KR100314978B1 - 부산석회를 주원료로 한 저질니토 개량재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부산석회를 주원료로 하는 저질니토 개량재에 관한 것이다. 보다 상세하게는 중량률로서 주원료인 부산석회 45∼55%에 경화재로 고로슬래그시멘트 30∼40%, 포졸란제인 플라이 애쉬 10∼15%, 계면활성제로 리그닌 술 로네이트 1∼2%를 배합하여 저질니토 개량재를 조성하고, 이렇게 조성된 개량재를 저질니토의 토질특성 및 사용목적에 맞추어 대상토의 1㎥을 80∼350kg을 배합하여 사용할 경우 보통 포틀란드 시멘트에서 보다 1.5∼2.0배이상의 강도를 발휘할 순 있을 뿐만 아니라, 특히 주원료가 가지는 중금속의 흡착효과로 인하여 쓰레기 매립장 공사에 활용가능한 것이다.

Description

부산석회를 주원료로 한 저질니토(抵質泥土) 개량재

본 발명은 부산석회를 주원료로한 토질개량재에 관한 것이며, 보다 상세하게는 소다회를 생산하는 과정에서 발생되는 무기성 슬러지(sluge)인 부산석회를 주원료로 하여, 고함수 점성토(高含水粘性土), 고유기질토, Hedro(해양침전물)등의 저질니토를 효과적으로 개량할 수 있는 토질개량재에 관한 것이다.

저질니토는 자연상태에서 일반적으로 함수비가 액성한계(LL:Liquid Limit)이상으로 존재하는 특성을 가지며, 이로 인해 액상(液狀)의 거동을 보인다. 따라서, 건설현장 등에서는 통상 수분을 제거하여 양질토로 치환하거나 드레인(drain)등의배수공법등이 이용되어 왔다.

그러나, 자연상태에서 수분을 제거하기 위해서는 장시간 방치한 상태로 둘 수 밖에 없으며, 이 기간은 토질특성에 따라 달라지나 일반적인 저질니토의 경우 수십년 이상의 시간이 소요된다.

또한 드레인 공법은 저질니토 지반에 투수성이 양호한 재료로 수직 및 수평배수층을 설치하는 공법으로서 이 역시 장시간을 요구하는 공법일 뿐만 아니라, 시공비가 고가이므로 경제적인 관점에서도 문제가 있는 것이다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해 현재 생석회(生石灰) 또는 시멘트를 주원료로 하는 토질개량재들에 관하여 연구,개발되고 있으나, 생석회계의 경우 생석회 고유의 특성인 고알칼리성(pH 13)과 수분과의 접촉시 발생하는 고온(400℃)으로 인하여 현장작업이 어려우며, 따라서 실용화에 곤란한 상태이다. 시멘트계의 경우에는 시멘트의 수급상황 변동/품귀현상 및 고가의 사용 첨가제 등에 의한 낮은 경제성이라는 문제점을 안고 있다.

이에 본 발명의 목적은 소다회 생산공정도중 산업부산물로서 발생되는 부산석회를 재활용한 저질니토 개량재를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 저질니토의 전단강도를 증가시킬 뿐만아니라 중금속흡착효과를 갖는 저질니토 개량재를 제공하는 것이다.

제 1도는 본 발명에 의한 토질개량재의 대표적인 용도를 나타내는 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명 *

1: 라이닝층

2,2',3,3': 가호안

4,5: 쓰레기 매립충

본 발명에 의하면,

토질개량재의 중량을 기준으로 주원료인 부산석회 45∼55중량%, 경화제인 고로슬래그 시멘트 30∼40중량%, 포졸란제인 플라이 애쉬(Fly Ash) 10-15 중량% 및 계면활성제인 리그닌 술포네이트 1∼2중량%로된 토질개량재가 제공된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

저질니토의 강도를 증가시킬 뿐만 아니라 금속흡착능이 우수한 본 발명의 저질니토 개량재는 소다회 생산공정도중 부산물로서 생성되는 무기성 슬러지인 부산석회를 주원료로 한다. 종래 소다회 생산공정도중 부산물로서 생성되는 부산석회는 폐기물로 구분되어 처분되어 왔으나, 본 발명의 저질니토 개량재는 부산석회를 주원료로 사용함으로써 폐기물을 재활용하는 것이다.

이와 같은 본 발명의 토질개량재는 부산석회 45∼55중량%, 고로슬래그 시멘트 30∼40중량%, 플라이 애쉬(Fly Ash) 10∼15중량% 및 리그닌 술포네이트 1∼2중량%로 배합된다.

부산석회에는 탄산칼슘 및 산화칼슘성분이 다량 함유되어 있어 본 발명에의한 토질개량재의 다른 성분들 및 저질니토와 혼합하여 사용함으로써 중금속 흡착효과 뿐만 아니라 저질니토의 전단강도를 개선하는 것으로 총 저질니토 개량재의 중량을 기준으로 45∼55중량%로 사용되는 경우 최적의 강도증대 및 중금속 흡착능을 나타낸다. 총 저질니토 개량재의 중량을 기준으로 고로슬래그 시멘트는 경화제로서 30∼40중량%로, 플라이애쉬는 포졸란제로서 10∼l5중량%로 그리고 리그닌 술포네이트는 계면활성제로서 1∼2중량%로 사용된다. 본 발명의 토질개량재에서 각 성분은 상기 조성으로 배합되는 경우, 최적의 강도증대효과 및 중금속 흡착효과를 나타낸다.

한편, 제1의 실시예와 관련하여 상기한 바와같이 조성된 토질개량재를 서해안에서 채취한 고함수 해성점도(海性粘土전) 시료 1㎥당 150kg을 배합하여 일축압축강도, 다짐시험, 투수시험등을 실시하였는 바, 본 실험에 사용된 시료토의 특성은 하기 표 1에서 구체적인 수치로서 제시되어 있으며, 상기 실험의 결과는 하기 표 2 내지 표 3에서 구체적으로 나타나있다.

보다 상세하게 설명하면, 본 실험에 사용된 시료토는 경기도 김포군 해안지역에서 재취한 것으로서 표 1에 나타나 있는 바와 같이 자연상태에서 액성 한계 44.5%보다 큰 함수비를 보이므로 자연상태에서 액성의 거동을 보인다고 할 수 있을 것이고, 소성지수가 19.8%로 소성영역이 비교적 작으므로 수분함유량의 증가에 의해 쉽게 액상화할 것이며, 체의 크기가 0.074mm인 #200번채 통과량이 80%이상이므로 전반적으로 입자가 미세하여 색깔은 진회색을 띠는 전형적인 저질니토의 하나인 해안점성토라고 할 수 있다.

상기 배합비로 조제된 개량재와 일반시멘트를 각각 시료토와 손비빔을 하여 혼합한 후 직경 5cm, 높이 10cm의 피브이씨(PVC) 몰드에 다짐없이 충진한 후 수중양생하여 3, 7, 14, 28일 후 일축압축강도시험에 의해 개량토의 전단강도를 측정하였다. 그 결과 생석회계에서 발생하는 고열의 반응은 볼 수 없었고 다만 상온보다 조금 낮은 정도였으며, 양생 3일 후 보통시멘트로 개량된 것은 원지반의 전단강도 0.020kg/㎤의 60배, 본 발명의 저질니토 개량재를 사용한 개량토는 90배 정도의 전단강도 증진을 볼 수 있었다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

표 2에서 나타나있는 바와 같이 본 발명의 토지개량재를 사용한 경우와 보통 시멘트를 사용한 경우와의 강도시험결과 본 발명의 토지개량재를 사용한 경우의 강도가 대략 1.5 내지 2.3배 정도 더 높게 나타남을 알 수 있다.

일반적으로 도로 노체, 노반등 성토재료를 사용할 수 있는 토질은 액성한계 50%미만, 소성한계 25%미만, 건조밀도 1.5t/㎥이상, 간극률 42%이만인 흙이다. 이때 일반적인 개량토에서 가장 큰 주안점은 CBR값이며 이 값이 50%미만이면 다른 조건들도 만족되는 것으로 본다. 상기 실험에 사용된 본 발명의 개량토의 경우 표 3에서 나타나있는 바와 같이 상기 조건들을 만족함을 알 수 있다. 다만, 투수시험결과 그 결과치가 투수계수(K) 1.287 × 10-8~8.312 × 10^-8∼ 8.312 ×10^-8정도로 다소 낮게 나옴을 볼 때 본 개량토가 주로 사용되는 환경은 투수성에 관한 문제가 중요하지 않은 지역등일 것이며, 특히 하도와 같은 투수성이 낮을수록 유리한 쓰레기 매립장등의 라이닝제나 성토재로서 특히 유용하다 할 것이다.

이에 대한 예시로서 도 l에는 본 발명의 개량토가 사용되는 대표적인 용도를 도시하고 있다. 도 1에서 보는바와 같이 본 발명의 토질개량재는 폐수의 지하로의 침출을 방지하기 위한 라이닝층(1)에 사용되는 라이닝제나, 쓰레기 매립층(4)(5)의 측부를 지지함과 동시에 매립용적을 크게 하기 위한 가 호안(2)(2')(3)(3')에 사용되는 성토재료서 효과적으로 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 제 2의 실시예로서 다음에 개시된 바와 같이 시험예 1과같은 배합률로 조성된 토질개량재를 남해한에서 채취한 고함수 해성점토 시료 1㎥당 350kg을 배합하여 일축압축강도, 다짐시험, 투수시험등을 실시하였다.

이 실험에 사용된 시료토 토질의 특성은 표 4에 나타냈으며, 그 시험결과는 표 5와 표 6에 나타나있다.

본 실험에 사용된 시료토는 전라남도 광양시 해안지역에서 채취한 것으로 표 4에 나타나있는 바와 같이 자연상태에서 액성한계 43.2%보다 3배 이상의 큰 함수비를 보이므로 자연상태에서 액성의 거동을 보인다고 볼 수 있고, 소성지수가 22.2%로 소성영역이 비교적 작으므로 수분함유량의 증가에 의해 쉽게 액상화할 것이며. 채의 크기가 0.074mm인 #2200번채 통과량이 90%이상이므로 전반적으로 입자가 미세하며 색깔은 진회색을 띠는 전형적인 저질니토의 하나의 해안 점성토라고 할 수 있다.

하기 표 5와 표 6에서 보는 바와 같이 본 발명의 토질개량재를 사용할 경우 그 강도 면에서나 CBR값 등에서 상기 제 1 실시예와 마찬가지로 그 특성이 우수하게 나옴을 알 수 있다.

[표 4]

[표 5]

[표 6]

* 투수시험결과치 투수계수(K)는 1.021 × 10^-8~ 5.567 × 10^-8

본 발명의 제3의 실시예에 관련하여 주원료인 부산석회의 오염물질 저감능을 평가하기 위해 등온흡착실험 및 오염물질 저감능 시험을 실시하였으며, 그 결과는표 7과 같았다.

표 7에 나타나 있는 바와 같이 주원료인 부산석회는 우수한 중금속흡착능력을 가지며, 따라서 부산석회가 함유된 물질, 예를들면 본 발명의 토질개량재 또한 이와 같은 기능을 갖는다. 따라서, 본 발명의 토지개량재는 다른 종류의 토질개량재나, 라이닝제들이 갖지 못하는 환경정화능력을 가진다는 점에서 보다 효과적인 토지개량재라 할 수 있다.

[표 7]

또한, 본 발명은 주원료로서 종래 폐기처분되던 부산석회를 사용하여 강도증진효과 및 중금속 흡착효과를 갖는 저질니토 개량재가 제공되는 것으로 경제적일 뿐만 아니라 폐기물을 재활용하는 잇점이 있는 것이다.

본 발명에 의하면 산업부산물인 부산석회를 주원료로 하는 토질개량재는 부산석회를 그대로 사용하는 경우 높은 소성지수로 인해 트래커빌러티 확보가 곤란하다는 단점을 보완했을 뿐만 아니라, 호,소,해안공사등에서 발생되는 저질토에 배합하여 사용하여 건설용 자재로서 재활용될 수 있으며, 주원료가 가지는 탁월한 중금속 흡착효과로 매립장의 라이닝제 및 성토/복토재로의 활용가능한 점에서 기존의 생석회 및 시멘트계에 대한 단점을 보완한 발명이다.

Claims (1)

1. 토질개량재의 총중량을 기준으로 주원료인 무산석회 45∼55중량%, 경화제로서 고로슬래그 시멘트 30∼40중량%, 포졸란제로서 플라이 애쉬 10∼15중량% 및 계면활성제로서 리그닌 술포네이트 1∼2중량%가 배합된 토질개량재.