KR100719136B1 - Waste vinyl aggregate for reducing adfreezing force of building footing, method of producing the same and method of constructing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐비닐재를 고온에서 용융시킨 후 냉각을 통해 내부에 공간부를 갖도록 제조된 구조물 기초의 동착력 감소를 위한 폐비닐골재를 제공하며, 폐비닐재의 선별,투입,용융,인발,냉각 및 절단의 단계를 포함하는 구조물 기초의 동착력 감소를 위한 폐비닐골재의 제조방법을 제공한다.The present invention provides a waste vinyl aggregate for reducing the cohesive force of the foundation of the structure manufactured to melt the waste vinyl material at a high temperature and then having a space therein, and to sort, insert, melt, draw, cool and It provides a method for producing waste vinyl aggregate for reducing the cohesion of the structure base comprising the step of cutting.
또한, 본 발명은 특히 융해와 동결이 반복되는 활동층이나 영구동토층이 존재하는 지반에 말뚝을 시공함에 있어서 말뚝의 외면을 감싸는 형태로 적층매설하여 단열층을 형성하는, 구조물 기초의 동착력 감소를 위한 폐비닐골재의 시공방법을 제공한다.In addition, the present invention is to form a heat insulation layer by laying down in the form of covering the outer surface of the pile in the construction of the pile, especially in the ground where the active layer or permafrost layer repeats melting and freezing, for reducing the cohesion of the foundation of the structure Provided is a construction method of waste vinyl aggregate.
동착력, 말뚝, 폐비닐, 공간부, 단열, 영구동토지반 Bonding force, Pile, Waste vinyl, Space part, Insulation, Permafrost
Description
도 1은 본 발명에 따른 폐비닐골재의 제조공정을 나타낸 개략도,1 is a schematic view showing a manufacturing process of waste vinyl aggregate according to the present invention,
도 2는 제조된 폐비닐골재의 사진을 보여주는 참고도,2 is a reference diagram showing a photograph of the manufactured vinyl aggregate,
도 3은 본 발명에 따른 폐비닐골재의 열전도율을 나타내는 비교도,3 is a comparative diagram showing the thermal conductivity of the waste vinyl aggregate according to the present invention,
도 4는 영구동토지역의 연간 지표온도변화와 지표심도에 따른 온도분포를 나타낸 참고도,4 is a reference diagram showing the annual surface temperature change and the temperature distribution according to the surface depth of the permafrost region,
도 5a는 여름에서의 깊은 기초 말뚝에 대한 작용력을 나타내는 상태도,Figure 5a is a state diagram showing the action force on the deep foundation pile in summer,
도 5b는 가을 및 겨울에서의 깊은 기초 말뚝에 대한 작용력을 나타내는 상태도,Figure 5b is a state diagram showing the action force on the deep foundation pile in autumn and winter,
도 6은 계절별 동착력 거동을 나타낸 상세도,Figure 6 is a detailed view showing the seasonal cohesion behavior,
도 7은 본 발명에 의한 말뚝 주위의 폐비닐골재를 포설한 단면도,7 is a cross-sectional view of the waste vinyl aggregate around the pile according to the present invention,
도 8a는 동착력 감소의 실험을 나타내는 개략도,8A is a schematic diagram showing an experiment of reduction in adhesion force;
도 8b는 도 8a에서의 폐단강관말뚝의 실험 상태를 나타낸 참고도,Figure 8b is a reference diagram showing the experimental state of the closed end steel pipe pile in Figure 8a,
도 9는 동착력 감소실험의 사진을 보여주는 참고도,9 is a reference diagram showing a photograph of the adhesive force reduction experiment,
도 10은 본 발명에 의한 폐비닐골재의 포설여부에 따른 동착력 감소실험의 비교도이다.10 is a comparison of the adhesive force reduction test according to whether or not the waste vinyl aggregate according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1 : 폐비닐골재 3 : 말뚝 5 : 공간부1: waste vinyl aggregate 3: pile 5: space part
8 : 폐비닐재 9 : 인공경량골재 10 : 투입구8: waste vinyl material 9: artificial lightweight aggregate 10: inlet
11 : 모터 12 : 감속기 15 : 이송스크류11
20 : 수조 23 : 상부덮개 24 : 로드셀20: water tank 23: upper cover 24: load cell
25 : 동착력 측정수단 26 : 폐단강관말뚝 28 : 토조25: means for measuring adhesion force 26: closed end steel pipe pile 28: earth
30 : 스트레인 게이지30: strain gauge
A : 여름철 지반 하부의 온도분포 B : 겨울철 지반 하부의 온도분포A: Temperature distribution at the bottom of summer ground B: Temperature distribution at the bottom of winter ground
본 발명은 폐비닐재를 용융시킨 후 특정 가공단계를 통하여 공간부를 가지는 단열성의 건설골재와, 이를 제조하기 위하여 환경오염의 문제가 되는 폐비닐을 재활용한 자동화된 제조방법 및 온도변화가 많은 극지와 같은 영구동토지반에서 이를 이용한 기초 말뚝의 시공시 말뚝의 동착력을 감소시켜 말뚝의 수명을 늘리고 구조물의 안정성을 증가시키는 시공방법에 관한 것이다.The present invention is a heat-insulating construction aggregate having a space portion through melting a certain vinyl material and a specific processing step, an automated manufacturing method for recycling waste vinyl, which is a problem of environmental pollution in order to manufacture the same, The present invention relates to a construction method that increases the life of the pile and increases the stability of the structure by reducing the fixing force of the pile during the construction of the foundation pile using the same in the permafrost.
일반적으로, 극지와 같은 영구동토 지역에서의 기초 말뚝에 작용하는 힘은 말뚝의 원주면에 작용하는 동상동착력, 말뚝의 최저면에 작용하는 동상동착력 및 말뚝의 최상부로부터 작용하는 연직 하중력으로 구분된다. In general, the forces acting on the foundation piles in permafrost areas such as polar regions are divided into frost-bonding forces acting on the circumferential surface of the pile, frost-bonding forces acting on the lowest surface of the pile, and vertical loading forces acting from the top of the piles. .
여기서, 상기 동상동착력(Adfreezing force, 이하 ‘동착력’이라 칭함)은 도 5a에서 나타낸 바와 같이, 계절별 온도변화로 인한 지반의 융기 및 침하가 활발히 일어나는 활동층이나 영구동토층이 말뚝에 작용하는 힘을 말한다. 그리고, 말뚝의 최저면보다 표면적이 더 넓은 원주면에 작용하는 동착력은 비록 작은 수치만큼 변화하더라도 건축구조물 및 말뚝의 안정에 영향을 미치기 때문에 중요하게 다루어진다.Here, the frost-free adhesion (adfreezing force, hereinafter referred to as 'adhesion') is a force acting on the pile active layer or permafrost layer where the elevation and settlement of the ground actively due to seasonal temperature changes, as shown in Figure 5a Say. And, the coercive force acting on the circumferential surface of which the surface area is larger than the lowest face of the pile is important because it affects the stability of the building structure and the pile even if the change is small.
이러한 동착력은 온도차와 함께 융해가 일어나는 활동층의 활동이 활발한 여름철과 동결이 일어나는 겨울철이 반복적으로 지날수록 말뚝을 상승시켜 지상 구조물이나 도로의 안정성을 위협한다.This cohesion force increases the piles as the temperature of the active layer that melts with the temperature difference and the winter season when freezing occurs repeatedly increases the stakes, threatening the stability of ground structures and roads.
즉, 각 지반층 융기 및 침하의 접면 부분에 있어 기초 말뚝의 뒤틀림, 균열 및 파손을 일으키고, 그로 인해 말뚝의 수명이 감소되므로 이에 대한 대처가 필요한 실정이다. 또한, 지반 융기 및 침하로 인한 피해복구비가 소요되고, 기초 말뚝의 시공시 요구되는 기술이나 말뚝 자체의 고도한 물리적 특성이 요구되는 문제점이 있다.That is, in the contact portion of each soil layer elevation and settlement, the foundation piles are warped, cracked, and broken, and the life of the piles is reduced. In addition, there is a problem in that the cost of recovery due to the elevation and settlement of the ground is required, and the technology required for the construction of the foundation pile or the high physical characteristics of the pile itself is required.
한편, 폐비닐재는 산업폐기물로서 각종 폐플라스틱류와 함께 발생되는 그 양은 방대하며 과다한 처리비용때문에 일부만 매립되거나 재활용될 뿐 대부분이 방치되어 토양오염을 야기한다. 특히, 매립되는 폐비닐재는 땅속에 매립되어도 반영구 적으로 썩지 않으며, 소각할 경우 심각한 환경오염을 일으키는 문제점이 있다.On the other hand, waste vinyl materials are industrial wastes, and the amount generated with various waste plastics is enormous and due to excessive disposal costs, only part of them are landfilled or recycled, and most of them are left, causing soil pollution. In particular, the waste vinyl material to be buried does not rot permanently even when it is buried in the ground, there is a problem causing serious environmental pollution when incinerated.
따라서, 본 발명은 상기 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 폐비닐재를 용융시킨 후 별도의 첨가물을 혼합하지 않고 소정 단계를 통하여 열전도율이 낮은 단열성의 폐비닐골재를 제공하고, 이를 제조하기 위하여 환경오염의 문제가 되는 폐비닐재를 재활용한 자동화된 제조방법을 제공하며, 특히 온도변화가 많은 영구동토지반에서 이를 이용한 기초 말뚝의 시공시 말뚝의 동착력을 감소시키고 구조물이나 도로의 안정성을 증가시키고 피해복구비를 절감시키는 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been proposed to solve the above problems, to provide a heat-insulating waste vinyl aggregate having a low thermal conductivity through a predetermined step without melting a separate additive after melting the waste vinyl material, in order to manufacture it It provides an automated manufacturing method that recycles waste vinyl material, which is a problem of environmental pollution.In particular, it is used to reduce the cohesion of piles and increase the stability of structures and roads when constructing foundation piles using them in permanent ground with many temperature changes. The purpose is to provide a construction method that can reduce the cost of recovery.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 폐비닐재를 고온에서 용융시킨 후 냉각을 통해 내부에 공간부를 갖도록 제조된 구조물 기초의 동착력 감소를 위한 폐비닐골재를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a waste vinyl aggregate for reducing the cohesion force of the structure base manufactured to have a space therein through the cooling after melting the waste vinyl material at a high temperature.
상기 폐비닐재는 폴리에틸렌계인 것이 바람직하고, 상기 폐비닐재에 흙, 슬래그분말, 슬럿지, 석탄재, 폐콘크리트가루, 폐타이어 조각편 중 어느 하나 이상이 더 혼합되어 용융될 수 있으며, 상기 용융 온도는 150℃~250℃의 온도대로 이루어지는 것이 바람직하고, 상기 용융된 폐비닐재의 냉각은 폐비닐재의 외부가 급랭되는 1차응고 과정과 공기에 의해 내부가 완냉되는 2차응고 과정을 거치는 것을 포함 하는 것이 바람직하며, 상기 1차응고 과정은 냉각수 또는 냉각유에 의해 4℃~10℃의 온도대 및 10초~20초의 시간대로 이루어지는 것이 바람직하고, 상기 폐비닐골재는 외형이 원형, 타원형, 다각형 중 어느 하나의 형상을 갖는 것을 특징으로 하며, 상기 폐비닐골재는 0.01㎉/m·h·℃이하의 열전도율을 가지는 것이 바람직하고, 상기 폐비닐골재는 최대 단면길이가 1㎝~3㎝로 이루어질 수 있다.The waste vinyl material is preferably polyethylene-based, and any one or more of soil, slag powder, sludge, coal material, waste concrete powder and waste tire pieces may be further mixed and melted in the waste vinyl material, and the melting temperature is 150 ° C. Preferably, the melted waste vinyl material may include a first solidification process in which the outside of the waste vinyl material is quenched and a second solidification process in which the inside is completely cooled by air. , The first solidification process is preferably made of a temperature range of 4 ℃ ~ 10 ℃ and a time zone of 10 seconds to 20 seconds by the coolant or cooling oil, the waste vinyl aggregate has the shape of any one of a circular, oval, polygonal appearance Characterized in that having, the waste vinyl aggregate preferably has a thermal conductivity of 0.01㎉ / m · h · ℃ or less, the waste vinyl aggregate has a maximum cross section Teeth can be made to 1㎝ ~ 3㎝.
또한, 폐비닐재의 선별 및 투입이 이루어지는 단계, 상기 폐비닐재가 소정 온도로 용융되는 단계, 상기 용융된 폐비닐재가 소정 형상의 인공경량골재로 인발되는 단계, 상기 인공경량골재가 소정 온도에서 소정 시간동안 냉각되는 단계, 상기 냉각단계에서 냉각된 인공경량골재가 소정길이로 절단되는 단계를 포함하는 구조물 기초의 동착력 감소를 위한 폐비닐골재의 제조방법을 제공한다.In addition, the step of sorting and inputting the waste vinyl material, the step of melting the waste vinyl material to a predetermined temperature, the step of drawing the molten waste vinyl material into artificial lightweight aggregate of a predetermined shape, the artificial lightweight aggregate is a predetermined time at a predetermined temperature During the cooling step, the artificial lightweight aggregate cooled in the cooling step provides a method for producing waste vinyl aggregate for reducing the cohesion of the structure foundation comprising the step of cutting to a predetermined length.
상기 용융단계는 150℃~250℃의 온도대로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 용융단계는 상기 폐비닐재에 흙, 슬래그분말, 슬럿지, 석탄재, 폐콘크리트가루, 폐타이어 조각편 중 어느 하나 이상이 혼합되는 것을 포함할 수 있고, 상기 인발단계는 이송스크류에 의하는 것이 바람직하며, 상기 냉각단계는 상기 인공경량골재의 외부가 급랭되는 1차응고 과정과 공기에 의해 상기 인공경량골재의 내부가 완냉되는 2차응고 과정을 거쳐 내부에 공간부가 형성되는 것이 바람직하고, 상기 1차응고 과정은 냉각수 또는 냉각유에 의해 4℃~10℃의 온도대 및 10초~20초의 시간대에서 이루어지는 것이 바람직하다.Preferably, the melting step is performed at a temperature of 150 ° C. to 250 ° C., and the melting step includes mixing any one or more of soil, slag powder, sludge, coal ash, waste concrete powder, and waste tire pieces. It may include, the drawing step is preferably by a conveying screw, the cooling step is the first solidification process that the outside of the artificial lightweight aggregate is quenched and the secondary of the interior of the artificial lightweight aggregate is completely cooled by air It is preferable that a space portion is formed inside through a solidification process, and the first solidification process is preferably performed at a temperature range of 4 ° C. to 10 ° C. and a time period of 10 seconds to 20 seconds with cooling water or cooling oil.
또한, 위와같이 제조된 폐비닐골재를 상기 말뚝의 외면을 감싸는 형태로 매설하는 구조물 기초의 동착력 감소를 위한 폐비닐골재의 시공방법을 제공한다.In addition, there is provided a construction method of waste vinyl aggregate for reducing the cohesion force of the foundation of the structure to bury the waste vinyl aggregate prepared in the form surrounding the outer surface of the pile.
상기 시공이 이루어지는 지반은 융해와 동결이 반복되는 활동층이나 영구동토층이 존재하는 극지일 수 있고, 상기 폐비닐골재는 상기 말뚝 주위에서 좌우방향 및 상하방향으로 적층매설되는 것이 바람직하다.The ground in which the construction is made may be a polar region in which the active layer or the permafrost layer repeats melting and freezing, and the waste vinyl aggregate is preferably laminated in left and right directions and up and down directions around the pile.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 의한 구조물 기초의 동착력 감소를 위한 폐비닐골재(1) 및 그의 제조방법을 먼저 살펴보면 다음과 같다.Looking at the waste vinyl aggregate (1) and its manufacturing method for reducing the cohesion of the foundation of the structure according to the invention as follows.
도 1은 본 발명에 따른 폐비닐골재(1)의 제조공정을 나타낸 개략도이고, 도 2는 제조된 폐비닐골재(1)의 사진을 보여주는 참고도이다.1 is a schematic view showing a manufacturing process of the waste vinyl aggregate (1) according to the present invention, Figure 2 is a reference diagram showing a photograph of the produced waste vinyl aggregate (1).
본 실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이 수거된 폐비닐재(8)를 선별하는 작업을 수행하고 투입구(10)로 상기 폐비닐재(8)를 투입한 후, 소정 길이의 가열파이프내에서 통상 150℃~250℃로 가열하여 별도 첨가물의 혼합없이 겔(GEL)상태로 녹이는 공정을 실행한다. 이때, 상기 폐비닐재(8)는 농촌비닐하우스에서 채취된 폐비닐재로, 성분은 주로 HDPE(High Density Poly Ethylene)와 LDPE(Low Density Poly Ethylene)으로 구성된 PE, 즉 폴리에틸렌이다.In this embodiment, after performing the operation of sorting the collected waste vinyl material (8) as shown in Figure 1 and injecting the waste vinyl material (8) into the
그리고, 상기 가열파이프에서 용해된 겔형태의 폐비닐재(8)는 가열파이프의 일측에 있는 스크린으로 이송된다. 이때, 용융된 폐비닐재(8)의 이송은, 이송되어 나오는 방향의 반대편에 모터(11), 감속기(12) 및 상기 감속기(12)에 의해 회전되고 가열파이프내에 위치되는 이송스크류(15)가 축으로 연결 및 연동되어 인공경량 골재(9)가 인발되는 방식으로 이루어진다. 이때, 이는 압축되지 않고 인발되는 것이 바람직하다. 이 배출되는 스크린의 출구에는 원형, 타원형, 삼각형, 사각형 또는 육각형 등의 요구되는 형상에 따라 제조된 노즐이 장착된다. 또한, 상기 노즐을 통하여 배출되는 인공경량골재(9)는 단열재로서 용도에 맞는 사용하기 적합한 크기로 배출된다.Then, the waste vinyl material 8 in a gel form dissolved in the heating pipe is transferred to the screen on one side of the heating pipe. At this time, the conveyance of the molten waste vinyl material 8 is rotated by the
그리고, 상기 배출되는 겔 상태의 선재형 인공경량골재(9)는 물이 담겨져 있는 수조(20)내로 투입되며, 소정 온도, 바람직하게 4℃~10℃의 온도에서 소정 시간, 바람직하게 10초~20초동안 냉각된 후 응고시켜지게 된다. 그리고, 상기 응고된 인공경량골재(9)는 적당한 길이의 덩어리인 폐비닐골재(1)로 절단된다.Then, the discharged wire-like
이때, 상기 온도대의 설정 이유는 보통 냉각수의 온도범위는 통상 10℃이하로 규정되며, 4℃미만으로 설정되는 경우 냉각수가 얼어버릴 수 있는 데에 있으며, 상기 시간대의 설정 이유는 20초 초과시 인공경량골재(9)의 내부까지 응고되어 만족하는 공간부(5)가 형성되지 않는 데에 있다.At this time, the reason for setting the temperature range is usually defined as the temperature range of the cooling water is usually 10 ℃ or less, when the cooling water is set to less than 4 ℃, the cooling water can be frozen, the reason for setting the time zone is 20 The
이는 냉각수에 의해 바람직하게 4℃~10℃의 온도에서 10초~20초동안 냉각되는 표면의 1차응고 과정과 공기에 의한 내부 2차응고 과정이라는 단계별 냉각을 거쳐 상기 폐비닐골재(1)의 내부에 도 2와 같은 골재 내부의 큰 중공과 눈에 보이지 않는 다수의 공극을 포함한 공간부(5)가 형성되며, 이는 특별한 발포제나 기타 투입제를 넣지 않아 경제적으로 우수하다.The waste vinyl aggregate (1) is subjected to stepwise cooling of the first solidification process of the surface and the internal second solidification process by air, which is preferably cooled for 10 seconds to 20 seconds at a temperature of 4 ° C to 10 ° C by cooling water. In the interior there is formed a
이때, 상기 냉각수는 냉각유같은 액체상태 또는 기체상태의 냉각매체로 얼마든지 대체, 응용될 수 있다.In this case, the cooling water may be replaced or applied to a liquid or gaseous cooling medium such as cooling oil.
상기 제조된 폐비닐골재(1)는 최대 단면길이 1㎝~3㎝으로서 잔골재용으로 다짐도를 향상시켜 지반의 점성질 흙과의 혼합 및 결합이 용이하게 하기 위하여 이 수치로 제작되는 것이 바람직하다. 하지만, 이는 사용하고자 하는 목적에 맞춰 크기 조절이 가능하다. 이를테면, 도로의 동상방지용 자갈의 최대 단면길이는 75mm이하로 규정되어 있으며, 옹벽의 채움재나 콘크리트용 골재 등의 규격은 각각 다른 크기로 규정되어 있다. 즉, 이러한 건설골재의 대체 단열골재로 용도에 맞는 크기로 제작 가능하다. The produced waste vinyl aggregate (1) is preferably made to this value in order to improve the compaction degree for fine aggregates with a maximum cross-sectional length of 1cm ~ 3cm to facilitate mixing and bonding with viscous soils of the ground. However, it can be scaled to suit the intended purpose. For example, the maximum cross-sectional length of the gravel to prevent frostbite on the road is specified to be 75 mm or less, and the specifications of retaining wall fillers and concrete aggregates are specified in different sizes. In other words, it can be manufactured in a size suitable for the application as an alternative insulating aggregate of such construction aggregate.
본 실시예의 제조방법에서는 기존에 첨가물을 혼합하면서 생산하던 방법에 비해 생산원가 및 제품단가가 저렴해지도록 별도 첨가물의 혼합없이 골재 내부에 공간부(5)가 생긴 폐비닐재(8)만을 용해시킨 공정의 한 예를 보여주고 있으나, 이에 국한하는 것은 아니고, 강도, 내마모성, 내구성 등의 물리적 특성을 높이기 위하여 흙, 슬래그 분말, 슬럿지, 석탄재, 폐콘크리트 가루, 폐타이어 조각편등을 상기 폐비닐재(8)를 녹일 때 소정 비율로 혼합하여 제조할 수 있다.In the manufacturing method of the present embodiment, only the waste vinyl material 8 in which the
이러한 공정을 통해 제조된 폐비닐골재(1)의 열전도율 실험으로, 크기가 25×25×10㎝인 측정상자에 국내에서 농업용으로 쓰이고 버려진 비닐하우스용의 폐비닐재를 이용해서 만든 폐비닐골재(1)를 다져넣었다. 그 후 열전도시험기의 프로브(Probe)를 시료면 위에 놓고 열전도율을 측정하였다. 또한 일반 건설재료와의 열전도율을 비교하기 위하여 모래, 점토, 자갈, 암석에 대한 열전도 실험을 동시에 수행하여 각각의 결과를 비교하였다. 그 결과를 도 3을 참조하여 설명한다.The thermal conductivity test of the waste vinyl aggregate (1) produced through such a process, the waste vinyl aggregate made by using waste vinyl material used in agriculture in the domestic and abandoned plastic house in the measuring box of
도 3은 본 발명에 따른 폐비닐골재(1)의 열전도율을 나타내는 비교도로서, 제조된 폐비닐골재(1)의 열전도율은 대부분 0.01㎉/m·h·℃이하로 일반자갈의 열전도율인 0.16㎉/m·h·℃보다 약 1.7배정도 작게 나타났고, 모래의 열전도율인 0.28㎉/m·h·℃보다 약 3배정도 작게 나타났으며, 점토의 열전도율인 1.3㎉/m·h·℃보다 약 14.1배정도 작게 나타났고, 암석의 열전도율인 2.7㎉/m·h·℃에 비해서는 무려 29배정도 작게 나타났다. 이처럼, 상기 폐비닐골재(1)는 골재 내부의 큰 중공과 눈에 보이지 않는 다수의 공극을 포함한 공간부(5)로 인하여 다른 재료에 비해 뛰어난 단열성을 가지는 것으로 판명되었다.Figure 3 is a comparative diagram showing the thermal conductivity of the waste vinyl aggregate (1) according to the present invention, the thermal conductivity of the produced waste vinyl aggregate (1) is mostly 0.01㎉ / m · h · ℃ or less, the thermal conductivity of general gravel 0.16㎉ It was about 1.7 times smaller than / m · h · ℃, about 3 times smaller than the thermal conductivity of sand, about 0.28㎉ / m · h · ℃, and about 14.1 less than 1.3㎉ / m · h · ℃, which is the thermal conductivity of clay. It appeared to be about twice as small and about 29 times smaller than the 2.7 ㎉ / m · h · ℃, which is the thermal conductivity of rock. As such, the
상기 폐비닐골재(1)를 이용하여 영구동토층에 포설하면 기초 말뚝(3)의 시공시 구조물 기초의 동착력 감소 효과를 거둘 수 있는데, 본 발명에 의한 폐비닐골재(1)의 시공방법을 살펴보면 다음과 같다.When installed in the permafrost layer using the waste vinyl aggregate (1), when the construction of the foundation pile (3) can achieve the effect of reducing the cohesion of the foundation of the structure, looking at the construction method of the waste vinyl aggregate (1) according to the present invention As follows.
위에서 설명한 바와 같이 동결성 흙으로 구성된 영구동토지반에서 결빙시 얼음의 부피는 물의 부피보다 상대적으로 커지므로 동결지반에서의 기초 말뚝(3) 시공시 지반의 온도분포 파악과 함께 하중에 대한 지반 반응의 파악이 앞서 중요하다.As described above, the volume of ice in frozen ground in frozen ground becomes larger than that of water, so it is necessary to understand the temperature distribution of the ground and the response of the ground to the load during the construction of foundation piles in frozen ground. Understanding is important ahead of time.
도 4는 영구동토지역의 연간 지표온도변화와 지표심도에 따른 온도분포를 나타낸 참고도로서, 지표면에서의 연간 온도변화에 의한 전형적인 온도구성을 보여주고 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 겨울철 지반 하부의 온도분포(B)는 지반이 완전히 동결된 것을 보여주는 반면, 여름철 지반 하부의 온도분포(A)는 특정 깊이에서 지반의 온도는 영상(+)이 되고 이 깊이 이상의 지반은 융해되는 것을 보여주며, 이러한 온도 그래프는 시공 상황에 따라 변형될 수 있다.4 is a reference diagram showing the annual surface temperature change and the temperature distribution according to the surface depth of the permafrost region, and shows a typical temperature configuration by the annual temperature change on the surface of the earth. As shown in Figure 4, the temperature distribution (B) of the lower part of the winter ground shows that the ground is completely frozen, while the temperature distribution (A) of the lower part of the summer ground is the image (+) at a certain depth Soil above this depth shows melting and these temperature graphs can be modified depending on the application.
이러한 여름철과 겨울철에 융해와 동결을 반복하는 층을 활동층(Active Layer)이라고 하며, 이를 점선으로 표시하고 있고, 이 활동층의 두께는 일반적으로 연속대, 불연속대 및 점재대의 순서로 두꺼워 진다.The layers that repeat melting and freezing during the summer and winter seasons are called active layers and are indicated by dotted lines, and the thickness of the active layers is generally thickened in order of continuous, discontinuous and dotted. .
도 5a는 여름에서의 깊은 기초 말뚝(3)에 대한 작용력을 나타내는 상태도이고, 도 5b는 가을 및 겨울에서의 깊은 기초 말뚝(3)에 대한 작용력을 나타내는 상태도이다.FIG. 5A is a state diagram showing the action force on the
도 5a와 도 5b는 말뚝에 작용하는 힘의 상태를 각각 여름철과 가을 및 겨울철로 나누어 활동층과 영구동토층에서의 말뚝의 원주면에 작용하는 각각의 동착력, 말뚝의 최저면에 작용하는 동착력 및 말뚝의 최상부로부터 작용하는 연직 하중력을 화살표로 표시하여 보여주는 것으로, 여름철의 활동층은 융해되어 이로 인해 발생한 과잉 수분은 압밀에 의해 소멸되기 때문에 지반의 침하가 발생되어서 힘은 도면상 아랫방향으로 작용하고, 가을 및 겨울철의 활동층은 동결되어 도면상 윗방향으로 작용하며, 영구 동토층에서 힘은 활동층과는 달리 각각 반대방향으로 작용한다.Figures 5a and 5b are divided into the summer and autumn and winter, respectively, the state of the force acting on the pile, respectively, the bonding force acting on the circumferential surface of the pile in the active layer and permafrost layer, the bonding force acting on the lowest surface of the pile And the vertical loading force acting from the top of the pile is indicated by the arrow, the summer active layer is melted and the excess water caused by this is eliminated by consolidation, so the ground subsidence occurs, the force is downward in the drawing In the autumn and winter, the active layer is frozen and acts upward in the drawing, and in the permafrost, the forces act in opposite directions, unlike the active layer.
상기 활동층의 두께를 줄이는 것이 기초 말뚝(3)의 온도 조건을 개선시켜 말뚝(3)으로의 지반 융기력 및 침하력의 영향을 감소시키는 방법이 되는데, 특히 하절기에 말뚝(3)의 시공에 의해 지상의 열이 지반 속으로 전달되어 활동층의 깊이가 국부적으로 커지는데 이를 영구동토 붕괴(Permafrost Degradation)라 하며, 이는 추가로 더 고려되어 지반의 안정성을 확인할 수 있고, 시공하는 데에 이를 반영할 수 있다.Reducing the thickness of the active layer is a method of improving the temperature conditions of the foundation pile (3) to reduce the effects of ground uplift and settlement force to the pile (3), in particular during the construction of the pile (3) The heat of the ground is transferred into the ground, which increases the depth of the active layer locally. This is called Permafrost Degradation, which is further considered to confirm the stability of the ground and reflect it in construction. can do.
즉, 상기 지반 침하력은 말뚝(3)의 하향응력으로 작용하며, 이는 부마찰력과 유사하고, 도 5a와 도 5b의 더 상세한 설명도인 도 6에서 다음과 같은 수학식 1로 지반의 동상 융기에 대한 안정성이 확인된다. 도 6은 계절별 동착력 거동을 나타낸 상세도이며, 도 7은 본 발명에 의한 말뚝(3) 주위의 폐비닐골재(1)를 포설한 단면도이다.That is, the ground subsidence acts as a downward stress of the
QL : 말뚝에 작용하는 유효상재하중(P)와 말뚝자중(W)Q L : Effective load (P) and pile weight (W) acting on the pile
Qh : 동토지역 말뚝의 설계지지력Q h : Design bearing capacity of frozen ground piles
QP : 식에서와 동일하고 층 l6과 l7에서 발생함Q P : Same as in equation and occurs in layers l 6 and l 7
Qt : 융해 지반에서의 주면 마찰력Q t : principal friction in the melted ground
FS : 안전율(Factor of Safety), 통상 설계에서 안전율을 3으로 적용함FS: Factor of Safety, which applies a safety factor of 3 in a typical design
An : 계절동토의 면적A n : Area of seasonal frozen ground
fh : 지반융기에 의해 발생하는 동착력f h : Bonding force caused by ground ridge
At : 융해토와 말뚝 접촉면과의 면적A t : Area between the melted soil and the pile contact surface
상기 동착력에 의한 말뚝(3)의 상승 차단과 기계적 응력을 감소시키기 위하여 도 7에 도시한 바와 같이, 융해와 동결이 반복되는 활동층과 영구동토층에 말뚝(3)을 시공시 동착력이 말뚝(3)의 주위에 발생하지 않도록 기존의 흙대신 조립질의 비동상성 재료인 폐비닐골재(1)가 말뚝(3)의 외면을 감싸는 형태처럼 도면상 말뚝(3)을 내부으로 하여 외부로 수평방향 및 수직방향으로 적층매설된다. 이러한 시공은 다양한 기존의 시공방법과 무관하게 적용될 수 있다.As shown in FIG. 7, in order to reduce the rising blockage and mechanical stress of the
이와같이 매설된 폐비닐골재(1)는 말뚝(3)과 지반과의 단열층을 형성하여 열전도면에서 밀폐된 상태가 된다. 이에 대한 효과의 검증실험은 다음과 같다.In this way, the embedded vinyl aggregate (1) forms a heat insulation layer between the pile (3) and the ground to be sealed in the heat conduction surface. The verification experiment for this effect is as follows.
폐비닐골재(1)의 말뚝(3) 주변 동착력 감소 효과를 입증하기 위하여 일반흙만 들어가 있는 상태와 일반흙과 동착력 측정수단(25)주위에 폐비닐골재(1)를 넣은 상태로 나누어 동착력 측정수단(25)에 의해 동착력 실험을 수행하였다.In order to demonstrate the effect of reducing the adhesion around the pile (3) of the waste vinyl aggregate (1), it is divided into a state in which only plain soil is contained and a waste vinyl aggregate (1) is put around the soil and the bonding force measuring means (25). The adhesion test was performed by the adhesion force measuring means 25.
도 8a는 동착력 감소의 실험을 나타내는 개략도이고, 도 8b는 도 8a에서의 폐단강관말뚝(26)의 실험 상태를 나타낸 참고도이다.FIG. 8A is a schematic view showing an experiment of reducing the bonding force, and FIG. 8B is a reference diagram showing an experimental state of the closed end
도 8a는 말뚝에 작용하는 동착력을 측정하기 위한 전체 모습으로서, 실험장치는 높이 1000mm와 최대 단면길이 900mm를 갖는 원통형 토조(28)가 구비되고, 상기 동착력 측정수단(25)으로 도 8b에서처럼 모델 파이프인 길이 600mm, 최대 단면길이 40mm와 두께 2mm의 강관재질로 된 폐단강관말뚝(26), 말뚝 위치별로 동착력을 감지하는 입력 수단인 스트레인(Strain) 게이지(30), 전체 동착력을 측정하는 기록 수단인 로드셀(24) 및 상부덮개(23)로 구성되어 동착력 측정이 가능하게 하였다.FIG. 8a is an overall view for measuring the coercive force acting on the pile, the experimental apparatus is provided with a
도 9는 동착력 감소실험의 사진을 보여주는 참고도이다.9 is a reference diagram showing a photograph of the adhesive force reduction experiment.
도 8a와 도 9에서처럼, 이 모형 토조(28)의 경우, 깊이별로 온도센서를 매설하여 모형지반의 온도분포를 측정하였고, 모형지반의 동결시 지하수의 원활한 공급을 위하여 측면과 하면으로부터의 열확산을 방지하고 냉기가 지표면만으로만 전달되는 일차원적인 동결시스템을 묘사하기 위하여 몰드주위와 바닥면에 50mm두께의 스펀지를 이중으로 덮어 냉기의 손실과 차단을 방지한 후 실험을 수행하였다. 그리고, 모형 토조(28)에서 동상작용 묘사를 위하여 물저장 실린더에서 실린더 내의 물이 동수경사에 의해 자연스럽게 토조(28) 하단부로 유입되게 하여 지반의 하부에 지하수의 공급을 묘사하였다. 여기서 유입되는 물의 동결방지를 위하여 온도조절장치를 부착하여 실험하였다.As shown in Figs. 8A and 9, in the case of the
도 10은 본 발명에 의한 폐비닐골재(1)의 포설여부에 따른 동착력 감소실험의 비교도이다.10 is a comparison of the adhesive force reduction test according to whether or not the waste vinyl aggregate (1) according to the present invention.
도 10은 이러한 동착력 실험의 결과를 보여주는 것으로, 폐비닐골재(1)를 포설하지 않은 폐단강관말뚝(26)의 동착력은 약 80시간 후에 최대 동착력이 0.60㎏/㎠에 도달하였으며, 폐비닐골재(1)를 포설한 폐단강관말뚝(26)의 동착력은 약 120시간 후에 최대 동착력 0.21㎏/㎠에 도달하였다.Figure 10 shows the results of such a bond force test, the bond strength of the closed end
본 실험을 통하여 폐비닐골재(1)를 사용한 경우, 말뚝(3)의 시공방법에 상관없이 약 65%의 동착력 감소 효과가 있다는 것이 입증되었다.In this experiment, it was proved that when the waste vinyl aggregate (1) was used, there was about 65% reduction in adhesion force regardless of the construction method of the pile (3).
이상에서 본 발명은 일실시예로 비닐하우스용 폴리에틸렌계의 폐비닐재(8)를 이용하여 구조물 기초의 동착력 감소를 위한 폐비닐골재(1), 이의 제조방법 및 시 공방법에 대하여 기술되었으나, 상기 폐비닐재(8)는 악세사리 포장용과 생화포장용 등의 OPP(오피피), 한약재 포장 비닐 등의 나일론 합지, 햄버거 포장지와 투약봉지 등의 HD(하이덴) 또는 제과와 식품 등의 폴리프로필렌(polypropylene)계열의 폐비닐재도 가능하다.In the above, the present invention has been described with respect to the waste vinyl aggregate (1), the manufacturing method and construction method thereof for reducing the cohesion of the foundation of the structure by using the waste vinyl material (8) of the polyethylene-based polyethylene house in one embodiment In addition, the waste vinyl material 8 is OPP (opy) such as accessories packaging and biochemical packaging, nylon (HDP) such as herbal medicine packaging vinyl, HD (Hyden) such as hamburger packaging and dosage bags or polypropylene such as confectionery and food ( Polypropylene) waste vinyl materials are also available.
그리고, 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those who have knowledge.
전술한 바와 같이 본 발명은 폐비닐재를 녹인 후 인발하여 열전도율이 낮아 단열성이 좋은 구조물 기초의 동착력 감소를 위한 폐비닐골재를 제공하고, 영구동토지반에서 기초 말뚝의 동착력을 감소시킨다.As described above, the present invention provides a waste vinyl aggregate for reducing the cohesion force of the foundation of the structure having low thermal conductivity by drawing the melted vinyl material after melting, and reduces the cohesion force of the foundation pile in the permafrost.
그로 인해 말뚝의 뒤틀림, 균열 및 파손같은 현상을 방지하여 수명을 연장시키고, 기초 말뚝에 요구되는 물리적 조건들이 완화되어 말뚝을 제조하는 기술수준 및 생산단가를 낮출 수 있다.This prevents phenomena such as warping, cracking and breakage of the piles, prolonging their lifespan and mitigating the physical conditions required for the foundation piles, thereby lowering the technical level and cost of manufacturing the piles.
또한, 구조물이나 도로의 붕괴를 신뢰성있게 방지하여 안정성을 향상시키고, 지반의 융기 및 침하로 인한 피해복구비를 절감시킬 수 있다.In addition, it is possible to reliably prevent the collapse of the structure or road to improve the stability, and to reduce the damage caused by the elevation and settlement of the ground.
나아가, 이러한 폐비닐골재를 천연골재의 대체재료로 활용하므로써 환경오염문제를 줄임과 동시에 자원의 재활용 측면에서 친환경적이다.Furthermore, by using the waste vinyl aggregate as an alternative to natural aggregate, it is environmentally friendly in terms of recycling resources while reducing environmental pollution.
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