KR101772692B1 - 인공어초 제작방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (a) 일면에 개구부가 형성되고, 내부에 수용공간이 형성된 섬유강화플라스틱 또는 합성수지 성형체를 제조하는 단계; (b) 상기 수용공간에 보강재를 충진하는 단계; 및 (c) 상기 개구부를 상기 섬유강화플라스틱 또는 합성수지로 밀봉하는 단계를 포함하는 인공어초 제작방법을 제공한다.
본 발명의 인공어초 제작방법에 따르면, 섬유강화플라스틱 또는 합성수지 성형체 내부에 콘크리트 보강재를 충진하고 섬유강화플라스틱 또는 합성수지로 밀봉함으로써 콘크리트 보강재가 외부로 노출되지 않아 해수에 알칼리성 물질이 용출되지 않고 염분에 대한 내구성이 강하며, 섬유강화플라스틱 또는 합성수지 표면을 석분 또는 세라믹 분체로 코팅함으로써 해조류의 활착이 용이하므로 해중림의 형성이 용이한 인공어초를 제작할 수 있다.

Description

인공어초 제작방법{Method for preparing of artificial ground reef}
본 발명은 수중생물의 서식환경을 조성하기 위한 인공어초를 제작하는 방법과 이에 의해 제조된 인공어초에 관한 것이다.
인공어초(人工魚礁; Artificial ground reef)란, 어패류나 해조류와 같은 수중생물이 서식할 수 있는 환경을 조성하기 위해 바다 속에 설치하는 인공 구조물로서, 주로 수심 10 내지 50 m의 해역에 설치되어 바닷물의 흐름을 완만하게 해주어 어류들이 모여들게 하여 산란장을 제공하는 역할을 할 뿐만 아니라, 장애물로서의 역할도 함에 따라 인공어초가 설치된 곳에서의 해양생물의 밀도는 자연어장보다 3 내지 4배나 높다고 알려져있다.
따라서, 상기 인공어초는 어획능력이 큰 저인망이나 권현망으로부터 어장을 보호하고 각종 어류나 조개류의 산란장 및 은신처를 조성하여 어자원을 육성시키기 위한 목적으로 사용되고 있다.
한편, 최근 해양오염 및 수온상승 등이 원인이 되어 갯녹음현상(백화현상)의 발생 빈도가 잦아지고 있다. 백화현상이란, 바닷물 속에 고체 상태로 석출되어 떠다니는 탄산칼슘이 입사광의 산란으로 인해 우유를 뿌려놓은 것처럼 흰색으로 보이게 되는 현상으로, 바닷물을 떠다니던 탄산칼슘이 서서히 침전해 해양생물의 표면이나 해저 바위 등에 달라붙어 해조류 및 어패류가 폐사하여 연안 저층을 황폐화 시킨다는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 극복하기 위하여, 갯녹음 현상이 일어난 해저에서도 해조류를 섭식하는 전복, 소라, 성게 등의 조식동물과 어패류들에게 산란장 및 서식장을 제공하기 위하여 바닷속에 인공어초를 투입하여 해중림을 조성하는 기술에 대한 연구가 진행되고 있다.
일례로, 특허문헌 1은 "저 품위 철광석을 이용한 무근 콘크리트형 인공어초"에 관한 것으로, 저 품위 철광석과 물, 시멘트, 고성능 감수제 및 혼화재를 정해진 비율로 혼합한 성형재를 이용하여 어초 몸체를 형성한 콘크리트형 인공어초에 관한 기술내용이 개시된 바 있다.
또 다른 예로, 특허문헌 2는"산업부산물을 활용한 콘크리트 인공어초 및 그 제조방법"에 관한 것으로, 포러스콘크리트부를 포함하고, 상기 포러스콘크리트부는 시멘트, 석탄회 또는 철강슬래그, 굵은골재, 물, 매립회, 황토볼 및 혼화제를 포함하는 것을 특징으로 하는 산업부산물을 활용한 콘크리트 인공어초에 관한 기술내용이 개시된 바 있다.
하지만, 종래의 인공어초는 인공어초 제조를 위해 거푸집 또는 형틀을 조립하고, 거푸집 또는 형틀에 시멘트 등을 혼합한 재료를 공급하여 굳힌 후, 거푸집 또는 형틀을 제거하여 형성시킨 콘크리트로서, 거푸집을 제조하고, 콘크리트를 형성시킨 후에는 제거하는 공정이 별도로 필요해 경제성이 떨어진 다는 문제점이 있었다.
또한, 제조한 인공어초는 해수에 직접 노출되어 콘크리트가 갖고 있는 성분 중 소석회 성분에 의해서 강알칼리성 물질이 용출될 뿐만 아니라, 특히 염분에 약하기 때문에 빨리 부식되어 내구성이 떨어져 사용연한이 대략 30년 이하이고, 콘크리트에는 접착제나 소독약 등으로 사용되는 독성 물질이 함유되어 있어 독성물질이 방출되어 어패류 및 해조류 등의 해양 생물의 산란, 서식 및 입어에 악영향을 끼치게 된다는 점에서 그 한계가 있다.
따라서, 제조공정이 간단하면서도, 해수에 노출시 부식이 없고 해조류의 활착이 용이한 인공어초를 제조하는 방법에 관한 연구가 필요한 실정이다.
한국등록특허공보 제 10-0780877호 (2007.11.23.) 한국공개특허공보 제 10-2014-0138500호 (2014.12.04.) 한국등록특허공보 제 10-1598358호 (2016.02.23.) 한국등록특허공보 제 10-1260916호 (2013.04.29.)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 즉, 본 발명의 목적은 제조공정이 간단하고, 해수에서 알칼리성 물질이 용출되지 않으며, 염분에 대한 내구성이 강할 뿐만 아니라, 표면에 해조류의 활착이 용이하여 해양생물의 서식 공간을 제공하는 인공어초의 제작방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, (a) 일면에 개구부가 형성되고 내부에 수용공간이 형성되는 성형체를 제조하는 단계; (b) 석탄회, 시멘트, 고로슬래그, 슬러지로부터 선택되는 1종 이상의 결합재와 잔골재 및 물을 포함하는 보강재를 상기 수용공간에 충진하는 단계; 및 (c) 상기 개구부를 상기 섬유강화플라스틱 또는 상기 합성수지로 밀봉하는 단계를 포함하여 구성되는 인공어초 제작방법이 제공된다.
여기서, 상기 단계(a)는, 폴리에스테르 수지와 유리섬유를 3:2의 중량비로 혼합한 섬유강화플라스틱에 석분(stone flour)을 첨가하고 미리 정해진 형상의 몰드에 공급하여 2 내지 200 mm의 두께를 가지는 섬유강화플라스틱 성형체를 제조하고, 상기 보강재와 상기 섬유강화플라스틱 성형체의 결합력을 향상시키기 위해 상기 섬유강화플라스틱 성형체의 내부에 돌출된 다수의 측벽을 형성하거나, 토목섬유시트를 폭방향과 길이방향으로 등간격 또는 부등간격으로 격자형이 되도록 부착하여 결합층을 형성하며, 상기 성형체 내부에, 에어캡, 경질고무, 폴리에틸렌 발포폼, 폴리우레탄 발포폼 또는 페놀 발포폼 중 적어도 하나를 이용하여 1 내지 20cm의 두께로 충격흡수층을 형성하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보강재는, 평균 입경 1 내지 500 ㎛인 석탄회 50 내지 100 중량부; 비표면적이 2,800 내지 4,200 cm2/g인 시멘트 1 내지 50 중량부; 비표면적이 5,000 내지 7,000 cm2/g인 고로슬래그 65 내지 100 중량부; 수분함량이 5% 이내로 건조된 슬러지 60 내지 80 중량부; 평균 입경 1 내지 10 mm 잔골재 80 내지 95 중량부를 포함하며, 상기 보강재는 물 결합재비가 30 내지 60%인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단계(c)는 해조류의 활착이 용이하도록 상기 섬유강화플라스틱 또는 합성수지 성형체 표면을 석분(stone flour), 세라믹 분체(ceramic powder), 세라믹 볼(ceramic ball) 중 적어도 하나로 코팅하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 석분의 평균 입경은 0.15 내지 0.3 mm이고, 상기 세라믹 분체의 평균 입경은 0.15 내지 0.3 mm이며, 상기 세라믹 볼의 평균 입경은 2 내지 200 mm인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기에 기재된 방법에 의해 제작되며, 판 형상의 하부 구조체; 상기 하부 구조체의 중앙 상면에 돌출형성되고, 양면이 개방되어 통로가 형성된 중앙 구조체; 및 상기 하부 구조체 상면에 고정결합되고, 양면이 개방되어 통로가 형성된 측면 구조체를 포함하며, 상기 하부 구조체, 중앙 구조체 및 측면 구조체는 외면에 요철이 형성되고, 표면이 석분, 세라믹 분체 또는 세라믹 볼로 코팅된 것을 특징으로 하는 인공어초를 제공한다.
또한, 상기 인공어초의 상기 하부 구조체, 중앙 구조체 및 측면 구조체는 외주면에 루프 구조체가 고정결합된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 인공어초 제작방법에 따르면, 섬유강화플라스틱 또는 합성수지로 이루어진 성형체에 콘크리트 보강재를 충진하고, 섬유강화플라스틱 또는 합성수지로 밀봉하는 단순한 공정으로 해수에 장기간 동안 설치가능한 인공어초를 제조할 수 있으며, 콘크리트 보강재 타설을 위한 거푸집 또는 형틀의 제조 공정과, 콘크리트 보강재 타설 후 거푸집 또는 형틀의 제거 공정이 별도로 필요하지 않아 제조시간 및 비용을 절감할 수 있고, 복잡하고 다양한 형상의 인공어초를 손쉽게 제조할 수 있다.
또한, 제조한 인공어초는 섬유강화플라스틱 또는 합성수지가 외면에 형성되어 해수에 노출시에도 염분에 대한 내구성이 강하고, 알칼리성 물질이 해수로 용출되지 않아 수중에 장기간 설치가 가능하다.
또한, 섬유강화플라스틱 또는 합성수지 성형체의 표면을 석분 또는 세라믹 분체로 코팅함으로써 해조류의 활착이 용이하므로 해중림의 형성이 용이해 해양생물의 서식 공간을 형성시키기 위해 효과적으로 활용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 인공어초의 제작방법을 나타낸 공정도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인공어초의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인공어초의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인공어초의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 인공어초의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 인공어초의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 6의 인공어초를 나타내는 단면도이다.
도 8는 본 발명의 실시예에 따라, 섬유강화플라스틱 성형체의 표면에 형성시킨 세라믹 볼을 촬영한 실제이미지이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
또한, 이하의 본 발명의 실시예에 대한 설명에 있어서, 종래기술의 내용과 동일 또는 유사하거나 당업자의 수준에서 용이하게 이해하고 실시할 수 있다고 판단되는 부분에 대하여는, 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 인공어초 제작방법은, (a) 일면에 개구부가 형성되고, 내부에 수용공간이 형성되며, 섬유강화플라스틱 또는 합성수지를 포함하는 성형체를 제조하는 단계; (b) 상기 수용공간에 보강재를 충진하는 단계; 및 (c) 상기 개구부를 상기 섬유강화플라스틱 또는 합성수지로 밀봉하는 단계를 포함한다.
상기 단계(a)는 일면에 개구부가 형성되고, 내부에 수용공간이 형성된 성형체를 제조하는 단계로서, 본 단계에서는 인공어초 내부에 충진되는 보강재를 효과적으로 충진시키고, 해수와 접촉되어도 화학적 변화가 발생되지 않아 안정한 섬유강화플라스틱 또는 합성수지로 성형체를 형성시키고, 성형체 내부의 수용공간에 후술할 보강재를 충진하여 인공어초를 제조하도록 구성할 수 있다.
상기 성형체의 재질로써, 상기 합성수지는 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폐비닐 합성수지 등을 대표적인 예로 들 수 있으며, 상기 섬유강화플라스틱은 유리섬유, 탄소섬유, 실리카섬유 또는 현무암섬유를 메쉬 또는 시트형상으로 직조하고, 용융시킨 합성수지에 함침시켜 제조한 것을 사용할 수 있으며, 상기 섬유강화플라스틱은 충분한 강도 및 유연성을 가질 수 있도록, 다양한 조성으로 형성시킬 수 있다.
상기와 같은 섬유강화플라스틱 또는 합성수지를 이용하여 일면에 개구부가 형성되고, 내부에 수용공간이 형성된 성형체를 제조할 수 있다.
일례로, 섬유강화플라스틱의 형성을 위해, 폴리에스테르 수지와 유리섬유를 3:2의 중량비로 혼합한 것을 대표적인 예로 들 수 있다.
또한, 상기 섬유강화플라스틱에는 석분을 첨가하여 작업성(workability)을 향상시킬 수 있는데, 이에 따라 섬유강화플라스틱 성형체가 흘러내리지 않는 효과가 있다.
본 단계에서는 활용도에 맞는 형상을 가지는 섬유강화플라스틱 또는 합성수지 성형체를 제조할 수 있도록 다양한 형상 및 크기를 가지는 몰드를 사용하여 다양한 형상의 성형체를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 섬유강화플라스틱 성형체는 폴리에스테르 수지와 유리섬유를 3:2의 중량비로 혼합한 섬유강화플라스틱 수지를 미리 정해진 형상의 몰드에 공급하여 섬유강화플라스틱 성형체를 제조할 수 있으며, 보다 구체적인 예로, 원통형상의 성형체를 제조할 경우, 호(arc) 형상의 몰드를 사용하여 제1 성형체 및 제2 성형체를 제조한 후, 각각의 성형체를 접합시켜 원통형상의 성형체를 제조할 수 있다.
상기 섬유강화플라스틱 또는 합성수지 성형체는 섬유강화플라스틱 또는 합성수지를 2 내지 200 mm의 두께로 성형하여 형성시킬 수 있다. 보다 상세히 설명하면, 일반적인 해류의 속도는 1 내지 1.5 m/s 내지 3.0 m/s의 범위로 알려져 있으나, 해류의 속도가 일정하지 않아 3.0 m/s 이상의 속도로 빠르게 흐르기도 하는데, 상기와 같은 속도의 해류는 인공어초에 지속적으로 마찰과 운동에너지를 공급하여 인공어초의 기계적 강도를 떨어뜨린다.
하지만, 종래의 인공어초는 콘크리트로 제조되어 해수 속 염분에 의해 부식될뿐만 아니라, 해류와의 마찰과 공급되는 운동에너지에 의해 콘크리트의 일부가 쉽게 파쇄되어 탈락되고, 콘크리트가 탈락된 부분에서 화학반응이 발생해 알칼리성 물질을 방출해, 인공어초에 서식하던 해조류의 포자 등이 떨어져 나가고, 백화현상이 나타나는 등의 한계가 있다.
따라서, 본 발명의 인공어초는, 해류의 빠른 속도, 난류에 의해 공급되는 마찰 및 운동에너지에 의해 깨지지 않고, 하기 서술할 보강재의 탈락을 방지하기 위하여 2 내지 200 mm의 두께로 섬유강화플라스틱 또는 합성수지 성형체를 형성시키는 것이 바람직하다. 상기 성형체의 두께가 2 mm 미만인 경우 30년 이상 사용가능할 정도로 충분한 강도유지가 어렵고, 두께가 200 mm 초과인 경우에는, 제작 원가가 증가해 경제성이 떨어지는 문제가 있다. 보다 바람직하게는 3 내지 15 mm로 섬유강화플라스틱 또는 합성수지 성형체를 제조할 수 있다.
아울러, 상기 섬유강화플라스틱 또는 합성수지 성형체 제조시 염료 등을 첨가하여 다양한 색상의 성형체를 구현할 수 있다.
또한, 상기 섬유강화플라스틱 또는 합성수지 성형체 및 후술할 보강재는 물성이 각기 상이하여 결합력이 떨어질 수 있는데, 본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있도록, 상기 성형체 내부에 결합층을 형성시킴으로써, 상기 성형체 및 보강재의 결합력을 향상시킬 수 있다. 상기 결합층은 섬유강화플라스틱 또는 합성수지 성형체의 내부에 돌출된 다수의 측벽을 형성시키거나, 토목섬유시트 등을 부착하여 결합층을 형성시킬 수 있으며, 상기한 결합층으로 인해 후술할 단계에서 내부에 충진되는 보강재와 섬유강화플라스틱과의 충분한 결합력을 제공하도록 구성할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 성형체의 내부에 토목섬유시트를 폭방향과 길이방향으로 등간격 또는 부등간격으로 격자형이 되도록 부착하여 결합층을 형성시킬 수 있으며, 성형체 내부에 형성된 결합층으로 인한 표면적 증가로 인해 상기 섬유강화플라스틱 또는 합성수지 성형체와 보강재가 더욱 단단한 결합을 형성하도록 구성할 수 있다.
나아가, 본 발명에서는 해류에 의해 공급되는 운동에너지가 상기 성형체 내부의 보강재에 전달되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있도록, 상기 성형체 내부에 충격흡수층을 형성시켜, 보강재의 파손 및 탈거를 더욱 효과적으로 방지하도록 구성할 수 있다. 상기 충격흡수층은 에어캡, 경질고무, 폴리에틸렌 발포폼, 폴리우레탄 발포폼 또는 페놀 발포폼을 성형체의 내부 벽면에 도포하여 충격흡수층을 형성시킬 수 있다.
상기 충격흡수층의 두께가 1 cm 미만일 경우, 빠른 속도의 해류와 충돌시 충격력을 흡수하지 못하여 상기 성형체와 성형제 내부에 충진되는 보강재의 파손 및 탈거를 방지할 수 없으며, 20 cm 초과할 경우, 내부에 충진되는 보강재의 양이 적어져 무게 안정성을 갖출 수 없게 되므로, 바람직하게는 1 내지 20 cm, 보다 바람직하게는 2 내지 10 cm로 충격흡수층을 형성시킬 수 있다.
다음으로, 단계(b)는 제조한 섬유강화플라스틱 또는 합성수지 성형제의 수용공간에 보강재를 충진하는 단계로, 상기 성형체의 내부에 콘크리트 보강재를 충진하여 제작되는 인공어초에 무게 안정성 및 기계적 강도를 부여하도록 구성할 수 있으며, 상기 보강재는 석탄회, 시멘트, 고로슬래그, 슬러지로부터 선택되는 1종 이상의 결합재, 잔골재 및 물 및 혼화제를 포함하는 콘크리트 보강재를 사용할 수 있다.
특히, 상기 보강재는 상기 결합재 및 잔골재를 1:1 내지 1:4의 중량비로 포함하여 충분한 기계적 강도를 유지하도록 구성할 수 있다.
상기 보강재에 포함되는 석탄회는 미분탄이 미세한 미분 상태로 연소되어 배기가스와 함께 배출되어 집진기 하부에 포집되는 회(ash)를 의미하는 것으로, 화력발전소의 산업부산물인 석탄회는 시멘트 대체재로서, 보강재의 불연속적 입자 분포에 따른 강도 저하를 방지하고 시멘트에 함유된 6가 크롬이나, 암모니아 성분의 저감을 위해 사용할 수 있다.
여기서, 상기한 보강재는, 예를 들면, 평균 입경 1 내지 500㎛인 석탄회 50 내지 100 중량부, 비표면적이 2,800 내지 4,200 cm2/g인 시멘트 1 내지 50 중량부, 비표면적이 5,000 내지 7,000 cm2/g인 고로슬래그 65 내지 100 중량부, 수분함량이 5% 이내로 건조된 슬러지 60 내지 80 중량부, 평균 입경 1 내지 10 mm 잔골재 80 내지 95 중량부를 포함하고, 물 결합재비가 30 내지 60%가 되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 석탄회는 화학적 주요성분이 SiO2 58 내지 68 질량%, Al2O3 24 내지 30 질량%, Fe2O3 5 내지 8 질량%, CaO 2 내지 4 질량%, MgO 0.5 내지 2 질량%, Na2O 0.3 내지 1.5 질량%인 것을 사용할 수 있으며, 상기 석탄회의 평균 입경이 1 ㎛ 미만일 경우, 보강재 혼합시 반응이 발생하지 않아 응결 및 경화가 되지 않으며, 500 ㎛ 초과할 경우, 평균 입경감소에 따라 압축강도의 증가가 미미하여 고 분말화에 따른 에너지 소비의 문제가 있어, 바람직하게는 평균 입경이 1 내지 500 ㎛인 석탄회를 이용할 수 있다.
상기 보강재에 포함되는 고로슬래그는 제철공장의 고로작업시 용광로에서 고온으로 철광석으로부터 선철을 제조하는 과정 중에 발생되는 고로슬래그부터 제조한 수쇄고로슬래그를 냉각, 건조 및 분쇄하여 제조된 것으로, 고로슬래그는 알칼리 자극제에 의해 반응하는 잠재수경성 물질이며, 수산화칼슘 등과 같은 알칼리의 조건에서 물과 반응하여 시멘트 같이 굳는 성질이 있어 보강재에 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 고로슬래그는 비표면적이 5,000 내지 7,000 cm2/g이고, 평균 입경이 1 내지 500 ㎛인 고로슬래그를 사용할 수 있고, 우수한 강도 및 품질 특성을 나타낼 수 있도록 상기 결합재에 65 내지 100 중량부로 포함될 수 있다.
상기 보강재에 포함되는 슬러지는 토목 또는 건축공사에서 사용되는 조골재와 세골재 등이 고갈됨에 따라 석산을 굴착하여 채취한 암석을 파쇄하여 골재를 얻는 과정에서 물과 혼합된 석분 폐슬러지와, 하수처리 과정에서 필연적으로 발생하는 찌꺼기인 하수 슬러지를 대표적인 예로 들 수 있으며, 상기 슬러지는 SiO2와 Al2O3로 이루어져 시멘트와 성분이 유사하여 보강재 제조시 결합재로 사용할 수 있다.
상기 슬러지는 인공어초가 연약지반에 설치될 경우, 중량을 줄이기 위하여 포함시킬 수 있는데, 이를 위해, 수분함량이 5%이내로 건조된 하수 슬러지, 소각장 슬러지 및 제지 슬러지를 혼합하여 사용할 수 있으며, 그 혼합비는 수분함량이 5%이내로 건조된 하수 슬러지 50 내지 80 중량부, 소각장 슬러지 10 내지 30 중량부, 및 제지 슬러지 10 내지 20 중량부로 혼합된 슬러지를 결합재에 60 내지 80 중량부로 포함할 수 있다.
또한, 상기 보강재는 강도를 향상시킬 수 있도록 시멘트를 포함할 수 있고, 상기 시멘트는 통상적으로 사용되는 보통 포틀랜드 시멘트(Ordinary portland cement, ORP)를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 비표면적이 2,800 내지 4,200 cm2/g인 시멘트를 사용할 수 있다. 상기 보강재 제조시, 상기 시멘트는 1 중량부 미만으로 포함될 경우, 보강재의 압축강도가 낮고, 50 초과로 포함될 경우, 보강재가 휘는 문제가 발생하므로, 바람직하게는 1 내지 50 중량부, 보다 바람직하게는 1 내지 35 중량부로 포함할 수 있다.
상기 잔골재는 평균 입경 1 내지 10 mm인 잔골재를 보강재에 포함할 수 있는데, 상기 결합재 및 잔골재의 중량비가 1:4일 경우, 보강재 내의 입형 및 입도분포가 불안정하다는 문제가 있고, 상기 결합재 및 잔골재의 중량비가 1:1일 경우, 상기 보강재의 강도가 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
또한, 상기 보강재는 휨인성 증진, 외부 응력에 대한 균열제어 및 충격저항성을 위해 길이 5 내지 50 mm, 직경 8 내지 25 ㎛인 폴리에틸렌섬유 및 폴리프로필렌 섬유를 추가로 포함할 수 있다.
그리고, 상기 보강재에는 석분을 포함시킬 수 있는데, 본 발명에서 사용되는 석분은 대리석, 화강암의 가공과정에서 발생한 것으로, 규소와 알루미늄이 주성분인 석분은 가용성 성분인 SiO2, Al2O3가 칼슘실리케이트 수화반응시 생성되는 Ca(OH)2와의 포졸란 활성반응으로 보강재의 강도증진에 기여하는 불용성 수화물(C-S-H)의 생성을 촉진시켜 보강재의 지속적인 강도유지를 나타내는 효과가 있다.
상기 석분은 SiO2 55.68%, Al2O3 19.63%, Fe2O3 2.64%, CaO 0.59%, MgO 1.08%, P2O5 0.23%, K2O 0.90%, Na2O 0.58%, MnO 0.033%, FeO 2.38%, 기타 미량광물 16.257%로 구성된 것을 사용할 수 있으며, 상기 보강재에 10 내지 40 중량부로 포함되도록 구성할 수 있다.
아울러, 상기 보강재는 감수제, 증점제, 방수제 및 소포제를 포함하는 혼화제를 포함할 수 있다.
상기 혼화제는 상기 보강재의 물성개선을 위하여 통상적으로 사용되는 혼화제를 사용할 수 있으며, 상기한 혼화제는 공지된 다양한 조성의 감수제, 증점제, 방수제 또는 소포제 등을 예로 들 수 있다. 상기 혼화제는 작업성, 고인성화, 유동성, 점성 또는 건조 수축 제어 등의 인자를 고려하여 첨가하는 것이 바람직하며, 보강재 제조시, 보강재의 물성 저하가 발생하지 않는 범위에서 첨가량을 달리하여 각각의 혼화제를 첨가하도록 구성할 수 있다. 구체적인 예로, 시멘트 분산효과를 향상시켜 유동성을 증대시키는 감수제, 미세한 기포를 연행시켜 동결 내지 융해에 대한 내구성을 증진시키는 공기연행제, 응결 경화시간을 조절하기 위하여 사용하는 촉진제 및 지연제 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 보강재는 30 내지 60%의 물 결합재비(water and binding agent ratio, W/B)로 혼합되어 작업성 및 강도가 우수하다.
상기 물 결합재비가 30 W/B(%) 미만일 경우에는 보강재의 고강도 및 고품질 실현에는 유리하지만 점성 증가와 경과시간에 따른 유동성 저하가 발생하여 작업성이 떨어지고, 60 W/B(%)을 초과할 경우에는 강도 감소, 보강재의 재료분리, 건조수축 증가 또는 블리딩(bleeding)량의 발생 등으로 품질이 저하될 수 있어 상기 범위를 적절히 조절할 수 있으며, 보다 바람직하게는 물 결합재비가 50 W/B(%)일 수 있다.
상기한 조성으로 제조된 보강재는 단계(a)에서 제조된 섬유강화플라스틱 또는 합성수지 성형체 내부에 충진될 수 있다.
또한, 본 단계는 상기 섬유강화플라스틱 또는 합성수지 성형체 내부에 보강재가 충진된 후, 양생하는 과정을 추가로 포함할 수 있다. 본 단계에서의 상기 양생은 통상의 방법에 의해 폭넓은 온도 범위에서 수행할 수 있으나, 에너지 소비와 이산화탄소가 배출되는 문제 등을 고려하여 특정 범위의 온도에서 양생을 실시할 수 있는데, 바람직하게 5 내지 40 ℃의 상온에서 기건양생을 실시할 수 있다.
상기 보강재는 제작되는 인공어초의 단위용적중량(kg/m3)당 300 내지 520 kg/m3을 포함하도록 구성하여, 무게 안정성을 갖추고 충분한 기계적 강도를 유지하며 강한 파도에 의한 파손 및 유실을 방지할 수 있다.
다음으로, 단계(c)는 상기 개구부를 상기 섬유강화플라스틱 또는 합성수지로 밀봉하는 단계이다. 상기와 같이 섬유강화플라스틱 또는 합성수지를 포함하는 성형체 내부의 수용공간에 보강재를 충진하고, 충분히 양생한 후 상기 개구부를 상기 섬유강화플라스틱으로 또는 합성수지로 밀봉할 수 있다.
상기와 같이 해수저항성이 높은 섬유강화플라스틱 또는 합성수지로 상기 보강재를 밀봉하면, 콘크리트 보강재 타설을 위한 거푸집 또는 형틀의 제조 공정과, 콘크리트 보강재 타설 후 거푸집 또는 형틀의 제거 공정이 별도로 필요하지 않으며, 내부의 보강재가 외부로 노출되지 않아 바다속에서 보강재의 탈락을 방지할 뿐만 아니라, 해양생물의 식생에 유리한 환경을 제공할 수 있다.
또한, 본 단계는 상기 섬유강화플라스틱 또는 합성수지 성형체의 표면을 석분(stone flour) 및 세라믹 분체(ceramic powder) 중 적어도 하나로 코팅하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 섬유강화플라스틱 또는 합성수지 성형체의 표면이 매끈할 경우 해조류의 활착이 원활히 이루어지지 않으며, 부착된 해조류의 포자들이 해류에 의해 휩쓸려 떨어지는 문제가 있다. 따라서, 해조류의 활착이 용이하도록 평균 입경 0.15 내지 0.3 mm의 석분 또는 평균 입경 0.15 내지 0.3 mm의 세라믹 분체로 이루어지는 미세분말과, 직경 2 내지 200 mm의 세라믹 볼(ceramic ball) 중 하나, 또는, 이들 중 적어도 둘 이상의 혼합물을 이용하여, 상기 섬유강화플라스틱 성형체의 표면에 코팅시킬 수 있다. 아울러, 상기 세라믹 볼의 직경은 보다 바람직하게는 3.46 내지 7.61 mm일 수 있으며, 상기 석분, 세라믹 분체 및 세라믹 볼에 감자 전분, 옥수수 전분, 쌀 분말 등의 영양분을 포함시켜 영양분을 공급함으로써 더욱 용이하게 해양생물 군락지를 형성시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 인공어초 제작방법에 따르면, 섬유강화플라스틱 또는 합성수지로 이루어진 성형체에 콘크리트 보강재를 충진하고, 섬유강화플라스틱 또는 합성수지로 밀봉하는 단순한 공정으로 해수에 장기간동안 설치가능한 인공어초를 제조할 수 있으며, 콘크리트 보강재 타설을 위한 거푸집 또는 형틀의 제조 공정과, 콘크리트 보강재 타설 후 거푸집 또는 형틀의 제거 공정이 별도로 필요하지 않아 제작시간 및 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 복잡하고 다양한 형태의 인공어초를 효과적으로 제작할 수 있다.
또한, 상기한 방법에 의해 제작된 인공어초는 해양생물의 서식공간 형성에 효과적으로 활용될 수 있다.
일례로, 상기한 방법에 의해 제작된 인공어초는, 도 2에 나타낸 바와 같은 구조롤 가질 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기한 방법에 의해 제작된 인공어초(100)는, 중앙부를 기준으로 상호간에 일정각도를 유지하면서 4 방향을 향해 돌출형성되는 4 개의 다리(110)가 연결 구비된 형상로, 외주면은 성형체로 이루어지고, 내면에는 보강재가 충진된 구조의 인공어초(100)일 수 있다. 상기 인공어초(100)는 요철이 형성된 것일 수 있을 뿐만 아니라, 해조류의 활착이 용이하고, 미끄러짐을 방지할 수 있도록 표면에 석분, 세라믹 분체 및 세라믹 볼 중 적어도 하나로 코팅되어 다양한 환경에서 효과적으로 도입되어 활용 가능하다.
또한, 일측 단부에 미끄럼 방지부(130)가 형성되어 인공어초로써 뿐만 아니라, 방파제나 호안의 큰 파도를 받는곳에 설치되는 소파블록으로도 활용이 가능하다.
또 다른 예로, 상기한 방법에 의해 제작된 인공어초는, 도 3에 나타낸 바와 같은 구조롤 가질 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기한 방법에 의해 제작된 인공어초(200)는, 관 형상의 몸체부(210)와, 상기 몸체부(210)의 외주면에 돌출형성되며, 상기 몸체부(210)의 길이방향을 따라 연장된 복수의 날개부(230)가 구성되어, 날개가 구비된 구조의 인공어초(200)일 수 있다. 또한, 상기 몸체부(210) 및 날개부(230)의 표면은 요철이 형성되어 해조류의 활착이 용이하도록 구성될 수 있으며, 해류의 흐름이 완만하도록 관통공(250)이 형성될 수 있다.
상기한 방법에 의해 제작된 인공어초(200)는, 도 3 (a)에 나타낸 바와 같이, 상기 관 형상의 몸체부는 원형일 수 있으며, 도 3 (b)에 나타낸 바와 같이 사각형일 수 있다.
또 다른 예로, 상기한 방법에 의해 제작된 인공어초는, 도 4에 나타낸 바와 같은 구조롤 가질 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기한 방법에 의해 제작된 인공어초(300)는, 사각틀 형상의 상부 프레임(310) 및 하부 프레임(330)이 수직 프레임(350)으로 연결 설치된 육면체 형상의 골조를 이루며, 상기 각각 프레임 내부(310, 330, 350)는 다수의 보조 지지대(370)가 구비되어 창살 형상을 이루는 구조의 인공어초(300)일 수 있으며, 상기과 같이 육면체 형상의 골조에 다수의 보조 지지대(370)가 구비되고, 표면에 요철이 형성되어 해조류의 활착이 용이하도록 넓은 표면적을 제공하는 구조일 수 있다.
또 다른 예로, 상기한 방법에 의해 제작된 인공어초는, 도 5에 나타낸 바와 같은 구조롤 가질 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기한 방법에 의해 제작된 인공어초는, 내부구조가 중공형상이며, 경사진 측면 4면체 구조를 이룬 블록(410)이 구비되고, 상기 블록 측면에 측면통공(430)이 구비되며, 상기 블록(410)의 하부에는 높이 조절이 가능한 블록 받침부(450)가 구비된 구조의 인공어초(400)일 수 있다. 상기한 바와 같은 구조의 인공어초는 블록(410)에 해양식물의 포자 및 뿌리가 안정적으로 착생되도록 요철이 형성될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 인공어초 제작방법에 따르면, 섬유강화플라스틱 또는 합성수지로 이루어진 성형체에 콘크리트 보강재를 충진하고, 섬유강화플라스틱 또는 합성수지로 밀봉하는 단순한 공정으로 해수에 장기간동안 설치가능한 인공어초를 제조할 수 있으며, 콘크리트 보강재 타설을 위한 거푸집 또는 형틀의 제조 공정과, 콘크리트 보강재 타설 후 거푸집 또는 형틀의 제거 공정이 별도로 필요하지 않아 제조시간 및 비용을 절감할 수 있고, 복잡하고 다양한 형상의 인공어초를 손쉽게 제조할 수 있다.
상기에 제시한 각종 형상의 인공어초는 섬유강화플라스틱 또는 합성수지가 외면에 형성되어 해수에 노출시에도 염분에 대한 내구성이 강하고, 알칼리성 물질이 해수로 용출되지 않아 수중에 장기간 설치가 가능하며, 섬유강화플라스틱 또는 합성수지 성형체의 표면을 석분 또는 세라믹 분체 중 적어도 하나로 코팅하고, 표면에 요철이 형성됨으로써 해조류의 활착이 용이하므로 해중림의 형성이 용이해 연근해에 설치되어 해양생물의 서식 공간을 형성시키기 위해 효과적으로 활용이 가능하다.
또한, 본 발명은 상기에 기재된 방법에 의해 제작된, 판 형상의 하부 구조체(510); 상기 하부 구조체의 중앙 상면에 돌출형성되고, 양면이 개방되어 통로가 형성된 중앙 구조체(530); 상기 하부 구조체(510) 상면의 양쪽면에 고정결합되고, 양면이 개방되어 통로가 형성된 측면 구조체(550); 및 상기 중앙 구조체 외주면에 돌출형성된 루프 구조체(570)를 포함하는 형상의 인공어초(500)를 제공한다.
본 발명의 인공어초(500)의 구성을 보다 상세하게 설명하면, 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 먼저, 해저면에 접촉하는 판 형상의 하부 구조체(510)가 구비된다. 상기 하부 구조체(510)는 사각형, 원형 등으로 형성될 수 있으며, 이에 제한하지 않는다.
또한, 해저면에 접촉되고 모래 등의 해저에 고정이 용이하도록 상기 하부 구조체(510)의 하면에 하나 이상의 스파이크(spike)가 구비될 수 있다.
다음으로, 상기 하부 구조체(510)의 중앙 상면에 돌출형성되고, 양면이 개방되어 통로가 형성된 중앙 구조체(530)가 구비된다. 상기 중앙 구조체(530)의 양면은 개방되어 통로가 형성되고 수용공간이 형성됨으로써 해양생물의 서식공간을 제공하는 역할을 한다.
또한, 상기 중앙 구조체(530)의 양면은 경사각 3°내지 45°각도로 형성되어 인공어초(500)의 상부 및 하부의 일조량이 일정하도록 구성될 수 있다. 상기 경사각이 3°미만일 경우, 햇빛이 인공어초(500)의 상부에 의하여 차단되고 하부에 도달하는 양이 미미하여 인공어초(500) 하부에서의 해중림 조성이 어려우며, 경사각이 45°를 초과하는 경우, 다른 구조체의 형성이 어려운 문제점이 있어, 바람직하게는 3°내지 45°, 보다 바람직하게는 5°내지 30°의 경사각으로 중앙 구조체(530)의 양면을 형성시킬 수 있다.
다음으로, 상기 하부 구조체(510) 상면의 양쪽면에 고정결합되고, 양면이 개방되어 통로가 형성된 측면 구조체(550)가 구비된다.
상기 측면 구조체(550)는 원형 또는 호(arc) 형상일 수 있으며, 상기 구비되는 측면 구조체(550)의 직경은 각각 다를 수 있다.
구체적인 예를 들어, 하부 구조체(510)의 상면의 양쪽면에 형성되는 측면 구조체(550)의 직경을 각각 20 cm, 30 cm 로 형성시켜, 해양생물의 크기와 종에 따라 서식공간을 분리할 수 있다.
다음으로, 상기 중앙 구조체(530)는, 상기 하부 구조체(510), 중앙 구조체(530) 및 측면 구조체(550)의 외주면에 돌출형성된 루프 구조체(570)가 구비될 수 있다. 상기 루프 구조체(570)는 상기 인공어초의 외주면에 하나 이상 고정결합되어 어획능력이 큰 저인망이나 권현망 어선의 어망을 포획하도록 루프 형상을 이루어, 상기 인공어초의 외주면에 돌출형성된 루프 구조체(570)가 구비됨으로써, 어장을 보호하고 각종 어류나 조개류의 산란장 및 은신처를 제공할 수 있다.
또한, 상기 구조체(510, 530, 550)들은 외측면에 요철이 형성되고, 표면이 석분 또는 세라믹 분체 중 적어도 하나로 코팅될 수 있으며, 도 8에 나타낸 바와 같이 표면에 세라믹 볼을 형성시켜 해조류의 활착이 용이하도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 중앙 구조체(530) 및 상기 측면 구조체(550)에는 관통홀(590)이 구비될 수 있다. 상기 관통홀(590)을 통하여 인공어초(500)의 내부공간으로 해수가 자유롭게 유동할 수 있게 하며, 이에 따라 해조류 등의 수중식물과 어류의 식생공간인 서식처를 제공할 수 있게 함은 물론 인공어초의 표면에 부딪친 해류의 흐름을 완만하게 할 수 있다.
아울러, 상기 중앙 구조체(530) 및 상기 측면 구조체(550)의 내부에 황토를 포함하는 메쉬가 구비될 수 있다. 상기 메쉬는 어류의 통과를 방해하지 않으면서 인공어초(500) 전체의 표면적을 극대화하여 해조류의 착생을 돕는 효과가 있다.
이때, 상기 메쉬는 홀의 크기가 각기 다른 메쉬를 다단으로 적층하여 형성시킨 것을 사용하도록 구성하여 내구성 향상을 기대할 수 있고, 표면에 황토가 코팅된 메쉬를 사용하도록 구성하여 해조류의 활착을 촉진하도록 구성될 수 있다.
상기한 바와 같은, 본 발명에 따른 인공어초는 섬유강화플라스틱이 외면에 형성되어 해수에 노출시에도 염분에 대한 내구성이 강하고, 알칼리성 물질이 해수로 용출되지 않아 수중에 장기간 설치가 가능하며, 상기한 바와 같은 구조로 제작되어 수중 환경을 더욱 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 성형체의 표면이 석분 또는 세라믹 분체 중 적어도 하나로 코팅되어 있어, 해조류의 활착이 용이하므로 해중림의 형성이 용이해 해양생물의 서식 공간을 형성시키기 위해 효과적으로 활용이 가능하다.
100. 인공어초 110. 다리
130. 미끄럼 방지부 200. 인공어초
210. 몸체부 230. 날개부
250. 관통공 300. 인공어초
310. 상부 프레임 330. 하부 프레임
350. 수직 프레임 370. 보조 지지대
400. 인공어초 410. 블록
430. 측면통공 450. 블록 받침부
500. 인공어초 510. 하부 구조체
530. 중앙 구조체 550. 측면 구조체
570. 루프 구조체
590. 관통홀

Claims (7)

  1. (a) 일면에 개구부가 형성되고 내부에 수용공간이 형성되는 성형체를 제조하는 단계;
    (b) 석탄회, 시멘트, 고로슬래그, 슬러지로부터 선택되는 1종 이상의 결합재와 잔골재 및 물을 포함하는 보강재를 상기 수용공간에 충진하는 단계; 및
    (c) 상기 개구부를 섬유강화플라스틱 또는 합성수지로 밀봉하는 단계를 포함하여 구성되고,
    상기 단계(a)는,
    폴리에스테르 수지와 유리섬유를 3:2의 중량비로 혼합한 섬유강화플라스틱에 석분(stone flour)을 첨가하고 미리 정해진 형상의 몰드에 공급하여 2 내지 200 mm의 두께를 가지는 섬유강화플라스틱 성형체를 제조하고,
    상기 보강재와 상기 섬유강화플라스틱 성형체의 결합력을 향상시키기 위해 상기 섬유강화플라스틱 성형체의 내부에 돌출된 다수의 측벽을 형성하거나, 토목섬유시트를 폭방향과 길이방향으로 등간격 또는 부등간격으로 격자형이 되도록 부착하여 결합층을 형성하며,
    상기 성형체 내부에, 에어캡, 경질고무, 폴리에틸렌 발포폼, 폴리우레탄 발포폼 또는 페놀 발포폼 중 적어도 하나를 이용하여 1 내지 20cm의 두께로 충격흡수층을 형성하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 인공어초 제작방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보강재는,
    평균 입경 1 내지 500 ㎛인 석탄회 50 내지 100 중량부; 비표면적이 2,800 내지 4,200 cm2/g인 시멘트 1 내지 50 중량부; 비표면적이 5,000 내지 7,000 cm2/g인 고로슬래그 65 내지 100 중량부; 수분함량이 5% 이내로 건조된 슬러지 60 내지 80 중량부; 평균 입경 1 내지 10 mm 잔골재 80 내지 95 중량부를 포함하며,
    상기 보강재는 물 결합재비가 30 내지 60%인 것을 특징으로 하는 인공어초 제작방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 단계(c)는 해조류의 활착이 용이하도록 상기 섬유강화플라스틱 또는 합성수지 성형체 표면을 석분(stone flour), 세라믹 분체(ceramic powder) 또는 세라믹 볼(ceramic ball) 중 적어도 하나로 코팅하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 인공어초 제작방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 석분의 평균 입경은 0.15 내지 0.3 mm이고, 상기 세라믹 분체의 평균 입경은 0.15 내지 0.3 mm이며, 상기 세라믹 볼의 평균 입경은 2 내지 200 mm인 것을 특징으로 하는 인공어초 제작방법.
  6. 청구항 1항, 청구항 3항 내지 청구항 5항 중 어느 한 항에 기재된 인공어초 제작방법을 이용하여 제작되는 인공어초에 있어서,
    판 형상의 하부 구조체;
    상기 하부 구조체의 중앙 상면에 돌출형성되고, 양면이 개방되어 통로가 형성된 중앙 구조체; 및
    상기 하부 구조체 상면의 양쪽면에 고정결합되고, 양면이 개방되어 통로가 형성된 측면 구조체를 포함하며,
    상기 하부 구조체, 중앙 구조체 및 측면 구조체는 외면에 요철이 형성되고, 표면이 석분, 세라믹 분체 또는 세라믹 볼 중 적어도 하나로 코팅된 것을 특징으로 하는 인공어초.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하부 구조체, 중앙 구조체 및 측면 구조체는 외주면에 루프 구조체가 고정결합된 것을 특징으로 하는 인공어초.
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