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문제 정의
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4.3 항균 콘크리트의 타설 및 시공
공동주택 구조물 A 및 B 현장에서는 정화조 구조물을 시공하기 위해 황산화세균에 의한 생화학적 부식의 저감효과가 확인된 항균 콘크리트를 적용함으로써 구조물의 품질 안정성을 향 상시키고자 하였다.
- 이에 본 연구에서는 하수 구조물용 항균 콘크리트로서 필요한 요구성능을 살펴본 두】, 이를 만족할 수 있는 항균제 및 항균 콘 크리트의 개발과 개발된 항균 콘크리트의 실제 하수 구조물에 대한 적용 일례를 제시함으로서 항균 콘크리트의 구조체 적용에 관한 기초 연구자료를 제시하고자 한다.
- 표 9는 실 구 조 물에 적용할 항균 콘크리트의 배합을 나타낸 것으로 항균 콘 크리트의 적용 부재에 따른 규격을 고려하여 물시 멘트비는 46%와 39% 2수준을 설정하였다. 항균 콘크리트의 실 구조물에 적용하기 위하여 레미콘 배쳐플랜트에서의 생산성과 품질관리에 대한 사항을 검토하였다. 항균제는 콘크리트용 혼화제와 동일한 사용형태로 표 10과같이 항균래미콘의 실 배쳐플랜트 생산에 있어서 일반 래미콘 생산과 동일하며, 항균제에 의한 별도의 생산 및 품질관리 항목이 추가되지 않았다.
제안 방법
- 액상 항균제를 사용한 항균 콘크리트의 항균 성능을 평가하기 위해서는 비색시험법을 사용하였으며, 중금속 용출 여부를 평가를 위해 한국폐기물 공정시험 방법에 준한 시험을 실시하였다. 또한 항균 콘크리트의 시공성을 평가하기 위해 공기량, 슬럼프 및 응결 시간을 측정하였으며, 수밀성을 평가하기 위해 압축강도, 중성화를 측정하였다.
- 본 연구를 위한 실험 배합은 표 6에 나타낸 바와 같이 물시멘트비 50%, 잔골재율 45%, 공기량 4.5±1.5%, 슬럼프를 18± 1cm 로 설정하였으며, 액상 항균제의 분산성능을 평가하기 위해 기존의 분말형 항균제를 사용한 배합을 1수준씩 추가하였다.
- 앞서 기술한 바와 같이 항균 콘크리트의 적용 부재에 따른 규격을 고려하여 배합조건을 결정하였으며, 레미콘 생산에 의한 항균 콘크리트의 품질을 검토한 후, 그림 11에 나타낸 바와 같이 실제 현장에 항균 콘크리트를 타설하였다. 항균 콘크리트를 타설하는 과정에 있어서는 발생되는 문제없이 순조롭게 시공되었다.
- novellus의 적정 배지 인 Nutrient agar에 도말하였다. 이후 배지 위에 시험 물질 20 ul를 적 하하고, 30℃에서 2일간 배양하여 투명환(clear zone)의 직경(mm)을 측 정함으로서 항균 성능을 평가하였다.
- 하수 구조물용 항균 콘크리트에 필요한 요구성능을 검토한 후, 이를 만족할 수 있는 항균제 및 항균 콘크리트의 개발하였으며, 개발된 항균 콘크리트를 실제 정화조 구조물에 적용한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 항균제의 분산성능은 EPMA(Electron Probe Micro- Analyzer SX-50, CAMACA) 면 분석을 통해 고찰하였고, 항균 콘크리트의 공기량, 슬럼 프, 응결 시간 및 압축강도는 각각 KS에 준해 측정하였으며, 중성화 저항성은 5% CO2, 습도 60%의 중성화 촉진 시험을 통해 고찰하였다.
- 항균제의 항균 성능을 측정하기 위해 먼저 황산화세균의 일종인 Thiobacillus novellus를 농도가 3.75Xl08/ml이 되도록 0.85% saline에 현 탁한 후에 T. novellus의 적정 배지 인 Nutrient agar에 도말하였다. 이후 배지 위에 시험 물질 20 ul를 적 하하고, 30℃에서 2일간 배양하여 투명환(clear zone)의 직경(mm)을 측 정함으로서 항균 성능을 평가하였다.
대상 데이터
- 반면 본 연구에서 개발한 항균제의 주요성분은 규불화염, 가 용성실리카, 니켈 및 텅스텐 화합물이며 액상으로 제조된다. 이 중 규불화염(ZnSiF" MgSiFQe 아래의 반응식과 같이 콘크리트의 성분과 반응하여 불용성의 안정하고 치밀한 결정구조를 갖는 플루오르화칼슘(CaF2)과 플루오르화마그네슘(MgFD 등을 생성시킴으로써 콘크리트의 강도, 수밀성 및 내약품성을 향상시킬 뿐만 아니라 수화 발열 속도를 저감시켜 수축에 의한 균열 발생을 억제시키는 효과를 갖는다.
- 3으로 조정한 상태에서 진탕기(shaker)로 15~25℃에서 6시간 진탕한 후 여액을 채취하여 시험대상액으로 하였다. 중금속 및 유효성분의 용출 특성은 ICP -MASS (Thermo Elemental IRIS DUO)를 사용하여 측정하였으며, 중금속으로는 Cu, Pb, Sn, Cr을 대상으로 하였으며, 항균제가 첨가되었을 때를 고려하여 유효성분으로는 Ni, Mg, Zn을 대상으로 하였다.
- 항균제의 화학적 성분은 표 2에 나타낸 바와 같이 수밀성분 으로서 규불화염과 가용성 실리카가 사용되었으며 항균성분으 로 니켈 및 텅스텐 화합물이 사용되었다.
데이터처리
- 표 4는 항균제 및 항균 콘크리트의 성능을 평가하기 위한 실험계획을 나타낸 것으로, 우선 액상 항균제의 분산성능 및 항 균성능을 평가하기 위해 기존의 분말형 항균제 1종과 비교평가를 실시하였으며, 평가 방법으로는 EPMA 면 분석과 Broth Microdilution MIC 시험을 실시하였다.
이론/모형
- 또한 항균 콘크리트의 항균 성능에 대한 평가는 KS F 4403 「원심력 철근 콘크리트관」의 부속서에 수록된 [무기 항균제 가 첨가된 공 시체의 항균효과 시험방법] 어I 준하여 40X40X 10mm의 항균 콘크리트 시험체를 시험 균주 배양액에 4주간 침 지한 후 배양액의 색상변화를 통해 항균 성능을 평가하는 비색 시험법을 실시하였다.
- 액상 항균제를 사용한 항균 콘크리트의 항균 성능을 평가하기 위해서는 비색시험법을 사용하였으며, 중금속 용출 여부를 평가를 위해 한국폐기물 공정시험 방법에 준한 시험을 실시하였다. 또한 항균 콘크리트의 시공성을 평가하기 위해 공기량, 슬럼프 및 응결 시간을 측정하였으며, 수밀성을 평가하기 위해 압축강도, 중성화를 측정하였다.
- 항균 콘크리트의의 유해 물질 용출성 평가는 한국 폐 기 물 공정 시험법(KSLT)에 준하여 시험 체중 중금속 및 유효성분의 용출성을 평가하였다. 먼저 시험체를 파쇄한 후 고형분/물=1/10의 조건의 혼합물에 염산을 사용하여 pH= 5.
성능/효과
- 1) 액상 항균제의 항균성능 및 분산성능 평가 결과, 항균성능 은 기존 분말형 항균제에 비해 동등 이상의 항균 성능을 보였으며, 분산성능은 분말형에 비해 우수한 것으로 나타났다.
- 2) 액상 수밀성 항균제를 사용한 항균 콘크리트의 경우 비색 시험을 통해 항균 성능을 검증할 수 있었으며, 용출시험 결과 유해성분 및 유효성분의 용출은 극히 적은 것으로 나타났다.
- 3) 항균 콘크리트의 슬럼프 및 공기량은 시공성에 있어 유의할 만한 경향은 나타나지 않았으나, 응결 시간이 일반 콘크리트에 비해 약 6.5~7시간 지연되는 것으로 나타나 현장에 적용할 시에는 이점을 유의해야 할 것으로 사료된다.
- 4) 압축강도 및 중성화 저항성은 일반 콘크리트에 비해 다소 향상되는 것으로 나타났으며, 이는 항균제 수밀성분에 의한 결과로 사료된다.
- 5) 항균 콘크리트의 레미콘 공장 생산성 평가 결과, 항균제는 일반 콘크리트용 혼화제와 첨가함으로써 별도의 생산관리가 요구되지 않았으며, 항균 콘크리트의 생산 결과에 있어서도 기본물성의 변화는 전혀 없었다.
- 6) 항균 콘크리트의 공장생산 후 현장에 도착까지의 경과시간에 따른 품질변동은 없었으며, 타설 과정에 있어서도 유의할 만한 문제점은 전혀 발생되지 않아 하수 구조물용 항균 콘크리트의 현장 적용성을 검증할 수 있었다.
- 그림 5 및 그림 6은 시험체 종류별 슬럼프 및 공기량을 나타낸 것이다. 60분 경과 후 액상 항균제를 첨가한 항균 콘크리트의 슬럼프는 약 5cm 저하하여 일반 콘크리트에 비해 슬럼프 손실이 다소 큰 것으로 보이나, 시공상 콘크리트의 품질에는 크게 영향을 주지 않는 것으로 나타났으며, 공기량에 있어서는 일반 콘크리트와 항균 콘크리트가 유사한 손실을 보이고 있다. 한편 그림 7은 시험체 종류에 따른 초결 및 종결 시간을 나타낸 것으로 액상 항균제를 사용한 항균 콘크리트의 경우 일반 콘크리트에 비해 초결 및 종결 모두 약 6.
- T. versutus 균주에 대한 항균시험 결과 시 험균주의 접종 초기 상태에서는 지식 약 페놀레드(phenol red)에 의한 핑크색상만이 관찰되었다. 이후 시험균주를 접종 후 1주일이 경과된 시점에서 항균 성능이 구분되었으며, Plaine 이미 노란색으로 변색되었다.
- novellus 균주의 항균 성능을 측정한 결과 시험 균주 의 접종 초기 상태에서는 지시약 브로모 크레졸 퍼플(bromo- cresol-purple) 에 의한 적자색만이 관찰되었다. 그러나 시험균주 를 접종 후 4주에서 항균 성능이 뚜렷이 구분되었다. 세균 증식에 의해 시험배양액의 탁도(turbidity)가 증가되었으나 Plain의 경우 황산화세균에 의한 황산 출로 인해 pH 저하된 결과, 노란색으로 이미 변색되었다.
- 그림 2는 동일 혼합조건 하에서 액상 항균제와 기존 분말형 항균제를 사용한 콘크리트의 EPMA 면 분석 결과를 나타낸 것으로서, 분말형 항균제를 첨가한 경우 콘크리트 미세구조 중에 항균 성분이 응집된 상태가 관찰된 반면, 액상 항균제를 첨가한 시험체의 경우 시험체면 전체에 항균 성분이 균일하게 분포됨을 알 수 있었다. 따라서 항균 콘크리트 제조 시 균일한 항균성능을 위해서는 액상형 항균제가 유리할 것으로 판단된다.
- 반면 액상 항균제를 첨가한 시험체의 경우 시험 균주를 접종하지 않은 비접종 상태와 유사한 핑크색상을 띄는 것으로부터 황산화 세균의 황산화작용이 억제되어 pH 변화가 없는 것으로 확인되었다. 따라서 액상 수밀성 항균제를 첨가함으로써, C6 등 중성 가스에 의해 콘크리트가 중성화로 진행되는 영역 (pH 7.0~10.0)에서 주로 서식하는 T. versutus의 생육을 억제하는 성능이 뛰어난 것으로 판단된다.
- 따라서 항균제의 첨가 및 재령에 따라 유의할만한 환경기준치 이상의 중금속 용출이 없는 것이 확인되었고, 항균제의 유효성분이 콘크리트 경화 조직 중에 화학적으로 안정한 불용성 염 형태로 고착되어 거의 용출되지 않는 것으로 나타나, 항균제의 무독성과 유효성분의 과다 용출에 의한 항균 성능의 저하는 없을 것으로 사료된다.
- 세균 증식에 의해 시험배양액의 탁도(turbidity)가 증가되었으나 Plain의 경우 황산화세균에 의한 황산 출로 인해 pH 저하된 결과, 노란색으로 이미 변색되었다. 반면 액상 항균제를 첨가한 경우는 접종 초기의 적자색이 그대로 유지된바 황산화세균에 의한 황 산 배출이 크게 억제되는 것으로 확인되었으며, 중성 영역(pH 5.0~9.0)에 주로 서식하는 T. novellus의 황산화 작용을 억제하는 성능이 우수한 것으로 나타났다.
- versutus 균주에 대한 항균시험 결과 시 험균주의 접종 초기 상태에서는 지식 약 페놀레드(phenol red)에 의한 핑크색상만이 관찰되었다. 이후 시험균주를 접종 후 1주일이 경과된 시점에서 항균 성능이 구분되었으며, Plaine 이미 노란색으로 변색되었다. 반면 액상 항균제를 첨가한 시험체의 경우 시험 균주를 접종하지 않은 비접종 상태와 유사한 핑크색상을 띄는 것으로부터 황산화 세균의 황산화작용이 억제되어 pH 변화가 없는 것으로 확인되었다.
- 중금속 및 유해성분의 용출 특성을 측정한 결과, 그림 4와 같이 시험체의 종류에 관계없이 거의 유사한 용출 특성을 나타내었으며, Cr(환경기준 : 0.5ppm 이하), Pb(환경기준 : 0.2ppm 이하), Sn(환경기준 : 0.5ppm 이 하) 등의 중금속의 용줄농도는 Cr 이 약 60~90ppb(0.06~0.09 ppm)로 가장 높았으나 항균제의 첨가에 관계없이 모두 환경기준 치 이하의 농도로 용출되는 것으로 확인되어 중금속 용출에 의한 환경 위해성은 없는 것으로 판단되었다. 한편, 항균제의 유효성분인 Ni과 규불화염의 유효성 분인 Zn, Mg의 경우에도 모두 30ppb(0.
- 한편, T. novellus 균주의 항균 성능을 측정한 결과 시험 균주 의 접종 초기 상태에서는 지시약 브로모 크레졸 퍼플(bromo- cresol-purple) 에 의한 적자색만이 관찰되었다. 그러나 시험균주 를 접종 후 4주에서 항균 성능이 뚜렷이 구분되었다.
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