고로슬래그는 콘크리트의 염소이온침투 저항성능 개선 목적으로 가장 널리 활용되는 혼화재이나, 해수에 노출된 고로슬래그 혼입 콘크리트의 장기거동 및 상변이에 대한 보고는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 열역학 모델링을 통해 해수에 노출된 슬래그 시멘트의 장기 상변이를 모사하였다. 모델링 결과 슬래그 혼입은 해수에 노출되었을 때 상변이가 쉽게 일어나지 않는 안정적인 상을 생성시킬 것으로 예측되었다. 해수에 노출되었을 때 ettringite 생성으로 인해 포틀랜드 시멘트 및 슬래그 시멘트에서 모두 팽창이 일어날 것으로 예측되었으나, 슬래그 시멘트에서는 brucite가 덜 생기는 것을 확인하였다. 공극률은 슬래그 혼입 시멘트의 경우 더 높았으나, 염소 흡착능이 높은 알루미네이트 수화물이 슬래그 시멘트에서 더 활발히 생성되는 것을 확인하였다. 따라서 슬래그 혼입을 통해 해양 환경에서 사용되는 콘크리트의 내구성능을 크게 증진시킬 수 있는 것으로 나타났다.
본 연구에서는 윤활유에 해수가 혼입된 유화유중에서 음극방식에 의한 선박용 베어링 합금재의 침식-부식억제에 관한 연구를 위하여, 초음파 진동장치의 캐비네이션 발생장치에 의해 선박용 베어링 합금재의 캐비네이션 침식-부식방지를 위해 음극방식(Cathodic protection)실험을 실시하였다. 이실험을 토대로 하여 해수의 혼입에 따른 유화유중에서 음극방식에 의한 베어링 합금재의 침식-부식억제효과를 구명하고자 한다.
본 연구에서는 보통의 일반콘크리트와 플라이애쉬를 혼입한 강섬유보강 콘크리트의 해수에 대한 저항성을 고찰하기 위하여 수행되었다. 콘크리트 배합 인자를 물.시멘트비, 강섬유혼입률, 플라이애쉬 혼입률별로 각각 제조하였으며, 표준수(수도물)와 인공으로 제조한 해수에 장기간 침지한 경우와 건조와 습윤의 반복작용에 의한 촉진시험으로 시험을 수행하여 콘크리트의 성능저하에 미치는 영향을 비교.고찰하였다. 시험방법은 소정의 재령에 각각의 배합조건별로 압축강도와 재령 1일을 기준으로 길이변화와 동탄성계수를 측정하여 성능저하정도를 비교분석하였다. 그 결과 강섬유와 플라이애쉬의 적정량의 혼입은 콘크리트의 내해수성을 현저히 개선시키는 효과를 나타내었다.
1. 플루오르를 함유하는 배수가 바다에 유입되었을 때 플루오르화물이온을 그 추적자로 이용할 수 있다. 2. "Dotite"시약 "알풋손"에 의한 해수중의 플루오르 정량법을 검토하였다. 3. 진해만의 플루오르화물이온 농도분포를 조사하여 진해만에 플루오르를 함유하는 배수가 평균 최소한 0.13% 혼입되어 있으며 그것은 진해 모화학공장의 폐수에 기인한다. 그리고 그것이 혼입되어가는 경로를 밝혔다. 그것이 혼입되어가는 경로를 밝혔다.
부산지역의 지열수는 Na-Cl형으로서 한국의 타지역에서 산출되는 지열수에 비해 전기전도도(921~6,520 ${\mu}$S/cm)와 총용존고체함량(608~3,390 mg/L)이 비교적 높다. 부산지역 지열수는 Mg를 제외한 주요 이온들이 온도가 증가함에 따라 농도가 대체로 증가하는 약한 정의 상관관계를 나타낸다. 주요 양이온의 함량은 Na>Ca>K>Mg의 순으로 나타나며, 해수에 비해 Ca가 부화되어 있고, Mg가 결핍되어 있다. 이 지열수의 Br 함량은 모두 해수보다 낮으며, 온도가 증가함에 따라 증가하는 정의 상관관계를 보인다. 이를 종합하면, 부산지역 지열수는 심부로 순환하는 해수가 주변 모암과의 상호반응에 의해 해수에 비해 상대적으로 증가된 Ca와 Sr의 함량과 상대적으로 결핍된 Mg, Na와 K의 함량을 갖는 지열수를 형성한 것으로 여겨진다. 또한 주요 이온들과 온도와의 상관관계로 볼 때, 높은 염도의 지열수가 상승하는 동안 저온의 주변 지하수와 혼합되어 냉각과 함께 희석작용이 있었던 것으로 보인다. 이 지열수의 기원과 진화를 정확히 규명하기 위해서는 안정동위원소 연구와 함께 전체 지구화학계에 대한 물-암석 반응 모델링이 수행되어야 할 것이다.
철강 생산으로 인하여 부산되는 철강슬래그 역시 계속적으로 증가하여 2018년에 2,423 만톤에 이르고 있으나 고로슬래그를 제외한 철강부산물은 단순매립 등으로 재활용되고 있어 산업부산물의 유효활용을 통한 자원순환형 사회 구축 및 천연자원 고갈방지를 위해서는 다양한 활용기술 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다. 한편, 근래 무분별한 해양개발 및 환경오염 등으로 광대한 해양생물의 서식기반이 소실되어 수산자원의 감소현상이 심화되고 있어 이에 대한 대책이 시급한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 다량 부산되는 복합슬래그를 천연골재 대체재료로 재활용하는 방안 제시와 해수정화가 가능한 친환경 다공질콘크리트의 배합요인별 공학적 특성 및 적용성 검토연구를 수행하였다. 배합요인별 공극률 시험결과 모든 조건에서 오차범위 2.5%이내의 결과를 나타내었다. 압축강도시험결과 최적 혼입률은 복합슬래그골재 30%, 혼입시 가장 우수한 친환경 다공질콘크리트 제조가 가능하였다. 입상인공Zeolite를 혼입함으로서 침지일수 14일에 총질소 및 총인 농도가 36.8~54.6%까지 감소하여 입상인공제올라이트의 효과를 확인하였다.
외부환경에 노출된 콘크리트 구조물은 사용기간 동안 시간의 경과함에 따라 여러 가지 환경적, 화학적, 물리적 요인들이 콘크리트 내부로 서서히 침투 및 확산되면서 콘크리트 초기의 우수한 내구성능을 저하시켜, 열화발생으로 인한 성능저하의 규명과 유지관리에 대한 중요성이 크게 부각되고 있다. 특히, 해안에 근접한 콘크리트 구조물이 동결융해 작용을 받는 경우, 동결융해의 과정에서 콘크리트 조직이 팽창 수축을 반복하면서 콘크리트의 조직이 이완되고 이때, 해수에 존재하는 염화물이온이 콘크리트 내부에 침입하게 되면, 콘크리트 구조물의 철근부식으로 인한 열화를 가속화시키기 때문에 내륙 콘크리트 건축물에 비해 내구성능의 저하가 급속히 진행됨으로 특별한 주의가 필요하다. 본 연구에서는 해수에 접한 콘크리트 구조물의 내구성 확보를 위해 광물성 혼화재료를 혼입한 코팅용 고성능 모르타르의 개발을 목적으로 하고 있으며, 모르타르의 강도 및 내구 특성에 대한 실험적 연구가 진행 되었다. 모르타르에 광물성 혼화재료인 실리카퓸, 메타카올린, 초고분말 플라이애시를 혼입하였다. 혼입률은 실리카퓸과 메타카올린은 각각 3, 7, 10%로 혼입하였으며, 초고분말 플라이애시는 5, 10, 15, 20%로 혼입하여 실험을 진행하였다. 혼화재료 혼입을 통해 제작된 모르타르 시험편을 재령 1일과 28일에 정적 강도시험을 진행하였으며, 재령 28일에 염소이온 침투저항성 시험, 황산 저항성 시험, 염해 저항성 시험 등의 열화 촉진실험을 실시하여 내구 특성을 분석하였다. 촉진 염화물이온 확산 침투 시험 결과를 이용해 국내 콘크리트학회에서 제안하는 방법과 미국, 유럽의 방법으로 내구수명을 평가해 보았다. 메타카올린 혼입 시 모든 규정에서 우수한 내구 수명으로 평가 되었으며, 메타카올린 10%혼입 시 KCI를 기준으로 약 470년의 내구수명이 예측되었다.
Haptophyta(이하 하프토조로 표기)는 그 일부종이 toxin을 가지며, 더욱이 이들 종들이 원인 생물로 발생하는 bloom으로 인한 경제적 피해 발생 등으로 인해 최근 여러 나라에서 활발한 연구가 이루어지고 있다. 남해안 일대의 몇몇 어ㆍ패류 양식장에서 이용하고 있는 식물먹이생물 및 동물먹이생물의 배양수조 내에서 배양을 목적으로 하는 먹이생물 이외의 혼재 생물의 종류를 조사하던 중 Haptophyta의 Prymnesium속 생물이 혼재하고 있는 것을 발견하였으며, 혼재된 Prymnesium은 양식 패류의 인공 종묘 생산 과정에서 사육 치패의 먹이로 이용되는 식물먹이생물 Isochrysis galbana의 증식을 크게 억제하였고, 더욱이 Prymnesium이 혼재된 Isochrysis galbana를 인공 종묘생산 중이던 치패에 투이한 결과 치패 모두가 폐사에 이르는 것을 관찰하였다. 이에 Isochrysis galbana의 배양 수조내에 Prymnesium이 혼입 하였을 경우 Isochrysis galbana의 증식양상을 알아보기 위해, Isochrysis galbana의 세포밀도를 5,440,000cells/ml로 하고 Prymnesium의 세포밀도를 10,000cells/ml로 하여 혼합 배양한 결과 배양개시 1일 후의 각 세포밀도는 Isochrysis galbana가 1,040,000cells/ml로 급격히 저하하였으며, 이와는 달리 Prymnesium은 50,000cells/ml로 증가하였다. 이들 종 각각의 증가 및 감소추세는 계속되어 배양개시 5일 후에는 Isochrysis galbana가 530,000cells/ml로 처음 배양당시 세포수의 90% 이상 감소하였고, Prymnesium은 43,333cells/ml로 4배 이상 증가하였다. 이 실험에서 Isochrysis galana의 세포수가 감소하는 이유는 정확히 알 수는 없으나, 하프토조의 일부 종에서는 광합성을 통한 유기물합성 이외에도 외부로부터의 DOC(dissolved organic carbon)를 직접 배양수로부터 취하거나 또는 영양염 제한 조건에서는 food particle을 섭취하는 경우가 있는 것으로 보고되고 있다. 한편, 이들 Haptopyta가 양식장에서 이용되어지는 해수를 통해 유입되는지를 알아보기 위해 모래여과조를 통과한 해수를 플랑크톤 배양용 배지의 첨가 없이 배양한 결과, Haptophyta의 Prymnesium, Chrysochromulina 및 Phaeocystis 둥의 수 종이 출현하였으며, 일부 종의 경우는 일정기간 지속적으로 배양되어짐을 알 수 있었다.
바다에 콘크리트를 타설 할 때는 육상과는 달리 여러 가지 제약을 받게 되며 타설 후에는 해양의 물리, 화학작용과 혹독한 기상작용을 받게 된다. 해양환경에서 내구적인 고품질의 콘크리트를 제조하기 위해 플라이애쉬를 혼입한 수중 불분리 콘크리트를 해수 중에 타설${\cdot}$양생한 후 압축강도를 측정하고 기중 및 담수 중에서 양생한 것과 비교하여 그 특성을 구명하였다. 우리 나라 연안의 87년에서 96년까지 10년간 수심 10m에서 20m의 연 평균수온이 14.9$^{\circ}C$ 임을 고려하여, 수온을 $15{\pm}3^{\circ}C$로 조절할 해수 중에 타설${\cdot}$양생한 후 콘크리트의 압축강도를 측정하여 플라이애쉬 사용효과를 확인하였다. 시험결과 해수 중에서 플라이애쉬를 사용하지 않은 불분리 콘크리트의 경우 재령 91일부터 1년까지의 강도증가는 2%에 머무나 플라이애쉬를 단위 결합재 중량비로 10%에서 50%까지 10%씩 증가시켜 치환한 결과 압축강도는 각각 15%, 19%, 24%, 51%, 64%가 증가되었다. 플라이애쉬의 적정 사용량은 콘크리트의 조기강도가 요구되는 구조물의 경우 단위 결합재에 대한 중량비로 10%정도 치환함이 적절하며, 내구성과 경제성을 고려한다면 40%~50%정도가 효과적임을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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