Applicability Evaluation of Eco-Friendly Binder Material using Desulfurized Dust in Deep Cement Mixing Method

Received 28 January. 2016, Revised 20 May. 2016, Accepted 24 May. 2016

*Corresponding author

Tel: +82-70-4060-8181; Fax: +82-63-270-2421 E-mail address: [email protected] (D. S. Cho)

탈황분진을 활용한 친환경 안정재의 심층혼합공법 적용성 평가

Applicability Evaluation of Eco-Friendly Binder Material using Desulfurized Dust in Deep Cement Mixing Method

고형우 ¹ , 서세관 ² , 안양진 ³ , 김유성 ⁴ , 조대성 ⁵ *

Hyoung-Woo Ko ¹ , Se-Gwan Seo ² , Yang-Jin An ³ , You-Seong Kim ⁴ , Dae-Sung Cho ⁵ *

1

Non Member, Researcher, Daewoong Company ltd, 827 Yeosun-Ro Yulchon-Myeon, Yeosu-Si, Jeollanam-Do, 59601, Republic of Korea

2

Non Member, Researcher, Zian Company ltd., 8th Woosuk University Headquarters Building, 443 Samrye-Ro, Samrye-Eup, Wanju-Gun, Jeollabuk-Do, 55338, Republic of Korea

3

Non Member, Researcher, Zian Company ltd., 8th Woosuk University Headquarters Building, 443 Samrye-Ro, Samrye-Eup, Wanju-Gun, Jeollabuk-Do, 55338, Republic of Korea

4

Member, Professor, Department of Civil Engineering., Chonbuk National University, 567, Baekje-Daero, Deokjin-Gu, Jeonju-Si, Jeollabuk-Do, 54896, Republic of Korea

5

Student Member, Assistance Lecturer, Department of Civil Engineering, Chonbuk National University, 567, Baekje-Daero, Deokjin-Gu, Jeonju-Si, Jeollabuk-Do, 54896, Republic of Korea

ABSTRACT

In this study, laboratory mixture design test and field test were performed to evaluate applicability of eco-friendly binder material (CMD−SOIL) using desulfurized dust in deep cement mixing method (DCM). As a result of laboratory mixture design test, the uniaxial compressive strength of CMD−SOIL was up to 1.136 times bigger than slag cement by changing the water content, mixing rate, and W/B. Also, it had shown the strength up to 1.222 times bigger in shell content and up to 1.363 times in mixing of floating soil. As a result of field test, field strength/laboratory design criterion strength ratio ( λ) is shown 0.77. And this result was similar to earlier studies. From this result, CMD−SOIL can show the same efficiency compared with existing binder.

요 지

본 연구에서는 기존의 심층혼합처리공법용 안정재의 문제점을 해결하기 위해 탈황분진을 이용하여 개발한 친환경 지반안정재

(CMD-SOIL) 의 적용성을 평가하기 위해 실내배합시험 및 현장시험시공을 실시하였다. 실내배합시험 결과 함수비, 투입비

및 W/B 변화에 따른 CMD-SOIL의 일축압축강도가 기존의 고로슬래그 시멘트와 비교하여 최대 1.136배 큰 것으로 나타났고, 패각이 함유된 흙 재료에서는 최대 1.222배, 부상토가 혼합된 시료에서는 최대 1.363배 큰 것으로 나타났다. 또한 현장시험시 공 결과, 실내배합강도와 현장강도의 비(λ)가 0.77로 나타나 기존의 연구결과(λ=2/3)와 유사한 경향을 보이고 있어 기존의 안정재와 비교하여 동등 이상의 성능을 발휘할 수 있을 것으로 판단된다.

Keywords : DCM, Desulfurzied dust, Eco-friendly binder, Applicability evaluation, Uniaxial compression test

J. Korean Geosynthetics Society Vol.15 No.2 June. 2016 pp. 1 ∼ 12 DOI: http://dx.doi.org/10.12814/jkgss.2016.15.2.001 ISSN: 2508-2876(Print) ISSN: 2287-9528(Online)

1. 서 론

국내 서 ․ 남해안 지역의 항만과 그 부대시설 및 배후 도시

등을 건설하기 위해 조성된 준설매립지반은 대부분 연약한

상태의 지반으로서 안정처리 없이 구조물이 축조되거나 성

토가 진행될 경우 과대한 압밀 침하를 유발하고, 지반에서

의 전단파괴로 인하여 다양한 문제가 발생할 가능성이 높

다. 따라서 연약한 매립지반이나 해안가 지역에서의 구조물

축조 및 성토가 이루어지는 경우 지반을 개량하여 공학적

Fig. 1. Chemical Reaction Mechanism of CMD-SOIL 안정성을 확보할 수 있는 다양한 지반개량공법이 사용되고

있으며, 이 중 심층혼합처리공법의 경우 점토에 시멘트 고 화제를 혼합하여 개량하는 방법이 주로 사용되고 있다.

이러한 심층혼합처리공법은 1980년대 일본에서의 여러 학자들의 연구를 통해 표준화 및 실용화가 이루어졌다 (Terashi, et al., 1979, 1980, 1983a, 1983b). 국내의 경우 Chon, et al.(2000) 은 실내시험을 통해 다양한 지반조건에 대하여 안정재의 혼합비에 따른 실내기준강도의 발현에 대 하여 연구하였고, Kim, et al.(2003)은 무기질고화재가 혼합 된 소일시멘트의 일축압축강도와 휨인장강도를 측정하였으 며, Oh(2006)는 흙과 시멘트를 혼합한 개량토의 역학적 특 성에 영향을 미치는 인자에 대한 실험적 연구를 수행하는 등의 노력이 이루어지고 있다. 그러나 기존의 연구들은 시 멘트를 주원료로 사용하고 성능개선을 위해 첨가제를 투입 하는 방법을 사용하고 있어 지반개량지역 인접부의 pH 상 승 및 Cr

의 용출에 의한 지반오염 등의 환경적인 문제를 발생시킬 수 있다.

이러한 환경적 문제를 해결하기 위해 시멘트를 사용하지 않고 산업부산물인 탈황석고와 Fly-ash를 활용하여 시멘트 의 경화반응과 유사한 경화반응을 유도함으로써 강도증진 효과가 있고, 중금속 용출 등에 의한 지반오염을 억제할 수 있는 친환경적인 시멘트 제로형 안정재인 CMD-SOIL을 개 발하였다. 본 연구에서는 개발된 CMD-SOIL을 심층혼합처 리공법의 안정재로 사용하여 함수비, 물-안정재(W/B) 비율, 폐각 함유율, 투입비 등의 다양한 조건을 고려한 실내배합시 험과 현장에서의 시험시공을 실시하였고, 현재 해안 및 항만 공사에서 안정재로 주로 사용되고 있는 고로슬래그 시멘트 와의 비교를 통해 심층혼합공법에서의 적용성을 평가하고

자 한다.

2. 실내배합시험 2.1 사용재료

2.1.1 CMD-SOIL

고로슬래그의 경우, 시멘트와 다르게 자체적으로 물과 수 화반응을 일으키지는 않지만 수산화물 또는 황산염과 같은 자극제가 첨가될 경우 자극제의 수화반응을 유도하여 경화 하는 화학적 특성을 갖고 있으며, 수화반응을 통해 비결정 질 입자의 불규칙적 3차원 쇄상결합이 절단됨에 따라 망상 구조체 내부에 함유된 Ca

, Mg

, Al

등의 수식이온들이 용출되어 시멘트와 같은 경화특성을 갖는다. CMD-SOIL은 이와 같은 경화특성에 착안하여 순환유동층 방식의 보일러 연료로 사용되는 페트로 코크스(Petroleum cokes)의 연소공 정에서 발생되며 석회석을 혼합 연소함으로써 석회석의 탈 탄산 과정 및 탈황반응으로 CaO와 CaSO

등이 다량 함유 되어 있는 페트로 코크스 탈황석고와 발전소에서 순환유동 층 보일러의 가동에 따라 발생하는 질산화물의 배출을 막기 위해 연소온도를 저온으로 유지한 상태에서 암모니아를 분 무함에 따라 주성분인 SiO

외에도 CaO 및 CaSO

에 의해 생성된 석고를 포함하고 있는 Fly-ash를 첨가제로 사용하여 개발한 친환경 지반안정재로 Fig. 1에 CMD-SOIL의 화학 적 반응 메카니즘을 나타내었다.

CMD-SOIL 에 사용된 Fly-ash의 경우 일반 화력발전소

의 미분탄 연소방식에서 발생하는 F급 석탄재와는 달리 부

정형으로 KS L 5405에 제시된 물리 ․ 화학적 성능을 만족시

Table 1. Chemical constituents of CMD-SOIL

Material Chemical constituents

CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO SO3

CMD-SOIL 51.80 25.50 10.40 0.72 2.22 7.75

Slag cement

(S/C) 55.60 24.90 9.55 1.63 2.70 3.95

Table 2. Heavy metal analysis result of CMD-SOIL

Element Test Result (mg/kg)

Cr Zn Cu Cd Hg As Pb Ni PCBs PAHs T-N T-P

Environmental Criterion 80 200 65 2.5 0.3 20 50 35 0.023 2.64 1500 500

CMD-SOIL 19 49.4 3.81 None None None 2.36 27.8 None 0.26 28.8 2.87

Fig. 2. Geologic columnar section of site Table 3. Physical properties of in-situ soil

Physical

properties Gravity

specific Liquid limit (%)

Plastic index

(%)

Particle size distribution USCS Organic content 4.75mm 2.00mm 0.425mm 0.075mm (%)

In-situ soil 2.72 89.9 55.4 99.8 99.3 98.0 95.0 CH 8.7

키지 못하고, 콘크리트 혼화재료로서도 활용이 불가능하다.

그러나 CaO 및 CaSO

에 의해 생성된 석고를 포함하고 있 어 결합재 및 자극제로서의 역할을 동시에 수행할 수 있으 며, 이를 확인하기 위해 XRF(X-ray Fluorescence) 분석을 실시하였고, 분석결과를 Table 1에 고로슬래그 시멘트와 비 교하여 나타내었다. 분석결과, 경화반응에 가장 큰 영향을 미치는 성분인 CaO, SiO

, SO

의 성분비가 고로슬래그 시 멘트와 유사하게 분포하고 있는 것으로 나타났으며, 연약지 반에 분포하고 있는 점토와 혼합할 경우 고로슬래그 시멘트 와 유사한 경화반응을 일으킬 수 있는 것으로 나타났다. 또 한, 현장에서 CMD-SOIL의 시공에 따른 환경적 영향을 검 토하기 위해 환경부에서 제시한 폐기물공정시험을 실시하

였고, 시험결과를 Table 2에 나타내었다.

2.1.2 원지반토

연약지반에서 심층혼합처리공법의 적용성을 평가하기 위

해 본 연구에서는 N치가 0인 연약지반이 약 10m에서 최대

33m 로 분포되어 있는 전남 여수시 ○○ 항 축조공사 현장에

서 채취한 시료를 원지반토로 사용하였고, Fig. 2에는 해당

지반의 지질주상도를 나타내었다. 원지반토의 비중은 2.72이

고, 액성한계 89.9%, 소성지수 55.4%, 200번체(0.075mm)

통과율은 95%로 조사되어 통일분류법상 고소성 점토(CH)

로 분류되었고, 유기물 함량은 8.3∼10.4%인 것으로 조사

되어 시료의 균질성을 확보하기 위해 다수의 벌크시료를 이

(a) Prepare materials (b) Add water

(c) Making Slurry (d) Add the material

(e) Mixing(10min) (f) Compaction

(g) Flattening (h) Curing in machine

Fig. 3. Process for making specimens 용하여 균질 혼합을 실시하여 배합용 시료(유기물 함량

8.7%) 를 제작하였고, 시료의 물리적 특성을 정리하여 Table 3 에 나타내었다.

2.2 시험조건

2.2.1 시료 제작

국내의 경우, 심층혼합처리용 재료의 제작에 대한 기준은 마련되지 않은 실정으로 일본지반공학회(JGS)의 기준 중 비교적 현장여건에 적합하고 실내시험이 용이한 안정처리 토의 정적다짐에 의한 공시체 제작방법에 대한 기준(JGS 0812, 2000) 을 참고하여 시료를 제작하였다. 먼저 채취한 원지반토를 벌크시료와 혼합하여 균질성이 확보된 시료를 제작하였고, 안정재로 사용할 CMD-SOIL 및 고로슬래그 시멘트를 해수와 섞어 슬러리(Slurry) 상태로 만들어 믹서 에 투입하여 10분간 기계적 혼합을 실시하였다. 믹서에서의

혼합이 종료된 후 직경 5cm, 높이 10cm의 몰드에 시료를 3 층으로 채우고 각 층마다 가볍게 다짐을 실시하였고, 몰드 측면을 고무망치로 타격하여 시료 내부에 혼입된 공기를 제 거하고 충진이 잘 이루어질 수 있도록 하였다. 또한 스페츌 라를 사용하여 몰드 상부의 표면을 정리하였고, 기온 20±

3 ℃, 습도 95% 이상 조건에서 7∼28일간 양생을 실시하여 시료를 제작하였으며, Fig. 3에 시료제작과정을 정리하여 나타내었다.

2.2.2 배합 조건

배합 조건을 결정하기 위해 Fig. 4에 나타난 것과 같이

국내에서의 심층고화처리를 위한 안정재 적용 사례를 토대

로 고로슬래그 시멘트와 CMD-SOIL의 투입량을 200kg/m

,

230kg/m

, 250kg/m

으로 결정하였다. 또한 기존의 국내 연

구결과에 따르면 심층혼합처리공법을 적용한 8개 현장에서

의 실내배합강도와 현장강도의 비(λ)를 분석한 결과 0.29

Fig. 4. Internal use case of binder material Fig. 5. Internal application case of design strength

Table 4. Mixing ratio of binder materials

Binder material In-situ soil

Water /Binder

(%)

Curing time (days)

Type Mixing

rate (kg/m³)

Material Additional

quantities of binder (kg/m³)

Water content Clay (%)

(%) Shell

(%) Floating soil

(%) Sand

(%)

CMD-SOIL

200 100 - - - - 55 70

7, 14, 28 80

85 70

80

230 100 - - - - 55 70

80

85 70

80

250 100 - - - - 55 70

80

85 70

80

200 90 10 - - - 55

80 28

85

80 20 - - - 55

85

250 90 10 - - - 55

85

80 20 - - - 55

85

300 90 10 - - - 55

85

80 20 - - - 55

85

200

- - 100 -

0 100

80 28

120

50 100

120

100 100

120

- - 67 33

0 100

120

50 100

120

100 100

120

Slag cement Same condition as CMD-SOIL

Table 5. Result of change of mixing rate by uniaxial compression test

Binder

material Water content

(%)

Mixing (kg/mrate³)

W/B (%)

Uniaxial compressive strength

(MPa) Binder

material Water content

(%)

Mixing (kg/mrate³)

W/B (%)

Uniaxial compressive strength

(MPa) days7 14

days 28

days 7

days 14

days 28

days

CMD -SOIL

55

200 70 2.084 2.891 4.511

Slag cement

55

200 70 1.992 2.764 4.201

80 2.109 3.518 4.575 80 2.109 2.812 4.380

230 70 2.477 3.445 4.991

230 70 2.241 2.982 4.437

80 2.594 4.049 5.150 80 2.453 3.309 4.535

250 70 2.762 4.293 5.203

250 70 2.643 3.543 4.699

80 2.884 4.395 5.373 80 2.689 3.790 4.949

85

200 70 1.666 2.800 3.151

85

200 70 1.505 2.728 3.217

80 1.709 2.809 3.278 80 1.593 2.538 3.204

230 70 2.119 2.918 3.355

230 70 1.7722.741 3.368

80 2.334 3.207 3.540 80 1.814 2.750 3.455

250 70 2.349 3.431 3.729

250 70 2.009 2.763 3.451

80 2.647 3.504 3.937 80 2.302 3.112 3.716

Fig. 6. Compression testing machine

∼0.85의 값을 보이는 것으로 나타났고, 분석결과를 토대로 λ=2/3를 국내에 적용할 것을 제시하였다(Jeong et al., 2008). 이에 따라 본 연구에서는 Fig. 5에 나타난 설계기준강 도 사례를 토대로 설계기준강도는 2.25MPa을 적용하였고, 실내배합강도를 3.375MPa을 적용하였다. 물-안정재 비율 (W/B) 의 경우 실제 시공시 주로 사용하는 70%와 80%를 적 용하였고, 시료의 함수비는 원지반에서의 상·하부 평균값인 55% 와 85%를 적용하였다. 한편, 현장에서는 심층혼합처리 공법의 적용시 현장에 존재하는 패각으로 인하여 강도가 저 하되는 현상이 나타나기도 하며, 본 연구에서는 이러한 영향 을 고려하기 위해 원지반토에 패각을 10%, 20% 혼합한 시료 에 대하여 실내배합강도인 3.375MPa을 확보할 수 있도록 안 정재 투입량을 증가시켜 200kg/m

, 250kg/m

, 300kg/m

을 적용하였다. 또한 현장에서는 심층혼합처리시 발생하는 부상 토의 발생으로 인하여 강도저하가 발생하며, 표층에서의 충 분한 강도확보를 위하여 모래 및 슬러리 상태의 안정재를 추 가적으로 투입하고 있다. 따라서 이러한 영향을 고려하기 위 해 함수비 100%와 120%에서의 원지반과 모래를 혼합한 시 료에 대해 안정재 230kg/m

를 투입하여 부상토를 제작하였 고, 안정재의 추가 투입에 따른 강도변화를 파악하기 위해 안 정재의 추가 투입량을 50kg/m

, 100kg/m

로 배합조건을 설 정하였고, 이를 정리하여 Table 4에 나타내었다.

2.2.3 강도 측정

상기에 서술된 배합 조건을 토대로 제작 및 양생한 시료

에 대해 상부표면에서의 요철을 최소화할 수 있도록 시료 표면을 컴파운드로 캡핑을 실시한 후 Fig. 6의 시험장비를 사용하여 동일한 조건에서 제작된 3개의 시료에 대해 일축 압축시험(KS F 2314)에 따른 일축압축강도를 측정하였다.

3. 시험결과 및 분석

3.1 배합비에 따른 일축압축시험 결과

원지반토인 점토와 CMD-SOIL 및 고로슬래그 시멘트를 혼합한 시료에 대하여 함수비와 물-안정재 비율, 안정재의 투입량의 변화에 따른 일축압축시험 결과를 Table 5와 Fig.

7 ∼10에 나타내었다. 시험결과, CMD-SOIL과 고로슬래그

시멘트를 혼합한 시료 모두 양생일이 길고 안정재의 투입량

이 많을수록 일축압축강도가 증가하는 것으로 나타났으며,

함수비가 55%인 시료의 경우 양생일 28일에서 모든 시료의

Fig. 7. Result of uniaxial compression test (=55%, W/B=70%)

Fig. 8. Result of uniaxial compression test (=55%, W/B=80%)

Fig. 9. Result of uniaxial compression test (=85%, W/B=70%)

Fig. 10. Result of uniaxial compression test (=85%, W/B=80%)

Fig. 11. Strength increment ratio in this study Fig. 12. Comparison of test result 일축압축강도가 실내배합강도인 3.375MPa을 상회하는 것

으로 나타났다. 그러나 함수비가 85%인 시료의 경우 안정 재의 투입량이 250kg/m

이상 되어야만 물-안정재 비율의 영향을 받지 않고 실내배합강도를 만족시킬 수 있는 것으로 나타났다. 또한 CMD-SOIL을 혼합한 시료의 일축압축강도 는 고로슬래그 시멘트를 혼합한 시료의 일축압축강도와 비 교하여 최대 1.136배가 큰 것으로 나타났고, 이는 CMD- SOIL 에서의 포졸란(Pozzolan) 반응이 고로슬래그 시멘트

에 비해 잘 이루어졌기 때문인 것으로 판단된다.

양생일에 따른 강도증가를 정확하게 파악하기 위에 Fig.

11 에 양생 7일 일축압축강도에 대한 양생 28일에서의 일축

압축강도의 비를 나타내었다. Fig. 11에서 고로슬래그 시멘

트를 혼합한 시료의 경우 일축압축강도가 88.2% 증가하는

것으로 나타났고, CMD-SOIL을 혼합한 시료의 경우

82.5% 증가하는 것으로 나타나 강도의 발현이 거의 동일한

것으로 나타났다. Park et al.(2014)의 연구결과에 따르면

Fig. 13. Result of uniaxial compression test

(=55%, W/B=80%, Curing time=28days) Fig. 14. Result of uniaxial compression test (=85%, W/B=80%, Curing time=28days) Table 6. Result of change of shell content by uniaxial compression test

Binder

material Shell content (%)

Water content

(%)

Mixing rate (kg/m³)

Uniaxial compressive

strength (28days, MPa)

Binder

material Shell content (%)

Water content

(%)

Mixing rate (kg/m³)

Uniaxial compressive

strength (28days, MPa)

CMD -SOIL

10

55 200 4.003

Slag cement

10

55 200 3.446

250 5.128 250 4.197

300 5.635 300 5.336

85 200 3.155

85 200 3.105

250 3.705 250 3.603

300 5.303 300 5.255

20

55 200 3.356

20

55 200 3.327

250 4.145 250 3.816

300 4.861 300 4.423

85 200 3.008

85 200 2.817

250 3.494 250 3.399

300 4.347 300 4.094

Fig. 15. Comparison of strength reduction ratio (Shell content=10%)

Fig. 16. Comparison of strength reduction ratio (Shell content=20%)

카올린나이트와 특수시멘트 45%, 슬래그 미분말 47%, 무 수석고 8%로 구성된 안정재를 혼합하여 양생 7일 및 양생 28 일의 일축압축강도를 측정한 결과 일축압축강도의 증가 는 약 40.1% 증가하는 것으로 나타났으며, Fig. 12에 본 연 구의 시험결과를 기존의 연구결과와 비교하여 나타내었다.

비교결과, 본 연구에서의 강도증가비가 약 45% 크게 나타 났으며, 이러한 결과는 연구에 사용된 안정재의 반응성에 따른 차이 때문인 것으로 판단된다.

3.2 패각함유량에 따른 일축압축시험 결과

본 연구에서 사용된 시료의 원지반토는 심도 2.6∼13.5m

에 다량의 패각이 함유되어 있는 것으로 나타났고, 이는 심

층혼합처리시 강도저하를 유발하게 된다. 본 연구에서는 패

각함유량에 따른 강도저하 효과를 알아보기 위해 패각함유

량이 10%와 20%인 시료에 대해 안정재의 투입량과 함수비

의 변화에 따른 일축압축시험을 실시하였고, 그 결과를

Table 6 와 Fig. 13∼14에 나타내었다. 시험결과, 패각함유

Table 7. Result of change of additional quantities of binder by uniaxial compression test

material Water content

(%)

In-situ soil

Additional quantities of

binder (kg/m³)

Uniaxial compressive

strength (28days, MPa)

Binder material Water

content (%)

In-situ soil

Additional quantities of

binder (kg/m³)

Uniaxial compressive

strength (28days, MPa)

CMD -SOIL

100

Floating soil 100%

0 1.272

Slang cement

100

Floating soil 100%

0 1.169

50 2.163 50 2.014

100 2.904 100 2.809

Floating soil 67%

+ Sand 33%

0 2.042 Floating soil

67%

+ Sand 33%

0 1.730

50 3.062 50 2.904

100 3.859 100 3.366

120

Floating soil 100%

0 1.271

120

Floating soil 100%

0 1.136

50 1.904 50 1.751

100 2.549 100 2.122

Floating soil 67%

+ Sand 33%

0 1.565 Floating soil

67%

+ Sand 33%

0 1.148

50 2.403 50 2.222

100 3.182 100 2.616

Fig. 17. Result of uniaxial compression test (=100%, W/B=80%, Curing time=28days)

Fig. 18. Result of uniaxial compression test (=120%, W/B=80%, Curing time=28days) 량이 증가함에 따라 일축압축강도가 원지반의 일축압축강

도에 비해 감소하는 것으로 나타났고, 안정재의 투입량이 250kg/m

이상일 경우 안정재의 종류와 상관없이 실내배합 강도인 3.375MPa를 만족시킬 수 있는 것으로 나타났으며, CMD-SOIL을 안정재로 사용하는 경우 고로슬래그 시멘트 를 안정재로 사용하는 경우에 비해 일축압축강도가 1.009

∼1.222배 큰 것으로 나타났다.

패각함유량에 따른 강도감소 효과를 파악하기 위해 동일 한 상태인 원지반 시료의 일축압축강도와 비교하여 함수비 와 안정재 투입량에 따른 강도감소율을 구하였고, 이를 Fig.

15∼16에 나타내었다. 그림에서 안정재의 종류와 상관없이 시료의 함수비가 낮고, 패각의 함유량이 증가할수록 강도감 소율은 큰 것으로 나타났다. 또한 패각함유량이 20%, 함수 비가 55%인 시료를 제외하면, CMD-SOIL을 혼합한 시료 의 강도감소율이 고로슬래그 시멘트를 혼합한 시료의 강도 감소율에 비해 작은 것으로 나타났다.

3.3 부상토의 혼합비에 따른 일축압축시험 결과

현장에서 심층혼합처리를 시공하는 경우, 원지반에 안정 재가 혼합된 슬러리를 주입함으로써 상부로 부상토(Floating soil)가 발생하게 되며, 발생된 부상토는 해수의 유동에 따 라 바다로 유입되어 오염을 유발할 수 있는 문제가 발생할 수 있으므로 현장에서는 심층혼합처리가 이루어지는 시추 공의 상부에 모래를 포설한다. 이로 인하여 심층혼합처리가 이루어지는 표층의 경우 강도가 저하될 수 있고, 시공현장 에서는 충분한 강도확보를 위해 일반적으로 안정재를 추가 적으로 투입하고 있다. 본 연구에서는 부상토와 모래의 혼

합비율이 강도저하에 미치는 영향과 강도확보를 위해 추가 로 투입되는 안정재의 양을 결정하기 위하여 부상토와 모래 의 혼합비 및 안정재의 추가 투입량의 변화에 따른 일축압 축시험을 실시하였고, 이를 Table 7과 Fig. 17∼18에 정리 하였다.

시험결과 함수비가 100%이고, 부상토와 모래를 혼합한

Fig. 19. Comparison of strength increment ratio (Floating soil 100%)

Fig. 20. Comparison of strength increment ratio (Floating soil 67% + Sand 33%)

(a) Location of field test site

(b) Section of field test site

Fig. 21. Location and section of field test site 재료에 100kg/m

의 CMD-SOIL을 추가적으로 투입한 시료

를 제외한 대부분의 시료의 일축압축강도가 설계배합강도 를 만족시키지 못하는 것으로 나타났다. 또한 안정재 투입 량의 증가 및 부상토에 모래를 혼합함에 따라 일축압축강도 는 증가하는 것으로 나타났고, CMD-SOIL을 안정재로 사 용한 시료의 일축압축강도가 고로슬래그 시멘트를 사용하 였을 경우에 비해 1.034∼1.363배 큰 것으로 나타났다. 추 가로 투입되는 안정재의 양에 따른 강도증가 효과를 파악하 기 위해 강도증가율을 계산하였고, 이를 Fig. 19∼20에 나 타내었다. 그림에서 안정재를 추가로 투입하는 경우 일축압 축강도는 50kg/m

에서 약 1.5배, 100kg/m

에서 약 2배 증 가하는 것으로 나타났다.

3.4 현장에서의 시험시공 결과

심층혼합처리의 경우 원지반 흙의 물리적 특성, 배합비 및 혼합방법, 양생환경 등 다양한 요인들에 의하여 현장에 서의 강도가 다르게 나타날 수 있으며, 실내시험결과를 검 증하기 위해서는 현장에서의 시험시공을 통한 강도발현을 반드시 확인해야 한다. 이를 위해 본 연구에서는 Fig. 21

에서와 같이 전남 여수시 ○○ 항 축조공사 현장에서 호안 구역과 접안구역의 접속부로 N치가 0, 폐각 함유율이 5%

미만인 연약점토가 30.6m 분포하고 있고, 설계상 부상 토가 약 1m가량 발생할 것으로 예상되는 단면에 대하 여 CMD-SOIL을 안정재로 사용하여 안정재 투입량 250kg/m

, 물-안정재 비율 80%를 적용한 시험시공을 실시 하였고, 확인 Boring을 통해 양생 28일에 해당하는 시료를 채취하여 일축압축강도를 측정하였고, 시험결과를 Table 8에 나타내었다.

시험시공 결과, 실내배합강도는 3.937MPa, 확인

Boring을 통해 채취한 시료의 일축압축강도는 3.024MPa

로 나타났고, 실내배합강도와 현장강도의 비(λ)는 0.77이

며, 기존의 연구결과와의 비교를 위해 Fig. 22에 나타내었

다. 본 연구에서의 시험결과는 국내의 기존 시험결과와 비

교하여 유사한 경향을 보이고 있으며, 이를 고 려할 때

CMD-SOIL을 안정재로 사용할 경우 기존의 안정재와 동

일한 성능을 발휘할 수 있을 것으로 판단된다.

Table 8. Result of verification test in field

Binder Uniaxial compressive strength (28days, MPa) qu(field)/qu(lab) Material Mixing rate (kg/m³) Water/Binder (%) In laboratory In field (λ)

CMD-SOIL 250 80 3.937 3.024 0.77

Fig. 22. Comparison of strength ratio

4. 결 론

본 연구에서는 탈황분진을 이용하여 개발한 CMD-SOIL 의 적용성을 평가하기 위해 고로슬래그 시멘트와 CMD- SOIL 을 안정재로 사용하여 실내배합시험과 현장에서의 시 험시공을 실시하였고, 성능을 평가하였으며 이를 통해 다음 과 같은 결론을 도출하였다.

(1) CMD-SOIL 과 고로슬래그 시멘트를 안정재로 사용하 여 함수비, 물-안정재 비율, 안정재의 투입량에 따른 시 료를 제작하고 일축압축시험을 실시한 결과 CMD- SOIL 을 정재로 사용한 시료의 일축압축강도가 고로슬 래그 시멘트를 안정재로 사용한 시료에 비해 최대 1.136 배 큰 것으로 나타났고, 이는 CMD-SOIL에서의 포졸란(Pozzolan) 반응이 고로슬래그 시멘트에 비해 잘 이루어졌기 때문인 것으로 판단된다.

(2) 패각의 함유량에 따른 일축압축시험을 실시한 결과 CMD-SOIL 을 안정재로 사용하는 경우 고로슬래그 시 멘트를 안정재로 사용한 경우에 비해 일축압축강도가 1.009 ∼1.222배 큰 것으로 나타났고, 대부분의 시료에 서 CMD-SOIL을 안정재로 사용하였을 경우 고로슬래 그 시멘트를 사용한 경우에 비해 강도감소율이 낮은 것 으로 나타났다.

(3) 부상토의 혼합비에 따른 일축압축시험을 실시한 결과

CMD-SOIL 을 안정재로 사용하는 경우 고로슬래그 시 멘트를 안정재로 사용한 경우에 비해 일축압축강도가 1.034 ∼1.363배 큰 것으로 나타났고, 안정재를 추가로 투입하는 경우 일축압축강도는 50kg/m

에서 약 1.5배, 100kg/m

에서 약 2배 증가하는 것으로 나타났다.

(4) 현장에서의 시험시공을 실시한 결과, 실내배합강도와 현장강도의 비(λ)는 0.77로 기존의 연구결과(λ=2/3) 와 유사한 경향을 보이는 것으로 나타났고, 이를 토대로 판단할 때 고로슬래그 시멘트에 비해 함수비, 투입량, 물-안정재 비율, 부상토의 발생 등의 다양한 조건에서 일축압축강도가 크고, 패각의 함유량에 따른 강도감소 율이 낮은 것으로 나타난 CMD-SOIL을 심층혼합처리 공법의 안정재로 사용할 경우 우수한 현장 적용성을 확 보할 수 있을 것으로 판단된다.

Acknowledgement

This subject is supported by Korea Ministry of Environment(MOE) as “The advancement of scientific research and technological development in environmental science program”

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