R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201818CTAP-C132706-02 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 지속가능한 산업단지 및 철도부지 인프라 조성을 위한 고흡착성 하이브리드 성토재 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2017-06-30 ~ 2018-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 박준범 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
6명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
9명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 220,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 220,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 350,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 350,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 서울대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
- 건설의 관점에서, 산업단지 및 철도부지를 구성하는 가장 중요한 건설재료 중 하나가 바로 ‘흙’이며, 따라서 산업단지 하부의 지반은 거대한 구조물을 받쳐주는 충분한 지지력을 갖고 있어야 함 - 충분한 지지력을 확보하기 위해 산업단지 및 철도부지 개발 시, 부지 조성 과정에서 원지반 상부에 성토가 이루어짐 - 한편, 산업 활동 및 철도 운영으로 인해 유류 및 중금속 등과 같은 다양한 물질을 취급하게 되는데, 이 과정에서 관리되지 않은 일부분이 지반 및 지하수로 유입되는 상황이 발생하고 있음 - 지속가능한 건설의 관점에서, 산업단지 및 철도부지의 하부 지반을 조성할 때 사용하는 성토재에 대한 연구를 수행하고자 함 - 성토재는 ‘흙’이라는 입자로 이루어진 재료이며, 그 재료를 무엇으로 하느냐에 따라 기존의 것과는 다른, 차별화된 기능을 발현할 수 있음 - 기존의 흙이 건설재료로써 가지는 성능인 충분한 ‘강도’ 뿐 아니라 오염원 관리 차원에서 상부 오염물질이 하부로 더 이상 확산되지 않도록 ‘고흡착능’을 동시에 갖는 하이브리드 성토재를 개발하고자 함 [최종목표] 건설의 관점에서, 산업단지 하부의 지반은 충분한 강도를 가져야 한다. 산업단지 및 철도부지 등에서는 다양한 화학물질을 취급하는데, 일부 유해물질이 지반 및 지하수로 유입되고 있다. 기존의 흙이 건설재료로써 가지는 성능인 ‘강도’ 뿐 아니라 유해물질의 확산을 방지하기 위하여 ‘고흡착능’을 동시에 갖는 하이브리드 성토재를 개발하고자 한다. 1) 다양한 성토재료, 흡착재료의 조합에 따른 물성변화 database 확보 2) 최적의 성토재료 조합 방법 확보 및 기본 물성치 data 확보 3) 1-D 흐름조건에서 개발재료의 성능 평가: 강도 변화, 오염저감 효과 [연구내용 및 범위] 1차년도 성토재 및 흡착제 조사 및 기본 특성 확보 - 성토재로 연구된 흙, 산업부산물, 또는 재활용 자원 등 강도 발현에 기초가 될 수 있는 물질에 대한 문헌 조사 및 기초 자료 확보 - 중금속 또는 유류 오염물질을 대상으로 연구된 여러 종류의 흡착제에 대한 문헌 조사 및 기초 자료 확보 - 문헌 조사 결과를 바탕으로 성토재 및 흡착제에 대한 기초 데이터베이스 확보 - 성능, 활용가능성 등을 고려한 성토재 및 흡착제 후보군 도출; 연구 대상 오염물질 종류 선정 - 문헌 조사를 바탕으로 연구 대상 지역의 오염 현황 확인 - 산업단지, 철도부지에 대한 사례 조사를 중심으로 빈도수, 오염량을 기준으로 오염물질 종류 선정 - 조사된 중금속, 유류 오염농도 데이터를 바탕으로 여러 종류의 오염 누출 시나리오 작성 - 흡착능 평가를 위한 오염조건 설정 오염물질에 대한 흡착 성능 실험적 평가 - 실험실 회분식 실험을 통한 흡착능 연구 - 흡착제 후보군을 대상으로 다양한 흡착제들 간의 조합 중 흡착능이 가장 높은 조합 도출 - 흡착제 후보군을 대상으로 중금속 및 유류 오염물질에 동시 대응할 수 있는 새로운 흡착제 도출 - 중금속, 유류 오염물질의 흡착경쟁력 평가 - 표면 분석, 성분 분석을 통해 각 오염물질 흡착에 대한 메커니즘 규명 - 흡착제 입도별 흡착능 평가 - 산도(pH)에 의한 영향 평가 실험을 통한 성토재 및 흡착제 배합 연구 - 흡착제가 입자의 성질을 강하게 나타내는 경우 성토재와 흡착제를 ‘배합’하는 연구 수행 - 다양한 성토재-흡착제 조합에 대하여 배합비에 따른 강도 및 흡착능 변화 특성 관찰 - 배합의 장점을 극대화하기 위하여 ‘부분 치환’ 시도 - 최적의 성토재-흡착제 조합 및 그 배합비 도출: 각 조합에 따라 강도 또는 흡착능의 변화가 다양하게 나타날 수 있으며, 효율성, 경제성 등을 고려하여 최적의 조합을 도출 - 다양한 배합재료에 대한 실험 결과 DB화 및 장단점 평가 실험을 통한 성토재 표면 흡착제 개질(코팅) 연구 - 흡착제가 수용액 상에서 이온의 성질을 강하게 나타내는 경우 흡착제를 성토재 표면에 ‘코팅’하는 연구 수행 - 코팅 방법(물질 농도, 교반 시간 등)에 따른 강도 및 흡착능 변화 특성 관찰 - 최적의 성토재-흡착제 조합 및 코팅 방법 도출: 각 조합에 따라 강도 또는 흡착능의 변화가 다양하게 나타날 수 있으며, 효율성, 경제성 등을 고려하여 최적의 조합을 도출 - 다양한 코팅 물질에 대한 실험 결과 DB화 및 장단점 평가 최종 하이브리드 성토재료 선정 및 특성 분석 - 연구 결과를 바탕으로 각 성토재료 조합의 장단점을 평가하여 최종 하이브리드 성토재료 선정 2차년도 실험 조건 설정 - 1차년도에서 작성된 오염시나리오를 기반으로 오염물질 주입 조건 결정 - 연간 강우기록을 참조하여 그 경향을 바탕으로 우수 주입량 및 시간 선정 - 산업단지 및 철도부지에 조성된 성토 자료를 바탕으로 지반 모사 조건 결정 시험장치 설계 및 제작 - 불포화층에서 우수흐름조건(1-D flow)을 모사할 수 있는 컬럼실험장치 설계 및 제작 - 구속압 및 하중 재하 조건에서 우수흐름조건(1-D flow)을 동시에 모사할 수 있는 삼축투수시험장치 설계 및 제작 불포화 1-D flow 컬럼실험 수행 - 오염물질 주입에 의한 시간에 따른 유출수 농도 분석 - 파과곡선 작성을 통해 지연 계수 R 산정 - 파과 후 컬럼 내 매질의 오염농도 평가를 통해 물질수지 평가 - 다양한 흐름 조건에 의한 영향 평가 (지연 계수의 변화) 삼축투수시험장치를 이용한 실험 수행 - 구속압 및 하중 재하 조건에 의한 영향 평가 (지연 계수 변화) - 흐름 조건에서의 흙의 전단 강도 변화 평가 - 오염물질 유입 조건에서의 흙의 전단 강도 변화 평가 불포화대 오염물질 이동 모델 연구 (수치해석적 연구) - 기존 불포화대 오염물질 이동 모델 조사 - 1-D flow 실험 결과를 바탕으로 기존 모델 보정 - 기존 성토재와 개발된 성토재에 의한 오염 누출 영향을 수치해석적으로 비교 평가 대형토조 내에서 장시간의 모사 실험을 통한 개발된 흡착제의 성능평가 - 시간 변화에 따른 성토재의 강도 및 흡착능 변화 특성 관측 - 개발된 흡착제의 내구성 확보 방안 연구 - 산업단지 및 철도부지에서 조성된 성토재의 성능 지속 기간 확보를 위한 사후관리 방법 제시 오염물질이 흡착된 성토재의 환경적정성 평가 - 오염물질이 흡착된 성토재의 유해성 평가; 오염물질 유출 가능성 등 평 |
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| 색인어 | 한글 | 산업단지 | 철도부지 | 부지조성 | 성토재 | 하이브리드 |
| 영문 | Industrial complex | Railroad site | Site reclamation | Fill materials | Hybrid | |
| 최종보고서 | 최종보고서.pdf | |||||