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매립석탄회를 재활용한 표층연약지반 개량용 혼합토의 압축강도 특성 연구
Compression Strength Behavior of Mixed Soil Recycling Bottom Ash for Surface Layer Hardening 원문보기

KEPCO Journal on electric power and energy, v.5 no.4, 2019년, pp.287 - 293  

오기대 (KEPCO Research Institute, Korea Electric Power Corporation) ,  김경열 (KEPCO Research Institute, Korea Electric Power Corporation)

초록
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국내 화력발전소석탄회 발생량은 매년 증가하고 있는 상황이다. 특히 Fly Ash보다 상대적으로 생산량이 15 % 정도로 적은 저회의 경우 적은 생산량에도 불구하고 재활용률이 낮아 발전소에 단순 매립되어 있는 실정이다. 하지만, 발전소 마다 매립장이 포화상태에 있고, 새로운 매립장 건설이 어려운 상황이다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해서는 매립석탄회를 토목 공사에의 대규모 적용을 촉진하는 방안이 가장 합리적인 방안이라고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 산업폐기물인 석탄재와 항만 준설을 하면서 대량으로 매립되고 있는 준설토를 혼합한 혼합토의 표층고화처리공법에 대한 적용성을 검토하기 위해서 유동성 및 일축압축시험을 통한 역학적 거동 특성을 연구하였다. 시험결과, 유동성은 준설토와 석탄회 혼합토의 경우 함수비 91-92%에서 유동성 200 mm를 확보하여 우수했고, 준설토 100 %와 모래와 석탄회의 혼합토는 상대적으로 낮은 유동성을 나타냈다. 일축압축강도 역시 준설토와 석탄회의 혼합토는 28일 강도에서 요구 강도 159 kN/㎡을 만족하면서 우수한 결과를 나타냈으나, 그 외 시료들은 요구 강도를 만족하지 못하는 결과를 나타냈다. 본 연구에서는 시멘트와 양생 기간에 따른 압축강도 거동 예측식을 제시하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Domestic thermal power plant fly ash is at a situation which emissions are increasing every year. Comparing to Fly Ash, Bottom Ash is only 15 %, but it's recycling rate is low, so most of them is being buried in the ground. However, landfill site of every power plant is full, and the construction of...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • (1) 본 연구에서는 표층고화재로 석탄회와 준설매립토의 활용성을 검증하기 위해서 법률로 정한 준설토와 석탄회의 배합비 50:50은 고정시키고 시멘트와 함수비를조정하면서 시공성을 확인하기 위한 유동성 시험과 양생 시간에 따른 강도 특성을 확인하기 위한 일축압축강도시험을 수행하였다.
  • (4) 본 연구에서는 상기 일축압축강도의 상관성을 관계식으로 제안하였다. 본 상관식은 다양한 현장 여건을 반영할 수는 없지만, 매립준설토와 석탄회의 혼합토가 연약 지반의 표면고화처리용으로 활용성 및 개략적인 적용성을 검증할 수 있는 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
  • 따라서 본 연구에서는 산업폐기물인 석탄재와 준설토를 혼합한 혼합토의 표층고화처리공법에 대한 적용성을 검토하기 위해서 유동성 및 일축압축시험을 통한 역학적 거동 특성을 연구하였다.
  • 일축압축강도는 석탄회, 준설토, 시멘트 및 함수비와 같은 시험체 제작 시의 배합비뿐만 아니라 양생 방법 및 양생일수와 같은 시공 조건에 따라서도 영향을 받는다. 따라서, 본 연구에서는 혼합 시 재료 분리로 인하여 유동성 확보가 어려운 모래+석탄회 혼합토를 제외 시료들에 대해서 현장시공조건과 부합하는 습식양생방법에 따라서 양생일수 7, 14,28일에 따른 일축압축강도시험을 수행하였다.
  • 본 연구는 산업폐기물인 석탄회와 해상 투기 등으로 환경오염을 야기하고 있는 준설토를 연약지반의 표층고화처리공법에 적용성을 검토하고자 역학적 특성에 대한 시험을 수행하고 그 결과를 다음과 같이 기술하였다.
  • 따라서 고화재 첨가로 인하여 임의 목표 강도의 재료를 단기간에 공급 가능하고, 기존의 대형 공기압송선을 활용할 수 있어 대량 급속시공이 가능할 뿐만 아니라 준설토를 재활용함으로써 자원 재활용이 가능하다. 이에 본 연구에서는 추가로 석탄회를준설토와 혼합하여 적용함으로써 역학적 특성 개선 및 산업폐기물 재활용에 대한 검토를 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
일반 성토재로 활용 시 매립 석탄회의 단점을 극복하기 위한 방법은 무엇인가? 일반 성토재로 활용 시 매립 석탄회의 단점을 극복하기 위한 고화재의 혼입이 필요하므로 일반 토사에 비해 시공성이 떨어지므로 연약지반 표층부에 석회석이나 시멘트계를 혼합하여 흙 속의 물과 수화 반응 및 점토광물과 반응을 유도하여 표층을 고화시켜 장비의 통행성(Trafficability)를 확보하는 표층고화처리공법에 적용하는 것이 합리적으로 판단된다.
본 연구는 산업폐기물인 석탄회와 해상 투기 등으로 환경오염을 야기하고 있는 준설토를 연약지반의 표층고화처리공법에 적용성을 검토하고자 역학적 특성에 대한 시험을 수행하였다, 이에 대한 시험결과는 어떠한가? (1) 본 연구에서는 표층고화재로 석탄회와 준설매립토의 활용성을 검증하기 위해서 법률로 정한 준설토와 석탄회의 배합비 50:50은 고정시키고 시멘트와 함수비를조정하면서 시공성을 확인하기 위한 유동성 시험과 양생 시간에 따른 강도 특성을 확인하기 위한 일축압축강도시험을 수행하였다. (2) 유동성 시험결과, 모래+석탄회를 혼합한 시료는 재료 분리로 유동성 확보가 불가능하였고, 준설토 100 % 와 준설토+석탄회 혼합토의 경우 각각 함수비 91-92 % 와 122-125 %에서 유동성 200 mm를 만족하였고, 이는 조립 재료인 석탄회가 첨가된 혼합토의 경우 석탄회가 베어링 역할을 하여 낮은 함수비에서도 소요 유동성을 확보할 수 있는 것으로 나타나 석탄회가 유동성 확보에는 유리한 것으로 확인되었다. (3) 일축압축시험 결과, 모든 시료들은 양생 시간과 시멘트 함유량에 따라서 단계적인 강도 증가를 나타냈으며, 이를 시멘트량을 log-scale로 변환했을 때, 14, 28일강도는 시멘트량에 대해서 상관계수 0.99이상의 상관성을 나타냈으며, 양생 기간을 log-scale로 변환했을 때 시멘트량에 따른 일축압축강도도 모든 경우에 대해서 상관계수0.94-0.99로 높은 상관성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. (4) 본 연구에서는 상기 일축압축강도의 상관성을 관계식으로 제안하였다. 본 상관식은 다양한 현장 여건을 반영할 수는 없지만, 매립준설토와 석탄회의 혼합토가 연약 지반의 표면고화처리용으로 활용성 및 개략적인 적용성을 검증할 수 있는 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 하지만, 해양준설토의 염화 특성에 따른 콘크리트 부식, 시멘트 최적 혼합량 제시, 타 지역 준설토에 대한 검토 등의 추후 연구가 필요할 것이다.
매립석탄회의 장단점은 무엇인가? 이와 같은 문제를 해결하기 위해서는 매립석탄회를 토목공사에의 대규모 적용을 촉진하는 방안이 가장 합리적인 방안이라고 할 수 있다. 토목공사에의 대규모 활용 방안의 일환으로 성토재로의 활용이 가장 가능성이 높으나 성토재로 활용할 경우 토목공사 종류에 따른 역학적 검토가 필요한데, 매립석탄회는 일반 토사와 달리 비중이 가벼운 경량재료라 성토재료서는 유리하나, 하중재하 시 압축 특성이 높고, 모관 상승과 흡수율이 높아 큰 함수비에서 다짐 특성이 좋지 않은 단점을 가지고 있다.
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참고문헌 (9)

  1. 천병식, 고용일, "석탄회의 도로성토재 및 노상재로서의 활용을 위한 비회와 저회의 적정 혼합비", 대학토목학회 논문집, 제12권, 1호, pp177-189, 1992. 

  2. 천병식 외, "석탄회의 건설재로서의 활용에 관한 연구", 대한토목학회 학술발표회 논문집(III), pp 567-570, 1995. 

  3. 이영생, 강승구, "석탄회를 이용한 기성능 건설재료의 토질공학적 특성에 관한 실험적 연구", 대한토목공학회 논문집, 제20권, 제2C호, pp147-154, 2000. 

  4. 김윤태, 강효섭, "폐타이어 저회가 혼합된 유동성 복합지반재료의 공학적 특성", 한국해양공학회지, 제14권, 제3호, pp52-58, 2010. 

  5. 김주형, 조삼덕, 공진영, "석탄회를 사용한 저강도 고유동화재의 경화특성 분석", 한국지반환경공학회 논문집, 제11권, 제11호, pp77-85, 2010. 

  6. Jaturapitakkul, C. and Cheerarot, R. "Developemnt of Bottom Ash as Pozzolanic Material," Journal of Materials in Civil Engineering, vol. 15, no.1, pp48-53, 2003. 

  7. 천병식, 여유현, "준설토의 Sand Mat 재료 적합성 평가를 위한 시험시공 사례연구", 지반공학회 가을학술대회, pp 373-380, 1998. 

  8. 윤길림 외, "굴패각을 혼입한 모르타르 혼합토의 강도특성 연구", 한국지반공학회 논문집 제17권 5호, pp 51-60, 2002. 

  9. 방성택, 연용흠, "모형토조실험에 의한 초연약지반의 표층개량에 관한 연구", 한국지반환경공학회 논문집, 제20권, 제5호, pp39-46, 2019. 

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