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문제 정의
- 따라서, 방류벽 바닥에 대한 불침투성 기준을 만들어 화학사고의 위험성을 줄이고, 산업계의 어려움을 해소하기 위한 연구가 절대적으로 필요하다. 이에, 본 연구에서는 산업계 현장상황을 반영하여 원유에 대해 불침투성이 우수한 콘크리트 방류벽 바닥의 기준을 제시하여 법적 기준을 정립하고자 하였다.
- 본 연구에서는 산업계의 이행수준을 고려하여 불침투성 콘크리트의 기준을 마련하기 위해 간이 콘크리트 방류벽을 제작하고, 원유를 투입한 후 7일 동안 침투실험을 실시하였다. 침투여부는 방류벽 하단의 육안검사와 콘크리트 절단 후 침투깊이 검사를 통해 조사하였다.
- 본 연구에서는 다량 유출을 모사하기 위해 불침투성 기준에 맞게 간이 콘크리트 방류벽을 제작하였다. 이를 위해 나무로 제작된 거푸집에 콘크리트를 주입하여 콘크리트를 양생시키고, 28일 후에 거푸집을 제거하였다.
- 본 연구에서는 콘크리트의 재질에 따라 원유의 침투 성능에 미치는 영향을 알아보기 위해 일반 콘크리트와 방수 콘크리트를 각각 제작하였다. 일반적으로 방수 콘크리트 제작 방법은 일반 콘크리트 상단에 방수액을 도포하거나, 일반 콘크리트와 방수액을 혼합하는 방법이 있다.
- 하지만, 그간 방류벽 바닥재에 대한 설치기준이 명확 하지 않아 콘크리트의 불침투성에 대해 많은 논란이 있었고, 사고에 대한 불안감이 높았다. 본 연구에서는 사고의 위험성이 높아 그동안 시도하기 어려운 원유 유출실험을 직접 실시하여 신뢰성 있는 불침투성 콘크리트 기준을 제시한데 의의가 있다. 7일 간 원유의 방류벽 노출 실험결과, 방수재가 혼합되지 않은 일반 콘크리트 방류벽의 경우 도료 시공 여부에 따라 0.
제안 방법
- 원유는 화재⋅폭발의 가능성이 높으므로10) 안전성을 최대한 확보할 수 있는 규모로 간이 (pilot) 방류벽을 제작하였다.
- 본 연구에서는 산업계의 이행수준을 고려하여 불침투성 콘크리트의 기준을 마련하기 위해 간이 콘크리트 방류벽을 제작하고, 원유를 투입한 후 7일 동안 침투실험을 실시하였다. 침투여부는 방류벽 하단의 육안검사와 콘크리트 절단 후 침투깊이 검사를 통해 조사하였다. 또한, 방수액, 도료가 원유의 침투성능에 미치는 영향을 조사하기 위해 일반 콘크리트에 혼합하여 비교실험을 병행하였다.
- 침투여부는 방류벽 하단의 육안검사와 콘크리트 절단 후 침투깊이 검사를 통해 조사하였다. 또한, 방수액, 도료가 원유의 침투성능에 미치는 영향을 조사하기 위해 일반 콘크리트에 혼합하여 비교실험을 병행하였다. 원유는 화재⋅폭발의 가능성이 높으므로10) 안전성을 최대한 확보할 수 있는 규모로 간이 (pilot) 방류벽을 제작하였다.
- 산업계가 과도한 투자를 하지 않으면서 최적의 결과를 얻을 수 있도록 종전의 설치조건을 고려하여 콘크리트의 재질을 선정하였다. 불침투성 조건으로 콘크리트의 강도를 최소 21 MPa, 골재 크기를 최대 25 mm, 물-시멘트 비율은 50% 이하, 슬럼프룰 120~150 mm로 선정하였다. 단기간 양생은 강도가 충분히 확보되지 않기 때문에 한국산업표준(KS)12)을 바탕으로 28일 이상으로 양생하는 조건을 선정하였다.
- 한국산업표준에 제시된 공기량(4% 이하), 온도(25±2℃), 습도(95% 이상) 양생기준은 사업장이 현장에서 준수하기가 곤란하여 기술적인 기준에서 배제하였다. 이에 대해 야외에서 양생하는 방법이 가장 타당한 것으로 판단하고, 본 실험에서는 야외 양생을 모사하기 위해 28일간 실험실에서 양생하였다. 1월과 3월에 콘크리트를 양생하였고, 온도와 습도는 2.
- 3℃, 30%까지 변동하였다. 기포에 의해 콘크리트의 강도가 저하될 수 있는 문제점을 최소화하기 위해 초기 양생 중 혼합(mixing) 처리와 해머링(hammering)을 실시하여 공기 혼입으로 인한 기포 발생을 막는 조치를 하였다. 콘크리트 양생 초기에 기포가 발생한 것과 해머링 후 기포가 제거된 것을 Fig.
- 본 연구에서는 다량 유출을 모사하기 위해 불침투성 기준에 맞게 간이 콘크리트 방류벽을 제작하였다. 이를 위해 나무로 제작된 거푸집에 콘크리트를 주입하여 콘크리트를 양생시키고, 28일 후에 거푸집을 제거하였다. 거푸집 설계도 및 양생이 완료된 방류벽 실험장치를 Fig.
- 방류벽 바닥의 두께는 사업장 현장조사를 통해 수집한 자료를 바탕으로 15 cm로 선정하였다. 또한, 콘크리트의 강도를 보강하고, 액밀성을 강화하기 위해 콘크리트를 주입 중 방류벽 바닥 하단면 중간(하단에서 15 mm 윗부분)에 지름 1 mm, 가로 28 cm, 세로 28 cm로 제작된 와이어 메시(wire-mesh)를 삽입하였다. 아울러, 원유가 두께가 제일 작은 방류벽 옆면으로 침투되는 문제점을 사전에 막기 위해 옆면에 시판되고 있는 에폭시, 우레탄을 3 mm로 시공하였다.
- 또한, 콘크리트의 강도를 보강하고, 액밀성을 강화하기 위해 콘크리트를 주입 중 방류벽 바닥 하단면 중간(하단에서 15 mm 윗부분)에 지름 1 mm, 가로 28 cm, 세로 28 cm로 제작된 와이어 메시(wire-mesh)를 삽입하였다. 아울러, 원유가 두께가 제일 작은 방류벽 옆면으로 침투되는 문제점을 사전에 막기 위해 옆면에 시판되고 있는 에폭시, 우레탄을 3 mm로 시공하였다.
- 일반적으로 방수 콘크리트 제작 방법은 일반 콘크리트 상단에 방수액을 도포하거나, 일반 콘크리트와 방수액을 혼합하는 방법이 있다. 본 실험에서는 방수액을 혼합하여 방수 콘크리트로 제작하는 방법을 선택하였고, 방수액은 시판되는 제품을 사용하였다. 콘크리트 0.
- 6 ℓ를 혼합하여 방수 콘크리트를 만들었다. 또한, 도료의 재질에 따라 콘크리트의 침투성능이 미치는 변화를 확인하기 위해 시판되는 보급형 에폭시, 우레탄을 선정하였고, 일반 콘크리트 및 방수 콘크리트 방류벽 바닥과 옆면에 각각 3 mm 높이로 시공하였다. 일반 콘크리트로 제작된 방류벽 3개, 방수 콘크리트로 제작된 방류벽 3개의 구성도를 각 Fig.
- 하지만, 대량 유출의 경우 7일까지 소요된 과거 화학사고 사례(‘14.4 울산 원유 유출사고)를 바탕으로 침투시간으로 7일로 선정하여 최악의 사고를 대비하여 노출시간을 선정하였다.
- 이로 인해 정유사에 대한 규제영향 분석을 우선적으로 검토할 필요가 있다. 따라서, 본 연구에서는 제도의 파급성을 고려하여 원유를 실험물질로 선정하여 침투실험을 실시하였다. 본 실험에 사용된 원유(비중 0.
- 874 g/cm3)는 국내 정유사에서 공급을 받았고, 별도의 정류가 이뤄 지지 않은 원료이다. 원유를 콘크리트 방류벽에 높이 25 cm까지 총 22,500 cm3를 채우고, 7일 동안 침투실험을 실시하였다. 통상적으로 저장탱크에 유출된 물질을 폐수처리장 등 외부로 처리하는데 3일 이내가 소요된다.
- 방류벽 하단의 침투성을 확인하기 위한 육안검사에서는 모든 방류벽에서 원유가 하단면에 흘러나온 흔적이 없었다. 바닥면의 수직 침투수준을 보다 정확하게 조사하기 위하여 콘크리트 절단기로 방류벽 단면을 절개하고 원유의 침투깊이를 측정하였다. 침투깊이 측정 검사에 대한 상세 결과를 Table 2에 정리하였다.
- 비록 침투깊이는 매우 낮은 수준이었으나, 이를 방류벽 바닥에 대한 두께기준으로 활용하기 위해서는 추가적인 요인도 고려해야 한다. 본 연구에서는 실험결과가 가지는 침투깊이 편차율(30~110%)의 한계를 극복하기 위해서 최대투과깊이(2.0 cm)에 대해 충분한 안전율 (5.0)을 반영하여 방류벽 바닥두께를 최소 10 cm로 제시하였다. 이 기준은 사업장이 콘크리트에 철근 시공을 위해 필요한 두께를 고려할 때, 산업계가 이행이 수월한 수준으로 예상된다.
대상 데이터
- , 한국산업표준(KS), 산업계 설치 현황 등의 자료를 분석하여 최적의 조건을 도출하였다. 산업계가 과도한 투자를 하지 않으면서 최적의 결과를 얻을 수 있도록 종전의 설치조건을 고려하여 콘크리트의 재질을 선정하였다. 불침투성 조건으로 콘크리트의 강도를 최소 21 MPa, 골재 크기를 최대 25 mm, 물-시멘트 비율은 50% 이하, 슬럼프룰 120~150 mm로 선정하였다.
- 원유가 접촉하는 콘크리트 방류벽 내부는 크기가 가로 30 cm, 세로 30 cm이고, 원유의 하중을 충분히 받을 수 있도록 높이를 30 cm로 제작하였다. 방류벽 바닥의 두께는 사업장 현장조사를 통해 수집한 자료를 바탕으로 15 cm로 선정하였다. 또한, 콘크리트의 강도를 보강하고, 액밀성을 강화하기 위해 콘크리트를 주입 중 방류벽 바닥 하단면 중간(하단에서 15 mm 윗부분)에 지름 1 mm, 가로 28 cm, 세로 28 cm로 제작된 와이어 메시(wire-mesh)를 삽입하였다.
- 4에서 요약해서 나타내었다. 6개의 방류벽이 1세트이고, 반복실험을 위해 2세트를 제작하였다. 실험장치 1은 일반 콘크리트로 제작된 방류벽, 실험장치 2는 일반 콘크리트에 에폭시가 시공된 방류벽, 실험장치 3은 일반 콘크리트에 우레탄이 시공된 방류벽이다.
- 6개의 방류벽이 1세트이고, 반복실험을 위해 2세트를 제작하였다. 실험장치 1은 일반 콘크리트로 제작된 방류벽, 실험장치 2는 일반 콘크리트에 에폭시가 시공된 방류벽, 실험장치 3은 일반 콘크리트에 우레탄이 시공된 방류벽이다. 아울러, 실험장치 4는 방수 콘크리트로 제작된 방류벽, 실험장치 5는 방수 콘크리트에 에폭시가 시공된 방류벽, 실험장치 6은 방수 콘크리트에 우레탄이 시공된 방류벽이다.
- 따라서, 본 연구에서는 제도의 파급성을 고려하여 원유를 실험물질로 선정하여 침투실험을 실시하였다. 본 실험에 사용된 원유(비중 0.874 g/cm3)는 국내 정유사에서 공급을 받았고, 별도의 정류가 이뤄 지지 않은 원료이다. 원유를 콘크리트 방류벽에 높이 25 cm까지 총 22,500 cm3를 채우고, 7일 동안 침투실험을 실시하였다.
이론/모형
- 불침투성 조건으로 콘크리트의 강도를 최소 21 MPa, 골재 크기를 최대 25 mm, 물-시멘트 비율은 50% 이하, 슬럼프룰 120~150 mm로 선정하였다. 단기간 양생은 강도가 충분히 확보되지 않기 때문에 한국산업표준(KS)12)을 바탕으로 28일 이상으로 양생하는 조건을 선정하였다. 한국산업표준에 제시된 공기량(4% 이하), 온도(25±2℃), 습도(95% 이상) 양생기준은 사업장이 현장에서 준수하기가 곤란하여 기술적인 기준에서 배제하였다.
성능/효과
- 침투깊이 측정 검사에 대한 상세 결과를 Table 2에 정리하였다. 도료가 시공되지 않은 방류벽에서 평균 1.2 cm(최소 0.8 cm, 최대 1.2 cm)의 침투흔적이 관찰되었고, 콘크리트 상단에 에폭시가 시공된 방류벽에서 평균 0.7 cm(최소 0.4 cm, 최대 0.9 cm)의 침투흔적이 확인되었다. 콘크 리트 상단에 우레탄이 시공된 방류벽에서는 평균 1.
- 0 cm)가 침투된 것으로 측정되 었다. 따라서, 본 연구에서 제시한 기준에 따라 제작된 방류벽은 독일 기준에 비해 침투깊이가 1/10 수준으로 모두 원유에 대해 우수한 불침투성능을 갖는 것으로 평가할 수 있다. 다만, 침투깊이가 작아 방류벽을 절단 하여 원유의 최대 침투깊이를 육안으로 측정하는데 한계가 있어 실험 결과값의 편차가 상대적으로 컸다.
- 따라서, 본 연구에서 제시한 기준에 따라 제작된 방류벽은 독일 기준에 비해 침투깊이가 1/10 수준으로 모두 원유에 대해 우수한 불침투성능을 갖는 것으로 평가할 수 있다. 다만, 침투깊이가 작아 방류벽을 절단 하여 원유의 최대 침투깊이를 육안으로 측정하는데 한계가 있어 실험 결과값의 편차가 상대적으로 컸다.
- 콘크리트를 절단하여 원유가 가장 깊이 침투된 부분의 침투깊이를 측정하였고, 그 결과를 Table 3에 정리하였다. 도료가 시공되지 않은 방수 콘크리트의 방류벽에서 평균 1.5 cm(최소 1.0 cm, 최대 1.9 cm)의 침투흔적이 관찰되었고, 방수 콘크리트 상단에 에폭시가 시공된 방류벽에서 평균 0.9 cm(최소 0.7 cm, 1.0 cm)의 침투흔적이 확인되었다. 콘크리트 상단에 우레탄이 시공된 방류벽에서는 평균 0.
- 7일 후 콘크리트 상단에서 부식, 균열 등 물리적 손상은 나타나지 않았다. 실험결과를 분석해 볼 때, 방수액이 원유, 도료의 상호 화학반응에 미치는 영향은 거의 없다고 볼 수 있다.
- 7 cm)의 침투된 것으로 측정되었다. 실험결과를 근거로 방수 콘크리트로 제작된 모든 방류벽이 원유에 대해 우수한 불침투 성능을 갖는 것으로 평가할 수 있다.
- 0 cm까지 침투된 것으로 나타났다. 본 실험결과의 침투깊이를 독일 법령의 설치기준과 비교했을 때, 노출시간이 72시간에서 168시간으로 늘어났음에도 침투 20 cm에서 2.0 cm 감소하는 것으로 불침투성이 우수한 것으로 볼 수 있다. 비록 침투깊이는 매우 낮은 수준이었으나, 이를 방류벽 바닥에 대한 두께기준으로 활용하기 위해서는 추가적인 요인도 고려해야 한다.
- 본 연구에서는 사고의 위험성이 높아 그동안 시도하기 어려운 원유 유출실험을 직접 실시하여 신뢰성 있는 불침투성 콘크리트 기준을 제시한데 의의가 있다. 7일 간 원유의 방류벽 노출 실험결과, 방수재가 혼합되지 않은 일반 콘크리트 방류벽의 경우 도료 시공 여부에 따라 0.4 ~ 2.0 cm가 침투된 것으로 나타났다. 아울러, 방수재가 혼합된 방수 콘크리트 방류벽의 경우 도료 시공 여부에 따라 0.
- 9 cm가 침투된 것으로 조사되었다. 이를 종합하여 볼 때, 72시간 노출실험에 20 cm 이하로 침투되어야 하는 독일의 세부기준과 비교 시 노출시간이 2.3배 증가하지만, 최소 10배 이상 침투깊이가 감소하였다. 이에, 콘크리트 바닥재가 본 기준에서 제시한 불침투성 기준을 만족하는 경우 도료 또는 방수재 시공에 상관없이 7일 동안 원유에 대해 불침투성이 우수한 것으로 결론지을 수 있다.
- 3배 증가하지만, 최소 10배 이상 침투깊이가 감소하였다. 이에, 콘크리트 바닥재가 본 기준에서 제시한 불침투성 기준을 만족하는 경우 도료 또는 방수재 시공에 상관없이 7일 동안 원유에 대해 불침투성이 우수한 것으로 결론지을 수 있다. 본 연구에서 제안한 기준이 정립된다면 방류벽 바닥재의 불침투성에 대한 많은 논란을 잠재우고, 피해를 저감할 수 있을 것으로 기대된다.
- 본 연구에서 제시된 콘크리트는 설치 측면에서는 대폭 개선된 반면, 유지관리 측면에서는 신중한 접근이 요구된다. 콘크리트는 외부에 지속적으로 노출되는 경우 풍화되어 내구성이 약화될 수 있다14).
- 이에, 본 기준이 산업현장에서 효과적으로 활용되기 위해서는 다음을 준수하여야 한다. 첫째, 사업장은 주기적인 점검을 통해 콘크리트 표면에 마모, 균열을 확인하고, 손상이 발생한 콘크리트를 신속하게 보수하여야 한다. 둘째, 방류벽에 유출된 유해화학물질을 7일 이내에 폐수처리장 또는 외부 시설로 회수처리 하도록 관리해야 한다.
- 첫째, 사업장은 주기적인 점검을 통해 콘크리트 표면에 마모, 균열을 확인하고, 손상이 발생한 콘크리트를 신속하게 보수하여야 한다. 둘째, 방류벽에 유출된 유해화학물질을 7일 이내에 폐수처리장 또는 외부 시설로 회수처리 하도록 관리해야 한다. 셋째, 유해화학물질의 유출사고로 인해 심하게 손상된 콘크리트를 신속하게 복구해야 한다.
- 둘째, 방류벽에 유출된 유해화학물질을 7일 이내에 폐수처리장 또는 외부 시설로 회수처리 하도록 관리해야 한다. 셋째, 유해화학물질의 유출사고로 인해 심하게 손상된 콘크리트를 신속하게 복구해야 한다. 이러한 유지관리 조치는 도료가 시공된 방류벽을 유지관리 하는데 필요한 업무에 비해 상대적으로 수월한 수준으로 사료된다.
후속연구
- 이에, 콘크리트 바닥재가 본 기준에서 제시한 불침투성 기준을 만족하는 경우 도료 또는 방수재 시공에 상관없이 7일 동안 원유에 대해 불침투성이 우수한 것으로 결론지을 수 있다. 본 연구에서 제안한 기준이 정립된다면 방류벽 바닥재의 불침투성에 대한 많은 논란을 잠재우고, 피해를 저감할 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 본 연구에서 제시된 기준은 일반적으로 사용하고 있는 조건을 고려하여 제시한 것으로 산업계가 과도한 추가 투자의 부담이 없이 관리될 수 있을 것이며, 야외양생, 재질강도 등을 산업계가 손쉽게 이행할 수 있을 것으로 예상된다.
- 본 연구에서 제안한 기준이 정립된다면 방류벽 바닥재의 불침투성에 대한 많은 논란을 잠재우고, 피해를 저감할 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 본 연구에서 제시된 기준은 일반적으로 사용하고 있는 조건을 고려하여 제시한 것으로 산업계가 과도한 추가 투자의 부담이 없이 관리될 수 있을 것이며, 야외양생, 재질강도 등을 산업계가 손쉽게 이행할 수 있을 것으로 예상된다.
- 원유는 질산, 염산, 황산 등과 같이 부식성이 강한 물질에 비해 콘크리트와 반응성으로 인한 위험성이 낮은 물질이다. 따라서, 본 연구에서 제시한 콘크리트 방류벽 불침투성이 부식성 물질에 불침투성을 충분히 유지하는지를 검증하는 추가적인 연구를 통해 모든 유해화학물질에 적용될 수 있는 근거를 마련할 필요가 있다. 또한, 열피로, 풍화 등에 의해 콘크리트의 강도변화가 불침투성에 미치는 영향을 확인하는 연구가 추가적으로 필요하다.
- 따라서, 본 연구에서 제시한 콘크리트 방류벽 불침투성이 부식성 물질에 불침투성을 충분히 유지하는지를 검증하는 추가적인 연구를 통해 모든 유해화학물질에 적용될 수 있는 근거를 마련할 필요가 있다. 또한, 열피로, 풍화 등에 의해 콘크리트의 강도변화가 불침투성에 미치는 영향을 확인하는 연구가 추가적으로 필요하다.
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