KR20050000063A - 흡착성 고화제 및 이를 사용한 흡착성 보강토로 이루어진폐기물매립장 차수층 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 흡착성 고화제 및 이를 사용한 흡착성 보강토로 이루어진 폐기물매립장 차수층 구조에 관한 것으로, 그 목적은 흡착성 고화토를 이용하여 기존의 폐기물매립장 차수층 구조에 비하여 오염물질의 흡착성 및 강성을 증가시키고 산업폐기물을 재활용하게 할 수 있는 흡착성 고화제 및 차수층 구조를 제공하는데 있다.
본 발명의 구성은 차수층 토사를 고화하는 고화제에 있어서, 석탄비산재 60∼40wt%와 흡착제0.1wt%와 고화제1.0wt%와 나머지는 보통 포틀란트시멘트로 조성하여 혼합하고, 필요시 보강제를 더 추가하여 조성한 흡착성 고화제 및 이를 일반토사와 혼합하여 만든 차수층 구조를 그 기술적 특징으로 한다.

Description

흡착성 고화제 및 이를 사용한 흡착성 보강토로 이루어진 폐기물매립장 차수층 구조 {adsorptive reinforced solidified liner(ARSL) and waterproofing layer of waste reclamation using treated reinforced soil by ARSL}
본 발명은 흡착성 고화제 및 이를 사용한 흡착성 보강토로 이루어진 폐기물매립장 차수층 구조에 관한 것이다.
폐기물매립장의 바닥에는 침출수가 외부로 배출되지 않도록 투수계수가 10-7cm/sec 이하가 되는 차수시스템을 설치하도록 법적으로 규정하고 있다.
차수재로는 보통 순수점토, 벤토나이트혼합토, 단순고화토 등이 사용되고 있다.
하지만 상기 순수점토 차수재는 소정의 투수계수를 가지는 재료를 구하기가 어려워 사실상 적용하기 어렵다는 문제점이 있다.
또한 상기 벤토나이트 혼합토 차수재는 벤토나이트에 의한 오염물질 흡착성은 있으나 강도가 작아 기초지반이 연약하거나 불량한 경우에는 적용이 어렵다는 문제점이 있다.
그리고 상기 고화토 차수재는 기초지반이 연약하거나 불량한 경우에도 적용이 가능하나 수화균열, 건조균열 등으로 인하여 미세 크랙이 발생하고 오염물질 흡착성이 매우 작은 단점이 있다.
폐기물매립장의 차수재로는 자연점토, 다짐점토, 벤토나이트혼합토 등의 점토류재, 시멘트, 석회, 고화제 등의 고화토류재, HDPE, EPDM 등의 고분자합성재류, GCL(geosynthetic clay liner) 등의 점토 · 고분자합성재류가 있다.
하지만 상기 자연점토, 다짐점토, 벤토나이트 혼합토 등의 점토류재는 차수성 및 흡착성은 양호하나 강도가 없기 때문에 연약지반이나 침하발생지반에서의 적용은 곤란하다는 문제점이 있다.
또한 상기 시멘트, 석회, 고화제 등의 고화토류재는 강도가 있어 연약지반이나 침하발생지반에서의 적용은 가능하나 차수성 및 흡착성이 저조하고 고화토 자체의 수축, 건조 등에 의하여 미세한 균열이 발생된다는 문제점이 있다.
또한 상기 HDPE, EPDM 등의 고분자합성재류는 차수성이 크고 신장성이 크기 때문에 연약지반에의 적용은 가능하나 흡착성이 전혀 없다는 문제점이 있다.
그리고 상기 GCL(geosynthetic clay liner) 등의 점토·고분자합성재류는 차수성, 신장성, 흡착성은 양호하나 점토와 고분자합성재를 결합한 것으로 고가인 단점이 있다.
현재 국내의 경우 해안지역과 같이 기초지반이 바닥이 연약한 지역에 폐기물매립장을 축조하는 경우에는 상기의 차수시스템 중에서 보통 고화토류 차수재를 적용하고 있다.
그러나 현재 국내에서 적용하고 있는 고화토 차수재는 주로 시멘트 또는 석회를 주성분으로 한 고화제이기 때문에 시멘트 및 석회의 수화반응, 발열반응 등에 의하여 고화토차수재 내에 미세한 수화균열, 수축균열 등이 발생하게 된다.
그리고 폐기물의 매립고가 증가함에 따라 작용하중이 커지게 되어 강성체인 고화토차수재가 파손되는 경우가 있다.
이러한 균열 및 파손은 매립지내에 누적되는 침출수를 외부로 흐르게 하는 이동통로를 제공하는 역할을 하게 되어 치명적인 결과를 초래하게 된다.
따라서 이에 대한 보완책이 필요하나 아직까지 이에 대한 뚜렷한 대비책이 강구되지 않은 실정이다.
그리고 플라이애쉬 등과 같은 산업폐기물은 화력발전소 등지에서 다량으로 발생하나 재활용이 미비하여 단순매립에 의존하고 있는 실정이다.
플라이애쉬는 포졸란반응을 가지고 있기 때문에 차수성 및 자경성의 기능을 가지고 있어 차수재의 첨가제로 사용할 수가 있으나 전혀 활용되지 못하고 있는 실정이다.
따라서 차수재의 첨가재료로 이의 적극적인 재활용에 대한 모색이 필요한 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 흡착성 고화토를 이용하여 기존의 폐기물매립장 차수층 구조에 비하여 오염물질의 흡착성 및 강성을 증가시키고 산업폐기물을 재활용하게 할 수 있는 흡착성 고화제 및 차수층 구조를 제공하는데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 기존의 고화토에 고분자섬유재의 보강재를 소량 혼합하여 기존의 고화토 차수재에서 발생하는 균열 등을 억제하여 보강성을 증진시키고, 또한 제올라이트 흡착제를 소량 혼합하여 기존의 고화토 차수재가 가진 낮은 흡착성을 매우 크게 증진시키며, 산업폐기물인 플라이 애쉬를 고화제 첨가제로 사용하여 폐기물 재활용을 촉진하고, 기존의 전체 강성이 동일한 단층 차수층구조를 강성이 서로 상이한 다층 차수층 구조로 구성하여 현장 기초지반의 연약정도에 따라 차수층 구조를 유연하게 적응할 수 있도록 한 흡착성 고화제 및 차수층구조를 제공함으로써 달성된다.
도 1은 본 발명의 기본도인 흡착성 보강형 고화제로 처리된 고화토 개념도,
도 2는 흡착성 보강형 고화제로 처리된 고화토를 이용하여 폐기물매립장의 표준 차수층 구조도,
도 3은 흡착성 보강형 고화제로 처리된 고화토를 이용한 폐기물매립장의 차수 층구조를 2층으로 조성하는 경우를 나타낸 도면,
도 4는 흡착성 보강형 고화제로 처리된 고화토를 이용한 폐기물매립장의 차수층 구조를 3층으로 조성하는 경우를 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
(1) : 일반토사(점토, 화강토 등) (2) : 흡착제 : 제올라이트
(3) : 보강재 : 고분자섬유 (4) : 고화제 : 무기성고화제
(5) : 흡착성 비보강형 고화토 (6) : 흡착성 보강형 고화토
(7) : 흡착성 중보강형 고화토 (8) : 흡착성 고보강형 고화토
(9) : 폐기물 (10) : 침출수집배수층
(11) : 지오멤브레인 (12) : 원지반
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 기본도인 흡착성 보강형 고화제로 처리된 고화토(ARSS:adsorptive reinforced solidified soil) 개념도를 나타낸 것으로, 점토, 화강토 등의 일반토사에 흡착제, 고화제, 보강재, 석탄비산재를 혼합하여 일반토사를 흡착성이 크고 강성이 큰 불투수성의 차수매체로 형성하는 기본기술을 제시한다.
상기 성분의 혼합이유는 일반토사(1)에 흡착제(2)를 투여함으로 매립장내 침출수 및 폐기물의 오염물질을 흡착하고, 고화제(4)를 투여함으로 일반토사(1)를 고형화 및 안정화하여 강성을 증가시키고, 보강재(3)를 투여함으로서 고화토의 균열 및 파손을 억제하고, 석탄비산재를 투여함으로서 고화제의 포졸란반응을 촉진시켜 침상결정구조를 치밀하게 하기 위함이다.
여기에서, 흡착성 보강형 고화제의 구성성분 및 구성비는 중량비로 석탄비산재 60∼40%, 흡착제 0.1∼0.5%, 고화제 1.0∼1.2%, 보강재 0.1∼0.5%, 나머지는 보통포틀란트시멘트 이다.
상기에서 흡착성 보강형 고화제의 구성성분의 범위를 지정한 이유는 다음과 같다. 석탄비산재 60∼40%와 나머지는 보통포틀란트시멘트(흡착제, 고화제, 보강재를 제외한)로 하는 이와 같은 비율로 혼합되어야하는 것은 실제 적용상에 있어서 시멘트의 고화기능과 폐기물인 석탄비산재의 사용에 따른 경제성 및 재활용성이 부합되어야 하기 때문이다. 그리고 흡착제 0.1∼0.5%, 고화제 1.0∼1.2%, 보강재 0.1∼0.5%가 이와 같은 비율로 혼합되어야 하는 것은 하한치 이하의 경우 흡착제, 고화제 및 보강재의 과소 사용에 따른 흡착력, 고화력, 보강력의 저하가 우려되고, 반대로 상한치 이상의 경우 과다 사용에 따른 흡착력, 고화력, 보강력의 과다가 불필요하기 때문이다.
상기 흡착제(2)는 광물성 물질 중에서 오염물질 흡착성이 우수한 제올라이트계열의 광물질이며, 이의 구성성분 및 구성비는 중량비로 제올라이트(zeolite) 0∼100% 및 벤토나이트성 제올라이트(bentonitic zeolite) 100∼0%이다.
즉, 본 발명 흡착제는 제올라이트와 벤토나이트성 제올라이트로 이루어진 군중에서 선택된 하나 또는 하나 이상을 혼합하여 사용한다.
상기 고화제(4)의 성분은 염화나트륨 20∼25wt%, 염화칼륨 25∼30wt%, 염화마그네슘 15∼20wt%, 염화칼슘 15∼20wt%를 주성분으로 하는 무기성고화제이다.
상기 보강재(3)는 재질이 고분자섬유제품인 폴리프로필렌화이버(polypropylene fiber)이고 제원이 길이 25∼50 mm, 직경 0.1∼0.3 mm, 밀도 360∼2600 deniers (1 denier = 1/9000 g/m)이다.
상기 석탄비산재로는 화력발전소에서 발생하는 플라이 애쉬(fly ash)이다.
도 2는 흡착성 보강형 고화제로 처리된 고화토를 이용하여 폐기물매립장의 표준 차수층 구조를 나타낸 것으로, 원지반(12) 상부에 차수재인 흡착성 보강형 고화토(6)를 설치하고 그 상부에 지오멤브레인(11), 침출수집배수층(10), 폐기물(9)층을 두는 구조를 보여준다.
본 차수층 구조는 주로 해안지역의 연약지반상에 폐기물매립장을 조성하고자 하는 경우에 적용성이 높은 특징을 가진다.
상기 폐기물매립장의 표준 차수층 구조는 바닥으로부터 상부방향으로 차수재인 흡착성 보강형 고화토, 지오멤브레인, 침출수집배수층의 순으로 구성되는데, 이들 두께는 차수재인 흡착성 보강형 고화토가 50cm(지정폐기물의 경우 100cm), 지오멤브레인 2.0mm(지정폐기물의 경우 2.5mm), 침출수집배수층 30cm이다.
흡착성 보강형 고화토는 일반토사(1) 1m3에 상기의 흡착성 보강형 고화제를 80∼120kg 투입 혼합하여 차수재를 형성하는 것으로 투수계수는 1×10-7cm/sec 이하이다.
도 3은 흡착성 보강형 고화제로 처리된 고화토를 이용한 폐기물매립장의 차수층 구조를 하부층 및 상부층의 2층으로 조성하는 경우를 나타낸 것으로, 하부지반이 연약하여 침하가 발생하는 경우 차수층이 하향방향으로 휘어지게 되어 차수시스템의 상부에는 압축력이 발생하고 하부에는 인장력이 발생하게 되므로 차수층 구조를 2층으로 조성하여 상부층은 흡착성 비보강형 고화토(5)로 적용하고 하부층은 흡착성 보강형 고화토(6)로 적용한 것이다.
이는 흡착성 보강형 고화토 공법의 경우 고화체내에 보강재(3)가 투입되어 인장력에 대한 저항력이 큰 점을 적극 활용한 것이다.
상기에서 흡착성 비보강형 고화공법을 적용한 상부층은 일반토사(1)에 보통포틀란트시멘트, 석탄비산재, 흡착제, 고화제를 투입하여 형성하고 그 제원은 두께 25cm(지정폐기물의 경우 50cm) 및 투수계수 1×10-7cm/sec 이하이다.
그리고 흡착성 보강형 고화공법을 적용한 하부층은 일반토사에 보통포틀란트시멘트, 석탄비산재, 흡착제, 고화제, 보강재를 투입하여 형성하고, 그 제원은 두께 25cm(지정폐기물의 경우 50cm) 및 투수계수 1×10-7cm/sec 이하이다. 시공시 하부층의 표면에 거침질(scratch)을 실시하여 상부층과 하부층이 서로 잘 밀착되도록 한다.
도 4는 흡착성 보강형 고화제로 처리된 고화토를 이용한 폐기물매립장의 차수시스템을 상부층, 중부층, 하부층의 3층으로 조성하는 경우를 나타낸 것으로, 도 3의 경우와 동일한 현장조건의 경우로서 도 3보다 침하에 유연하게 대응하기 위하여 차수층 구조를 3층으로 조성하여 압축을 받는 상부층은 흡착성 비보강형 고화토, 응력이 중립인 중부층은 흡착성 중보강형 고화토, 인장을 받는 하부층은 흡착성 고보강형 고화토로 적용하여 하부에 발생하는 압축력 및 인장력의 크기에 순차적으로 대응하여 저항하는 차수구조이다.
상기에서 상부층은 보강재를 전혀 투입하지 않는 것으로 그 제원은 두께 15cm(지정폐기물의 경우 30cm) 및 투수계수 1×10-7cm/sec 이하이다.
중부층은 보강재를 중량비로 토사의 0.1∼0.2%를 투입하는 것으로 그 제원은 두께 15cm(지정폐기물의 경우 30cm) 및 투수계수 1×10-7cm/sec 이하이다.
하부층은 보강재를 중량비로 토사의 0.3∼0.5%를 투입하는 것으로 그 제원은 두께 20cm(지정폐기물의 경우 40cm) 및 투수계수 1×10-7cm/sec 이하이다.
시공시 하부층과 중부층의 표면에 거침질(scratch)을 실시하여 상부층, 중부층 및 하부층이 서로 잘 밀착되도록 한다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 흡착성 보강형 고화제를 이용하여 점토및 화강토 등과 같은 일반토사를 흡착성 및 강성이 큰 불투수성의 차수재료로 만드는 것으로 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 고화제를 이용하여 점토 및 화강토와 같은 일반토사를 고형화하여 고화차수시스템을 조성함으로서 지반이 연약한 지역에서도 폐기물매립장의 차수시스템 시공이 가능하게 한다.
둘째, 고화차수재내에 제올라이트의 흡착성물질이 투여됨으로서 폐기물매립장내의 침출수 및 폐기물에 함유된 오염물질을 흡착하는 기능을 가지게 되어 차수시스템 상부에 놓인 오염물질을 흡착하거나 차수시스템을 통과하는 오염물질을 정화할 수 있는 능력을 가진 자체 정화형 차수시스템을 제공한다.
셋째, 고화차수재내에 고분자섬유의 보강성물질이 투여됨으로서 고화매체를 보강재가 서로 간결하게 서로 엮어 균열이 없는 하나의 덩어리로 만듦으로 기존의 단순 고화차수재의 단점인 수화균열, 건조수축균열, 침하파손 등의 문제점을 해소하는데 기여한다.
넷째, 고화차수재를 상층은 비보강형으로 하고 하층은 보강형으로 하여 지반침하에 의한 상부의 압축력 및 하부의 인장력에 저항할 수 있도록 하고, 고화차수재내의 보강재의 투여율을 변화시켜 고화차수재의 강성을 달리하여 압축력 및 인장력의 크기에 순차적으로 대응할 수 있는 차수구조를 제공한다.
다섯째, 산업부산물의 하나인 석탄비산재를 투여하여 시멘트 및 고화제의 포졸란반응 및 경화반응을 촉진하여 차수성 및 강성이 증진된 차수구조를 제공하고, 산업부산물을 재활용함으로서 경제적이고 친환경적인 차수구조를 제공한다.
이상과 같이 본 발명은 점토 및 화강토 등의 일반토사에 흡착제, 보강재, 석탄비산재, 고화제를 혼합하여 다짐함으로서 지반이 연약한 폐기물매립장의 바닥에 적용할 수 있는 흡착성, 강성 및 경제성이 큰 자체 정화형 보강형의 친환경적 불투수성 차수시스템을 가능하게 해주는 유용한 발명으로 산업상 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.

Claims (10)

  1. 차수층 토사를 고화하는 고화제에 있어서,
    석탄비산재 60∼40wt%와 흡착제0.1∼0.5wt%와 고화제1.0∼1.2wt%와 나머지는 보통 포틀란트시멘트로 조성하여 혼합한 것을 특징으로 하는 흡착성 고화제.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기에 보강재0.1∼0.5wt%를 더 포함하여 조성한 것을 특징으로 하는 흡착성 고화제.
  3. 제 1항 또는 2항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 흡착제는 제올라이트와 벤토나이트성 제올라이트로 이루어진 군중에서 선택된 하나 또는 하나 이상을 혼합한 것을 특징으로 하는 흡착성 고화제.
  4. 제 1항 또는 2항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 고화제는 염화나트륨 20∼25wt%, 염화칼륨 25∼30wt%, 염화마그네슘 15∼20wt%, 염화칼슘 15∼20wt%를 주성분으로 하는 무기성고화제인 것을 특징으로 하는 흡착성 고화제.
  5. 제 1항 또는 2항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 석탄비산재는 화력발전소에서 발생하는 플라이 애쉬(fly ash)인 것을 특징으로 하는 흡착성 고화제.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 보강재는 재질이 고분자섬유제품인 폴리프로필렌화이버(polypropylene fiber)이고, 제원이 길이는 25∼50 mm이며, 직경은 0.1∼0.3mm이고, 밀도는 360∼2600 deniers (1 denier = 1/9000 g/m)인 혼합물인 것을 특징으로 하는 흡착성 고화제.
  7. 바닥으로부터 상부방향으로 차수재, 지오멤브레인, 침출수집배수층의 순으로 구성되는 폐기물매립장의 차수층 구조에 있어서,
    상기 차수재를 점토 및 화강토의 일반토사에 석탄비산재 60∼40wt%와 흡착제0.1∼0.5wt%와 고화제1.0∼1.2wt%와 보강재0.1∼0.5wt%와 나머지는 보통 포틀란트시멘트로 조성된 흡착성 고화제를 혼합한 보강형 고화토로 구성하여 흡착성및 보강성이 증진된 흡착성 보강형 고화 차수층으로 한 것을 특징으로 하는 흡착성 보강토로 이루어진 폐기물매립장 차수층 구조
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 흡착성 보강형 고화토 상부에, 일반토사에 석탄비산재 60∼40wt%와 흡착제0.1∼0.5wt%와 고화제1.0∼1.2wt%와 나머지는 보통 포틀란트시멘트로 조성된 흡착성 고화제를 혼합한 비보강형 고화토층을 더 적층하여 구성한 것을 특징으로 하는 흡착성 보강토로 이루어진 폐기물매립장 차수층 구조.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 보강형 고화토층과 비보강형 고화토층 사이에, 일반토사에 석탄비산재 60∼40wt%와 흡착제0.1∼0.5wt%와 고화제1.0∼1.2wt%와 보강재0.1∼0.2wt%와 나머지는 보통 포틀란트시멘트로 조성된 흡착성 고화제를 혼합한 중 보강형 고화토를 더 적층하여 구성하고, 하부층을 이루는 보강형 고화토층의 보강재를 0.3~0.5wt%로 조성하여 사용한 것을 특징으로 하는 흡착성 보강토로 이루어진 폐기물매립장 차수층 구조.
  10. 제 7항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고화토층은 일반토사 1m3에 흡착성 고화제를 80∼120kg 투입 혼합하여 형성하고, 투수계수는 1×10-7cm/sec 이하인 것을 특징으로 하는 흡착성 보강토로 이루어진 폐기물매립장 차수층 구조.
KR10-2003-0040628A 2003-06-23 2003-06-23 흡착성 고화제 및 이를 사용한 흡착성 보강토로 이루어진폐기물매립장 차수층 구조 KR100521871B1 (ko)

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