산업폐기물의 재활용은 정부가 적극적으로 권장하고 있다. 폐석회의 비중, 건조단위중량. 일축 압축강도, pH, 투수계수 등의 지반특성을 실내시험결과를 고찰함으로써 폐석회가 매립장에서 인공차수재 및 복토재로 사용 가능성을 평가한다. 폐석회를 몇가지 환경실험을 통해서 그 결과를 EPA기준과 비교하였다. 본 논문에서는 실내실험을 수행한 결과를 전술하였고, 실험결과 분석에 의하면 혼합토(폐석회/화강풍화토)가 위생매립장의 인공차수재로 가능성이 있다고 판단된다.
이 연구의 목적은 화학공장에서 부산물로 발생되는 폐석회를 활용하여 인공점토차수재를 개발하는데 있다. 폐석회의 경우에는 일축압축강도특성, 다짐특성. 투수특성 등에 많은 영향을 미치는 것으로 알려진 유기물을 다량 함유하고 있다. 이러한 폐석회의 지반공학적인 특성을 개량하여 EPA가 점토차수재로써 요구하는 특성을 만족시키기 위하여 특성이 다른 재료를 혼합하였다. 이러한 특성을 개량하기 위한 재료로는 한국의 어느 현장에서나 쉽게 구할 수 있는 화강풍화토를 사용하였다. 화강 풍화토에 제석회의 흔합비를 중가 시키며 각종 실내시험을 실시하였다. 각각의 혼합비에 따른 지반 공학적인 특성을 매립장에서 점토차수재로서 요구되는 설계기준과 비교하였다. 실내시첩의 결과에 의하면 폐석회의 혼합비가 20~30%인 시료가 폐기물 매립장의 차수재로서 적합함이 판명되었다.
오늘날 폐기물 매립장의 구조적 안정성문제는 국내.외적으로 중요한 문제로 대두되고 있으며, 특히, 사면의 차수체계에서의 안정성에 대한 논란이 사회적 문제로 대두되고 있다. 또한, 우리 나라는 주민들의 NIMBY 현상과 국토의 효율적 활용을 위하여, 폐기물 매립장을 해안매립지나 산간지방에 많이 건설하고 있다. 그러나, 이러한 경우 사면구배가 급해지고 토목섬유의 활용이 불가피해져 안정성에 많은 문제점을 내포하게 된다. 이 연구는 폐기물 매립장 사면의 안정성을 해석하기 위하여, 원심모형실험을 실시하였다. 또한, 이론식 및 사면안정 해석 프로그램을 이용하여 안전을 산정하였다. 이 연구에 사용한 토목섬유 점토차수재(GCLs)의 팽윤도는 침출수와 증류수의 투과수에 대하여 22~25%의 팽윤도를 보였으며, 투수계수는 투과수가 침출수일 경우, 1.47$\times$10-10cm/sec, 증류수일 경우, 8.75$\times$10-11cm/sec의 값을 나타내었다. 원심모형실험 결과, 토목섬유 점토차수재의 포화여부와 지오멤브레인(HDPE)의 표면거칠기에 따라 사면 안전율이 각각 변화함을 알 수 있었으며, 표면이 거친 지오멤브레인과 건조한 토목섬유 점토차수재를 사용하였을 때, 파괴가 발생되지 않아 사면안정성이 높은 것으로 평가되었다. 또한, 이론에 의해 도출된 사면의 안전율과 사면안정 해석프로그램에 의한 안전율 계산 시, 전자의 경우가 후자의 경우보다 작게 평가됨을 알 수 있다.
근래에 들어, 복합 라이너 시스템에서 점토차수재를 대신하여 GCL(Geosynthetic clay liner)의 사용이 급증하고 있다. 그러나, 과연 GCL의 수리학적 특성이 점토차수재와 대등하게 매립장 설계규준을 만족 시키는가의 여부는 오래동안 논란이 되어왔다. 실내시험 및 현장조사 결과 여러 가지 원인에 의해 GCL에 응력집중이나 비등방 분포 하중이 생길 때 국부적인 벤토나이트 유실로 팽윤된 GCL의 두께가 감소할 수 있음을 보여준다. 이 논문에서는 현장조사를 통하여 실내시험에서 얻어진 벤토나이트 유실을 확인하고 감소된 GCL 두께에 대한 수리학적 특성을 분석했다.
본 연구에서는 폐기물 매립지에서 점토차수재에 대한 폐기물 침출수의 영향에 대해 알아보고자 모래-벤토나이트 혼합토를 사용하여 인장시험, 비중계분석, 균열패턴 관찰을 실시하였다. 인장시험 결과, pH 9의 혼합수를 사용하여 다짐한 공시체의 인장강도는 pH 3, pH6의 혼합수로 다짐한 공시체의 인장강도보다 작게 나타났다. 다시 말해, 인장강도는 높은 pH에서 감소하며 이것은 pH가 증가할수록 면모화현상이 감소하기 때문이다. 또한 비중계분석에서는 pH가 증가할수록 토립자의 침강속도가 느려져 세립자의 함유량이 높게 나타났다. 이것은 pH가 증가함에 따라 점토 입자의 면모구조가 감소하기 때문이며 이러한 경향은 벤토나이트의 함유량이 증가할수록 더욱 뚜렷하게 나타났다. 균열패턴 관찰 결과에서도 pH의 영향을 확인할 수 있었다.
이 연구에서는 경제적인 매립장 설계를 위해 점토차수재를 순환토사와 벤토나이트-폴리머 혼합 차수재로 활용하는 방안을 연구하였다. 순환토사는 모래가 90.58%이고 세립분이 1.88%이며 입도가 불량한 모래질 흙인 SP를 사용하였다. 순환토사는 벤토나이트를 4%, 6%, 8% 혼합하여 투수실험을 한 후 해성점토에 벤토나이트를 2%, 3%, 4% 혼합한 시료와 비교하였다. 점토는 3%에서 투수기준을 만족하였으며, 순환토사는 8%에서 투수기준을 만족하였다. 폐기물 매립장의 차수기준에 맞는 시료를 만들기 위해 벤토나이트 혼합비가 4%인 시료를 대상으로 폴리머를 0.16%, 0.24%, 0.28% 혼합하여 투수시험을 하였다. 동일한 혼합비로 일축압축시험을 하여 시방기준에 만족하는지 확인하였다. 벤토나이트 혼합비가 증가할수록 투수계수와 일축압축강도는 감소하였다. 폴리머 혼합시 강도는 초기에 증가한 후 일정한 값을 유지하였다. 폴리머 혼합시 벤토나이트 혼합비를 50% 이상 감소시킬 수 있음을 확인하였다. 폐기물매립장 바닥차수재로서 순환토사-벤토나이트-폴리머 혼합시료는 벤토나이트 혼합비 4%, 폴리머 혼합비 0.28%에서 투수계수는 1.0×10-7cm/sec 이하, 일축압축강도는 500kPa 이상을 만족하여 폐기물매립장의 혼합차수재로 활용이 가능함을 확인하였다.
요지 국내 폐기물 매립장에서 캡 및 바닥차수재로서 이용이 기대되는 혼합차수재를 선정하여 이들의 재료 특성을 살펴보기 위하여 물리, 역학적시험을 실시하였다. 혼합차수재의 주재료로는 플라이애쉬와 화강토 그리고 첨가제로는 벤토나이트와 시멘트를 선정하였다. 본 차수재에 대한 시험결과 최대건조밀도는 서천 및 삼천포 플라이애쉬 혼합재의 경우 벤토나이트 함량이 5%와 25%인 지점을 전후로 하여 증가 감소하고 화강토 혼합재의 경우 벤토나이트의 함량이 증가함에 따라 증가하였다. 강도는 벤토나이트 첨가의 경우 증감현상이 뚜렷하지 않았지만 시멘트 첨가의 경우는 크게 증가하였다. 혼합차수재의 투수계수가 1$\times$10-7cm/sec가 되기 위한 벤토나이트의 첨가량은 서천 및 삼천포 플라이애쉬 그리고 화강토의 경우 각각 18, 30, 10%로나타났으며 주재료의 입도분포, 점토성분함유정도에 따라 첨가제의 필요 함량이 큰 차이가 있음을 알 수 있었다.
This paper deals with a case study on a unique slope failure in a liner system of a municipal solid waste containment facility during construction because the sliding interface is not the geomembrane/compacted low permeability soil liner (LPSL) but a soil/soil interface within the LPSL. From the case study, it is concluded that compaction of the LPSL should ensure that each lift is kneaded into the lower lift so a weak interface is not created in the LPSL, and the LPSL moisture content should be controlled so it does not exceed the specified value, .e.g., 3% - 4% wet of optimum, because it can lead to a weak interface in the LPSL. In addition, drainage materials should be placed over the geomembrane from the slope toe to the top to reduce the shear stresses applied to the weakest interface, and equipment should not move laterally across the slope if it is unsupported but along the slope while placing the cover soil from bottom to top.
폐기물 매립지에는 침출수가 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해 지오멤브레인, 점토차수재 및 토목섬유 점토 차수재(GCL) 등이 널리 사용된다. 매립지의 사면에 설치되는 GCL과 지오멤브레인 사이의 접촉(interface) 전단강도는 사면에 설치되는 차수 및 최종 덮개시설의 안전한 설계를 위해 꼭 필요한 물성치로서, 본 연구에서는 대형 직접전단 시험기를 사용하여 두 종류의 GCL과 지오멤브레인 사이의 접촉 전단강도를 측정하였다. 본 논문에서는 Mohr-Coulomb 파괴 포락선을 이용하여 전단강도를 평가하였으며, 연직하중, 수화 및 건조상태, 수화조건 등이 전단강도에 미치는 영향을 알아보았다. 분석 결과 연직하중이나 수화 상태가 전단 거동 및 전단 강도에 미치는 영향은 하중의 크기와 토목섬유의 종류에 따라 다르게 나타났다. 6kPa의 하중을 가한 상태에서 수화를 시킨 후 실시한 전단 시험 결과는 기존의 문헌에 제시된 결과와도 잘 일치하는 모습을 보였다. 마지막으로 연직하중 및 수화조건에 따른 마찰각을 제시하여 유사한 토목섬유가 적용되는 현장의 설계시 참고자료로 활용할 수 있도록 하였다.
가정 및 산업폐기물 등은 매년 급격한 증가 추세에 있으며, 이에 따라 쓰레기 매립지의 수요가 점점 늘어가는 실정이다. 그러나 매립지 건설은 차수층의 고비용으로 인하여 많은 문제점이 발생되고 있으며, 매립지에서 발생하는 침출수는 주변 토양 오염은 물론 지하수 오염 등 2차 오염의 원인이 되고 있다. 이에 본 연구는 매립지 후보지로 선정된 현지토를 주 재료로 사용하고 플라이애시, 벤토나이트, 시멘트를 혼합재료로 사용하여 차수재 조건($1{\times}10^{-7}cm/sec$ 이하)을 만족시킬 수 있는 적정 혼합비를 결정하고 매립지 차수재로서의 이용 가능성을 규명하는데 그 목적이 있다. 적정 혼합비를 산정하기 위하여 기본 물성 시험과 함께 다짐 시험, 압밀 시험 및 일축 압축 실험을 실시하였으며, 실험 결과 벤토나이트 혼합비의 증가에 따라 투수계수가 감소하고 있으나 플라이애시의 혼합비의 증가에 따라 투수계수는 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 이유는 각각 벤토나이트의 팽창에 의한 간극 충진과 플라이애시 입자의 모양이 구형이고, 점착성이 없어 간극을 충진하지 못하기 때문으로 판단된다. 결론적으로 벤토나이트의 함량비가 15% 이상일 때 매립지 차수재 조건을 만족하는 최적 투수계수인 것으로 나타났으며 플라이애시를 혼합하는 경우 벤토나이트를 15% 이상 첨가한 상태에서 플라이애시를 20% 이하로 대체할 경우 매립지 차수재 조건을 만족하여 그 적합성이 판명되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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