이수식 쉴드 TBM 공법에서 발생하는 부산물인 필터케이크를 유동성 채움재로의 재활용 가능성을 평가하기 위해 다양한 기초 실험을 수행하였다. 필터케이크를 굵은골재 및 잔골재와 혼합하여, 필터케이크의 함량 비율을 증가시키면서 세 가 지 배합(Case 1, Case 2, Case 3)을 구성하였다. 강도 발현을 위한 바인더로는 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 물- 시멘트비(w/c)를 변화시켜 플로우 시험, 블리딩 시험, 압축강도 시험을 통해 유동성 채움재로서의 가능성을 평가하였다. 시험 결과, 필터케이크 함량이 증가할수록 혼합물의 유동성은 저하되었으며, 이를 보완하기 위해 혼합수의 양을 증가시 키며 적정한 범위의 유동성을 확보하도록 하였으나, 혼합수의 양이 많아질수록 압축강도가 크게 감소하는 경향을 보였 다. 특히, 필터케이크 함량이 가장 높은 Case 3에서는 이러한 현상이 두드러지게 나타났으며, 반면 필터케이크 함량이 적 은 Case 1에서는 상대적으로 높은 강도가 발현되었다. 또한, 필터케이크 함량이 적을수록 혼합물의 유동성은 혼합수량에 민감하게 변화하였다. 블리딩은 필터케이크의 혼합 비율에 영향을 받았으며, 필터케이크 함량이 가장 높은 Case 3에서 블리딩이 가장 적게 발생하였다. 이는 필터케이크의 높은 수분 흡수율이 블리딩 감소에 영향을 미친 것으로 판단된다. 즉, 유동성, 강도, 블리딩 사이의 균형을 맞추기 위한 적절한 배합비 설정을 통해 TBM 공법 부산물인 필터케이크는 유 동성 채움재로 재활용 가능성이 높을 것으로 평가하였다.

제지 공정 과정에서 슬러지를 소각할 때 생성되는 제지애쉬를 도로 하부 동공 보수 재료인 유동성 채움재의 재료로 재 활용 가능성에 대하여 실험적으로 평가하였다. 유동성 채움재는 플로우 값으로 대표되는 유동성, 압축강도 및 블리딩률 에 의해 평가됨에 따라 해당 특성에 대하여 시험 및 평가를 진행하였다. 제지애쉬의 화학적 성분이 강도 발현을 위한 시 멘트와 유사한 점에 기반하여 제지애쉬를 시멘트 중량비의 0~40% 범위에서 치환하여 페이스트 혼합물을 제작하였다. 이 후, 플로우 및 압축강도 시험을 수행하여 제지애쉬의 적정 치환 범위를 선정하였다. 이후, 시멘트-제지애쉬 페이스트 혼 합물에 잔골재 및 굵은 골재를 혼합하여 유동성 채움재(CLSM: Controlled Low Strength Material) 혼합물을 배합하고 플로 우, 압축강도, 블리딩 시험을 실시하였다. 시험 결과 제지애쉬 치환율이 증가함에 따라 혼합물의 유동성 및 압축강도가 감소하였으며, 이는 제지애쉬의 높은 수분 흡수율에 의한 영향으로 판단된다. 혼합물의 적정 배합을 통하여 소정의 플로 우, 압축강도 및 블리딩률 기준을 만족할 수 있었으며, 이를 통해 제지애쉬의 유동성 채움재 활용 가능성을 확인하였다.

기존의 강관이나 주철관 그리고 시멘트 관은 시간의 경과에 따르는 노화현상을 피할 수 없으며, 특히 금속관은 부식으로 인한 수질 악화문제가 크고 누수에 따른 부족한 수자원 보존과 활용에 있어 예기치 않은 문제를 발생시켜 왔다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위한 하나의 방안으로 지하매설용 유리섬유복합관을 사용하는 것이다. 유리섬유복합관은 충격에 대한 저항성이 우수하고 수명이 50년~100년 정도로 반영구적이다. 특히 뛰어난 내구성과 시공성이 탁월하여 신소재로 각광받고 있다. 그리고 중량이 가벼워서(강관의 1/4, 시멘트 관의 1/10) 운반 및 설치가 용이하고 공기단축 및 인력절감을 기대할 수 있다. 또한 잦은 관로 보수 및 교체공사에 따른 사회적 경제적 손실을 최소화 할 수 있을 것이다. 이에 본 연구에서는 유리섬유복합관을 이용하여 실내모형실험을 수행하여 관의 응력-변형특성을 평가하였다. 실내모형실험의 경우 관경 200mm와 관경 300mm를 사용하여 하중재하 전과 후의 수직 수평변위 수직 수평토압을 6가지 사례에 대해서 측정하였다. 측정결과 실험값과 이론값 모두 비슷하게 측정되었다. 하지만 현장발생토사를 이용한 유동성 뒤채움재를 사용한 경우, 수직 수평변위는 매우 작게 측정되었고, 토압은 거의 0에 가까운 값으로 계측되었다.

원형지하매설관의 경우 관의 하단부의 다짐이 매우 어렵고, 또한 다짐효율이 떨어져서 지하매설물의 안정성을 저감시키고, 이로 인해 각종 파손이 발생하는 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결할 수 있는 하나의 대안으로 저강도 콘크리트 개념을 지반공학에 적용하여 만들어진 CLSM을 이용하는 것이다. 본 연구에서는 지금까지의 CLSM 실내실험결과를 이용하여 현장적용성 시험을 하기 위한 중간단계로서 베딩재, 뒤채움재, 관의 종류를 변화시킨 20가지 사례에 대한 PENTAGON 유한요소 프로그램을 이용하여 수치해석을 실시하였다. 수치해석을 실시한 결과 뒤채움재로 CLSM을 사용하는 경우에 토사나 일반모래를 사용한 경우보다 지표면 및 관의 침하를 현저히 감소시키는 것으로 해석되었다. 관의 연직변위를 놓고 볼 때 토사 뒤채움을 사용한 경우에 연성관의 변위량이 강성관의 2배 정도에 달했으나 CLSM으로 대체한 경우에는 오히려 토사 뒤채움에 강성관을 사용한 경우보다 변위가 줄어들었다. CLSM 뒤채움에 강성관을 사용한 경우도 유사하게 나타났고, CLSM이 구조적인 지지 역할을 확실히 함을 보여준다.

원형지하매설관의 경우 관의 하단부의 다짐이 매우 어렵고, 또한 다짐효율이 떨어져서 지하매설물의 안정성을 저감시키고, 이로 인해 각종 파손이 발생하는 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결할 수 있는 하나의 대안으로 저강도 콘크리트 개념을 지반공학에 적용하여 만들어진 CLSM을 이용하는 것이다. 본 연구에서는 지금까지의 CLSM 실내실험결과를 이용하여 현장적용성 시험을 하기 위한 중간단계로서 베딩재, 뒤채움재, 관의 종류를 변화시킨 20가지 사례에 대한 PENTAGON 유한요소 프로그램을 이용하여 수치해석을 실시하였다. 수치해석을 실시한 결과 뒤채움재로 CLSM을 사용하는 경우에 토사나 일반모래를 사용한 경우보다 지표면 및 관의 침하를 현저히 감소시키는 것으로 해석되었다. 관의 연직변위를 놓고 볼 때 토사 뒤채움을 사용한 경우에 연성관의 변위량이 강성관의 2배 정도에 달했으나 CLSM으로 대체한 경우에는 오히려 토사 뒤채움에 강성관을 사용한 경우보다 변위가 줄어들었다. CLSM 뒤채움에 강성관을 사용한 경우도 유사하게 나타났고, CLSM이 구조적인 지지 역할을 확실히 함을 보여준다.

대표적인 산업부산물인 폐주물사와 플라이애쉬의 재활용은 매우 시급한 현안중의 하나이다. 이러한 산업부산물의 재활용을 위해 저강도 콘크리트 개념을 적용한 유동성채움재(CLSM)로의 재활용을 위한 기본 연구가 지난 3년간 수행되었다. 본 연구에서는 폐주물사중 환경오염문제의 발생 가능성이 적은 것을 선별하여 CLSM용 잔골재로 이용하였다. 특히, 폐주물사에 화학약품처리를 하여 재활용 잔골재로 이용하는 방식사 역시 실험 재료로 이용하였다. 실험은 기존에 보편적으로 이용되는 뒤채움재 시공시 발생하는 사일로 토압에 대한 검증과 토압 경감효과에 대한 연구를 수행하였다. 실험결과 CLSM은 기존의 뒤채움재와는 그 성질이 매우 달라서, 옹벽배면과 절개면사이의 거리가 짧아서 발생하는 사일로 토압효과는 나타나지 않았다. 이는 기존의 뒤채움재와는 상당히 다른 재료이고, 또한, 기존에 이용되는 각종 토압론의 공식적용에 다소 신중해야 할 것으로 판단된다. 사용된 잔골재용 시료중에서는 방식사가 가장 큰 토압경감 효과를 나타냈고, 사용된 CLSM의 잔골재 특성에 따라 토압경감 효과에 다소 시간적인 차이는 있으나, 그 절대값은 어느 정도 일정한 값으로 수렴하는 것으로 나타났다.

대표적인 산업부산물인 폐주물사와 플라이애쉬의 재활용은 매우 시급한 현안중의 하나이다. 이러한 산업부산물의 재활용을 위해 저강도 콘크리트 개념을 적용한 유동성채움재(CLSM)로의 재활용을 위한 기본 연구가 지난 3년간 수행되었다. 본 연구에서는 폐주물사중 환경오염문제의 발생 가능성이 적은 것을 선별하여 CLSM용 잔골재로 이용하였다. 특히, 폐주물사에 화학약품처리를 하여 재활용 잔골재로 이용하는 방식사 역시 실험 재료로 이용하였다. 실험은 기존에 보편적으로 이용되는 뒤채움재 시공시 발생하는 사일로 토압에 대한 검증과 토압 경감효과에 대한 연구를 수행하였다. 실험결과 CLSM은 기존의 뒤채움재와는 그 성질이 매우 달라서, 옹벽배면과 절개면사이의 거리가 짧아서 발생하는 사일로 토압효과는 나타나지 않았다. 이는 기존의 뒤채움재와는 상당히 다른 재료이고, 또한, 기존에 이용되는 각종 토압론의 공식적용에 다소 신중해야 할 것으로 판단된다. 사용된 잔골재용 시료중에서는 방식사가 가장 큰 토압경감 효과를 나타냈고, 사용된 CLSM의 잔골재 특성에 따라 토압경감 효과에 다소 시간적인 차이는 있으나, 그 절대값은 어느 정도 일정한 값으로 수렴하는 것으로 나타났다.