KR20150033205A - 수송관로를 되메우는 방법 및 이에 사용되는 조성물 - Google Patents

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KR20150033205A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 수송관로를 되메우는 방법은 강모래 및 플라이 애쉬를 포함하는 제 1 되메움재로 수송관로의 직선부 주위를 되메우는 것을 포함한다.
예시적인 제 1 되메움재는 관로의 직선부의 최소 설치길이를 감소시켜 현장 시공시 관로의 매설 깊이의 증가를 억제할 수 있다. 따라서, 수송관로의 안정성을 확보하고, 공사비 및 유지비를 절약하여 경제적으로 수송관로를 시공 및 유지할 수 있다. 또한, 예시적인 제 2 되메움재는 관로의 곡선부의 마찰계수의 감소를 통해 신축흡수재의 수명을 연장하여 수송관로의 유지관리에 있어서 효율성을 향상시킬 수 있다.

Description

수송관로를 되메우는 방법 및 이에 사용되는 조성물{METHOD OF BACKFILLING A TRANSPORT PIPELINE AND COMPOSITION USED THEREIN}
본 발명은 수송관로를 되메우는 방법 및 이에 사용되는 조성물에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 수송관로를 효율적으로 시공 및 유지할 수 있는 수송관로를 되메우는 방법 및 이에 사용되는 조성물에 관한 것이다.
지역난방 수송관로를 통한 열 공급시, 공급온수의 온도 변화에 따라 지역난방 수송관은 팽창과 수축을 반복하게 된다. 이 때 발생되는 열 팽창력은 관로의 관경에 따라 수십에서 수백 톤에 이르게 된다(비특허문헌 1 참고). 이러한 열 팽창력에 의한 관로의 신축을 해소시키지 않으면 구조적으로 취약한 분기점이나 힘의 방향이 바뀌는 밴드 등에 팽창력이나 신축에 의한 변위가 집중되어 변형이나 파손이 일어날 수 있다. 열 팽창력에 의한 신축을 해소하는 방법에는 신축을 허용하는 방법과 신축을 억제하는 방법이 있다. 신축을 허용하는 방법은 신축이음관(Expansion joint)을 설치하여 관로의 팽창과 수축을 자유롭게 함으로써 열 팽창력에 의한 신축을 해소시키는 것이다. 신축을 허용하지 않는 방법은 되메움재와 관로 표면 사이의 마찰력을 이용하여 신축을 억제시키는 것이다(비특허문헌 2 참고). 최근 한국지역난방공사에서 열 팽창력에 의한 신축을 해소하는 방법으로 지중매설을 통해 신축을 허용하지 않는 방법을 채용하고 있다. 신축이 허용되지 않기 위해서는 관로 표면과 되메움재 사이의 마찰력과 관로의 열 팽창력이 서로 같거나 관로 표면과 되메움재 사이의 마찰력이 관로의 열 팽창력 보다 더 커야 한다. 상기 마찰력이 열 팽창력과 같아지는 일정거리를 최소 설치거리라 한다. 따라서, 관로는 최소 설치길이 이상 매설하여야 한다. 관로의 설치 길이가 최소 설치길이 이하일 경우는 신축이 허용되어 상술한 바와 같이 구조적으로 취약한 분기점이나 힘의 방향이 바뀌는 밴드 등에 팽창력이나 신축에 의한 변위가 집중되어 변형이나 파손이 일어난다(비특허문헌 3 참고).
한편 밴드의 곡관부 표면은 온수의 운동에너지로 인한 곡관부 표면과 되메움재 사이의 마찰로 인하여 변형 및 파손에 이르게 되기 때문에 신축흡수재(foam-pad)를 설치한다. 그러나 신축흡수재 역시 반복적인 온수의 운동에너지와 그에 따른 신축흡수재 표면과 되메움재 사이의 마찰로 인해 탄력을 잃고 본연의 기능을 상실하게 된다. 따라서, 곡관부 표면이 파손되거나 변형되기 전에 신축흡수재를 교체해주어야 하므로, 수송관로의 효율적인 유지관리를 위하여 신축흡수재의 수명을 향상시키기 위한 연구가 필요하다.
Lee, H., Kim, Y. H. (1999), "District Heating Networks Maintenance", The Society of Air-Conditioning and Refrigerating Engineers of Korea, Vol.1999, pp. 55-77. Kim, J. H. (2004), "The Relief Method of Thermal Stress induced by Temperature Change of District Heating Water in underground Pre-insulated Pipe" The Society of Air-Conditioning and Refrigerating Engineers of Korea, Vol.2004, pp.224. Kim, J. Y., Kim, H. B., Ko, H. I., An, Y. M., Cho, C. D. (2009), "Design Validation and Improvement of District Heating Pipe Using FE Simulation", The Korean Society of Mechanical Engineers, Vol.33, No.4, pp.337-345.
본 발명의 목적은 수송관로를 효율적으로 시공 및 유지할 수 있는 수송관로를 되메우는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 수송관로를 되메우는 방법에 이용할 수 있는 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 수송관로를 되메우는 방법은 강모래 및 플라이 애쉬를 포함하는 제 1 되메움재로 수송관로의 직선부 주위를 되메우는 것을 포함한다.
상기 제 1 되메움재는 강모래 및 플라이 애쉬 100 중량부 대비 0.001 내지 15 중량부로 플라이 애쉬를 포함할 수 있다.
상기 플라이 애쉬로는, 예를 들면, 종이 슬러지를 소각하여 전기집진기로 포집한 것을 사용할 수 있다. 또한, 상기 플라이 애쉬는, 예를 들면, 산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MaO), 산화철(Fe2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화칼륨(K2O), 산화나트륨(Na2O) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다.
상기 수송관로를 되메우는 방법은, 강모래 및 타이어 분말을 포함하는 제 2 되메움재로 수송관로의 곡관부 주위를 되메우는 것을 추가로 포함할 수 있다.
상기 제 2 되메움재는 강모래 및 타이어 분말 100 중량부 대비 0.001 내지 30 중량부로 타이어 분말을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 조성물은 강모래 및 플라이 애쉬를 포함한다.
상기 플라이 애쉬는 강모래 및 플라이 애쉬 100 중량부 대비 0.001 내지 15 중량부로 상기 조성물에 포함될 수 있다.
상기 플라이 애쉬는, 예를 들면, 산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MaO), 산화철(Fe2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화칼륨(K2O), 산화나트륨(Na2O) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것일 수 있다.
상기 조성물은, 예를 들면, 수송관로의 직선부를 되메우기 위한 되메움재로 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수송관로를 되메우는 방법은 강모래 및 플라이 애쉬(fly-ash)를 포함하는 되메움재로 수송관로의 직선부 주위를 되메우는 것을 포함한다.
수송관로는 통상적으로 지중에 매설하여 시공한다. 수송관로를 시공하는 방법은 지면에서 소정의 깊이로 판 도랑에 수송관로를 배치하고, 수송관로가 배치된 도랑을 토사 등으로 되메워 수행할 수 있다.
상기 수송관로를 되메우는 방법은 다양한 수송관로를 되메우기 위하여 채용될 수 있다. 상기 수송관로를 되메우는 방법은, 예를 들면, 열, 도시가스 또는 전력을 수송하는 관로를 되메우기 위하여 채용될 수 있다.
도 1을 참조하면 수송관로(100)에는 직선부(110) 및 곡관부(120)가 존재할 수 있다. 하나의 예시에서 수송관로가 열 수송관로인 경우 공급온수의 온도 변화에 따라 수송관로는 팽창과 수축을 반복하게 된다. 따라서, 수송관로의 열 팽창력에 의한 신축을 해소하기 위하여 여러 방법이 제안되고 있다. 그 중, 신축을 억제하는 방법으로서, 관로표면과 되메움재 사이의 마찰력을 상기 수송관로의 열팽창력과 동등하게 또는 그 이상으로 제어하는 방법이 이용될 수 있다. 이를 위하여 수송관로의 직선부를 최소 설치길이 이상으로 제조하거나 또는 수송관로를 깊이 매설하는 방법 등이 채용되고 있다. 상기에서 최소 설치길이는 관로의 열팽창력과 관로와 되메움재 사이의 마찰력이 같아지는 관로의 일정길이를 의미한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수송관로를 되메우는 방법은 관로표면과 충분한 마찰력을 나타낼 수 있는 되메움재를 사용하여 수송관로의 직선부의 최소 설치길이를 효율적으로 감소시킬 수 있다.
상기 수송관로의 직선부를 되메우기 위한 되메움재는 강모래 및 플라이 애쉬를 포함한다.
상기 강모래는 강이나 하천에서 채취되는 모래를 의미한다. 강모래는 배수성이 좋고, 매설된 관을 부식 또는 파열시킬 우려가 없어 도시가스관 또는 수도관 등과 같은 수송관로의 되메움재로 사용되고 있다. 상기 강모래로는 당 업계에서 사용하는 강모래를 적절하게 채용할 수 있다.
상기 플라이 애쉬는 강모래와 배합되어 강모래 대비 내부마찰각이 큰 되메움재를 제공할 수 있다. 또한, 상기 플라이 애쉬를 포함하는 되메움재는 수송관로를 되메운 후 지반이 침하되는 등의 문제를 발생시키지 않고, 높은 강도 등의 되메움재로서 강모래 이상의 우수한 제반 물성을 가진다.
플라이 애쉬는, 예를 들면, 종이를 생산하는 과정에서 얻어지는 종이 슬러지를 소각하여 얻을 수 있다. 하나의 예시에서 플라이 애쉬는 종이 슬러지의 수분을 제거하고, 소각로에서 소각하여 전기집진기로 포집하여 얻을 수 있다. 플라이 애쉬의 품질은 종이 슬러지의 종류, 소각 메커니즘, 소각로의 연소 조건 또는 집진기의 종류에 따라 제어될 수 있다.
플라이 애쉬는, 예를 들면, 산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MaO), 산화철(Fe2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화칼륨(K2O), 산화나트륨(Na2O) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 하나의 예시에서 플라이 애쉬는 산화규소 35 내지 40 중량부, 산화알루미늄 17 내지 23 중량부, 산화칼슘 24 내지 30 중량부, 산화마그네슘 10 내지 15 중량부, 산화철 0.1 내지 1 중량부, 산화티타늄 0.5 내지 3 중량부, 산화칼륨 0.01 내지 1 중량부, 산화나트륨 0.5 내지 3 중량부로 상기 성분을 포함하는 것일 수 있다.
상기 플라이 애쉬의 평균 입자 크기는, 예를 들면, 0.5 내지 100㎛일 수 있다. 상기 범위의 입자 크기를 가지는 플라이 애쉬는 되메움재의 제반 물성에 영향을 미치지 않으면서도 효과적으로 내부마찰각이 큰 되메움재를 제공할 수 있다.
상기 플라이 애쉬는 목적하는 되메움재의 물성에 따라 적절한 함량으로 강모래에 배합될 수 있다. 본 출원인은 강모래에 대한 플라이 애쉬의 배합비가 높아질수록 되메움재의 내부마찰각 및 일축압축강도가 더욱 증가하는 경향을 발견하였다.
따라서, 되메움재가 충분히 큰 내부마찰각을 가지고, 수송관로의 유지보수를 용이하게 할 수 있는 일축압축강도를 가지도록 되메움재의 플라이 애쉬의 함량을 제어할 수 있다. 하나의 예시에서 플라이 애쉬는, 강모래 및 플라이 애쉬 100 중량부 대비 0.001 내지 15 중량부, 0.001 내지 14.5 중량부 또는 0.001 내지 14 중량부로 되메움재에 포함될 수 있다. 상기 범위에서 적절한 수준으로 되메움재의 내부마찰각을 증가시킬 수 있고, 되메움재의 일축압축강도를 약 1000kN/m2이하로 제어하여 수송관로의 유지보수도 용이하게 할 수 있다.
상기 강모래 및 플라이 애쉬를 포함하는 되메움재를 이용하여 수송관로의 직선부를 되메움으로써, 수송관로 직선부의 최소 설치길이를 감소시킬 수 있다. 또한, 수송관로의 매설 깊이를 증가를 억제할 수 있다.
상기 되메움재는 강모래 및 플라이 애쉬 외에도 당 업계에서 통상적으로 사용하는 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 수송관로를 되메우는 방법은 강모래 및 타이어 분말을 포함하는 되메움재로 수송관로의 곡관부 주위를 되메우는 것을 추가로 포함할 수 있다. 본 명세서에서는 플라이 애쉬를 포함하는 되메움재와 타이어 분말을 포함하는 되메움재를 구별하기 위하여, 전자는 제 1 되메움재로 호칭하고, 후자는 제 2 되메움재로 호칭한다.
도 1을 참고하면, 수송관로의 곡관부는 구부러진 구조를 가져 직선부와 대비하여 팽창력이나 신축 등에 더욱 취약하다. 하나의 예시에서 상기 수송관로가 열 수송관로인 경우, 온수의 운동에너지로 인한 곡관부 표면과 되메움재 사이의 마찰로 인하여 변형 및 파손의 위험이 있다. 이 때문에 신축흡수재(foam-pad)를 설치하나, 이 역시 반복적인 온수의 운동에너지와 그에 따른 신축흡수재 표면과 되메움재 사이의 마찰로 인해 탄력을 잃고 본연의 기능을 상실하게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수송관로를 되메우는 방법은 이러한 수송관로의 곡관부를 타이어 분말을 포함하는 되메움재로 되메워 상술한 문제점을 해결하였다.
타이어 분말을 포함하는 되메움재, 즉 제 2 되메움재는 강모래 대비 작은 내부마찰각을 가진다. 따라서, 상기 제 2 되메움재로 곡관부를 되메우는 경우, 곡관부의 내부응력 증감에 따른 표면마찰 증가를 대폭 감소시킬 수 있다. 또한, 제 2 되메움재는 되메움재의 제반 성능을 우수하게 유지하면서 내부마찰각을 감소시켜 기존의 되메움재를 대체하기에 매우 적합하다.
상기 타이어 분말은, 예를 들면, 폐타이어를 분쇄하여 얻을 수 있다.
타이어 분말의 평균 입경은, 예를 들면, 100 내지 10,000㎛, 1,000 내지 10,000㎛, 100 내지 5,000㎛ 또는 1,000 내지 2,000㎛일 수 있다. 하나의 예시에서 제 2 되메움재에 사용될 타이어 분말은 1,000 내지 2,000㎛의 평균 입경을 가질 수 있다. 상기 범위의 평균 입경을 가지는 타이어 분말은 되메움재의 제반 물성에 영향을 미치지 않으면서도 효과적으로 내부마찰각이 작은 되메움재를 제공할 수 있다.
상기 타이어 분말은 목적하는 되메움재의 물성에 따라 적절한 함량으로 강모래에 배합될 수 있다. 하나의 예시에서 타이어 분말은, 강모래 및 타이어 분말 100 중량부 대비 0.001 내지 30 중량부, 1 내지 30 중량부, 1 내지 25 중량부, 1 내지 20 중량부, 1 내지 17.5 중량부 또는 1 내지 15 중량부로 포함될 수 있다. 만일 상기 범위 미만으로 타이어 분말을 사용하는 경우에는 적절한 수준으로 되메움재의 내부마찰각을 감소시킬 수 없고, 상기 범위를 초과하여 타이어 분말을 사용하는 경우에는 되메움재의 밀도가 급격히 감소될 수 있다. 따라서, 상기와 같은 범위로 타이어 분말을 사용하여 수송관로의 곡관부에 적용되는 신축흡수재 등의 수명 연장을 도모할 수 있고, 수송관로의 변위를 우수한 수준으로 제어할 수 있으며, 지반의 침하와 같은 문제도 방지할 수 있는 되메움재를 제공할 수 있다.
제 2 되메움재에 포함되는 강모래는 제 1 되메움재에서 사용한 강모래와 동일한 것을 사용할 수 있다. 또한, 상기 제 2 되메움재는 강모래 및 타이어 분말 외에도 당 업계에서 통상적으로 사용하는 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 강모래 및 타이어 분말을 포함하는 제 2 되메움재를 이용하여 수송관로의 곡관부를 되메움으로써, 곡관부의 마찰계수 감소를 통해 신축흡수재의 수명 연장을 도모할 수 있다. 그 결과, 수송관로의 유지관리의 효율성을 향상시킬 수 있다.
하나의 예시에서 상기 수송관로를 되메우는 방법으로 제 1 되메움재로 수송관로의 직선부를 되메우고, 제 2 되메움재로 수송관로의 곡관부를 되메우는 경우 수송관로의 곡관부의 수명을 더욱 연장시킬 수 있다. 제 1 되메움재는 수송관로의 매설 깊이를 증가시키지 않기 때문에 수송관로의 전 구간, 특히 곡관부에 있어서 마찰력을 감소시킬 수 있다. 따라서, 큰 마찰력을 요하는 수송관로의 직선부는 내부마찰각이 큰 되메움재로 되메워 직선부의 신축을 억제하고, 작은 마찰력을 요하는 수송관로의 곡관부는 매설 깊이의 감소로 수명을 연장시킬 수 있다. 또한, 수송관로의 곡관부는 내부마찰각이 작은 되메움재로 되메워져 더욱 수명을 향상될 수 있다.
상기 수송관로를 되메우는 방법은 특히 열 수송관로의 직선부의 최소 설치길이를 감소시키고, 열 수송관로의 곡관부의 신축흡수재의 수명 연장을 도모한다는 점에서 열 수송관로를 되메우기 위하여 사용되는 것이 유리하다. 그러나, 상기 방법이 열 수송관로를 되메우는 방법에 한정되는 것은 아니고, 다양한 수송관로를 되메우기 위하여 채용될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 조성물은 강모래 및 플라이 애쉬를 포함한다. 상기 강모래 및 플라이 애쉬로는 전술한 수송관로를 되메우기 위한 제 1 되메움재와 동일한 성분을 이용할 수 있다. 또한, 상기 강모래 및 플라이 애쉬는 전술한 수송관로를 되메우기 위한 제 1 되메움재와 동일한 조성비로 배합할 수 있다.
강모래 및 플라이 애쉬를 포함하는 조성물은 다양한 분야에 적용될 수 있다. 예를 들면, 전술한 바와 같이 수송관로의 직선부를 되메우기 위한 용도로 사용될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 지하 매설물의 충전 재료 또는 시멘트의 재료로 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 조성물은 강모래 및 타이어 분말을 포함한다. 본 명세서에서는 플라이 애쉬를 포함하는 조성물과 타이어 분말을 포함하는 조성물을 구별하기 위하여, 전자는 제 1 조성물로 호칭하고, 후자는 제 2 조성물로 호칭한다. 상기 강모래 및 타이어 분말로는 전술한 수송관로를 되메우기 위한 제 2 되메움재와 동일한 성분을 이용할 수 있다. 또한, 상기 강모래 및 타이어 분말은 전술한 수송관로를 되메우기 위한 제 2 되메움재와 동일한 조성비로 배합될 수 있다.
강모래 및 타이어 분말을 포함하는 제 2 조성물도 다양한 분야에 적용될 수 있다. 예를 들면, 전술한 바와 같이 수송관로의 곡관부를 되메우기 위한 용도로 사용될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 지하 매설물의 충전 재료 또는 시멘트의 재료로 사용될 수 있다.
예시적인 제 1 조성물을 되메움재로 이용하면 관로의 직선부의 최소 설치길이를 감소시켜 현장 시공시 관로의 매설 깊이의 증가를 억제할 수 있다. 따라서, 수송관로의 안정성을 확보하고, 공사비 및 유지비를 절약하여 경제적으로 수송관로를 시공 및 유지할 수 있다. 또한, 예시적인 제 2 조성물을 되메움재로 이용하면 관로의 곡선부의 마찰계수의 감소를 통해 신축흡수재의 수명을 연장하여 수송관로의 유지관리에 있어서 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 예시적인 수송관로의 일 부분을 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
[ 제조예 : 되메움재의 제조]
하기 표 1과 같은 조성을 이용하여 실시예 및 비교예 따른 되메움재를 제조하였다.
강모래(1) 플라이 애쉬(2) 타이어 분말(3) 점토
실시예 1 99.0 1.0 - -
실시예 2 98.5 1.5 - -
실시예 3 98.0 2.0 - -
실시예 4 97.5 2.5 - -
실시예 5 97.0 3.0 - -
실시예 6 95.0 - 5.0 -
실시예 7 90.0 - 10.0 -
실시예 8 87.5 - 12.5 -
실시예 9 85.0 - 15.0 -
실시예 10 84.0 - 16.0 -
실시예 11 82.5 - 17.5 -
실시예 12 80.0 - 20.0 -
비교예 1 100.0 - - -
비교예 2 - - - 100
(단위: 중량부)
(1) 강모래는 전북 임실군 오수면에서 채취한 것으로, 수정다짐시험을 통하여 구한 최대건조단위중량(γ dmax )과 최적함수비(OMC)에 맞추어 제작하였다.
(2) 플라이 애쉬는 종이 생산시 발생하는 종이 슬러지를 소각하여 전기집전기로 포집한 것을 사용하였다.
(3) 타이어 분말은 폐타이어를 평균입경이 1 내지 2 mm가 되도록 분쇄한 것을 사용하였다.
[ 실험예 : 되메움재의 물성 측정]
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 되메움재에 대하여 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
내부마찰각(1) (단위: 도) 침하량(2) (단위: mm)
실시예 1 44 -
실시예 2 51 -
실시예 3 54 -
실시예 4 55 1.0 ~ 1.1
실시예 5 60 -
실시예 6 38 -
실시예 7 35 -
실시예 8 33 -
실시예 9 28 1.2 ~ 1.5
실시예 10 29 -
실시예 11 32 -
실시예 12 33 -
비교예 1 40 1.1 ~ 1.2
비교예 2 26.2 7 이상
(1) 내부마찰각의 측정: KSF 2343에 규정에 따라 직접전단강도시험을 수행하고, 그 결과로부터 다음 수식 1을 이용하여 내부마찰각을 구하였다.
[수식 1]
τf = c + σ * tanφ
상기 수식 1에서, τf는 전단강도이고, c는 점착력이며, σ는 수직응력이고, φ는 내부마찰각이다.
(2) 침하량의 측정: 하기 [그림 1]의 해석 단면에 표 3의 물성치를 사용하여 유한요소해석에 의해 얻어진 값으로 침하량을 구하였다.
[그림 1]
Figure pat00001

Material Unit weight
(kN/m3)		 Deformation
Modulus (kN/m2)		 c (kN/m2) φ (도)
Weathered soil 19.0 4.00x103 15.0 35.0
River sand 20.7 3.50x103 4.1 39.9
Clay 19.0 1.50x103 36.0 26.2
River sand 85 wt% and tire powder 15 wt% 17.4 2.78x103 32.7 28.4
River sand 97.5 wt% and fly-ash 2.5 wt% 18.3 3.11x103 39.2 55.1
표 2의 결과와 같이 강모래에 플라이 애쉬를 혼합한 되메움재의 경우 강모래 대비 더 큰 내부마찰각을 가지고, 강모래에 타이어 분말을 혼합한 되메움재의 경우 강모래 대비 더 작은 내부마찰각을 가졌다. 또한, 플라이 애쉬 또는 타이어 분말을 혼합한 실시예의 되메움재의 경우 강모래 대비 동등한 수준 또는 더 낮은 수준의 침하량을 보여 되메움재로서 양호한 물성을 나타내었다.
한편, 점토는 매우 작은 내부마찰각을 가져 점토로 열 수송관로의 곡관부를 되메우는 경우 마찰로 인한 곡관부의 손상을 방지하는 효과가 클 것으로 예상하였다. 그러나, 실험 결과 점토는 실시예들의 되메움재 또는 비교예 1의 강모래 대비 매우 큰 침하량을 나타냈다. 이에 따라 점토를 되메움재로 사용하는 경우 관로에 작용하는 축력이 커져 열 수송관로에 악영향을 미치므로 점토를 되메움재로 사용할 수 없다는 점을 확인할 수 있었다.
열 수송관로의 직선부에 플라이 애쉬를 혼합한 되메움재를 사용한 경우 관로의 관경에 따른 최소 설치길이를 표 4에 나타냈다.
최소 설치길이 (단위: m)
관로의 관경(단위: m) 0.1 0.4 0.6 0.8
실시예 2 36 ~ 41 60 ~ 65 76 ~ 81 85 ~ 90
실시예 5 25 ~ 30 37 ~ 42 50 ~ 55 55 ~ 60
비교예 1 55 ~ 60 85 ~ 90 110 ~ 115 120 ~125
(1) 최소 설치길이의 측정: 다음 수식 2를 이용하여 최소 설치길이를 구하였다.
[수식 2]
Figure pat00002
상기 수식 2에서, ε(x)는 수송관로의 온도변화에 따른 길이방향의 변형률이고, εt는 열에 의한 수송관로의 신축변형률이며, εel은 탄성력, 마찰력, 수송관로 내부의 압력에 의한 변형률이고, αt는 열팽창 계수로 1.2 x 10-5/℃이고, ΔT는 온도차로 최고사용온도(120℃)와 최소설치온도(65℃)의 차인 55℃이며, Nx 는 수송관로에 축방향 작용력으로 다음 수식 3으로 표시되고, Es는 수송관로의 탄성계수로 2.1 x 105N/mm2이며, As는 수송관로의 단면적(mm2)이다.
[수식 3]
Figure pat00003
상기 수식 3에서, FP는 내압에 의한 길이방향 팽창력이고, Fel은 측면토압으로 인한 축방향 반력이며, FR은 단위길이당 마찰력이고, l0는 최소설치길이이다.
표 4에 나타낸 바와 같이 플라이 애쉬를 혼합한 되메움재의 경우 관로의 최소 설치길이를 대폭 감소시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.
열 수송관로의 곡관부에 타이어 분말을 혼합한 되메움재를 사용한 경우 관로의 관경에 따른 단위 길이당 마찰력을 표 5에 나타냈다.
단위 길이당 마찰력 (단위: kN/m)
관로의 관경(단위: m) 0.1 0.3 0.6 0.9
실시예 9 1~2 2~4 7~9 12~14
비교예 1 1~3 5~7 12~14 21~23
(1) 마찰력의 측정: 관로의 관경을 상기 표 5와 같이 변경하면서 관로와 되메움재 사이의 마찰력을 ASTM D5321 또는 D3080에서 규정하고 있는 방법으로 측정하였다.
표 5에 나타난 바와 같이 타이어 분말을 혼합한 되메움재의 경우 마찰력 감소 경향을 나타냈다. 또한, 수송관로의 관경이 커질수록 마찰력 감소 경향은 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
110: 직선부
120: 곡관부

Claims (10)

  1. 강모래 및 플라이 애쉬를 포함하는 제 1 되메움재로 수송관로의 직선부 주위를 되메우는 것을 포함하는 수송관로를 되메우는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 되메움재는 강모래 및 플라이 애쉬 100 중량부 대비 0.001 내지 15 중량부로 플라이 애쉬를 포함하는 것인 수송관로를 되메우는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라이 애쉬로는 종이 슬러지를 소각하여 전기집진기로 포집한 것을 사용하는 수송관로를 되메우는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 플라이 애쉬는 산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MaO), 산화철(Fe2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화칼륨(K2O), 산화나트륨(Na2O) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인 수송관로를 되메우는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    강모래 및 타이어 분말을 포함하는 제 2 되메움재로 수송관로의 곡관부 주위를 되메우는 것을 추가로 포함하는 수송관로를 되메우는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 되메움재는 강모래 및 타이어 분말 100 중량부 대비 0.001 내지 30 중량부로 타이어 분말을 포함하는 것인 수송관로를 되메우는 방법.
  7. 강모래 및 플라이 애쉬를 포함하는 조성물.
  8. 제 7 항에 있어서,
    플라이 애쉬는 강모래 및 플라이 애쉬 100 중량부 대비 0.001 내지 15 중량부로 포함되는 것인 조성물.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 플라이 애쉬는 산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MaO), 산화철(Fe2O3), 산화티타늄(TiO2), 산화칼륨(K2O), 산화나트륨(Na2O) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것인 조성물.
  10. 제 7 항에 있어서,
    수송관로의 직선부를 되메우기 위한 되메움재인 조성물.
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