KR101115950B1 - 유동성 뒤채움재 조성물 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유동성 뒤채움재 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라이 애쉬, 고무 분말 또는 분쇄물, 시멘트, 토사, 정수 슬러지 및 물을 포함하는 유동성 뒤채움재 조성물을 제공한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 관을 통한 열전도 요소를 최소화하여 보온성능을 향상함으로써 관의 동파방지, 관내 점성체 또는 유체 등의 결빙방지 등의 효과를 거둘 수 있고, 관의 변형을 최소화함과 동시에 재굴착이 가능하도록 하는 적절한 강도를 가지는 유동성 뒤채움재 조성물을 제조할 수 있다.

Description

유동성 뒤채움재 조성물 및 그 제조 방법{Controlled Low Strength Materials Compound and its Manufacturing Method}

본 발명은 유동성 뒤채움재 조성물 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라이 애쉬, 고무 분말 또는 분쇄물, 시멘트, 토사, 정수 슬러지 및 물을 포함하는 유동성 뒤채움재 조성물을 제공한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 관을 통한 열전도 요소를 최소화하여 보온성능을 향상함으로써 관의 동파방지, 관내 점성체 또는 유체 등의 결빙방지 등의 효과를 거둘 수 있고, 관의 변형을 최소화함과 동시에 재굴착이 가능하도록 하는 적절한 강도를 가지는 유동성 뒤채움재 조성물을 제조할 수 있다.

라이프라인은 인간에게 필요한 각종 생활편익을 제공하고 있지만, 이 중 지중에 매설되는 각종 관들은 갖가지 위험요소들에 노출되고 있으며, 위험상황이 발생하면 엄청난 피해와 재난이 초래될 수 있다. 특히 집중강우, 적절한 배수시설의 미확보, 관로의 파손, 연결부의 결함 등으로 인한 피해사례가 다수 발생하고 있는 실정이다. 이외에도 현재 국내의 주요 사용 관종인 흄관의 경우 관부식 문제의 대두로 오수관으로는 부적합하다는 인식이 전문가들 사이에서 나오고 있는 실정이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 이들을 대체할 수 있는 관들에 대한 연구가 진행되어 왔으며, 그 결과 상당수의 개량된 관들이 제품으로 출시되어 현장으로 배급, 시공되고 있다.

최근에 들어 파형강관, PE관, PVC 등 연성관은 부식에 강할 뿐만 아니라 자재의 무게가 경량이어서 시공성이 탁월한 장점이 있다. 이러한 장점 때문에 흄관이 점령하고 있는 하수관 시장은 연성관으로 점차 이동 중에 있으며, 특히 오수관의 경우 이러한 이동현상은 상대적으로 빠른 속도로 진행되고 있다. 그러나, 연성관은 강성관에 비해 관의 강도가 떨어지며 따라서 관변형이 상대적으로 크게 나타나는데, 이러한 결점을 보완하기 위해 관 뒤채움에 대한 다짐을 철저히 하도록 하고 있으나, 국내의 여러 현장에서의 보고에 따르면 철저한 다짐을 한 경우에 있어서도 지반조건, 토질 등에 따라 관의 과대한 변형이 초래되는 빈도가 자주 발생한다는 지적들이 있다. 따라서 이러한 문제점에 대한 개선책이 필요할 것으로 판단되며, 곧 상당수의 지자체 등에서 이를 문제 삼을 것으로 예상된다.

뒤채움재는 상반되는 두 가지 특성을 만족해야 한다. 그 특성 중 하나는 파형강관의 변형을 최소화할 수 있어는 물성을 보유하여야 한다는 것이다. 즉, 관 상부의 하중이 분산되도록 역할할 수 있는 충분한 강도가 확보된 뒤채움재 재료이어야 한다는 것이다. 또 하나는 재굴착을 가능케 하는 물성을 보유하여야 한다는 것이다. 즉, 재굴착이 가능하도록 분리, 해체가 용이한 뒤채움재 재료이여야 한다는 것이다. 도로내에는 여러 라이프라인들이 매설되어 있으며 이들 라이프라인들은 일시에 매설되지 않을뿐더러 또한 각자의 필요성에 의해서 재굴착 되는 경우가 수시로 발생한다. 하수관 또한 도로내에 매설되어 있는 라이프라인들 중의 하나이며 또한 다른 라이프라인들 중첩되어 있는 경우가 자주 있으므로 항상 재굴착이 용이해야 한다. 따라서 하수관의 뒤채움재는 재굴착 과정에서 해당 라이프라인이 파괴되지 않는 재료이어야 한다.

국내의 경우 기존의 토사 뒤채움재를 사용하는 경우에 매립된 관의 거동에 대한 연구는 있었으나, 유동성 채움재와 직접 관련된 연구는 초기단계이다.

최근 조재윤 등(2000), 이관호 등(1999, 2002, 2006, 2007, 2008)의 관련연구가 진행되었고, 이들의 연구결과는 첫째, 뒤채움재 혼합재료의 강도를 약 1kgf/cm²에서부터 10kgf/cm²정도까지 인위적으로 조절하는 것이 가능하다는 것이고, 둘째, 투수계수가 모래질흙과 점토질흙의 중간정도인 실트질흙과 비슷한 10^-5cm/sec의 값을 갖는다는 것이며, 셋째, 기존의 저강도 콘크리트 개념을 지반공학에 적용하여, 시간에 따른 강도증진효과가 있기는 하지만, 사용되는 시멘트량이 전체 재료의 약 5% 미만으로 재료의 특징이 콘크리트와는 상당히 다른 성질을 보여준다는 것이고, 넷째, 혼합재료의 성질이 건조 및 포화가 반복되어도 크게 차이가 나지 않는다는 것이며, 다섯째, 혼합재료의 특성이 초기에는 많은 유동성을 보이고, 시간이 지나면서 강도가 증진되므로, 각종 도로/지반구조물 시공시 시공방법을 단순화할 수 있다는 것이다.

이외에 국내연구진이 외국에서 수행한 연구결과로는 정진호(1998)의 매설된 금속폴리에틸렌 복합관에 대해 유한요소법을 이용하여 기존의 설계방법에서는 고려하지 않고 있는 흙-관구조의 상호작용특성과 매설관의 거동에 관계되는 제반 요인을 고려한 뒤채움재 연구가 있다.

조성민 등(2002)이 수행한 연구결과로는 파형강판을 성형하여 조립한 지중강판 구조물의 하중지지 거동을 파악하고 구조적인 안정성을 분석하기 위하여 직경 6.25m인 원형구조물 2기를 시험시공하고 이에 실규모 현장시험을 실시한 결과가 있다.

국외의 경우, Bulson(1985)은 유한요소법을 사용하여 강성매설관 둘레의 응력분포에 대한 연구를 발표하였다. 이 연구의 결과로부터 관의 측면부(springings)와 천단부(crown)는 주 응력방향으로 접선방향응력이 0임을 알 수 있었으며, 천단부의 압축응력이 상재하중(overburden pressure, 9.8N/㎡)보다 커서 부(-)의 아칭효과(arching effect)가 발생함을 알 수 있었고, 베딩재가 모래인 경우 응력의 분포가 연속적으로 나타나나, 암인 경우에는 베딩재가 시작되는 부분에서 불연속적인 양상(응력이 집중)을 보임을 알 수 있었다.

Rogers(1988)는 뒤채움 흙의 종류에 따른 연성매설관의 변형양상에 대한 연구로서 트랜치(trench)내부에 채워진 흙의 강성도에 따라 연성관의 어떠한 변형양상을 보이는지를 파악하였다. 그 연구결과로서 뒤채움 흙의 강성도가 작은 경우에는 관은 일반적으로 타원모양의 변형양상을 보이나 보다 단단한 흙에서는 조금의 편차가 발생함을 밝히고 있다.

Peindl 등(1992-a,b)에 의해 수행된 유동성 재료(fly-ash+concrete mixture)의 매설관 뒤채움재 적용에 관한 연구는 연속적인 교통하중을 받는 환경에서 플라이애쉬와 콘크리트 혼합체(해당논문에서는 ashcrete로 명칭)의 뒤채움재로서의 편리성과 안정성을 증명하기 위해 대규모 현장시험을 실시하여 자료 및 결과를 정리하였다. 그 연구결과로서 일반적인 토사 성토와 플라이애쉬에 의한 성토 후 차량하중을 정적, 동적으로 가했을 때, 성토중에 매설한 파이프의 변위를 측정, 비교함으로써 플라이애쉬가 일반 토사보다 성토재로서 우수함을 증명하였다.

Naik와 Singh(1997)는 플라이애쉬가 대부분을 차지하는 유동성 슬러리와 플라이애쉬의 85%정도를 폐주물사로 대체한 재료와 강도시험을 하여 비교하였다.

Zhand(1999) 등 미국 휴스톤대학의 연구진은 토양-시멘트 슬러리(soil-cement slurry)에 대한 연구를 수행하였고, 사용된 주요재료로는 카올리나이트(kaolinate) 및 벤토나이트(bentonite) 등을 이용하여 배합비 및 강도특성 등을 비교 분석하였다.

그러나, 이제껏 연구는 주로 뒤채움재를 적용한 관의 하중에 대한 저항응력 등의 시험에 집중되어 있으며, 뒤채움재의 강도조절을 위한 최적의 조합비에 대한 연구는 많이 진행되지 않았고, 특히 뒤채움재의 열적 성능과 관에 미치는 영향 등에 관한 연구는 전무한 실정이다.

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본 발명은 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 현장발생토사, 정수장 슬러지 및 폐타이어 고무분말 등 재활용재료을 이용한 지하매설물용 유동성 뒤채움재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 뒤채움재에 고무분말을 적용함으로써 뒤채움재의 온도민감성을 떨어뜨려, 즉 뒤채움재의 열전도도를 낮추어 매설관 및 매설관을 관통하는 물질의 열전도를 차단하며 특히 열배관에 있어서 동파 등을 예방하도록 하는데 다른 목적이 있다.

또한, 상기 고무 분말은 뒤채움재의 결빙시 굳어진 뒤채움재에 일부 탄성을 부가하여 뒤채움재의 결빙이 매설관의 기계적 손상을 방지하는 문제점을 완충하도록 하는데 또 다른 목적이 있다.

또한, 상기 고무 분말은 도로의 지중에 매설된 관의 경우 도로교통하중에 대한 완충역할을 함으로써 매설관에 직접 가해지는 하중에 유연하게 대처할 수 있도록 하는데 또 다른 목적이 있다.

또한 상기 고무 분말을 뒤채움재에 적용함으로써 뒤채움재 자체의 중량을 줄여 뒤채움재가 매설관에 미치는 하중을 감소시키도록 하는데 또 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 뒤채움재 구성요소간의 최적의 배합비를 도출하여 적합한 기계적 물성을 갖는 뒤채움재를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 토사, 플라이 애쉬, 고무 분말 또는 분쇄물, 시멘트, 정수 슬러지를 포함하는 유동성 뒤채움재 조성물을 제공한다.

상기 토사는 상기 뒤채움재를 적용하는 현장의 토사인 것이 바람직하다.

상기 고무 분말 또는 분쇄물은 폐타이어 또는 폐고무로부터 재활용된 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 토사는 뒤채움재 전체 중량대비 37 ~ 57 중량부이며, 상기 플라이애쉬는 10 ~ 23 중량부이고, 상기 고무분말 또는 분쇄물은 0초과 5이하 중량부이며, 상기 시멘트는 4 ~ 10 중량부인 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 본 발명의 뒤채움재는 정수슬러지를 재활용하였으며, 고무분말도 폐 타이어 등으로부터 재생되었고, 따라서 폐자원의 재활용 방안에 대한 효과가 기대된다.

또한, 본 발명은 특히 고무 분말을 뒤채움재에 적용하여, 하중에 대한 완충효과, 열전도도 저감을 통한 결빙 완화 효과, 결빙시 뒤채움재의 경직성 완화효과, 저 중량의 고무분말 적용에 따른 뒤채움재 조성물의 전체하중 감소로, 매설관에 미치는 하중을 줄일 수 있는 효과 등이 기대된다.

유동성 뒤채움재의 재료특성은 크게 유동성과 자기강도발현이므로 기존의 다짐을 이용하여 시공한 기초저면, 지하매설물의 베딩(bedding)면과 뒤채움 등에 기존의 시공방법과는 다른 무다짐공법을 적용하여 시공이 가능하게 되며, 무다짐공법의 적용은 시공절차를 획기적으로 줄일 수 있게 되는 효과가 기대된다.

유동성 뒤채움재는 국내의 강성관 위주의 지하매설물 정책을 연성관 위주의 지하매설물정책으로 전환, 상수도, 하수도, 전력선 및 통신구 등의 라이프라인, 도심지 개착형 터널, 배수관로 및 통로박스 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

또한, 시공후의 뒤채움재의 균질한 품질을 얻을 수 있으며, 재료의 특성상 재료의 강도를 원하는 크기로 조절이 가능하므로, 지하매설물의 중요도에 따른 품질관리가 쉬워진다. 특히, 강도조절을 위해 사용되는 시멘트량이 전체중량의 3~5%정도, 시공여건을 감안하면 공사비의 증가는 없을 것으로 기대된다.

또한, 시공 후 필요에 의해 재굴착 시 굴착이 용이하게 되는 효과가 기대된다.

나아가, 석산의 개발, 하천준설 등과 같은 방법으로 얻어지는 기존의 건설재료의 대체재료 이용은 자원의 효율적인 이용이라는 시대적 요구, 친환경 녹색성장이라는 정부시책에 부응할 수 있으리라 기대된다.

또한, 기존의 시공방법에 비해 다짐과정이 생략되므로 시공에 필요한 시공시간을 단축할 수 있다. 유동성 뒤채움재의 특성상 약 1 ~ 3일이면 충분한 강도 및 지지력을 얻으므로, 시공기간의 단축은 차량개방에 따른 일정을 단축할 수 있고, 이는 사회전체의 물류비용 등과 같은 간접비용의 절감에 효과가 기대된다.

도 1은 매설관의 파괴유형을 모식도로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 뒤채움재의 PFWD 시험에서 처짐과 응력을 그래프로 나타낸 것이다.
도 3은 모형토조에 베딩재 및 PVC관을 설치한 후, 본 발명의 일 실시예에 의한 유동성 뒤채움재의 4회 분할타설시에 발생하는 관의 수직 및 수평변위를 그래프로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 유동성 뒤채움재 시공(타설)과정에서 발생하는 관의 길이 방향 변형(strain)을 그래프로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 뒤 채움재가 적용된 모형토조에 가해진 원형등분포 하중을 그래프로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 뒤채움재가 적용된 모형토조실험에서 측정된 관내부의 수직 및 수평변위를 그래프로 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 뒤채움재를 적용하고, 하중 재하 및 제거후 관의 상단부 및 측면부에 설치한 토압계의 토압크기를 그래프로 나타낸 것이다.
도 8은 관의 상단부에 중앙 및 중앙으로부터 10cm 간격으로 설치한 strain gauge 결과값을 그래프로 나타낸 것이다.

이하, 첨부된 도면 및 실시예를 기초로하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

일반적으로 대부분의 지하에 매설되는 관들은 다음 두가지 원인에 의해 관 상부에 작용하는 총 하중을 지지한다. 첫째로는 외력에 저항하는 관의 고유 강성이고 둘째로는 외력에 저항하는 관 측면에서 작용하는 흙의 수평 토압이다. 강성관에 있어서 관의 고유 강성이 지지강도의 바탕이 된다. 강성관의 경우에서는 수직하중에 의한 변형은 무시될 정도로 작으며, 관에 금이 간다든지 혹은 파괴될 때까지 측면에서 충분한 수동저항을 발현시킬 정도의 변형이 발생되지 않기 때문이다. 연성관의 경우 관 그 자체의 고유 강성은 상대적으로 작으나 수직하중을 지지하는 능력의 대부분이 관측면의 흙이 외부방향으로 움직임으로써 유발되는 수동 토압에 의하여 결정된다.

따라서 연성관은 되메움 재료를 충분히 다질 경우 수직하중에 의한 관측면의 작은 변형으로도 저항압 즉 수동토압을 유발시켜 안정성을 높일 수 있다. 그러나 다짐이 불충분한 경우에는 관 측면에서의 큰 변형이 발생한 후에야 비로소 저항토압이 일어나게 되어 측면 변형이 커지고, 탄성한계를 넘으면 파괴에 이르게 된다. 재료의 강성이 작기 때문에 쉽게 변형되어 관 측면의 수동 토압을 이용하는 연성관의 지지능력은 강성관과 구별될 수 있는 재료의 자체적인 구조적 특성이며 상대적으로 작은 강성을 갖는 연성매설관이라도 구조적 결함 없이 상당한 높이의 포피하중을 견딜 수 있다. 이러한 사실로부터 연성관의 구조적 거동 분석에는 매설된 관측면의 흙에 의한 수평토압이 고려되어야 하며, 그 이유로는 매설관 측면의 되메움 상태에 따라 관의 지지강도 특성이 달라지기 때문이다.

지중에 매설되는 관의 종류에는 관재의 강성에 따라 취성파괴 양상을 보이는 강성관과 연성파괴의 양상을 보이는 연성관으로 나누어진다. 이러한 관의 파괴유형은 되메움 지반의 밀도와 관의 강성에 따라 각각 다른 파괴유형을 나타내며 도 1에서 도시된 바와 같다.

도시된 바와 같이, 조밀하게 되메움 된 지반에 설치한 강성관은 과도한 하중에 의한 관재의 파손이 발생하며 지반이 느슨하게 되메움 된 지반에 설치된 경우 관 천단 및 측면에 발생되는 소성힌지에 의한 관의 파괴현상이 발생한다. 그러나 대부분의 강성관에 대한 변위는 무시해도 될 정도로 매우 작다. 또한 연성관은 지반이 조밀한 경우에 관의 좌굴현상이 발생하며 지반이 느슨한 경우에서는 과도한 변위에 의하여 그 목적이 상실되는 변형이 주를 이룬다.

따라서, 뒤채움재의 물성을 조절하려면 관의 이러한 변형거동을 숙지하고 있어야 한다.

이하에서는 뒤채움재의 제조를 위한 각 구성성분에 대하여 분설한다.

- 토사

본 발명에서는 일반적인 유동성뒤채움재(CLSM)에 사용되는 모래 대신 토사를 이용하였으며, 특히, 뒤채움재가 적용되는 현장에서 즉각 발생하는 발생토사를 바로 이용함으로써 토사의 재활용율, 토사에 소요되는 물류 비용 등을 획기적으로 줄일 수 있었다.

- 정수슬러지

본 발명에서는 뒤채움재의 일 구성요소로서 정수 처리장에서 채취한 슬러지를 사용하였다. 국내 정수장의 슬러지 발생 및 처분 현황으로는 수처리 공정에서 응집 및 응집보조제인 황산알루미늄과 폴리염화 알루미늄, 알카리제인 소석회, 분말활성탄 등이 주로 사용된다. 또한, 수도용 고체 황산알루미늄(SAS)은 산화알루미늄(Al₂O₃)으로서 16.0% 이상, 액체 황산알루미늄(LAS)은 산화알루미늄으로서 8.0% 이상의 제품이 사용되며, 슬러지 발생비율은 대용량 저수지가 가장 많고 다음은 하천 소규모저수지로 나타난다.

폐기물에 속하는 정수슬러지는 처분비용은 처분방법의 차이보다는 처분장소에 따라 변화가 심하고 처분비의 구성은 매립장의 사용료와 운반비로 구성된다. 지금 국내 현황으로써 슬러지를 처분할 매립지가 부족하고 정수 슬러지가 일반폐기물로 분류되었던 1991년까지는 처분비용이 80,000 ~ 90,000원/톤까지 상승되기도 하였으나 1991년 9월 26일 개정된 폐기물관리법에서 정수장 슬러지가 일반폐기물로 재분류 되면서 처분비용이 하강되어 현재 거의 일정한 수준을 유지하고 있다. 한국수자원공사에서는 슬러지의 재활용 승인을 받아 하천부지, 개간지 등의 토양개량제 및 객토재로 처분하고 있으나, 이 또한 영구적인 처분이 아니므로 정수슬러지의 재활용 문제가 시급할 때이다. 지금까지 정수슬러지의 재활용방안으로 응집제 회수, 요업재료이용, 토공재료이용, 농업재료이용 등에 사용되고 있다.

정수슬러지로 인한 강도 저하 원인을 분석하기 위해 EDS(Energy Dispersive Spectroscopy)시험를 통한 정수슬러지의 화학적 특성을 평가를 하였다. 모델은 MIRA LMH의 모델를 사용하였다. EDS시험는 원소의 분석 장비중 하나로서 보통 주사전자현미경(SEM)에 악세사리로 부착되어 일반적으로 사용한다. 즉, 일정 범위의 파장대를 샘플에 주사할 경우 각 원소마다 일정한 파장값에서 에너지를 나타나는 원리로 원소를 분석한다. 정수슬러지의 초기 높은 함수비를 이용하므로, 유동성 증진에 기여하고, 물 사용량을 줄이는 효과가 있다.

정수슬러지의 기본적인 물리적 성질은 <표 1>과 같다.

정수슬러지의 기본적인 물리적 성질

비중	2.172
함수비	373.28
LL	105.45
PL	39.94
PI	65.51

EDS 분석결과는 표 2에서도 나타낸 바와 같이, 정수슬러지의 대부분이 산소와 알루미늄으로 이루어졌다. 알루미늄이 CLSM의 강도 저하에 미치는 영향은 아직 정확히 규명된 바가 없다. 하지만 분석에서 나온 산소의 경우는 정수슬러지의 물에 포함되어있다고 할 수 있다. 정수슬러지의 경우 물이 70%이상으로 대부분을 차지하고 있으며 이 물은 배합시 물을 흡수하고 있다가 양생하는 과정에서 증발하여 시편의 경량화 및 강도 저하에 영향을 미친다.

정수슬러지의 성분분석결과

	norm. C [wt.%]	Atom. C [at.%]
O8K-series	62.18	71.31
Al 13 K-series	16.61	11.3
Si 14 K-series	10.14	6.63
C6K-series	5.23	7.98
Fe 26 K-series	2.82	0.93
K19 K-series	0.8	0.38
Mg 12 K-series	0.78	0.59
Na 11 K-series	0.56	0.44
S16 K-series	0.47	0.27
Ti 22 K-series	0.24	0.09
Cl 17 K-series	0.18	0.09
Total:	100	100

- 고무분말

본 발명에서는 뒤채움재의 일 구성요소로서 국내에서 판매되는 1mm 규격의 스터렌-부타디엔 고무재질의 고무분말을 사용하였다. 고무 분말은 폐타이어를 절단 분쇄하며 철심과 섬유질을 제거하여 분말형태로 만든 것을 고무 분말이라고 한다. 현재 고무매트, 고무블럭, 탄성포장, 미끄럼 방지포장재 등에 쓰이고 있다.

주요특징으로는 천연고무보다 내마모성, 내노화성이 양호하고 값이 저렴하다는 것이 특징이다. 또한, 지하매설관 뒤채움재의 열전도도를 저감시켜 온도민감성을 줄여주게 된다. 특히 열배관의 경우 보온성이 중요한 바, 열배관으로부터 손실되는 열량을 크게 줄일 수 있다. 또한, 겨울철 매설관 주변 뒤채움재의 결빙으로 인한 매설관 파손을 저감시킬 수 있다. 상부 도로교통하중에 대한 완충작용 기능을 수행하고, 이를 통해 유연성(flexibility)을 증진시킬 수 있다. 아울러, 비중이 작아서, 관 주변 및 상단에 시공되는 뒤채움재 중량을 감소시켜 관에 작용하는 하중을 줄여주는 효과가 있다. 고무의 비중은 0.93~0.94 이며, 자세한 물리적 성질은 <표 3>과 같다.

고무의 물리적 성질

경도(쇼아A)	40-90
인장강도(kg/cm2)	50-230
신장율	100-500
반발탄성	B
사용온도(℃) 최고	90
사용온도(℃) 최저	-35
내마모성	A
내굴곡균열성	B
내오존성	D
내압축영구줄음율	B
내가스투과성	C
내염성	D

- 시멘트 및 플라이애쉬

본 발명에서 뒤채움재의 일 구성요소로서 사용된 시멘트는 국내에서 생산 및 판매되는 1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였다. 시멘트의 비중은 3.15를 적용하여 사용하였다. 시멘트는 유동성 뒤채움재의 강도 발현에 가장 중요한 요소로서, 사용비율은 지하매설관의 중요도에 따라 유동성뒤채움재의 강도를 적정한 수준으로 맞추어서 이용할 수 있다.

또한 뒤채움재의 일 구성요소로서 사용된 플라이 애쉬는 국내에서 판매되는 2종 플라이애시를 사용하였다. 입형은 대체적으로 일부 결정성 물질과 함께 약간의 탄소를 함유하는 유리구상이다. 플라이애시는 구형입자 속에 여러겹의 구면을 포함하는 단단한 입자와 내부에 이산화탄소와 질소가스로 채워져 있는 중공체의 다공성 입자로 구분된다. 또한 플라이 애시는 입자가 구상으로 되어 있어, 콘크리트에 혼합하였을 때 볼 베어링 작용에 의해 콘크리트의 유동성을 증가시키고 골재 사이의 공극을 충전시켜 블리딩 수의 통로를 적게함으로써 블리딩 현상을 감소 시켜주는 등 콘크리트의 제 성질에 양호한 영향을 미치며, 사용하는 물의 양을 줄일 수 있어 강도의 발현에 유리하다. 한편, 플라이 애쉬는 시멘트처럼 바로 강도발현이 되지는 않지만, 장기적으로 시멘테이션(bonding)효과가 있어 강도증진에 도움이 된다.

일반적인 물리실험 결과 밀도의 경우 1.9 ~ 2.3정도로 시멘트 비중의 2/3정도이며 분말도의 경우 3,000~4,000cm²/g범위이다.

<실시예>

- 뒤채움재의 배합설계

본 발명에 의한 뒤채움재의 원료 배합을 아래 <표 4>와 같은 기준으로 설계하고자 하였다.

뒤채움재 원료배합 기준

항목	기준
유동성(흐름값)	180 ~ 300mm
일축압축강도(qu)	3일강도 : 1.3kg/cm2 이상 28일강도 : 2.1 ~ 5.6kg/cm2
블리딩율(%)	1% 이하

상기와 같은 기준에 의거하여 배합된 뒤채움재 재료에 대하여 예비실험에 의해 도출한 배합비와 측정된 강도값을 나타내면 아래 <표 5>와 같다.

뒤채움재의 배합비 및 측정강도

노상토	정수 슬러지	시멘트	플라이애시	고무 분말	물	1일 강도( MPa )	3일 강도( MPa )	7일 강도( MPa )	14일 강도(MPa)	28일 강도(MPa)
55%	0%	8%	10%	0%	27%	0.196	0.504	0.965	1.566	2.166
57%	0%	5%	10%	0%	27%	0.065	0.175	0.280	0.472	0.685
56%	0%	6%	10%	0%	27%	0.081	0.153	0.358	0.627	0.973
55%	0%	7%	10%	0%	27%	0.068	0.236	0.375	0.630	1.282
56%	0%	5%	10%	0%	29%	0.151	0.451	0.675	0.888	1.112
56%	8%	5%	10%	0%	29%	0.042	0.108	0.123	0.135	0.145
56%	10%	5%	10%	0%	29%	0.045	0.104	0.118	0.128	0.127
56%	12%	5%	10%	0%	29%	0.092	0.100	0.128	0.123	0.109
56%	10%	5%	10%	5%	24%	0.036	0.068	0.083	0.114	0.084
53%	10%	8%	10%	0%	29%	0.091	0.086	0.101	0.074	0.059
51%	10%	10%	10%	0%	29%	0.091	0.101	0.101	0.075	0.071
52%	8%	10%	10%	0%	28%	0.080	0.102	0.101	0.131	0.116
52%	8%	10%	10%	0%	28%	0.066	0.093	0.113	0.091	0.104
50%	8%	12%	10%	0%	28%	0.091	0.106	0.113	0.099	0.112
51%	8%	10%	12%	0%	27%	0.091	0.112	0.159	0.166	0.142
49%	8%	10%	12%	2%	27%	0.057	0.102	0.141	0.132	0.191
47%	8%	10%	12%	4%	27%	0.084	0.100	0.123	0.104	0.131
53%	8%	10%	10%	0%	27%	0.078	0.095	0.131	0.119	0.128
51%	8%	10%	10%	2%	27%	0.079	0.096	0.110	0.111	0.109
49%	8%	10%	10%	4%	27%	0.095	0.095	0.117	0.100	0.085
55%	5%	10%	10%	0%	25%	0.110	0.127	0.162	0.161	0.160
52%	5%	10%	10%	3%	25%	0.120	0.127	0.159	0.168	0.183
50%	5%	10%	10%	5%	25%	0.109	0.126	0.148	0.157	0.147
56%	5%	10%	9%	0%	25%	0.122	0.127	0.157	0.162	0.145
56%	5%	10%	6%	3%	25%	0.095	0.101	0.130	0.105	0.136
56%	5%	10%	4%	5%	25%	0.085	0.098	0.119	0.126	0.119
42%	5%	10%	20%	3%	25%	0.211	0.215	0.222	0.322	0.356
40%	5%	10%	20%	5%	25%	0.194	0.213	0.260	0.257	0.371
37%	5%	10%	23%	5%	25%	0.211	0.222	0.259	0.288	0.316

정수슬러지와 고무분말을 제외한 상태에서 시멘트, 플라이 애쉬, 현장발생토와 물을 이용하여 배합을 한 후 일축압축강도와 흐름값의 기준치에 만족하는지 확인한 후 정수슬러지와 고무분말을 혼합하여 강도 변화을 확인한 후 기준치에 만족하는 강도와 흐름값을 얻기 위해 시멘트량과 플라이 애시량을 조절하여 적절한 배합비를 선정하였다.

특히 위 <표 5>와 같이 굵은 글씨로 표현된 예는 강도면에서 보다 바람직한 배합비를 나타낸다.

아래 <표 6>은 위와 같은 예비실험의 기초가 되는 바람직한 뒤채움재의 배합범위를 나타낸 것이다.

본 발명에 의한 뒤채움재의 배합비

배합재료	배합범위(중량비%)
현장발생토	37~57
플라이애시	10~23
고무분말	0~5
시멘트	4~10
물	25~29
현장발생토에 포함된 정수슬러지의 량	0~12
물/시멘트 비(W/C)	250~580

- 유동성 시험

본 시험은 실내와 현장에서 슬럼프 플로우(slump flow)를 측정하는 방법으로 워커빌리티(workability)를 판정하는 하나의 수단이다.

슬럼프 콘은 밑면의 안지름이 20cm, 윗면의 안지름이 10cm, 높이가 30cm 인 금속제 절두원추형으로 되어 있으며 다짐대, 흙손, 스쿠프로 구성되어있다. 슬럼프 콘을 평평하고 단단한 평판위에 놓고 두 개의 발판을 디디고 서서 움직이지 않도록 고정시킨 후 배합된 혼합물을 1/3씩 되도록 3층으로 나누어 각층별로 25회씩 다지지만 CLSM는 다짐을 하지 않는다. 슬럼프콘에 CLSM를 채운후 수직방향으로 벗기고 혼합물이 충분이 주저앉은 다음 슬럼프의 흐름값을 측정한다.

주의 할 점은 슬럼프 콘을 벗기는 작업은 5초정도로 끝내야 하며 혼합물에 가로 방향 운동이나 흔들림을 주지 않도록 수직방향으로 들어올려야 한다. 또한 콘에 채우기 시작해서 시료를 뺄 때까지 전 작업을 2분 30초 이내로 마쳐야한다.

KS F 2402의 기준에 의해 슬럼프의 흐름값은 50~70cm, flow 속도는 10~60mm/sec의 범위로 나타나 있다. 본 시험에서는 50~70cm를 목표로 설계하였다.

측정된 flow 값은 아래 <표 7>과 같다.

Flow 값

배합종류	Flow 값(cm)
case1	50.1
case2	51.5
case3	51.5
case4	52

- 일축압축강도

일축압축시험 장비를 이용하여 유동성 뒤채움재 혼합물의 강도특성을 평가하였다. 시험은 원주형 공시체를 측방 구속이 없는 상태로 압축하여 파괴시키는 시험으로 축 변형량과 하중을 측정하면, 파괴전 최대 전단강도를 결정하는 방법이다. 공시체는 선정된 배합비로 혼합한 후 의 몰드레 부어 3일, 7일, 28일을 양생 시켜 KS F 2314에 의해 변형속도를 분당 1.0mm/min로 파괴시켰다.

본 실험에서는 28일 강도 기준치를 3.0~5.6 kg/cm²로 설정하였는데, 이 강도는 인력으로 굴착이 가능 한 정도의 강도로서 최종 양생 후 본 기준에 부합하여 파악하였다. 강도 기준치의 만족하는 배합비를 얻기 위하여 <표 5>에서와 같은 예비실험의 배합범위 내에서 강도를 측정하여 이를 바탕으로 바람직한 배합비를 결정하였고, 이를 표 8에 나타내었다. 위 <표 7>의 Case1 ~ 4는 하기 <표 8>에 의한 배합비를 기준으로 분류한 뒤채움재를 사용하여 측정한 것이다.

시험을 위한 배합비를 갖는 배합재료 (Case 1 ~ 4)

재료 혼합물	현장발생토 *정수슬러지 5%함유	플라이애시	고무분말	시멘트	물	W/C
Case1	44%	20%	0%	10%	26%	260%
Case2	41%	20%	3%	10%	26%	260%
Case3	39%	20%	5%	10%	26%	260%
Case4	40%	20%	1%	10%	26%	260%

각 재령별로 3개의 공시체를 제작하여 일축압축시험을 실시하여 평균값을 사용하였고, 결과는 <표 9>에 나타내었다. 그래프에서 보는 것과 같이 재령 3일, 28일 강도 기준을 만족하는 것을 볼 수 있다. 일축압축강도 특성 시험결과, 정수슬러지와 고무분말로 인해 CLSM의 압축강도가 28일 양생시 일부 저하되는 현상을 보였다. 특히 정수 슬러지의 경우 미량이 포함되어있어도 대부분이 수분으로 이루어져있어 28일 재령시 공시체의 무게가 상당량 줄어들어 경량화로 인한 강도 저하 현상을 보인 것으로 판단된다. 탄성계수의 경우 KS F 2314에 따라 변형률에 따른 응력그래프를 작성하여 E₅₀=/을 이용하였고, 이를 <표 10>에 나타내었다.

재령별 압축강도

양생기간 혼합물	3일	7일	14일	28일
Case1	2.06	1.96	3.46	3.63
Case2	1.82	2.11	3.51	3.15
Case3	2.06	2.30	3.37	3.74
Case4	2.07	2.09

재령별 탄성계수

양생기간 혼합물	3일	7일	14일	28일
Case1	122.4	186.9	509.9	750
Case2	122.4	254.9	500.0	620
Case3	127.5	229.4	460.0	650
Case4	62	110

- 3축압축시험

이 시험은 원주형 공시체의 지중에서 응력상태를 재현하도록 측방에서 액압을 가하고 축방향에서 압축하여 전단하는 시험이다. 흙의 전단저항은 입자상호 간의 접촉면에서 움직임에 대한 저항의 결과이다. 흙 입자간의 접촉면적은 수직력이 증감함에 따라 증감하는데 수직력은 이 접촉면을 통해 전달 될 수 있다. 결합은 접촉면을 형성하여 입자간의 맞물림 작용으로, 미끌림에 대한 저항하며, 이로 인하여 전단저항이 생긴다. 입자간 접촉면에서 원자들이 전자를 교환 또는 공유함으로써 형성되는 결합의 주요 메커니즘인 일차적 평형 결합은 입자들의 응집과 함께 생기는 유효수직응력에 대한 반응으로 발생한다. 이 두결합은 입자간 접촉면적을 증가시키며 결합력 또한 증가하게 된다. 일반적으로 유효수직응력의 증가는 입자간 접촉면을 증가시키고 따라서 전단 저항을 증가시킨다.

유효응력의 변화는 입자간 물리적 결합을 직접 조절하고 화학적 결합이 존재한다면, 간접적으로 이를 조절하게 된다. 유효응력의 증가는 물리적 결합을 증가시키는 반면, 감소는 그 반대의 결과를 가져온다. 반대로 입자상호간 화학적 결합이 발현된 조건으로부터 유효응력의 증가 또는 감소는 화학적 결합을 끊게 된다.

본 시험에서는 배합된 혼합물을 일축압축시험으리 공시케 제작 방법과 동일한 방법으로 실시하였다. 전단속도는 1.0mm/min으로 설정하였으며 배합당 3개의 공시체를 제작하여 변형률에 따른 삼축압축강도와 그로 나타나는 그래프에 의한 탄성계수를 구하였다.

압밀단계 및 전단단계에서 모두 배수를 허용한다는 가정하에 실행하는 삼축압축방식(CD실험)이다. 지반의 구속압을 176kPa를 가한 상태로 축방향 하중을 가하여 전단응력를 측정하였다. 그로 인하여 발생한 변형률에 따른 전단응력을 통하여 탄성계수를 측정할 수 있었다.

재령별 삼축압축강도

양생기간 혼합물	3일(kPa)	7일(kPa)	14일(kPa)	28일(kPa)
Case1	470.7 459	557.7 604.6	589.3 550.8	635.2 637.5
평균	464.9	581.2	570.1	636.4
Case2	442.8 418.6	544.2 573.8	533.7 550.1	582.4 593.0
평균	430.7	559.0	541.9	587.7
Case3	415.3 394.4	558.7 558.9	538.9 553.8	638.8 674.2
평균	404.9	558.8	546.4	656.5

삼축 압축을 이용한 탄성계수

양생기간 혼합물	3일	7일	14일	28일
Case1	7	8.3	11.0	56.3
Case2	6.25	8.8	13.0	32.0
Case3	7	9.5	20.0	35.0

- CBR 시험

도로나 비행장의 포장 두께를 결정하기 위해서는 포장을 지지하는 노상토나 노반재료의 강도, 압축성, 팽창, 수축과 특성을 알 필요가 있다. 미국의 캘리포니아 도로국에서 가요성 포장을 설계할 목적으로 개발되어 세계적으로 널리 사용되어 오고 있는 것이 캘리포니아 지지력비 또는 CBR(Califomia Bearing Ratio)이라 하는 반경험적 지수이다. 국내 도로공사 표준 시방서 등에 제시된 노체노상 및 뒤채움재의 CBR 기준은 노체는2.5이상 하부 노상, 뒤채움재는 5이상 상부 노상, 뒤채움재는 10이상이다.

실내CBR 시험은 몰드 내에서 다짐한 공시체에 대한 규정된 피스톨을 규정속도로 관입시켜 관입량 별로 구한 시험 하중 강도를 표준하중강도에 대한 백분율로 구한다.

본 시험에서 수행한 실내 CBR 시험 절차는 다음과 같다.

(1) 각 Case별로 배합후, 지름 약 15cm, 높이 약 17cm의 몰드에 각 Case별로 4개씩 CBR 공시체를 제작한다.

(2) 각 Case별로 2개의 몰드는 공기양생 7일 다른 2개 몰드는 다이얼게이지를 설치하고 2일은 공기양생을 시키고 그 후로 수조에 넣어 3일 동안 수침시켰다.

(3) 수침과정을 마친 시료와 7일간 공기양생을 마친 시료에 대해서 CBR시험을 수행한다.

관입량이 0 ~ 12.5mm가 될 때까지 정해진 관입량에서의 하중을 측정한 후 KS규격에 따라 CBR 값을 구하였다.

CBR = 시험단위하중 / 표준단위하중 ×100%

관입량에 따른 표준 단위 하중

관입량(mm)	표준단위하중(kN)
2.5	13.4
5.0	19.9

흡창팽창 시험 방법은 다음과 같은 과정에 의해 실시한다.

a) 공시체 윗면에 거름종이 위에 축붙이 유공판을 놓고, 그 위에 0.05kN의(5.1kg) 하중을 가한다.

b) 측정용 삼발이와 다이얼 게이지를 정확하게 설치한다. 다이얼 게이지의 최초 눈금을 기록하고 나서 96시간 물속에 정치하여 원칙적으로 1h, 2h, 4h, 8h, 24h, 48h, 72h, 96h의 시간마다 다이얼 게이지 눈금을 기록한다.

양생과 흡수팽창시험을 마친 공시체에 대해서 0.05kN하중을 재하한 상태에서 관입 피스톨을 이용하여 관입을 실시한다. 관입 피스톨이 1mm/min의 속도로 공시체에 관입 되도록 매끄럽게 하중을 걸어 관입량에 따른 하중 값을 측정한다.

흡수 팽창 시험결과 3일간 물에 담가 눈금을 기록한 결과 6개 모든 공시체에서 부피 변화량이 없었다. 즉, 흡수팽창부분에서는 공학적으로나 실무적으로 안정하다고 볼 수 있다. 또한 관입시험 결과 국내 도로공사 표준 시방서 등에서 하부 뒤채움재의 CBR기준은 5.0%이상이다. 아래 표에서도 보여주고 있듯 모든 시험에서 5%이상을 만족한다.

CBR 관입시험 결과표

혼합물	종류	CBR(%)		평균값
Case1	수침	12.0	10.9	11.4
	공기중	6.8	10.4	8.6
Case2	수침	9.0	9.0	9.0
	공기중	7.6	7.9	7.8
Case3	수침	10.9	9.7	10.3
	공기중	9.2	9.6	9.4

- PFWE 시험

PFWD는 자유낙하시킨 추로 인해 발생하는 축격하중에 의한 처짐을 측정하며, 최대처짐과 최대하중 관계곡선에서 탄성계수 측정하는 시험장비이다. 노상, 축제, 기초 등의 지지력이나 다짐도를 평가하기 위해 실시되는 전형적인 시험방법인 평판재하 시험은 많은 위치에서 시험이 필요하나, 현장에서의 시간적 한계로 인해 관측점의 수가 제한적일 수밖에 없다. 그러나 본 시험의 경우 종래의 방법에 비하여 신속하고 간편하며 장소의 제약을 받지 않는다는 장점을 가지고 있다. 즉, 시험을 위한 최소한의 공간만 있으면 시험이 가능하여 차량이 접근하기 곤란한 뒷채룸 지역, 시추공과 같은 큰 재하 장치가 접근하기 힘든 지역에서도 시험이 가능하다.(Masaki Kamiura & Etsuo Abe, 2000).

본 시험에서 사용되는 FWD 시험기는 덴마크의 Dynatest사에서 개발된 경량 FWD로서, 변위계가 부착된 재하판, 하중낙하장비, 전자침하 측정장비 및 데이터 출력장비로 구분할 수 있다. 변위계는 재하판 위에 내장되어 있으며 추가적으로 두 개의 변위계를 설치하여 사용할 수 있다. 이 장비는 10kg, 15kg, 20kg의 낙하 추를 가지고 있으며, 최대 낙하고는 90cm이다. 로드셀의 정밀도는 1%이며 변위계의 정밀도는 %이상 이다.

PFWD 재하판은 직경에 따라 10cm, 20cm, 30cm 3가지가 있으며, 재하판의 선택은 시험하는 층을 구성하는 재료의 종류에 따라 경정된다. <표 15>는 층의 재료 종류에 따라 재하판이 적용되는 직경을 나타내고 있다.

모형챔버 실험을 하기 전에 하중 추를 10kg, 재하판 직경을 30cm로 노상에 PFWD 시험을 실시하여 하중, 응력, 재하시간, 최대처짐량, 탄성계수 등을 구하였다.

층의 재료 종류에 따라 재하판이 적용되는 직경

하중판(cm)	층 종류
직경 30	노상,노바느매립층 보조기층,자갈지초층
직경 20	자갈 기초층, 연약도로구조물
직경 10	강성도로구조물

탄성계수는 15MPa로 측정되었고, 도 2에서 도시된 바와 같은 처짐과 응력은 그래프에서 보여지듯이 1.771mm로 나왔으며 그밖에 측정값은 다음 <표 16>과 같다.

응력, 하중, 재하시간, 최대처짐량, 탄성계수

Force	Press	Pulse	D(1)	E(1)
7kN	98.7kPa	16ms	1771	15MPa

- 유동성 뒤채움재 시공과정에서의 계측결과

가. 수직 및 수평변위

도 3은 모형토조에 베딩재 및 PVC관을 설치한 후, 유동성 뒤채움재의 4회 분할타설시에 발생하는 관의 수직 및 수평변위를 보여주고 있다. 유동성 뒤채움의 타설시 발생하는 수직변위는 초기에는 압축, 이후 인장 및 압축 형태의 변형을 보여주고 있다. 측정된 최대수직변위는 0.25cm, 최대수평변위는 0.327cm로 나타났다. 이는 관의 직경이 30cm이므로, 수직변형률은 약 0.833% 및 수평변형률 1.090%임을 의미한다. 유동성 뒤채움재 시공시 초기 관의 floating 현상으로 인한 관의 변형은 크게 문제가 되지는 않을 것으로 판단된다.

나. 매설관의 길이방향 Strain

도 4는 유동성 뒤채움재 시공(타설)과정에서 발생하는 관의 길이 방향 변형(strain)을 보여주고 있다. 뒤채움재 타설과정에서 발생하는 길이방향 변형은 다소 크게 나타났다. 이는 관의 길이가 길어짐에 따라 관의 유연도(flexibility) 특성과 밀접한 관계가 있다. 본 연구에서 사용된 PVC관은 대표적인 연성관으로 유연도가 상당히 큰 재료적 특징을 가지고 있다.

- 하중재하에 따른 변위 특성 평가(교통하중 시뮬레이션)

가. 수직 및 수평변위

도 5는 모형토조에 가해진 원형등분포 하중을 보여준다. 가해준 하중은 2톤정도이고, 최대 하중을 재하 후 하중을 제거하여 유동성 뒤채움재의 탄성회복변형량을 평가하였다. 도 6은 모형토조실험에서 측정된 관내부의 수직 및 수평변위를 보여주고 있다. 최대하중 재하시 발생한 최대수직변위는 2.54cm이고, 최대 수평변위는 3.15cm로 측정되었다. 하중을 제거한 후의 잔류변형은 수직방향 1.94cm, 수평변위 2.47cm로 나타났다. 하중 제거시 회복되는 변형량은 수직방향 0.603cm, 수평방향 0.676cm이고, 각각의 회복변형률은 23.7% 및 21.5%로 측정되었다.

나. 수직 및 수평토압의 변화

도 7은 하중 재하 및 제거후 관의 상단부 및 측면부에 설치한 토압계의 토압크기를 보여주고 있다. 하중재하시 측정된 최대수직토압은 1.15 kPa이고, 하중 제거후 잔류 수직토압은 0.356 kPa로 측정되었다. 하중 재하시 및 제거 후 수직토압 경감효과는 약 69.1% 수준으로 나타났다. 측정값에 나타난 것과 같이 수직토압의 경우 하중의 재하 및 제거 특성과 거의 동일한 특성을 보여준다. 즉 수직토압은 가해진 상재하중의 크기와 밀접한 상관관계가 있음을 의미한다.

하중재하시 측정된 최대수평토압은 1.369 kPa이고, 하중 제거 후 잔류 수평토압은 약 0.940 kPa로 측정되었다. 하중재하 및 제거 후 발생하는 수평토압 경감효과는 약 31.3%로 나타났다. 수평토압의 경감 효과가 작은 것은 수직토압은 상재하중의 크기와 직접적인 상관관계를 가지고 있지만, 수평토압은 과압밀(over-consolidation) 효과로 인해 수직토압에 비해 작은 값을 나타내게 된다. 이는 일반적인 입상재료의 흙에서 나타나는 거동특성과 같은 경향을 나타낸다.

다. 매설관의 길이방향 Strain

도 8은 관의 상단부에 중앙 및 중앙으로부터 10cm 간격으로 설치한 strain gauge 결과값을 보여주고 있다. 그림에 나타난 것과 같이 전체적으로 초기에 작은 하중이 가해진 경우 관의 중심부에서는 압축이 발생하고, 이후 관에 가해지는 하중이 커지면 전체적으로 압축력에 의한 관변형이 발생하여 관의 길이가 늘어나는 인장효과를 보여주고 있다.

본 발명의 위와 같은 시험 결과를 요약하면 다음과 같다.

- 실험재료의 물리/화학적 특성평가 결과 사용 현장 발생토의 통일분류법상 흙의 분류는 SP이고, 비중은 1.98이다. 정수슬러지는 대부분이 수분으로 이루어 있고, 현장함수비는 평균 50% 이상으로 나타났다. 따라서, 정수슬러지의 재활용측면에서는 우수하나, 뒤채움재에 적용될 때 수분이 다소 많은 경향이 있으므로, 뒤채움재를 운용하는데 이 점이 고려되어야 할 것이다.

- 국외 유동성 뒤채움재의 기준을 바탕으로 CLSM 목표기준을 정하여 예비실험을 실시하였으며 일축압축 목표강도는 3.0~5.6 kg/cm²으로 기준을 하고 최적 배합비를 선정하였다. 그 결과 중량비 기준으로 뒤채움재 전체 중량대비 현장발생토 39 ~ 44 중량부(정수슬러지 5 중량부함유)플라이 애시 20 중량부, 고무분말 또는 분쇄물 0 ~ 5 중량부, 물 26 중량부, 물/시멘트 비 260으로 설정하게 되었으며 초기 강도는 1.82 ~ 2.07kg/cm²로 초기강도 기준치인 1.4kg/cm²보다 높은 값을 얻을수 있었고 최종강도 또한 3.15 ~ 3.74kg/cm²로 기준치인 3.0~5.6 kg/cm² 범위에 포함되는 것으로 보아 우수한 성능을 나타내었다. 삼축압축강도 결과 지반의 구속압을 가정하여 176kPa 가한 상태에서 5.88~6.57kg/cm²의 축차응력 값을 얻을 수 있었다.

- 유동성 평가에서는 실린더 몰드와 슬럼프콘을 이용한 흐름값이 기준치인 20cm와 50cm이상에 만족하는 값을 얻을 수 있었다.

- 탄성계수 산정 결과 7012.7 ~ 8181.5kg/cm²의 결과가 산정되었다. 일축압축시험과 삼축압축시험 결과와 같이 시간에 따라 탄성계수가 증가하는 경향을 나타내었다. PFWD를 이용한 탄성계수 측정으로는 최대 최대 처짐량은 1.771mm 탄성계수는 15MPa로 측정되었다.

- CBR시험결과 공기중양생과 수침양생 모두 하부뒤채움재의 CBR기준인 5%이상 값으로 모두 기준치 이상이 나왔으며 흡수팽창은 또한 일어나지 않았다.

- 단위 용적중량결과 품질 기준인 1.5g/cm³ 이상으로 수분에 의한 유동성뒤채움재의 부유 현상 등은 없을 것으로 추정된다.

- 하중 재하 전과 후의 수직변위를 측정한 결과, 측정된 관의 수직변위는 유동성 뒤채움의 경우 약 0.25mm(전) 및 2.54mm(후), 또한 수평변위의 경우, 각각 0.327mm 및 3.15mm로 측정되었다. 토압의 경우 최대수직토압은 0.015 kg/cm²이고, 하중 제거 후 잔류 수직토압은 0.005 kg/cm²로 측정되었다. 최대수평토압은 0.017 kg/cm²이고, 하중 제거 후 잔류 수평토압은 약 0.012 kg/cm²로 측정되었다. 수평토압의 경감 효과가 작은 것은 수직토압은 상재하중의 크기와 직접적인 상관관계를 가지고 있지만, 수평토압은 과압밀(over-consolidation) 효과로 인해 수직토압에 비해 작은 값을 나타내었다.

이상과 같이 본 발명을 그 바람직한 실시예를 기초로 설명하였으나, 본 발명이 위 실시예에 한정되어 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 범위는 특허청구범위를 기초로 해석되어야 할 것이다.

Claims (4)

1. 토사, 플라이 애쉬, 고무 분말 또는 분쇄물, 시멘트, 정수 슬러지를 포함하며, 상기 토사는 뒤채움재 전체 중량대비 40 ~ 44 중량부이며, 상기 플라이애쉬는 20 중량부이고, 상기 고무분말 또는 분쇄물은 0 초과 5 이하 중량부이며, 상기 시멘트는 10 중량부이며,
   상기 뒤채움재 조성물은 뒤채움재 조성물 전체 중량대비 26 중량부의 물과 혼합되는 것을 특징으로 하는 유동성 뒤채움재 조성물.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 토사는 상기 뒤채움재를 적용하는 현장의 토사인 것을 특징으로 하는 유동성 뒤채움재 조성물.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 고무 분말 또는 분쇄물은 폐타이어 또는 폐고무로부터 재활용된 것임을 특징으로 하는 유동성 뒤채움재 조성물.
4. 삭제

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