인산석고와 폐 EPS Beads를 혼합한 경량토의 공학적 특성 = Engineering Properties of the Lightweight Mixed Soil Using Phosphogypsum and Recycled EPS Beads

국문 초록 (Abstract)

비료생산과정에서 산업부산물로 발생되는 인산석고는 현재 여수에 있는 단일회사의 경우만 하더라도 연간 약 157만톤 이상이 발생하고, 현재 누적량은 약 2000만톤에 달하고 있다. 인산석고는 면적이 53만㎡이고 30m의 높이로 마치 하나의 산처럼 석고적치장에 야적되고 있으며, 인산석고의 매립을 위하여는 매립지 선정, 환경문제 등 많은 제약이 따르고 있어 처분이 어려운 실정이다. 또한 석고장 주변 침출수 누출로 인한 인근해역이 오염 가능성이 있어 하루빨리 인산석고에 대한 대책이 필요한 시점이다.
본 연구에서는 비료생산과정에서 발생하는 산업부산물인 인산석고와 폐 EPS 조각을 기존의 성토용 토사에 혼합하여 지반응력을 감소시킴으로써 공유수면 매립지내에서 지반의 침하, 활동파괴, 측방유동 등의 문제를 해결할 수 있는 경량혼합토를 개발하였다. 개발된 경량혼합토는 공유수면 매립지역에서 대량이용이 가능하다고 예상되는 도로 및 교대의 경량성토재료, 각종 뒤채움재로의 적용성을 평가하기 위하여 기본물성시험, 다짐시험, CBR시험, 전단강도시험 등 일련의 실내시험을 수행하였고 공학적 특성을 검토하였다.
실험결과 경량혼합토의 최대건조단위중량은 1.46~1.61g/㎤, 최적함수비는 21.91~24.23%로 일반 화강풍화토와 비교할 때 11~19.3%의 하중감소효과가 있으며 수정 CBR값은 10.4~18.4%로 국내 도로노상 및 뒤채움재에 대한 규정을 만족하는 것으로 나타났다. 또한 전단강도정수는 점착력 0.11~0.19㎏/㎠, 내부마찰각 35.4~37.2°로 각각 나타나 국내에서 일반적으로 사용되는 성토재료 및 뒤채움재 범위를 충족시키는 것으로 평가되어 실제 성토재료 및 뒤채움재로 연약지반에서 효과적으로 활용이 가능할 것으로 판단되었다.
본 연구를 통하여 개발된 인산석고 경량혼합토는 하중감소 효과가 있으면서도 전단강도와 지지력면에서 큰 문제가 없어서 도로 노상토 및 뒤채움재로 인산석고의 대량 재활용방안이 될 것으로 판단되며, 이러한 재활용방법은 부존자원의 보존 및 폐기물 처리비용절감, 지역사회의 환경보호에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 생각된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Phosphogypsum, a by-product from fertilizer manufacturing process, is produced more than about 1,570,000 tons a year from a chemical factory in Yeosu, reaching about 20 million tons of accumulation amount. The area of phosphogypsum is 530,000㎡ and it is piled up out in the open in 30m high like a mountain. It is difficult to dispose it because there are a lot of limitations for reclamation of phosphogypsum such as selection of reclaimed lands and environmental problems. It is high time to prepare countermeasures for phosphogypsum because the neighboring sea is exposed to serious contamination due to leakage of leachat around gypsum fields recently.
The current study developed light-weighted mixed soil that can solve problems related softsoil like subsidence, sliding and lateral displacement of ground. By reducing weihgt of reclaimed soil through mixing phosphogypsum and recycled EPS beads with the weathered granite soil. A series of geotechnical laboratory tests including physical index test, compaction test, CBR test, and direct shear test were performed and engineering properties were reviewed in order to assess applicability of the light-weighted mixed soil to light-weighted soil for roads and abutment and various back-filling materials at the reclaimation area.
Based on the laboratory test results, it was found that the maximum dry unit weight of the light-weighted soil ranges 1.46~1.61g/㎤ and the optimum water content ranges 21.91~24.23%, which means there was 11~19.3% weight decrease effect when comparing with general weathered granite soil. Also it was found that the corrected CBR value ranges 10.4~18.4% satisfying the domestic regulations on road subgrade and back-filling material. In addition, as for shear strength parameter, cohesion ranges 0.11~0.19㎏/㎠ and internal frictional angle ranges 35.4~37.2°, which are similar with those of general construction soil and back-filling material used in Korea. So it can be concluded that light-weighted mixed soil with phosphogypsum can be used effectively for soft reclaimation ground as actual filling material and back-filling material.
From the current study, it was found that light-weighted mixed soil with phosphogypsum has not only weight reduction effect, but also has no special problems in shear strength and bearing capacity. Therefore, it is expected that phosphogypsum can be recycled in bulk as road subgrade and back-filling material. It is deemed that this recycling method will greatly contribute to preservation of natural resources, cost reduction of waste material disposal and environmental protection of local community.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 = 1
• 1.1 연구배경 및 목적 = 1
• 1.2 경량혼합토의 국내외 연구동향 = 6
• 1.3 연구방법 = 7
• 제 2 장 인산석고 = 9
• 2.1 국내 인산석고의 발생 및 처리 현황 = 9
• 2.2 국외 인산석고의 발생 및 처리 현황 = 13
• 2.3 인산석고 활용 관련 법규 및 기준 검토 = 14
• 2.3.1 인산석고 재활용 법규 = 15
• 2.4 인산석고의 유효 활용 분야 = 16
• 2.5 인산석고의 활용을 위한 기존연구 = 19
• 2.6 인산석고의 환경적 영향에 관한 기존연구 = 21
• 제 3 장 경량성토공법 = 23
• 3.1 경량성토공법 = 23
• 3.1.1 EPS 블록 = 23
• 3.1.2 발포 beads 혼합경량토 = 24
• 3.1.3 기포몰탈 및 기포혼합토 = 24
• 3.1.4 기타 산업부산물 경량성토재 = 25
• 3.2 경량성토재의 재료특성 = 27
• 3.3 각종 경량성토공법의 특징 = 28
• 제 4 장 인산석고 경량혼합토의 공학적 특성 = 30
• 4.1 개요 = 30
• 4.2 혼합재료의 특성 = 30
• 4.2.1 화강풍화토 = 30
• 4.2.2 인산석고 = 32
• 4.2.3 발포폴리스티렌(EPS) = 35
• 4.3 인산석고 경량혼합토 시료제작 = 37
• 4.3.1 경량혼합토 배합조건 = 37
• 4.4 경량혼합토의 공학적 특성 분석 = 38
• 4.4.1 경량혼합토의 다짐특성 = 38
• 4.4.2 경량혼합토의 CBR특성 = 43
• 4.4.3 경량혼합토의 전단강도특성 = 46
• 4.4.4 경량혼합토의 투수특성 = 54
• 제 5 장 결론 = 56
• 참고문헌 = 57
• (Abstract) = 62
• 감사의글 = 64