KR20050024754A - Method of solidifying sea clay and soft ground with waste plaster and cement - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 폐석고와 시멘트를 이용한 해안점토 및 연약지반의 고화처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세히는 화학공장에서 발생하는 폐석고와 시멘트를 적당한 비율로 혼합한 혼합재료를 이용하여 연약점토로 구성된 해안지역의 건설공사에 함수비가 높은 점토를 단시간에 고화시키고, 또한 연약지반에 대하여서도 폐석고를 이용하여 활용하여 지반을 안정화시키는 방법을 제시한 것이다.The present invention relates to a method for solidifying coastal clay and soft ground using waste gypsum and cement, and more particularly, to a coastal area composed of soft clay using a mixture of waste gypsum and cement produced in a chemical plant in an appropriate ratio. This paper suggests a method of stabilizing the ground by using clay with high water content in construction in a short time and using waste gypsum in soft ground.
국토가 좁은 우리나라에서는 인구의 증가와 산업의 발전에 따라 해안지역을 매립하여 많은 건설 및 토목공사가 이루어지고 있다. 특히 남해안과 서해안의 해안지역에서는 주로 점토로 구성된 퇴적물이 두껍게 분포되어 있어 실제 공사에 매우 어려움이 많고, 또한 육지에서도 점토질의 연약지반에서는 지반침하가 일어나 많은 문제점이 발생하고 있는 실정이다. 이러한 점토퇴적물 및 연약지반에 대해서 일반적으로는 시멘트를 사용하여 고화시키는 방법이 주를 이루고 있다.In Korea, where the land is narrow, many construction and civil works are carried out by reclaiming coastal areas in accordance with the increase of population and industrial development. In particular, the sediments composed mainly of clay are thickly distributed in the coastal areas of the south coast and the west coast, which is very difficult for the actual construction. Also, in the land, ground subsidence occurs in the soft ground of clay, which causes many problems. The clay sediment and soft grounds are generally cemented to solidify.
그리고 화학공장에서 폐석고가 많이 발생하여 이들에 대한 효과적인 처리방법이 없어 야적 상태로 방치되어 있다. 그러나 이러한 문제들을 동시에 해결하는 효과적인 방법은 제시되지 않고 있다.In addition, many waste gypsum is generated in chemical plants, and there is no effective treatment for them. However, there is no effective way to solve these problems at the same time.
국내에는 1년에 약 300만톤 이상의 폐석고가 배출되고 있고, 현재 약 2000만톤 이상의 폐석고가 적치되어 있는 상태로서 이들을 경제적이며, 자연친화적으로 다량으로 시급히 처리해야할 실정이다.In Korea, more than 3 million tons of waste gypsum is discharged per year, and currently more than 20 million tons of waste gypsum are stored, and it is urgent to deal with them in a large amount economically and naturally.
이러한 폐석고의 활용에 대해서는 화학적 처리를 통한 칼슘의 제조방법(대한민국 공개특허공보 제 98-013819호)이 제시되었으나, 고가의 설비투자에 따른 경제성 문제가 있어 실용화가 어려우며, 또한 폐석고를 이용한 황토석고몰탈 및 황토석고벽돌의 제조방법(대한민국 공개특허공보 제 99-024264호)과, 폐석고를 이용한 포장도로용 기층재의 제조방법(대한민국 공개특허공보 제 98-065056호) 등이 제시되고 있으나 실용성이 없어 활용되지 못하고 있다.For the use of such waste gypsum, a method of producing calcium through chemical treatment (Korean Patent Publication No. 98-013819) has been proposed, but it is difficult to be commercialized due to economic problems due to expensive facility investment, and also the use of waste gypsum mortar gypsum mortar. And ocher gypsum brick manufacturing method (Korean Patent Laid-Open Publication No. 99-024264) and a manufacturing method of pavement base material using waste gypsum (Korean Patent Publication No. 98-065056) have been proposed but are not practical. I can't.
그리고 고로슬래그와 폐석고를 주재료로 이용한 콘크리트 2차 제품에 대한 활용방법(대한민국 공개특허공보 제 2002-0043135호)도 제시되었으나, 혼합재료가 많고 공정이 복잡하며 일반적으로 석고가 함유되면 콘크리트의 열화가 매우 빠르게 일어나는 것으로 볼 때 실용화하기에는 더 많은 실험 및 검토가 요구된다.In addition, the application method for concrete secondary products using blast furnace slag and waste gypsum as the main material (Korean Patent Publication No. 2002-0043135) was also proposed, but if there are many mixed materials, the process is complicated, and gypsum is contained, deterioration of concrete As it happens very quickly, more experimentation and review is required to put it into practice.
또한 폐석고를 이용하여 석고보드 및 시멘트응결지연제 등으로 일부 활용되고 있으나, 많은 폐석고를 다량으로 처리하는 방법은 제시되지 않고 있다. In addition, some waste gypsum is used as a gypsum board and cement condensation retardant, but a method of treating a large amount of waste gypsum has not been suggested.
지금까지의 여러 가지로 제시된 내용과는 달리 본 발명은 미고결 연약점토의 고결에 다량의 석고를 사용하는 것으로 활용방법, 처리대상물, 처리목적, 최종제품 등에 있어서 분명한 차이가 있다.Unlike the various contents presented so far, the present invention uses a large amount of gypsum for the solidification of unconsolidated soft clay, and there are obvious differences in the method of use, the object to be treated, the purpose of treatment, and the final product.
본 발명은 상기한 바와 같은 해안 점토퇴적물 및 연약지반에 대하여 화학공장에서 배출되는 폐기물인 폐석고와 시멘트를 주성분으로 하여 이를 혼합 및 주입시킴으로서 점토를 고화시키고 지반을 안정화시키는 방법을 제시함으로서 상기한 양자의 문제점을 해소할 수 있도록 함에 본 발명의 기술적 과제가 있다.The present invention proposes a method of solidifying clay and stabilizing the ground by mixing and injecting the waste gypsum and cement, which are wastes discharged from a chemical plant, as the main components for the coastal clay sediments and soft ground as described above. There is a technical problem of the present invention to solve the problem.
상기한 바와 같은 기술적 과제를 이루기 위해서 건설공사가 이루어지는 해안지역의 점토퇴적물과 연약지반을 대상으로 하며, 처리에 사용되는 폐석고는 특이한 유해성분이 다량 포함되지 않고 석고 함량이 높은 것으로 한정한다.In order to achieve the technical problem as described above, the clay sediment and soft ground in the coastal area where the construction work is made, and the waste gypsum used in the treatment is limited to a high gypsum content without containing a large amount of unusual harmful components.
사용하는 시멘트는 일반적인 포틀랜트 시멘트 혹은 슬래그(고로)시멘트로 구성된다.The cement used consists of typical portland cement or slag (blast furnace) cement.
여러 실험의 결과로서는 슬래그 시멘트가 고화 효과가 포틀랜트 시멘트보다는 다소 나은 것으로 나타났다. 포틀랜트 시멘트를 사용할 경우에는 혼합비율을 약간 증가시키는 방법으로 적당히 조정할 수 있다. The results of several experiments showed that slag cement had a somewhat better solidification effect than Portland cement. In case of using Portland cement, it can be adjusted by increasing the mixing ratio slightly.
폐석고 및 시멘트 이외에, 경우에 따라서 규조토, 제올라이트, 고령토 등의 기타 광물재료를 소량 첨가하여 사용할 수도 있다. 이들 광물재료는 장기적으로 포졸란반응을 증가시키는데 효과를 나타낼 수 있다. In addition to the waste gypsum and cement, a small amount of other mineral materials such as diatomaceous earth, zeolite and kaolin may be optionally added. These mineral materials can be effective in increasing the pozzolanic reaction in the long term.
본 발명은 화학공장에서 배출되는 폐석고를 주로 이용하여, 해안지역의 건설공사에 함수비가 높은 점토를 단시간에 고화시키고, 또한 연약지반을 안정화시키는 방법에 활용하고자 한 것이다.The present invention is mainly to use the waste gypsum discharged from the chemical plant, to solidify the high water content in a short time in the coastal construction work, and to utilize in the method of stabilizing the soft ground.
폐석고는 많은 공장에서 막대한 분량이 야적되어 있으므로 이들의 처리는 그만큼 다량으로 처리될 수 있는 방법이 절실히 필요한 상황이다. 주요 공장에서 배출된 폐석고의 성분을 조사한 결과, X-선회절분석(XRD)에 의한 광물성분으로는 석고(CaSO4·Ｏ2H2O)가 약 80∼95%이고, 그 외에 생석회, 방해석, 소석회 등이 소량 포함된다. 일반적인 폐석고의 화학성분은 다음의 표와 같다.Since waste gypsum is heavily loaded in many factories, there is an urgent need for a method that can be processed in large quantities. As a result of investigating the composition of waste gypsum discharged from major factories, the mineral composition by X-ray diffraction analysis (XRD) is about 80-95% of gypsum (CaSO 4 · O2H 2 O). And small amounts. The chemical composition of general waste gypsum is shown in the following table.
이 분석표에서 보듯이 CaO가 약 39%, SO3가 약 52%으로 가장 많은 함량을 나타내는 것으로 보아서도 폐석고에서는 석고가 대부분을 구성하고 있음을 알 수 있다.As shown in this analysis table, CaO is about 39% and SO 3 is about 52%, which shows that gypsum makes up most of the waste gypsum.
그리고 이 폐석고 시료에 대해 유해 중금속을 분석한 결과는 다음과 같다.The results of analyzing the harmful heavy metals on the waste gypsum samples are as follows.
이상과 같은 중금속성분의 분석결과를 보면, 일반적인 암석이나 토양 등의 중금속 함량에 비하여 결코 높은 함량을 나타내지 않고 오히려 비교적 낮은 함량을 나타낸다. As a result of the analysis of the heavy metal components as described above, it shows a relatively low content rather than a high content compared to the heavy metal content such as rock or soil in general.
그리고 이 시료의 중금속에 대해 환경처 공시의 수질오염 및 폐기물에 대한 공정시험법에 따라 용출실험을 행하여 중금속을 분석한 결과는 아래와 같다.The heavy metals of this sample were analyzed by dissolution test according to the process test method for water pollution and waste in the Ministry of Environment's public disclosure.
이 용출실험 결과와 같이 모든 중금속의 용출량은 매우 적으며, 모두 환경기준의 범위내에 있다. As shown in the dissolution test results, the leaching amount of all heavy metals is very small, and all are within the range of environmental standards.
따라서 이 폐석고를 현장에서 처리하여도 환경에는 문제가 없는 것으로 나타났다. 또한 약간의 유해 중금속이 포함되더라도, 이 폐석고는 점토광물이 다량 함유된 연약점토와 혼합되어 반응하는 것이기 때문에 일부분의 유해성분들은 점토광물에 흡착되기 때문에 일부 유해성분이 제거될 수 있다. 폐석고는 pH가 약 3∼4정도로 낮지만, 해안 점토와 시멘트의 pH가 높기 때문에 혼합하여 장기간 반응 후에는 중성에 가깝게 된다.Therefore, even if the waste gypsum is treated on-site, there is no problem in the environment. In addition, even though some harmful heavy metals are contained, some of the harmful components can be removed because some of the harmful components are adsorbed to the clay mineral because the waste gypsum reacts with a mixture of soft clay containing a large amount of clay mineral. The waste gypsum has a low pH of about 3 to 4, but since the pH of coastal clay and cement is high, it is almost neutral after long-term reaction.
해안 점토퇴적물 및 연약지반은 주로 점토질이며, 이들의 성분은 석영 및 장석과 함께 일라이트, 카오린광물, 녹니석, 스멕타이트 등의 점토광물로 주로 구성되어 있다. 그 외에는 운모, 각섬석, 방해석 등이 소량 포함된다. 이러한 점토질 물질이 함수비가 높고, 유동성을 가지며, 쉽게 다져지지 않는 것은 그 속에 다량 함유되어 있는 점토광물의 성질에 기인된다. Coastal clay sediments and soft grounds are mainly clay materials, and their components are mainly composed of clay minerals such as elite, kaolin minerals, chlorite and smectite, together with quartz and feldspar. Other small quantities include mica, hornblende and calcite. These clay materials have high water content, fluidity, and are not easily compacted due to the nature of the clay minerals contained in them.
따라서 본 발명도 이러한 점토광물의 성질에 대한 여러 가지 연구와 실험을 통하여 도출되었다. 실제 해안 점토퇴적물 및 연약점토를 채취하여 이에 대한 특성분석과 함께 여러 가지 혼합재료를 첨가하여 고화실험을 실시하여 그 결과로부터 본 발명을 도출하였다. Therefore, the present invention was also derived through various studies and experiments on the properties of such clay minerals. The actual coastal clay sediment and soft clay were collected and characterized in addition to this, and various mixed materials were added to conduct solidification experiments to derive the present invention from the results.
이러한 연구결과를 종합 검토한 결과, 실험한 여러 혼합재료 중에서 시멘트(슬래그시멘트)와 석고의 혼합물이 연약점토를 고화시키는데 효과가 가장 좋은 것으로 나타났다. 그리고 첨가재료 중에서는 시멘트와 석고의 비율이 7:3인 경우가 가장 좋은 결과를 나타내었다. 그러나 석고의 함량이 첨가재의 60%에서도 거의 비슷한 강도를 나타내었기 때문에 상당량의 석고가 혼합되어도 고화강도에는 크게 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 따라서 본 발명에서 제시되는 방법은 함수비가 높은 연약점토에 대해 약 30∼40%의 첨가재료를 혼합하는 것인데, 혼합재료로는 주로 시멘트와 석고를 이용하며, 경우에 따라 다른 광물재료도 첨가할 수 있다. As a result of comprehensive review, the mixture of cement (slag cement) and gypsum showed the best effect on solidifying soft clay. Among the additives, the ratio of cement and gypsum was 7: 3, showing the best results. However, since the gypsum content showed almost the same strength at 60% of the additives, it was found that even when a considerable amount of gypsum was mixed, the solidification strength was not significantly affected. Therefore, the method proposed in the present invention is to mix about 30 to 40% of the additive material with respect to the soft clay of high water content, mainly using cement and gypsum, and other mineral materials may be added in some cases. have.
전체 첨가제에 대한 시멘트의 비율은 약 40∼70%이고, 또한 석고의 비율은 30∼60%으로 혼합한다. 이들 배합비는 현장조건과 목적에 따라 달리할 수 있다.The proportion of cement to total additives is about 40-70%, and the proportion of gypsum is mixed at 30-60%. These blending ratios may vary depending on site conditions and purpose.
예를 들어 연약점토 부피당 혼합재료를 300 kg/m3의 비율(30%)로 혼합하는데, 혼합재료 중에서 시멘트를 70%, 석고를 30%로 사용하였을 때, 14일 경과 후에는 일축압축강도가 9.8 Kg/cm2이고, 42일 후에는 약 13.0 Kg/cm2으로 증가되는 것을 확인하였다.For example, for mixing the soft clay volume mixed material at 300 ratio (30%) in kg / m 3, when used to cement the mixed material of 70% gypsum 30%, and after 14 days, the unconfined compressive strength 9.8 Kg / cm 2 , after 42 days was confirmed to increase to about 13.0 Kg / cm 2 .
이와 같이 혼합재료를 연약점토와 잘 혼합되면 시간이 경과할수록 점차 강도의 증가가 일어나게 된다. 공사의 여건과 목적에 따라 시공방법도 달라질 수 있지만, 연약점토와 혼합재가 고루 잘 혼합되게 할수록 그리고 시간이 오래 경과할수록 지반의 강도가 증가된다. 혼합은 각종 혼합기계를 이용하면 된다. As such, when the mixed material is well mixed with the soft clay, the strength gradually increases as time passes. The construction method may vary depending on the purpose and purpose of the construction, but the strength of the ground increases as the soft clay and mixture are mixed well and over time. Mixing may use various mixing machines.
본 발명에서 고화시키는 혼합재료로는 시멘트와 석고가 주재료이지만, 다른 혼합재도 약 10% 이하의 비율로 혼합하여 사용하여도 비슷한 고화 효과가 나타난다.Cement and gypsum are the main materials of the mixed material to be solidified in the present invention, but similar solidification effects are obtained even when other mixed materials are mixed at a ratio of about 10% or less.
특히, 규조토, 제올라이트, 고령토 등의 광물재료를 첨가 사용하는 것도 좋다. 이들 광물은 반응시간이 다소 길기 때문에 장기간의 강도 증가에 효과가 있을 것으로 보인다. In particular, it is also possible to add and use mineral materials such as diatomaceous earth, zeolite and kaolin. These minerals seem to be effective in increasing the strength over a long period of time because the reaction time is rather long.
국내의 폐기물관리법 제46조 제3항(제목개정 2000. 7. 22.)에 의한 폐기물의 재활용 용도 및 방법에 따르면, 일반토사류를 70%이상으로 하여 나머지에 대해 폐석고를 혼합할 경우 재활용이 가능한 것으로 기준에 나와 있다. According to the purpose and method of recycling waste according to Article 46, paragraph 3 (Title Amendment, July 22, 2000) of the Korea Waste Management Act, it is possible to recycle waste when gypsum is mixed with 70% of general soils. It is listed in the standard.
따라서 본 발명의 처리방법도 혼합재료의 비율을 30%로 할 경우에는 이 기준에 포함되므로 적절한 발명으로 보인다. Therefore, the treatment method of the present invention also appears to be an appropriate invention when included in this standard when the proportion of the mixed material is 30%.
폐석고는 가급적 건조한 것이 더 많은 수분을 흡수하여 빠른 반응을 일으키기 때문에 좋다. 공사 현장에서 폐석고와 시멘트를 각각 배합하여 사용하는 것이 좋으며, 폐석고와 시멘트를 미리 혼합할 경우에는 충분히 건조된 것을 사용하여 고상간의 반응을 없도록 한다.Waste gypsum is good because as much dry as possible, it absorbs more water and causes a faster reaction. It is better to mix and use waste gypsum and cement at the construction site. When mixing waste gypsum and cement in advance, use dry enough to prevent reaction between solid phases.
전술한 바와 같이 폐석고의 중금속에 대한 환경법에 의한 용출실험의 결과에도 문제가 없으며, 함께 혼합할 시멘트는 많은 구조물의 건설에 가장 많이 사용하는 재료이며, 그리고 혼합대상인 연약점토는 천연물 자체이기 때문에 이들을 혼합하여 지반을 안정화시켜도 환경적으로 별문제가 없다. As mentioned above, there are no problems in the results of the dissolution test by the environmental method for the heavy metals of the waste gypsum. Therefore, even if the ground is stabilized, there is no environmental problem.
주 처리공정은 해안 점토퇴적물이나 연약지반이 있는 현장에서 폐석고와 시멘트를 직접 각종 혼합장비로 혼합한 후 일정기간 방치하여 양생시키는 것이다. 경우에 따라서는 연약점토를 운반하여 일정장소에서 혼합하여 안정시킨 후에 다시 현장에 채우든지 로반재 및 뒷채움재 등의 다른 용도로 활용하는 방법이 있다. 이와 같이 석고, 시멘트, 연약점토가 혼합되어 일정기간 양생되면, 구성광물간의 화학적 반응에 의하여 여러 광물의 생성과 변화가 일어나게 되므로 본래 처리 전의 점토와는 전혀 다른 특성을 가지게 되어 안정화된다.The main treatment process is to mix waste gypsum and cement directly with various mixing equipment and to cure it for a certain period of time at the site of coastal clay sediment or soft ground. In some cases, there is a method of transporting the soft clay, mixing it in a certain place, stabilizing it, and then refilling it on the site or using it for other uses such as lovan ash and backfill material. As such, when gypsum, cement, and soft clay are mixed and cured for a certain period of time, various minerals are generated and changed by chemical reactions between constituent minerals.
<실시예><Example>
실제 부산 녹산지역의 점토질 퇴적물에 대해 부피당 혼합재료를 300 kg/m3의 비율(30%)로 혼합하여 고화시키는 시험을 수행하였다. 즉 함수비가 150% 정도되는 점성토를 70%로 하고, 이에 혼합할 혼합재료(석고와 시멘트)를 30%으로 하여 혼합하였다. 혼합재료로는 시멘트와 석고를 주로 사용하였으며, 시멘트 70%, 석고 30%의 혼합비로 시험하였다. 혼합재료를 점토와 잘 혼합시킨 후 안정하게 방치하여, 14일 경과 후에 일축압축강도를 측정한 결과, 강도가 9.8 Kg/cm2를 나타냈으며, 42일 후에는 약 13.0 Kg/cm2으로 증가되었다. 혼합 후 방치할 때는 지하의 조건을 감안하여 본래의 수분을 그대로 유지하도록 밀폐상태에서 시험하였다.Actual Busan by mixing volume for mixing materials of clayey sediments Noksan area ratio of 300 (30%) in kg / m 3 and a solidifying test was carried out. That is, 70% of viscous soil having a water content of about 150% was mixed, and 30% of mixed materials (gypsum and cement) to be mixed therewith. Cement and gypsum were mainly used as mixed materials, and were tested at a mixing ratio of 70% cement and 30% gypsum. The mixed material was mixed well with clay and then left to be stable. After 14 days, the uniaxial compressive strength was measured, and the strength was 9.8 Kg / cm 2 , and after 42 days, it was increased to about 13.0 Kg / cm 2 . . When left after mixing, the test was conducted in a closed state to maintain the original moisture in consideration of the underground conditions.
고화시킨 고화체에 대한 여러 물리화학적 실험을 행하였다. 그 결과, 수화반응에 의해 수분이 감소되고, pH도 약 8∼9 정도로 안정되는 것으로 나타났으며, 혼합재료에 포함되었던 석고는 화학반응에 의해 다른 안정된 수화광물로 변하여 거의 나타나지 않았다. Several physicochemical experiments were performed on solidified solids. As a result, the water was reduced by the hydration reaction, and the pH was also stabilized at about 8-9, and the gypsum contained in the mixed material was changed to other stable hydrated minerals by the chemical reaction and hardly appeared.
이러한 결과는 본 발명과 같은 혼합재료의 혼합에 의해 물리화학적인 많은 변화가 일어나 고화작용이 진행되는 것을 암시한다. 경과시간에 따라 계속적으로 강도의 증가가 일어나며, 여러 물리화학적 변화로 볼 때 장기적으로 많은 강도의 증가가 예상된다. 따라서 본 발명은 학술적으로나 실험적으로 효과가 검정된 것으로 볼 수 있다. This result suggests that a lot of physicochemical changes occur due to the mixing of the mixed materials, such as the present invention, and the solidification proceeds. The strength increases continuously with elapsed time, and many physical and chemical changes are expected to increase the strength in the long term. Therefore, the present invention can be seen that the effect has been verified academically and experimentally.
상기 실시예에서 나타나는 바와 같이 본 발명의 폐석고와 시멘트를 이용하여 해안 점토퇴적물 및 연약지반 점토와 혼합할 경우, 고화반응이 일어나 지반이 안정화되는 효과가 큰 것으로 나타났으므로, 연안지역과 연약지반의 토목공사에 활용하여 효율적인 공사를 수행할 수 있으며, 또한 산업폐기물인 폐석고를 재활용할 수 있는 방법이 제시된 것으로 경제적, 산업적, 환경적으로 큰 효과를 가져 올 수 있다. As shown in the above embodiment, when the waste gypsum and cement of the present invention are mixed with the coastal clay sediment and the soft ground clay, the solidification reaction occurs and the ground is stabilized. It is possible to carry out efficient construction by utilizing it for civil engineering work, and also to suggest the method to recycle the waste gypsum, which is industrial waste, and it can bring great economic, industrial and environmental effects.
본 발명은 상기한 바와 같이, 폐석고와 시멘트를 이용하여 해안 점토퇴적물 및 연약지반 점토와 혼합할 경우, 고화반응이 일어나 지반이 안정화되는 효과가 큰 것으로 나타났으므로, 연안지역과 연약지반의 토목공사에 활용하여 효율적인 공사를 수행하고 지반붕괴를 예방할 수 있다. As described above, when the waste gypsum and cement are mixed with the coastal clay sediment and the soft ground clay, the solidification reaction appears to have a large effect of stabilizing the ground, and thus civil engineering work in the coastal area and the soft ground. It can be used for efficient construction and prevent ground collapse.
또한 산업폐기물인 폐석고를 효율적으로 재활용할 수 있는 방법이 제시된 것으로 경제적, 산업적, 환경적으로 큰 효과를 가져 올 수 있는 매우 유용한 발명이다.In addition, a method for efficiently recycling the waste gypsum, which is industrial waste, has been proposed, and is a very useful invention that can bring great economic, industrial, and environmental effects.
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2003
- 2003-09-01 KR KR1020030060857A patent/KR20050024754A/en not_active Application Discontinuation
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