KR20100104935A - 폐기물 매립장의 혼합차수층 - Google Patents

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김귀용
권태옥
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Abstract

본 발명은 일반토사, 벤토나이트, 고화제 및 단섬유를 포함하는 차수층에 관한 것으로, 더욱 상세히 설명하면 일반토사로 구성된 차수층에 적정 혼합율의 벤토나이트를 혼합함으로써 차수성을 향상시키고, 적정 혼합율의 고화제와 단섬유를 혼합함으로써 강도를 보강하고, 고화제와 단섬유의 과다 혼합으로 인한 강도감소 및 비경제성을 방지할 수 있는 폐기물 매립장의 하부차수층, 최종 복토층, 액상저류시설 등과 유사한 기능을 하는 시설물들의 차수층에 관한 것이다.
폐기물 매립장, 하부차수층, 최종복토층, 액상저류시설, 혼합점토차수층

Description

폐기물 매립장의 혼합차수층{Admixed clay liner for waste landfill}
본 발명은 일반토사, 벤토나이트, 고화제 및 단섬유를 포함하는 차수층에 관한 것으로, 더욱 상세히 설명하면 일반토사로 구성된 차수층에 적정 혼합율의 벤토나이트를 혼합함으로써 차수성을 향상시키고, 적정 혼합율의 고화제와 단섬유를 혼합함으로써 강도를 보강하고, 고화제와 단섬유의 과다혼합으로 인한 부착력 감소에 의한 강도감소 및 비경제성을 방지할 수 있는 폐기물 매립장의 하부차수층, 최종 복토층, 액상저류시설 등과 유사한 기능을 하는 시설물들의 차수층에 관한 것이다.
최근 들어 환경보호에 대한 관심이 날로 높아지고 있으며, 특히 폐기물 매립장 건설 시 침출수 누수 및 액상저류시설에서 발생되는 유류 누수에 의해 발생되는 환경오염에 따른 지하수나 상수원에 대한 보호가 절실히 요구되고 있는 실정이다.
그런데 통상적으로 폐기물 매립장 및 액상저류시설 등 유사한 기능을 하는 시설물들는 지반 또는 암반 상부에 하부 차수층, 차수시트 층, 배수 층, 필터 층 등 복수의 적층형 구조로 시공된다.
일반적으로 상기 하부 차수층(이하 "차수층"이라함.)은 점토로만 구성되는 차수층이 사용되고 있는 바, 순수 점토만으로 구성되는 차수층의 경우는 강도가 약하여 기초지반이 연약한 경우 등에는 문제가 있고 국내에서의 점토의 고갈로 인한 구입이 용이하지 아니하다.
이에 대한 보강으로 벤토나이트가 일반토사에 혼합되는 차수층이 제시되는 바, 벤토나이트가 혼합됨으로써 팽윤현상으로 인해 지반의 투수성을 감소시켜 지반으로 오염물질이 확산, 유출되는 것은 방지할 수 있으나, 보통 일반토사는 인장력에 대하여 취약하고, 강도가 약하여 기초지반이 연약한 경우에는 차수층으로서 기능상의 문제가 여전히 상존하고 있는 것이다.
또한, 차수층의 강도를 보강하기 위한 것으로 고화제가 일반토사에 혼합되는 차수층이 제시되는 바, 이 경우는 일반적으로 시멘트, 석회 등이 주성분인 고화제에 있어 강도보강을 위해 과다사용 하는 경우에는 수화열 등에 의해 균열이 발생하여 차수성능이 오히려 감소하는 문제가 있다.
이에 본 발명은 상기 종래 기술에 의한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 일반토사로 구성된 차수층에 차수성 및 강도보강을 위해 벤토나이트 및 고화제를 혼합하되 적정 혼합비를 제시하여 차수성이 우수한 차수층을 제시하고, 단섬유를 혼합함으로써 인장강도를 보강하고 균열을 방지할 수 있는 차수층을 제공하고 자 함이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 폐기물 매립장의 혼합차수층은 일반토사, 벤토나이트, 고화제 및 단섬유를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 단섬유의 형상은 물결형상으로 구성되어 혼합토의 인장강도를 증진시킴이 타당하다.
또한, 본 발명의 혼합차수층에는 벤토나이트는 8중량% ~ 12중량%, 고화제는 5 ~ 6중량%가 포함됨에 의해 차수성을 향상시킴이 타당하다.
더욱 바람직하게는 상기 벤토나이트는 8중량%, 고화제는 5중량%가 포함됨을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 혼합차수층에는 단섬유가 1.5중량%이하(0중량%제외)가 포함되어 강도가 보강됨이 타당하다.
더욱 바람직하게는 상기 단섬유는 1.5중량%가 포함됨을 특징으로 한다.
특히 본 발명의 혼합차수층에는 최적의 혼합율로 벤토나이트는 8중량%, 고화제는 5중량%, 단섬유는 1.5중량%이 포함됨이 타당하다.
이하, 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다.
본 발명의 폐기물 매립장의 혼합차수층(100)은 도 1의 혼합차수층의 일 예로 지반(10) 상부에 설치되고, 상기 차수층(100)의 상부에는 지오멤브레인(20)이 설치 되며, 상기 지오멤브레인(20)의 상부에는 침출수배수층(30)이 구성되고, 상기 침출수배수층(30)의 상부에 폐기물(40)이 안치되는 폐기물 매립장에 설치되는 구성이다. 도 1의 폐기물 매립장은 그 일 예를 나타내는 것으로 본 발명의 차수층(100)의 상, 하부에는 타 구성이 적층될 수 있음은 당연하다.
본 발명의 혼합차수층(100)은 도 1에서 일반토사(110)에 차수층(100)의 상부로부터의 투수성을 감소시키기 위한 벤토나이트(120)와, 일반토사(110)를 고형화 하여 강성을 보강하기 위한 고화제(130)와, 강도보강을 위한 고화제(130)의 과다사용에 따른 균열의 문제점을 제거하기 위해 고화제(130)와 별도로 일반토사(110)의 인장(압축)강도를 보강하여 연약지반 등에 설치가 가능하고, 균열을 억제하기 위한 단10번섬유(140)가 혼합됨을 특징으로 한다.
상기 일반토사(110)는 종래의 자연풍화토 및 자연점토 등이 사용될 수 있는 것이며, 상기 일반토사(110)만에 의해 차수층을 구성하는 경우 차수성 등은 양호하나 강도가 약하기 때문에 연약지반 등에서 적용이 곤란한 문제가 있어 고화제(130)가 사용되는 것이며, 오염물질의 누출 및 확산에 대한 방지대책에서 투수성과 흡착성에 대한 보강으로 벤토나이트(120)가 사용되는 것이다.
상기 고화제(130)는 공지의 재료로써 일 예로 슬래그 시멘트, 팽창제 석고, 무수석고 및 고로 수쇄슬래그 등을 배합하여 얻어지는 혼합물이다.
또한, 상기 단섬유(140)는 공지의 재료로써 그 재질을 합성수지(플라스틱)류나 섬유제 등으로 하여 토양과의 부착력을 확보하도록 함이 바람직하다. 또한 상기 단섬유(140)는 그 기계적 강도의 우수함에 의해, 일반토사(110)의 인장강도를 보강 하고 균열발생을 억제할 수 있게 되는 것이다.
특히 본 발명에서 단섬유(140)는 도 1에서 보는 바와 같이 물결형상으로 구성됨에 의해 일반토사(110)와의 부착강도가 증진되어 일반토사(110)와 일체거동이 향상되며 이러한 일체거동은 강도 증진에 도움이 되며, 또한 균열발생을 억제할 수 있게 한다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명은 벤토나이트와 고화제의 적정 혼입율을 제시하여 차수성을 우수하게 하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 일반토사로 구성되는 차수층에 단섬유를 첨가하여 강도를 보강하되, 그 적정혼합율을 제시하여 단섬유의 과다 혼합으로 일반토사와의 부착력 감소로 인한 강도감소 효과를 방지할 수 있으며, 이로 인한 경제적인 장점 또한 있다.
이하에서는 본 발명에서 벤토나이트(120), 고화제(130), 및 단섬유(140)의 적정혼입량(함량)을 도출하기 위한 실험 예를 제시한다.
벤토나이트(120), 고화제(130)에 대한 실험 예
본 실험에서는 차수층의 투수계수 측면에서 벤토나이트(120)와 고화제(130)의 적정혼입량를 도출하고자 하는 것이며, 법규에 의한 차수층의 투수계수는 10■■cm/sec이하로 규정하고 있다.
아래 표 1 은 실험에 사용된 일반토사의 물성치를 나타낸 것이며, 표 2 및 도 2 는 벤토나이트를 2 ~ 12 중량%로 고화제를 0 ~ 6중량%로 각각 혼합하면서 공시체(시료)의 투수계수를 측정한 결과 치를 나타낸다.
통일분류법
( USCS )		 최대건조단위중량
( rdmax , g/㎤ )		 최적함수비
( ωopt )		 비중
( Gs )
SP 1.83 13.80% 2.68
벤토나이트
고화제		 2% 4% 6% 8% 10% 12%
0% 9.26E-06 6.88E-06 5.60E-06 4.06E-06 2.16E-06 1.57E-06
2% 8.04E-06 5.25E-06 3.73E-06 2.32E-06 1.42E-06 6.98E-07
4% 4.90E-06 2.78E-06 1.57E-06 5.56E-07 2.35E-07 1.24E-07
5% 4.40E-06 2.45E-06 9.40E-07 9.64E-08 5.50E-08 4.12E-08
6% 4.14E-06 2.42E-06 7.12E-07 8.26E-08 5.50E-08 4.12E-08
상기 실험결과에서 보듯이 벤토나이트 및 고화제의 혼입량을 늘려감에 따라 투수계수가 낮아짐을 알 수 있다. 즉 벤토나이트 및 고화제의 혼입량의 증가가 차수층의 차수성능을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
그런데 경제적인 측면과 균열문제 등에서 볼 때 벤토나이트 및 고화제의 양을 무한정 늘릴 수는 없는 것이므로 그 상한선이 있어야 할 것인 바, 상기 표 2를 보면 고화제가 5 ~ 6중량%이고, 벤토나이트가 8 ~ 12중량 %의 경우 투수계수는 10■■cm/sec이하의 기준을 만족하고 있음을 알 수 있다. 단, 표 2에서 벤토나이트 8중량% 및 고화제 5중량%의 공시체(시료)의 경우 투수계수가 9.635 x 10-8cm/sec이고 표 2에서 벤토나이트 8중량% 및 고화제 6중량%의 공시체(시료)의 경우 그 투수계수가 8.256 x 10-8cm/sec로 각각의 경우 평균오차범위 내의 결과로 인정할 수 있는 것으로 보아 결국 투수계수를 고려한 적정 혼합비는 고화제가 5 ~ 6중량%이고, 벤토나이트가 8 ~ 12중량 %임을 알 수 있다. 여기서 벤토나이트의 경우 12중량%를 초과하는 경우 및 고화제가 6중량%를 초과하는 경우에는 경제적인 측면 및 균열 발생면에서 잇점이 없는 것으로 추정할 수 있어 결국 투수계수를 고려한 적정 혼입율은 고화제가 5 ~ 6중량% 및 벤토나이트가 8 ~ 12중량 % 인 것을 알 수 있다. 특히 도 2에서 보는 바와 같이 투수계수를 고려한 최적의 혼입율은 경제적인 측면 및 균열 등의 면에서 벤토나이트 8중량% 및 고화제 5중량%인 것을 알 수 있다.
벤토나이트(120), 고화제(130), 단섬유(140)에 대한 실험 예 1
본 실험은 상기 실험에서 투수계수를 고려한 벤토나이트의 최적 혼합비인 8중량%로 혼합하고, 단섬유를 0중량% 및 1.5중량%로 하여 고화제의 혼입량을 증가하는 경우의 압축강도 및 인장강도를 측정하는 실험이다.
표 3은 각각 벤토나이트 8중량%, 단섬유 0중량% 및 벤토나이트 8중량%, 단섬유 1.5중량%에 고화제를 0 ~ 7중량%로 혼입한 공시체(시료)에 대한 인장강도를 측정한 결과이며, 도 3은 이를 그래프로 도시한 결과이다.
단섬유 (%) 0 0 0 0 0 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
고화제 (%) 0 1 3 5 7 0 1 3 5 7
인장강도
(ton/m2)		 4.12 4.28 4.67 5.67 5.97 4.39 4.81 5.48 7.09 7.56
상기 결과에서 보듯이 각각의 공시체에서 고화제의 혼입량이 늘어감에 따라 인장강도가 증가하는 것을 알 수 있다. 즉 인장강도 측면에서는 고화제의 혼입량이 많아질수록 유리해지는 것을 알 수 있다. 단, 경제성 및 균열측면에서 고화제의 양을 한정할 필요가 있는 바, 상기에서 언급한 투수계수 측면을 고려하여 최적의 고화제의 양은 5중량%로 하는 것이 타당할 것이다.
또한, 표 4는 각각 벤토나이트 8중량%, 단섬유 0중량% 및 벤토나이트 8중량%, 단섬유 1.5중량%에 고화제를 0 ~ 7중량%로 혼입한 공시체(시료)에 대한 압축강도를 측정한 결과이며, 도 4는 이를 그래프로 도시한 결과이다.
단섬유 (%) 0 0 0 0 0 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5
고화제 (%) 0 1 3 5 7 0 1 3 5 7
압축강도
(ton/m2)		 21.0 24.1 32.8 34.4 41.7 36.5 38.5 40.7 48.0 50.2
상기 결과에서 보듯이 각각의 공시체에서 고화제의 혼입량이 늘어감에 따라 압축강도도 증가하는 것을 알 수 있다. 즉 압축강도 측면에서는 고화제의 혼입량이 많아질수록 유리해지는 것을 알 수 있다. 단, 경제성 및 균열을 고려하여 고화제의 양을 한정할 필요가 있는 바, 상기에서 언급한 투수계수 측면을 고려하여 최적의 고화제의 양은 5중량%로 하는 것이 타당할 것이다.
벤토나이트(120), 고화제(130), 단섬유(140)에 대한 실험 예 2
본 실험은 상기 실험에서 투수계수를 고려한 벤토나이트의 최적 혼합비인 8중량%로 혼합하고, 고화제를 0중량%, 5중량%, 및 8중량%로 각각 혼입하고 특히 단섬유를 0중량%, 1.5중량%, 3중량%, 5중량%로 하여 단섬유의 혼입량의 증가가 압축강도 및 인장강도에 미치는 영향을 측정하는 실험이다.
하기의 표 5는 벤토나이트의 최적 혼합비인 8중량%로 혼합하고, 고화제를 0중량%, 5중량%, 및 8중량%로 각각 혼입하고 특히 단섬유를 0중량%, 1.5중량%, 3중량%, 5중량%로 하여 단섬유의 혼입량의 증가에 따른 인장강도를 나타내고 있으며, 도 5는 이를 그래프로 도시한 결과이다.
단섬유 (%) 0 0 0 1.5 1.5 1.5 3 3 3 5 5 5
고화제 (%) 0 5 8 0 5 8 0 5 8 0 5 8
인장강도
(ton/m2)		 4.43 4.62 6.27 4.73 5.46 7.79 2.64 2.96 3.18 1.58 1.86 2.17
상기 실험결과에서 보듯이 단섬유의 혼입량이 0 ~ 1.5중량%까지는 공시체(시료)의 인장강도가 증가하나, 단섬유의 혼입량이 그 이상 즉 3중량% 및 5중량%에서는 오히려 단섬유가 혼입되지 않은 0중량%보다도 인장강도가 낮게 나오는 것을 알 수 있다. 즉 단섬유의 혼입량이 어느 한계치까지는 인장강도가 증가하나 그 한계치가 초과하는 경우에는 인장강도가 오히려 단섬유가 혼입되지 않은 경우보다 감소하는 것을 알 수 있다. 이는 단섬유의 혼입량이 과다한 경우 단섬유와 일반토사와의 부착력이 오히려 감소하여 미끄러짐 현상으로 인해 단섬유의 강도증진 효과가 발생하지 않는 것으로 보이며 이러한 부착력의 감소가 오히려 미세균열 등을 발생시켜 단섬유가 첨가되지 않은 경우보다도 인장강도가 감소하는 것으로 추정된다.
하기의 표 6은 벤토나이트의 최적 혼합비인 8중량%로 혼합하고, 고화제를 0중량%, 5중량%, 및 8중량%로 각각 혼입하고 특히 단섬유를 0중량%, 1.5중량%, 3중량%, 5중량%로 하여 단섬유의 혼입량의 증가에 따른 압축강도를 나타내고 있으며, 도 6은 이를 그래프로 도시한 결과이다.
단섬유 (%) 0 0 0 1.5 1.5 1.5 3 3 3 5 5 5
고화제 (%) 0 5 8 0 5 8 0 5 8 0 5 8
압축강도
(ton/m2)		 22.0 33.2 43.5 37.5 40.9 51.9 15.3 20.8 22.8 13.0 14.3 15.3
상기 실험결과에서 보듯이 단섬유의 혼입량이 0 ~ 1.5중량%까지는 공시체(시료)의 압축강도가 증가하나, 단섬유의 혼입량이 그 이상 즉 3중량% 및 5중량%에서는 오히려 단섬유가 혼입되지 않은 0중량%보다도 압축강도가 낮게 나오는 것을 알 수 있다. 즉 단섬유의 혼입량이 어느 한계치까지는 압축강도가 증가하나 그 한계치가 초과하는 경우에는 압축강도가 오히려 단섬유가 혼입되지 않은 경우보다 감소하는 것을 알 수 있다. 이 경우도 단섬유의 혼입량이 과다한 경우 단섬유와 일반토사와의 부착력이 오히려 감소하여 미끄러짐 현상의 의해 단섬유의 강도증진 효과가 발생하지 않는 것으로 보이며 이러한 부착력의 감소가 오히려 미세균열 등을 발생시켜 단섬유가 첨가되지 않은 경우보다도 압축강도가 감소하는 것으로 추정된다.
결과적으로 강도면에서 단섬유의 적정 혼입량은 0 ~ 1.5중량%(0중량% 제외)이고, 연약지반 등에서 차수층의 강도를 보강하면서 균열 등을 방지하기 위한 최적의 단섬유의 혼입량은 1.5중량%임을 알 수 있다.
결과적으로 일반토사로 구성되는 차수층을 형성하면서 벤토나이트는 8중량% ~ 12중량%, 고화제는 5 ~ 6중량%가 포함됨이 경제적으로 투수계수 조건을 만족시킬 수 있는 것이며, 이에 단섬유가 1.5중량%이하(0중량%제외)가 포함되는 것이 강도 면에서 유리하게 되는 것임을 알 수 있으며, 그 중에서도 최적의 혼입율은 벤토나이트는 8중량%, 고화제는 5중량%, 단섬유는 1.5중량%가 포함됨이 타당한 것을 알 수 있다.
이상 설명된 내용은 본 발명의 실시 예에 의하여 일례로 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 당업자라면 본 발명의 기술사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 명세서에 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
도 1은 본 발명의 혼합차수층을 나타내는 측단면도이고,
도 2는 벤토나이트와 고화제 함량에 따른 투수계수를 나타내는 그래프이고,
도 3은 고화제 함량에 따른 인장강도를 나타내는 그래프이고,
도 4는 고화제 함량에 따른 압축강도를 나타내는 그래프이고,
도 5은 단섬유 함량에 따른 인장강도를 나타내는 그래프이고,
도 6는 단섬유 함량에 따른 압축강도를 나타내는 그래프이고,
＊ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 혼합차수층 110 : 일반토사
120 : 벤토나이트 130 : 고화제
140 : 단섬유

Claims (7)

  1. 폐기물 매립장의 차수층에 있어서,
    일반토사, 벤토나이트, 고화제 및 단섬유를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 폐기물 매립장의 혼합차수층.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 단섬유의 형상은 물결형상으로 구성됨을 특징으로 하는 폐기물 매립장의 혼합차수층.
  3. 제 1항에 있어서,
    벤토나이트는 8중량% ~ 12중량%, 고화제는 5 ~ 6중량%가 포함됨을 특징으로 하는 폐기물 매립장의 혼합차수층.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 벤토나이트는 8중량%, 고화제는 5중량%가 포함됨을 특징으로 하는 폐기물 매립장의 혼합차수층.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 단섬유는 1.5중량%이하(0중량%제외)가 포함됨을 특징으로 하는 폐기물 매립장의 혼합차수층.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 단섬유는 1.5중량%가 포함됨을 특징으로 하는 폐기물 매립장의 혼합차수층.
  7. 제 3항 또는 제 5항에 있어서,
    벤토나이트는 8중량%, 고화제는 5중량%, 단섬유는 1.5중량%가 포함됨을 특징으로 하는 폐기물 매립장의 혼합차수층.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109663795A (zh) * 2019-01-17 2019-04-23 四川正升环保科技有限公司 填埋场封场结构层及封场方法
CN110924449A (zh) * 2019-11-28 2020-03-27 光大环境修复(江苏)有限公司 刚性填埋场内部防渗漏结构及其制作方法、刚性填埋场

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