[논문]Bottom ash를 재활용한 친환경 유동성 보수보강재 적용을 위한 설계입력용 물성시험

이관호; 이경중; 함상민; 황철비

문제 정의

본 연구는 위와 같이 문제점이 대두되고 있는 석탄회 중 Bottom ash와 현장발생토의 재활용에 있어 효율적인 방안이며 관매설공사의 되메우기 방법의 대체공법인 친환경복합지반재료 유동성 보수보강재 개발을 위한 기초 자료로써 서천 화력발전소에서 채취한 Bottom ash와 천안시 북부대로와 천안IC 도로 연결 확장 공사에서 발생하는 현장 발생토를 사용한 유동성 보수보강재의 물리·역학적 특성을 분석하였다.
본 연구에서는 Bottom ash를 현장발생토로 대체하여 친환경 유동성 보수보강재의 개발에 있어 적정 배합비를 도출하기 위한 시험을 실시하였다. 유동성시험(180mm～300mm)과 일축압축강도(3일 : 1.

제안 방법

각각의 배합을 ∅50mm×100mm의 원주형 몰드로 공시체를 제작하였으며, 현장 조건과 같은 수는 없지만 시편의 수분 증발을 적게 하기 위하여 상온 조건에서 몰드 내에 그대로 둔 상태로 공기 중 양생을 하여 1일, 3일, 7일, 14일, 28일 양생을 실시하였다.
배합설계의 기준은 국외의 유동화 처리토의 기준을 바탕으로 본연구의 배합설계의 기준을 설정하였다. 유동성 시험의 설계 기준 값은 일본의 기준을 일축압축강도 시험의 설계 기준 값은 미국 기준의 값에 치우쳐 설계기준을 설정하였다.
본 연구에서는 미국콘크리트학회(ACI Commitee 229, 1994)에서 제안한 ∅3in×6in 실린더를 이용하여 유동성 시험을 실시하였고, 매끄러운 표면을 보이는 아크릴판을 밑면으로 하여 퍼진 시료의 중심을 지나가는 최소값과 최대값의 평균으로 결과값을 도출하였다.
시험에 사용된 각 재료의 물성을 파악하기 위해 실내물성시험을 실시하였다. 유동성 보수보강재의 구성은 미소량의 일반 포클랜드 시멘트와 Fly ash 및 현장발생토와 현장발생토를 대체한 Bottom ash로 구성되며 이를 일정량의 물과 배합하여 사용한다.
장래의 재굴착 여부에 따라 28일 강도를 기준으로 인력굴착강도 7㎏/㎠이하, 장비굴착강도 7～21㎏/㎠, 비굴착강도 21㎏/㎠이상 등(ACI Commitee 229R-94, 1994)으로 규명되어 있어 인력굴착이 가능한 정도의 강도보다 조금 더 강한 강도를 배합설계 기준으로 채택하였으며 최소의 강도 발현 값은 미국의 유동화 처리토 기준을 사용하여 배합설계 기준을 채택하여 본 시험의 시료들이 양생 후 본 기준의 부합여부를 파악하였다.
퍼진 결과값의 평균이 180mm∼300mm가 나오면 충분한 유동성을 갖는다고 판단하여 양생을 실시하였다.
현장발생토중에서 바텀애시의 치환율과 Fly ash의 양을 변화하는 등의 여러 배합 조건 중 목표 배합기준을 충족시키는 값으로 표 5와 같은 최적 배합 설계를 결정하였다.

대상 데이터

Bottom ash는 서천 화력발전소에서 발생하는 석탄회를 세척, 분류하는 I사의 Bottom ash로 입경은 0.9∼1.5mm의 Bottom ash만을 선별하여 사용하였으며 물성시험 결과값은 표 2와 같다.
14g/cm3, 문말도 3,198cm2/g의 국내 A사의 보통포클랜드 시멘트를 사용하였다. Fly ash는 충남 당진군에 위치한 I사의 정제된 정제 플라이애시2종을 사용하였으며 규격은 KS L 5405에 만족한다. 고무칩은 국내 C사의 폐타이어 분말로 규격은 0.
유동성 보수보강재의 구성은 미소량의 일반 포클랜드 시멘트와 Fly ash 및 현장발생토와 현장발생토를 대체한 Bottom ash로 구성되며 이를 일정량의 물과 배합하여 사용한다. 사용된 토사는 천안시 북부대로와 천안 IC를 연결하는 도로공사에서 발생한 굴착잔토를 사용하였으며, 흙의 분류결과는 SP로 판정되었고 #4번 Sieve에 거른 흙의 사용하여 너무 큰 입경의 입자들은 배제하여 시험하였다. 이의 물성실험 결과는 표 1과 같다.
5mm의 Bottom ash만을 선별하여 사용하였으며 물성시험 결과값은 표 2와 같다. 시멘트는 밀도 3.14g/cm3, 문말도 3,198cm2/g의 국내 A사의 보통포클랜드 시멘트를 사용하였다. Fly ash는 충남 당진군에 위치한 I사의 정제된 정제 플라이애시2종을 사용하였으며 규격은 KS L 5405에 만족한다.

데이터처리

일축압축강도는 각 재령별 3개의 시편을 제작하여 시험을 실시하여 얻은 결과값의 평균을 사용하였다. 그림 3.

성능/효과

그림 3.에서 보는 것과 같이 배합설계 기준의 재령 3일 값인 1.3kg/m2의 값을 모두 만족하였으며, 재령 28일의 값인 2.1∼10.0kg/m2의 값을 모두 만족하였으며, FA 20과 BA 30+고무칩의 배합에서는 14일 강도가 최대값을 보였다.
35cm의 값을 보이며 설계 기준에 만족하는 값을 얻을 수 있었다. 더 큰 유동성을 확보하기 위해서는 전체 배합비율에서 물의 비율을 소량 증가시키면 유동성을 확보할 수 있으며 초기 강도는 조금 낮은 값을 보이나 최종강도에서 큰 변화가 없다는 결과를 얻을 수 있었다.
유동성 시험의 결과값은 모든 배합 분류에서 20.25cm∼23.35cm의 값을 보이며 설계 기준에 만족하는 값을 얻을 수 있었다.
본 연구에서는 Bottom ash를 현장발생토로 대체하여 친환경 유동성 보수보강재의 개발에 있어 적정 배합비를 도출하기 위한 시험을 실시하였다. 유동성시험(180mm～300mm)과 일축압축강도(3일 : 1.3㎏/㎠이상, 28일 : 2.1～10.0㎏/㎠)의 배합 설계 기준을 바탕으로 시험을 실시한 결과는 모두 만족하는 결과값을 보였으며, 대체적으로 14일 이후이면 최대 강도에 대응하는 강도를 발현하는 것으로 확인 되었다. 관매설공사의 되매우기 방법을 대체할 수 있게 개발중인 친환경 유동성 보수보강재의 물리적 및 공학적 특성을 실내시험을 통하여 비교 검토 하였으며 추후 계속적인 연구가 필요하다.

후속연구

0㎏/㎠)의 배합 설계 기준을 바탕으로 시험을 실시한 결과는 모두 만족하는 결과값을 보였으며, 대체적으로 14일 이후이면 최대 강도에 대응하는 강도를 발현하는 것으로 확인 되었다. 관매설공사의 되매우기 방법을 대체할 수 있게 개발중인 친환경 유동성 보수보강재의 물리적 및 공학적 특성을 실내시험을 통하여 비교 검토 하였으며 추후 계속적인 연구가 필요하다.

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