바이오폴리머 혼합토의 반복 동결-융해에 따른 탄성파 특성

초록

지반강화를 위해 다양하게 활용되는 바이오폴리머 중 잔탄검은 미생물 기반 발효 과정에서 생산되는 생물 고분자 물질로, 지반의 강도 및 강성 증진에 효과적인 것으로 알려져 있다. 본 연구는 바이오폴리머가 혼합된 흙의 동결-융해 과정 중 탄성파 속도 변화를 측정하고, 이를 통해 동결-융해 조건에서 바이오폴리머가 흙의 안정성 및 구조적 특성 변화에 미치는 잠재적 효과를 규명하는데 목적이 있다. 바이오폴리머 함량은 0~10%로 설정하였으며, 상대밀도와 포화도는 각각 60%와 30%로 고정하였다. 실험은 동결 4시간과 융해 20시간으로 구성된 주기를 5일간 반복하여 진행하였으며, 벤더 엘리먼트와 피에조 디스크 엘리먼트 센서를 활용하여 탄성파 신호를 수집하였다. 실험 결과, 탄성파 속도는 바이오폴리머 함량이 증가함에 따라 초기에는 겔 네트워크 형성으로 증가하다가, 최적 함량에서 최대값을 보이고 이후 과도한 겔 형성으로 감소하는 것으로 나타났다. 특히, 동결 상태에서는 낮은 함량에서 겔 네트워크 형성 불안정으로 속도가 감소하였고, 최적 함량에서 압축 저항성의 증가로 속도가 상승하는 경향을 보였으며, 최적 농도는 0.5~5% 범위에서 나타났다. 본 연구는 지반 강성 증진에 효과적인 바이오폴리머 함량를 선정하고 이를 동결-융해 현장에 적용하는데 유용한 자료로 활용될 것으로 기대된다.

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