대한 적합여부를 판단할 수 있는 초기응결시험을 실시하였다.
현장검증 실험은 지반함몰 발생 예방 및 긴급복구를 위해 개발한 고유동성 채움재의 적용효과 검증을 목적으로 현장실험 조건과 운영중인 도로(원지반)로 구분하여 실시하였다. 현장검증 실험 시 사용한 배합비는 저회와 석고의 비율이 50:48, 시멘트의 비율이 2%(L배합)이다.
현장실험 부지는 고유동성 채움재의 성능검증을 위해 일반적인 하수관거 등의 매설심도를 참고하여 1.2m (깊이) × 2.0m(폭) × 7.0m(길이)의 규모로 구축하였다.
현장실험 조건은 다량의 고유동성 채움재를 타설하여 조기강도의 성능을 확인하기 위해 인위적인 지반함몰 개소를 구축하였으며, 동적콘관입시험을 통해 일축압축강도를 추정하여 분석하였다. 운영중인 도로에서는 GPR탐사를 통해 함몰개소를 파악하고 굴착하여 긴급복구에 대한 가능성 여부를 확인하고, 재래식복구 공법과 비교하여 상대적으로 급속시공 여부와 시공의 편의성을 검토하였다.
현장실험부지를 조성한 후 고유동성 채움재의 공학적 성질을 결정짓는 대표적인 인자인 일축압축강도를 동적콘관입시험을 통해 추정하여 분석하였다. 동적콘관입시험은 8kg 무게추로 엔빌을 항타하고 이때 발생되는 에너지로 인해 콘의 관입 깊이를 측정하며 CBR, N치, 일축압축강도, 다짐도 등을 추정할 수 있고, 휴대용 장비로서 측정 가능하여 현장에서의 조기강도를 파악하기 쉽다.
대상 데이터
고유동성 채움재의 배합재료는 산업부산물로 분류되는 저회와 석고에 시멘트를 추가하여 배합하였다. 이에 대한 배합비는 Table 2와 같이 저회와 석고의 비율을 70:30, 60:40, 50:50으로 선정하였으며, 석고의 비율을 2%씩 감소시킴과 동시에 시멘트의 비율을 2%씩 증가시켜 실내시험을 수행하였다.
공시체는 배합비 별 재령시간에 따라(4hr, 1day, 2day, 3day, 7day, 14day, 28day) 3개씩 제작하였으며, 각 공시체의 압축강도를 측정한 후 평균값을 확인하였다. 본 시험은 재하하중 용량이 5tonf 인 일축압축 시험기를 사용하였으며, 재하속도는 1mm/min 으로 실험하였다. 일축압축강도시험은 긴급복구 시(4hr) 초기 교통량 재개가 가능한 지지력강도인 0.
현장실험장소는 교통량이 적고, 고유동성 채움재의 타설장비 지원이 유리하며, 안전상 문제가 없는 장소로 선정하였다. 현장실험 부지는 고유동성 채움재의 성능검증을 위해 일반적인 하수관거 등의 매설심도를 참고하여 1.
이론/모형
그 중 긴급복구의 경우 4시간 이내 복구가 이루어져야 할 것으로 보인다. 이에 고유동성 채움재 재료를 배합 후 응결시간을 측정하기 위해 KS L ISO 9597에 의거하여 비이카침을 이용한 응결시험을 실시하였다.
고유동성 채움재의 가장 중요한 특성인 초기강도와 재 굴착 여부를 판단하기 위하여 일축압축강도시험을 수행하였다. 일축압축강도시험은 KS F 2314에 의거하여 시험하였으며 직경 40mm, 높이 80mm의 공시체를 제작하였다. 공시체는 배합비 별 재령시간에 따라(4hr, 1day, 2day, 3day, 7day, 14day, 28day) 3개씩 제작하였으며, 각 공시체의 압축강도를 측정한 후 평균값을 확인하였다.
동적콘관입시험은 8kg 무게추로 엔빌을 항타하고 이때 발생되는 에너지로 인해 콘의 관입 깊이를 측정하며 CBR, N치, 일축압축강도, 다짐도 등을 추정할 수 있고, 휴대용 장비로서 측정 가능하여 현장에서의 조기강도를 파악하기 쉽다. 콘 관입 깊이에 따른 조기강도의 추정은 Deepika and Chakravarthi (2012)가 제안한 식 (1)을 통해 추정하였으며, 동적콘관입시험은 현장실험부지 내 8개 지점의 관입량을 측정하여 일축압축강도의 범위를 산정하였다.
성능/효과
(1)고유동성 채움재의 목표성능은 플로우 값 20cm 이상,타설 후 4시간 초기강도를 0.025MPa(약 15ton 정비의접지압), 재령 1일 강도를 0.15MPa 이상, 장기강도의기준을 0.8∼1.5MPa 이내, pH값은 6.0∼12.4의 범위로 도출하였다.
(2)일축압축강도시험의 결과, 모든 배합비의 타설 4시간후 강도가 15tonf 장비를 지지하는 접지압인 0.025 MPa을 만족하여 교통의 재개가 가능하였으며, 재 굴착을 위한 장기강도의 경우 0.8∼1.5MPa의 범위에 포함되는 배합비는 A, B, C, F, K, L로 확인되었고, 초기강도와 장기강도를 고려한 최적배합비는 L배합으로 나타났다.
(3)플로우시험 결과, 모든 배합비에서 목표 플로우 값을만족하는 함수비의 범위는 35∼47%로 확인되었다.
(4)현장실험결과, 긴급복구에 필요한 4시간 이후 조기강도와 타설 후 1일 일축압축강도는 모두 목표치를 만족하는 것으로 나타났다. 또한 운영중인 도로에서의 급속시공 성능검증 결과 긴급복구로 요구되는 4시간 이내 굴착 및 복구를 완료하여 지반함몰 긴급복구에 적용이 가능한 것으로 확인되었다.
고유동성 채움재를 현장실험부지에 타설 후 4시간, 1일, 7일 재령의 일축압축강도를 추정한 결과 긴급복구에 필요한 4시간 이후 8개 지점의 일축압축강도의 범위는 0.3∼0.65MPa로 나타났으며, 1일 이후의 일축압축강도 범위는 0.4∼1.05MPa, 타설 후 7일 재령의 일축압축강도의 범위는 1.0∼1.6MPa로 측정되었다.
8). 급속시공의 성능검증 결과 굴착 후 복구까지 소요된 시간은 총 3시간으로 긴급복구가 이루어져야하는 4시간 내에 복구가 가능한 것으로 확인되었다. 하지만 추후 재침하 여부를 위한 다짐도에 대한 확인이 필요할 것으로 보이며, 지반환경에 대한 안정성 평가도 이루어져야 할 것으로 판단된다.
15 MPa을 만족하였다. 또한 석고의 함량이 증가할수록 초기응결 강도가 커지는 것을 알 수 있으며, 시멘트의 비율이 증가할수록 초기응결 강도가 점차 증가하는 것을 확인하였다. 이는 석고가 물과 혼합되었을 때, 수화열에 의한 수화촉진으로 초기강도의 향상을 보여주며, 수화촉진에 의한 장기강도 저하현상이 발생하지 않도록 시멘트를 적정량 첨가하면 장기강도에 긍정적인 영향을 주는 것으로 보인다.
(4)현장실험결과, 긴급복구에 필요한 4시간 이후 조기강도와 타설 후 1일 일축압축강도는 모두 목표치를 만족하는 것으로 나타났다. 또한 운영중인 도로에서의 급속시공 성능검증 결과 긴급복구로 요구되는 4시간 이내 굴착 및 복구를 완료하여 지반함몰 긴급복구에 적용이 가능한 것으로 확인되었다.
0으로 나타났다.또한 저회의 비율이 높을수록 pH 값은 작고, 강염기성인 시멘트의 함유량이 커질수록 수소이온농도가 증가하여 pH값이 높게 측정되는 경향을 보였다. 이는 시멘트가 저회와 포졸란 반응을 일으켜 알칼리성이 저하되어 환경적인 안정성이 요구되는 pH 값인 12.
52MPa의 범위의 값을 갖는다. 또한, 시멘트 비율이 4% 이상일 경우는 장기강도가 1.5MPa 보다 크게 측정되어 목표성능을 만족하지 못한 것으로 확인되었다(Fig. 6).
또한, 초기강도인 재령 1일 강도는 0.16∼1.18 MPa의 값을 보여 초기강도의 목표치인 0.15 MPa을 만족하였다.
본 논문의 연구 결과 저회와 석고, 소량의 시멘트를 활용한 고유동성 채움재는 지반함몰 긴급복구에 요구되는 초기강도와 현장 시공성을 만족하여 운영중인 도로에서의 지반함몰 긴급복구용 채움재로써 적용이 가능한 것으로 확인되었다. 하지만 향후 지반함몰 긴급복구에 대한 고유동성 채움재의 적용에 있어 환경적 안정성 평가와 현장에서의 장기강도 검증 및 재침하 여부를 위한 다짐도 평가에 대한 충분한 연구가 이루어져야 할 것으로 사료된다.
시험결과 공시체 배합 4시간 후 압축강도는 0.027∼0.2MPa의 범위를 보여 교통량 재개가 가능한 강도인 0.025 MPa 을 모두 만족하는 것을 확인하였다.
시험결과 모든 배합비에서 종결시간은 4시간 이내로 확인되었고, 저회의 비율이 클수록 종결시간이 늦어지고, 석고의 비율이 클수록 응결시간이 점점 줄어들었다. 하지만 시멘트의 비율 변화에 따른 응결시간은 그 차이가 미미하였다(Fig.
시험결과 저회의 비율이 70%일 경우 44∼47%의 함수비 범위에서 플로우 값의 목표치를 만족하였고, 저회의 비율이 60%의 경우 40∼44%, 저회의 비율이 50%의 경우 35∼38%의 함수비 범위에서 플로우 값의 목표치를 만족하였다.
Won and Lee(2001)은 골재, 플라이애쉬, 저회, 시멘트와 물을 배합한 유동성 채움재에 대한 연구를 진행 하였다. 유동성 채움재의 특성을 파악하기 위해 플로우시험, 슬럼프시험, 압축강도시험 등의 실내시험을 수행한 결과 저회의 재활용을 늘리고 현장에서 사용이 가능하다는 결과를 도출하였다. Kong et al.
(3)플로우시험 결과, 모든 배합비에서 목표 플로우 값을만족하는 함수비의 범위는 35∼47%로 확인되었다.응결시험 결과, 시험에서 적용된 모든 배합비에서 긴급복구가 이루어져야 하는 4시간 이내 종결되었다. pH시험 결과, pH 값은 약 10.
재 굴착의 가능여부에 대한 장기강도는 저회의 비율이 커질수록 감소하였다. 저회의 비율이 50% 일 경우 1.
탐사결과 공동의 크기가 약 0.8m(길이) × 0.5m(폭) × 0.6m(깊이)로 확인된 개소를 길이와 폭, 깊이 1m의 크기로 굴착하여 타설 준비를 완료하였다.
후속연구
재료의 특성은 무기질계 혼화재가 미리 혼합되어 있어 현장 공정을 간단하게 해주며 친환경적이고, 주변지반과 유사한 강도를 구현한다는 장점이 있다. 그러나 이러한 충전재료 역시 그라우팅공법으로 사용하는 주입공법으로 지반 하부에 있는 Lifeline의 보호와 긴급복구의 가능여부에 대한 추후 연구가 필요할 것으로 보인다(Jung et al., 2017).
또한 저회의 비율이 높을수록 pH 값은 작고, 강염기성인 시멘트의 함유량이 커질수록 수소이온농도가 증가하여 pH값이 높게 측정되는 경향을 보였다. 이는 시멘트가 저회와 포졸란 반응을 일으켜 알칼리성이 저하되어 환경적인 안정성이 요구되는 pH 값인 12.4 보다는 낮은 범위에 있으나 보다 환경적인 안정성을 위해고유동성 채움재의 중성화에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.
6MPa로 측정되었다. 이에 본 연구에서 개발한 고유동성 채움재는 지반함몰에 대한 긴급복구 재료로서 적용이 가능할 것으로 판단되지만 재 굴착 여부를 판단하기 위한 장기강도 검증이 필요할 것으로 사료된다.
급속시공의 성능검증 결과 굴착 후 복구까지 소요된 시간은 총 3시간으로 긴급복구가 이루어져야하는 4시간 내에 복구가 가능한 것으로 확인되었다. 하지만 추후 재침하 여부를 위한 다짐도에 대한 확인이 필요할 것으로 보이며, 지반환경에 대한 안정성 평가도 이루어져야 할 것으로 판단된다.
본 논문의 연구 결과 저회와 석고, 소량의 시멘트를 활용한 고유동성 채움재는 지반함몰 긴급복구에 요구되는 초기강도와 현장 시공성을 만족하여 운영중인 도로에서의 지반함몰 긴급복구용 채움재로써 적용이 가능한 것으로 확인되었다. 하지만 향후 지반함몰 긴급복구에 대한 고유동성 채움재의 적용에 있어 환경적 안정성 평가와 현장에서의 장기강도 검증 및 재침하 여부를 위한 다짐도 평가에 대한 충분한 연구가 이루어져야 할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
기존에 지반함몰 대책공법으로 사용된 유동성 채움재는 무엇을 이용했는가?
기존에 지반함몰 대책공법으로 사용된 유동성 채움재는 현장유용토나 준설토, 폐타이어를 사용하거나, 석탄회와 슬래그와 같은 산업부산물을 이용하였다. 이는 자기수평성과 자기다짐성, 유동성, 강도조절이 가능한 장점을 지닌다(ACI Committee 229, 1994).
산업부산물을 이용한 유동성 채움재의 장점은?
기존에 지반함몰 대책공법으로 사용된 유동성 채움재는 현장유용토나 준설토, 폐타이어를 사용하거나, 석탄회와 슬래그와 같은 산업부산물을 이용하였다. 이는 자기수평성과 자기다짐성, 유동성, 강도조절이 가능한 장점을 지닌다(ACI Committee 229, 1994). 하지만 기존 지반함몰 대책공법으로 사용되는 유동성 채움재는 경화시간이 길어 긴급복구 시 적용하기에 미흡한 실정이다.
지반함몰은 어떤 추세를 보이는가?
최근 발생하고 있는 도심지의 지반함몰은 국민 생활에 밀접한 연관이 있어 국민들에게 불안감을 가중시키고 있다. 이러한 지반함몰은 2011년 573건에서 2015년 1,036건으로 증가하고 있는 추세에 있고, 2014년에서 2015년까지 1.0m × 1.0m 규모의 도로함몰이 154건, 2010년 이후 규모 2m × 2m 이상의 큰 도로함몰이 21건 발생하였다고 서울시에서 보고된 바 있어 지반함몰 발생의 증가 추세가 우려되고 있는 상황이다(Seoul Metropolitan Government, 2016a). 이에 국토교통부는 국민적 불안감과 지반함몰 발생의 증가 추세에 대한 우려를 해소하기 위해 ‘지하공간의 체계적인 안전관리 대책방향(안)’을 제시하였고, 서울시는 ‘서울시 도로함몰 특별대책’을 발표함은 물론 국회에서는 ‘지하안전 관리에 관한 특별법’을 통과시켰다.
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