Journal of the Korean Geo-Environmental Society 한국지반환경공학회 논문집 ISSN:1598-0820(Print) 2714-1233(Online)

본 논문에서는 유기오염물질인 benzyl butyl phthalate(BBP)에 오염된 퇴적토를 산/염기 개질활성탄을 이용한 퇴적토의 안정화 과정과 그 영향을 연구하였다. 실험을 통해 안정화제의 효율성을 평가하고, Lumbriculus variegatus를 이용한 생물학적 영향과 함께 개질활성탄의 혼합량 증가가 오염물질의 흡착에 미치는 영향을 분석하였다. 또한, low-density polyethylene를 사용한 공극수 내 유기오염물질 농도 측정을 통해 안정화제가 환경 내 오염물질의 이동을 어떻게 제한하는지에 대해 조사하였다. 연구 결과 Lumbriculus variegatus의 생존률이 90% 이상을 나타내었으며, 체내 BBP 축적 농도는 개질활성탄을 10% 혼합한 두 실험군보다 개질활성탄을 5% 혼합한 두 실험군이 약 2% 낮은 농도를 나타내었다. 수중으로의 용출량은 노출기간 7일 경과 후 모든 실험조건에서 대조군 대비 18% 이상 저감 되었으며, 노출기간 28일 후 모든 실험조건에서 25% 이상 저감된 효율을 확인하였다. 공극수의 농도를 측정하였다. 7일 노출 후의 결과는 기계혼합 실험군이 생물혼합 실험군 보다 높은 안정화율을 보였으며, 기계혼합 실험군에서, 개질활성탄을 10% 혼합한 실험군이 개질활성탄을 5% 혼합한 실험군 보다 1% 높은 안정화율을 보였다. 28일간 노출 후의 결과는 생물혼합 실험군이 기계혼합 실험군보다 높은 안정화율을 보였으며, 개질활성탄을 10% 혼합한 생물혼합 실험군이 개질활성탄을 5% 혼합한 실험군보다 약 0.1% 높은 안정화율을 보였다.

본 연구는 대심도 조건에서 고효율 그라우팅 기술 개발을 목표로 하여, 다양한 주입 재료의 적용 가능성을 실험적으로 검증하였다. 1종 보통 포틀랜드 시멘트(OPC)와 마이크로 시멘트(MC)의 입자 크기 분석 및 주입 모형 실험을 통해 각 재료의 주입 성능을 평가했다. 국내 대심도 기준, 즉 지하 40미터 이하 조건에서 Barton’s Cubic Network 이론을 활용하여 암반 절리 간격을 산정했으며, 선정된 조건에서 입자 크기의 통과 가능성을 분석한 결과, MC는 암반 절리 간격을 통과한 반면, OPC는 간극을 통과하지 못하였다. 실험 장치 및 면적 계산 프로그램을 활용한 주입 모형 실험 결과에 따르면, OPC는 입자 크기가 크기 때문에 주입에 실패한 반면, MC는 고점도 조건에서도 주입이 가능한 것으로 나타났다. 이러한 연구 결과를 바탕으로, 주입 재료에 따른 대심도 조건에서 그라우트 재료의 적용 가능성을 정량적 및 가시적으로 도출하였으며, 고점도 MC 재료는 대심도 암반 절리면 차수 보강에 효과적일 것으로 예상된다.

석회암이 주 원료인 시멘트는 세계적으로 건설자재로 잘 활용해 왔으나, 토목건축 개발이 가속화 됨에 따라 석회암이 점차적으로 고갈이 될 것이다. 토목과 건축에 소요되는 주 재료인 시멘트는 현대에 사용량이 급증하고 있어서 미래에는 품질 좋은 석회암 자원의 고갈 또한 예상보다 이를 것이다. 그래서 축적된 기술력을 바탕으로 기존 자원이 시멘트를 대체할 건설자재로 사용이 가능하다면 고갈되어 가는 석회암 자원을 오랜 기간 동안 더 활용할 수 있을 것이다. 본 연구는 한국 지형의 면적에 표층으로 10% 가량을 형성하고 있는 황토를 건설자재로 일부 활용할 수 있는지를 판단하기 위해서 황토급결제를 개발하여 현장에 적용이 가능한지 여부를 실내시험을 통하여 증명하고자 한다.

본 연구는 산화칼슘 개질제로 제강슬래그를 사용하여 연약점토와 혼합 시 발생하는 화학적 성분의 변화가 수경성 및 양생시간에 따른 압축강도 발현 특성을 파악하고자 XRF시험과 SEM 촬영, 베인전단강도, 일축압축강도시험을 수행하였다. 제강슬래그로부터 용출되는 칼슘(Ca)은 점토 내 Ca 함량을 증가시키고, SiO₂ 및 Al₂O₃ 성분과의 화학적 반응으로 칼슘실리카게이트 수화물(CaO-SiO₂-H₂O) 반응으로 점토의 피막층이 형성되어 결정체 입자수를 증가시킨다. 따라서, 중량혼합비 Rss 30%(제강슬래그 30% + 점토 70%) 상태에서 초기 비활성영역의 베인전단강도는 4.4~18.4kN/m²로 나타났다. 활성영역의 경우 양생시간 480시간 경과 시 최대일축압축강도는 431.8kN/m²까지 증가되었으며, 이는 포졸란 반응에 의해 점토의 겉보기 점착(Attraction) 강도를 증가시킨다. 본 연구를 통해 토목현장에서 제강슬래그의 재활용을 위해 연약점토와 혼합 시 제강슬래그의 혼합율(Rss)에 따라 연약점토는 강도발현이 되므로 활용성을 높일 수 있다.

본 연구에서는 재활용 시 도로용이나 지반 보강재로 사용되는 전기로 제강슬래그의 입경별 중금속 용출 실험과 제강슬래그와 점토를 혼합한 혼합비별 공시체의 이온 용출을 실험하여 환경적 특성을 분석하였다. 폐기물 공정시험결과 시료 시험항목에서 중금속은 검출되지 않은 것으로 나타났으며, 물과 접하지 않은 제강슬래그의 경우 용출이 일어나지 않는 것을 알 수 있었으나, 제강슬래그의 중금속 용출 실험을 진행하여 ICP-OES 분석한 결과 일부 중금속이 검출되었다. 제강슬래그가 물과 반응하면 제강슬래그 내에 존재하는 Free CaO와 화학반응이 일어나 용출이 되는 것을 알 수 있었다. 제강슬래그의 입경별 용출 실험을 진행한 결과 가장 많은 용출이 일어난 알루미늄의 경우 입경이 작을수록 커지는 것으로 나타났으며, 제강슬래그와 점토를 혼합한 혼합토의 경우 제강슬래그의 함량이 증가할수록 알루미늄의 용출량은 증가하였다. 그러나 제강슬래그만을 사용했을 때보다 제강슬래그와 점토의 혼합토에서 용출되는 알루미늄의 양이 현저히 낮아졌으며, 다른 중금속들도 용출되는 양이 기준치 이하로 나타났다. 그러므로 제강슬래그와 점토의 혼합토를 재활용하여 도로용이나 성토용 재료로 사용 시 중금속의 용출에 대한 우려는 매우 낮아질 것으로 사료된다. 이러한 결과는 순수 제강슬래그만을 사용하는 것보다 제강슬래그와 점토를 혼합한 재료가 친환경적으로 지속가능하고 안전한 대안이 될 수 있다고 판단된다.