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문제 정의
- 따라서, 질산, 황산, 가성소다 등과 같은 부식성이 강한 물질의 침투성에 대한 위험성을 대표하는 것으로 보기에는 한계가 있다. 이에, 본 연구에서는 부식성이 강한 질산의 노출실험을 통해 불침투성 콘크리트 바닥재의 위험성을 평가하여 사업장에서 취급하는 모든 유해화학물질의 방류벽 바닥재로 안심하게 사용할 수 있는 설치기준을 확립하고자 한다.
- 기존에 수행된 연구를 통해 방류벽 바닥의 설치기준이 마련되었으나, 반응성이 없는 원유에 대한 노출실험 결과가 반영된 것으로 부식성이나 반응성이 있는 유해화학물질로 확대 적용하기에는 한계가 있었다. 이에, 본 연구에서는 현장 활용성을 높이기 위해 부식성이 강한 질산을 선정하여 노출실험을 통해 위험성 평가를 실시하였다. 7일 간 원유의 방류벽 노출 실험결과, 방수재가 혼합되지 않은 일반 콘크리트 방류벽의 경우 도료 시공 여부에 따라 0.
제안 방법
- 본 연구에서는 신창현 등6)이 사용한 실험장치, 노출조건, 검사방법 등 실험조건을 동일하게 적용하고, 원유를 질산으로 변경하여 질산이 방류벽 바닥재의 침투성능에 미치는 영향을 비교 평가하였다. 간이 콘크리트 방류벽을 제작하고, 질산을 투입 후 7일 동안 노출실험을 실시하였다.
- 이 사용한 실험장치, 노출조건, 검사방법 등 실험조건을 동일하게 적용하고, 원유를 질산으로 변경하여 질산이 방류벽 바닥재의 침투성능에 미치는 영향을 비교 평가하였다. 간이 콘크리트 방류벽을 제작하고, 질산을 투입 후 7일 동안 노출실험을 실시하였다. 실험이 끝나고 방류벽 하단의 육안검사와 콘크리트 내부 절단 후 침투량 측정검사를 통해 질산의 침투 깊이를 측정하였다.
- 간이 콘크리트 방류벽을 제작하고, 질산을 투입 후 7일 동안 노출실험을 실시하였다. 실험이 끝나고 방류벽 하단의 육안검사와 콘크리트 내부 절단 후 침투량 측정검사를 통해 질산의 침투 깊이를 측정하였다. 또한, 방수액, 도료가 원유의 침투성능에 미치는 영향을 조사하기 위해 방류벽 종류에 따른 질산의 침투량 비교실험을 실시하였다.
- 실험이 끝나고 방류벽 하단의 육안검사와 콘크리트 내부 절단 후 침투량 측정검사를 통해 질산의 침투 깊이를 측정하였다. 또한, 방수액, 도료가 원유의 침투성능에 미치는 영향을 조사하기 위해 방류벽 종류에 따른 질산의 침투량 비교실험을 실시하였다.
- 대량 유출사고를 모사하되, 부식성이 강하고, 반응성이 있는 질산의 위험성을 감안하여 실험의 안전을 확보하기 위해 간이(pilot) 방류벽을 제작하였다5). 이를 위해 나무로 제작된 거푸집에 콘크리트를 주입하여 콘크리트를 양생시키고, 28일 후에 거푸집을 제거하였다.
- . 이를 위해 나무로 제작된 거푸집에 콘크리트를 주입하여 콘크리트를 양생시키고, 28일 후에 거푸집을 제거하였다. 거푸집 설계도 및 양생이 완료된 방류벽 실험장치를 Fig.
- 1에 나타내었다. 질산이 접촉하는 콘크리트 방류벽 내부는 크기가 가로 30 cm, 세로 30 cm이고, 질산이 충분히 투입되어 하중을 적절히 받을 수 있도록 상부 높이를 30 cm로 제작하였다. 방류벽 바닥의 두께는 선행연구에서 제시한 불침투성 기준대로 10 cm로 하였다.
- 또한, 콘크리트의 강도를 보강하고, 액밀성을 강화하기 위해 콘크리트를 주입 중 방류벽 바닥 하단면 중간(하단에서 상부 5 mm)에 지름 1 mm, 가로 28 cm, 세로 28 cm로 제작된 와이어 메시(wire-mesh)를 삽입하였다. 아울러, 질산이 방류벽 옆면으로 침투되는 것을 막기 위해 옆면에 도료시공이 없는 방류벽과 에폭시를 시공한 방류벽에는 에폭시를, 우레탄을 시공한 방류벽 에는 우레탄을 시판제품으로 3 mm씩 시공하였다.
- 사업장의 현장 적용성을 고려하여 고압가스안전관리법 기준을 바탕으로 콘크리트의 강도를 21 MPa, 골재 크기를 최대 25 mm, 물-시멘트 비율은 50% 이하, 슬럼프룰 120~150 mm로 선정하였다7). 또한, 산업계 현장상황을 고려하여 한국산업표준(KS)에서 정한 기준을 바탕으로 실험실에서 28일 간 양생하였다8).
- 3℃, 30%까지 변화하였다. 아울러, 양생초기 30분 이내에 거푸집 내부에 있는 공기를 제거하기 위해 믹싱(mixing)을 하였고, 망치로 진동을 주었다. 지금까지의 불침투성 콘크리트의 실험조건을 Table 2에 요약해서 나타내었다.
- 본 실험에서는 방수액을 혼합하는 방법을 선택하였고, 방수액은 시판되는 제품을 사용하였다. 구체적으로는 콘크리트 0.2 m3에방수액 0.6 L를 혼합하여 방수 콘크리트를 만들었다.
- 55 g/cm3)을 제공 받았다. 질산을 25 cm 높이로 총 22,500 cm3를 채우고, 7일 동안 노출시켰다. 실험실에서 실시하였고, 온도와 습도는 7.
- 질산을 25 cm 높이로 총 22,500 cm3를 채우고, 7일 동안 노출시켰다. 실험실에서 실시하였고, 온도와 습도는 7.7℃, 42%에서 20.8℃, 19%까지 변화하였다. 질산을 일반 콘크리트 방류벽과 방수 콘크리트 방류벽에 투입하여 노출실험을 실시하였다.
- 8℃, 19%까지 변화하였다. 질산을 일반 콘크리트 방류벽과 방수 콘크리트 방류벽에 투입하여 노출실험을 실시하였다. 아울러, 도료 재질에 따른 침투영향을 비교하기 위해 에폭시와 우레탄을 3 mm로 시공한 방류벽에 질산을 투입하였다.
- 질산을 일반 콘크리트 방류벽과 방수 콘크리트 방류벽에 투입하여 노출실험을 실시하였다. 아울러, 도료 재질에 따른 침투영향을 비교하기 위해 에폭시와 우레탄을 3 mm로 시공한 방류벽에 질산을 투입하였다. 노출 실험에 사용된 개괄적인 구성도를 각 Fig.
- 이는, 질산과 콘크리트 간의 화학반응으로 인해 콘크리트 재료가 심하게 손상되었기 때문이다. 침투수준을 정밀하게 조사하기 위해 콘크리트 절단기로 방류벽 단면을 절개하고 질산의 침투깊이를 측정하였다. 이때, 질산이 가장 깊게 침투된 부분을 육안으로 확인하고 그 깊이를 측정하였다.
- 침투수준을 정밀하게 조사하기 위해 콘크리트 절단기로 방류벽 단면을 절개하고 질산의 침투깊이를 측정하였다. 이때, 질산이 가장 깊게 침투된 부분을 육안으로 확인하고 그 깊이를 측정하였다. 실험결과, 모든 방류 벽에서 질산이 하단면에 흘러나온 흔적이 없었고, 최대 2.
- 질산을 방류벽에 투입하고 시간이 경과함에 따른 외관상의 변화를 관찰하였다. Fig.
- 전국 유해화학물질 사업장이 본 연구로 인해 얻게 되는 경제효과를 산출하기 위해서는 방류벽 바닥 면적을 조사해야 하나, 시간적 제약과 조사방식의 한계로 자료수집이 쉽지 않았다. 이를 대체하기 위해서 17개사와 전국 사업장의 유해화 학물질 취급량을 조사하여 비례식을 적용해 경제효과를 추정하였다. 취급량과 방류벽 바닥 면적이 정비례한다고 단정하기는 어려우나, 취급량이 많을수록 저장 탱크 용량이 크고, 방류벽 바닥 면적이 크므로 취급량과 방류벽 바닥 면적은 상당한 비례관계를 갖는다고 판단할 수 있다.
- 방류벽 바닥의 두께는 선행연구에서 제시한 불침투성 기준대로 10 cm로 하였다. 또한, 콘크리트의 강도를 보강하고, 액밀성을 강화하기 위해 콘크리트를 주입 중 방류벽 바닥 하단면 중간(하단에서 상부 5 mm)에 지름 1 mm, 가로 28 cm, 세로 28 cm로 제작된 와이어 메시(wire-mesh)를 삽입하였다. 아울러, 질산이 방류벽 옆면으로 침투되는 것을 막기 위해 옆면에 도료시공이 없는 방류벽과 에폭시를 시공한 방류벽에는 에폭시를, 우레탄을 시공한 방류벽 에는 우레탄을 시판제품으로 3 mm씩 시공하였다.
대상 데이터
- 일반적으로 방수 콘크리트 제작 방법은 일반 콘크리트 상단에 방수액을 도포하거나, 일반 콘크리트와 방수액을 혼합하는 방법이 있다. 본 실험에서는 방수액을 혼합하는 방법을 선택하였고, 방수액은 시판되는 제품을 사용하였다. 구체적으로는 콘크리트 0.
- 실험을 위해 국내에서 약 60% 이상을 공급하는 제조사에서 질산(함량 70%, 밀도 1.55 g/cm3)을 제공 받았다. 질산을 25 cm 높이로 총 22,500 cm3를 채우고, 7일 동안 노출시켰다.
- 3에 나타내었다. 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.
- 아울러, 실험장치 4는 방수 콘크리트로 제작된 방류벽, 실험장치 5는 방수 콘크리트에 에폭시가 시공된 방류벽, 실험장치 6은 방수 콘크리트에 우레탄이 시공된 방류벽이다. 6개의 방류벽이 1세트이고, 반복실험을 위해 2세트(총 12개)를 제작하였다.
- 먼저, 여수 국가산업단지에 소재한 유해화학물질 취급사업장 17개사를 표본으로 선정하여 방류벽 면적을 조사하였다. 17개사는 정유, 석유화학 등의 주요 업종으로 부식성 물질과 일반 유해화학물질의 방류벽 바닥 면적이 각각 24,100 m2와 335,000 m2로 조사되었다.
성능/효과
- 모든 노출실험에서 질산을 방류벽에 투입한 초기에 질산과 콘크리트 간 화학반응이 육안으로 관찰되었다. 질산은 강산성의 부식성 물질이고, 콘크리트는 약 pH 12.
- 7일 동안 질산에 노출된 방류벽 내부의 콘크리트 표면에서는 부식으로 약 2~3 mm 정도의 표면 손상이 발생하여 자갈 등 골재만으로 지지되고 있는 것이 확인되었다. 이는, 질산과 콘크리트 간의 화학반응으로 인해 콘크리트 재료가 심하게 손상되었기 때문이다.
- 이때, 질산이 가장 깊게 침투된 부분을 육안으로 확인하고 그 깊이를 측정하였다. 실험결과, 모든 방류 벽에서 질산이 하단면에 흘러나온 흔적이 없었고, 최대 2.9 cm까지만 침투되었다. 다만, 방류벽을 절단하여 질산의 최대 침투깊이를 육안으로 측정하는 한계로 인해 반복실험 결과의 편차가 상대적으로 컸다.
- 다만, 방류벽을 절단하여 질산의 최대 침투깊이를 육안으로 측정하는 한계로 인해 반복실험 결과의 편차가 상대적으로 컸다. 실험 편차를 감안해도 3일 노출조건에 약 13.3 cm 이내로 침투되어야 하는 독일 방류벽 기준과 비교해서 본 연구의 불침투성 수준이 매우 우수한 것으로 평가된다.
- 방류벽 단면 절단검사에서는 약간의 침투흔적이 관찰되었고, 그 상세 결과를 Table 3에 요약해서 정리하였다. 도료가 시공되지 않은 방류벽에서는 평균 1.7 cm(2회 모두 1.7 cm)가 침투되었고, 콘크리트 상단에 에폭시가 시공된 방류벽에서는 평균 1.6 cm(최소 1.4 cm, 최대 1.7 cm)가 침투되었다. 콘크리트 상단에 우레탄이 시공된 방류벽에서는 평균 1.
- 그 상세 결과를 Table 4에 요약해서 정리하였다. 도료가 시공되지 않은 방수 콘크리트의 방류벽에서 평균 1.8 cm(최소 1.5 cm, 최대 2.0 cm)의 침투흔적이 관찰되었고, 방수 콘크리트 상단에 에폭시가 시공된 방류벽에서 평균 1.1 cm(최소 0.7 cm, 최대 1.4 cm)의 침투흔적이 확인되었다. 콘크리트 상단에 우레탄이 시공된 방류벽에서는 평균 2.
- 첫째, 일반적으로 사업장은 부식성 물질의 내화학적 처리를 위해 내산페인트를 사용하고, 일반 유해화학물질에 대해서는 품질이 어느 정도 우수한 에폭시를 사용한다. 둘째, 시장조사를 통해 살펴본 결과, 내산페인트의 설치비용은 1 m2 당 약 15만원이 소요되고, 에폭시 설치비용은 1 m2 당 약 10만 원이 소요된다. 셋째, 화학설비의 내구연수는 대략 30년이고, 에폭시는 약 5년마다 유지관리를 실시한다.
- 둘째, 시장조사를 통해 살펴본 결과, 내산페인트의 설치비용은 1 m2 당 약 15만원이 소요되고, 에폭시 설치비용은 1 m2 당 약 10만 원이 소요된다. 셋째, 화학설비의 내구연수는 대략 30년이고, 에폭시는 약 5년마다 유지관리를 실시한다. 넷째, 내산페인트와 에폭시의 유지관리 비용은 각각 약 7.
- 셋째, 화학설비의 내구연수는 대략 30년이고, 에폭시는 약 5년마다 유지관리를 실시한다. 넷째, 내산페인트와 에폭시의 유지관리 비용은 각각 약 7.5만 원, 5만 원(설치비용의 50%)가 소요된다. 이러한 가정은 현장조사, 담당자 면담, 기술자료 등을 근거로 마련된 것으로 현장상황을 최대한 반영한 자료이다.
- 17개사는 정유, 석유화학 등의 주요 업종으로 부식성 물질과 일반 유해화학물질의 방류벽 바닥 면적이 각각 24,100 m2와 335,000 m2로 조사되었다. 이를 도료 시공에 대한 설치비용과 유지관리 비용을 산출한 결과, 17개사의 투자절감 비용은 향후 30년을 기준으로 약 1,216억 원이었다. 전국 유해화학물질 사업장이 본 연구로 인해 얻게 되는 경제효과를 산출하기 위해서는 방류벽 바닥 면적을 조사해야 하나, 시간적 제약과 조사방식의 한계로 자료수집이 쉽지 않았다.
- 2012년 유독물 유통량 조사 결과10), 17개사는 4,606천 톤, 전국 7,378개사는 133,600천 톤의 유독물을 취급하는 것으로 나타났다. 이를 근거로 전국 사업장의 부식성 물질과 일반 유해화학물질의 방류벽 바닥면적을 비례식으로 산출한 결과, 699,000 m2와 9,032,000 m2로 계산되었다. 도료 시공에 대한 30년 간 투자 절감비용은 3조 5,283억 원으로 계산되었다.
- 이에, 본 연구에서는 현장 활용성을 높이기 위해 부식성이 강한 질산을 선정하여 노출실험을 통해 위험성 평가를 실시하였다. 7일 간 원유의 방류벽 노출 실험결과, 방수재가 혼합되지 않은 일반 콘크리트 방류벽의 경우 도료 시공 여부에 따라 0.5 ~ 1.7 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 세부기준11)과 비교시 노출시간이 2.3배 증가하지만, 약 7배에서 40배까지 침투깊이가 감소하였다. 이에, 콘크리트 바닥재가 본기준에서 제시한 불침투성 기준을 만족하는 경우 도료 또는 방수재 시공에 상관없이 7일 동안 질산에 대해 불침투성이 우수한 것으로 결론지을 수 있다.
- 3배 증가하지만, 약 7배에서 40배까지 침투깊이가 감소하였다. 이에, 콘크리트 바닥재가 본기준에서 제시한 불침투성 기준을 만족하는 경우 도료 또는 방수재 시공에 상관없이 7일 동안 질산에 대해 불침투성이 우수한 것으로 결론지을 수 있다. 이제 모든 유해화학물질에 대해 방류벽 바닥재의 불침투성 설치기준으로 적용될 수 있는 과학적 근거가 마련되어 불침투성에 대한 성능 논란을 잠재울 수 있을 것으로 사료된다.
후속연구
- 5 cm(2회 평균, Table 1 참조)가 침투되는 수준으로 불침투성에 대한 기준을 제시하였다. 다만, 이 연구는 화학반응이 거의 없는 원유에 대한 노출실험을 바탕으로 방류벽 바닥재의 불침투성을 확인한 것으로 부식성, 반응성 등을 고려하지 않았다. 따라서, 질산, 황산, 가성소다 등과 같은 부식성이 강한 물질의 침투성에 대한 위험성을 대표하는 것으로 보기에는 한계가 있다.
- 반면에, 우레탄은 초기부터 질산과 급격하게 화학반응을 일으키면서 대량으로 우레탄이 벗겨지고, 지속적으로 질산과 화학반응을 일으키면서 흄이 발생하였다. 본 실험을 통해 부식성이 강한 물질에는 에폭시나 우레탄이 내화 학적 재질로 적절하지 않아 내산페인트 등과 같은 별도의 조치가 필요할 것으로 판단된다.
- 이에, 콘크리트 바닥재가 본기준에서 제시한 불침투성 기준을 만족하는 경우 도료 또는 방수재 시공에 상관없이 7일 동안 질산에 대해 불침투성이 우수한 것으로 결론지을 수 있다. 이제 모든 유해화학물질에 대해 방류벽 바닥재의 불침투성 설치기준으로 적용될 수 있는 과학적 근거가 마련되어 불침투성에 대한 성능 논란을 잠재울 수 있을 것으로 사료된다. 아울러, 본 연구를 통해 사고의 위험성은 줄이면서, 산업계의 편의는 대폭 개선될 수 있는 조건이 산업계에 정착될 수 있을 것으로 예상된다.
- 이제 모든 유해화학물질에 대해 방류벽 바닥재의 불침투성 설치기준으로 적용될 수 있는 과학적 근거가 마련되어 불침투성에 대한 성능 논란을 잠재울 수 있을 것으로 사료된다. 아울러, 본 연구를 통해 사고의 위험성은 줄이면서, 산업계의 편의는 대폭 개선될 수 있는 조건이 산업계에 정착될 수 있을 것으로 예상된다.
- 하지만, 본 연구가 현장에서 활용도를 더욱 높이기 위해 보완할 사항이 있다. 이번 실험은 방류벽을 설치하고 최적의 상태에서 유해화학물질의 노출실험을 실시한 결과로 내구성을 반영한 침투영향을 조사할 필요가 있다. 이에, 방류벽이 현장에 설치되고 시간이 지나면서 방류벽 표면이 열피로, 풍화 등으로 인해 물리적 변화가 생길 경우 유해화학물질의 불침투성이 미치는 영향을 확인하는 추가적인 연구가 필요하다.
- 이번 실험은 방류벽을 설치하고 최적의 상태에서 유해화학물질의 노출실험을 실시한 결과로 내구성을 반영한 침투영향을 조사할 필요가 있다. 이에, 방류벽이 현장에 설치되고 시간이 지나면서 방류벽 표면이 열피로, 풍화 등으로 인해 물리적 변화가 생길 경우 유해화학물질의 불침투성이 미치는 영향을 확인하는 추가적인 연구가 필요하다.
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