[논문]케이슨 속채움재로서 동슬래그의 안정성 검토

노기만

케이슨 속채움재로서 동슬래그의 안정성 검토
The Stability of Copper Slag in The Caisson Filling Material 원문보기

노기만 (LS-Nikko 동제련 기술혁신추진실)

In this study, usability and stability in the caisson filling material were reviewed that copper salg(one million tons per one-year) were produced by smelter. In order to complete these studies, chemical and physical comparing analyses were performed by sea-sand materials as to the materials suitability, After construction, the structural displacement of caisson was measured by the instrument and was examined for stability. As a result of analysis, it was determined that copper slag is eco-friendly, and can be used as recycled alternative to aggregates materials.

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문제 정의

(LG-Nikko 동제련㈜ 제련기술연구소, 2000; 한국건설기술 연구원2000). 따라서, 본 연구에서는 케이슨 동슬래그 속채움재로서의 적용성을 평가하기 위하여 실제 시공사례를 바탕으로 검토하였다.
따라서 케이슨 속채움 재료는 설계에서 가정한 단위중량을 만족하는 재료만 있으면 공학적으로 전혀 문제가 없다. 이와 관련하여 동제련시 발생되는 슬래그의 케이슨 속채움 재료로서의 적용성에 대한 안정성을 검토하였다. 우리나라에서는 동제련 과정에서 동슬래그는 연간 100만톤 정도 생산(2009년 기준)되고 있으며, 동슬래그 입도 범위가 0.

제안 방법

구조물 경사계의 측정 방향은 양방향인 A축방향, B축방향(해측에서 육상으로 볼 때)으로 측정하였고 센서변위측정에 대한 구조물 변위량은 아래 그림 9와 같다.
구조물 시공시 해안과 지반 그리고 구조물의 상호작용에 따른 구조물의 안정성 평가를 위해 구조물의 거동 및 침하의 정량적 확인을 위한 계측기를 설치하였으며 케이슨과 관련된 구조물 경사계를 통하여 케이슨의 변위를 측정하였다.
동슬래그 속채움에 의한 케이슨의 안정적 거치확인을 위하여 1개소에 구조물 경사계를 설치하였고 속채움이 완료된 2009년 7월 15일(경과일 3일)에 초기치를 설정하여 320일(2010년 5월 기준)동안의 케이슨 변위를 측정하였다.
모래 대체 재료로서의 동슬래그의 사용성을 평가하기 위하여, 각종 기본 특성실험들의 결과를 토대로 화학적·물리적·역학적 특성을 분석하였다.
표 3과 같이 케이슨 관련하여 계측계획을 수립하였으며 구조물경사계의 변위를 통하여 케이슨 거치 이후의 경사변위에 대한 안정성을 계측하였다.

대상 데이터

총 9개 선석이 건설 예정인 ‘울산 신항(1-2단계) 남항부두 축조공사’ 중 기타광석에 대한 하역부두인 6번선석은 총 17함(이형 케이슨 2함 포함)의 슬릿케이슨(Slit-Caission)이 거치되었다.

성능/효과

(1) 동슬래그는 대체로 입도분포가 균등하여 통일분류법에서도 입도분포가 양호한 SP로 분류되고 모든 시료가 비소성(NP)로 나타났으며, No.200체 통과분이 거의 0%에 가까운 속채움재로서 적합한 입도분포특성을 가진 것으로 판단된다.
(2) 동슬래그의 단위 중량은 3.47g/cm3로서 일반적으로 속채움 재료로 사용되는 해사의 2.645g/cm3과 비교하여 매우 큰 것으로 나타났으며, 단위중량이 중요한 요소인 속채움 재료로서 동슬래그 적용은 전혀 문제가 없는 것으로 판단된다.
(3) 동슬래그의 화학적 특성은 제련조업시 사전 조합으로 인하여 화학적 편차가 극히 작고 안정화되어 있다. 또한 천연모래에서의 염화물량 허용값 0.
(4) 동슬래그로 속채움을 케이슨의 거치 후 구조물 경사계를 통하여 장기 변위 측정결과 거치 20일 이 후 변위에 대한 안정화를 이루어 정착 된 것으로 판단된다.
A다짐시험결과 최대건조밀도 2.17g/cm3, 최적함수비 6.11%로 나타났으며, 해사의 경우 최대건조밀도 1.505g/cm3, 최적함수비 17.4%를 나타내었다. 동슬래그의 속채움시 토피하중의 영향은 증가할 것이며 그림 2의 다짐곡선에서와 같이 밀도가 완만한 경향을 나타내어 속채움의 경우 함수비의 영향은 크지 않을 것으로 사료된다.
그리고 통일분류법에 의해 동슬래그를 분류하면, 입도분포가 균등한 SP로 분류되며, 액·소성 시험결과는 모든 시료가 비소성(NP)으로 나타나 재료적 특성은 양호한 것으로 평가된다.

후속연구

케이슨 속채움 재료로서 동슬래그의 사용은 화학적, 물리적 안정성을 바탕으로 경제적 우위성을 가지며 나아가서는 재활용 재료의 친환경 건설재료 활용으로 사용 범위를 넓혀 나갈 더 많은 연구가 필요할 것이다.

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