무기질고강도토질개량제 : 안정고화제

(1)

토질 환경에 대한 과학적 접근

오염된 지반을 환경친화적인 토양으로 복원하여 지구환경을 지키는 한상의 기술

무기질고강도토질개량제 : 안정고화제

GeoMarine Co., Ltd.

9F Y Tower B/D,

769-10, Jayang-dong, Gwangjin-gu, Seoul 143-853, KOREA

Tel. +82-2-2205-1940 Fax. +82-2-2205-1941

http://geomarine.kr

(2)

Geosynthetic Related Products & Associated Technologies Research & Development http://geomarine.kr

연약지반에서부터 슬럿지, 오니등 모든 것을

고화하는 무기계 토질 개량제

최근의 토목, 건축공사는 매립지 외에도 지금까지는 사용할 수 없다고 생각되던 연약지 반이나 불량 토질의 활용을 도모하는 경우가 증가하고 있는 실정이다.

이런 경우 지반의 지지력을 증대시키기 위하여 압밀 침하 촉진, 차수등 외에 목적이나 또는 대상토질에 따라서는 지반고화 고화제에 의한 고결, 양질토의 치환 등 여러가지 공 법이 적용되고 있다.

안정고화제 토질개량 공법은 소일시멘트공법(시멘트의 응결력에 의해서 지반을 응결고화 하여 지지력을 높이는 공법)의 결점을 개선하여 타에 유형을 볼수 없는 특징을 갖는 뛰 어난 토질개량공법이다.

화학 성분 및 고화원리

안정고화제 는 흙-시멘트공법 또는 석회 안정처리공법의 시멘트 또는 석회에 첨가되는 무기성 첨가제임. 그 주요성분은 아래와 같은 무기질 금속염류 와 구연산 및 기타로서 수용액으로 하여 사용한다.

후민산이 흙입자 표면에 부식물(후민산)로 녹아 붙어 있어 시멘트의 양이온(+)이 흙입자 의 음이온(-)과의 접촉을 방해하고 있다.

안정 고화제의 특징

점토질등 유기질을 다량 함유하여 종래에는 노상재료로서 부적합하다고 생각한 토질의 지반도 쉽게 안정화 하여 고화지반으로 개량할 뿐만아니라 식생에도 극히 양호한 토양이 된다.

z 안정고화제 공법을 화산재 점성토 (Loam) 또는 점성토에 적용하면 강력한 침투작용에 의해 토립자 깊숙히 시멘트 수화물을 침투시켜 응결 고화하여 강도가 일정하게 된다.

또한 형성된 고화지반은 보다 큰 반복하중에 견디며 경시안정 효과가 뛰어나다.

z 적은 시멘트 첨가량(200 ㎏/㎥이하)으로 개량된 고화토는 투수성과 통기성이 뛰어난

(3)

연속기공체가 된다.

z 개량된 고화토를 이용할 경우 불량토의 치환이나 외부 반입토가 필요없다.

수용액 상태의 고화제는 토양과 친화적이며 흙에 잘 침투하여 고화되기 때문에 흙과 박리가 잘되지 않으며 또한 토양의 성질에 따라 배합을 조절 할 수가 있어 낭비가 없다.

z 고화제는 경시ㆍ경화하기 때문에 장기간에 걸쳐 경화의 열화가 없으며 장기간에 걸쳐 안정된다. 또한 산이나 알카리에도 열화 되지 않으며 수중에서도 경화된다.

z 고화제는 주요성분이 무해한 무기질로서 조성되어 있기 때문에 공해가 없으며 자연색 그대로 고화된다.

z 종래의 Soilcement 공법에 비해서 압축강도 및 휨강도, 인장강도가 각 30%이상 증가된 다.

z 안정고화제 공법은 공기의단축, 짧은 양생시간, 간단한 처리방법으로 괄목할만한 경 제적 공법임.

z 안정고화제는 농축된 분말 상태로 포장운반 하기 때문에 부피가 적고 다루기가 쉬워 경비가 절감된다. (현장에서 수용액으로 만들어 사용)

z 안정고화제는 오염토양의 안정화 및 복원에도 사용할 수 있으며 이는 불용성의 고화 체가 형성되어 그 속에 유해중금속을 흡착하기 때문이다.

z 고화토의 흙 입자는 침상결정으로 서로엉켜서 미세다공질(microporous)입자가 되며 이로인하여 활성탄소나 제오라이트와 같은 흡착능을 갖는 토양이 되어 보비성이 뛰어 나게 된다.

적용실적

z 연약지반 고화

한국부산 : 을숙도 쓰레기매립장 기초지반 개량공사

일본요꼬하마 : 니시다 토지 구획정리사업, 도로 노상개량공사 일본쇼난국제촌 : 법면 강화 및 연약지반의 도로건설

네델란드 : 국제공항 주기장(활주로)건설 콜롬비아 : 습지대 도로건설

인도네시아 : 라테라이트층에서의 산업도로건설 z 유해물질의 무해화, 불용출화, 냄새억제

오까야마현 : 산업폐기물의 유해물질 처리 홋가이도 : 광산 탈수케익 처리

각 제조회사 : 구 공장터의 유해물질 불용출처리 및 토질개량 z 오니의 고화, 식재토양의 창조

오까야마현 : 하수오니의 처리와 이를 이용한 구 염전지의 녹화

(4)

이바라끼현 : 호소의 준설오니를 이용한 야채밭의 조성 미야끼현 : 스라임(광재)을 이용한 종묘토양의 제조 도지끼 동광산 : 동광산터의 법면강화 및 녹화

전원 발전소 : 화력발전소의 석탄비산재(Flyash)에 의한 배양토 생산.

z 폐기물의 재활용

대만 : 해사를 이용한 하천 소파블럭 제조

전원발전소 : 석탄비산재를 이용한 흡착제, 배양토의 제조

시마네현 : 수로 지반개량, 공사잔토를 공원등의 유용토로 재활용 z 도로등 노상조성공사등

라오스 비엔티안 : 비엔티안 팽캄로 기존도로 노상개량공사 태국 콩켄시 : 콩켄시 외곽도로 기존도로 노상개량공사 캄보디아 프놈펜시 : 프놈펜 毛澤東路 노상개량 시험공사

연약지반 개량 공정

1. 토질시험

해당국의 토질시험 기준에 따라 토질시험 실시한다.

2. 배합설계

토질시험 결과에 따라 시멘트 첨가량을 설계한다.

3. 현장준비

설계 Level에 맞춰서 굴삭, 정지 한다.

4. 시멘트 산포

배합설계에 따라서 시멘트를 산포하고 소형 불도저 등으로 균일하게 편다.

5. 시멘트 혼합

트랙터, 스테비라이저, 백호우 등으로 현장의 흙과 시멘트를 소정의 두께로 혼합한다.

6. 고화제 살포

고화제 분말을 물에 녹여서 골고루 시멘트 혼합토에 살포한다.

7. 혼합

트랙터, 스테비라이저, 백호우 등으로 재차 혼합한다.

8. 가전압

맥카덤 로울러, 타이어 로울러 등으로 가볍게 전압한다.

9. 레벨링

설계 Level로 불도저, 그레이다 등으로 깎아 수평이 유지되도록 한다.

10. 본전압

타이어로울러, 맥카덤 로울러 등으로 반복 전압한다.

11. 검사

일축압축강도시험, 평판재하시험에 따라 지반의 강도시험을 행한다.

(5)

종류 및 용도

종 류 용도 구체적인 용도

GM 5 일반 연약지반 개량

z 투수성을 살리는 용도 - 습지, 늪지의 지반개량

- 유실되기 쉬운 도로,농로의 고화 - 인공경사면의 안정화처리

- 초연약지반의 표면고화 - 연약지반의 노상, 노반개량 z 탄력성을 살린 용도

- 일반도로, 공항활주로, 노반개량 - 산책로 등의 간이보도

- 테니스 코-트, 싸이클링 코-스 - 골프장내 도로

- 스포츠시설, 농도, 임도 z 기초공사

- 사방, 호안 기초 - 성토안정처리 - 구축물의 Beta기초 - 토목구조물의 기초 - 철탑, 전주, 관로기초 - 지진시의 액상화 대책 z 농지개량을 살린 용도

- 논, 밭의 토양개량, 연작장애 방지 - 불량토의 활성화 처리, 녹화

GM21 불투수층 형성

- 용수로, 저수지 - 골프장 유수지

- 산업폐기물 최종 처리장

GM41

고화토의 고화 블럭, 벽돌등 폐기물의

2차제품 제조 산업폐기물 최종처리장

- 하수오니, 소각재의 재활용

- 일반도시 쓰레기 소각재의 리사이클링(골재등)

- 반도체 슬러지의 고화

#1 시멘트 콘크리트 정도의 고강도 고화

- 하수오니 소각재의 재활용 (어초, 호안블럭등) Dry

#2 연약지반의 고강도고화 - 수로개량

- 오니 준설처리

(6)

(7)

(8)

대상별 처리방법 및 효과

가. 유기기성, 무기성, 유기성오니 류 등, (1) 하수처리 슬러지,

(2) 오, 폐수처리 슬러지

(3) 각종 공정 오니 ; 안정화, 고형화처리 후 재활용 토양으로 처리 복토재료, 성토재료, 도로기층 재료로 활용

* 특징

- 활성탄, 또는 제오라이트 와 같은 흡착능을 갖게 되어 악취가 나지 않는다.

- 일단 고화토가 되고 난 후에는 절대로 재 오니가 되지 않는다.

- 투수성, 보비성이 뛰어난 미세다공질로 형성된 토양은 식물의 성장이 최적 상태인 토양으로 개량된다.

나. 고상폐기물

(1) 소각재, (생활쓰래기, 공정쓰래기 소각재) (2) 각종 분진 류(제강, 제철,)

(3) 현상 슬러지, 반도체 슬러지, 피혁 슬러지, PCB 함유 슬러지, 염색슬러지 등의 공정슬러지

(4) 산업폐기물; 폐석회, 폐석고, 비재, 크링커 잔재물 등

안정화/고형화 처리 후, 농로, 임도, 등의 기층, 노반구축재료, 천제방 구축, 사면보호, 하상의 개량, 호안블럭제조용 재료 등으로 활용

* 특징

- 대량소비가 가능, 골재난 해소,경비절감,항구적인 견고한 제체구축 가능 - 특히 하천제방구축 시 전단면 보강토고화로, 홍수범람시 월류에 의한 유실방

지 및 전단강도가 증대되어 보수, 유지비가 획기적으로 절감됨.

다. 광산폐기물; 광미,광재

대량발생 폐기물로서 상수원 오염 및 토양오염의 피해가 크다.

안정화/고형화처리후 현장에 공장부지, 연못이나 저수지제방축조, 산림도로,농로 등 을 조성하면 안전하게 재활용할 수 있다.

* 특징; 발생현장에서 대량처분이 가능하며 활용처가 많다.

라. 연약지반, 불량토 지반

저지대, 늪지대, 해안매립지대, 고수부지, 소택지, 골프장 등

원위치 고화로 매립지조성부지, 도로, 구조물 기초, 등으로 즉시이용가능

* 특징;

- 공기단축, 원위치고화로 자재반입 및 배토의 필요성 전무 - 전단파괴 및 부등침하염려가 없는 지반조성이 가능 - 건폐물 의 순환골재를 20~30% 혼합하여 환경개선에도 유익

(9)

마. 흙 포장 공사(Soil Cement)

아스팔트 또는 콘크리트 포장을 하기 힘든 장소 또는 미관상 자연적인 흙으로 마감 하는 Soil-Cement 또는 Soil Concrete 공법의 적용

일반도로, 공항활주로, 농로, 임도.공장주차장, 공한지, 공원, 사원, 학교운동장 택지조성경내, 산책로, 유보로, 테니스 코스, 스포츠시설, 싸이클링 코스,

* 특징;

- 탄력을 살리는 용도에 적합하다

- 원위치 현장토를 최대 활용함으로 골재확보의 어려움이 감소됨 - 공사비가 저렴하며 공기가 빠르다

- 자연친화적이다 - 보수유지가 쉽다 바. 기초 및 뒷채움재료

(1) 사방, 호안 기초 (2) 성토안정처리 (3) 토목구조물의 기초

(4) 철탑, 전신주, 관로의 기초 사. 토질개량

(1) 논, 밭의 토질개량 (2) 불량토의 활성화 처리

(3)연작장애의 방지 (Neutrion 의 부족 시)

* 특징;

- 퇴비 의 효과보다 뛰어나다 - 식물의 성장속도가 빠르다

- 한냉 또는 한발에 대한 저항이 뛰어난 농토로 개량된다.

아. 폐기물의 재활용 재품 생산 시 ; 보도 불럭. 벽돌생산. 단열재 제조용 바인더

(10)

고화처리장소 별 처리방법

가. 연약지반 개량

(1) 원위치처리방법(In-situ Treatment Process) 바탕 흙을 옮기지 않고 현 위치에서 그대로 처리

(2) 원위치 바깥처리방법(Ex-situ Treatment Process)

장비 진입이 극도로 불리할 경우 원위치 바로 옆에 옮겨서 처리하는 방법

(11)

(3) 작업현장처리방법(On-site Treatment Process)

현장의 일정장소에 고화처리장을 설치하여 고화처리 후 되메우는 방법

(4) 외부장소처리방법(Off-site Treatment Process)

흙을 굴착 후 타 장소로 옮겨서 처리하는 방법(외부로 반출 후 처리방법)

(12)

고화처리 Pit Process

가. 개요

In-situ treatment방식을 제외한 모든 혼합, 교반공정은 일정한 장소에서 처리하며, 가 장 경제적이며 간단한 장비와 시설로서 처리할 수 있는 방법으로서 특히 슬러지의 처리 에는 비산방지와 혼합재료의 절약의 측면에서 널리 쓰이고 있다.

장점으로는 시설설치가 간단하며, 장소 선정에 구애 받지 않아 매우 경제적이고 안전하 다. 대량으로 계속적으로 처리시에도 매우 효과적이다.

나. Pit 처리 Process

이는 지상에 일정 구격의 Pit를 설치하여 슬러지를 일정부분 투입하고 난 다음 고화제를 그 위에 살포하여 일반건설 장비 (주로 백 호우에 회전 날개를 장착한 장비, 일명 Bucket Stabilizer로 육안 관찰로 장비 운전기사가 혼합하는 수동식 혼합방식임.

구조

※ 참고 :

- 슬러지 처리 500톤/일 처리 Pit의 규모 - 길이35m * 폭6m * 깊이2.5m Pit 2개 필요 - 1개는 원위치양생 1일, 1개는 교반작업

- 교반기의 교반능력 : 75ton/hr (125rpm * 1.0M) - 1m3 교반 작동시간 : 15초 - 20초 3m3/분 - 고화제 투입방법 :

* F/A 및 OPC 싸이로 --> 불로워 --> 슈트 --> Pit

* 반응제, 고화제 원액 저장 탱크 --> 스프레이노즐 --> Pit

(13)

<표 1. 반응성 고형화 슬러지의 강도특성>

시험종류 반응성 고형화 슬러지의 강도(kg/㎠)

3일 경과 7일 경과 14일 경과 21일 경과 28일 경과 Case 1 0.32 5.07 11.4 12.6 13.7 Case 2 0.57 7.46 9.34 10.3 11.6

<표 2. 반응성 고형화 슬러지의 오염제거특성>

반응성 고형화 슬러지의 용출농도(mg/kg) 오염물질

초기 3일 경과 7일 경과 14일 경과 21일 경과 28일경과 Cr6+ 10,000 320 224 165 88 17

Pb 10,000 0.2 2.25 0.41 0.37 0.28 Cu 10,000 26 16 22.8 22 21.8 주) 근거 : 한국과학기술원 특성분석센터 99.5.25 시험성과표 995281호