화산재의 거동

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 14524(2022) 이 기사 인용

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화산재(VA)는 폭발적인 화산 폭발의 부산물 중 하나입니다. 친환경적인 토양 안정화 접근법으로서 시멘트질 특성으로 인해 토양 안정제로 사용할 수 있습니다. 본 연구에서는 1차원 압축 시험과 일축 압축 시험에서 점토질 토양의 거동에 대한 첨가 재료(최대 20%)로서 VA의 영향을 조사했습니다. 이를 위해 VA 백분율 효과, 경화 조건, 즉 최적 수분 함량(OMC) 및 포화 샘플, 경화 시간이 오이도미터 모듈러스 및 단축 압축 강도(UCS)에 미치는 영향을 조사했습니다. 결과는 VA를 첨가하면 포화 조건에서 UCS가 지속적으로 증가한다는 것을 보여줍니다. 그러나 이러한 개선은 OMC 상태에서 5% 추가 VA에 상당한 것이며 UCS에서는 325% 개선을 유도합니다. UCS의 최대 개선은 포화 상태에서 VA를 20% 첨가할 때 발생합니다. 또한 VA-토양 혼합물은 낮은 응력 수준에서 더 지속 가능하며 VA 첨가에 따라 오이도미터 모듈러스가 증가하는 것으로 나타났습니다. 장기간의 경화시간은 포졸란 반응으로 인해 제작된 결합의 증가를 가져온다. 추가 VA는 특히 단기 경화 시간에 대한 경화 매개변수에 큰 영향을 미치지 않습니다.

최근 수십 년 동안 도로 건설 프로젝트의 토양 개선 및 안정화를 위해 제한 사항 및 사용 가능한 배출원과 관련하여 친환경적인 접근 방식이 고려되었습니다. 채택된 솔루션은 토목합성물질1,2,3의 사용, 토양에 폴리머/바이오폴리머 추가4,5,6 또는 타이어나 분쇄된 유리와 같은 다양한 종류의 폐기물 추가7,8,9,10를 고려합니다. ,11. 이전 연구에 따르면 토양 안정화는 도로 지속 가능성을 위한 중요하고 비용 효율적인 방법입니다12. 토양의 화학적 개선은 환경과 사업비에 따라 달라질 수 있는 가장 일반적인 기술 중 하나입니다. 요즘에는 시멘트, 석회, 포졸란과 같은 시멘트질 재료를 사용하여 화학적 개선이 수행됩니다.

시멘트와 석회는 토양 안정화에 있어서 높은 성능과 효율성을 가지고 있음에도 불구하고 제조 과정이나 사용 과정에서 품질 저하 및 오염과 같은 여러 가지 환경 문제가 발생할 수 있습니다12,17. 최근 몇 년 동안 토양 내 시멘트 및 석회 혼합물과 관련된 문제와 관련하여 환경 친화적인 폐기물을 사용하는 것이 엔지니어들 사이에서 널리 보급되었습니다. 이전의 노력에 주목하면, 포졸란을 토양 개선 재료로 사용하는 것은 상대적으로 부정적인 환경 문제가 없기 때문에 조사자들 사이에서 인기 있는 주제가 됩니다12,17. 포졸란은 생산되는 방식(비산재, 화산재, 껍질재 등)에 따라 다양해지는 규산 기반 물질입니다. 포졸란을 사용하면 대기 오염 감소는 물론 에너지 및 온실가스 배출을 줄이는 데 생산적일 수 있습니다17,18.

농업 분야와 산업 기업에서 생산된 폐기물, 즉 비산재, 슬래그, 타이어, 유리 및 곡물 껍질을 사용할 가능성이 최근 조사되었습니다8,19,20,21,22,23,24,25,26. 석탄화로와 화산분출로 인해 각각 버려지는 비산재와 화산재(VA)는 시멘트/석회를 대체할 수 있는 적절한 대체재로 선택될 수 있으며, 토양을 안정화시키는 데에도 사용될 수 있습니다. 수많은 연구자들이 다양한 조건에서 VA의 행동을 연구했습니다. 추가적인 시멘트질 재료를 이용한 토양개량을 평가하기 위해서는 입자간의 결합과 강도특성을 평가해야 한다27. 이를 위해 직접 전단 테스트, 3축 테스트, 단축, 제한 압축 테스트 및 CBR(캘리포니아 베어링 비율)과 같은 표준 기존 테스트를 수행할 수 있습니다. 토양 덩어리에 포졸란을 첨가하면 강도, 마찰각, 응집력 및 CBR21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33과 같은 토양 특성을 향상시킬 수 있습니다.