전기전도도 기반 혼합토 내 소듐 벤토나이트 함량 추정 및 영향인자 분석 = - Estimation of Sodium Bentonite Content in Soil?Bentonite Mixtures and Analysis of Influencing Factors Based on Electrical Conductivity -

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 소듐 벤토나이트 슬러리의 전기전도도 거동을 정량적으로 규명하고, 전기전도도 측정값을 활용하여 벤토나이트 함량을 역산할 수 있는 실용적 산정 기법을 구축하는 것을 목표로 수행되었다. 이를 위해 벤토나이트 함량, 벤토나이트와 혼합되는 용액의 전기전도도, 온도, 교반 시간의 네 가지 변수를 독립적으로 설정하고, 변수 변화에 따른 전기전도도–함량 관계의 특성을 체계적으로 분석하였다. 실험 결과, 벤토나이트 함량 증가에 따라 전기전도도는 상승하였으나 증가율이 점진적으로 감소하는 비선형적 거동을 나타냈다. 이는 Na⁺ 농도 증가가 전도도 상승을 유도하는 동시에, 높은 농도 영역에서 이온 간 상호작용 강화와 점성 증가로 인해 이동도가 저하되는 효과가 함께 작용한 결과로 해석된다. 전기전도도는 온도 상승 시 이동도 증가로 인해 상승하였으며, 도출된 온도보정계수 α 는 함량 의존적 비선형 변화를 보여 전기전도도의 온도 민감도가 농도 및 이동도 상호작용에 의해 결정됨을 확인하였다. 혼합 용액의 전기전도도는 저함량 구간에서 전기전도도– 함량 관계의 기울기 차이를 크게 유도하였고, 전도도 변화의 민감도를 결정하는 주요 인자로 작용하였다. 교반 시간은 이온 용출 및 확산 과정을 반영하므로, 회귀곡선 구축 시 적용된 교반 조건과 실제 혼합 조건이 일치할 때 가장 높은 함량 예측 정확도가 확보되었다. 구축된 비선형 회귀모델은 R² 0.99 이상의 높은 적합도를 확보하였으며, 다양한 변수 조건에서도 전기전도도 기반 벤토나이트 함량 산정법의 신뢰성을 입증하였다. 본 연구는 전기전도도 측정이 기존 메틸렌 블루 시험 대비 신속성과 재현성이 우수하며, 차수재 품질관리 및 현장 적용 과정에서 실용적 대안으로 활용될 수 있음을 제시한다.

목차 (Table of Contents)

• 국문 초록 i
• 목 차 iii
• 표 목 차 iv
• 그 림 목 차 v
• 제 1 장 서 론 1
• 1.1. 연구 배경 1
• 1.1.1. 벤토나이트의 광물학적 특성과 공학적 활용 1
• 1.1.2. 메틸렌 블루 시험법의 적용 및 한계 3
• 1.2. 연구 동향 5
• 1.3. 연구 목적 8
• 제 2 장 실험 재료와 실험 절차 9
• 2.1. 실험 재료 9
• 2.2. 실험 절차 14
• 2.2.1. 벤토나이트 함량에 따른 전기전도도 측정 15
• 2.2.2. 슬러리 온도에 따른 전기전도도 측정 17
• 2.2.3. 혼합 용액 및 교반 시간에 따른 전기전도도 측정 18
• 2.2.4. 혼합토 슬러리 전기전도도 측정 19
• 제 3 장 결과 및 분석 21
• 3.1. 벤토나이트 함량에 따른 전기전도도 특성 21
• 3.2. 온도 변화에 따른 전기전도도 특성 33
• 3.3. 혼합 용액 전기전도도 및 교반 시간에 따른 전기전도도 변화 특성 42
• 3.4. 혼합토 슬러리의 전기전도도 기반 벤토나이트 함량 예측 47
• 제 4 장 결론 56