1. 서 론
2. 그라우팅 공법 재료
2.1 그라우팅 공법 개요
2.2 아라미드 섬유
2.3 고로슬래그 미분말
3. 실내실험
3.1 그라우트재의 일축압축강도 실험
3.2 SEM 및 EDX 실험
3.3 환경성 평가
4. 실험결과
4.1 샌드겔 일축압축강도 시험 결과 분석
4.2 SEM 및 EDX 분석결과
4.3 환경성 평가 시험결과
5. 결 론
1. 서 론
그라우팅공법은 토목분야에서 주로 불안정한 사면의 보강이 목적이나 매립지역, 제방 또는 댐 등의 차수를 필요로 하는 곳, 구조물의 보수･보강, 연약지반 보강의 수단으로 개발되었다. 최근에는 지하철, 도로 및 공항, 단지조성, 고속철도, 항만, 발전소 등 수많은 대규모 국가 산업시설물 건설공사에서 사용되고 있다.
하지만 공사가 진행되는 동안 연약한 지반에 대한 안전대책 소홀로 비롯되는 인적 물적사고가 끊임없이 일어나고 있으며, 구조물이 완성된 후 발생되는 균열이나 기울어짐, 누수 등의 원인도 연약한 지반의 부등침하가 직접적인 원인인 경우가 많다. 이와 같이 그라우팅 공법은 연약지반의 보강 및 차수, 저수지와 댐 시공 등 지하수위저하 또는 상승과 진동으로 인하여 침하 및 부등침하에 피해를 받는 건물의 원상복구 및 지지력증대를 위해 사용되고 있다.
그라우팅공법과 같은 지반개량공법의 고결제로는 시멘트를 보편적으로 사용하고 있으나 시멘트 재료는 환경적인 문제를 일으킬 수 있다. 특히 시멘트 등의 물질은 취성재료로써 인장, 수평력에 취약한 특성을 가지고 있다. 이러한 문제를 보완하기 위하여 시멘트의 양을 줄이고 고로슬래그 미분말을 대체함으로써 지반환경에 대한 문제를 개선, 아라미드 섬유를 이용하여 인장, 수평력을 증대시키고 내진성능도 향상시킬 수 있는 그라우트재를 개발하고자 한다.
최근 국내에서는 고로슬래그 미분말을 사용한 콘크리트에 대한 연구가 진행되고 있으며, 사용하는 시멘트의 일정비율에 대해 고로슬래그 미분말을 치환하는 형태의 연구가 진행되고 있다. 국내의 고로슬래그 미분말에 관한 연구는 단순한 순환골재로의 활용이 연구의 주를 이루었다. 많은 연구자들이 경제성 측면에서 강점을 지닌 골재를 재활용하여 환경친화적인 모르타르의 개발에 초점을 맞추어 연구를 진행하였다.
또한 건설현장에서의 시공성과 물리적 특징을 분석하기 위해 고로슬래그 미분말의 치환률과 분말도에 연구의 초점이 맞춰져 있는 경우가 많았다. Han과 Kim(2009)등은 시멘트와 고로슬래그 미분말의 치환율에 따른 시험체의 압축강도 및 특성을 측정하였다. 그 결과 치환율이 높아질수록 유동성은 증가하고, 공기량은 소량 감소하는 것으로 나타났다. 강도는 재령 28일을 기준으로 초기에는 일반 시멘트에 비해 낮았으나, 이후에는 동등 이상의 강도를 발휘하는 것으로 나타났다. Choi(2013)는 고로슬래그 미분말과 알칼리 활성화제를 첨가하여 흙을 고결시키는 연구에 대하여 진행하였으며, 수산화칼슘, 수산화나트륨을 이용한 화학적 알칼리 활성화제와 굴패각, 미생물 알칼리 활성화제를 이용하여 일축압축강도 비교시험을 하였다. 그 결과, 고로슬래그와 미생물 알칼리 활성제를 이용하였을 때 내구성 및 경제성이 높은 친환경 고결제로 현장 적용 가능성이 있다고 하였다. Kim(2017)은 고로슬래그 미분말을 20%, 40%를 치환하였고, 탄소섬유를 사용하여 차수그라우트재를 개발하고자 하였다. 호모겔 일축압축강도 시험결과, 고로슬래그 미분말의 함유량이 증가할수록 일축압축강도는 감소하는 경향을 나타내었고, 탄소섬유의 함유에 따라 공시체의 일축압축강도는 증가하였다.
이처럼 고로슬래그 미분말을 사용한 연구는 콘크리트에서 순환골재의 대체자원으로 사용하는 연구가 지배적이었으나, 최근 고로슬래그 미분말을 고치환하는 연구가 활발히 진행되고 있는 추세이다. 하지만 현재 연구자들에 의한 결과가 각각 다르게 나타나고 있어 고로슬래그 미분말을 다량치환한 시멘트에 대한 연구는 지속적으로 진행되어야 할 것으로 판단된다. 한편 토목 구조물에 첨가제와 혼화제로 섬유를 활용한 보강공법 또한 국내･외로 연구가 이루어지고 있다.
콘크리트는 압축강도가 크고 내화성과 내구성이 우수하며 경제성, 시공성의 편리함 등으로 인하여 건축 및 토목구조물에 가장 많이 사용되는 구조재료 중 하나이지만, 콘크리트는 건조함에 따라 인장응력이 작용하여 건조 수축이 크고, 상대적으로 인장강도가 작으며, 취성파괴가 일어나는 단점을 가지고 있다. Yang(2017)은 아라미드 섬유를 0.0, 0.5, 1.0, 1.5%를 활용하여 호모겔의 일축압축강도 특성을 확인하였다. 시험결과, 아라미드 섬유의 함유율이 높을수록, 아라미드 섬유를 분산시키는 표면유제처리율이 높을수록 일축압축강도가 증가함을 확인하였다.
Shah와 Rangan(1971)는 시멘트에 강섬유를 혼합하여 인장강도와 휨강도를 측정하였다. 그 결과 휨강도는 20배가 증가하고 인장강도는 2배가 증가한 것을 확인할 수 있었다.
이처럼 섬유를 보강한 재료는 내충격성능, 균열제어성능, 휨･인장성능, 전단성능, 압축성능 등에서 우수한 특성을 가지고 있어 시멘트의 단점을 보완하고 구조물의 유지보수 및 보강에 있어 높은 활용가능성을 지니고 있다.
섬유 보강 시멘트의 혼입률에 관한 연구는 사용된 섬유의 종류에 따라 다양하였으나 대부분의 경우 섬유보강재는 국내 순환골재 자원사용기준인 1.0%의 비율내외로 사용하고 있었다. 섬유보강재의 비율이 1.0%를 초과할 경우 친수성인 섬유의 특성 때문에 유동성이 급격히 저하되어 뭉침현상 등으로 인한 품질관리에 어려움이 발생하였다.
따라서 본 연구에서는 아라미드 섬유를 시멘트의 무게대비 0.5%와 1.0%를 사용하여 보강그라우트 재료를 개발하고자 하였으며, 추후 폐천막, 헌 옷 등의 재활용자원을 활용하여 경제성 및 일반폐기물의 재활용률을 높이고자 한다.
2. 그라우팅 공법 재료
2.1 그라우팅 공법 개요
그라우팅공법은 지반 개량, 용수방지, 안전성 증가를 위하여 현탁액상의 시멘트 물질을 일정 압력상태에서 지반 내에 주입하여 지반의 성질을 개선하는 것이다. 액상 주입재는 주입 후 시간경과에 따라 양생되면서 강도와 강성이 증가한다. 주입재 구성물질의 다양한 성질에 따라 양생에 따른 강도와 강성의 발현정도가 다르게 나타나며, 소정의 목적에 따라 다른 성질의 시멘트 주입재를 사용한다.
주입에 의한 지반의 성질개선 범위는 크게 4가지로 정리할 수 있으며, 이는 지반의 차수, 투수능의 저감, 지반 변형의 감소, 지반 강도의 증가이다. 주입재는 재료특성(입경, 입도, 비중, 분말도, 투수계수, 구성 재료의 종류, 배합비 등)에 따라 성질(유동성, 침투성, 강도, 강성)이 변화하여 침투효과와 보강효과가 극명하게 차이가 난다. 본 시험에서는 향후 지반공학적 지지력부족과 침하가 발생하는 개소에 도움이 되고자 아라미드섬유와 고로슬래그 미분말을 그라우재의 주재료로하여 그 성능을 시험 및 분석하였다.
2.2 아라미드 섬유
아라미드 섬유는 1965년에 유리섬유의 강도와 석면의 내열성을 갖는 섬유를 목표로 개발에 성공한 방향족 고분자를 원료로 한 합성섬유이며, 지방족 폴리아미드(aliphatic polyamide)의 Nylon과 대별되는 대표적인 용어이다. 아라미드의 종류로써 크게 결합된 방향족환의 결합단위에 의해서 파라계와 메타계 아라미드로 구분된다. 메타계는 고온에 내열성이 우수하고, 파라계 아라미드는 고탄성 및 고강도의 특징을 갖는다. 특히, 파라계 아라미드는 탄성율이 500∼1,000g/denier 정도로 탄성율이 좋으며, 인장강도 또한, 20g/denier 이상을 가지고 있다. 또한, 분해온도가 400°C이상, -160°C이하에서도 섬유의 특성을 유지할 수 있어 내한･내열성 및 우수한 내구성을 가지고 있다. 아라미드 섬유는 다른 유기섬유와 다른 특성을 가지고 있고 가격대비 우수한 성능을 유지할 수 있어 최초의 산업화 이후, 부직포 및 원사를 비롯하여 직물 등의 형태로 방탄방호용과 로프, 각종 복합재료, 케이블 등 다양한 관련 산업분야에서 사용이 확대되고 있는 고부가가치 소재이다.
Fig. 1은 실험에 사용된 아라미드 섬유이다.
2.3 고로슬래그 미분말
고로슬래그 미분말은 잠재수경성을 갖고 있고, 그 자체의 경화성질은 미약하지만 포틀랜드시멘트와 혼합할 경우 수산화칼슘이나 황산염의 작용에 의해 경화가 촉진되어 포틀랜드시멘트에서 얻을 수 없는 특성을 얻을 수 있다.
수화발열 속도의 저감 및 콘크리트의 온도상승 억제 효과, 장기 강도의 향상, 수밀성의 향상, 염화물 이온 침투 억제에 의한 철근 부식 억제 효과, 황산염 등에 의한 화학저항성의 향상, 알칼리 반응의 억제 효과, 유동성의 향상 등 이와 같은 특성을 갖는 고로슬래그 미분말은 혼화재료로서 사용함에 따라 목적에 맞는 콘크리트의 특성을 얻을 수 있다. 국내에서는 고로슬래그 미분말은 현재 고로시멘트로서의 사용이 대부분이지만, 고로슬래그미분말의 뛰어난 특성을 더욱 효율적으로 사용할 필요가 있으며, 고로슬래그 미분말의 규격화 및 콘크리트용 혼화재로서의 활용이 요구되고 있다.
3. 실내실험
3.1 그라우트재의 일축압축강도 실험
본 연구에서 측정하고자 하는 샌드겔 공시체는 흙 시료 80%와 주입재료 20%를 사용하여 흙 시료 공시체의 일축압축강도를 측정함으로서 지반개량재료에 대한 평가를 수행하기 위한 시험이다. 샌드겔은 규산소다 3호와 물 배합을 하면 공시체가 성형되지 않고 규산소다 3호 자체가 지반의 강도를 낮추기 때문에 본 배합비에서는 제외를 하였다. 아라미드 섬유 혼입율이 증가할수록 공시체 내에 섬유인자들이 시멘트와 결합하여 섬유 인자들이 실철근과 같은 역할을 하여 공시체의 전단파괴에 대한 저항성을 높여줄 것으로 기대하였으며, 표면유제처리율의 증가에 따라 아라미드 섬유의 분산 능력이 향상되어 공시체 배합비 교반시 섬유의 뭉침현상을 방지하여 균열 제어에 효과적일 것으로 기대하였다(Nam et al., 2014).
Soil는 풍화토를 사용하였으며, C는 시멘트(Cement), B는 고로슬래그 미분말(Blast furnace slag powder), Ca(OH)2는 수산화칼슘, W는 물(Water), A는 아라미드 섬유(Aramid fiber), O는 표면유제처리율(Oiling agent)를 나타내었다.
Table 1은 샌드겔의 일축압축강도 측정을 위한 주입재의 배합비이다. 고로슬래그 미분말과 수산화칼슘을 1:1로 조제한 후 시멘트와 물을 같이 섞어 B liquid 용액을 만들고, 표면유제처리한 아라미드섬유와 풍화토를 첨가해 배합한다. 아라미드 섬유는 표면 유제처리비율을 0.7과 1.2%로 구분하여 섬유의 표면 특성을 개선하여 분산율을 달리하였다.
Table 1. Mixing ratio of grout materials for uniaxial compression strength measurement
| A | B liquid | C | ||||
| Soil (g) | C (g) | B (g) | Ca(OH)2 (g) | W (g) | O | A (g) |
| 305 | 70 (100%) | 0 (0%) | 0 | 50 | 0.7% | 0% |
| 49 (70%) | 21 (30%) | 21 | 29 | 1.2% | 0.55 (0.5%) | |
| 28 (40%) | 42 (60%) | 42 | 8 | 1.1 (1%) | ||
본 연구에서 사용된 몰드의 크기는 5cm(D)와 10cm(H)의 원형몰드로서 직경 대 높이의 비율이 1:2로 제작하였다. 실험몰드는 주철로 제작되었으며, 탈거 과정에서 공시체의 변형을 최소화 하기 위하여 용기 안쪽에 윤화제를 얇게 도포하였다.
준비된 몰드에 배합비에 따라 주입재를 혼합하여 성형하였다. 준비된 몰드에 주입재를 넣고, 24시간 후 공시체를 탈형하여 기중양생을 통해 3일, 7일, 14일, 28일까지 공시체를 각각 3개씩 재령하여 평균값을 평가하였다.
Fig. 2(a)∼(d)는 샌드겔 공시체 제작부터 시험까지의 과정이다.
3.2 SEM 및 EDX 실험
본 연구에서 SEM(Scanning Electron Microscope) 및 EDX(Energy Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometer) 분석을 위한 장비로 사용한 전자현미경은 Fig. 3과 같이 Electron Microscope이다. SEM은 전자선이 시료면 위를 주사하여 발생하는 반사전자나 이차전자를 검출해 대상시료를 관측하는 방법이다. 이를 통하여 흙의 입자와 입자사이의 구조를 확인할 수 있으며, 무처리 시료와 아라미드 섬유가 포함된 흙 입자 구조를 비교분석하기 위하여 분석하였다. EDX는 원시료를 적당한 시약으로 처리한 후 자외선으로 조사해 얻은 형광강도로 미량원소 함유량을 판정하는 방법이다. 이를 통하여 흙 입자표면에 나타나는 원소를 파악할 수 있으며, 흙 입자의 화학적 상태를 확인할 수 있다.
3.3 환경성 평가
그라우트재의 독성배출 문제로 알칼리(pH)와 중금속(Cr6+) 성분 등 환경유해성에 대한 관심이 커지고 있지만 그라우트재에 대한 국내의 용출시험방법은 현재까지 정립되어 있지 않은 실정이다. 대부분의 중금속 용출시험방법은 매립지 폐기물에 대해 규정하고 있으며, 국내에서는 폐기물이 지정폐기물에 해당되는지 여부를 판단하기 위한 방법으로 폐기물공정시험방법(Korea standard leaching procedure, KSLP)을 준용하거나 콘크리트의 알칼리(pH) 및 중금속 용출시험방법으로 각기 다른 시험법을 적용하여 분석하고 있어 용출 결과가 상이하게 나타날 수 있다.
3.3.1 중금속 용출시험
표준용출시험법인 폐기물 공정시험방법에 의한 용출시험에 의거하여 실시하였다. 대상시료는 고형화물이므로 적당량 채취 후 2mm체에 통과할 수 있을 정도로 파쇄 하였고, 이후 시료의 전처리는 시료의 조제방법에 따라 조제한 시료 100g이상을 정밀히 달아 정제수에 염산을 넣어 pH를 5.8∼6.3으로 한 용매(ml)를 1 : 10(W:V)의 비율로 200ml 삼각플라스크에 넣어 혼합한다.
시료의 조제가 끝난 혼합액을 상온, 상압에서 진탕횟수 매분당 약 200회 진폭이 약 4∼5cm의 진탕기를 사용하여 6시간 연속 진탕한 다음 1.0㎛의 유시섬유 여지로 여과하고 여과액을 전처리하여 중금속 검출 시험을 한다.
3.3.2 pH시험
중금속 용출시험과 마찬가지로 공시체 내부에 존재하는 아라미드 섬유는 pH와 무관할 것으로 판단하여 고로슬래그 미분말의 함량에 따라 분석하고자 하였다. 따라서 배합비 C:B 100:0, 70:30, 40:60%에 대하여 분석하였으며, 그라우트재가 차수 및 지반보강의 목적으로 사용 될 경우 지하수에 위해 배출되는 용출수에 대한 오염정도를 측정하고자 하였다.
공시체에 대한 pH 분석은 Table 2와 같이 30분간 수침시킨 후 초기, 0.5, 1, 3, 6, 12, 24, 48시간 동안 pH를 측정하였다.
Table 2. pH test method
| Classification | Waste process test method |
| Specimen | 10 g |
| Distilled water | 25 ml |
| Liquid solid ratio (LS ratio) | 2.5 |
| Water soak time | 30 minute |
4. 실험결과
4.1 샌드겔 일축압축강도 시험 결과 분석
Fig. 4(a)와 같이 무처리에서 C:B 100:0, 70:30, 40:60%일 때 시간경과에 따른 일축압축강도 분석결과, 3일 강도에서는 C:B 100:0%의 경우 3.35MPa로 가장 낮게 나타났으며, C:B가 40:60%일 때 3.86MPa로 가장 높게 나타났다. 28일 강도에서도 C:B 100:0%의 경우 4.91MPa로 가장 낮게 나타났으며, C:B가 40:60%일 때 6.71MPa로 가장 높게 나타났다.
Fig. 4(b)∼(e) 또한 재령 3일강도, 28일강도 모두 C:B 100:0에서 가장 낮은 강도를 보이며 C:B 40:60%에서 강도가 가장 높게 나타났다.
Fig. 5(a)와 같이 표면유제처리(0.7, 1.2%)와 아라미드 섬유(0.0, 0.5, 1.0%)일 때 시간경과에 따른 C:B 100:0%의 일축압축강도 분석결과, 3일 강도에서는 무처리에서 3.35 MPa로 가장 낮게 나타났으며, O:A가 1.2:1.0%일 때 4.43 MPa로 가장 높게 나타났다. 28일 강도에서는 무처리에서 4.91MPa로 가장 낮게 나타났으며, O:A가 1.2:1.0%일 때 6.5MPa로 가장 높게 나타났다.
Fig. 5(b),(c) 또한 아라미드 섬유의 양이 0.5% 증가할수록 3, 7, 14, 28일 모두 일축압축강도가 높은 것으로 나타났는데 이는 공시체의 흙과 섬유간의 부착성이 좋기 때문에 축하중에 의한 응력을 공시체 내부에서 저항하기 때문인 것으로 판단된다. 또한, 표면유제처리 비율이 0.5% 증가할수록 3, 7, 14, 28일 모두 일축압축강도가 높은 것으로 나타났는데 이는 표면유제처리를 통해서 아라미드 섬유의 분산능력이 높아져 섬유가 공시체에 골고루 배합됨에 따라 일축압축강도가 증가된 것으로 판단된다. 또한, Table 3과 같이 각 시료의 단위중량을 측정한 결과, 고로슬래그 미분말이 높게 함유될수록 공시체의 단위중량이 증가됨을 확인하였다.
Table 3. Uniaxial Compression Strength test result of Sand-gel
Table 3는 샌드겔의 일축압축강도 시험결과이다.
4.2 SEM 및 EDX 분석결과
4.2.1 SEM 분석결과
SEM 시험은 섬유 보강재 특성에 따라 그라우트재 내에서 아라미드 섬유와 시멘트, 고로슬래그 미분말의 결합에 대한 메커니즘을 파악하기 위한 시험으로 일축압축강도 측정 시 파괴된 재료 시편을 사용하였으며, C:B 100:0%의 섬유보강이 되지 않은 무처리 시료와 C:B 100:0%의 아라미드 섬유 1.0% 배합된 시료를 분석하였다.
SEM 전자현미경으로 그림 Fig. 6(a)는 C:B 100:0%의 섬유보강이 되지 않은 시료를 채취하여 250배율로 샘플시료를 사진촬영 하였고, Fig. 6(b)는 채취된 샘플시료의 겉표면을 500배율로 확인하였다. 공시체의 표면에 여러 알갱이들이 쌓여 있는 것을 확인할 수 있었는데, 이는 시멘트의 부스러기로 확인되었다.
C:B 100:0%의 아라미드 섬유 1%가 포함된 채취 샘플시료를 SEM으로 분석한 결과 Fig. 6(a)와 (b)는 채취된 샘플시료의 겉표면을 250배율, 500배율로 확인하였다. Fig. 7에서 보는바와 같이 아라미드 섬유가 그라우트재에 결합되어 있는 형상으로 굳어진 공시체가 아라미드 섬유와 일체거동을 하므로 공시체의 전단파괴 시 공시체 내에서 섬유 인자들이 실철근과 같은 역할을 하여 전단파괴면에서 저항하는 역할을 하므로 압축강도가 증가되도록 영향을 미치게 된다. 철근콘크리트와 같이 섬유보강으로 인해 내구성 증대가 이루어질 것으로 판단된다.
4.2.2 EDX 분석결과
일축압축강도 측정 후 파쇄된 시료에서 채취하여 EDX 분석을 수행하였고 채취위치에 따라 결과 값이 상이하므로 1개의 일축압축강도 시료에서 3개소에서 채취하여 경향의 일관성을 검수하였다.
EDX 분석 결과, 본 배합비의 주요 구성요소는 O(산소)와 C(탄소), Ca(칼슘), Si(규소)로 나타났다. 또한, 함유율 10% 미만 중에 Al(알루미늄), Mg(마그네슘), Na(나트륨) 등의 원소는 시멘트와 고로슬래그 미분말에서 나타나는 원소임을 확인하였다.
Table 4∼6에서 보는바와 같이 고로슬래그 미분말의 양이 증가함에 따라 Si 및 Ca가 증가한 것으로 나타났는데 이는 시멘트와 고로슬래그 미분말이 유사한 광물로 구성되어 있으므로 비표면적이 큰 고로슬래그 미분말 함유량이 증가함에 따라 Si 및 Ca가 증가한 것으로 판단된다.
Table 4. EDX analysis results for C:B (100 : 0%)
| Sample | Graph |
an element containing | |
|
C:B (100:0) |  | Mineral |
An element containing (%) |
| O | 54.26 | ||
| C | 17.26 | ||
| Ca | 14.37 | ||
| Si | 13.40 | ||
Table 5. EDX analysis results for C:B (70 : 30%)
| Sample | Graph |
an element containing | |
|
C:B (70:30) |  | Mineral |
An element containing (%) |
| O | 45.58 | ||
| Si | 16.36 | ||
| Ca | 16.10 | ||
| C | 15.06 | ||
Table 6. EDX analysis results for C:B (40 : 60%)
| Sample | Graph |
an element containing | |
|
C:B (40:60) |  | Mineral |
An element containing (%) |
| O | 41.63 | ||
| Ca | 19.89 | ||
| Si | 17.27 | ||
| C | 13.63 | ||
4.3 환경성 평가 시험결과
4.3.1 용출시험 결과 분석
중금속 용출특성을 분석하고 평가하는 국내의 용출시험방법은 대부분 폐기물공정시험방법을 따르고 있다. 국내에서 용출시료와 용출용매의 비율인 액고비(Liquid Solid Ratio, LSR)는 보통 10을 사용하고 있으며, 용출시간이 짧은 6시간을 규정하고 있다.
중금속 용출 시험결과는 Table 7과 같다.
Table 7. Heavy metal leaching test results
| Classification | Heavy metal of leaching (mg/ℓ ) |
| Cr6+ | |
| Standard | 1.500 |
| C:B 100 : 0% | 0.467 |
| C:B 70 : 30% | 0.285 |
| C:B 40 : 60% | 0.092 |
중금속 용출시험 결과, C:B 100:0에서는 0.467mg/ℓ로 C:B 40:60%에서는 0.092mg/ℓ로 나타났다. 또한, 고로슬래그 미분말이 30% 증가함에 따라 약 50%의 6가크롬이 감소하는 경향이 나타났는데 이는 포틀랜드 시멘트와 고로슬래그 미분말의 수화반응을 통한 중금속 성분이 화학적인 결합으로 고정화되어 상대적으로 미미하게 용출되는 것으로 판단된다. 기존 LW공법의 경우 중금속 용출시험방법은 상이하나 Oh(2015)의 결과에 의하면 LW공법은 0.662mg/ℓ로 나타나 기존 공법에 비해 중금속 용출이 낮은 것으로 확인되었다.
6가크롬의 중금속 용출햠량은 유해물질 용출기준으로 폐기물 관리법에서 규정하고 있는 중금속 용출함량 기준 1.5mg/ℓ 이하의 극소량으로 용출됨에 따라 환경유해성에 미치는 영향이 낮게 나타남을 확인하였다.
4.3.2 pH시험 결과 분석
용출시료의 알칼리(pH) 용출특성 경향을 Table 8과 Fig. 8에 나타내었다.
Table 8. pH Leaching test results
C:B 100:0%에서의 pH 용출시험 결과, 48시간 후 10.38로 나타났으며, C:B 70:30%에서는 10.89, C:B 40:60%에서는 11.31로 고로슬래그 미분말 30%가 증가할수록 pH는 0.5씩 증가하는 경향을 나타내었다. 이는 고로슬래그 미분말의 입경이 작아 비표면적이 커짐에 따라 용출되는 pH가 증가되었을 것으로 판단되며, 추후 환경적인 부분을 고려하여 가소화재를 사용함으로써 차수 그라우트재의 수중불분리를 통해 pH 상승 억제 및 중금속 용탈을 감소시켜야 할 것으로 판단된다.
5. 결 론
본 연구에서는 재활용 자원인 섬유 파쇄제의 아라미드 섬유 및 고로슬래그 미분말, 시멘트 혼합으로 우수한 압축강도를 지니는 보강 그라우트재를 개발하고자 하였다. 상기 배합재료의 배합비를 통해 그라우트재의 샌드겔 일축압축강도(3, 7, 14, 28일) 시험을 수행하였으며, 배합재료에 따른 SEM 및 EDX 분석, 환경성평가를 수행하여 개발하고자 하는 그라우트재의 역학적인 기초 성능을 평가하고 검증하였다. 이상의 연구 내용을 통한 결론은 다음과 같다.
(1) 샌드겔 일축압축강도를 측정한 결과, 3일강도, 28일강도 모두 C:B 40:60%에서 가장 높게 나타났다. 또한, 아라미드 섬유 1% 첨가 시 일축압축강도는 약 1.3배 정도 강도가 증가하여 아라미드 섬유가 샌드겔 내에서 보강재 역할을 하여 내구성이 증가된 것임을 알 수 있다.
(2) SEM 분석결과, 아라미드 섬유가 그라우트재내에서 일체거동을 하므로 강도증가가 충분히 이루어진 것으로 확인되었다. 또한, EDX 분석결과, 고로슬래그 양이 증가할수록 Si 및 Ca가 증가하였는데, 이는 비표면적이 큰 고로슬래그 미분말의 양이 증가하여 나타는 결과로 확인되었다.
(3) 환경성 평가를 위한 용출 시험결과, 6가크롬은 고로슬래그 미분말이 30% 증가할수록 중금속 용출은 약 50% 감소하였다. 이는 시멘트와 고로슬래그 미분말의 수화반응을 통한 중금속 성분이 화학적 결합으로 고정되었기 때문으로 판단된다.
(4) pH 용출시험결과, 고로슬래그 미분말이 30% 증가할수록 pH는 약 0.5 증가하는 경향을 나타났는데 이는 고로슬래그 미분말의 입경이 작아 비표면적이 커짐에 따라 용출되는 pH가 높아진 것으로 판단된다. 향후 현장여건에 따른 수중불분리재를 사용함에 있어 pH에 대한 환경성은 보완이 필요할 것으로 판단된다.
