슬라임 생성 박테리아를 혼입한 코팅재의 염해 저항성 및 초음파 특성 Chloride Penetration Resistance and UV Properties in Coating Materials Containing Various Slime-Forming Bacteria원문보기
최근 들어 박테리아를 이용하여 콘크리트의 수복하거나 박테리아 대사를 이용한 보수재료에 대한 연구가 수행되고 있다. 본 연구는 박테리아 대사를 이용하여 슬라임을 형성하며 이를 이용한 보수재료의 개발에 대한 기초적 연구로서 박테리아 슬라임을 포함한 시멘트 코팅재의 내구성 평가를 다루고 있다. 기초연구를 위해 4가지 박테리아(Rhodobacter capsulatus, Rhodopseudomonas palustris, Bacillus thuringiensis, Bacillus subtilis)과 2가지 배양조건이 고려되었으며, 제조된 코팅재를 사용하여 황산 5% 수용액에 노출에 따른 강도 변화, 염화물 확산계수, 초음파속도 평가가 수행되었다. 박테리아가 혼입된 코팅재의 경우 강도가 개선되었으며, 황산 5% 수용액 침지 이후에도 7일까지는 강도가 개선되었다. 염화물 확산계수도 Rhodopseudomonas palustris를 제외한 경우 충분한 염해저항성능을 나타내었으며, 초음파 속도 역시 우수하게 평가되었다. 장기열화에 대한 슬라임의 저항과 박테리아의 수명을 연장할 수 있는 호기성 환경이 유지된다면 대상 박테리아는 열화환경에 노출된 콘크리트 구조의 보수재 적용에 사용될 수 있는 공학적 가능성을 보여준다.
최근 들어 박테리아를 이용하여 콘크리트의 수복하거나 박테리아 대사를 이용한 보수재료에 대한 연구가 수행되고 있다. 본 연구는 박테리아 대사를 이용하여 슬라임을 형성하며 이를 이용한 보수재료의 개발에 대한 기초적 연구로서 박테리아 슬라임을 포함한 시멘트 코팅재의 내구성 평가를 다루고 있다. 기초연구를 위해 4가지 박테리아(Rhodobacter capsulatus, Rhodopseudomonas palustris, Bacillus thuringiensis, Bacillus subtilis)과 2가지 배양조건이 고려되었으며, 제조된 코팅재를 사용하여 황산 5% 수용액에 노출에 따른 강도 변화, 염화물 확산계수, 초음파속도 평가가 수행되었다. 박테리아가 혼입된 코팅재의 경우 강도가 개선되었으며, 황산 5% 수용액 침지 이후에도 7일까지는 강도가 개선되었다. 염화물 확산계수도 Rhodopseudomonas palustris를 제외한 경우 충분한 염해저항성능을 나타내었으며, 초음파 속도 역시 우수하게 평가되었다. 장기열화에 대한 슬라임의 저항과 박테리아의 수명을 연장할 수 있는 호기성 환경이 유지된다면 대상 박테리아는 열화환경에 노출된 콘크리트 구조의 보수재 적용에 사용될 수 있는 공학적 가능성을 보여준다.
Recently, many researches on crack healing and repairing technique using bacteria which can produce vital-reacted calcite have been proposed. This study is for a basic research on repair material with slime formation through bacteria and deals with durability evaluation for coating materials contain...
Recently, many researches on crack healing and repairing technique using bacteria which can produce vital-reacted calcite have been proposed. This study is for a basic research on repair material with slime formation through bacteria and deals with durability evaluation for coating materials containing bacteria-forming slime. For the work, 4 types of bacteria (Rhodobacter capsulatus, Rhodopseudomonas palustris, Bacillus thuringiensis, and Bacillus subtilis) and 2 types of nutrient conditions are considered, and several tests covering strength evaluation under sulfate condition, accelerated chloride diffusion, and UV (Ultrasonic Velocity) measurement are performed. Strength improvement in coating materials containing bacteria is evaluated in spite of even exposure to sulfate attack to 7 days. Chloride diffusion coefficient and UV properties are also improved except for the case of Rhodopseudomonas palustris. With resistance of slime to long term exposure and aerobic conditions for bacteria longevity, the proposed bacteria shows an engineering feasibility for repair material of RC structure exposed harsh environment.
Recently, many researches on crack healing and repairing technique using bacteria which can produce vital-reacted calcite have been proposed. This study is for a basic research on repair material with slime formation through bacteria and deals with durability evaluation for coating materials containing bacteria-forming slime. For the work, 4 types of bacteria (Rhodobacter capsulatus, Rhodopseudomonas palustris, Bacillus thuringiensis, and Bacillus subtilis) and 2 types of nutrient conditions are considered, and several tests covering strength evaluation under sulfate condition, accelerated chloride diffusion, and UV (Ultrasonic Velocity) measurement are performed. Strength improvement in coating materials containing bacteria is evaluated in spite of even exposure to sulfate attack to 7 days. Chloride diffusion coefficient and UV properties are also improved except for the case of Rhodopseudomonas palustris. With resistance of slime to long term exposure and aerobic conditions for bacteria longevity, the proposed bacteria shows an engineering feasibility for repair material of RC structure exposed harsh environment.
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문제 정의
또한 초음파 평가를 통하여 내부의 건전성과 강도와의 상관성을 분석하였다. 결과적으로 본 연구는 슬라임 형성 박테리아를 활용한 코팅재의 활용가능성에 대한 기초 연구이다.
본 연구는 슬라임 형성 박테리아를 사용한 표면 보수재 개발의 가능성을 평가하기 위한 기초연구로 4가지 박테리아와 4가지 배양 및 흡착조건을 고려하여 코팅재의 내구성 실험을 수행하였으며 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 슬라임을 형성하는 박테리아 배양군 특성을 고려한 시멘트 코팅재를 개발하였으며, 이에 대한 염해 저항성, 황산 저항성 그리고 초음파 속도(ultrasonic velocity, UV) 측정을 통한 비파괴 검사를 수행하였다. 3가지 박테리아군, 2가지 배지조건, 그리고 침지조건을 고려하여 총 6가지의 실험조건을 구성하였으며, 촉진염화물 확산시험(rapid chloride penetration test, RCPT)를 통하여 염화물 확산계수를 평가하였다.
제안 방법
본 연구에서는 슬라임을 형성하는 박테리아 배양군 특성을 고려한 시멘트 코팅재를 개발하였으며, 이에 대한 염해 저항성, 황산 저항성 그리고 초음파 속도(ultrasonic velocity, UV) 측정을 통한 비파괴 검사를 수행하였다. 3가지 박테리아군, 2가지 배지조건, 그리고 침지조건을 고려하여 총 6가지의 실험조건을 구성하였으며, 촉진염화물 확산시험(rapid chloride penetration test, RCPT)를 통하여 염화물 확산계수를 평가하였다. 또한 초음파 평가를 통하여 내부의 건전성과 강도와의 상관성을 분석하였다.
1. 4가지의 박테리아(Rhodobacter capsulatus, Rhodopseu-domonas palustris, Bacillus thuringiensis, Bacillus subtilis)을 기본으로 하여 슬라임을 형성할 수 있는 배지조건을 구성하였으며, 슬라임 생성량을 평가하였다. 팽창질석에 흡착된 모든 군에서 박테리아의 군집을 확인할 수 있었으며, Rhodobacter capsulatus의 슬라임 생성 비율은 2.
시멘트 사용량을 감소하고 pH를 개선하기 위해 슬래그를 50% 치환한 코팅재배합을 사용하였다(Choi 2005). 더불어, 본 연구에서는 박테리아의 생장처(Living pore) 제공을 위한 재료로서 다공성의 팽창질석을 이용하였다. 팽창질석은 높은 수분 흡수성과 보수성 및 중성수준의 pH(5~7)를 가져, 박테리아 생장환경 조성에 적합하다.
3가지 박테리아군, 2가지 배지조건, 그리고 침지조건을 고려하여 총 6가지의 실험조건을 구성하였으며, 촉진염화물 확산시험(rapid chloride penetration test, RCPT)를 통하여 염화물 확산계수를 평가하였다. 또한 초음파 평가를 통하여 내부의 건전성과 강도와의 상관성을 분석하였다. 결과적으로 본 연구는 슬라임 형성 박테리아를 활용한 코팅재의 활용가능성에 대한 기초 연구이다.
팽창질석은 높은 수분 흡수성과 보수성 및 중성수준의 pH(5~7)를 가져, 박테리아 생장환경 조성에 적합하다. 박테리아 고정화를 위해 팽창질석을 배양액에 3일간 침지하였으며, 이후 팽창질석이 침지된 박테리아 배양액과 결합재를 혼합하여 코팅 재를 제조하였다.
박테리의 슬라임 생성량을 정략적으로 평가하기 위하여 멸균 인큐베이터에서 10일 동안 배양된 박테리아 배양액을 채취한 후, 3,000rpm의 원심 분리기를 이용하여 세포와 슬라임을 정제·선별하였다. 12분 동안 원심 분리를 실시한 후 채취 된 시료는 에탄올을 첨가하여 동결·건조의 과정을 거쳐 질량을 측정하였다.
수중양생 후 실험실 조건(온도 20°C, 습도 65%)에 코팅재를 24시간 존치 후 초음파 속도 측정을 수행하였다. 초음파 속도의 측정은 콘크리트와 같은 다공성 건설재료의 건전성 및 강도의 상대적인 평가에 널리 적용되고 있다(ASTM C 597-83, 1990; Kang et al.
95로 가장 낮게 평가되었다. 흡착제로 팽창질석을 사용한 후 배양이 완료된 박테리아 배양액에 팽창질석을 10:1의 비율로 72시간 동안 침지한 후 표면 분석(Scanning electron microscopy, SEM)을 평가하였다. 평가 결과 박테리아 배양액에 침지한 팽창질석의 표면에 박테리아 군집 형성이 관찰되었으며, 이를 Fig.
대상 데이터
광합성 박테리아의 일종인 Rhodobacter capsulatus 및 Rhodopseudomonas palustris의 접종 및 배양을 위한 배지의 조성은 Table 1에 나타낸 바와 같이 Yeast extract 1.0g/L, Disodium succinate hexahydrate 1.0g/L 및 KH2PO4 0.5g/L 등을 주요 구성요소로서 하였다. 간균의 일종인 Bacillus thuringinesis 및 Bacillus subtilis를 배양하기 위한 배양의 조성은 Table 2와 같으며, Peptic digest of animal tissue 5.
이론/모형
1N의 AgNO3 용액을 분무하여 음극측 표면에서부터 은색으로 변하는 지점까지의 깊이를 염소이온의 침투깊이로 측정하였다. 전위차 촉진시험법에 의한 비정상상태의 염소이온 확산계수는 Tang's method을 이용하여 촉진확산계수(Drcpt)를 도출하였다. 식 (1) 및 (2)는 촉진확산계수 도출식을 나타낸다(Tang 1996b; Kwon and Song 2010).
황산 수용액 침지에 따른 코팅재의 압축강도 감소율 평가는 JSTM C 7401(1999)에 따라 실시하였다. φ100×200mm 몰드를 사용하여 제작된 코팅재의 압축강도를 재령 28일에서 측정한 후 황산 5.
성능/효과
2. 5.0%의 황산수용액에 7일간 침지후압축강도 변화를 평가하였는데, 광합성계 박테리아(Rhodobacter capsulatus, Rhodopseudomonas palustris)를 혼입한 시험체의 경우 침지 재령 7일 이후 27~36%의 압축강도 증진되었으며, 간균박테리아(Bacillus thuringiensis, Bacillus subtilis)를 혼입한 시험체의 경우에는 6~11%의 압축강도가 개선되었다.
3. 촉진염화물 시험에서는 RBC(박테리아가 없으며 27s 배지) 및 RB1(Rhodoabacter capsulatus 및 27s 배지)의 경우에서 2.68∼2.78×10-12m2/sec의 낮은 수준의 확산계수가 평가되었으며, RB2(Rhodopseudomonas palustris 및 27s 배지)에서 가장 높은 확산계수인 5.46×10-12m2/sec가 평가되었다.
4가지의 박테리아(Rhodobacter capsulatus, Rhodopseu-domonas palustris, Bacillus thuringiensis, Bacillus subtilis)을 기본으로 하여 슬라임을 형성할 수 있는 배지조건을 구성하였으며, 슬라임 생성량을 평가하였다. 팽창질석에 흡착된 모든 군에서 박테리아의 군집을 확인할 수 있었으며, Rhodobacter capsulatus의 슬라임 생성 비율은 2.10로, Bacillus subtilis의 경우의 슬라임 생성 비율은 0.95로 평가되었다.
배양이 완료된 박테리아의 슬라임 막 생성량 평가 결과는 Table 5에 나타내다. 평가 결과 총 4개의 배양군에서 Rc의 슬라임 생성 비율은 2.10으로서 가장 높게 나타났으며, Bs의 경우의 슬라임 생성 비율은 0.95로 가장 낮게 평가되었다. 흡착제로 팽창질석을 사용한 후 배양이 완료된 박테리아 배양액에 팽창질석을 10:1의 비율로 72시간 동안 침지한 후 표면 분석(Scanning electron microscopy, SEM)을 평가하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
콘크리트의 큰 공학적 장점은?
콘크리트의 큰 공학적 장점은 매립된 철근이 부식으로부터 안전하다는 가정을 들 수 있는데, 최근 들어 철근부식으로 인한 내구성 문제점이 보고되고 있다. 해안가 및 염해가 지배적인 환경에 노출된 콘크리트는 염화물이 외부로부터 유입되고 공극수내에 해리된 자유염화물은 철근에 공식(pitting)을 야기하며 부식을 야기한다(Andrade 1993; Yokozeki et al.
해안가 및 염해가 지배적인 환경에 노출된 콘크리트는 무엇을 야기하는가?
콘크리트의 큰 공학적 장점은 매립된 철근이 부식으로부터 안전하다는 가정을 들 수 있는데, 최근 들어 철근부식으로 인한 내구성 문제점이 보고되고 있다. 해안가 및 염해가 지배적인 환경에 노출된 콘크리트는 염화물이 외부로부터 유입되고 공극수내에 해리된 자유염화물은 철근에 공식(pitting)을 야기하며 부식을 야기한다(Andrade 1993; Yokozeki et al. 1998).
보수재 개발의 가능성을 평가하기 위해 고려한 4가지 박테리아는?
1. 4가지의 박테리아(Rhodobacter capsulatus, Rhodopseu-domonas palustris, Bacillus thuringiensis, Bacillus subtilis)을 기본으로 하여 슬라임을 형성할 수 있는 배지조건을 구성하였으며, 슬라임 생성량을 평가하였다. 팽창질석에 흡착된 모든 군에서 박테리아의 군집을 확인할 수 있었으며, Rhodobacter capsulatus의 슬라임 생성 비율은 2.
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