[논문]생태복원을 위한 친환경적 식생매트 개발

박현준; 김선주; 김창배; 안민우; 최경영

문제 정의

따라서, 본 연구에서는 내구성이 강화된 식생매트를 개발함에 있어 라텍스를 이용한 친환경 코팅 매트를 개발하여 식물의 정착효과를 비교분석하여 효율적인 저수호안공법을 제시하고자 하였다. 이러한 식생매트는 하천변의 식생군집을 복원과 치수성 증대에 있어서 생태적인 건전성과 함께 공학적인 안전성과 경제적인 효율성을 증진시켜 줄 것이다.
본 연구에서는 내구성이 강화된 식생매트를 개발함에 있어 라텍스를 이용한 친환경 코팅 매트개발과 현장적용시험을 통하여 식물의 정착효과를 비교분석하여 효율적인 식생매트공법을 제시하고자 하였다. 이를 위하여 하천 및 수로의 구조적인 안전성을 확보하면서 다양한 식물의 생육이 가능하도록 하기 위하여 식생매트의 인장강도와 수분확보 및 생태복원이 가능한 최적의 배합을 도출하기 위한 기초적 물성 실험과 실내 실험을 수행하였다.
이러한 연구는 하천변의 자연식생군집을 조성하려는 지방자치단체나 설계사들에게 식생의 세굴이나 유실에 비교적 안정적인 저수호안 공법을 제시하여 수변의 생물다양성을 증대시키는데 그 의의가 있다.
본 연구에서는 내구성이 강화된 식생매트를 개발함에 있어 라텍스를 이용한 친환경 코팅 매트개발과 현장적용시험을 통하여 식물의 정착효과를 비교분석하여 효율적인 식생매트공법을 제시하고자 하였다. 이를 위하여 하천 및 수로의 구조적인 안전성을 확보하면서 다양한 식물의 생육이 가능하도록 하기 위하여 식생매트의 인장강도와 수분확보 및 생태복원이 가능한 최적의 배합을 도출하기 위한 기초적 물성 실험과 실내 실험을 수행하였다.

제안 방법

1) 식물매트의 내구성을 강화하기 위해 기존 자연재료에 천연고무와 가교제, 가황촉진제, 가황촉진조제를 혼합하여 고무성분 함유 조성물을 제조하고 첨가물로서 합성고무 2종과 보습보조제, 다공성 흡착 충진 보조제를 배합하였다.
코팅 대상물 재료로서는 일반적인 식생 로프로서, 직경 5mm의 로프를 사용하였다. 딥코팅 방식으로 상기 고무 성분 조성물을 식생 로프에 코팅하였다. 비교예로서는 일반적인 식생 로프를 코팅하지 않은 것으로 하였다.
상기 실험에서 배합7 내지 배합 7-1과 동일한 조성물에 기능성 첨가제로서 보습보조제와 다공성 흡착 충진 보조제를 추가한 경우 인장 강도를 측정하였다. 보습보조제로 황마와 코이어 바크를 1:1 중량비로 섞은 후 이를 분말형태로 갈아 사용하였으며, 다공성 흡착 충진 보조제로서 맥반석파우더와 숯파우더을 사용하였다.
2.1 시험방법

시험매트는 천연고무와 가교제, 가황촉진제, 가황촉진조제를 혼합하여 고무성분 함유 조성물을 제조하고 첨가물로서 합성고무 2종과 보습보조제, 다공성 흡착 충진 보조제를 배합하였다. 코팅 대상물 재료로서는 일반적인 식생 로프로서, 직경 5mm의 로프를 사용하였다.
이렇게 제조된 각각의 식생 매트 내에 토양을 충진하고, 비교 발아 실험을 실시하였다. 비교 발아 실험시 실험실 온도 평균 25℃이고, 2 일 1회 관수, 기반토층 100mm 로 하였다.
에서 보는 바와 같은 일반 코이어 식생 매트 형태(500X500, T30)로 제조하였다. 이와 같은 크기의 일반 코이어 식생 매트 형태(500X500, T30)를 기능성 첨가제인 보습 충진제와 기능성 충진 보조제가 일정비율 첨가된 조성물인 배합 7-1, 8-1, 9-1 의 조성물로 딥코팅하여 제조하였다.
천연 고무 성분으로서 천연고무와 가교제인 분말황 2, 가황촉진제인 BZ(Zinc-di-n-butyldithiocarbamate) 0.2, 가교조제인 활성산화아연을 2를 혼합하여 고무 성분 함유 조성물을 제조하고, 로프의 인장 강도를 측정하였다. 인장 강도(tensile strength)는 로프가 하중을 받아 파단 할 때의 최대 응력을 말한다.

대상 데이터

그림5.에서 보는 바와 같은 일반 코이어 식생 매트 형태(500X500, T30)로 제조하였다. 이와 같은 크기의 일반 코이어 식생 매트 형태(500X500, T30)를 기능성 첨가제인 보습 충진제와 기능성 충진 보조제가 일정비율 첨가된 조성물인 배합 7-1, 8-1, 9-1 의 조성물로 딥코팅하여 제조하였다.
보습보조제로 황마와 코이어 바크를 1:1 중량비로 섞은 후 이를 분말형태로 갈아 사용하였으며, 다공성 흡착 충진 보조제로서 맥반석파우더와 숯파우더을 사용하였다.
시험매트는 천연고무와 가교제, 가황촉진제, 가황촉진조제를 혼합하여 고무성분 함유 조성물을 제조하고 첨가물로서 합성고무 2종과 보습보조제, 다공성 흡착 충진 보조제를 배합하였다. 코팅 대상물 재료로서는 일반적인 식생 로프로서, 직경 5mm의 로프를 사용하였다. 딥코팅 방식으로 상기 고무 성분 조성물을 식생 로프에 코팅하였다.

성능/효과

2) 천연 고무 성분으로서 천연고무와 가교제인 분말황 2, 가황촉진제0.2, 가교조제인 활성산화아연을 2를 혼합하여 고무 성분 함유 조성물을 제조하였으며 천연고무의 양이 65.8%일 때 가장 큰 인장강도를 나타내었다.
3) 천연고무 외에 스티렌부타디엔 고무를 첨가할 경우 천연 라텍스와 스티렌 부타디엔 고무의 함량비가 65.8 : 20 일 때 인장 강도가 가장 크게 나타났다. 또한 천연고무와 합성고무인 스티렌부타디엔 고무와 부타디엔 고무를 혼합하여 조성물을 코팅하였을 때 더 높은 인장강도를 나타내었다.
4) 기능성 첨가제인 보습보조제로 황마와 코이어 바크, 다공성 흡착 충진 보조제로서 맥반석파우더와 숯파우더를 사용할 경우 이러한 기능성 첨가제가 포함되지 않은 경우보다 인장 강도는 감소하였다. 이러한 첨가제가 포함되면 인장강도는 감소하나 공극이 형성되어 식생의 생장에는 유리한 것으로 판단된다.
5) 식물발아시험 결과 양잔디의 경우 초기발아에서 비슷한 발아율을 보이고 있으나, 수분 요구도가 높은 자생식물의 경우 표면처리를 하고 보습보조제 및 다공성 흡착충진보조제가 있는 배합에서만 발아가 시작 되었으며, 10일 경과 후에도 발아율에서 확연한 차이를 보였다.
8 : 20 일 때 인장 강도가 가장 크게 나타났다. 또한 천연고무와 합성고무인 스티렌부타디엔 고무와 부타디엔 고무를 혼합하여 조성물을 코팅하였을 때 더 높은 인장강도를 나타내었다.
스티렌부타디엔 고무 20 중량에 부타디엔 고무 10 중량을 혼합한 배합 7 조성물의 인장 강도가 652kgf/m로 가장 높았다. 천연고무만을 사용하는 비교에서보다 스티렌부타디엔 고무와 부타디엔 고무를 혼합한 실험에서 인장 강도가 더 높게 나타났다.
보습보조제로 황마와 코이어 바크를 1:1 중량비로 섞은 후 이를 분말형태로 갈아 사용하였으며, 다공성 흡착 충진 보조제로서 맥반석파우더와 숯파우더을 사용하였다. 위의 그림 4.에서 보는 바와 같이 기능성 첨가제인 보습보조제로 황마와 코이어 바크, 다공성 흡착 충진 보조제로서 맥반석파우더와 숯파우더를 사용할 경우 이러한 기능성 첨가제가 포함되지 않은 경우보다 인장 강도는 26kgf/m감소하나, 고무 성분 조성물로 포함하지 않은 비교의 경우보다는 높게 측정되었다.
8 로 하고, 합성 고무로서 SB 라텍스의 함량을 다음 표와 같이 다르게 하였으며, 그 외는 표 동일하게 하여 인장강도를 측정한 결과는 그림 2와 같았다. 천연 라텍스 외에 스티렌부타디엔 고무를 첨가할 경우 천연 라텍스와 스티렌부타디엔 고무의 함량비가 65.8 : 20 일 때 인장강도가 523kgf/m으로 가장 크게 측정되었다.
스티렌부타디엔 고무 20 중량에 부타디엔 고무 10 중량을 혼합한 배합 7 조성물의 인장 강도가 652kgf/m로 가장 높았다. 천연고무만을 사용하는 비교에서보다 스티렌부타디엔 고무와 부타디엔 고무를 혼합한 실험에서 인장 강도가 더 높게 나타났다.
첫째, 시험 시공 후 시기상으로 충분한 모니터링 기간이 확보되지 못했다는 것이다. 향후 유속에 대한 안정성과 식물의 복원을 판단할 수 있도록 2-4년 정도의 연구가 진행되어야 할 것이다.
양잔디의 경우 초기발아에서 비슷한 발아율을 보이고 있으나, 수분 요구도가 높은 자생식물의 경우 배합 7-1, 8-1, 9-1 에서만 발아가 시작 되었으며, 10일 경과 후에도 발아율에서 확연한 차이를 보였다. 코팅 조성물로 사용된 라텍스의 인장 강도에 의해 형태를 유지시켜 주면서 천연 고무 성분인 라텍스의 보습력으로 인해 배합 7-1, 8-1, 9-1의 식생 매트가 발아에도 많은 영향을 주고 있음을 알 수 있었다.

후속연구

둘째, 내구성 식물매트로 다양한 규모의 하천 실험을 통하여 각 지역의 특성에 맞는 식물매트 공법이 제시되어야 할 것이다.
첫째, 시험 시공 후 시기상으로 충분한 모니터링 기간이 확보되지 못했다는 것이다. 향후 유속에 대한 안정성과 식물의 복원을 판단할 수 있도록 2-4년 정도의 연구가 진행되어야 할 것이다.

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