| 연구개발개요 |
○ 본 연구 과제에서 개발되는 “화력발전소와 제철소 발생 산업부산물을 활용하여 4시간 이내 개방강도 확보가 가능한 지반복원용 고유동성 채움재 현장적용 시스템 개발”은 1) 화력발전소 및 제철소에서 발생하는 산업부산물을 활용한 결합재를 개발하고, 2) 바텀애시 및 페로니켈슬래그를 활용하여 현장 적용 가능한 무다짐 채움재 개발 및 현장 적용 시스템을 구축함으로서, 싱크홀 현상, 상·하수관 교체 등 신속한 지반개량 공사의 기간 및 비용을 단축시키고, 공사 시 발생하는 소음, 진동, 분진 등 환경영향에 대한 부하 저감을 도모하기 위한 선도형 기술임.○ 본 연구과제는 경남지역의 화력발전소에서 발생하는 산업부산물 중 재활용률이 낮은 석탄회와 기타 산업부산물을 재활용함으로 경남지역 내 산업부산물 발생에 대한 환경적/사회적 문제를 저감시킬 수 있는 업사이클 기술개발 연구이며, 과제 종료 이후 개발성과를 기반으로 적용가능한 범위를 확장하여 다양한 환경에 적용가능한 공법 및 재료 기술 개발임.
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| 최종목표 |
○ 본 연구 목표는 화력발전소와 제철소에서 발생하는 산업부산물인 바텀애시, 플라이애시, 페로니켈슬래그 등을 재활용하여 긴급 복구 현장에서 4시간 이내 개방가능한 강도 발현 성능을 갖춘 고유동성 채움재 시스템 개발.○ 고유동성 확보를 통한 무다짐 공법 실시ㆍ 도로침하 발생 원인 중 노후 상·하수관 50%, 다짐 불량 20%, 자연재해가 30% 가량으로 파악되었음. ㆍ 지반침하가 발생되는 직접적인 원인으로는 상·하수관 등 지하매설물 파손 또는 연결부 훼손부위의 누수로 인한 토립자(흙) 유실, 지하구조물 건설관리 부실(다짐불량, 지하수 유출) 로 인한 지반침하 및 토립자 유실, 지하수 사용 및 지하수 흐름교란 등으로 인한 지하수위 변화 등이 있음.ㆍ 관거 매설 시 되메우기 재료를 무다짐의 고유동성 채움재를 사용한다면, 지반침하의 원인들을 근본적으로 방지할 수 있음.○ 재활용 실적이 낮은 산업부산물의 재활용률 상승 가능ㆍ 바텀애시는 공극률, 흡수율이 높은 특성으로 건설재료로 재활용할 경우 품질저하의 원인이 되며, 재활용이 제한되어 발생량의 약 89%가 매립되고 있는 실정임.ㆍ 화력발전소에서 발생하는 바텀애시 매립비용은 2016년 기준 4,500원/㎥로 약 1천억 원에 수준으로 꾸준히 상승 중임. 매립지가 부족해지고 있는 국내 상황을 비추어볼 때 바텀애시의 매립은 발생량 증가로 환경부담 증가 경제적 부담이 가중됨. 또한 대부분의 처리장 조성지역이 해양생물의 서식처 및 자연해안 지역으로 자연환경훼손이 우려됨.ㆍ 이러한 매립 및 폐기에 의존되는 산업부산물인 바텀애시를 재활용하여 매립량을 최소화하여 폐기 처리 비용 절감, 환경부하를 저감을 도모할 수 있음.
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| 연구내용 및 범위 |
○ 화력발전소와 제철소에서 발생하는 산업부산물을 재활용하기 위하여 입도조정과 전처리 과정을 통해 바텀애시, 플라이애시, 화학첨가제를 배합하여 고유동성 결합재의 물리적·화학적 시험 및 성능 평가를 통해 개발하고, 개발된 고유동성 결합재와 페로니켈슬래그 혼입하여 친환경적인 고유동성 채움재 기술을 개발하고자 함. ○ 이에 따라 KS 기준 및 토양 환경보전법 환경 기준치를 만족하는 개발 고유동성 채움재를 시험 시공하여 현장 적용성 평가를 진행하며, 현장 추적조사와 장기 모니터링을 통해 기술력을 검증받고자 함. 또한, 개발 제품 및 공법의 사업화를 위해 생산 설비 도출하고 배합설계 프로그램(CLSM-Mixer)을 개발하며, 개발 제품 및 공법의 품질 평가와 공정 과정의 개선점을 도출하여 지속적인 기술력 보완 및 발전을 하고자 함.○ 토사 함수율 및 토질에 따른 채움재 성능 검토 필요 ㆍ 현장 발생토의 함수량에 따라 유동성의 변화가 발생하며, 지하수위 발생의 경우 유동성 및 품질의 변동성을 고려한 제품 보정 단계 연구가 필요ㆍ 지난 시험 시공 섭외 장소는 지하수위가 존재하는 곳이며, 계획적인 성토가 수행된 곳이 아니기에, 배수 및 재료 유출에 기인하여 변동성 및 물량의 증감을 고려하여야 했으므로, 적용 환경 변수에 따른 재료 보정 등에 대한 추가 연구개발이 필요함.○ 지역 발생 재료의 특성에 따른 채움재 배합/조성비 보정 연구 필요ㆍ 수급되는 바텀애시 재료의 특성, 성분 분석 등을 통해 기존 프로토타입과의 차이점을 파악하고, 제품 적용 시 보정이나 추가적 선처리 등에 따른 적용 평가 과정이 필요함.ㆍ 주변 환경 및 재료 특성을 고려한 종합적인 제품 보정에 대한 연구과정이 요구되며, 현장 변수 모사한 실증 등 연구개발 단계를 거쳐 제품군의 특성화 연구개발 수행 예정. 1차년도○ 페로니켈 슬래그 골재화를 위한 입도 조정 및 전처리 기술 개발ㆍ 페로니켈슬래그의 물리적 특성 분석ㆍ 페로니켈슬래그의 화학적 특성 및 중금속 함유량 분석ㆍ 페로니켈슬래그 및 바텀애시 골재화를 위한 입도 조정 및 전처리 기술 개발○ 화력발전소 부산물의 고유동성 결합재 적용을 위한 화학 첨가제 선정ㆍ 바텀애시, 플라이애시, 화학첨가제의 화학적 특성 분석ㆍ 바텀애시, 플라이애시 및 화학첨가제 선정 및 고유동성 결합재의 경화 메커니즘 정립○ 고유동성 결합재(CLSM)의 요구 성능 기준 정립ㆍ 기존 유사 제품 관련 문헌 조사 및 분석ㆍ 국내·외 고유동성 채움재(CLSM) 관련 기술 및 문헌 조사2차년도○ 산업부산물 활용 유동화토 최적 배합비 및 개발ㆍ 개발 산업부산물 활용 유동화토 적용성능 평가ㆍ 실내 시험을 통한 유동화토의 최적 배합비 도출ㆍ 실내 시험을 통한 유동화토의 최적 배합기술 도출○ 고유동성 결합재의 기초 실험을 통한 최적 배합비 도출ㆍ 고유동성 결합재의 기초 실험을 통한 성능 평가ㆍ 고유동성 결합재의 화학적 특성 평가ㆍ 산업부산물을 활용한 고유동성 결합재 최적 배합비 도출○ 적용 토사별 유동화토 성능 시험(통일분류법상 4가지 현장토 대상)ㆍ 기존 토사 종류별 개발 유동화토 비교 분석 및 검증ㆍ 기존 및 개발 유동화토에 대한 성능 비교 분석 및 평가ㆍ 산업부산물을 재활용한 개발 유동화토의 물리적 성능 검증3차년도○ 유동화토 생산설비 프로세스 및 현장적용 시공성·경제성 분석ㆍ 유동화토 배합설계 프로그램(CLSM-Mixer) 개발ㆍ 유동화토 현장별 적용 공법 및 시스템 개발ㆍ 현장 시험 시공ㆍ 개발 기술과 기존 공법의 경제성 분석○ 시험 시공에 의한 현장 적용성 평가 및 검증ㆍ 현장 시험 시공ㆍ 시험 시공을 통한 유동화토 성능 평가 및 현장 적용성 평가 (시험 시공 단계별 결과 및 개선점 도출)ㆍ 개발 유동화토 적용 현장 추적조사 및 장기 모니터링○ 무다짐 공법 적용성 및 개발 유동화토의 환경성 시험 평가ㆍ 기존 토사 및 개발 유동화토 현장 적용성 평가를 위한 평판 재하 시험ㆍ 토양오염공정시험법 및 폐기물공정시험법을 통한 환경적 영행 평가○ 재료 시방/가이드라인 정립ㆍ 현장적용을 위한 시방/가이드라인 작성
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