초록 ▼

우리 나라 의 총 8개의 화력발전소에서 발생되는 석탄회는 현재 년간 약 200만톤으로서 대부분 발전소 주변 회사장에 무용도로 폐기처분되고 있다. 정부의 장기전원개발계획에 따르면, 새로운 전력생산량의 약 40％ 이상을 석탄화력발전소에 의존하게 된다. 따라서 2001년의 석탄회의 발생량은 현재의 약 2.5배인 약 500만톤으로 예상되며, 현재의 회사장의 규모로는 2001년에 발생되는 석탄회의 처리에는 훨씬 미치지 못한다.
앞으로 석탄회의 처리량의 증가가 예상되기 때문에 서천, 영월, 삼천포 등의 화력발전소에서는 현재 대

우리 나라 의 총 8개의 화력발전소에서 발생되는 석탄회는 현재 년간 약 200만톤으로서 대부분 발전소 주변 회사장에 무용도로 폐기처분되고 있다. 정부의 장기전원개발계획에 따르면, 새로운 전력생산량의 약 40％ 이상을 석탄화력발전소에 의존하게 된다. 따라서 2001년의 석탄회의 발생량은 현재의 약 2.5배인 약 500만톤으로 예상되며, 현재의 회사장의 규모로는 2001년에 발생되는 석탄회의 처리에는 훨씬 미치지 못한다.
앞으로 석탄회의 처리량의 증가가 예상되기 때문에 서천, 영월, 삼천포 등의 화력발전소에서는 현재 대폭 확장 내지는 증축설계중이다. 그러나 비좁은 국토여건과 서·남해안에 대규모 간척사업 등의 국토를 확장하려는 국가적인 정책을 고려해 볼 때 내륙에 방대한 회사장을 건설하는 것은 바람직하지 못하며 비경제적으로 생각되어진다. 더욱 회사장의 건설단가는 ㎢당 수십억원에 이르며, 그러한 회사장은 화경에 대한 문제 가지 야기시키고 있다. 석탄회처리에 대한 가장 좋은 방법은 석탄회의 재활용이며 이것은 환경과 경제적인 측면에서 여러 가지의 잇점이 있다.
다행히 우리 나라는 서해안 고속도로, 경부고속전철, 영종도국제공항등 대단위 국토건설공사가 있게 되고 막대한 토공재 소요가 전망되는 바 재료난 해소면에서나 석탄회 대량 활용면에서 보아 매우 시기 적절하며, 더욱, 이들 건설공사 위치나 화력발전소 입지가 일치하므로 수송비 절감면에서도 유리한 조건에 있다 할 수 있다.
본 연구는 크게 다음과 같은 면에 초점을 맞추었다. 하나는 보강공법을 포함한 석탄회 혼합토의 강도특성의 연구이며, 다른 하나는 기존의 회사장의 활용과 도로포장·성토재로서의 석탄회의 대량활용을 위한 실용적인 공법의 개발이다. 포괄적인 실험계획은 아래와 같고 다양한 조건에서의 석탄회와 혼합물의 특성들을 평가하였다. 또한 효율적인 연구를 위하여 아래와 같은 4개의 세부과제로 구분, 여러대학이 협력하여 3개년동안 수행하였다.
석탄회의 강도면에서 가장 우수한 Fly Ash 와 Bottom Ash의 적정혼합비율을 구하여 그 비율을 구하고 그 비율로 조성된 Mixed Ash의 부족한 강도를 보완하는 보강재·약액에 의한 보강 공법 연구(제1세부)와 석탄회가 매립지로 계획된 정적인 해수중에 투하될 경우 석탄회의 침강, 압밀, 전단거동분석과 더욱 중금속에 오염된 지반의 개량재로서의 활용방안을 검토한다.(제 2세부), 또한 폐기되어 방치된 수십 ㎢의 광활한 회사장(Fly Ash와 Bottom Ash가 8:2의 비율로 혼합되어 있음)을 발전소의 부대시설 또는 주민 편익시설로서의 활용을 위한 공학적 연구(제 3세부), 그리고 석탄회의 대량 활용을 목적으로 도로포장재로서의 사용을 위한 MR 특성, 동결융해내구성 등의 공학적 검토와 이의 원활한 활용을 경제성분석(제4세부)등 석탄회의 성토·포장재로서의 실용화를 위해 폭넓게 검토하였다.
3개년의 연구기간 중 제 1차년도 에는 비회와 저희의 혼합비를 변화시켜 가며 지지력, 전단강도 면에서 가장 우수한 적정 혼합비를 구하여 이 혼합회의 대류 토질역학적 특성을 구명하고 (제1세부과제), 침강실험을 통하여 비회종류별, 실험관 직경별, 뒤섞는 정도별, 염분농도별, 주입높이별, 초기 함수비별로 침강특성을 규명하고 주입높이에 따른 최종 퇴적고와 침강 완료 시점을 파악하였다. (제2세부과제) 광활한 회사장을 저탄창고, 복지시설, 농경용지, 각종 부대시설 등으로의 활용을 위해 Cone 관입시험, 들밀도시험, 실내CBR시험 등 지지력시험을 통하여 사용 가능성 성질 즉 강도를 증대시키기 위한 방안으로서 적량의 점성토량을 구하여 첨가한 후 시멘트를 여러 비율로 첨가, 동결융해 시험을 12 Cycle로 반복하여 손실량 등을 구하였다. 또한 석탄회에 점성토와 시멘트를 여러 비율로 여러 비율로 첨가하여 동결융해시험과 일축압축시험 등을 통하여 석탄회의 강도에 대한 내구성을 검토하였다. (제4세부과제)

제 2차년도에는 각종 보강재의 재료적 특성 및 기능에 대해서 검토하로 검토하였고 (제 1세부과제), 압밀시험을 실시하여 석탄회의 각종 토질상수를 구하고 간극비에 따른 투수계수의 변화를 식으로 유도하여 유효압밀압력과 비체적의 관계식을 나타냈으며, 비배수 삼축 압축시험을 의해 정규압밀 및 과압밀된 석탄회의 응력경로를 파악하고 이를 점토와 비교 전단시 석탄회의 응력경로를 예측하였다. (제2세부과제) 폐기된 회사장의 편익시설로의 활용을 위하여 기존의 회사장에서의 현장진동실험을 통하여 방진설계자료를 얻고 (제3세부과제), 혼합회를 도로포장재로 활용하기 위해 적설 한랭지에서의 동결융해에 대한 대책 및 Soil-Cement 포장재로서 내구성 증대방안(제4세부과제)등이 검토되었다.

제3차년도에는 지반보강을 약액주입으로 할 경우 야기되는 수압파쇄현상에 대한 대처방안 및 동상현상으로 인한 흙구조물 파괴에 대한 대책공법을 검토하며(제1세부과제), 환경개선재로서 석탄회를 활용하기 위한 연구를 위하여는 시료에 석탄회와 시멘트 및 적정 혼화제를 섞어서 개량재를 만들기 위한 시료 제조 장치를 검토하기 제조된 시료를 Column test 를 통해 중금속 흡착능을 평가하였고(제2세부과제), 폐기된 회사장의 재활용을 위해 각종 진동에 대한 회사장지반의 감쇠특성이 규명과 방진설계 방법을 제시하였으며, 이들 효과를 동적시험법(표면파 전달기법)으로 확인하고(제3세부과제), 석탄회를 도로포장재로 활용하기 위해 MR 특성 및 CBR 과 MR 과의 상관관계를 구하고 2개 화력발전소 석탄회를 대상으로 경제성분석을 행하였다.(제4세부과제)

Abstract ▼

The amount of coal ashes which are the by-products from 8 thermal power plants is 2 million tons a year in korea, and most of them were uselessly disposed to ash ponds near power plant. According to the government plan for the dvelopment of power resouces during next decade, over 40％ of new power

The amount of coal ashes which are the by-products from 8 thermal power plants is 2 million tons a year in korea, and most of them were uselessly disposed to ash ponds near power plant. According to the government plan for the dvelopment of power resouces during next decade, over 40％ of new power generation will depend on the coal power plant. It is, thus, anticipated that the annual production of coal shes at the year of 2001 will be 5 million, which is 2.5 times the present amount. this obviously results in lack of the ash disposal ponds. Because of the expected increase of ash disposal, Seochun, Yongdong and Samchunpo power plants are enlarging or planning to enlarge their ash ponds.
However, it is unfeasible and uneconomical to build additional large inland ash ponds considering the shortage of land and national policy to expand the land by reclamation on the West and South Coast. Moreover, the construction cost of the ash ponds raise enviromental problems as well as difficultes in securing site. The most feasible approach as a solution of ash disposal would be the recycling of the coal ashes. This will provide the several advantages both in the environmental and the economical aspects.
Several huge construction projects for national land development have been launched recently such as the West Seaside Highway, Seoul-Pusan High Speed Electrical Railroad and the New Seoul International Airport and will require large amounts of construction material. The coal ashes from these power plants have a high potentiality to be used for those projects. Above all, the transportation cost would be low if they could be used for those projects and this gives the economically viable merits in using coal ashes as construction materials, since several power plants are located near those projects sites. It is, therefore, quite interesting to evaluate the mechanical properties of coal ashes. The coal ashes should be environmentally safe, and meet the various engineering requirements.
The research was focused on next major aspects namely, one was the study of strength characteristics of coal ash mixtures including their improvement technique, and the other was the utilization of existing ash ponds and the development of practical usage of coal ashes as pavement materials. A comprehensive testing program was drawn to monitor and evaluate the properties of ashes and their mixtures under the various conditions. This has been carried out by the cooperation of several universities for more effective study. The research period was 3 years with 4 phases as follows.
THE 1ST YEAR
Phase 1 · Determination of the optimum mixing ratio of fly ashes and bottom ashes which can provide the highest strength.
·Defining of the geotechnical characteristics of the optimum coal ash mixtures.
phase 2 · Explanation of the characteristics of settling according as the sort of fly ash, test tube diameters, the number of Blending, the concentration of sodium, the initial height and water content through the settling test ·Find out the final sedimetation height and final settling time according to the initial pouring height
phase 3 · Evaluation of bearing capacity of coal ashes by carring out the cone penetration test, field density test, laboratory CBR tests, etc.
·Investigation of the possible ground improvement method.
·Investigation of the strength durability by frost and thawing and uniaxal compression test on fly ash samples with varying additives' contents such as clay, cemet, etc.
THE 2ND YEAR
phase 1 · Investigation of the mechanical properties of the various reinforcement.
·Investigation of an appropriate chemical grouting for the ground consolidation
·Investigation of the long term stabillity of coal ashes in the water.
phase 2 · Obtain the soil parmeablity according to void ratio
·Expression of the relationshiop between the effevtive isotropic compression and the specfic volume
·Investigtion of the stress path of the normally consolidated or the over consolidated coal ashes by consolidated undrained triaxial compression test and analysis by comparing with the case of clay.
·Prediction of the void ratio change during the process of consolidation and the stress path void ratio change during of shear
phase 3 · In-situ vibration test for the existing coal ash ponds : design parameters for the vibration protection
phase 4 ·Establishment of the anti- frost and thawing method to use coal ashes for pavement
·Establishment of the proper method for the durability-increase of coal ashes as a soil-cement material
THE 3RD YEAR
phase 1 ·Development of the anti-hydraulic fracturing method and mechanisms of hydraulic fracturing which may be caused by chemical grouting.
·Establishment of anti-frost have for the protection of earth structures.
phase 2 ·Investigatio of the device for the preparatio of sample by mixing fly ash with cement and proper compound matters in order to use of fly ash for material of enviornmental improvement ·Examination of the column test to evaluate the absorption capacity of heavy metal
phase 3 ·Definition of damping properties and abstract design parameters of the vibration protectio for the vibration which may be caused by vehicles and possible factory mechines and etc
·Detection of these effect by dynamic test(SASW method ; the Spectrum Analysis of Surface-Waves)
phase 4 ·Investigation of the correlation between CBR and MR for effective design of pavements using coal ashes.
·Economical Assessment of coal ashes as construction materials.

목차 Contents

• 1.서 론...13
• 2.연구방법...19
• 3.결 과...22
• 4.고 찰...36
• 5.결 론...48
• 6.참고문헌...64
• 1.서론...79
• 2.적정혼합비의 결정...81
• 3.지반보강공법(동수지반에서의 주입효과)...109
• 4.적정혼합비로 다짐한 석탄회의 장기안정성...121
• 5.석탄회의 동상 특성...147
• 6.지반에서 Hydrauric Fracturing 연구...151
• 7.결론...167
• 8.참고문헌...173
• 1.序 論...187
• 2.石炭灰의 沈絳特性에 關한 硏究...190
• 3.石炭灰의 壓密과 剪斷에 關한 硏究...226
• 4.오염방지재로서의 석탄회 활용방안...259
• 5.결론...275
• 6.참고문헌...279
• 1. 서론...293
• 2. 폐기된 Ash Pond의 지반지지력...294
• 3. 폐회사장의 지반진동 특성...324
• 4. 결론...370
• 5. 참고문헌...372
• 1. 서론...383
• 2. 석탄회의 동결융해 특성...385
• 3. 화강풍화토의 동결융해 특성...400
• 4. 동탄성 특성...414
• 5. 경제성 분석 (1)...419
• 6. 경제성 분석(20)...432
• 7. 결론...438
• 8. 참고문헌...442