초록
이 연구에서는 물과 산성용액을 이용한 동결${\cdot}$융해실험을 통하여 강원도 횡성군에서 채취된 셰일의 물리적 특성변화를 측정하였다. 실험에 적용된 동결${\cdot}$융해 온도 범위는 $-20{\pm}2^{\circ}C\~15{\pm}2^{\circ}C$ 이고 시료는 12시간 동안 동결한 후 물속에서 8시간 동안 융해시켰다. 이 후 시료를 진공 챔버에서 4시간동안 수침하여 완전히 포화시켰으며, 이러한 일련의 과정을 1 cycle로 설정하였다. 본 연구에서는 매 5 cycle마다 시료의 흡수율, 탄성파 속도, 쇼어 경도, 슬래이크 내구성시험, 일축압축시험 등을 실시하였다. 동결${\cdot}$융해 실험의 반복횟수가 증가될수록 시료의 물성은 변화하였다. 일축압축강도는 물을 이용한 실험에서는 매cycle마다 0.40MPa정도 감소하였고 산성용액을 이용한 실험에서는 0.48Mra정도 감소하였으며, 탄성계수 역시 물에서 0.21Gpa, 산성용액에서 0.30GPa 감소하였다. 흡수율의 경우는 물에서 $0.29\%$, 산성용액에서 $0.37\%$ 증가되었다. 이러한 결과는 산성용액에서의 풍화속도가 물에서의 풍화속도보다 빠름을 지시한다. 그러나 탄성파속도, 쇼어경도와 슬레이크 내구성 시험에서는 물과 산성용액에 따른 차이가 거의 나타나지 않았다. 동결${\cdot}$융해 실험 결과와 연구지 역의 동절기 기간의 기온분포를 고려해 볼 때 실제 1년이 동결-응해 실험 약 $6\~12\;cycle$에 해당될 것으로 추정된다.
We have collected shale specimens from the Pungam Basin in Kangwon province and investigated change of physical properties by freezing and thawing in water as well as in acidic fluid. The temperature range was $-20{\pm}2^{\circ}C\~15{\pm}2^{\circ}C$. Specimens were frozen for 12 hours and thawed in water for 8 hours. Then, they were saturated in the vacuum chamber for 4 hours to make specimens fully saturated. This procedure was 1 cycle. We have measured absorption, ultrasonic velocity, shore hardness, slake durability and uniaxial compressive strength at every 5th cycles. The physical properties increased or decreased as freezing and thawing cycles increased. Uniaxial compressive strength decreased by 0.40MPa per cycle in water and by 0.48MPa in acidic fluid. Elastic constant also decreased by 0.21GPa per cycle in water and by 0.30GPa in acidic fluid. Absorption increased by $0.29\%$ and $0.37\%$ per cycle in water and acidic fluid, respectively. These results indicate that decrease in uniaxial compressive strength, elastic constant and absorption by freezing and thawing in acidic fluid is more rapid than in water. Ultrasonic velocities, shore hardness and slake durability show no differences in water and acidic fluid. When we compared our results with the temperatures in the Hongchon during the winter season, $6\~12$ cycles may be equivalent to 1 year.