• 자원환경지질
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• 제46권3호
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• pp.221-234
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• 2013

국내 이산화탄소 지중저장 후보지인 포항분지의 심부 대수층 구성하고 있는 사암과 이암을 대상으로 초임계$CO_2$ 반응에 의한 암석의 지화학적/광물학적 풍화를 규명하는 실험을 실시하였다. 고압셀 장치를 사용하여 실험실 규모의 $CO_2$ 지중저장 조건을 모사하였으며, 시추한 포항분지 암석이 미고결 상태임을 감안하여 암석시료는 입자상으로 분쇄하여 시료 30 g과 지하수 100 ml를 고압셀(200 ml 용량)에 넣고 100 bar, $50^{\circ}C$ 조건에서 총 60일 동안 반응시켜, 초임계$CO_2$ 주입 시 포항분지 심부 사암층과 이암층 내에서 발생하는 초임계$CO_2$-암석-지하수반응을 재현하였다. 반응 후 10일, 30일, 60일 간격으로 시료를 회수하여 암석의 지화학적 풍화 정도를 정량화하기 위한 XRD(X-Ray Diffractometer), BET(Brunauer-Emmett-Teller) 분석을 실시하였고, 암석 슬랩($15mm{\times}40mm{\times}5mm$)을 같은 지중 조건에서 반응시켜 반응시간에 따른 지하수시료의 용존 이온 농도 변화를 ICP/OES로 분석하였다. XRD 분석결과, 초임계$CO_2$-암석-지하수반응에 의해 사암과 이암을 구성하는 광물 중 사장석과 정장석(기질의 장석류 포함)의 비율이 가장 크게 감소한 것으로 나타났다. 사암의 경우 점토광물인 일라이트, 스멕타이트, 황철석 비율이 증가하였으며, 이암의 경우 일라이트, 카오리나이트, 칼슘을 함유한 불소인회석 비율이 증가하였다. 반응시간에 따른 지하수 이온 농도 분석결과, 사암과 이암에서 방해석과 장석류의 용해가 가장 활발히 일어나 지하수 내 $Ca^{2+}$, $Na^+$농도가 증가하였다. $K^+$, $Si^{4+}$, $Mg^{2+}$ 같은 이온들의 농도는 반응시간 동안 증가와 감소를 반복하였는데, 이는 암석의 용해와 2차 광물의 침전이 함께 일어나고 있음을 의미한다. 사암과 이암 입자의 비표면적은 반응 60일 후까지 각각 $27.3m^2/g$과 $19.6m^2/g$에서 $28.6m^2/g$과 $26.6m^2/g$으로 증가하였으며, 미세공극의 평균 크기는 각각 $72.6{\AA}$, $96.7{\AA}$에서 $68.4{\AA}$과 $75.8{\AA}$으로 지속적으로 감소하여, 초임계$CO_2$-암석-지하수반응에 의해 입자 표면이 용해되면서 미세 공극들이 추가로 형성되어 비표면적이 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구를 통하여 포항분지 사암에 $CO_2$를 지중 주입하는 경우, 암석의 용해 및 침전반응에 의한 대상암석의 물성변화가 지중저장의 효율성과 안정성에 큰 영향을 미칠 수 있다는 것을 입증하였다.

• 한국광물학회지
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• 제15권1호
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• pp.1-10
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• 2002

이 논문은 온산공업단지 내 화강암의 풍화 및 토양화 과정, 그리고 토양 내 중금속 오염과 토양 광물간의 관계에 관한 연구이다. 프로화일 연구를 위해 각 깊이별로 토양시료를 채취하여 각 샘플에 대한 실험분석을 실시하였다. X선 회절분석 결과 주 구성 점토광물은 캐올린 광물과 버미큘라이트, 그리고 미량의 일라이트이다. 포름아마이드 처리를 통해 프로화일 내 토양 중의 캐올린 광물의 종류에 대해 분석한 결과 프로화일 하부에 존재하는 캐올린 광물은 대부분 할로이사이트 임이 밝혀졌으며, 지표면으로 갈수록 상대적으로 캐올리나이트에 대한 할로이사이트의 양이 감소하는 경향을 보이는데, 이는 상부로 갈수록 할로이사이트에서 캐올리나이트로의 전환이 이루어지고 있음을 의미한다. $110^{\circ}C,\;300^{\circ}C,\;550^{\circ}C$ 열처리를 한 결과 X선회절분석 그래프 상의 $10\;{\AA}에서\;14\;{\AA}$ 사이의 피크가 분화된 형태를 보여주는 것이 관찰된다. 이는 시료상에 수산화알루미늄 혼합층 버미큘라이트가 존재함을 지시한다. 이것은 구연산나트륨 처리실험을 통해 버미큘라이트 층간 불순 알루미늄 이온을 추출하여 원형상으로 전환시킴으로써 열처리시 $14\;{\AA}$피크가 다시 $10\;{\AA}$으로 변화하는 것을 관찰함으로써 재확인하였다. 토양의 수소이온농도 분포 양상이 하부에서 3.9, 상부에서 3.6으로 상부로 갈수록 산성화경향이 심해지는 경향을 보여주는데, 이는 산성화된 토양에서 안정적으로 나타나는 수산화알루미늄 혼합층 버미큘라이트의 존재를 뒷받침하고 있다. 토양 내 중금속 이온의 존재양상에 대한 연구를 위해 연속추출실험을 실시하였다. 그 결과 상대적으로 많은 양의 중금속 이온이 프로화일의 상부의 철/망간 산화물과 유기물에 흡착되어 있으며 점토광물에는 적은 양만이 흡착되어 있는 것으로 밝혀졌다. 이러한 결과는 대부분의 중금속 오염물들이 상부 토양에 농집되어 있고 점토광물에는 낮은 중금속 함량을 보여주는 것은 산성화된 토양을 이루고 있는 주 점토광물인 캐올린광물과 수산화알루미늄 혼합층 버미큘라이트가 낮은 흡착능력을 가지고 있기 때문인 것으로 판단한다.

• 한국광물학회지
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• 제7권1호
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• pp.25-39
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• 1994

김해지역의 덕봉납석광상은 모암이 안산암질응회암과 안산암으로 구성된 백악기말기의 화산암류가 열수변질작용을 받아서 형성되었으며, 딕카이트와 엽납석이 주구성광물이다. 이 연구에서는 산출하는 광물의 특성과 모암의 열수변질작용을 규명하고, 광물과 열수용액 간의 반응관계를 통하여 광상의 성인을 밝히고자 한다. 암석 내의 화학적 특성을 보면 열수변질작용동안 알칼리원소와 실리카는 유동성을 보이나 알루미나는 비교적 유동성이 작다. 모암으로부터 실리카의 용탈과 알루미나의 부화로 인하여 납석광체가 형성되고, 외곽부로 이동된 실리카의 재침전이 규화대를 생성시켰음을 볼 수 있다. 딕카이트와 엽납석과 밀접히 수반되는 다량의 미정질의 석영은 실리카의 활동도가 증가함에 따라서 형성된 것으로 해석된다. Argillic 변질대에서는 열수용액의 실리카의 용해도가 증가하였고, 규화대에서는 온도와 pH가 저하되면서 그 용해도가 저하되었다. Argillic 변질대로부터 빠져나간 Si는 광상의 가장자리에 침전하여 규화대를 형성시켰다. 딕카이트가 다양한 범위의 결정도를 보여주는 것은 계내의 부분적인 상안정성의 변화를 시사한다. 이 연구에서 계산된 열역학 값에 따르면, $Al_{2}O_{3}-SiO_{2}-H_{2}O$ 계에서 엽납석-딕카이트 (카오리나이트)-다이아스포아-석영이 500 바에서 공존가능한 온도는 약 300 $^{\circ}C$이다. 광물조합과 기존실헙자료를 종합하면 주요 열수변질 시기의 온도는 최소한 270-300 $^{\circ}C$이며 $X_{CO_2}$는 0.025 미만으로 추정된다. 광물의 산상과 화학적 변화양상에 따르면 Al의 활동도는 광상의 상부에, 그리고 Si의 활동도는 하부와 연변부에서 높음을 보여준다. 덕봉광상에서 흔히 관찰되는 비평형 상관계는 열역학적 변수와 용액운반특성의 국부적인 변화로 인하여 화학적으로 비평형인 상들이 여러 단계에 걸쳐 형성되었음을 지시한다.

• 한국광물학회지
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• 제24권1호
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• pp.19-29
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• 2011

베링해 알류샨 분지의 북부 사면지역에서 채취된 피스톤 코아 PC25A의 퇴적물에서 점토광물의 반정량적 함량 분석을 통해 지난 마지막 빙하기 동안 퇴적물의 기원지와 운송 경로의 변화를 살펴보았다. 코아 PC25A의 연대는 방산충 L. nipponica sakaii의 마지막 출현 시기($48.6{\pm}2\; ka$)와 인근 지역에서 채취한 연대가 잘 정립된 코아 PC23A의 퇴적물 색도($a^{\ast},\; b^{\ast}$) 및 퇴적 엽리층의 대비를 통해 설정되었다. 코아 PC25A의 최하단부가 약 57,600년 전으로 계산되었고, 코아 상부는 손실된 것으로 판단된다. 지난 마지막 빙하기 동안 스멕타이트, 일라이트, 캐올리나이트, 녹니석의 평균 함량은 각각 11% (5~24%), 47% (36~58%), 13% (9~19%), 29% (21~40%)이다. 코아 PC25A의 인근 지역에서 채취한 코아 MC24에서 분석된 홀로세의 점토광물 함량에 비하여 마지막 빙하기동안에 특징적으로 일라이트 함량이 증가하였고 스멕타이트 함량은 감소하였다. 따뜻한 기후의 홀로세 전기(Early Holocene) 동안 일라이트 함량이 높은 점토 퇴적물이 알라스카 대륙의 북부 지역(Province 1)으로부터 유입되는 융빙수에 의해 운반된 것으로 판단된다. MIS 2의 후빙기(B${\phi}$lling-All${\phi}$rod)동안에도 융빙수에 의해 점토광물이 운반되었으나, 일라이트 함량이 홀로 세 전기에 비해 낮기 때문에 북쪽의 Province 1보다는 남쪽에 위치한 Province 2와 Province 3에서 점토입자들이 기원된 것으로 해석된다. 마지막 최대 빙하기(Last Glacial Maximum)동안 나타나는 높은 스멕타이트 함량은 베링해 남동쪽 알라스카 반도 인근 지역(Province 4)에서 공급되는 점토 퇴적물의 양이 증가하였기 때문으로 보인다. MIS 3 초기에서 중기로 가면서 일라이트와 스멕타이트 함량이 감소하고, 녹니석의 함량은 증가하였다. MIS 3 동안 해수면이 낮아지면서 Province 2와 Province 3에서 점토 퇴적물의 공급이 증가한 것으로 보인다. 베링해 알류산 분지의 북부 사면지역에서 채취된 코아 PC25A에서 분석된 점토광물 조성의 변화는 마지막 빙하기동안 해수면의 하강으로 인하여 점토광물의 이동과 관련된 베링해의 표층 해류 순환이 현재와는 다른 양상으로 변화되었기 때문이다.

• 한국광물학회지
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• 제27권4호
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• pp.169-181
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• 2014

우리나라는 2008년부터 심해저 광물자원 확보를 위하여 남서태평양 통가국 EEZ 내 Tofua arc의 해저 화산열도에서 해저열수광상에 관한 조사를 지속적으로 수행하고 있다. 통가국 라우분지 TA 25 해저산에서 해저 열수 활동에 의하여 형성된 광물들의 특성과 분포를 규명하기 위하여 X선회절분석, 주사전자현미경 관찰, X선형광분석과 유도결합 플라즈마 방출분광분석을 실시하였다. 연구에 사용된 시료는 TA 25 해저산 주변에서 채취된 7개의 코어 시료와 9개의 해저퇴적물 시료이다. 열수분출구 모든 지역에서 중정석, 섬아연석, 클리노클레이스 등이 존재하고, 열수분출구 A 지역에는 석고, 스멕타이트 및 카올린 광물, 열수분출구 B와 C 지역에는 스멕타이트, 카올린 광물, 황동석과 황철석, 열수분출구 D 지역에는 석고, 황동석, 황철석, 침철석 등이 분포한다. 점토부분에 대한 분석 결과 칼데라 중심부 지역을 제외한 모든 지역에서 스멕타이트와 소량의 카올리나이트가 포함되어 있는 것으로 보아 이질변질작용에 해당하는 열수변질이 있었음을 알 수 있다. 열수분출구 B, C, D 지역은 여러가지 종류의 황화광물과 비소화광물이 존재한다. 광물조성, 주성분과 미량성분 분석 결과로 판단할 때 열수분출구 B, C, D 지역이 비교적 강한 고온의 열수변질작용, 열수분출구 A와 칼데라 중심부 지역은 열수의 영향을 적게 받았거나 저온의 열수변질작용을 받은 것으로 판단된다. 추후 열수광상 탐사는 열수분출구 B, C, D 지역에서 수행되어야 할 것으로 여겨진다.

• 한국광물학회지
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• 제32권4호
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• pp.235-247
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• 2019

남해 섬진강 하구유역에 발달되어 있는 남해중앙니질대는 흑산머드벨트의 퇴적물들과 섬진강의 퇴적물들을 공급받는 것으로 알려져 있다. 그러나 니질 퇴적체를 형성하기 위해서는 위 지역에서 공급되는 퇴적물보다 더 많은 양의 퇴적물이 공급되어야하기 때문에, 추가적인 퇴적물 공급원에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 남해중앙니질대 퇴적물의 기원지 및 퇴적물 유입경로의 변화를 알아보기 위해, 16PCT-GC01 및 16PCT-GC03 코어에 대해 점토광물 및 주성분원소 분석을 수행하였다. 황하 퇴적물은 스멕타이트의 함량이 높고, 양쯔강 퇴적물은 일라이트의 함량이 높으며, 한국 강 퇴적물들은 카올리나이트와 녹니석의 함량이 높다. 또한 한국 강 퇴적물은 Al, Fe, K가 풍부하고, 중국 강 퇴적물은 Ca, Mg, Na 등이 풍부하다. 따라서 점토광물과 주성분원소를 이용해 퇴적물의 기원지를 추적할 수 있다. 연구 결과, 남해중앙니질대의 코어 퇴적층은 총 3개의 퇴적 단위(sediment unit)로 구분할 수 있다. 해수면이 가장 낮은 저수위기(lowstand stage)에 해당되는 퇴적 단위 3은 황하로부터 공급된 퇴적물이 연안류 혹은 조석 작용에 의해 연구지역으로 공급된 것으로 해석되고, 해수면이 빠르게 상승하는 해침기(transgressive stage)에 해당되는 퇴적 단위 2는 황하의 영향이 약해지고 양쯔강과 한국 강들의 영향이 강해지는 것으로 해석된다. 현재와 같은 해수면과 해류의 순환이 형성된 고수위기(highstand stage)에 해당되는 퇴적 단위 1은 양쯔강과 한국 강으로부터 퇴적물이 해류를 통해 연구지역으로 공급된 것으로 해석된다.

• 암석학회지
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• 제22권3호
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• pp.219-233
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• 2013

부산광역시 동부의 장산화산암체는 화산함몰체로 알려져 있고, 화산함몰체 외각부를 따라 구과상 유문암이 $60^{\circ}{\sim}90^{\circ}$의 각도로 수직유상구조를 보여주며 환상암맥으로 나타난다. 구과의 직경은 수 mm에서 2.8 cm 이상이며, 평균적으로 5~10 mm로 측정되었다. 이들 구과는 하나의 핵을 중심으로 방사상을 나타내는 단식 구과형과 육안상 흰색을 띠는 각을 가지면서 핵 부분을 중심으로 방사상을 나타내는 방사상 단식 구과형으로 비교적 단순한 형태를 보여주며, 이들 구과들이 서로 인접하여 합체된 포도송이와 같은 집합체를 보여주기도 한다. 구과의 동심원상 핵 부분에 대한 전자현미분석 결과, 은미정질 기질부 물질의 성분은 주로 $SiO_2$가 거의 82% 이상, $Al_2O_3$는 7~10%, $Na_2O+K_2O$는 8% 이하의 실리카 물질과 장석(새니딘)의 미세한 섬유상 교생으로 나타났다. 구과에 대한 X-선 회절분석 결과, 석영, 새니딘, 앨바이트 그리고 소규모의 운모, 카오린, 녹니석으로 구성되며, X-선 면분석 결과, 핵 부분은 $SiO_2$가 풍부하며, 각 부분은 $Na_2O$ 또는 $K_2O$, $Al_2O_3$가 풍부하였다. 장산콜드론의 유문암 암맥에서 나타나는 구과의 깃털형과 비등형 결정 형태는 마그마 관입에 의한 이동속도보다 유리질 물질로부터 탈유리화작용이 더 빠른 속도로 진행되었고, 비교적 정체된 상태에서 급속한 냉각으로 형성되었음을 지시한다. 구과들은 고규산(75.4~75.7 wt.%) 유문암질 마그마로부터 유래되었다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제7권3호
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• pp.115-132
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• 2002

광주광역시에 분포하는 지하수의 수질을 인위적인 오염과 물-암석 반응에 의한 화학적 풍화의 결과로 구분하기 위하여, 토지이용현황, 지형 및 지질을 참고하여 본 역을 4개의 Group으로 구분하였다. Group I은 개발제한구역, Group II는 완충녹지, Group III는 기존시가지, Group IV은 공단지역을 포함한다. 연구지역의 본 역의 지질은 주로 흑운모화강암과 화강편마암으로 이루어져 있으며 지하수 중 주 양이온 함량은 장석류, 운모류, 탄산염광물의 지화학적 거동에 의해 결정된다. Cl$^{-}$와 NO$_3$$^{-}$은 인위적인 오염원에 의해 공급되며 Group H에서 가장 높게 나타난다. Piper diagram에 의하면 Group III은 CaSO$_4$-CaCl$_2$형에 우세하게 점시되고 나머지는 대부분 Ca(HCO$_3$)$_2$형으로 나타난다. WATEQF를 이용하여 계산한 활동도와 광물의 포화지수에 의하면 광물들 대부분이 불포화 상태이며 상안정다이아그램에 의하면 모두 캐올리나이트 안정 영역에 점시된다. 요인분석 결과에 의하면 3개의 요인으로 추출 및 계산된다 HCO$_3$$^{-}$, $Ca^{2+}$, SO$_4$$^{2-}$ , $Mg^{2+}$, $Na^{+}$의 규제를 받는 요인 1은 탄산염 광물, 운모, 사장석의 용해로 설명되고, Cl$^{-}$, NO$_3$$^{-}$의 규제를 받는 요인 2는 생활하수의 유입을 설명한다. Mn, Fe, Zn의 규제를 받는 요인 3은 공장폐수의 영향으로 추측된다. 요인 1은 Group I과 Group II에서 우세하므로 화학적 풍화의 영향을 받으며, Group III에서 높은 점수를 보이는 요인 2는 인위적인 오염원의 가능성을 지시한다.

• 한국결정성장학회지
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• 제29권6호
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• pp.317-328
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• 2019

본 연구에서는 도자기 제조용 원료(소지)에 사용되는 점토 광물의 물성 및 이로부터 제조된 소지의 품질을 조사하였다. 국내시장에 유통되고 있는 점토광물 중 중국에서 수입된 점토 (블랙점토, 홍점토, 백점토)와 충남 천안, 경남 산청에서 생산된 천안점토, 오부점토를 선택하여 비교 평가하였다. 화학분석 결과, 카올리나이트 등 1차 점토 외에 불순물로 CaO, K₂O, Na₂O을 포함하는 장석류(카리장석, 소다장석, 회장석)와 규석(SiO₂)이 포함되어 있으며 중국산 점토보다 국내 점토가 규석 및 장석질이 더 많이 함유되어 있음을 알 수 있었다. 도자기의 색상을 좌우하는 철분(Fe₂O₃)의 함량에 대해서는 천안점토, 오부점토, 홍점토의 경우 5 % 이상으로 붉은 색상을 띄며 중국산 (블랙점토, 백점토)에 비하여 철분 함량이 더 높음을 알 수 있다. X-선 결정상 분석을 통하여 원료광물에 존재하는 결정상의 종류를 분석한 결과, 원료 물질 모두 카올리나이트와 할로이사이트 등 1차점토와 함께 쿼츠(quartz)와 장석 등이 주요 결정상(main phase)으로 확인되었다. 이러한 점토광물을 원료로 하여 도자기용 소지를 제조하여 소결 후 물성을 평가하였다. 소성 후 수축률은 백자A급 < 백자B급 < 연분청 < 진분청 < 청자 소지 순으로 나타났으며 환원소성의 경우, 산화소성에 비하여 수축률이 높으며 이는 흡수율 결과와 일치하였다. 1250℃에서 환원소성한 경우, 매우 낮은 흡수율로 자화가 충분히 진행됨을 알 수 있다. 백자소지를 1200℃, 1250℃ 산화분위기에서 소성한 소성체가 환원소성한 소성체보다 백색도가 높으며, 백색도의 인자인 L^* 값이 86~95 %로 환원소성시 81~93 % 보다 높은 것을 알 수 있다. 철분 함량이 높은 청자소지나 분청소지의 경우, 환원분위기에서 소성한 소성체가 산화소성한 소성체보다 백색도가 높으며 a^*, b^* 값이 작은 양상을 확인할 수 있으며, 이는 Fe₂O₃ 산화물의 환원효과에 의한 것으로 판단된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제15권4호
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• pp.5-11
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• 2014

최근 도심지의 구조물 건설 시 다양한 라이프라인이 공간의 효율적인 활용 측면에서 지중에 매설되고 있으며, 이러한 라이프라인의 신설 및 유지보수 등을 위해 굴착이나 뒤채움 작업이 빈번하게 이루어지고 있다. 라이프라인 매설 시 지반을 굴착하며, 매설 후 채움재 모래를 사용하여 되메움을 하는 것이 일반적이다. 이러한 경우 통신관, 가스관, 상하수도 등의 관하부와 측면 좁은 공간의 뒤채움은 다짐작업이 어려우며, 다짐작업 시 토사의 특성상 추가적으로 침하가 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 미국 및 일본 등과 같은 선진국에서 건설 발생토를 재활용하여 잔토처리 비용을 줄이고, 충분한 유동성을 확보한 유동성 채움재가 사용되고 있다. 또한 지중 매설관 건설 외에도 기초 하부 지반의 보강에도 유동성 채움재를 활용할 수 있을 것으로 판단되며, 특히 기계 기초 하부 지지층이 연약한 경우, 유동성 채움재를 적용하여 빠른 시간 안에 지반을 개량하는 목적에 적합할 것으로 판단된다. 특히 기계 기초 하부 지지층의 경우, 단순한 기계 하중에 의한 정적 지지력 산정뿐만 아니라 기계의 진동에 의한 동적 하중이 가해지므로 기초 하부 지지층의 동적거동특성이 평가되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 유동성 채움재를 기계 기초 지지층으로 활용하는데 있어서의 적용성을 판별하기 위해 국내에서 일반적으로 볼 수 있는 점토와 황토를 현장발생토로 가정하여 세립분 함량을 달리한 유동성 채움재의 강도 및 동적 거동특성을 파악하였다. 또한 현장 발생토를 대신하여 산업 폐기물인 매립석탄회를 활용하여 유동성 채움재를 조성하여 그 성능을 비교하였다. 그 결과, 매립석탄회를 혼합하여 사용한 경우, 일반적인 건설발생토를 사용한 경우보다 높은 7일 재령 강도와 전단탄성계수를 보였다.