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Research article

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Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection

J. Korea Inst. Struct. Maint. Insp. Vol. 23, No. 4, p.69-77

ISSN (print) :

2234-6937

ISSN (online) :

2287-6979

Received : 24 January 2019Revised : 2 March 2019Accepted : 3 March 2019

Publisher ID :

JKSMI-23-4-69

DOI :

10.11112/jksmi.2019.23.4.69

Research on the Efficient Manufacturing Method of Photocatalyst Concrete according to the Type and Mixing Ratio of Photocatalyst

박기준 (Gi-Joon Park) ¹ 박정준 (Jung-Jun Park) ²^* 곽종원 (Jong-Won Kwak) 김성욱 (Sung-Wook Kim) ³

[1] 정회원, 한국건설기술연구원 인프라안전연구본부 전임연구원

[2] 정회원, 한국건설기술연구원 인프라안전연구본부 수석연구원

[3] 정회원, 한국건설기술연구원 인프라안전연구본부 선임연구위원

1 :

• 본 논문에 대한 토의를 2019년 8월 1일까지 학회로 보내주시면 2019년 9월 호에 토론결과를 게재하겠습니다.

^* Corresponding author: jjpark@kict.re.kr Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology(KICT), Goyang-Si, 10223, Korea

License (open-access, http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/) :

This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

초록

본 연구에서 광촉매 종류 및 혼입율에 따른 역학적 특성 및 질소산화물 제거 특성을 평가하였고 보다 경제적이고 효율적인 광촉매 콘크리트 제조를 위해 분할 타설하는 방법에 대해 검토하였다. 그 결과 광촉매 혼입률이 5%일 때 가장 높은 압축강도와 탄성계수가 측정되었 다. 광촉매 반응에 의한 질소산화물 제거 성능평가 결과 광촉매 혼입률이 증가함에 따라 질소산화물 제거율이 증가하였다. 이때 광촉매 P-25의 질소산화물 제거성능은 NP-A보다 우수하였다. 경제성을 고려하여 콘크리트 표면의 일정 두께를 광촉매 콘크리트로 타설하는 분할 타설 방안 을 제안하였고, 이때의 일체화 성능을 평가하였다. 그 결과 역학적 성능 및 내구성능이 Plain에 비해 동등 이상으로 나타나 일체화 거동을 만족 하는 것으로 판단된다.

Abstract

In this study, we evaluated the mechanical properties and nitrogen oxides removal characteristics according to the type and incorporation rate of the photocatalyst and investigated the method of separated placement for the production of economical and efficient photocatalyst concrete. As a result, when the photocatalyst incorporation rate was 5%, the highest compressive strength and elastic modulus were measured. As a result of evaluating the nitrogen oxides removal performance by the photocatalytic reaction, as the photocatalyst incorporation rate increased, the nitrogen oxide removal rate increased. At this time, the nitrogen oxides removal performance of photocatalyst P-25 was better than the NP-A. In consideration of economic efficiency, we have provided a method of separated placement for casting a constant thickness of concrete surface with photocatalyst concrete and evaluated the integrated performance at this time. As a result, it appears to be equal to or higher than mechanical performance and durability performance as compared with Plain, and it is judged that the integrated behavior is satisfied.

키워드

광촉매, 광촉매 콘크리트, 질소산화물, 분할 타설, 대기오염

Key words

Photocatalyst, Photocatalyst concrete, Nitrogen oxides, Separated placement, Air pollution

1. 서 론

산업의 급속한 성장에 따른 경제발전 과정에서 공장 매연과 황산화물, 자동차의 배출 가스 등에 의한 대기오염이 꾸준히 증 가하고 있는 추세이다. 최근 들어 이러한 환경 문제를 해결하기 위한 관심은 전 세계의 공통적인 관심사로 부상하고 있다(^{Jung et al., 2010;} ^{Kim et al., 2014}). 최근 2012년 세계보건기구 (WHO, World Health Organization)가 공개한 ‘2012년 실내외 대기오염으로 인한 질병 부담’ 보고서에서 대기오염에 따른 건 강 피해가 실제보다 크게 저평가 되고 있다고 발표하였다. 자동 차 등의 이동오염원과 발전설비와 같은 고정원에서 배출되는 질소산화물은 유해한 대기오염물질이며, 특히 서울과 같은 대 도시 지역에서는 자동차 배기가스에 의한 질소산화물 오염이 심각한 상황이다. 질소산화물은 호흡기 질환, 심장질환, 폐암 등의 질병의 원인이 되고 산성비와 광화학 스모그의 원인으로 오존층을 파괴하는 가스성분이다(^{Kim, 2000}). 일반적으로 일 산화탄소, 이산화황, 총먼지 같은 1차 오염물질은 배출원의 배 출량감소에 정비례하여 감소하므로 관리가 수월하지만 미세 먼지, 오존, 이산화질소와 같은 2차 대기오염물질들은 생성이 복잡하여 가능하면 발생지에서 집중 저감시키는 것이 중요하 다. 대기오염의 주범인 질소산화물의 경우 Fig. 1과 같이 산화티 탄(TiO₂)의 광촉매(Photocatalyst) 작용을 활용하면 분해가 가 능한 것으로 알려져 있다(^{Beeldens, 2006;} ^{Monica and Andrew, 2013}).

Fig. 1

Photocatalytic nitrogen oxides removal reaction

광촉매 기술을 콘크리트 포장 도로 또는 다리, 옹벽 등 도로 구조물에 도입할 경우 자동차에서 배출되는 유해가스를 직접 적으로 흡착 및 제거하여 대기오염 방지에 상당히 효과적이다 (^{Kim et al., 2014}). 이는 도로구조물의 경우 빛과 직접적인 노출 을 하는 면적이 상당히 크기 때문에 광촉매의 효율을 더욱 극대 화 할 수 있는 조건이 된다. 이에 국외에서는 광촉매를 시멘트 의 일부로 혼합하여 광촉매 콘크리트를 만들어 적용하고 있다 (^{Nazari and Riahi, 2011}). 그러나 국내의 경우, 광촉매를 콘크리 트나 모르타르, 콘크리트 블록 등에 도포내지 살포하는 코팅방 법이 주를 이루고 있다(^{Kim et al., 2014}). 이는 광촉매 소재 자체 가 고가이기 때문에 시멘트의 일부로 대체하여 사용하기에는 상승되는 콘크리트 제조비용의 부담이 크기 때문이다. 또한 빛 과 광촉매의 접촉 부분에서 질소산화물 분해 효과가 발현되므 로 콘크리트 전체에 고가의 광촉매를 혼입한다면 효율면에서 불리하기 때문에 코팅하여 사용한 것으로 판단된다. 그러나 콘 크리트 도로나 보도블럭, 바닥판과 같이 사람들의 반복활동에 노출된 곳은 타이어나 도보에 의해 마찰이 발생하며 광촉매 코 팅 부분의 손상이 발생할 수 있다. 따라서 광촉매를 콘크리트 에 혼입하는 것이 코팅보다 장기적인 측면에서 효과적일 수 있 다. 이에 본 연구에서는 효율적인 광촉매 콘크리트의 제조 및 적용을 위하여 광촉매 종류 및 혼입률에 따른 콘크리트의 역학 적 특성과 질소산화물 제거 성능 평가를 실시하였다. 또한 비교 적 고가의 재료인 광촉매를 콘크리트 포장 도로, 도로구조물 등 에 보다 경제적이고 효율성 있게 적용하기 위하여 콘크리트의 표면 일부를 광촉매 콘크리트로 분할 타설하는 방안을 검토하 였고 이를 위해 두 콘크리트간의 일체거동 여부를 검증하고자 역학적 성능 및 동결융해 평가를 실시하였다.

2. 실험계획 및 방법

2.1 사용재료

2.1.1 시멘트 및 골재

시멘트는 1종 보통 포틀랜트시멘트를 사용하였으며 굵은 골재는 최대치수 25 mm, 밀도 2.63 g/㎤인 쇄석을 사용하였고 잔골재는 밀도 2.67 g/㎤, 강모래를 사용하였다. 시멘트의 물 리․화학적 성질 및 골재의 물리적 성질은 Tables 1, 2와 같다.

Table 1

Physical & Chemical properties of Cement

Table 2

Physical properties of aggregate

2.1.2 혼화제

콘크리트의 소요 유동성과 공기량을 확보하기 위해 액상형 폴리칼본산계(고형성분 20%) 고성능 감수제와 AE를 각각 적 정량 사용하였다.

2.1.3 광촉매

광촉매는 기존 상용제품 중 가장 성능이 우수하고 범용적 으로 사용하는 P-25와 국내제품 중 NP-A을 사용하였다. P-25 의 결정구조는 아나타제와 루타일이 7:3 비율로 구성되어있 고 비표면적이 54.9 ㎡/g인 반면 NP-A의 결정구조는 아나타 제이며 66.5 ㎡/g의 비표면적을 나타낸다. Table 3

Table 3

Physical properties of TiO₂

2.2 배합 및 실험방법

2.2.1 배합

배합은 Table 4에 나타낸 바와 같이 Plain을 기준으로 광촉매 2종류(P-25, NP-A)와 광촉매 혼입률(시멘트 대비 0, 3, 5, 7%) 이 물성에 미치는 영향을 확인할 수 있도록 구성하였다. 목표 슬럼프(130±20 mm) 및 공기량(5±2%)를 얻기 위해 고성능 감 수제 첨가량을 조절하였으며, 모든 배합은 100리터 용량의 속 도조절이 가능한 트윈샤프트형 콘크리트 믹서를 이용하였다. 광촉매 콘크리트의 혼합은 먼저 시멘트 및 잔골재, 결합재, 광 촉매를 투입하고 10분간 건비빔을 저속(20 rpm)으로 실시하 였다. 건비빔 후 배합 수 및 고성능감수제를 넣고 광촉매 콘크 리트의 유동이 시작될 때까지 저속(20 rpm)으로 비빈 후, 유동이 시작되면 고속(40 rpm)으로 2분간 비비고, 굵은골재를 투입 하여 고속(40 rpm)으로 2분간, 저속(20 rpm)으로 2분간 비빔 한 뒤 배출함으로써 광촉매 콘크리트의 제조를 완료하였다.

Table 4

Mix proportion

2.2.2 실험방법

(1) 압축강도 및 탄성계수

광촉매 콘크리트의 역학적 특성을 확인하기 위하여 KS F 2438를 따라 Fig. 1과 같이 압축강도 및 탄성계수를 측정하였다. 시험체는 지름이 100 mm이고 높이가 200 mm인 원주형 공시체 를 사용하였으며, 장비는 300 ton급 용량의 UTM(Universal testing machine)을 사용하였다. 공시체에 3개의 LVDT(Linear variable differential transformer)를 부착하여 하중재하와 동시 에 변형률을 측정할 수 있도록 하였다. 시험은 각 재령(7일, 28일) 에 따라 3개의 공시체의 평균값을 사용하였다. Table 5

Fig. 1

Test of compressive strength and elastic modulus

Table 5

Conditions of NO removal test

(2) 건조수축 시험

광촉매 콘크리트의 내구성 평가를 위해 KS F 2424에 제시 된 절차에 따라 건조수축 시험을 수행하였다. 시험체는 100× 100×400 mm의 각주형 공시체이며, 변형률 측정을 위해 사용 한 매립 게이지는 양단 플랜지형 게이지이다. 재령 1일부터 71 일까지의 변형률을 데이터로거를 사용하여 측정하였으며, 배 합에 따라 3개씩 제작하여 측정된 값의 평균값을 사용하였다.

(3) 동결융해 시험

광촉매 콘크리트의 내구성 평가를 위해 KS F 2456에 준하 여 동결융해 시험을 수행하였다. 100×100×400 mm의 각주형 공시체를 사용하여 기중 급속 동결 후 수중융해 방식의 동결 융해시험을 실시하였다. 총 300 cycle에서 종료하였고 매 30 사이클에서 아래의 Eqs(1)과 (2)에 따라 상대동탄성계수 및 내구성 지수를 산정하였다.

(1)

P c = ( n c 2 n 0 2 ) × 100

여기서, P_c는 동결융해 C사이클 후의 상대동탄성계수 (%), n₀는 동결융해 0사이클에서의 변형진동의 1차 공명 진동수 (Hz), n_c는 동결융해 C사이클 후의 변형 진동의 1차 공명 진동 수 (Hz) 이다.

(2)

D F = P N M

여기서, DF는 시험용 공시체의 내구성 지수, P는 N cycle 에서의 상대동탄성계수 (%), N는 상대동탄성계수가 60%가 되는 cycle 수 또는 동결융해에의 노출이 끝나게 되는 순간의 cycle 수, M은 동결융해의 노출이 끝날 때의 cycle 수이다.

(4) 질소산화물 제거 성능

광촉매 콘크리트의 대기정화 특성을 평가하기 위해 KS L ISO 22197-1에 의거하여 Fig. 2에 나타낸 질소산화물 제거 성 능평가를 실시하였다. 질소산화물 제거 성능평가에 사용된 시험체의 치수는 폭 50 mm, 높이 10 mm, 길이 100 mm이다. 시험규격상 시험체 높이가 10 mm이므로 굵은골재 영향을 배 제하기 위해 5 mm 체를 이용하여 제조된 광촉매 콘크리트에 서 굵은 골재를 체가름하고 모르타르 조건으로 제작하였다. 제작된 시험체는 먼저 5시간 동안 UV 조명(10 W/㎡)을 비춰 주어 잔여 유기물을 분해시켰다. 이후 2시간 동안 탈이온수에 시편을 담근 다음 꺼내어 80℃에서 건조시켰다. 질소산화물 제거 성능 평가 시스템 장비를 이용하여 30분 동안 빛이 들어 오지 않은 암흑 상태에서 질소가스를 흡착시킨 후 산화질소 (NO)와 이산화질소(NO₂)의 부피분율을 측정하였다. 산화질 소가스가 흐르고 있는 상태에서 UV 조명(10 W/㎡)을 5시간 이상 비춰주며 산화질소와 이산화질소의 부피분율을 평가하 였다. 질소산화물 제거 성능평가를 위해 각 배합별 3개의 시 험체를 평가하였으며, 이를 평균값으로 나타내었다.

Fig. 2

Test of NO removal

(5) 일체화 거동 평가를 위한 시험체 제작

광촉매 콘크리트의 경제적 제조방법의 일환으로 광촉매 콘 크리트를 모체 콘크리트의 표면부위에 20 mm 높이로 분할 타 설하여 일체화거동 여부를 평가하고자 하였다. 모체콘크리트 와 광촉매 콘크리트는 Table 4에서의 Plain 콘크리트와 광촉 매 2종류(P-25, NP-A)을 각 5%씩 혼입한 콘크리트를 적용하 였다. 시험체는 Plain으로 구성된 모체콘크리트를 제작한 후 경화가 시작되기전 광촉매 콘크리트를 상부에 2 cm씩 분할 타설하는 형식으로 제작하였고 동일한 슬럼프를 유지하도록 하여 타설하였다. 이때 시험체는 CT5로 표기하였으며, P-25 와 NP-A를 구분하였다.

Fig. 3

Concept of seperated casting on the photocatalyst concrete

3. 실험결과

3.1 광촉매 혼입에 따른 콘크리트 특성

3.1.1 압축강도

광촉매 종류 및 혼입률에 따른 광촉매 콘크리트의 재령별 압축강도를 Fig. 4에 나타내었다. 광촉매 종류와 관계없이 광 촉매를 5% 혼입한 경우 압축강도가 증가하는 것으로 나타났다. 재령 28일에서 광촉매 P-25와 NP-A의 혼입률이 5%일 때 가장 높은 압축강도가 측정되었으며 이때의 압축강도는 약 47.5 MPa로 광촉매가 포함되지 않은 Plain보다 압축강도가 약 36% 증가한 것으로 나타났다. 이는 광촉매와 시멘트계 재료 들간에 입자크기의 차이로 인한 필러효과가 발생하여 압축강 도가 증가한 것으로 판단된다(^{Ali and Shadi, 2011;} ^{Lee at el., 2008}). 광촉매 혼입률이 7%일 때 압축강도가 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 나노크기를 갖는 광촉매의 혼입률이 높아 짐에 따라 광촉매의 사용량이 증가하여 콘크리트내의 광촉 매의 분산이 원활하지 못하기 때문인 것으로 판단되고 사용된 광촉매 종류에 대한 압축강도의 영향은 없는 것으로 판단된다.

Fig. 4

Test results of compressive strength

3.1.2 탄성계수

광촉매 종류 및 혼입률에 따른 광촉매 콘크리트의 탄성계 수를 Fig. 5에 나타내었다. 탄성계수 또한 압축강도와 유사한 경향을 나타내었는데, 광촉매 혼입에 따른 압축강도 증가에 따라 콘크리트의 탄성계수도 증가하는 경향을 나타내었다. 광촉매 NP-A의 혼입률이 5%일 때 탄성계수가 가장 높은 26.95 GPa로 Plain보다 약 29% 증가하였다.

Fig. 5

Test results of elastic modulus

3.1.3 건조수축 및 동결융해

(1) 건조수축

광촉매 종류에 따라 광촉매 5% 혼입한 콘크리트의 건조수 축 측정 결과를 Fig. 6(a)에 나타내었다. 광촉매를 혼입할 경 우, 초기 건조수축량은 Plain과 차이를 보이지 않지만 재령이 증가함에 따라 광촉매 혼입 콘크리트의 건조수축량은 감소하 였다. 재령 71일에서 광촉매 P-25가 5% 혼입될 경우 건조수축 량은 Plain을 기준으로 보았을 때 약 15% 감소하였으며, 광촉 매 NP-A이 5% 혼입될 경우 Plain보다 약 8% 감소하였다.

Fig. 6

Test results of durability

일반적으로 광촉매 사용시 작은 크기의 광촉매 입자가 매 트릭스 내 필러 역할을 수행하여 전체 공극 분포는 감소한다 고 보고되었다(^{Nazari and Riahi, 2011}). 본 연구에서도 이러 한 이유로 광촉매 콘크리트의 건조수축량이 감소한 것으로 판단된다.

(2) 동결융해

광촉매 종류에 따라 광촉매 5% 혼입한 콘크리트의 동결융해 시험 결과를 Fig. 6(b)에 나타내었다. 광촉매 혼입이 동결융해 에 미치는 영향은 크지 않은 것으로 확인되었다. 200 cycle까지 는 배합간 큰 차이가 없으며, 300 cycle 이후에 상대동탄성계수 를 비교해볼 경우 P-25가 Plain에 비해 약 4% 감소하였고, NP-A 는 Plain과 거의 동일하게 나타났다. 광촉매를 혼입한 모든 콘 크리트에서 Plain과의 비교할 때 상대동탄성계수 및 무게변화 는 큰 차이는 보이지 않았다. 따라서 4% 이상의 공기연행이 된 콘크리트의 경우 내동해성이 우수한 것으로 나타났으며 향후 도로구조물 등에 광촉매 콘크리트를 제작할 경우 4% 이상의 공기연행이 필요할 것으로 판단된다. 광촉매의 종류가 동결융 해에 미치는 영향은 크지 않은 것으로 나타내었다.

3.2 광촉매 혼입에 따른 질소산화물 제거 특성

광촉매 종류 및 혼입률에 따른 광촉매 콘크리트의 질소산 화물 제거 성능평가 결과를 Fig. 7~10에 나타내었다. 광촉매 혼입률이 3%에서 7%로 증가함에 따라 질소산화물 제거율이 증가하는 것을 확인하였다. P-25의 경우 광촉매 혼입률이 7% 일 때 전체 부피에 대한 질소산화물 제거율은 11.3%로 나타났 고 혼입률이 3%일 때보다 약 6% 이상 증가하였다. NP-A의 경우 광촉매 혼입률이 7%일 때 질소산화물 제거율은 7.8 %를 나타내며 혼입률이 3%인 경우보다 약 3% 이상 증가하였다. 위 결과에 따라 광촉매 종류 중 NP-A보다 P-25의 질소산화물 제거성능이 조금 높게 측정되었다. Fig. 8

Fig. 7

Test result of nitrogen oxides removal performance by photocatalyst incorporation rate 3%

Fig. 8

Test result of nitrogen oxides removal performance by photocatalyst incorporation rate 5%

이러한 성능차이의 원인은 Fig. 9에 나타낸 것과 같이 표면 처리를 실시한 질소산화물 제거성능 평가를 통해 확인할 수 있다. 브러쉬를 시험체 표면을 각 50회 문지른 것을 표면처리 시험체로 정의하고 질소산화물 제거성능 평가를 실시하였다. 실험결과 광촉매 NP-A를 5%를 혼입한 시험체에서 표면처리 유무에 따른 질소산화물 제거 성능을 비교 검토한 결과, 표면 처리를 한 경우 질소산화물 제거율 7.3%에 비해 표면처리를 하지 않은 경우에 8.3%의 질소산화물 제거율을 나타내 1% 감 소하였다. 그러나 광촉매 P-25 5%를 혼입한 시험체에서 표면 처리 유무에 따른 질소산화물 제거성능은 처리 전 9.4%에서 처리 후 5.8%로 3.6 %의 감소율을 나타내었다. 이는 광촉매 P-25를 콘크리트에 혼입할 경우 광촉매의 입자가 NP-A에 비 해 비중이 낮아 콘크리트 표면 상부로 많이 분포하는 것으로 나타났다. 그러나 표면처리후에는 P-25의 질소산화물 제거율 은 오히려 NP-A보다 1.5% 낮은 5.8%의 제거율을 나타내었 다. 따라서 사람이나 차량이 지나다니는 경우와 같이 표면마 모가 발생할 경우에는 P-25는 NP-A에 비해 질소산화물 제거 능력이 급격히 감소한다는 것을 알 수 있었다. 향후 광촉매 콘 크리트를 제작할 경우 이러한 특성을 고려하여 광촉매를 선 택하여 사용하는 것이 필요할 것으로 판단된다.

Fig. 9

Test result of nitrogen oxides removal performance by photocatalyst incorporation rate 7%

한편, 일본 광촉매 협회는 질소산화물 제거량이 0.5 μmol/5h 이상인 경우 광촉매 제품으로 인증해주고 있는데 이 값은 질소 산화물 제거율 1.34%와 동일한 값이다. 이 연구에서 광촉매 최소 혼입율인 3%인 경우에도, 질소산화물 4.7% 제거율 (NP-A)로 일본 광촉매 제품 인증기준의 약 3.5배 이상을 확보 하는 것으로 나타났다.

3.3 분할 타설에 따른 일체화 거동 평가

3.3.1 압축강도 및 탄성계수

광촉매 콘크리트의 일체화에 따른 역학적 특성 평가를 위 해 압축강도와 탄성계수 측정결과를 Fig. 10에 나타내었다. 재령 28일에서 분할 타설된 광촉매 콘크리트의 압축강도는 재령이 28일에서 종류와 상관없이 Plain에 비해 동등이상의 압축강도를 나타내었다. 한편, 광촉매를 혼입하지 않은 Plain 에 비해 광촉매 콘크리트를 분할 타설한 경우도 탄성계수가 다소 증가한 것으로 나타내는 등 분할 타설을 하더라도 기존 의 모체콘크리트 부분과 광촉매 콘크리트와의 일체화 거동을 나타낸 것으로 판단된다.

Fig. 10

Test result of nitrogen oxide removal performance by surface treatment

3.3.2 동결융해

분할 타설된 광촉매 콘크리트의 일체화 거동여부를 판단하 기 위해 동결융해실험을 실시하고 그 결과를 Fig. 11에 나타 내었다. Plain과 분할 타설된 광촉매 콘크리트의 상대동탄성 계수 변화는 거의 동일한 경향을 나타내어 일체화 거동을 하 는 것으로 판단된다.

Fig. 11

Test results of compressive strength and elastic modulus of photocatalyst concrete by separated placement

따라서 광촉매 콘크리트를 콘크리트 포장 및 도로구조물 등에 적극적으로 사용하기 위하여 일정 두께높이로 광촉매 콘크리트를 상부에 분할 타설하는 방법을 사용한다면 보다 경제적이고 효율적인 광촉매 콘크리트 제작이 가능할 것으로 판단된다. 향후 분할 타설 시간 간격에 따른 영향, 분할 타설 적정높이 등에 대한 후속 연구가 필요하며 콘크리트내 광촉 매의 원활한 분산과 표면부위로의 광촉매를 집중적으로 유도 할 수 있는 기술 확보가 필요하다. Fig. 12

Fig. 12

Test results of relative dynamic modulus of elasticity of photocatalyst concrete by separated placement

4. 결 론

본 연구에서 광촉매 종류 및 혼입율에 따른 역학적 특성 및 질소산화물 제거 특성을 평가하였고, 보다 경제적이고 효율적인 광촉매 콘크리트 제조를 위해 분할 타설하는 방법에 대해 검토 하였다. 이에 대한 결론은 다음과 같다.

1) 28일 압축강도가 약 30 MPa를 나타내는 Plain 콘크리트 에 P-25와 NP-A 광촉매를 혼합하는 경우 일정 혼입율까 지는 압축강도와 탄성계수가 증가하는 것으로 나타났 다. 광촉매 혼입률이 5%일 때 가장 높은 압축강도와 탄 성계수가 측정되었다. 이러한 이유는 광촉매와 시멘트 계 재료들간에 입자크기의 차이로 인한 필러효과가 발 생하여 압축강도가 증가한 것으로 판단된다. 따라서 광 촉매를 적정비율로 혼입할 경우 콘크리트의 역학적 성 능을 개선하는 것으로 나타났다.
2) 이 연구에서 광촉매 반응에 의한 질소산화물 제거 성능평 가(KS L ISO 22197-1) 결과 광촉매 혼입률이 증가함에 따라 질소산화물 제거율이 증가하는 것으로 나타났다. P-25의 경우 광촉매 혼입률이 7%일 때 전체 부피에 대한 질소산화물 제거율은 11.3%로 나타났고 혼입률이 3%일 때보다 약 6% 이상 증가하였다. NP-A의 경우 광촉매 혼 입률이 7%일 때 질소산화물 제거율은 7.8 %를 나타내며 혼입률이 3%인 경우보다 약 3% 이상 증가하였다. 위 결 과에 따라 광촉매 종류 중 NP-A보다 P-25의 질소산화물 제거성능이 다소 높은 것으로 평가 되었다.
3) 이 연구에서는 광촉매 콘크리트를 적용할 때 경제성을 고려하여 본래 시공하려는 콘크리트 표면부분 위에 일 정 두께로 광촉매 콘크리트를 동시에 타설하는 분할 타 설 방안을 제안하고 일체화 거동을 평가하였다. 분할 타 설된 시험체가 Plain에 비해 압축강도, 탄성계수 등 역 학적 성능과 동결융해실험 300 cycle이 지난시점에서의 상대동탄성 계수 모두 동등이상으로 나타나 일체화 거 동을 하는 것으로 판단된다. 따라서 콘크리트 포장 및 도로구조물 등에 보다 경제적인 방법으로 사용가능할 것으로 판단된다. 적극적으로 사용하기 위한 방안으로 일체화 시공 기술을 개발하여 경제적인 시공이 가능하 도록 제안하였다.
4) 따라서 이 연구에서는 기존 고품질의 광촉매에 비해서 성능이 유사하면서도 50% 가격이 절감된 저비용 고효 율 광촉매를 적용하여 질소산화물에 의한 대기오염 정 화율을 50% 이상 저감시킬 수 있는 광촉매 콘크리트를 기술을 구현하였다. 또한 이 광촉매 콘크리트를 콘크리 트 포장 및 도로구조물 등에 적극적으로 사용하기 위한 방안으로 일체화 시공 기술을 개발하여 경제적인 시공 이 가능하도록 제안하였다.

감사의 글

본 연구는 국토교통부/국토교통과학기술진흥원의 지원으 로 수행되었습니다(과제번호 18SCIP-B149189-01).

References

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Journal of the Korea Concrete Institute

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광촉매 종류 및 혼입률에 따른 효율적 광촉매 콘크리트의 제조 방법에 관한 연구

초록

Abstract

키워드

Key words

1. 서 론

Fig. 1

2. 실험계획 및 방법

2.1 사용재료

2.1.1 시멘트 및 골재

Table 1

Table 2

2.1.2 혼화제

2.1.3 광촉매

Table 3

2.2 배합 및 실험방법

2.2.1 배합

Table 4

2.2.2 실험방법

(1) 압축강도 및 탄성계수

Fig. 1

Table 5

(2) 건조수축 시험

(3) 동결융해 시험

(1)

(2)

(4) 질소산화물 제거 성능

Fig. 2

(5) 일체화 거동 평가를 위한 시험체 제작

Fig. 3

3. 실험결과

3.1 광촉매 혼입에 따른 콘크리트 특성

3.1.1 압축강도

Fig. 4

3.1.2 탄성계수

Fig. 5

3.1.3 건조수축 및 동결융해

(1) 건조수축

Fig. 6

(2) 동결융해

3.2 광촉매 혼입에 따른 질소산화물 제거 특성

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 9

3.3 분할 타설에 따른 일체화 거동 평가

3.3.1 압축강도 및 탄성계수

Fig. 10

3.3.2 동결융해

Fig. 11

Fig. 12

4. 결 론

감사의 글

References

Article Information (continued)

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