地 盤 工 學 大 韓 土 木 學 會 論 文 集
第31卷 第6C 號·2011年 11月 pp. 213~220
세립분이 고결모래의 일축압축강도에 미치는 영향
Effect of Fines on Unconfined Compressive Strength of Cemented Sands
박성식*·최선규**
Park, Sung-Sik·Choi Sun-Gyu
···
Abstract
Fines such as silt or clay are usually mixed with granular particles in natural or reclaimed soils which are slightly cemented.
Such fines contained within weakly cemented soils may influence permeability and also mechanical behavior of the soils. In this study, a series of unconfined compression tests on weakly cemented sands with fines are carried out in order to evaluate the effect of fines on unconfined compressive strength (UCS) of cemented soils. Two different cement ratios and fine types were used and fine contents varied by 5, 10, and 15%. Two types of specimens were prepared in this testing. One is the specimen with the same compaction energy applied. The other is the one with the same dry density by varying compaction energy. When the same amount of compaction energy was applied to a specimen, its density increased as a fine content increased. As a result, the UCS of cemented soils with fines increased up to 2.6 times that of one without fines as an amount of fines increased. How- ever, when the specimen was prepared to have the same density, its UCS slightly decreased and then increased a little as a fine content increased. Under the same conditions, a UCS of the specimen with silt was stronger than the one with kaolin. As a cement ratio increased, a UCS increased regardless of fine type and content.
Keywords : fines, cemented sand, unconfined compressive strength
···
요 지
자연상태의 흙뿐만 아니라 매립 및 성토 지반에는 소량의 실트 또는 점토와 같은 세립분이 사질토 입자 사이에 섞여 있 으면서 약하게 고결된 경우가 많다. 이와 같이 약하게 고결된 사질토 지반 내에 포함된 실트나 점토와 같은 세립분은 흙의 투수계수뿐 아니라 역학적 거동에도 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 약하게 고결된 지반 내에 포함된 세립분이 지반의 강도에 어떤 영향을 미치는지 평가하기 위하여 인위적으로 고결된 사질토를 이용하여 일축압축시험을 실시하였다. 시멘트비 (4, 8%)를 비롯하여 공시체 전체에 소량으로 포함된 세립분의 종류(실트와 카오린)와 함유량(5, 10, 15%)을 달리하면서 다 양한 공시체를 제작하였다. 공시체 제작방법은 동일한 다짐에너지를 가한 공시체와 다짐에너지를 조절하여 동일 또는 유사한 건조밀도가 되도록 만든 공시체로 구분된다. 동일한 다짐에너지를 가한 공시체의 경우 세립분의 함유량이 높을수록 건조밀도 가 증가하여 일축압축강도는 최대 2.6배까지 증가하였다. 하지만 공시체의 건조밀도가 유사한 경우에는 세립분의 함유량이 증가하여도 강도가 약간 감소하거나 크게 증가하지 않았다. 공시체의 제작조건이 동일한 경우에는 카오린보다 실트가 포함된 공시체의 일축압축강도가 더 높게 나타났다. 그리고 세립분의 종류 및 함유량에 관계없이 시멘트비가 증가함에 따라 일축압 축강도는 증가하였다.
핵심용어 : 세립분, 고결모래, 일축압축강도
···
1. 서 론
토목현장에서 다루는 대부분의 흙은 입자 크기가 균등하지 않고 크고 작은 입자가 서로 섞여 있다. 특히 해안 매립지 역이나 제방 및 도로 공사 현장에서는 모래 입자 사이에 실 트나 점토와 같은 세립분이 많이 섞여 있다. 국내에서 흔하 게 볼 수 있는 화강풍화토를 기초지반이나 성토재료로 사용 하는 산업단지 및 택지개발단지에는 실트와 같은 세립분이 일정 이상 포함된 경우가 많다(박병기와 이광찬, 1999; 박승
균, 2010; 이관승, 2005). 한편 현장 연약지반이나 사질토에 시멘트를 혼합하여 지반을 개량할 경우 조립질 흙 사이에 수화작용으로 세립분이 생성되기도 한다. 이와 같이 모래와 실트 또는 점토가 섞여 있는 흙은 입자 크기가 서로 상당히 다르므로 입도분포곡선에서 갭(gap)을 가지고 있는 흙(gap graded soil)으로 분류된다. 실내삼축시험을 이용하여 이와 같은 세립분이 사질토의 강도나 강성에 미치는 영향에 대하 여 많은 연구가 수행되었다(Lade and Yamamuro, 1997;
Thevanayagam, 1998; Salgado et al., 2000; Shapiro and
*정회원·경북대학교 공과대학 건축토목공학부 토목공학전공 조교수 (E-mail : [email protected])
**경북대학교 공과대학 건축토목공학부 토목공학전공 박사과정
Yamamuro, 2003). 특히 Yamamuro와 Lade는 실트가 포함 된 모래 지반의 구조를 실트 함유량의 증가에 따라 그림 1 과 같이 구분하였으며, 모래-실트 혼합물 전체간극비(global void ratio, e)와 골격간극비(skeleton void ratio or inter- granular void ratio, es)를 서로 구분하였다. 모래 또는 실트 만 존재할 때의 간극비를 각각 e1과 e2로 표시하였으며 일 반적으로 e1보다 e2가 더 크다. 최소간극비는 모래로 형성된 공극 내에 실트가 모두 포함된 상태인 그림 1의 B일 때이 다. 이들은 이와 같은 공시체의 비배수 전단거동에 대하여 많은 연구를 수행하였으며, 실트함유량이 증가할수록 정적액 상화에 대한 저항력이 약해진다는 결론을 얻었다(Lade and Yamamuro, 1997; Yamamuro and Lade, 1997; Lade et al., 1998). 한편 박성식 등(2011)은 모래에 소량으로 포함된 세립분의 종류나 소성지수에 따라 액상화에 대한 저항강도 가 큰 차이를 보일 수 있다는 연구결과를 발표하였다. 이와 같이 여러 연구자들이 실트가 포함된 모래의 액상화 저항강 도에 대하여 연구하였으나, 아직도 공시체의 상태를 판단하 는 기준(예: 상대밀도, 간극비)에 따라 실트의 포함 여부가 액상화 저항강도를 감소 또는 증가시킨다는 뚜렷한 결론을 내리기 어려운 상황이다(Vaid, 1994; Polito, 1999; Puri et al., 1996).
일반 토사를 도로나 철도의 노반이나 기층재료로 사용할 경우 또는 연약지반을 개량할 경우 인위적으로 시멘트를 혼 합하여 흙의 공학적 성질을 향상시킨다. 이와 같은 시멘트 혼합토의 수침이나 양생방법 그리고 내부에 형성된 공극에 따른 강도변화에 대하여 많은 연구가 수행되었다(박성식 등, 2009a, 2009b; 박성식 등, 2010). 박승균(2010)은 화강풍화 토에 시멘트를 5% 또는 10% 혼합한 흙에 동일한 화강풍화 토의 세립분을 5% 및 15%로 혼합하여 세립분이 일축압축 강도에 미치는 영향에 대하여 연구한 바 있다. 한편 현장 지반은 대부분 약하게 고결된 상태로 존재하므로 고결된 지 반 내의 실트나 점토와 같은 세립분이 현장 지반의 강도에 미치는 영향에 대한 정확한 평가가 선행되어야 하며, 그 결 과를 설계에 반영할 필요 또한 있다. 따라서 본 연구에서는 약하게 고결된 모래 입자 사이에 포함된 세립분의 종류와 함유량 그리고 공시체 다짐방법을 달리하면서 일축압축시험 을 실시하여 지반의 강도 변화를 분석하였다.
2. 공시체 제작방법 및 종류 2.1 실험재료
본 연구에서는 낙동강유역 달성보 현장에서 준설한 낙동강 모래를 주재료로 사용하여 일축압축시험용 공시체를 제작하 였다. 낙동강모래는 실리카질 모래로 그림 2(a)의 전자현미 경 사진과 같이 약간 모난 형상을 하고 있으며, 0.85mm~0.25mm 사이의 입도를 가지도록 체분석하였다. 입 도분포곡선은 그림 3과 같으며 균등계수는 2 이하로 상당히 균등하며 통일분류법(USCS)에 의해 빈입도 모래(SP)로 분류 된다. 낙동강모래의 최대간극비(emax)는 1.181이고 최소간극 비(emin)는 0.65이다. 한편 다짐시험 결과 최대건조밀도와 최 적함수비는 1.61g/cm3과 14%이다. 실제 토목현장에서 만나 는 흙에는 저소성 실트부터 소성지수가 높은 점토 성분 등 다양한 종류의 세립분이 섞여 있다. 따라서 본 연구에서는 모래 입자 사이에 포함되는 세립분으로 소성지수가 8인 실 트(silt)와 18인 카오린(kaolinite)을 사용하였다. 실트는 그림 2(b)와 같은 낙동강유역 성주부근에서 채취한 흙을 체가름하 여 사용하였다. 본 연구에 사용한 세립분의 물리적 특성은 표 1과 같으며 실트의 비중이 2.61 정도로 카오린의 2.56보 다 약간 크다. 모래와 세립분을 고결시키기 위한 고결제는 비중이 3.14인 국내 S사의 초속경시멘트를 사용하였으며, 몰 탈의 압축강도는 3시간 후 25MPa, 1일 후 30MPa, 3일 후 35MPa, 7일 후 40MPa이다.
그림 1. 세립분의 증가에 따른 사질토의 간극비 변화(Lade et al., 1998)
표 1. 세립분의 물리적 특성 Gs
Liquid limit
(%)
Plastic limit
(%)
Plasticity index
Specific surface area
(m2/g)
silt 2.61 34 26 8 11
kaolinite 2.56 39 21 18 33
그림 2. 낙동강모래와 낙동강실트의 전자현미경 사진
2.2 공시체 제작 및 종류
모래에 소량의 시멘트를 혼합한 고결모래를 사용하여 일축 압축시험용 공시체를 제작하였다. 시멘트비(cement ratio, CR)는 식 (1)과 같이 건조된 모래와 세립분 무게에 대한 시멘트의 무게로 정의하였으며, 본 실험에 사용한 시멘트비 는 현장에서 사용되고 있는 시멘트 혼합토의 시멘트비를 고
려하여 10% 이내인 4%와 8%로 결정하였다. 세립분은 2.1 절에서 언급한 바와 같이 실트와 카오린 두 종류를 사용하 였다. 세립분 함유량(fine content, FC)은 식 (2)와 같이 건 조된 모래와 세립분 무게(또는 부피)에 대한 세립분의 무게 (또는 부피)로 정의할 수 있으며, 본 실험에 사용한 세립분 함유량은 5, 10, 15%이다. 이와 같이 본 연구에서는 공시체 전체에 포함된 세립분의 종류 및 함유량 그리고 시멘트비를 달리하면서 표 2와 같은 다양한 공시체를 제작하였다.
(1) 또는 (2)
여기서 Wc는 시멘트의 무게, Ws와 Vs는 건조된 모래의 무 게와 부피, Wf와 Vf는 건조된 세립분의 무게와 부피이다.
모래에 소량의 시멘트를 혼합할 경우 최대건조밀도는 증가 하더라도 최적함수비는 크게 변하지 않아 낙동강모래에 최 적함수비 14%를 사용하여 시멘트 혼합토를 제작하였다. 다 짐에 사용한 램머(rammer)의 직경은 65mm이고 무게는 25N이다. 공시체 다짐방법은 두 종류를 사용하였다. 첫 번째
CR Wc Ws+Wf
--- 100 %× ( )
=
FC Wf Ws+Wf
--- 100 %× ( )
= FC Vf
Vs+Vf
--- 100 %× ( )
= 그림 3. 낙동강모래의 입도분포곡선
표 2. 일축압축시험 종류 및 결과 Test ID Cement
ratio
Fine content
(%)
Fine type
Compaction method (i)
Dry density (g/cm3)
Water content
(%)
Unconfined compressive strength (kPa)
Axial strain at Peak strength
(%) C4-F0-1
4
0 NA SE 1.59 0.93 901 0.83
C4-F5-1
5
silt SE 1.69 2.33 1029 1.15
C4-F5-2 SD 1.60 2.10 681 0.79
C4-F5-3
kaolin SE 1.71 2.16 945 1.03
C4-F5-4 SD 1.57 2.29 550 0.89
C4-F10-1
10
silt SE 1.74 2.04 1304 1.17
C4-F10-2 SD 1.61 3.42 928 0.80
C4-F10-3
kaolin SE 1.70 2.59 1232 1.30
C4-F10-4 SD 1.61 3.03 714 0.63
C4-F15-1
15
silt SE 1.78 2.90 1451 1.06
C4-F15-2 SD 1.61 2.75 978 0.72
C4-F15-3
kaolin SE 1.77 3.27 1402 1.05
C4-F15-4 SD 1.60 2.08 756 0.77
C8-F0-1
8
0 NA SE 1.65 4.05 1819 0.97
C8-F5-1
5
silt SE 1.70 3.32 2814 1.11
C8-F5-2 SD 1.65 2.99 1734 1.04
C8-F5-3
kaolin SE 1.71 2.68 2079 1.15
C8-F5-4 SD 1.63 3.74 1495 0.86
C8-F10-1
10
silt SE 1.77 4.45 3462 1.13
C8-F10-2 SD 1.67 4.44 2417 1.06
C8-F10-3
kaolin SE 1.77 5.65 2610 1.13
C8-F10-4 SD 1.64 3.18 1943 0.94
C8-F15-1
15
silt SE 1.82 4.63 4765 1.22
C8-F15-2 SD 1.63 4.13 2436 0.92
C8-F15-3
kaolin SE 1.83 4.82 3149 1.49
C8-F15-4 SD 1.65 4.86 1960 0.95
(i) SE: compacted at the Same Energy applied condition, SD: compacted at the Same Density condition.
다짐방법(Same Energy방법)은 현장 다짐상황을 고려하여 공 시체에 동일한 다짐에너지를 가하는 방법으로서 수정 D다짐 방법에 의한 다짐에너지와 동일하게 되도록 공시체를 5층으 로 나누고 층당 55회, 낙하높이는 20cm로 일정하게 유지하 였다. 두 번째 다짐방법(Same Density방법)은 유사한 지반 조건을 고려하여 공시체의 밀도가 동일하게 되도록 세립분 의 종류나 함유량에 따라 시행착오적으로 다짐횟수를 달리 하여 다짐에너지를 조절하는 방법이다. 이와 같은 방법으로 반복해서 제작되는 공시체의 크기는 직경 70mm, 높이 140 mm이며, 제작된 공시체는 3일 동안 습윤양생시켰다.
세립분이 없는 경우 시멘트비가 증가할수록 비중이 큰 시 멘트 양이 증가하여 공시체의 건조밀도가 0.06g/cm3 정도 증가하였다. 유사한 건조밀도가 되도록 다짐에너지를 조절한 공시체를 제외한 경우, 세립분의 함유량이 증가함에 따라 공 시체의 건조밀도가 약간씩 증가하는 경향을 보였다. 표 2와 같이 공시체의 건조밀도는 각각의 시멘트비에 따라 1.59~
1.78과 1.65~1.83g/cm3이다. 한편, 이와 같이 세립분이 포함 된 일축압축시험 공시체의 간극비는 세 가지로 표현할 수 있다. 즉, 전체간극비 e, 골격간극비 es, 세립분간극비 ef
(interfine void ratio)로, 세립분 함유율이 FC일 때 골격간극
비와 세립분간극비는 식 (3)과 같이 나타낼 수 있다(Naeini and Baziar, 2004). 전체간극비는 건조밀도를 이용하여 간단 히 계산할 수 있다.
(3)
시멘트비가 4%인 경우 계산된 전체간극비 e는 그림 4(a) 와 같으며 건조밀도에 따라 유사하게 변하고 있다. 즉, 건조 밀도가 증가함에 따라 전체간극비는 감소하고 건조밀도가 유 사한 경우에는 세립분의 증가에 따라 변화는 상당히 작았다.
그리고 시멘트비가 4%인 경우의 골격간극비 es는 그림 4(b) 와 같다. 유사한 건조밀도를 가진 공시체의 경우 모래입자 사이에 포함된 세립분이 증가함에 따라 모래입자만의 간극 비인 골격간극비는 상당히 증가하는 경향을 보였다. 동일한 다짐에너지를 가한 공시체의 경우 골격간극비는 세립분의 증 가에 따라 초기에 약간 감소하다가 다시 증가하는 경향을 보였다.
3. 실험 결과 및 고찰
3.1 세립분의 함유량이 일축압축강도에 미치는 영향 일축압축시험에서는 동일한 공시체를 3개 제작하여 평균값 을 사용하였으며, 일축압축강도는 표 2와 같다. 현장에서 건 설기계를 이용하여 다짐하는 방식과 같이 동일한 다짐에너 지로 다짐된 공시체의 경우, 그림 5(a)와 6(a)의 결과처럼 시멘트비와 세립분의 종류에 관계없이 세립분의 함유량이 증 가할수록 일축압축강도는 증가하는 경향을 보였다. 세립분으 로 실트가 포함된 경우 세립분이 5, 10, 15%로 증가함에 따라 시멘트비가 4%와 8%인 공시체의 일축압축강도는 각각 14%와 55%, 45%와 90%, 그리고 130%와 162%로 증가하 는 경향을 보였다. 카오린이 포함된 경우에도 이와 유사하게 세립분이 증가함에 따라 일축압축강도는 각각 5%와 14%, 34%와 43%, 그리고 54%와 73%씩 증가하였으나 증가율은 실트에 비해 상대적으로 낮았다. 이와 같이 세립분으로 인한 강도증가는 공시체의 입자구조가 그림 1의 A-B 구간 사이 에 해당하며 세립분이 조립분 사이를 채우면서 밀도가 증가 한 것이 가장 큰 원인으로 판단된다. 이와 같은 결과는 Seed 등(1985)이 액상화에 대한 저항응력비를 나타낸 도표에 서 현장 지반에서 세립분이 증가함에 따라 현장 지반의 액 상화에 대한 저항강도가 증가한다는 결과와 유사할 뿐 아니 라, 그 이외의 여러 연구자(Fei, 1991; Law and Ling, 1992; Koester, 1994)도 실트함유량이 증가함에 따라 액상화 에 대한 저항강도가 증가한다는 연구결과를 발표하였다.
공시체의 건조밀도가 유사한 경우 그림 5(b) 및 6(b)와 같이 세립분이 증가함에 따라 세립분이 없는 경우보다 강도 가 약간 감소하다가 다시 회복 또는 약간 증가하는 경향을 보였다. 시멘트비가 4%인 경우, 세립분으로 카오린이 포함 된 경우 일축압축강도는 최대 39%까지 감소하지만 다시 회 복하는 경향을 보이고, 실트의 경우는 일축압축강도가 24%
정도 감소하다가 다시 증가하는 경향을 보였다. 시멘트비가 8%인 경우, 세립분으로 인한 강도 감소는 시멘트비 4%인
es e FC+ 1 FC– ---
=
ef e FC---
=
그림 4. 시멘트비가 4%인 경우 세립분의 함유량에 따른 간극비 변화
경우보다 작으며, 세립분이 10, 15%로 증가함에 따라 강도 가 약간 증가하는 경향을 보였다. 이것은 건조밀도가 유사한 경우 모래입자보다 압축성이 크고 강성이 약한 세립분이 공 시체의 골격구조를 약화시키는 것으로 판단되지만, 시멘트비 가 증가함에 따라 모래 입자 사이에 시멘트 수화반응으로 생성된 수화물이 증가하여 세립분이 고결모래의 일축압축강 도에 미치는 영향은 감소한 것으로 판단된다. 박승균(2010) 도 이와 유사하게 시멘트비가 5%인 경우 세립분이 5%에서 15%로 증가함에 따라 강도가 23% 정도 감소하였다. 하지만 시멘트비가 10%로 증가함에 따라 세립분 증가로 인한 강도 감소는 3% 정도로 상당히 미미하였다. 한편 박승균(2010)의 실험에서는 최초 습윤밀도를 동일하게 만든 다음 정적압력 (14MPa)을 가하였으므로 세립분에 따라 공시체의 밀도가 달 라질 수 있을 뿐 아니라 일축압축시험 전의 건조밀도가 제 시되지 않아 공시체의 정확한 건조밀도를 파악하기는 힘들 었다. Naeini and Baziar(2004)는 그림 7과 같이 초기건조 밀도가 1.25g/cm3인 공시체의 비배수 정적삼축압축시험 결과 에서 세립분의 함유량 30%까지는 최대전단강도가 감소하다 가 다시 회복하는 경향을 보였으며, 그 이유를 모래 입자 사이에 포함된 세립분이 30%될 때 까지는 세립분이 활발하
게 접촉마찰력을 전달하지 않기 때문으로 설명하였다. 한편 Naeini and Baziar(2004)가 사용한 공시체에 비해 본 연구 에서 사용한 공시체의 건조밀도가 1.6-1.8g/cm3 정도로 더 조밀하기 때문에 세립분이 조금만 포함되어도 강도를 빠르 게 회복하는 것으로 판단된다. 반복삼축시험 결과에서도 그림 5. 시멘트비가 4%인 경우 세립분의 함유량에 따른 일축압축
강도 변화
그림 6. 시멘트비가 8%인 경우 세립분의 함유량에 따른 일축압축 강도 변화
그림 7. 세립분의 함유량에 따른 최대전단강도 변화(Naeini and Baziar, 2004)
Naeini and Baziar(2004)의 실험결과와 같이 건조밀도(또는 전체간극비)가 동일한 경우 소량의 세립분으로 인하여 액상 화에 대한 저항강도가 감소하는 경향을 보였다(Finn et al., 1994; Vaid, 1994; Zlatovic and Ishihara, 1997; Bouferra and Shahrour, 2004).
3.2 세립분의 종류가 일축압축강도에 미치는 영향 그림 5(a) 및 6(a)와 같이 동일한 다짐에너지를 가한 공시 체의 경우 세립분이 포함됨에 따라 일축압축강도는 증가하 였으며, 강도 증가율은 카오린보다는 실트를 포함된 공시체 가 더 크게 나타났다. 즉, 카오린보다는 압축성이 작은 저소 성 실트가 포함된 경우 강도가 전반적으로 크게 나타났으며 특히 시멘트비가 8%이고 세립분이 15%인 경우에는 그 차 이가 더욱 뚜렷하게 나타났다. 카오린의 소성지수가 18로 실 트의 8보다 크면서 비표면적도 33m2/g으로 실트의 11m2/g 보다 커서 강도가 작게 나타난 것으로 판단된다. 또한 본 연구에 사용한 실트는 실리카를 주성분으로 하는 모래의 세 립분이므로 점토광물인 카오린보다는 강한 성질을 가지고 있 다. 한편 건조밀도가 유사한 경우에는 세립분의 함유량이 증 가함에 따라 일축압축강도가 약간 감소하다가 다시 회복되
는 경향을 보였으며, 세립분으로 인한 강도감소는 그림 5(b) 및 6(b)와 같이 실트를 포함한 공시체의 경우가 조금 낮게 나타났다.
3.3 시멘트비가 일축압축강도에 미치는 영향
시멘트비가 4%가 8%로 증가함에 따른 일축압축강도의 변 화를 제작방법이 다른 두 종류의 공시체에 대하여 그림 8과 9에 각각 설명하였다. 즉, 동일한 다짐에너지를 가한 공시체 (그림 8)와 유사한 건조밀도를 가진 공시체(그림 9)에서 각각 의 세립분 함유량에 대하여 시멘트비 증가가 일축압축강도 에 어떤 영향을 미치는지 분석하였다. 시멘트비가 4%에서 8%로 증가함에 따라 공시체 제작방법, 세립분 함유량이나 종류에 관계없이 일축압축강도는 증가하였으나, 세립분이 없 는 공시체보다 세립분이 포함된 경우가 시멘트비 증가에 따 른 강도증가가 좀 더 높게 나타났다. 한편 동일한 다짐에너 지를 가한 공시체의 경우 실트를 포함한 공시체가 카오린을 포함한 것보다 시멘트비 증가에 따른 강도증가가 더 뚜렷하 였다. 하지만 유사한 건조밀도를 가진 공시체의 경우 시멘트 비 증가에 따른 강도 증가율이 세립분의 종류에 관계없이 비슷한 경향을 보였으나, 세립분이 10 또는 15%인 경우 실
그림 8. 동일한 다짐에너지를 가한 공시체에서 시멘트비에 따른
일축압축강도 변화 그림 9. 유사한 건조밀도를 가진 공시체에서 시멘트비에 따른 일
축압축강도 변화
트를 포함한 공시체의 경우가 다소 높게 나타났다.
3.4 공시체의 탄성계수 및 특성
세립분이 포함되지 않은 공시체의 응력-변형률 곡선은 그
림 10과 같으며, 최대강도(일축압축강도)는 축변형률이 약 1% 정도일 때 발휘되었다. 공시체의 탄성계수는 시멘트비가 8%인 경우 그림 11과 같이 150~400MPa의 범위에 있으며, 세립분의 증가에 따른 탄성계수 변화는 일축압축강도 변화 와 유사한 경향을 보였다. 일축압축강도 발현 시 축변형률은 1% 정도로 세립분의 함유량이나 종류에 따라 뚜렷한 경향을 나타내지 않았으며, 시멘트비가 4%에서 8%로 증가하여도 크게 변하지는 않았다.
공시체의 함수비는 표 2에 나타난 것처럼 시멘트비가 4%
이고 세립분이 없는 경우 1% 정도이며, 세립분이 증가함에 따라 함수비는 2-3% 정도로 증가하는 경향을 보였다. 시멘 트비가 8%인 경우에는 공시체 내의 수화작용으로 인한 광 물질이 더 많이 생겨 투수성이 낮아지면서 함수비가 4-5%
정도로 약간 증가하였다. 일축압축시험 전의 공시체 모습과 실험 후의 대표적인 공시체 모습을 그림 12에 나타내었다.
고결모래의 경우 대부분 위에서 먼저 크랙이 발생하면서 아 래쪽으로 전파되는 경향을 보이며 파괴면의 기울기는 70도 에서 직각에 가까운 경우가 대부분이었다.
4. 결 론
본 연구에서는 일반 토목현장에서 사질토와 같이 비교적 굵은 입자 사이에 포함된 세립분이 지반의 강도에 어떤 영 향을 미치는지 평가하기 위하여 강도시험을 실시하였다. 세 립분으로는 저소성 실트와 대표적인 점토광물인 카오린을 사 용하였다. 일반 현장에서 시공되는 시멘트 고결토의 시멘트 함유량을 고려하여 시멘트비는 10% 이내로 사용하였으며, 현장 다짐토의 세립분 함유량을 고려하여 세립분은 15% 이 하로 혼합하였다. 세립분의 종류와 함유량 그리고 시멘트비 를 달리하면서 일축압축시험을 실시하여 다음과 같은 결론 을 얻었다.
1.동일한 다짐에너지를 사용하여 제작된 공시체에서는 세립 분의 종류에 관계없이 함유량이 증가할수록 공시체의 건 조밀도가 증가하면서 일축압축강도가 증가하는 경향을 보 였다. 공시체 조건이 동일한 경우에는 카오린보다 압축성 그림 10. 세립분이 포함되지 않은 공시체의 응력-변형률 곡선
그림 11. 시멘트비가 8%인 경우 탄성계수 변화
그림 12. 실험 전(왼쪽)과 후(오른쪽)의 공시체의 모습
이 작고 강성이 높은 실트가 포함된 공시체의 일축압축강 도가 더 크게 나타났다. 특히 시멘트비가 8%이고 실트가 15% 포함된 경우 일축압축강도는 최대 2.6배까지 증가하 였다.
2.공시체의 건조밀도가 유사한 경우에는 세립분의 종류 또 는 시멘트비에 관계없이 세립분 함유량이 증가함에 따라 일축압축강도가 약간 감소하다가 다시 회복되거나 또는 약 간 증가하는 경향을 보였다.
3.공시체 제작방법을 비롯한 세립분의 함유량이나 종류(소성 지수)에 관계없이 시멘트비가 증가할수록 일축압축강도는 증가하였으나, 세립분이 없는 공시체보다 세립분이 포함된 경우가 시멘트비 증가에 따른 강도증가가 약간 높게 나타 났다.
4.동일한 다짐에너지를 이용하여 다짐된 현장 지반에 세립 분이 15% 이내로 소량 포함된 경우 고결된 지반이나 공 시체의 강도를 모래 골격 또는 세립분의 간극비보다는 지 반이나 공시체의 건조밀도를 이용하여 평가하는 것이 타 당할 것으로 판단된다.
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(접수일: 2011.7.13/심사일: 2011.9.14/심사완료일: 2011.9.20)
