KR100706537B1 - Artificial promoting test apparatus for microbiological corrosion of concrete and evaluation method for microbiological anti-corrosion using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하수환경과 유사한 조건에서 콘크리트의 생화학적 부식성을 검증하기 위한 장치로서, 균주를 접종한 세균배양액이 담긴 시험용기 및 상기 시험용기가 위치되는 배양구역을 내부에 구비하는 시험기 본체; 상기 시험기 본체에 가스를 공급하는 가스공급부; 및 상기 시험기 본체의 내부환경 및 상기 가스공급부에서 공급되는 가스의 압력을 조절하는 조절부;를 포함하여 구성되는 콘크리트의 생화학적 부식 인공촉진 시험장치에 대한 것이다. 상세하게는, 본 발명은 상기 시험기 본체는 내부에 상기 배양구역과 분리하여 균주를 접종한 세균배양액을 정치시키는 세균배양액 정치구역을 더 구비할 수 있다. 또한, 더욱 상세하게는 본 발명은 상기 세균배양액에 접종되는 균주로서 황산화세균을 사용하고, 황화수소가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 콘크리트의 생화학적 부식 인공촉진 시험장치를 제공할 수 있다.The present invention is a device for verifying the biochemical corrosiveness of concrete in conditions similar to the sewage environment, the test vessel body containing a test vessel containing the bacterial culture solution inoculated with the strain and a tester body having a culture zone in which the test vessel is located; A gas supply unit supplying gas to the tester main body; And an adjusting unit for adjusting an internal environment of the tester main body and a pressure of a gas supplied from the gas supply unit. Specifically, the tester body may further include a bacterial culture solution stationary zone to settle the bacterial culture solution inoculated with the strain separated from the culture zone therein. In more detail, the present invention can provide a biochemical corrosion artificial acceleration test apparatus for concrete characterized in that the use of sulfated bacteria as the strain inoculated in the bacterial culture solution, supplying hydrogen sulfide gas.
또한, 본 발명은 콘크리트의 생화학적 부식을 검증하기 위한 방법으로서, (a)시험체를 멸균처리하는 과정을 포함하는 시험체 준비단계; (b)상기 시험체를 상기 콘크리트의 생화학적 부식 인공촉진 시험장치의 시험용기에 위치시키는 시험준비단계; (c)상기 시험체에 균주를 배양시키는 배양단계; 및 (d)상기 배양단계를 거친 시험체를 시험하는 평가단계;를 포함하는 콘크리트의 생화학적 부식 인공촉진 시험장치를 이용한 콘크리트의 생화학적 내부식성 평가방법을 제공한다. 상세하게는 본 발명은 상기 시험체 준비단계에서 상기 시험체의 중성화과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평가방법을 제공할 수 있다. In addition, the present invention is a method for verifying the biochemical corrosion of concrete, (a) a test body preparation step comprising the process of sterilizing the test body; (b) a test preparation step of placing the test specimen in a test vessel of a biochemical corrosion promoting test apparatus of the concrete; (c) culturing the strain to the test body; It provides a method for evaluating the biochemical corrosion resistance of the concrete using the biochemical corrosion artificial acceleration test apparatus including a; In detail, the present invention can provide an evaluation method characterized in that it further comprises a neutralization process of the test specimen in the test sample preparation step.
본 발명에 따른 콘크리트의 생화학적 부식 인공촉진 시험장치 및 이를 이용한 콘크리트의 생화학적 내부식성 평가방법은 실제 하수환경에서 일어나는 생화학적 부식과 마찬가지로 실제적으로 콘크리트의 생화학적 부식특성을 평가하는 것을 가능하게 한다.The biochemical corrosion artificial acceleration test apparatus and the method of evaluating the biochemical corrosion resistance of concrete using the same according to the present invention makes it possible to evaluate the biochemical corrosion characteristics of concrete in the same way as the biochemical corrosion in actual sewage environment. .
즉, 본 발명의 콘크리트의 생화학적 부식 인공촉진 시험장치를 이용하여 황산화세균을 시험체에 배양하여 시험체의 황산화세균 증식상태에 대한 평가 및 황이온침투속도 및 부식속도 등을 평가함으로써, 기존의 콘크리트 시험체의 황산화세균의 생육정도와 내황산성만을 개별적으로 평가하는 방식에서 벗어나 콘크리트 생화학적 내부식성을 종합적이고 실제적으로 평가하게 된 것이다.That is, by culturing the sulfated bacteria in the test specimens using the biochemical corrosion artificial acceleration test apparatus of the concrete of the present invention by evaluating the propagation state of the sulfated bacteria in the test body and the evaluation of sulfur ion permeation rate and corrosion rate, It is a comprehensive and practical evaluation of concrete biochemical corrosion resistance, instead of evaluating only the growth degree and sulfuric acid resistance of sulfated bacteria in concrete specimens.
인공촉진 시험장치, 생화학적 부식, 황산화세균, 배양, 하수환경, 콘크리트 Promoting test equipment, biochemical corrosion, sulfated bacteria, culture, sewage environment, concrete
Description
도 1은 본 발명의 콘크리트의 생화학적 부식 인공촉진 시험장치의 개략도 및 구체예도이다.1 is a schematic view and a specific view of the biochemical corrosion artificial acceleration test apparatus of the present invention.
도 2는 본 발명의 콘크리트의 생화학적 부식 인공촉진 시험장치의 천공선반 및 개폐부의 구체예도이다.Figure 2 is a specific view of the perforated shelf and opening and closing part of the biochemical corrosion artificial acceleration test apparatus of the present invention.
도 3은 대조군 및 시험군의 황산화세균의 생육상태를 관찰한 SEM사진 및 EDX 분석 그래프이다.3 is a SEM photograph and EDX analysis graph of the growth state of sulfated bacteria of the control group and the test group.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 시험기 본체 110 : 배양구역100: tester main body 110: culture zone
112 : 세균배양액 114 : 시험용기112: bacterial culture solution 114: test vessel
116 : 천공선반 120 : 세균배양액 정치구역116: perforated lathe 120: bacterial culture liquid stationary zone
200 : 가스공급부 210 : 가스공급장치200: gas supply unit 210: gas supply device
300 : 조절부 310 : 가스압조절기300: control unit 310: gas pressure regulator
320 : 온도조절장치 321 : 가열봉320: temperature controller 321: heating rod
323 : 온도센서323: Temperature sensor
본 발명은 하수환경과 유사한 조건에서 콘크리트의 생화학적 내부식성을 검증하기 위한 장치로서, 콘크리트 시험체에 균주를 단기간 내 생장시켜 콘크리트의 생화학적 부식을 인공적으로 촉진하는 장치에 대한 것이다. 또한, 본 발명은 상기의 인공촉진 시험장치를 이용하여 콘크리트의 생화학적 내부식성을 평가하는 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a device for verifying the biochemical corrosion resistance of concrete under conditions similar to a sewage environment, and to an apparatus for artificially promoting biochemical corrosion of concrete by growing a strain in a concrete specimen in a short period of time. In addition, the present invention relates to a method for evaluating the biochemical corrosion resistance of concrete by using the above artificial testing machine.
하수시설은 필수불가결한 사회기반시설로서 주로 콘크리트를 이용하여 시공된다. 그런데 하수시설의 경우 높은 습도를 제공하고 침식성 물질이 다량 포함되어 있는 하수가 상재하며, 활하중 등이 항시 가해지고 있어 지상의 콘크리트 구조물에 비해 열화의 진행이 빠른 것으로 나타난다. Sewage facilities are indispensable infrastructure and are mainly constructed using concrete. However, in the case of sewage facilities, the sewage system, which contains high humidity, contains a large amount of erosive substances, is present, and live loads are always applied, indicating that the deterioration progresses faster than the concrete structures on the ground.
특히 황산화세균(Thiobacillus속 균주)과 같은 미생물의 신진대사의 작용으로 생성되는 황산 등의 부식인자에 인한 콘크리트의 생화학적 부식은 콘크리트 하수시설의 열화 가속화의 주요원인이 되고 있다. In particular, biochemical corrosion of concrete due to corrosion factors such as sulfuric acid, which is produced by the metabolism of microorganisms such as the strains of Thiobacillus , is a major cause of accelerated deterioration of concrete sewage systems.
상기와 같은 하수시설의 수명저하는 도로함몰로 인한 안전사고, 보수 등의 재공사로 인한 경제적 손실, 불명수 유입에 의한 하수처리 용량부족과 처리효율 저감 및 불필요한 하수처리비용의 증대문제들, 지하수 오염 등의 문제점들을 가져온다. The decrease in lifespan of sewage facilities such as safety accidents caused by road depression, economic loss due to reconstruction, repair, etc., insufficient sewage treatment capacity due to inflow of unknown water, reduction of treatment efficiency and increase of unnecessary sewage treatment costs, groundwater It brings about problems such as pollution.
상기와 같은 문제점으로 인해, 최근에는 하수시설 콘크리트의 생화학적 부식을 저감시키기 위한 방안으로 황산화세균의 생장을 억제시킬 수 있는 혼화형 또는 도포형 항균제에 대한 연구가 진행되고 있는데, 이러한 항균제를 사용한 콘크리트가 생화학적 내부식성을 가지는지 평가하기 위한 방법 및 장치가 요구되었다.Due to the above problems, in recent years, as a way to reduce the biochemical corrosion of sewage concrete, research into a mixed or coated antimicrobial agent that can suppress the growth of sulfated bacteria, using such antimicrobial agents There is a need for a method and apparatus for evaluating whether concrete has biochemical corrosion resistance.
이에 콘크리트의 생화학적 부식특성을 평가하기 위한 방법으로는 항균성능 평가방법(KS F 4403) 및 내황산성 평가방법이 있는데, 항균성능평가방법은 단순히 황산화세균이 황산을 어느 정도 배출하는가에 대한 단편적인 평가만 되며 황산이 시멘트 수화물과 반응하여 이수석고 등을 생성하며 발생하는 콘크리트의 부식현상을 설명하지 못하고, 내황산성 평가방법은 단순히 황산에 대한 부식만을 시험하여 실제로 하수환경에서 일어나는 콘크리트의 생화학적 부식 현상을 실제적이고 종합적으로 평가하기에는 미흡한 점이 있었다.The methods for evaluating the biochemical corrosion characteristics of concrete include antibacterial performance evaluation method (KS F 4403) and sulfuric acid resistance evaluation method. The antimicrobial performance evaluation method is simply a fragment of how much sulfuric acid bacteria release sulfuric acid. It is only for evaluation, and sulfuric acid reacts with cement hydrate to produce hydrated gypsum, which does not explain the corrosion phenomenon of concrete. There was a lack of practical and comprehensive assessment of corrosion phenomena.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 실제 생화학적 부식은 황산화세균 등 균주의 증식 정도에 따라 발생되는 황산 등 부식인자의 양이 상이하며, 이에 따라 콘크리트 수화물이 반응하는 정도도 다르게 된다는 점에 착안하여 콘크리트의 생화학적 부식특성을 실제적이고 종합적으로 평가할 수 있는 콘크리트 생화학적 내부식성 평가방법을 제공하는 것이다.The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is that the actual biochemical corrosion is different in the amount of corrosion factors such as sulfuric acid generated depending on the degree of growth of strains such as sulfate sulfate In view of the fact that the degree of reaction of concrete hydrates is also different, the present invention provides a method for evaluating the biochemical corrosion resistance of concrete that can evaluate the biochemical corrosion characteristics of concrete practically and comprehensively.
본 발명의 또 다른 목적은 상기의 생화학적 내부식성 평가방법에 적합한 콘크리트의 생화학적 부식 인공촉진 시험장치를 제공하는 것이다. Still another object of the present invention is to provide a test apparatus for promoting the biochemical corrosion of concrete, which is suitable for the method of evaluating biochemical corrosion resistance.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 하수환경과 유사한 조건에서 콘크리트의 생화학적 부식성을 검증하기 위한 장치로서, 균주를 접종한 세균배양액이 담긴 시험용기 및 상기 시험용기가 위치되는 배양구역을 내부에 구비하는 시험기 본체; 상기 시험기 본체에 가스를 공급하는 가스공급부; 및 상기 시험기 본체의 내부환경 및 상기 가스공급부에서 공급되는 가스압을 조절하는 조절부;를 포함하여 구성되는 콘크리트의 생화학적 부식 인공촉진 시험장치를 제공한다. 상세하게는 본 발명은, 상기 시험기 본체는 내부에 상기 배양구역과 분리하여 균주를 접종한 세균배양액을 정치시키는 세균배양액 정치구역을 더 구비할 수 있다. 또한, 더욱 상세하게는 본 발명은 상기 세균배양액에 접종되는 균주로서 황산화세균을 사용하고, 황화수소가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 콘크리트의 생화학적 부식 인공촉진 시험장치를 제공할 수 있다.In order to achieve the above technical problem, the present invention is a device for verifying the biochemical corrosiveness of concrete under conditions similar to the sewage environment, the test vessel containing the bacterial culture solution inoculated with the strain and the culture zone in which the test vessel is located A tester body provided therein; A gas supply unit supplying gas to the tester main body; And an adjusting part for adjusting the internal pressure of the tester main body and the gas pressure supplied from the gas supply part. In detail, the present invention, the tester body may be further provided with a bacterial culture liquid stationary zone to settle the bacterial culture solution inoculated with the strain separated from the culture zone therein. In more detail, the present invention can provide a biochemical corrosion artificial acceleration test apparatus for concrete characterized in that the use of sulfated bacteria as the strain inoculated in the bacterial culture solution, supplying hydrogen sulfide gas.
또한, 본 발명은 콘크리트의 생화학적 부식을 검증하기 위한 방법으로서, (a)시험체를 멸균처리하는 과정을 포함하는 시험체 준비단계; (b)상기 시험체를 상기 콘크리트의 생화학적 부식 인공촉진 시험장치의 시험용기에 위치시키는 시험준 비단계; (c)상기 시험체에 균주를 배양시키는 배양단계; 및 (d)상기 배양단계를 거친 시험체를 시험하는 평가단계;를 포함하는 콘크리트의 생화학적 부식 인공촉진 시험장치를 이용한 콘크리트의 생화학적 내부식성 평가방법을 포함한다. 상세하게는 본 발명은 상기 시험체 준비단계에서 상기 시험체의 중성화과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평가방법을 제공할 수 있다. In addition, the present invention is a method for verifying the biochemical corrosion of concrete, (a) a test body preparation step comprising the process of sterilizing the test body; (b) a test preparation step of placing the test specimen in a test vessel of the biochemical corrosion promoting test apparatus of the concrete; (c) culturing the strain to the test body; And (d) an evaluation step of testing the test specimen that has undergone the culturing step. In detail, the present invention can provide an evaluation method characterized in that it further comprises a neutralization process of the test specimen in the test sample preparation step.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 기술함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.
1. 콘크리트의 생화학적 부식 인공촉진 시험장치1. Biochemical Corrosion Promoting Test Equipment of Concrete
도 1은 본 발명의 콘크리트의 생화학적 부식 인공촉진 시험장치의 개략도 및 구체예도이다.1 is a schematic view and a specific view of the biochemical corrosion artificial acceleration test apparatus of the present invention.
(1) 시험기 본체(100)는 콘크리트 시험체(P)의 생화학적 부식이 실제로 진행되는 배양구역(110)을 내부에 구비한다. 배양구역(110)에는 균주가 접종된 세균배양액(112) 및 콘크리트 시험체(P)가 담기는 시험용기(114)가 위치된다. (1) The
또한, 상기 시험기 본체(100)는 내부에 상기 배양구역(110)과 분리되어 별도로 세균배양액 정치구역(120)을 더 구비할 수 있다. 균주가 접종된 세균배양액(112)을 세균배양액 정치구역(120)에 더 구비함으로써 콘크리트 시험체(P)의 표면을 습윤하게 유지시켜 균주가 왕성하게 배양 및 증식될 수 있는 환경을 제공하 고, 세균에 의한 생화학적 부식이 용이하게 진행되도록 할 수 있다. 즉 상기 배양구역(110)의 콘크리트 시험체(P) 일부를 시험용기(114)의 세균배양액(112)에 일부 침지시킨 경우 침지되지 않은 표면부는 배양기간이 장기화되는 경우 배양액의 수분이 서서히 증발되어 상기 시험기 본체(100) 내부의 벽면 및 천정부에 응축되고 정작 콘크리트 시험체(P) 표면에서는 세균의 증식과 생화학적 부식이 촉진되지 않는 문제점이 있는바, 이의 해결책으로 세균배양액 정치구역(120)이 구비되는 것이다. 또한, 세균배양액 정치구역(120)을 더 구비함으로써 용이하게 하수환경에 준하는 상대습도(85~95%)의 확보도 가능하다. 그리고, 콘크리트 시험체(P) 표면에 세균을 지속적으로 공급하는 효과도 얻을 수 있다. In addition, the tester
그런데, 상기와 같이 세균배양액 정치구역(120)을 더 구비하는 경우 상기 배양구역(110)의 시험용기(114)가 설비되는 선반은 홀(hole)이 있는 천공선반(116)을 사용하는 것이 바람직하다. 도 2는 상기 시험기 본체(100) 내부에 구비되는 천공선반(116) 및 상기 시험기 본체(100)에 장착되는 개폐부(130)의 구체예로서, 도 2의 (a)와 같은 천공선반(116)을 사용하는 경우, 홀(hole)을 통하여 순환이 원활하게 이루어지는바 내부온도와 가스의 순환에 바람직할 뿐 아니라, 세균배양액 정치구역(120)의 구비에 의한 습도와 세균의 공급에도 바람직하다. 도 2의 (b)와 같은 개폐부(130)에는 내부 육안관찰을 위해 강화유리로 제작된 안전창(132)를 구비함이 바람직하다. By the way, in the case where the bacterial culture liquid
시험기 본체(100)는 스테인리스 등의 재질로 제작되는 경우 균주의 생장에 영향을 미치는 것을 방지하기 위하여 내부를 실리콘으로 코팅할 수 있다.The tester
(2) 상기 시험기 본체(100)에 가스를 공급하는 가스공급부(200)는 가스공급장치(210), 및 연결밸브(220)로 구성된다. 가스공급장치에 공급될 가스가 고농도로 압입되어 있는 경우 연결밸브는 고압 유동 호스(High Pressure Flexible Hose)를 이용하는 것이 바람직하다.(2) The
상기 시험기 본체(100)의 세균배양액(112)에 접종되는 균주가 황산화세균인 경우 황산을 배출하기 위한 기질로서 황화수소를 이용하므로, 상기 가스공급부(200)는 황화수소가스를 공급하여 황산화세균에 의한 콘크리트 시험체(P)의 생화학적 부식을 촉진할 수 있다. 하수시설의 생화학적 부식은 주로 혐기성 미생물들이 황산이온과 유기물들을 이용하여 황화수소를 생성하고, 생성된 황화수소가스를 황산화세균이 황산으로 전환하면서 발생한다. When the strain inoculated into the
이때, 황화수소가스를 필요한 농도로 희석하기 위해서는 질소 가스를 더 공급하는 것이 바람직하다. 질소가스는 황화수소가스공급장치(211)에 고농도로 충전된 황화수소 가스를 희석하는 희석용 가스로서, 희석용 가스공급장치(213)에서 공급된다. 희석용 가스로는 이외에 산소, 공기 등을 사용할 수 있다. At this time, in order to dilute the hydrogen sulfide gas to the required concentration, it is preferable to further supply nitrogen gas. Nitrogen gas is a dilution gas for diluting the hydrogen sulfide gas filled in the hydrogen sulfide
(3) 조절부(300)는 크게 가스압 조절장치(310)와 시험기 본체(100) 내부환경 조절장치로 구분된다. 가스압조절장치(310)는 배출압력게이지(Outlet Pressure Gage), 유입압력게이지(Inlet Pressure Gage), 니들밸브(Needle Valve)로 구성된 다. 또한, 상기 내부환경 조절장치는 온도조절장치(320) 및 내부압력조절장치를 포함하며, 온도조절장치(320)는 상기 시험기 본체(100) 내부에 장착되는 가열봉(321) 및 온도센서(323)를 포함한다. 상기 가열봉(321)은 균주의 생장을 위한 온도로 가열하기 위하여 요구되는 것으로 하나 이상 사용될 수 있다. 그리고 상기 온도센서(323)를 이용하여 내부온도를 측정하여 원하는 온도로 유지되도록 할 수 있다.(3) The
(4) 상기 조절부(300)에 의한 상기 시험기 본체(100) 내부압력의 조절 및 시험기 본체(100) 내부의 공기정화를 위해서는 시험기 본체(100)는 가스배출구(140)를 구비할 것이 요구된다. 가스배출구(140)는 상기 시험기 본체(100)의 측면에 구비되며, 환기밸브(Vent valve) 및 볼 밸브(Ball valve)로 구성된다.(4) In order to control the internal pressure of the tester
이하 상기 구성에 의한 콘크리트의 생화학적 부식 인공촉진 시험장치를 이용하여 콘크리트의 생화학적 내부식성을 평가하는 방법을 살펴 보겠다.Hereinafter, a method of evaluating the biochemical corrosion resistance of concrete using the biochemical corrosion propelling test apparatus of concrete according to the above configuration will be described.
2. 콘크리트의 생화학적 부식 인공촉진 시험장치를 이용한 콘크리트의 생화학적 2. Biochemical Corrosion of Concrete Biochemical Corrosion of Concrete Using Artificial Acceleration Tester 내부식성Corrosion resistance 평가방법. Assessment Methods.
본 발명은 상기 1의 콘크리트의 생화학적 부식 인공촉진 시험장치를 이용하여 콘크리트의 생화학적 내부식성을 평가하는 방법에 대한 것으로서, 특히 하수시설 내의 환경과 유사한 조건에서 콘크리트의 생화학적 부식의 주요 원인인 황산화세균에 의한 콘크리트의 생화학적 내부식성을 평가하는 것을 주로 하였다.The present invention relates to a method for evaluating the biochemical corrosion resistance of concrete by using the biochemical corrosion promotion test apparatus of the concrete of 1, which is a major cause of biochemical corrosion of concrete under conditions similar to the environment in sewage facilities. The main purpose was to evaluate the biochemical corrosion resistance of concrete caused by sulfated bacteria.
콘크리트의 생화학적 내부식성을 평가방법은 크게 시험체 준비단계, 시험준비단계, 배양단계, 시험체 평가단계로 구분된다.The methods for evaluating the biochemical corrosion resistance of concrete are largely divided into specimen preparation stage, test preparation stage, culture stage, and specimen evaluation stage.
(1) 시험체 준비단계는 생화학적 내부식성을 평가할 콘크리트 시험체(P)를 준비하는 단계로서 시험체(P) 표면에 존재할 수 있는 다른 미생물의 제거를 위하여 멸균처리 과정을 포함하여야 한다. (1) The test specimen preparation step is to prepare a concrete test specimen (P) to evaluate biochemical corrosion resistance and should include a sterilization process to remove other microorganisms that may exist on the surface of the test specimen (P).
이때, 콘크리트 시험체(P)의 높은 pH로 인해 황산화세균이 초기 사멸할 우려가 있으므로, 시험체(P)의 표면을 중성화하는 중성화과정을 더 실시하는 것이 바람직하다. At this time, since there is a fear that the sulfated bacteria are initially killed due to the high pH of the concrete test specimen (P), it is preferable to perform a neutralization process to neutralize the surface of the test specimen (P).
(2) 시험준비단계는 상기 1의 시험장치의 시험용기에 상기 콘크리트 시험체(P) 및 황산화세균을 접종한 세균배양액을 담는 과정을 포함한다. 이때 상기 시험체(P)는 세균배양액에 완전히 침지시킬 수도 있으나, 일부분만을 담그는 것이 바람직하다. 상기 세균배양액에 접종되는 황산화세균의 예로는 T. novellus , T.thioparus, T. versutus , T. thiooxidans , T. ferroxidans 등을 들 수 있다.(2) The test preparation step includes the process of containing the bacterial culture solution inoculated with the concrete test specimen (P) and sulfated bacteria in the test vessel of the test apparatus of the above 1. At this time, the test body (P) may be completely immersed in the bacterial culture solution, it is preferable to immerse only a portion. Examples of sulfated bacteria inoculated in the bacterial culture medium include T. novellus , T.thioparus, T. versutus , T. thiooxidans and T. ferroxidans Etc. can be mentioned.
(3) 배양단계는 상기 1의 시험장치의 시험기 본체(100) 내부의 온도, 습도 등을 적절히 조절하여 균주 즉 황산화세균을 상기 시험체(P)에 배양시키는 단계이다. 황산화세균이 이용하는 기질로서 황화수소가스를 상기 시험기 본체(100) 내부 에 공급하여, 황산화세균이 이를 이용하여 황산을 배출하게 하여 상기 시험체(100)의 생화학적 부식이 일어나도록 한다.(3) The culturing step is a step of culturing a strain, that is, sulfated bacteria in the test body (P) by appropriately adjusting the temperature, humidity, etc. inside the tester
기질로서 제공되는 상기 황화수소가스의 농도는 0.5 내지 360 ppm까지의 농도로 조절할 수 있으나, 하수시설 내의 환경과 유사하게 하기 위해서는 5 내지 120 ppm으로 유지되도록 하는 것이 바람직하다. 황화수소가스의 농도를 원하는 농도로 유지하기 위해서는 질소가스를 함께 상기 시험기 본체(100) 내부로 주입하여 황화수소가스의 농도를 원하는 정도까지 희석하여 사용한다. 질소가스는 또한 상기 시험기 본체(100) 내부의 클리닝(Cleaning)을 위해서도 사용한다.The concentration of the hydrogen sulfide gas provided as a substrate can be adjusted to a concentration of 0.5 to 360 ppm, but in order to be similar to the environment in the sewage system, it is preferable to maintain it at 5 to 120 ppm. In order to maintain the concentration of hydrogen sulfide gas at a desired concentration, nitrogen gas is injected together into the tester
배양시 상기 시험기 본체(100)의 내부환경은 균주인 황산화세균이 생장하는데 적당한 온도, 습도를 제공하여야 하는데, 균주의 생장 혹은 증식을 촉진하기 위해서는 온도를 10~30℃, 습도는 50~100%로 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 실제 하수시설 내의 환경과 유사하게 하기 위해서는 25~27℃의 온도와 85~95%의 습도를 유지시켜 주는 것이 더욱 바람직하다. When culturing, the internal environment of the tester
(4) 평가단계는 크게 황산화세균의 증식상태 및 시험체의 부식상태 평가로 이루어진다. 즉 황산화세균의 생육상태 관찰방법, EDX 분석을 통한 탄소 분석방법, 시험체의 황이온 침투속도 및 부식속도 평가방법 등을 포함하고, 이 중 어느 하나 이상을 실시한다. 상기 시험장치에서 배양된 시험체(P)는 생화학적 내부식성능에 따라 황산화세균의 생장 정도가 영향을 받고, 이에 따라 배출되는 황산의 양도 상이하게 되어 황산과 콘크리트 수화물의 반응에 의한 시험체(P)의 부식 정도도 상이 할 것인바, 상기와 같은 평가를 통하여 콘크리트의 생화학적 내부식성을 실제적이고 종합적으로 평가하는 것이다. (4) The evaluation step consists mainly of the growth status of sulfated bacteria and the corrosion status of the test specimen. That is, the growth state observation of the sulfated bacteria, carbon analysis method through EDX analysis, sulfur ion penetration rate and corrosion rate evaluation method of the test body, etc., any one or more of these are carried out. The test specimen (P) cultured in the test apparatus is affected by the growth degree of sulfated bacteria according to the biochemical corrosion resistance, the amount of sulfuric acid discharged according to this is different, the test specimen by the reaction of sulfuric acid and concrete hydrate (P) Corrosion degree of) will also be different. Through the above evaluation, it is a practical and comprehensive evaluation of the biochemical corrosion resistance of concrete.
- 황산화세균의 생육상태 관찰방법은 시험체(P)의 육안관찰, 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 전자현미경 사진을 통해 관찰하는 방법을 들 수 있다. 시험체(P)의 황산화세균에 대한 생화학적 내부식적 특성의 존재는, 시험군의 시험체만을 상기 시험장치를 이용해 배양해 판단하거나 대조군으로서 일반 콘크리트 시험체를 시험군과 함께 배양하여 상대적으로 평가할 수도 있다.-The method of observing the growth state of sulfated bacteria can be observed by visual observation of test body (P) and electron micrograph using scanning electron microscope (SEM). The presence of biochemical corrosion resistance to the sulfated bacteria of the test sample (P) can be judged by culturing only the test body of the test group using the test apparatus, or by evaluating a general concrete test body with the test group as a control. .
- EDX 분석에 의한 탄소 분석방법은 시험체(P)는 콘크리트로서 무기체이고, 황산화세균은 유기체인바, 시험체(P)의 표면을 EDX 방법을 통하여 산출된 그래프의 유기체 성분인 탄소 피이크(C peak)를 분석하는 것이다. 탄소 피이크가 높은 경우 황산화세균의 개체수가 큼을 알 수 있다. 이 역시 대조군과 함께 배양하여 시험군의 콘크리트 시험체(P)의 생화학적 내부식성을 상대적으로 판단할 수 있다.-Carbon analysis method by EDX analysis shows that the test body (P) is an inorganic body as concrete, and the sulfated bacteria are organisms, and the carbon peak (C peak) which is the organic component of the graph calculated through the EDX method on the surface of the test body (P). To analyze. If the carbon peak is high, the number of sulfated bacteria is large. This can also be relatively incubated with the control group biochemical corrosion resistance of the concrete test specimen (P) of the test group.
- 시험체의 황이온 침투속도 및 부식속도 평가방법은 황산화세균에 의해 배출된 황산에 위한 시험체(P)의 부식정도를 판단하는 방법이다. 시험체(P)의 표면은 상기 시험장치의 시험기 본체(100) 내부를 습도 85~95%로 유지함으로써 습윤하게 유지되고 이에 이 표면에서 황산화세균이 증식이 잘 일어날 수 있는 환경이 갖춰진다. 시험체(P) 표면의 황산화세균은 상기 시험기 본체(100) 내부로 주입되는 황화 수소가스를 기질로 이용하고, 상기 시험체(P)의 표면으로 황산을 배출하게 된다. 이에 배출된 황산은 상기 시험체(P)의 표면으로 침투된다. -The method of evaluating the sulfur ion penetration rate and corrosion rate of the test specimen is to determine the degree of corrosion of the test specimen (P) for sulfuric acid discharged by sulfated bacteria. The surface of the test body (P) is kept wet by maintaining the inside of the tester
황산화세균의 증식정도에 따라 배출되는 황산의 양은 달라지며, 이에 콘크리트에 침투되는 황이온의 침투속도도 달라진다. 상기 시험기 본체 내부의 공기 중의 황화수소가스도 시험체(P) 표면의 수분에 녹아 들어가며 시험체(P)로 침투할 수 있으나, 황산에 비해 그 양이 많지않고, 일반 콘크리트를 대조군으로 함께 배양하여 평가하는 경우 황화수소가스의 영향을 대조군과 시험군 양자간 동일한바 양자의 황이온 침투속도의 차이는 황산화세균에 의해 배출되는 황산에 의한 것이 된다.The amount of sulfuric acid released varies according to the growth rate of the sulfated bacteria, and thus the penetration rate of sulfur ions penetrated into the concrete varies. Hydrogen sulfide gas in the air inside the body of the tester is also dissolved in the water on the surface of the test body (P) can penetrate into the test body (P), but the amount is not much compared to sulfuric acid, and when evaluated by cultivating general concrete as a control The effect of hydrogen sulfide gas is the same between the control and test groups, so the difference in sulfur ion penetration rate is due to sulfuric acid discharged by the sulfated bacteria.
시험체(P)의 황이온 침투속도는 EDX 장비를 이용하여 얻을 수 있으며, 이를 근거로 하여 시험체(P)의 부식속도를 산출한다. 즉 EDX를 통하여 황이온 침투깊이(mm)를 분석하고, 배양액 접종 후 경과기간을 적용하여 황이온 침투속도를 산출하고, 이를 바탕으로 다음의 반응식 2를 이용하여 정량적으로 에트린가이트로 전환된 양을 계산하여 경과기간에 대한 콘크리트의 부식깊이를 산출할 수 있다.Penetration rate of sulfur ions of the test specimen (P) can be obtained using EDX equipment, and the corrosion rate of the test specimen (P) is calculated based on this. That is, the sulfur ion penetration depth (mm) was analyzed through EDX, and the sulfur ion penetration rate was calculated by applying the elapsed time after inoculation of the culture solution, and based on this, the amount converted to ethrin gate quantitatively using the following Reaction Equation 2. The corrosion depth of the concrete over the elapsed time can be calculated.
식 1. Ca(OH)2 + H2SO4 -> CaSO4·2H2O Equation 1. Ca (OH) 2 + H 2 SO 4- > CaSO 4 2H 2 O
식 2. 3CaO·Al2O3 + 3CaSO4·2H2O + 26H2O -> 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O Equation 2. 3CaO · Al 2 O 3 + 3CaSO 4 · 2H 2 O + 26H 2 O -> 3CaO · Al 2 O 3 · 3CaSO 4 · 32H 2 O
황산은 콘크리트 시험체(P) 표면의 시멘트수화물과 반응하여 석고(CaSO4·2H2O)를 생성하게 되며, 생성된 이수석고(CaSO4·2H2O)는 시멘트 내의 3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O(에트린가이트)로 변화면 부피가 증가하게 되고, 이때의 팽창압으로 콘크리트 구조에 균열이 발생되며, 부식이 진행되게 되는 것이다. Sulfuric acid reacts with the cement hydrate on the surface of concrete test piece (P) gypsum (CaSO 4 · 2H 2 O) to be generated, the generated yisuseok and (CaSO 4 · 2H 2 O) is 3CaO in the cement · Al 2 O 3 · When 3CaSO 4 · 32H 2 O (Ettringite) is changed, the volume increases, and the expansion pressure causes cracks in the concrete structure and corrosion progresses.
실시예Example ::
(1)시험체(P)의 준비(1) Preparation of test body (P)
대조군으로 일반 콘크리트 시험체(P)를, 시험군으로 항균 콘크리트 시험체(P)를 각각 3개씩 준비하였다. 일반 콘크리트 시험체(P)는 콘크리트 하수구조물 배합으로 준용되는 설계기준 25-27-18인 콘크리트 배합을 사용하였다. 즉 콘크리트 배합에 25mm의 굵은 골재를 사용하였고, 콘크리트 설계강도는 27MPa로 하였으며, 콘크리트 유동성을 나타내는 목표 슬럼프는 18cm로 하였다. 물·시멘트비(W/C)는 0.50~0.55로 하였다. 항균 콘크리트 시험체(P)는 일반 콘크리트의 조성에 항균제를 시멘트 결합재량의 1.0중량% 첨가하여 제조하였다. As a control group, three general concrete test specimens (P) and three test antibacterial concrete specimens (P) were prepared. General concrete test specimen (P) used concrete formulation with design standard 25-27-18 which is applied mutatis mutandis to concrete sewage structure formulation. That is, 25mm coarse aggregate was used for concrete mixing, the concrete design strength was 27MPa, and the target slump indicating concrete fluidity was 18cm. The water-cement ratio (W / C) was 0.50 to 0.55. Antibacterial concrete test body (P) was prepared by adding 1.0% by weight of the amount of cement binder to the composition of the general concrete.
그리고 시험체(P)들을 전처리 공정으로서 5% CO2, 습도 60%의 중성화 촉진시험기 내에서 3주간 표면 중성화과정을 거친 후, 100±5℃의 가열로에서 1일간 멸균처리하였다.Then, the test specimens (P) were subjected to surface neutralization for 3 weeks in a neutralization acceleration tester of 5% CO 2 and 60% humidity as a pretreatment process, and then sterilized for 1 day in a 100 ± 5 ° C. heating furnace.
(2)시험체(P)의 배양(2) Cultivation of test body (P)
황산화세균으로는 콘크리트의 중성화영역에서 가장 활발한 대사작용을 보이는 비호산성 황산화세균인 Thiobacillus novellus를 사용하였다. 세균배양액은 Beef extracts 3.0g, Peptone 5.0g, Agar 15.0g의 조성비로 Nutrient agar 23.0g에 1.0L의 증류수를 혼합하여 제조한 배양액을 사용하였다. 균주의 최적성장을 위해 온도는 26±1℃, 습도는 90±5%로 설정하였다. 또한, 기질인 황화수소가스의 농도는 120ppm으로 설정하였고, 황화수소가스의 농도를 희석하기 위해 질소가스를 함께 공급하였다. Thioscillation bacterium, Thiobacillus , is a non- acidophilic sulfate bacterium that shows the most active metabolism in the neutralization zone of concrete. novellus was used. The bacterial culture solution was prepared by mixing 1.0L distilled water with 23.0 g of Nutrient agar at a composition ratio of Beef extracts 3.0 g, Peptone 5.0 g, and Agar 15.0 g. Temperature was set to 26 ± 1 ℃, humidity 90 ± 5% for optimal growth of the strain. In addition, the concentration of hydrogen sulfide gas as a substrate was set to 120ppm, and nitrogen gas was supplied together to dilute the concentration of hydrogen sulfide gas.
(3)시험체(P)의 평가(3) Evaluation of test body (P)
- 황산화세균의 증식상태 확인-Check the growth status of sulfated bacteria
도 3은 대조군과 시험군의 황산화세균의 생육상태관찰(SEM) 및 EDX 분석을 통한 탄소 분석그래프를 나타내는 도면이다.Figure 3 is a graph showing the carbon analysis graph through the growth status observation (SEM) and EDX analysis of sulfated bacteria of the control group and the test group.
도 3의 (a)의 대조군의 SEM 사진 중 3000배 확대사진과 도 3의 (b)의 시험군의 3000배 확대 사진을 비교해 볼 때, 대조군인 일반 콘크리트 시험체(P)에 비해 시험군인 항균 콘크리트 시험체(P)의 경우 황산화세균의 증식이 현저히 저해되었음을 확인할 수 있다.When comparing the 3000 times magnification of the SEM picture of the control group of FIG. 3 (a) and the 3000 times magnification picture of the test group of FIG. 3 (b), the antimicrobial concrete that is the test group compared to the general concrete test specimen (P) that is the control group In the case of the test body (P), it can be confirmed that the proliferation of sulfated bacteria was significantly inhibited.
또한 EDX 분석 그래프를 대비시, 일반 콘크리트를 사용한 대조군의 경우 원으로 표시된 부분의 탄소 피이크(C peak)를 관찰시 황산화세균의 개체수에 비례하는 탄소 피이크가 도 3의 (b)의 시험군의 탄소 피이크에 비해서 상대적으로 훨씬 크게 나타나는 것을 볼 수 있다. Also, in contrast to the EDX analysis graph, the carbon peaks proportional to the population of sulfated bacteria were observed in the case of the control group using ordinary concrete, and the carbon peaks of the test group of FIG. It can be seen that it is much larger than the carbon peak.
즉 일반 콘크리트에 비해서 항균 콘크리트의 경우 황산화세균의 증식이 억제됨을 상기와 같은 방법으로 용이하게 확인하게 된다.That is, it is easily confirmed by the above method that the growth of sulfated bacteria is suppressed in the case of antibacterial concrete as compared to general concrete.
- 콘크리트의 부식속도 평가-Corrosion rate evaluation of concrete
대조군과 시험군의 시험체(P) 표면에 황이온이 침투하는 속도를 EDX 분석을 통하여 구하고, 이를 이용하여 콘크리트 시험체(P)의 부식속도를 산출하였다.The rate of penetration of sulfur ions into the test body (P) surface of the control group and the test group was obtained by EDX analysis, and the corrosion rate of the concrete test body (P) was calculated using this.
본 실시예에서는 배양이 황화수소가스 농도 120 ppm으로 유지되어 이루어졌는데, 이 경우 황이온침투속도는 대조군의 경우 13.2 mm/year으로 나타났고, 시험군의 경우 3.7 mm/year으로 시험군의 경우 황이온침투속도가 현저히 작음을 볼 수 있다. In this example, the culture was maintained at 120 ppm hydrogen sulfide gas concentration, in which case the sulfur ion permeation rate was 13.2 mm / year for the control group and 3.7 mm / year for the test group. It can be seen that the penetration rate is remarkably small.
또한 이로부터 콘크리트의 부식속도를 산출하면, 대조군의 경우 7.4 mm/year이고, 시험군의 경우 1.63 mm/year로서 시험군의 부식속도가 현저히 작음을 볼 수 있다. 즉 시험군의 항균 콘크리트에 생화학적 내부식적 특성이 있음이 확인된다. In addition, when calculating the corrosion rate of the concrete from this, it can be seen that the corrosion rate of the test group is 7.4 mm / year for the control group, 1.63 mm / year for the test group is significantly smaller. That is, it is confirmed that the antibacterial concrete of the test group has biochemical corrosion resistance.
표 1은 본 실시예와 함께 추가적으로 상기 1의 시험장치의 시험기 본체(100) 내부로 공급되는 기질인 황화수소가스 농도에 따른 대조군과 시험군의 황이온침투속도 및 콘크리트 시험체의 부식속도를 시험하여 표로 정리한 것이다.Table 1 is a table to test the corrosion rate of the sulfur ion permeation rate and the concrete test specimens of the control group and the test group according to the hydrogen sulfide gas concentration, which is a substrate supplied into the tester
<표 1>TABLE 1
즉, 상기와 같이 상기 1의 시험장치를 이용하여 황산화세균을 시험체에 배양하여 대조군 및 시험군의 황산화세균 증식상태에 대한 평가 및 황이온침투속도 및 부식속도 평가를 함으로써, 실제 하수환경에서 일어나는 생화학적 부식과 마찬가지로 종합적이고 실제적으로 콘크리트의 생화학적 부식특성을 평가하게 된다. That is, by culturing the sulfated bacteria in the test body by using the test apparatus of 1 as described above to evaluate the growth status of sulfated bacteria in the control group and test group, and to evaluate the sulfur ion permeation rate and corrosion rate, in actual sewage environment As with the biochemical corrosion that occurs, comprehensive and practical assessments of the biochemical corrosion characteristics of concrete are made.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 콘크리트의 생화학적 부식 인공촉진 시험장치 및 이를 이용한 콘크리트의 생화학적 내부식성 평가방법은 실제 하수환경에서 일어나는 생화학적 부식과 마찬가지로 실제적으로 콘크리트의 생화학적 부식특성을 평가하는 것을 가능하게 한다.As described above, the apparatus for promoting the test of biochemical corrosion of concrete according to the present invention and the method of evaluating the biochemical corrosion resistance of concrete using the same are to evaluate the biochemical corrosion characteristics of concrete in the same way as the biochemical corrosion in actual sewage environment. Makes it possible.
즉, 본 발명의 콘크리트의 생화학적 부식 인공촉진 시험장치를 이용하여 황산화세균을 시험체에 배양하여 시험체의 황산화세균 증식상태에 대한 평가 및 황이온침투속도 및 부식속도 등을 평가함으로써, 기존의 콘크리트 시험체의 황산화세균의 생육정도와 내황산성만을 개별적으로 평가하는 방식에서 벗어나 콘크리트 생화학적 내부식성을 종합적이고 실제적으로 평가하게 된 것이다.That is, by culturing the sulfated bacteria in the test specimens using the biochemical corrosion artificial acceleration test apparatus of the concrete of the present invention by evaluating the propagation state of the sulfated bacteria in the test body and the evaluation of sulfur ion permeation rate and corrosion rate, It is a comprehensive and practical evaluation of concrete biochemical corrosion resistance, instead of evaluating only the growth degree and sulfuric acid resistance of sulfated bacteria in concrete specimens.
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