골재부산물을 재활용한 비탈면 녹화용 토양재 개발 = Development of soil materials for slope revegetation using byproduct aggregates from quarries

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 골재부산물 재활용의 한 방법으로 골재부산물을 비탈면 녹화용 토양재로 개발하는 것을 목적으로 수행되었다.
연구목적에 접근하기 위해 골재부산물에 대한 물리?화학 및 광물학적 분석, 녹화용 토양재로의 개량 실험, 모의경사시험구를 통한 사전 검증과 2차에 걸친 현장시험시공 및 사후 모니터링의 과정을 거쳤다.
골재부산물은 주로 미사질의 고운 입자로 구성되어 있어서 골재부산물 단독으로는 식생기반재로 기능할 수 없는 특성을 가지고 있었다. 따라서 비탈면 녹화를 위한 토양재로 만들기 위해서는 적당한 유기물질과 무기물질을 혼합해 주어야 했다. 여러 개량방법 중 골재부산물에 퇴비, 코코피트, 피트모스, 마사토, 인산석고를 부피기준으로 각각 10%씩 혼합해 준 토양재의 물성이 식생기반재로서 가장 좋은 특성을 가지는 것으로 나타났다.
이렇게 도출된 골재부산물 토양재는 모의경사시험구를 이용한 예비실험을 통해 초기 투입종자의 생존과 활착 및 녹화 성적이 녹생토 보다 양호하였으며, 토양경도 값이 녹생토에 비해 식물의 뿌리발달에 더 유리한 것으로 조사되었다. 또한 pH는 6.36 ∼ 6.57의 범위로 녹생토의 8.29 보다 식물 생육에 적합하였으며, 유기물과 총질소 및 유효인산함량 등 양분상태도 양호하였다. 하지만 골재부산물 토양재를 구성하는 주요 토양 입자들이 작고 점착력이 약하다는 단점을 가지고 있었다.
1차 시험시공과 이후의 모니터링을 통해 골재부산물 토양재의 특성이 녹생토 보다 식물 생육에 양호한 pH와 양분 조건을 가지고 있었으며, 골재부산물 토양재와 하이드로씨딩 공법을 병행하게 되면 내침식성을 향상시킴과 동시에 종다양성과 녹화율 모두에 효과적이라는 사실을 확인할 수 있었다.
또한 경제성을 고려하여 골재부산물에 녹생토와 코코피트만을 이용해 토양재를 만들었을 경우에는 골재부산물 비중이 증가할수록 EC, 암모니아태 질소 농도, 질산태 질소 농도, 유효인산 함량 등은 소폭으로 감소하였으나, 시공성은 향상되었으며, 시공 시간도 녹생토와 차이가 없다는 결론을 얻을 수 있었다.
결론적으로 골재부산물은 단순한 산업폐기물이 아니라 비탈면 식생복원용 토양재의 소재로 재활용될 수 있음을 확인하였다. 본 연구결과는 골재부산물 토양재를 이용한 새로운 녹화공법으로 발전할 수 있을 것으로 사료된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study was carried out to develop soil materials for slope revegetation using byproduct aggregates from quarries. To approach to the study objectives, the physical, chemical and mineralogical properties of byproduct aggregates were analysed, several organic and inorganic materials for the improvement of byproduct aggregates properties were examined, the preliminary tests using the runoff pans were performed, and the field feasibility tests were installed.
As a result of the byproduct aggregate analysis, these materials were composed with mainly fine and even silty particles. So they cannot be utilized as soil materials for slope revegetation without any pre-treatment. Among many improvement trials, the method that the byproduct aggregates were mixed with 10% compost, 10% cocopeat, 10% peatmoss, 10% coarse sand and 10% gypsum phosphate in volume was best.
The runoff pan experiment showed that the soil materials designed as said were appropriate as revegetation media. Because the survival and growth of the initial input plant seeds on the designed soil materials were more excellent than those of Noksaengto and the soil hardness on the desi후ed soil materials was more favorable for plant root growth.
The pH of these soil materials ranged from 6.36 to 6.57. The organic matter, total nitrogen and available phosphate content were proper to plant growth. But these materials had some weakness, the fine particle size and low stickiness unfavorable as properties for slope revegetation soil materials. So these materials were susceptible to surface erosion.
The first field feasibility test and monitoring verified the results of the runoff pan experiment. Like the preliminary test, the byproduct aggregate soil materials served better conditions for plant growth. So the biodiversity of plants and the visual coverage of vegetation on the designed soil materials were higher than those of Noksaengto. And the erosion susceptibility of these soil could be overcome by running parallel with a hydro-seeding measure.
Meanwhile to enhance the cost efficiency, byproduct aggregate soil materials were made only with Noksaengto and cocopeat. As the proportion of byproduct aggregates increased, the value of EC, ammonium and nitrate nitrogen concentration, and avalilable phosphate content decreased slightly. But the installation efficiency was improved and the installation time was as fast as Noksaengto.
In conclusion, byproduct aggregates were not simple industrial wastes but renewable resources for the slope revegetation soil materials.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 = 1
• Ⅱ. 연구배경 = 3
• 1. 골재부산물 개요 = 3
• 2. 골재부산물 활용에 대한 연구 = 7
• 3. 비탈면 녹화기술 = 9
• Ⅲ. 재료 및 방법 = 14
• 1. 골재부산물 물성 분석 = 14
• 1.1. 시료채취 = 14
• 1.2. 시료분석 = 17
• 1.2.1. 물리성 분석 = 17
• 1.2.2. 화학성 분석 = 19
• 1.2.3. 광물 조성 분석 = 20
• 2. 골재부산물의 개량 = 20
• 3. 모의경사시험구를 이용한 예비실험 = 22
• 3.1. 1차 모의경사시험구 실험 = 22
• 3.2. 2차 모의경사시험구 실험 = 26
• 4. 현장시험시공 = 28
• 4.1. 1차 현장시험시공 = 28
• 4.2. 2차 현장시험시공 = 32
• Ⅳ. 결과 및 고찰 = 35
• 1. 골재부산물의 특성 = 35
• 1.1. 골재부산물의 물리적 특성 = 35
• 1.2. 골재부산물의 화학적 특성 = 41
• 1.3. 골재부산물의 광물학적 특성 = 45
• 1.3.1. 골재부산물의 X선 형광분석 결과 = 45
• 1.3.2. 골재부산물의 X선 회절분석 결과 = 47
• 1.3.3. 골재부산물의 시차열분석 결과 = 53
• 2. 유·무기계 재료 투입이 골재부산물 토양재 특성에 미치는 효과 = 59
• 2.1. 물리적 특성에 미치는 영향 = 59
• 2.1.1. 수리전도도 = 59
• 2.1.2. 유효수분함량 = 63
• 2.1.3. 점착성과 가소성 = 65
• 2.2. 화학적 특성에 미치는 영향 = 66
• 2.2.1. pH = 66
• 2.2.2. 유기물 함량 = 68
• 2.2.3. 총질소 함량 = 70
• 2.2.4. 유효인산 함량 = 71
• 2.3. 골재부산물 개량 효과 종합 = 72
• 3. 모의경사시험구를 이용한 사전 평가 = 74
• 3.1. 골재부산물 토양재의 녹화 특성 = 74
• 3.2. 골재부산물 토양재의 토양 특성 = 78
• 3.3. 골재부산물 토양재의 물 유출 특성 = 83
• 4. 실제 녹화시공을 통한 현장 검증 = 94
• 4.1. 1차 녹화시험시공 = 94
• 4.1.1. 골재부산물 토양재 생산 과정의 문제점과 대책 = 94
• 4.1.2. 골재부산물 토양재를 이용한 녹화시공의 문제점과 대책 = 95
• 4.1.3. 처리에 따른 시험시공지 토양 및 식생 특성 비교 = 98
• 4.2. 2차 녹화시험시공 = 107
• Ⅴ. 요약 및 결론 = 110
• 참고문헌 = 112
• 부록 = 118
• Summary = 122