• Geomechanics and Engineering
• /
• 제31권4호
• /
• pp.409-422
• /
• 2022

The use of calcium sulfoaluminate (CSA) cement as a rapid-hardening cement admixture or eco-friendly alternate for ordinary Portland cement (OPC) has been attempted over the years, but the cost of CSA cement and availability of suitable aluminium resource prevent its wide practical application. To propose an effective ground improvement design in sandy soil, this study aims at blending a certain percentage of CSA with OPC to find an optimum blend that would have fast-setting behavior with a lower carbon footprint than OPC without compromising the mechanical properties of the cemented sand. Compared to the 100% CSA case, initial speed of strength development of blended cement is relatively low as it is mixed with OPC. It is found that 80% OPC and 20% CSA blend has low initial strength but eventually produces equivalent ultimate strength (28 days curing) to that of CSA treated sand. The specific OPC-CSA blend (80:20) exhibits significantly higher strength gain than using pure OPC, thus allowing effective geotechnical designs for sustainable and controlled ground improvement. Further parametric studies were conducted for the blended cement under various curing conditions, cement contents, and curing times. Wet-cured cement treated sand had 33% lower strength than that of dry-cured samples, while the stiffness of wet-cured samples was 25% lower than that of dry-cured samples.

• 한국지반신소재학회논문집
• /
• 제17권1호
• /
• pp.85-93
• /
• 2018

현행 고속철도 교대 접속부 표준단면은 교대배면에서부터 시멘트안정처리골재, 일반골재, 토공부로 하부 지지강성이 점진적으로 변화하도록 설계하고 있다. 일반골재와 토공부의 배면기울기는 기울기가 클수록 구조적으로 안정적이지만 이에 대한 명확한 기준이 없다. 따라서 본 논문에서는 대형 원심모형실험기를 이용하여 교대 뒤채움 배면구간의 토공과 일반골재의 기울기를 변화하여 현행 표준단면과 침하 및 지지력 특성을 비교하였다. 실험결과 철도하중이 경험하는 하중단계에서는 1:2단면과 1:1.5 기울기 단면이 거의 유사한 성능을 가지고 있는 것으로 평가되었다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제18권4호
• /
• pp.75-83
• /
• 2002

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.

• Geomechanics and Engineering
• /
• 제32권3호
• /
• pp.347-359
• /
• 2023

With the development of infrastructure, there is a critical shortage of filling materials all over the word. However, a large amount of silt accumulated in the lower reaches of the Yellow River is treated as waste every year, which will cause environmental pollution and waste of resources. Microbial induced calcium carbonate precipitation (MICP) technology, with the advantage of efficient, economical and environmentally friendly protection, is selected to solidify the abandoned Yellow River silt with poor mechanical properties into high-quality filling material in this paper. Based on unconfined compressive strength (UCS) test, determination of calcium carbonate (CaCO₃) content and scanning electron microscope (SEM) test, the effects of cementation solution concentration, treatment times and relative density on the solidification effect were studied. The results show that the loose silt particles can be effectively solidified together into filling material with excellent mechanical properties through MICP technology. The concentration of cementation solution have a significant impact on the solidification effect, and the reasonable concentration of cementation solution is 1.5 mol/L. With the increase of treatment times, the pores in the soil are filled with CaCO₃, and the UCS of the specimens after 10 times of treatment can reach 2.5 MPa with a relatively high CaCO₃ content of 26%. With the improvement of treatment degree, the influence of relative density on the UCS increases gradually. Microscopic analysis revealed that after MICP reinforcement, CaCO₃ adhered to the surface of soil particles and cemented with each other to form a dense structure.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제29권4호
• /
• pp.45-56
• /
• 2013

본 연구에서는 자원 재활용을 위해 시멘트를 전혀 사용하지 않고 잠재 수경성을 지닌 고로슬래그를 이용하여 사질토를 고결시키고자 하였다. 알칼리 활성화제에 의해 경화되는 고로슬래그의 함유량과 알칼리 활성화제의 종류를 달리 하여 이들이 사질토의 조기강도에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 고로슬래그의 함유량을 사질토의 4, 8, 12, 16%로 하고 여섯 종류(두 종류의 천연재료, 네 종류의 화학약품)의 알칼리 활성화제를 사용하여 공시체를 제작하였다. 제작한 공시체는 3일 또는 7일 동안 대기중 양생한 다음 일축압축강도시험을 실시하였다. 알칼리 활성화제 종류에 따른 일축압축강도는 탄산칼륨, 수산화칼슘, 수산화나트륨, 수산화칼륨 순으로 높게 측정되었으며, 동일한 성분을 가진 천연재료보다 화학약품을 사용한 공시체의 일축압축강도가 높게 나타났다. 3일 양생한 공시체 중 최대 일축압축 강도가 발현된 것은 16%의 고로슬래그에 수산화칼륨을 사용한 경우로 3MPa 정도의 강도가 측정되었으며, 이는 초속 경시멘트 16%를 사용한 공시체 강도의 37%에 해당된다. 알칼리 활성화제 종류에 관계없이 고로슬래그 함유량이 증가함에 따라 건조밀도가 증가하면서 일축압축강도도 증가하였으며, 양생기간이 3일에서 7일로 증가함에 따라 최대 97%의 강도 증가가 발생하였다. 고결된 모래의 XRD 분석 결과 C-S-H 화합물이 생성되었으며, SEM 분석 결과에서는 고로슬래그 함유량이 증가할수록 생성되는 수화물도 증가하여 모래 입자를 에워싸는 형태를 보였다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제32권5호
• /
• pp.5-13
• /
• 2016

요소 분해 미생물을 이용하여 흙 입자 사이에 칼사이트를 석출시킬 때 칼슘원이 필요하며, 일반적으로 염화칼슘을 칼슘원으로 사용하고 있다. 염화칼슘은 도로, 지반 및 주변 식물에 부작용을 일으키므로 본 연구에서는 버려지는 달걀껍질을 사용한 칼슘원을 개발하고자 하였다. 미생물에 기존 칼슘원인 염화칼슘 또는 식초로 달걀껍질을 분해하여 얻은 새로운 칼슘원을 혼합하여 모래 입자 사이에 칼사이트를 생성시킨 다음, 고결모래의 칼사이트 생성량, 투수계수 및 일축압축강도를 비교 분석하였다. 공시체 제작은 느슨한 상태의 Ottawa모래로 직경 5cm, 높이 10cm 공시체를 만든 다음 Sporosarcina pasteurii 미생물을 포함한 요소와 두 종류의 칼슘원을 1일 1회씩 30일 동안 주입하여 제작하였다. 칼슘원으로 달걀껍질을 사용한 경우 칼사이트 생성량은 평균 7.2%로 염화칼슘을 사용한 경우보다 1.2배 높았다. 또한 달걀껍질을 사용하여 고결시킨 공시체의 투수계수는 평균 3.82E-5cm/s로 7.7배 정도 감소하였으며, 일축압축강도는 평균 387kPa로 염화칼슘을 사용한 경우보다 1.2배 높았다. 한편, 칼슘원에 관계없이 칼사이트 생성량이 증가할수록 강도는 증가하고 투수계수는 감소하는 경향을 보였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
• /
• 제12권5호
• /
• pp.13-19
• /
• 2011

작은 입자 사이에 소량의 굵은 입자가 고립된 상태로 존재하는 모래-자갈 혼합토의 강도는 흙에서 대부분을 차지하는 작은 입자 즉 모래나 점토의 역학적 특성에 따라 좌우되지만 소량의 굵은 입자인 자갈에 의해 영향을 받는 경우도 있다. 따라서 본 논문에서는 이와 같이 모래 지반 내에 흩어져 있는 소량의 굵은 자갈이 흙의 강도에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 시멘트로 고결된 모래에 일정한 비율로 굵은 자갈을 각층 높이의 중간부분에 넣고 다음 층을 쌓아 다지는 방식으로 자갈이 포함된 공시체를 완성하였다. 굵은 자갈의 크기와 개수를 달리하면서 다양한 공시체를 제작하여 2일 동안 양생시킨 다음 일축압축강도를 평가하였다. 한편 내부마찰각을 평가하기 위하여 깨끗한 모래에 포함된 자갈의 개수를 달리하면서 직접전단시험을 실시하였다. 공시체 내에 포함된 자갈의 개수나 크기는 다르지만 중량비가 7%로 동일한 경우, 자갈의 개수가 증가함에 따라 고결모래의 일축압축강도는 약 15% 정도 감소하다가 다시 증가하는 경향을 보였다. 동일한 크기의 자갈이 여러 개 포함된 경우에도 자갈의 개수가 증가할수록 일축압축강도는 감소하다가 다시 증가하는 경향을 보였다. 자갈이 포함된 모래의 내부마찰각은 자갈의 개수가 증가함에 따라 5도 정도 감소하다가 다시 회복되는 경향을 보였다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제25권5호
• /
• pp.75-86
• /
• 2009

공학적 관점에서 용해가능한 가장 흔한 재료인 소금은 고결화 작용에 있어서 역학적 거동에 큰 영향을 미친다. 이러한 자연적 현상을 조사하기 위하여 용해되지 않는 재료인 글라스비즈와 소금물을 혼합하여 시료를 조성한 후 오븐을 이용하여 포화도를 변화시켜가면서 실험을 수행하였다. 입자크기가 0.26, 0.50, 1.29mm인 3종류의 글라스비즈와 0.0, 0.1, 0.2, 0.5, 1.0, 2.0M의 소금물에 대하여 각각의 시료를 조성 후 벤더 엘리먼트와 피에조 디스크 엘리먼트를 이용하여 전단파와 압축파를 측정하였다 소금에 의한 고결화 발생에서 전단파와 압축파 속도 모두 포화도에 따른 세가지 단계를 보여주었다: 1) 포차도가 $100%{\sim}90%$인 구간으로 전단파의 속도는 증가하고 압축파의 속도는 감소한다; 2) 포화도가 $90%{\sim}10%$인 구간으로 전단파와 압축파의 속도에 큰 변화가 없파; 3) 포화도가 $10%{\sim}0%$인 구간으로 전단파 및 압축파는 큰 변화를 보인다. 또한, 전단파의 공진주파수는 전단파의 속도 변화양상과 비슷한 경향을 보였다. 본 연구는 용해된 소금의 고결화에 따른 지반재료들의 탄성파 특성의 의미있는 경향을 보여준다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제32권9호
• /
• pp.29-36
• /
• 2016

국내 철도교대 뒤채움재의 구조는 시멘트 안정처리된 골재, 일반 골재, 토사로 되어 있다. 시멘트 안정처리된 골재는 강도 증진효과로 인해 내부마찰각이 $40^{\circ}$이상 증가 된다. 그러나 실무에서는 교대설계 시 경험치인 $30{\sim}35^{\circ}$의 내부마찰각을 적용한다. 이는 과다설계의 원인이 될 수 있으므로 합리적인 물성치 값의 설정이 필요하다. 본 논문은 원형모형 실험과 CBR 실험을 통해 시멘트 안정처리된 골재의 시멘트 혼합 비율에 따른 강도 및 침하특성을 정량적으로 분석하였다. 시멘트 안정처리된 골재의 침하율은 반복재하 함에 따라 감소하였다. 또한 양생함에 따라 침하량이 감소하였다. 재령 28일 기준으로 일반골재 대비 시멘트 안정처리된 골재의 CBR 증가율은 13~16배 증가하였다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제29권12호
• /
• pp.95-104
• /
• 2013

최근 시멘트혼합토(CSG)가 많은 설계 시공에 적용되어지고 있다. CSG재료는 경화 초기엔 흙과 같은 역학적 특성을 보이지만 시간이 경과함에 따라 점차 콘크리트 재료적 특성을 발현하게 된다. 경화된 시멘트혼합토는 작은 변형률에서 최대강도가 발현되고 이 후 급격한 취성파괴에 도달하는 탄성적인 성질을 띠게 된다. 본 연구에서는 이러한 CSG재료의 취성거동특성을 완화하고 상대적으로 취약한 인장성능을 개선하고자 PVA 섬유보강재를 적용하였다. 섬유보강 CSG재료는 재하시 하상시료와 섬유사이의 결합력으로 섬유에 인장력이 발생하여 혼합시료의 인장강도 증가와 급작스런 취성파괴발생을 방지할 수 있다. 실험결과 섬유보강만으로도 CSG재료의 응력-변형특성을 취성파괴에서 연성파괴로 유도할 수 있으며, 섬유보강에 의한 잔류강도 증가효과를 확인 할 수 있었다.