2.1. 실험개요

다공질 구조를 활용하여 중금속을 포함한 다양한 오염물질 의 흡착성능을 가지고 있으나, 이러한 공극은 콘크리트 강도 저하 및 유동성감소가 예상되는 일라이트와, 방오성능 및 오 염 저감성능을 가지고 있으나 고가의 이산화티탄의 장점을 극대화하기 위해 사전 혼합 시 이산화티탄을 최소화 하면서 표면반응을 극대화하기 위해 일라이트를 활용하며, 일라이트 의 공극내 이산화티탄을 자리하게 함으로써 내부공극을 줄일 수 있을 것으로 예상된다.

이에 이러한 가설을 검증하기 위한 모르타르 역학적 실험 및 방오성능 실험을 진행하며, 이러한 결과를 바탕으로 콘크 리트 블록을 제작하여 콘크리트 호안 및 옹벽블록 기준에 준 하여 실험결과를 도출하고 우수정화실험을 위해 이온크로마 토그래피 분석을 진행하였으며, 어독성 실험 및 항균실험을 진행하여 장기적인 수질환경부하 저감에 관한 평가를 진행하 였다.

2.2. 시험체 제작방법

기존문헌 고찰결과 일라이트 치환율은 유동성을 감안하면 최대 치환율은 6%, 강도저하 감소를 고려한다면 최대 치환율 은 9%이하로 판단하고 있음에 따라 본 연구에서는 제품화 및 실용화를 목적으로 최대 치환율은 5%로 고정하여 연구를 진 행하였다. 또한 이산화티탄과 일라이트의 경우 1:1 비율로 사 전 혼합하여 시험체를 제작하였다(Photo 2 참조).

Photo 2

Specimen Preparation Methods of Anti Fouling Test

또한 콘크리트 블록은 현재 판매중인 업체의 동일 배합인 Table 1에 준하여 일라이트와 이산화티탄을 사전 혼합 후 5% 치환하여 제작하였으며, 양생은 콘크리트 호안 및 옹벽블록 의 표준에 준하여 최고 온도 65°C이하의 조건에서 적산온도 500°C까지 실내양생 후 옥외에 7일간 기건 양생하여 제작하 였으며, 그 형태 및 타입은 Photo 3과 같다.

Photo 3

Specimen Preparation Methods of Concrete Block

2.3. 실험항목

일라이트와 이산화티탄을 활용한 콘크리트 블록의 수질환 경개선을 위한 실험연구를 진행하기 위해 다량의 공극을 포 함한 일라이트 치환 시 유동성감소가 발생하며, 일라이트와 이산화티탄의 혼합 치환 시 유동성 및 강도 감소가 저감되는 여부가 선결되어야 할 것으로 사료된다.

이에 OPC, 일라이트 5%치환, 일라이트+이산화티탄 5%치환 의 3가지 조건으로 모르타르의 역학적 특성 및 방오성능을 고찰 하였으며, 일라이트와 이산화티탄 혼합 치환하여 잔디블록, 식 생축조블록, 식생호안블록, 자연석형 식생축조블록, 하상보호 세굴방지블록의 5종의 콘크리트 블록 제조 후 콘크리트 호안 및 옹벽블록의 기준(SPS-KCIC 0001-0703:2015)에 준하여 실험결 과를 도출하였다(Table 2 : SPS-KCIC 0001-0703:2015).

또한 우수정화실험을 위해 “수질오염 공정시험기준 환경 부 고시 2016-65”에 준하여 이온크로마토그래피 분석을 진행 하였으며, 콘크리트 블록의 항균테스트 및 어독성 테스트를 통해 “일라이트와 이산화티탄을 활용한 콘크리트 블록의 수질 환경개선을 위한 실험연구”를 진행하였다(Photos 4,5 참조).

Photo 4

Specimen Preparation Methods of Ion Chromatography

Photo 5

Specimen Preparation Methods of Fish Toxicity

3.1. 모르타르 역학적 특성

일라이트와 이산화티탄의 사전 혼합치환 시 강도 및 유동 성 저하를 감소시킬 수 있을지 여부를 관찰하기 위해 진행한 모르타르 실험결과, Fig. 1과 같이 OPC대비비 다소 낮은 것으 로 측정되었으나, 전 조건에서 10%이하의 저하가 관찰되었다.

Fig. 1

Slump Flow Result

또한 일라이트 단독 치환 조건대비 일라이트와 이산화티탄 의 사전 혼합 치환한 조건에서 우수한 유동성이 관찰되었으 며, 특히 분말도가 높은 이산화티탄을 포함한 조건에서 유동 성이 좋은 것으로 관찰됨에 따라 일라이트내에 이산화티탄이 자리함에 따른 공극감소에 기인한 것으로 예측된다.

일라이트 단독 및 일라이트와 이산화티탄 혼합 치환한 모르 타르의 역학적 특성고찰결과 Fig. 2와 같이 재령 3일 7일의 초기 강도에서는 OPC가 우수한 것으로 측정되었으나, 재령 28일의 경우 치환한 전 조건에서 OPC를 상회하는 것으로 측정되었다.

Fig. 2

Result of Compressive Strength

초기재령의 경우 시멘트양이 감소함에 따라 소량 감소하였 으나, 고 미분말의 이산화티탄과 일라이트에 의한 미세충진 효과(microfiller)에 기인하여 강도감소는 적은 것으로 관찰되 었으며, 재령 28일의 경우 유사한 시멘트 수화물 생산량 대비 분체량이 증가함에 따라 기인한 것으로 판단된다.

3.2. 모르타르 방오 특성

블록의 주요 설치 장소는 일반적으로 바닥과 도로주변에 위치하게 됨에 따라 자동차 배기가스 등에 노출이 쉬울 것으 로 예상된다. 이에 본 연구에서는 OPC배합, 일라이트 치환율 3%, 일라이트와 이산화티탄 혼합치환 5%, 일라이트 및 티탄 혼합 5%를 표면에 도포한 4가지 조건을 대상으로 디젤자동차 의 배기가스에 강제 노출하여 시간경과에 따른 오염물질 저 감특성을 관찰하였으며, 실험의 오차를 감안하여 각 조건 당 2 개의 시편으로 테스트를 진행하였다.

방오실험 관찰 결과 이산화티탄과 일라이트를 표면처리 한 조건에서 가장 우수한 저감특성이 관찰되었으며, 이산화티탄 의 친수성 및 박막특성으로 인해 배기가스가 표면에 흡착되 지 못하고 떠있는 현상이 관찰됨에 따라 세척 및 유지관리성 이 우수할 것으로 판단된다(Table 3, Fig. 3, Photo 6 참조).

Fig. 3

Result of Brightness Analysis

Photo 6

Result of Brightness Analysis

3.3. 콘크리트 블록 역학적 특성

콘크리트 호안 및 옹벽블록에 관한 의무기준인 SPS-KCIC001- 0703:2015에 준하여 압축강도, 흡수율, 겉모양 및 치수와 함 께 2종에 해당하는 경우 동결융해 후 압축강도 측정결과는 측 정결과는 Tables 4~ 8과 같다.567

1종에 해당하는 잔디블록, 식생축조블록, 식생호안블록, 자연석형 식생축조블록과 2종에 해당하는 하상보호 세굴방 지블록을 대상으로 일라이트 및 이산화티탄 사전 혼합 후 5% 치환하여 제작한 결과 전 조건에서 시험기준치의 겉모양, 치 수 및 압축강도를 상회하는 것으로 측정 되었으며, 다공질구 조의 일라이트 치환에 따른 흡수율 증가가 문제점으로 예상 되었으나, 이산화티탄과 사전 혼합하여 치환함으로써 일라이 트의 대형 공극 내 이산화티탄이 정착함에 따라 흡수율 또한 문제가 없는 것으로 관찰되었다.

3.4. 어독성 저감 특성

국립환경과학원 고시 제 2013-02호(2013-01-09) “화학물 질유해성 시험연구가관의 지정 등에 관한 규정”에 준하여 진 행한 어독성 시험의 측정방법은 가로(300 mm) * 세로(300 mm) * 높이(300 mm)의 수조에 물을 채워 7일간 안정화 시킨 뒤 일 라이트 적용 제품과 기존 콘크리트 제품을 분쇄하여 분말형 태의 시료를 각각 200 g 씩 넣고 30분 단위로 3회 물을 썩어 혼 합한 후 침전이 완료된 수조에 어류 6마리씩 넣고 1시간, 2시 간, 3시간, 4시간, 5시간, 24시간, 48시간, 72시간, 96시간, 120 시간 동안 노출시켜 시간별 치사과정(Photo 7)을 조사한 결과 는 다음과 같다.

Photo 7

Process of Being Fatal

어독성 시험결과 Table 9와 같이 Blank, 일라이트 및 이산화 티탄 적용 콘크리트 블록, 기존 콘크리트 블록의 순으로 측정 되었으며, 기존 콘크리트 제품에서 24시간 100% 치사율, 일라 이트 적용 제품에서 120시간 17% 치사율, Blank에서 120 시간 8.5% 치사율로 일라이트 적용 콘크리트 블록의 경우 기존 블 록 대비 확연한 성능이 관찰되어 우수정화 실험결과와 같이 일 라이트는 수질정화 및 환경보호에 우수할 것으로 판단된다.

3.5. 수질정화 특성(이온크로마토그래피)

수질오염 공정시험기준 환경부 고시 2016-65에 준하여 이 온크로마토피 분석법으로 기존의 판매되고 있는 블록과 일라 이트 및 이산화티탄을 혼합 치환한 블록의 수질정화특성 분 석 결과는 Table 10 및 Figs. 4~7과 같다.56

Fig. 4

Result of Reduction Characteristic Fluorine Ion

Fig. 5

Result of Reduction Characteristic Chlorine Ion

Fig. 6

Result of Reduction Characteristic Nitric Nitrogen Ion

Fig. 7

Result of Reduction Characteristic Sulfate Ion

관찰결과 일라이트와 이산화티탄을 치환하지 않은 OPC 대 비 불소, 염소이온, 질산성질소, 황산이온 등의 함유량이 기존 제품에 비하여 최소 43%에서 최대 78%까지 크게 저감된 것 으로 관찰되었다.

특히 일라이트와 이산화티탄의 혼합치환여부와 관계없이 전 조건에서 시간이 경과함에 따라 전 이온 함유량이 증가됨 이 관찰되었는데 이는 시멘트 내에 잔류되어 있던 성분이 우 수에 의해 용해되어 발생한 것으로 지면에 바로 설치되거나 강가 해안가에 설치되는 블록의 특성상 지하수 및 강물의 오 염이 예상되며, 본 기술의 적용 시 확연한 저감효과가 관찰되 나, 일정이상의 이온이 관찰됨에 따라 제조 후 수중양생 등 별 도의 조취가 필요할 것으로 판단된다.

3.6. 항균실험결과

시료량 4 g, 온도 37.0± 0.1, 상대습도 32.5± 0.2%의 환경 하 에서 대장균(Escherichia coli ATCC 25922), 녹농균(Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442) 황색포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538), 폐렴균(Klebsiella pneumoniae ATCC 4352) 을 대상으로 24시간 동안 세균감소율을 측정한 결과 전 조건 에서 99.9%의 세균감소율이 관찰되었다(Table 11 및 Photo 8 참조).

Photo 8

Specimen Preparation Methods of Concrete Block

따라서 옥외에 거치되는 블록의 특성상 다양한 오염물질의 번식을 억제할 수 있어 방오 및 유지관리성이 우수할 것으로 판단된다.