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문제 정의
- 본 연구에서는 특수가공된 PS Ball 풍쇄슬래그는 작은 물입자가 혼입된 공기를 일정한 송풍압력으로 분무하여 분무지역을 형성하고 상기의 분무지역에 용융상태의 제강슬래그를 직접 통과시켜 유리화된 높은 강도의 결정체로서 화강토 및 하수슬러지 등과 혼합하여 매립장의 일일복토재로 재활용하기 위한 특성을 분석하였으며 입자가 큰 슬래그에 대해서는 집배수재로의 재활용 가능유무에 대하여 평가하였다.
제안 방법
- 풍쇄슬래그 및 화강토를 혼합비(8:2, 7:3, 5:5)별로 섞여 실험을 하였다. 또한, 풍쇄스래그와 하수슬러지를 혼합하여 재활용하는 경우에는 풍쇄슬래그 : 하수슬러지 : 고화재(이하, 고화물로 표시)의 혼합비율을 무게비 100 : 100 : 1(시료 1m3당 시멘트 100kg : 시멘트의 1%)로 하였다. 집.
- 집.배수재로의 풍쇄슬래그의 재료는 입자의 크기가 큰 시료 (5~10mm, 10~20mm) 등 두가지에 대하여 실험하였다.
- 복토재활용을 위한 풍쇄슬래그 및 화강토, 하수슬러지의 혼합비를 결정하기 위하여 각 혼합비별 일축 압축강도, CBR, 투수계수, 우수배제실험 등을 수행하였으며 집배수재로의 이용을 위하여 투수계수를 수행하였다. 일일복토재로서의 강도 측정을 위하여 KSF 2320의 일축압축강도실험을 수행하였다.
- 투수계수의 측정은 강도별 양생일별로 투수계수 값을 나타내었다. 우수배제기능을 평가하기 위한 우수배제실험은 1x1x1m 크기의 실험조에 경사각이 약 15도가 되도록 하여 15cm 두께로 재료를 채워 넣은 후, 복토가 끝난 복토층위에 일정시간 동안 일정량의 강우 강도를 적용하여 복토 재 표면에서의 유출량과 침투량을 흙과 복토재 각각의 경우에 대해 측정하였다.
- 일일복토재로서의 강도 측정을 위하여 KSF 2320의 일축압축강도실험을 수행하였다. 투수 계수를 측정하기 위하여 시료의 크기를 지름 10cm, 높이 15cm로 성형하여 변수위 투수시험법(KS F 2322)을 수행하였다.
- 복토 재로 널리 사용하는 양질의 흙으로는 경기 화강토를 사용하였다. 풍쇄슬래그 및 화강토를 혼합비(8:2, 7:3, 5:5)별로 섞여 실험을 하였다. 또한, 풍쇄스래그와 하수슬러지를 혼합하여 재활용하는 경우에는 풍쇄슬래그 : 하수슬러지 : 고화재(이하, 고화물로 표시)의 혼합비율을 무게비 100 : 100 : 1(시료 1m3당 시멘트 100kg : 시멘트의 1%)로 하였다.
- 풍쇄슬래그의 일일 및 중간복토재로의 활용성을 평가하기 위하여 기존에 매립장에서 일일복토재로 사용되고 있는 화강토와 화강토+풍쇄슬래그, 고화물에 대하여 일축압축강도, CBR, 투수계수, 중금속용출 특성 및 물리적 특성 등에 대하여 비교실험을 수행하였으며 그 결과는 다음과 같다.
- 현재 폐기물관리법 시행규칙에는 화학복토재 등 인공복토재는 폐기물공정시험방법에 의한 용출시험을 통하여 유해성이 없어야 사용이 가능하기에 본 연구에 사용된 PS Ball 풍쇄슬래그, 화강토, 하수슬러지등에 대하여 용출시험 및 기본물성을 평가하였다.
대상 데이터
- 복토 재로 널리 사용하는 양질의 흙으로는 경기 화강토를 사용하였다. 풍쇄슬래그 및 화강토를 혼합비(8:2, 7:3, 5:5)별로 섞여 실험을 하였다.
- 본 연구에 사용된 시료는 PS Ball 풍쇄슬래그, 화강토, 하수슬러지, 고화제를 사용하였다. 복토 재로 널리 사용하는 양질의 흙으로는 경기 화강토를 사용하였다.
이론/모형
- 일일복토재로서의 강도 측정을 위하여 KSF 2320의 일축압축강도실험을 수행하였다. 투수 계수를 측정하기 위하여 시료의 크기를 지름 10cm, 높이 15cm로 성형하여 변수위 투수시험법(KS F 2322)을 수행하였다. 투수계수의 측정은 강도별 양생일별로 투수계수 값을 나타내었다.
성능/효과
- 매립시설 침출수 집.배수관로 보호용 골재(투수계수가 1x 10-2 cm/sec이상, 최대지수는 50mm 이하) 로 사용하기 위하여 5~10mm의 풍쇄슬래그 및 10~20 mm 크기의 풍쇄슬래그에 대하여 투수계수를 측정한 결과, 각각 2.38X10"1, 2.41X10-1 로 나타나 기준치를 충분히 만족하고 있음을 알 수 있다.
- 1. 중금속용출특성의 결과에서 보았듯이 납, 구리, 비소, 수은, 카드뮴, 크롬, 시안 등 유해한 중금속의 용출 실험 결과 어떠한 것도 검출되지 않은 안전하고 무해한 청정재료임을 확인할 수 있다.
- 2. 매립장 복토시에 사용되는 건설장비의 주행 등 작업에 필요한 일축압축강도는 0.5kgf/cm2 이상으로나타나고 있으며, CBR에서는 2.5%이상의 값을 나타내고 있는바, 풍쇄슬래그 및 화강토를 5:5로 혼합한 경우와 하수슬러지 및 고화제를 첨가한 풍쇄슬래그의 경우에서만 기준치를 만족하였으며 화강토 복토시보다 우수한 것으로 나타났다.
- 3. 투수계수는 점토나 점토질 모래(투수계수는 1x10-5~1x10-6cm/sec)를 기준으로 했을 때에는 풍쇄슬래그(5:5) 및 고화물 첨가한 풍쇄슬래그가 5.82x10-6~5.96x10-6cm/sec로서 적정 수준으로 확인되었으며, 양생일별 투수계수의 값이 거의 변화가 없는 것으로 보아서 투수계수는 양생기간과 상관없이 거의 일정함을 알 수 있다.
- 4. 우수배제율을 50mm 우수량으로 하여 측정한 결과, 풍쇄슬래그(5:5), 고화제, 화강토, 풍쇄슬래그 (7:3), 풍쇄슬래그(8:2)순으로 나타났는데, 풍쇄슬래그(5:5) 및 고화제 첨가된 풍쇄슬래그로 복토한 경우의 우수배제기능이 화강토로만 복토한 경우보다 우수한 것으로 나타났다.
- 5kgf/cm2 이하로 나타나고 있음을 알 수 있다. 5:5의 비율로 혼합하여 실험을 측정한 결과, 0.5kgf/cm2 이상이 나왔으며, 양생 7일 이후부터는 거의 일정한 일축압축강도로 나타났다. 또한, 하수슬러지와 고화물을 첨가한 경우에도 측정값이 0.
- 결론적으로 풍쇄슬래그(5:5) 및 고화제 첨가된 풍쇄슬래그로 복토한 경우의 우수배제기능이 화강토로만 복토한 경우보다 우수한 것으로 평가할 수 있다
- 3정도로 나타났다. 또한, 입도크기를 실험한 결과, D10은 0.46mm이고 D60은 1.36mm로 나타났으며 균등계수는 평균 2.84로 나타났으며 곡률계수는 1.06으로 나타나 입자의 분포는 양호한 편이며 크기는 대부분 균등한 것으로 나타났다.
- 집.배수관을 보호하기 위하여 5~10mm의 풍쇄슬래그 및 10~20mm 크기의 풍쇄슬래그에 대하여 투수계수를 측정한 결과, 그림 4에 나타난 것과 같이 5~10mm의 풍쇄슬래그의 투수 계수는 평균 2.38X10-1 의 높은 투수성을 보이고 있으며 10~20mm의 풍쇄슬래그 투수계수도 2.41X10-1 로 나타나 기준치를 충분히 만족하고 있음을 알 수 있다.
- 본 연구에서 사용된 PS Ball 풍쇄슬래그는 물리적으로 비중인 3.72정도이고 압축강도나 경도는 모래에 비해 약 2배정도 높게 나타났으며 흡수율도 기존모래에 비해 0.16정도 낮게 나타났으며 형상은 거의 구형에 가까우며 자연상태의 밀도는 약 2.3정도로 나타났다. 또한, 입도크기를 실험한 결과, D10은 0.
- 우수배제율을 50mm의 우수량으로 하여 측정한 결과, 풍쇄슬래그(5:5), 고화제, 화강토 순으로 나타났다. 결론적으로 풍쇄슬래그(5:5) 및 고화제 첨가된 풍쇄슬래그로 복토한 경우의 우수배제기능이 화강토로만 복토한 경우보다 우수한 것으로 평가할 수 있다
- 풍쇄슬래그의 주요 화학적성분은 CaO, Fe2O3, SiO2으로 다량의 석회성분을 함유하고 있으며 폐기물 용출 실험을 한 결과, 납, 구리, 비소, 수은, 카드뮴, 6가 크롬, 시안 등 유해한 중금속이 모두 검출되지 않은 일반재료물질임을 확인할 수 있었으며 풍쇄슬래그에 화강토를 5:5로 혼합한 시료와 하수슬러지 및 고화재를 첨가한 고화물 시료에서도 한국폐기물공정시험법에 따라 용출분석한 결과, 여러 중금속이 소량 검출되어 폐기물허용기준 이내로 나타났다.
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