[논문]석분혼합토의 지반공학적 특성

김찬기; 김중철; 박욱근; 김의조; 김용철

[국내논문] 석분혼합토의 지반공학적 특성
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김찬기 (대진대학교 건설시스템공학과) , 김중철 (대진대학교 토목공학과) , 박욱근 (대진대학교 토목공학과) , 김의조 (대진대학교 토목공학과) , 김용철 (대진대학교 토목공학과)

This study is conducted to investigate the possibility of the utilization of the mixed soil formed by mixing stone sludge, bentonite, and residual soil as a soil sealant sustaining both stability and capacity in the barrier system. And the mixed soil formed by mixing stone sludge, river sand is conducted to investigate the possibility of recycle. A series of tests were performed on the mixed soil(stone sludge, bentonite, Cement and residual soil) to evaluate basic properties such as compaction, compressive strength, permeability of these materials. and the stone sludge-river sand mixed soil were performed the discharge capacity tests.

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문제 정의

본 연구는 우리나라 전역에 넓게 분포하고 있는 화강토에 벤토나이트와 석분, 화강토와 석분 그리고 시멘트를 혼합하여 각각의 혼합비에 따른 토질특성과 역학적 성질을 밝히고 이를 바탕으로 산업폐기물인 석분의 재활용방안을 제시하고자 한다.
화강토에 석분과 벤토나이트를 혼합하여 인공호수 및 쓰레기 매립장 등의 차수공사에 사용할 수 있는 혼합토와 화강토와 석분 그리고 시멘트를 혼합하여 산책로 등의 포장재로 사용할 수 있는 혼합토를 개발하여 폐자원을 재활용하고자 한다. A, B, C, D혼합토는 일정의 화강토 중량에 대한 석분과 벤토나이트의 중량 비를 각각 달리하여 제작하였으며 혼합비에 따른 다짐특성, 투수특성 및 강도특성 등을 밝히고자 각각의 시험을 실시한다.
A, B, C, D혼합토는 일정의 화강토 중량에 대한 석분과 벤토나이트의 중량 비를 각각 달리하여 제작하였으며 혼합비에 따른 다짐특성, 투수특성 및 강도특성 등을 밝히고자 각각의 시험을 실시한다. E혼합토는 물/시멘트 비를 500%로 맞춘 뒤 시멘트중량에 대한 화강토와 석분의 중량비를 달리하여 강도특성을 밝히고자 시험을 실시한다. 각 시료의 혼합비는 표 2와 같다.
본 연구는 화강토와 벤토나이트에 석분, 화강토와 석분에 시멘트를 혼합한 석분 혼합토를 물성시험 및 역학시험을 실시하여 재활용 시 가장 적합한 혼합비를 찾고자 하였으며 다음과 같은 결과를 얻었다.

제안 방법

화강토에 석분과 벤토나이트를 혼합하여 인공호수 및 쓰레기 매립장 등의 차수공사에 사용할 수 있는 혼합토와 화강토와 석분 그리고 시멘트를 혼합하여 산책로 등의 포장재로 사용할 수 있는 혼합토를 개발하여 폐자원을 재활용하고자 한다. A, B, C, D혼합토는 일정의 화강토 중량에 대한 석분과 벤토나이트의 중량 비를 각각 달리하여 제작하였으며 혼합비에 따른 다짐특성, 투수특성 및 강도특성 등을 밝히고자 각각의 시험을 실시한다. E혼합토는 물/시멘트 비를 500%로 맞춘 뒤 시멘트중량에 대한 화강토와 석분의 중량비를 달리하여 강도특성을 밝히고자 시험을 실시한다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 화강토는 경기도 포천 지역에서 채취한 시료를 실내에서 자연건조 시킨 후 #4번체를 통과한 시료이고 벤토나이트는 D벤토나이트에서 제작한 벤토나이트로 통일 분류법으로 분류하면 풍화 화강토는 SM이고 벤토나이트는 CL이다. 석분의 물리적 특성은 모암에 따라 그 성질이 다르지만 포천지역의 석분은 화강암의 가공물로서 통일 분류상으로 ML이다.
석분의 물리적 특성은 모암에 따라 그 성질이 다르지만 포천지역의 석분은 화강암의 가공물로서 통일 분류상으로 ML이다. 시멘트는 S시멘트에서 제작한 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 그리고 각각의 시료에 대한 물리적 성질은 표 1에 나타낸바와 같으며 각각의 시료에 대한 입도분포곡선은 그림 1과 같다.

성능/효과

그림에 나타난바와 같이 석분의 함유량이 증가하면 투수계수는 현저히 증가하고 있는 반면에 벤토나이트 함유량이 증가하면 투수계수는 감소하는 것을 알 수 있다. 특히, 차수재로서의 조건을 충족하기 위해서는 벤토나이트를 10%이상 함유하여야함을 알 수 있었으며 석분의 함유량 또한 10% 이내이어야 함을 알 수 있었다.
1. 석분 함유량이 증가되면 최대건조밀도는 전반적으로 감소하는 경향을 보이며. 벤토나이트 함유량이 증가할수록 최적함수비는 증가하고 최대건조밀도는 감소하는 것으로 나타났다.
석분 함유량이 증가되면 최대건조밀도는 전반적으로 감소하는 경향을 보이며. 벤토나이트 함유량이 증가할수록 최적함수비는 증가하고 최대건조밀도는 감소하는 것으로 나타났다.
2. 혼합토가 차수재로서의 조건을 충족하기 위해서는 벤토나이트가 10%이상을 함유 하고 석분의 함유량은 10% 이내이어야 한다.
3. 벤토나이트와 석분의 함유량이 증가할수록 점착력과 내부마찰각이 증가하지만 점착력은 벤토나이트의 영향을 내부마찰각은 석분의 영향을 더 크게 받는다.
4. 일축압축강도는 석분의 함량 증가에 따라 최대 40% 감소하며, 벤토나이트 함량 증가에 따라 최대 22% 증가, 재령일에 따라 최대 240% 증가한다.
석분 함유량이 증가되면 최대건조밀도는 전반적으로 현저하게 감소하는 경향을 보이고 있지만 석분의 함유량이 5%이상인 경우에는 최대건조밀조의 변화가 매우 작게 나타나고 있다. 또한 벤토나이트의 함유량이 증가하면 증가 할수록 최대건조밀도는 감소하는 경향을 보이고 있으며 벤토나이트 혼합비의 증가에 따라 최적함수비가 증가하는 경향을 보이고 있다. 이것은 벤토나이트 혼합비의 증가에 따라 물을 함유하고자하는 벤토나이트의 성질에 의한 영향으로 보인다.

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