지리학적 특성으로 국내는 계절 동토지역으로 겨울철에는 동상현상이 발생하고 봄철에는 지반이 해빙된다. 도로는 다양한 재료와 단면으로 구성된 구조물이기 때문에 환경성과 재료 물성뿐만 아니라 포장체 각 층의 구조적 적정성 또는 지지력을 파악하는 것이 무엇보다 중요하다. 현재 기존 동상방지층 설계법에 따르면, 동상방지층은 포장체의 구조적 적정성과는 무관하게 온도조건에 따른 동결깊이에 따라 일률적으로 결정되고 있다. 이러한 동결깊이를 포장구조설계에 적용함으로써 포장의 과다설계 우려가 있다. 따라서 본 논문에서는 노상층, 동상방지층, 보조기층의 역학적 실험을 실시하여 동상민감성을 판단하고 실규모 현장도로 모형축소 실험을 실시하였다. 동상민감성을 판단하기 위하여 토층별 온도, 동결팽창량, 부동수분 및 동결깊이를 측정하였다.
동결토의 강도는 흙 입자의 크기와 모양, 그리고 얼음과 부동 수분의 양과 같은 요인에 영향을 받는다. 본 연구에서는 동결토의 포화도와 실트 함량에 따라 변화하는 부동 수분의 양과 강도를 평가하고자 하였다. 시료는 주문진사, 실트, 그리고 증류수를 혼합하여 사용하였다. 실트의 함량비(SF)는 주문진사의 중량($W_{sand}$)에 대한 실트 중량($W_{silt}$)의 비율이 10%와 30%가 되도록 혼합하고, 포화도는 5%, 10%, 15%, 그리고 20%가 되도록 조성하였다. 시료는 $-10^{\circ}C$의 챔버 내에서 동결하였고, 동결 시간을 선정하기 위하여 24 시간, 48 시간, 그리고 72 시간동안 동결한 시료에 대하여 일축압축실험을 수행하였다. 일축압축강도가 동결 시간 24 시간 이후에 유사하여 동결 시간은 24 시간으로 선정하였다. 또한, 동결 과정 중 부동 수분의 양을 파악하기 위해 TDR 시스템을 이용하여 시료의 함수비를 모니터링 하였으며, 실트의 함량과 포화도가 증가함에 따라 부동 수분의 양이 증가하였다. 동결이 완료된 시료에 대하여 일축압축실험을 수행하였고, 포화도의 증가에 따라 일축압축강도가 지수함수적으로 증가하는 것으로 나타났다. 포화도가 증가함에 따라 부동 수분의 양이 증가하였으나, 동결에 사용된 물 즉, 얼음이 강도 발현에 보다 큰 영향을 미친 것으로 판단된다.
Bioreporter 균주는 복잡한 환경매체의 특정 오염원 탐지를 위해 유용하게 사용되고 있다. 특히 발광 유전자 재조합 균주는 민감하고 배경에 의한 영향을 받지 않는 장점이 있다. 사용한 유전자 재조합 균주(Pseudomonas putida mt-2 KG1206)는 TOL 플라즈미드와 pUCD615 벡터에 $P_{m}\;promoter$가 삽입된 재조합 플라즈미드를 함유하고 있으며, 톨루엔 계열 및 중요 분해산물에 대해 분해와 함께 발광을 생산하는 특성을 갖고 있다. 본 연구에서는 균주 동결 및 동결건조 준비 및 적용과정에 필요한 다양한 조건들을 조사하여, 향후 환경매체에 적용하기 위한 최적 방법에 대한 프로토콜을 작성하였다. 조사한 최적 조건들은 다음과 같다. 동결보호시약(24% sucrose), 동결건조 시간(12시간), 균주 농도($OD_{600}=0.6$), 동결균주 활성회복($35^{\circ}C$에서 빠르게 해동), 동결건조 균주 활성회복(LB배지에 $3{\sim}6$시간 노출), 현장 운반 조건(활성 회복 후 $20^{\circ}C$ 정도의 실온). 본 연구 결과는 재조합 균주 환경 적용을 위해 필요한 균주 동결 및 동결 건조에 대한 중요한 자료들을 제시하고 있다.
GFRP 다웰바의 장기 내구성능 저하 메커니즘을 규명하기 위하여 실제 콘크리트 포장에서 발생할 수 있는 수분환경과 동결융해반복 환경하의 촉진 내구성능 평가를 실시하였으며 그에 따른 미세구조 분석을 통해 성능저하 열화 진행 메커니즘을 분석하였다. GFRP 다웰바의 내구특성 평가는 촉진환경에 노출 후 전단시험을 실시하여 분석하였으며 미세구조 분석을 위하여 SEM 사진과 가스흡착에 의한 공극측정을 실시하였다. 실험결과 수분환경 및 동결 융해반복 환경에 노출된 GFRP 다웰바는 내구특성 저하가 거의 나타나지 않았다. 이와 같은 결과는 미세구조분석에서 명확히 관찰 할 수 있었다.
본 연구에서는 동결보존액에 대한 Zardaverine (phosphodiesterase inhibitor) 첨가가 돼지 동결-융해 정자의 운동학적 특성에 미치는 효과를 조사하였다. 돼지정액의 동결보존은 보조 번식기술 및 유전자원 장기보존을 위해 유용하게 이용되는 중요한 기술이다. 하지만 정자세포를 동결-융해하는 과정에서 발생하는 온도충격은 정자의 수정능력을 급격히 저하시킨다. 정액샘플은 성숙한 Duroc종 수퇘지로부터 채취했으며, lactose-egg yolk 동결보존액에 다양한 농도로 Zardaverine (0, 20, 50, 75 및 100 𝜇M)을 첨가하여 정액을 동결하였다. 융해 후 정자세포의 운동학적 특성 분석은 정자운동성자동분석기(CASA; computer-assisted sperm analysis)를 이용하였다. 그 결과, 융해 직후 정자의 운동성(MOT)은 타처리구에 비해 20 𝜇M 처리구에서 가장 높았다(p<0.05). Curvilinear velocity (VCL)은 0 𝜇M 과 20 𝜇M 처리구가 75 𝜇M 처리구를 제외한 다른 처리구들에 비해 유의적으로 높은 값을 보였다(p<0.05). Average path velocity (VAP)는 20 𝜇M 처리구가 100 𝜇M 처리구에 비해 유의적으로 높았으며(p<0.05) Amplitude of head lateral displacement (ALH)는 20 𝜇M 처리구가 50 𝜇M과 100 𝜇M 처리구에 비해 유의적으로 높았다(p<0.05). 이상의 결과를 종합하면, 동결용 보존액에 대한 Zardaverine 첨가가 동결-융해된 돼지 정자의 운동학적 특성에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 사료된다.
동결건조된 원부재료(무, 배추, 쪽파, 마늘, 생강)를 이용하여 나박김치를 제조한 다음 $4^{\circ}C$에서 28일간 저장하며 이화학적 및 미생물학적 특성과 관능적 특성을 분석하였다. 나박김치의 제조 직후 pH는 5.76~5.93이었으며, 저장기간이 증가함에 따라 감소하였다. 산도는 저장기간이 경과 할수록 증가하였으며, 저장 28일차에 동결건조한 무 및 부재료 처리구(D)의 산도가 0.43%로 나타나 동결건조 원부재료 처리구(C), 생 원재료 및 동결건조 부재료 처리구(B)와 유의적인 차이가 확인되었다(p<0.05). 배추 및 무의 조직감은 나박김치의 저장기간 동안 동결건조한 시료에서 대조구(생원료)에 비해 유의적으로 낮게 나타났으며, 배추의 경우 저장기간이 증가함에 따라 조직감도 점차 증가하는 경향을 나타내었다(p<0.05). 나박김치의 제조 직후 일반세균 및 젖산균수는 생원료로 제조한 대조구에서 약 1 log CFU/g 수준 높게 확인되었으며, 그 차이는 저장 21일까지 유지되다가 저장 28일차에 동결건조한 무 및 부재료 처리구(7 log CFU/g)를 제외하고 모든 시료에서 약 8 log CFU/g 수준으로 나타났다. 효모 및 곰팡이수는 저장기간 동안 모든 시료에서 2~3 log CFU/g 수준을 유지하였으며, 대장균군의 경우 대조구 및 생원재료와 동결건조한 부재료 처리구를 제외한 모든 처리구에서 저장기간 동안 검출되지 않았다. 관능검사 결과, 생원재료를 사용한 대조구에 비해 동결 건조처리구에서 전반적으로 낮은 점수를 나타내 동결건조한 주재료는 나박김치의 관능적 품질이 저하시키지만 부재료(쪽파, 마늘, 생강)는 관능적 품질에 영향을 미치지 않는 것으로 나타나지 않았다. 따라서 동결건조된 부재료의 첨가는 미생물수가 감소될 뿐만 아니라 김치의 조직감과 관능적 품질을 저하시키지 않으므로 다양한 김치 제조 시 활용 가능성이 높으며 더불어 김치의 저장성을 연장하는 효과를 기대할 수 있을 것으로 판단된다.
강원지역은 한국의 북동부에 위치하고 있으며 산지가 90%에 달해 한국에서 가장 추운 지역이다. 그에 따라 겨울철 터널 피해가 지속적으로 발생하고 있으나 아직 터널 라이닝 배면에서 발생하는 동상에 대한 연구는 매우 부족하다. 본 연구에서는 강원지역의 도로터널에서 발생하는 동상깊이 분석을 위한 수치적 연구를 수행하였다. 강원지역 도로터널 현황과 기후자료를 분석하고 이를 토대로 터널 표준 형상과 지반 특성을 가정하였으며, 기온 변화와 지반특성 변화에 따른 터널 배면지반의 최대 동상깊이를 산정하였다. 해석결과 모래보다 변성암 및 퇴적암의 동결민감성이 더 크며, 라이닝 배면의 초기 지중온도가 낮을수록 동상깊이가 깊어져 동결에 대한 피해도 커지는 것으로 나타났다. 또한 라이닝 두께 및 지반의 비열, 열전도율과 같은 특성도 동결깊이 변화에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
한우 사태육의 동결 기간에 따른 물리화학적, 기호적 특성 변화와 해동 후 냉장 효과를 검토하였다. 한우의 사태육을 진공포장하여 $-20^{\circ}C$에서 9개월간 동결하는 동안 표면 색도휘발성 염기질소(VBN) 및 콜라겐 함량은 유의적 차이가 없었다. 그리고 pH, 지방산패도(TBA), 경도, 드립 감량 및 가열감량은 증가하고 기호도가 저하하였으나, 모두 6개월까지는 유의적 차이가 나타나지 않았고, 9개월째에 유의적 차이를 보였다. 동결 저장 6개월 후 해동한 사태육은 해동 후 냉장 4일까지 연도, 보수력, 아미노산의 L-glutamic acid, 지방산의 oleic acid 및 다가불포화지방산 조성이 높아지고 관능 특성에서 기호도가 유의적으로 향상하여 해동 후 냉장 효과가 있었다. 해동 후 냉장 6일째에는 VBN 및 TBA 값이 현저히 상승하였으며 기호도가 저하하였다.
본 연구에서는 생마의 적정 건조방법을 알아 보고자 동결건조, 냉풍건조 및 열풍건조 방법으로 마를 건조시 각 건조 방법의 최적 조건을 조사하고, 3가지 건조 방법에 따른 마의 식품학적 품질 특성을 비교 평가하여 최적 건조방법을 고찰해 보고자 하였다. 동결건조시 $40^{\circ}C$ 이하로 가열하면서 건조 시키면 건조후 마고유의 색, 향, 맛과 점질성이 생마와 거의 같은 수준으로 유지되었다. 열풍건조나 냉풍건조의 경우 건조후 마의 색이 연한 백색이나 미색을 나타내지 않고 갈변되었다. 향이나 맛의 경우 냉풍건조시는 마 고유의 향이나 맛이 감소되었으며 열풍건조에서는 마 고유의 향이나 맛이 감소되었을 뿐 만 아니라 가열취나 구수한 맛도 나타났다. $40^{\circ}C$ 동결건조 마는 생마와 유사한 0.0160 Pa.s의 겉보기 점도를 나타내었으나 열풍건조와 냉풍건조는 생마의 반 이하 수준으로 점도가 감소하여 점질성을 거의 나타내지 않았다. 결론적으로 생마의 식품학적 주요 특성인 점질성, 색, 마 고유의 향과 맛을 유지하며 분산성과 용해성을 높이는 건조 방법으로는 동결건조가 가장 좋은 것으로 평가되었으며, 분말화시 분말의 용도에 적합한 용해성 및 분산성 같은 물성이 높게 나타나는 적정 입자 크기는 $40{\sim}60{\;}mesh$ 사이인 것으로 나타났다.
동토기반 말뚝기초의 지지력은 말뚝구조물 표면과 주변 토사의 접촉면에서 발현되는 동착강도에 의해 산정되며, 이는 동착-강도가 동토지반 기초설계를 위한 가장 주요한 설계정수임을 의미한다. 동착강도는 토사종류, 동결온도, 말뚝표면에 수직방향으로 작용하는 지중응력, 재하속도, 말뚝구조물의 표면 거칠기 등 다양한 인자들에 동시다발적인 영향을 받는 것으로 보고되고 있다. 1960년대부터 동토지반 기초설계를 위한 동착강도 산정방법들이 제안되어 왔으나, 대부분 동결온도와 말뚝구조물 표면특성에 대한 영향은 고려하고 있는 반면 동착강도의 주요 영향인자 중 하나인 지중응력에 의한 영향을 고려하지 않고 있어 소정깊이 이상의 말뚝기초 설계를 위한 동착강도 산정방법으로 활용되기에는 한계가 있는 것으로 판단된다. 본 연구에서는 동결온도뿐 아니라 지중응력이 동착강도에 미치는 영향을 파악하기 위하여 직접전단시험기를 활용한 동결토 전단강도 및 동착강도 측정실험을 각각 수행하였다. 실험결과 전단강도와 동착강도는 모두 동결온도 조건이 낮아질수록, 혹은 수직응력 조건이 커질수록 증가하는 경향을 보였다. 전단강도와 동착강도의 정량적 관계분석을 위해 정의된 전단강도와 동착강도의 비 $r_s$는 초기 동결온도에서는 급격하게 감소하는 경향을 나타냈으나, 동결온도가 낮아질수록 증가하며 수렴구간을 형성해가는 경향을 보였다. 본 연구에서는 최종적인 연구결과로서 동결온도 및 수직응력 조건을 바탕으로 결정된 $r_s$값을 이용하여 동결토의 전단강도로부터 동착강도를 예측할 수 있는 방법을 제안하고 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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