본 연구에서는 국내 해양오염 준설퇴적물을 활용한 시제품 제작 및 역학적, 환경적 실험을 통한 건설재료로서의 활용성을 조사하였다. 울산 방어진에서 수거한 준설토로 고화처리토 및 경량혼합토 공시체를 제작하여 압축특성 및 응력-변형 거동 등 물리적 특성을 파악하는 다양한 공학적 조사를 수행하였다. 해양오염토 유효활용을 위해 물리적 특성 외에 환경실험도 실시하였다. 제안된 준설토사 처리활용기준에 적용하였을 때는 구리성분 만이 활용가능기준을 약간 초과하였고 준설토 활용우려기준에는 모든 기준에 적합하여서 건설재료로 재활용하여도 환경적인 유해성은 없는 것으로 나타났다. 매립복토재로서 활용성 검토를 위한 준설토의 입도분석, 다짐시험, 아터버그 한계시험, 비중시험 및 단위중량시험 등을 수행한 결과, 모든 조건의 고화처리토는 매립작업을 원활히 하기위한 강도(대략 50kPa)를 만족하였다.
본 연구에서는 중금속의 생태독성자료를 통해 준설토의 육상 재활용을 위한 screening-level 생태위해도 평가를 수행하였다. 대상 중금속 6종(Cu, Zn, Cd, Pb, Cr, Ni)의 독성자료는 USEPA의 ECOTOX를 통해 수집하였으며, 선별과정을 거쳐 생태위해도 평가에 사용하였다. 각 중금속의 예측무영향농도는 독성자료의 획득이 가능한 육상 수용체의 종 수에 따라 확률론적 방법(Cu, Zn, Cd)과 결정론적 방법(Pb, Cr, Ni)을 통해 도출하였다. 현장 채취 준설토에서 발견되는 중금속 실제오염농도와 예측무영향농도와의 비교를 통해 생태위해도를 계산하였으며 Cu, Zn, Cr, Pb, Ni의 위해도가 1을 초과하여 생태독성학적 위해도가 존재할 수 있는 가능성을 확인하였다. 따라서 재활용 부지의 생태위해도를 고려하였을 때 해당 중금속 오염 준설토를 활용하기 위해서는 중금속 정화 또는 보다 높은 수준의 생태 위해도평가가 선행되어야 할 것으로 판단된다.
연안준설행위에 따른 연안준설토의 활용 및 처분에 관련된 현 체계 및 법적 기준의 고찰을 통해서 문제점을 진단하고 개선방안을 제시하고자 하였다. 현행 제도상 연안준설토는 활용과 처분의 기준을 준설토사유효활용기준에 따라 구분하고 있으나 매립이 완료된 투기장을 부지로써 활용함으로서 처분과 활용의 개념이 모호하다. 또한 준설토의 매립재활용에 있어서 토양오염우려기준을 적용하는 것은 연안준설토의 토양특성, 기준항목의 차이, 실험방법의 차이 등을 고려해볼 때 적합하지 않은 것으로 판단된다. 하지만 현행의 유효활용기준은 매립재 활용에 있어 문제점이 있으므로 다음과 같이 개선이 요구된다. 첫째, 매립재 활용을 위한 용도구분이 필요하며, 둘째, 인체위해성을 고려한 2단계 체계의 기준농도를 제시할 필요가 있다. 또한 해역이용협의과정에서 연안준설토를 투기장에 투기시 주변해역에 미치는 영향파악과 저감대책을 포함한 평가가 이루어져야 할 것이다.
본 연구에서는 준설토, EPS 그리고 고화재를 혼합한 경량혼합토의 역학적 특성을 일축 및 삼축압축시험을 통하여 고찰하였다. 역학적 특성은 다양한 준설토의 초기 함수비, EPS 함유율, 시멘트 함유율 그리고 양생압력에 대한 경량혼합토의 압축강도에 대하여 연구하였다. 삼축압축상태에서 EPS를 함유한 경량혼합토의 압축강도는 유효구속압에 의존 하지 않는 것으로 나타났다. EPS 함유율이 감소할수록($A_E$<2%) 그리고 시멘트 함유율이 증가할수록($A_c$>2%) 삼축압축강도-변형 거동특성은 극한 압축강도를 지나 급격한 압축강도의 감소를 보이는 시멘트 혼합토의 압축강도-변형 거동특성과 유사한 것으로 나타났다. 200kpa 이상의 압축강도를 요구하는 개량지반에 본 경량혼합토를 적용하는 경우에서 적절한 준설토의 초기함수비, EPS 함유율은 각각 약 165%~175%이상 그리고 3%~4%이상으로 제시할 수가 있었다. 삼축 및 일축압축상태에서 극한 압축강도는 시멘트 함유율이 2%이상에서 거의 증가하지 않음으로서 한계 시멘트 함유율은 2%로 제시할 수가 있었다.
굴양식장에서 무단 투기되거나 임의로 야적 및 매립되어 환경피해와 오염을 유발하는 굴껍질을 유효하게 재활용하기 위한 기반연구를 수행하였다. 본 논문의 연구목적은 굴껍질을 이용하여 지반개량을 목적으로 하는 친환경적인 고화재를 개발하는 것이다. 개발한 고화계는 준설토에 적용하여 그 성능을 실험적으로 규명하였다. 굴껍질 고화재를 혼합한 준설토의 압축강도특성을 파악하기 위해, 준설토의 함수비와 고화계의 혼합비 및 양생일을 변화시켜 실내시험을 수행하였다. 실험결과에 근거하여, 굴껍질을 활용하여 제조된 친환경적 고화계는 지반개량재로 합당한 것을 알 수 있었다.
화순항에서 유효활용을 위한 준설토의 오염도 분석결과, Ni이 기준치를 전지점에서 초과하는 것으로 나타났다. 그러나 개정된 유효활용기준에 의하면 기준치를 초과하더라도 인위적인 오염원이 없고 펄의 평균 무게 비율이 10%미만이며 생태독성 시험을 통과하였을 경우 양빈재로 활용이 가능하다. 따라서 연구방법으로 해양환경공정시험법에 의한 펄의 평균무게 비율조사와 생태독성실험을 실시하였다. 펄의 평균 무게 비율은 5.37%로 기준치인 10%을 하회하는 것으로 조사되었다. 발광 박테리아를 이용한 생태독성실험 결과는 상대발광저해율이 0~9.13%로 독성없음으로 판정되었으며 저서성 단각류를 이용한 시험에서도 대조구와 시료의 상대평균생존률이 0%로 독성없음으로 판정되었다 따라서, 개정된 유효활용기준을 모두 만족하므로 양빈재로 사용이 가능한 것으로 적합성이 평가되었다.
최근 준설점토 고화처리과정에서 환경에의 부하를 고려하여 시멘트와 같은 지반 고화재를 최소화 하고자 하는 노력이 시도되고 있다. 그러나 적정한 지반 고화재의 비율이나 각 비율에 따른 물리/역학적 특성과 재료적 특성에 대한 충분한 연구가 수행되지 않아 설계에 반영되는 단계에 까지는 이르지 못하고 있는 것이 현실이다. 이에 본 연구는 준설점토의 유효한 활용과 친환경적 접근이라는 두 가지 문제를 동시에 극복하기 위하여 고화재를 최소화할 수 있는 방안과 고화재 비율에 따른 혼합토의 물리/역학적 특성 및 재료특성을 장단기적 관점에서 규명하고자 하였다. 이를 위해 본 연구에서는 먼저 지반 고화재로써 시멘트를 활용하여 혼합 지반의 역학적 성능을 충분히 발휘하는 범위에서 고화재의 투입량을 최소화할 수 있는 최적의 설계방안에 대해 알아봄과 동시에 각 고화재 투입량에 따른 혼합토의 물리/역학적 특성과 재료적 특성을 평가하여 정리하였다. 강도 측면에서는 빈배합 혼합점토는 본 연구에서 상정한 최대 양생기간인 270일 동안 지속적인 강도증가를 보이고 있었으나 혼합비가 상대적으로 높은 증가 추세가 현격하게 떨어지고 있었다. 압밀측면에서는 시멘트 혼합에 의한 의사과압밀현상이 낮은 배합비에서도 충분히 발휘된다는 점을 알 수 있었다. 본 연구를 통해 준설점토를 조기에 안정화시키고 동시에 친환경적으로 재활용할 수 있는 방안이 구체적으로 모색되었으며, 본 연구에서 수행되는 다양한 시험 및 해석적 연구 자료는 향후 관련 공법을 실제 현장에 적용할 경우에 설계를 위한 기초 설계자료로써 제공될 수 있으리라 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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