KR101785865B1 - 요철 표면이 형성된 콘크리트 구조물의 인공어초 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
콘크리트 구조물의 인공 어초 및 이의 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 인공어초 제조방법은 거푸집의 내면에 초지연제를 도포하는 단계, 상기 거푸집 내에 콘크리트를 타설하는 단계, 상기 콘크리트의 양생 후 상기 거푸집을 해체하여 콘크리트 구조물을 마련하는 단계, 및 상기 콘크리트 구조물의 표면에 대해 살수 작업을 실시하여 상기 콘크리트 구조물에 해조류가 식생하는 부분을 제공하기 위한 요철 표면을 형성하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의하면, 인공어초에 요구되는 충분한 강도를 확보하고 제조비용을 고려하여 콘크리트 구조물을 선정함에 있어서 해조류의 식생 환경의 측면에서 요구되는 기준에 구속되거나 제한되지 아니하고 콘크리트 구조물을 다양하게 적용하면서도, 해조류 뿌리의 활착이 더욱 용이하고 양호한 식생 환경을 조성하여 동, 식물성 플랑크톤 및 해초의 번식을 촉진할 수 있는 효과가 발휘된다.
Description
본 발명은 인공어초 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 요구되는 강도를 확보하면서도 해조류의 식생 환경을 향상시키는 콘크리트 구조물의 인공어초 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 인공어초(人工魚礁; Artificial reef)는 어패류(魚貝類)나 해조류와 같은 각종 수중생물의 서식처를 형성할 수 있도록 바닷속에 설치하는 인공 구조물로서, 어획능력이 큰 저인망이나 권현망 등으로부터 어장을 보호하고 각종 어류나 조개류의 산란장 및 은신처를 조성하여 어자원을 육성시키기 위한 목적으로 사용되고 있다.
이러한 인공어초는 해저면에 구조물을 설치하는 침설형(沈設型)과, 바닷속에 구조물을 계류(繫留)시키는 부표형 어초로 크게 나눌 수 있으며, 국외에서는 폐자재로서의 폴리에틸렌 수지나 폐타이어 등을 일정한 모양으로 구성한 조립식 어초를 포함하여, 폐선 어초나 폐차 어초와 같은 여러 가지의 종류의 어초가 사용되었으나, 해양환경과 관련하여 폐자원을 활용한 어초 사용은 감소추세로 접어들고 있다.
상기와 같은 각종 인공어초 중 침설형 어초로 널리 사용되는 것은 콘크리트나 강철제 또는 유리섬유 플라스틱(FRP)재질로서 육면체를 이루는 골조프레임을 형성시킨 사각형 인공어초나, 반구형의 몸체 상에 어류가 이동할 수 있는 유동통로를 형성시킨 반구형 인공어초가 알려져 있으며, 이러한 사각 및 반구형 인공어초를 바지선에 적재하여 해당 수역으로 운반시킨 다음, 바지선에 설치된 크레인을 사용하여 해저면 상에 상기 인공어초를 설치함으로써 어패류나 해조류와 같은 각종 수중생물의 서식처나 그 은신처 및 산란장을 조성할 수 있도록 하였다.
그러나 상기와 같은 종래의 사각형 및 반구형 인공어초는 각각의 어초가 매우 단순한 형태로 이루어져 있기 때문에 어초의 표면상에 각종 조개류나 해조류가 용이하게 활착 및 생장하기가 어려운 문제점이 있었으며, 이로 인하여 상기 인공어초를 바닷속에 설치함으로써 어류의 도피처나 산란장을 일차적으로 조성시킨다 하더라도 어류의 실질적인 먹이와 도피처가 되는 조개류 및 해조류의 착생이 매우 더디게 이루어질 뿐만 아니라, 착생되는 조개류나 해조류의 개체수 또한 매우 적어지기 때문에 연안목장화와 같은 인공어초의 근본적인 목적을 제대로 달성하기가 어려운 문제점이 있었다.
또한, 종래에 인공어초를 형성하는 철근 콘크리트는 주기적, 장기적으로 해양환경에 노출되어 해수 중에 존재하는 염화물 이온(Cl-)이 콘크리트 속으로 직접 침투되며, 그 침투량이 허용값(철근부식 임계염화물량, 약 1.2kg/m3)을 초과하면 전기화학적 작용에 의해 철근이 부식되고 그에 따라 피복 콘크리트의 균열을 유발하는 염해를 일으키게 된다.
통상 건전한 철근 콘크리트 구조체에 배근되어 있는 보강 철근은 콘크리트에 포함된 pH 12.5의 Ca(OH)2에 의해 표면피막(1ㅧ10-6 mm 두께)이 형성되어 안정 상태를 유지하지만, 콘크리트의 내부로 해수 성분에 존재하는 Cl-, F-, S2- SO4 2- 등의 음이온이 침투하거나 고온 상태가 지속되면 부분적으로 강재 표면의 부동태 피막이 파괴되어 부식이 시작된다. 이중 특히 염화물 이온(Cl-)이 강재의 부식에 가장 유해한 성분으로 알려져 있다.
따라서 해양콘크리트 구조체의 염해를 방지하기 위하여 콘크리트 표준 시방서에서는 해양 콘크리트용 시멘트 재료를 KS L5201에 규정된 고로슬래그 시멘트, 플라이애쉬 시멘트와 같은 혼합시멘트, 또는 중용열 포틀랜드 시멘트의 사용을 추천하고 있다. 또한, 해수의 영향을 심하게 받는 위치에 건설되는 해양 콘크리트의 경우 시멘트계 재료만으로 소요의 품질을 확보할 수 없으므로 시멘트와 폴리머를 혼합한 폴리머시멘트 콘크리트와 폴리머만을 사용하는 수지 콘크리트, 또는 염화물 이온의 주요한 침투경로가 되는 콘크리트의 공극을 합성수지로 함침시킨 폴리머함침 콘크리트를 사용하도록 제시되어 있다.
그러나 이러한 재료 중 일부는 콘크리트 제조, 경제성 및 시공성의 문제로 건설현장에서는 현실적으로 사용할 수 없으며, 실제로 해양구조체에 적용한 사례는 거의 없는 실정이다.
또한, 고로슬래그 시멘트나 플라이애쉬 시멘트를 해양 콘크리트에 사용하는 경우 고로슬래그나 플라이애쉬가 시멘트보다 초기 반응성이 떨어지기 때문에 시멘트가 충분히 수화하기 전까지는 오히려 시멘트만을 사용하는 콘크리트보다 염화물 이온의 침투저항성이 떨어지는 것으로 알려져 있다. 그러므로 해양 환경에 노출되는 시기에 무관하게 해양 콘크리트에 차염성을 부여할 수 있는 실제적이고 보편적으로 사용할 수 있는 인공어초용 콘크리트 조성물이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
또한, 대부분 보강을 위해 철근이 내장된 콘크리트 구조체 형태로 이루어지는 종래의 인공어초는 철근이 고가여서 경제적인 측면에서 바람직하지 못하고, 철근이 염분에 약하기 때문에 빨리 부식되어 인공어초의 내구성이 떨어지며, 콘크리트 구조체 중의 시멘트로부터 강 알카리성 물질과 6가 크롬 및 각종 중금속 등의 시멘트 중에 함유된 독성물질이 해수 중으로 석출되면 해양생물에 위해요소로 작용하여 해양생물의 산란, 서식 및 집어에 악영향을 끼치는 문제가 발생하고 있다.
본 발명의 목적은, 인공어초에 요구되는 충분한 강도를 확보하고 제조비용을 고려하여 콘크리트 구조물을 선정함에 있어서 해조류의 식생 환경의 측면에서 요구되는 기준에 구속되거나 제한되지 아니하고 콘크리트 구조물을 다양하게 적용하면서도, 해조류 뿌리의 활착이 더욱 용이하고 양호한 식생 환경을 조성하여 동, 식물성 플랑크톤 및 해초의 번식을 촉진할 수 있는 콘크리트 구조물의 인공어초를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 인공어초에 요구되는 충분한 강도를 확보하면서도 철근 및 배근 작업을 생략하여 인공어초의 제조비용을 대폭 낮출 수 있을 뿐만 아니라 철근의 부식에 따른 내구성 저하 및 환경오염을 방지할 수 있는 콘크리트 구조물의 인공어초를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라 거푸집의 내면에 초지연제를 도포하는 단계, 상기 거푸집 내에 콘크리트를 타설하는 단계, 및 상기 콘크리트의 양생 후 상기 거푸집을 해체하여 콘크리트 구조물을 마련하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 요철 표면이 형성된 콘크리트 구조물의 인공어초 제조방법에 의해 달성된다.
바람직하게, 상기 인공어초 제조방법은 상기 콘크리트 구조물의 표면에 대해 살수 작업을 실시하여 상기 콘크리트 구조물에 해조류가 식생하는 부분을 제공하기 위한 요철 표면을 형성하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 초지연제를 도포하는 단계에서, 상기 요철 표면이 상기 콘크리트 구조물의 일 부분에만 형성되도록, 상기 초지연제는 상기 거푸집의 내면의 일 부분에만 선택적으로 도포된다.
바람직하게, 상기 초지연제는 단당류, 다당류, 카르복실기(-COOH)를 갖는 화합물, 하이드록실기(-OH)를 갖는 화합물, 인(P)을 함유한 산류 중 적어도 하나를 물에 배합하여 제조된다.
바람직하게, 상기 초지연제를 도포하는 단계에서, 상기 초지연제의 도포 두께를 변경하여 상기 콘크리트에서 시멘트의 응결지연 깊이를 조절한다.
바람직하게, 상기 요철 표면을 형성하는 단계에서, 상기 살수 작업시 물의 분사 압력을 변경하여 상기 요철 표면에 있어서 상기 콘크리트의 골재가 외부로 노출되는 깊이를 조절한다.
바람직하게, 상기 콘크리트 구조물은 철근을 사용하지 않고 40MPa 이상의 압축강도를 확보하는 고강도 무근콘크리트 구조물로 제공되고, 상기 콘크리트를 타설하는 단계는 상기 고강도 무근콘크리트 구조물을 제조하기 위해 물, 시멘트, 잔골재, 굵은골재, 감수제 및 실리카 흄을 포함하는 콘크리트 조성물을 상기 거푸집 내에 타설한다.
바람직하게, 상기 콘크리트 조성물 전체 함량 중에서 상기 물은 125 내지 185kg/m3, 상기 시멘트는 450 내지 750kg/m3, 상기 잔골재는 모래로 600 내지 1100kg/m3, 상기 굵은골재는 800 내지 1200kg/m3, 상기 감수제는 3 내지 15kg/m3, 상기 실리카 흄은 3 내지 15kg/m3이 사용된다.
바람직하게, 상기 콘크리트 조성물은 섬유를 더 포함하되, 상기 섬유는 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 셀루로오스 섬유, 유리 섬유 및 강섬유로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상이 사용되고, 상기 콘크리트 조성물을 구성하는 시멘트 100 중량부에 대해 0.1 내지 3 중량부가 포함된다.
바람직하게, 상기 콘크리트 조성물은 pH 저감제를 더 포함하되, 상기 pH 저감제는 0.5 내지 3kg/m3이 사용된다.
바람직하게, 상기 콘크리트 조성물은 킬레이트 수지(Chelate Resin)로 구성되는 pH 저감제를 더 포함하고, 상기 pH 저감제는 상기 시멘트와 킬레이트 반응함으로써 상기 시멘트 성분의 용출을 억제한다.
바람직하게, 상기 콘크리트 조성물에서 상기 굵은골재는 입경이 8 내지 25mm 범위를 갖는다.
바람직하게, 상기 콘크리트 조성물은 집어제(集魚製)를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 콘크리트 구조물은 철근을 사용하는 철근콘크리트 구조물로 제공되고, 상기 인공어초 제조방법은 상기 콘크리트를 타설하는 단계 전에 미리 마련된 배근 상세도에 따라 철근을 배근하는 단계를 더 포함한다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 상기 인공어초 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 요철 표면이 형성된 콘크리트 구조물의 인공어초에 의해 달성된다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 거푸집 내에 콘크리트를 타설하여 제조되는 콘크리트 구조물을 포함하는 인공어초에 있어서, 상기 콘크리트 구조물의 적어도 일부에는 해조류가 식생하는 부분을 제공하기 위한 요철 표면이 형성되는 것을 특징으로 하는 요철 표면이 형성된 콘크리트 구조물의 인공어초에 의해 달성된다.
바람직하게, 상기 요철 표면은 상기 거푸집의 내면에 초지연제를 도포하고 상기 거푸집 내에 콘크리트를 타설하여 마련된 상기 콘크리트 구조물의 표면에 대해 살수 작업을 실시하여 상기 콘크리트 구조물에 형성된다.
본 발명은 콘크리트 구조물의 적어도 일부에 요철 표면이 형성된 인공어초를 제공함으로써, 인공어초에 요구되는 충분한 강도를 확보하고 제조비용을 고려하여 콘크리트 구조물을 선정함에 있어서 해조류의 식생 환경의 측면에서 요구되는 기준에 구속되거나 제한되지 아니하고 콘크리트 구조물을 다양하게 적용하면서도, 해조류 뿌리의 활착이 더욱 용이하고 양호한 식생 환경을 조성하여 동, 식물성 플랑크톤 및 해초의 번식을 촉진할 수 있다.
또한, 본 발명은 일 실시예에 있어서 요철 표면이 형성되는 콘크리트 구조물을 철근을 사용하지 않고서도 40MPa 이상의 압축강도를 확보하는 고강도 무근콘크리트 구조물로 적용함으로써, 인공어초에 요구되는 충분한 강도를 확보하면서도 철근 및 배근 작업을 생략하여 인공어초의 제조비용을 대폭 낮출 수 있을 뿐만 아니라 철근의 부식에 따른 내구성 저하 및 환경오염을 방지할 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 기술적 사상의 실시예는 구체적으로 언급되지 않은 다양한 효과를 제공할 수 있다는 것이 충분히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 인공어초 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 인공어초의 개략적인 사시도 및 단면도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 인공어초의 개략적인 사시도 및 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 인공어초 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 인공어초 제조방법을 상세하게 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 인공어초 제조방법은, 도 1에 도시된 바와 같이 거푸집의 내면에 초지연제를 도포하는 단계(S110), 거푸집 내에 콘크리트를 타설하는 단계(S120), 콘크리트의 양생 후 거푸집을 해체하여 콘크리트 구조물을 마련하는 단계(S130), 및 콘크리트 구조물의 표면에 대해 살수 작업을 실시하여 상기 콘크리트 구조물에 요철 표면을 형성하는 단계(S140)를 포함한다.
위와 같은 구성을 갖는 본 발명의 콘크리트 구조물의 인공어초 제조방법은 콘크리트 구조물의 적어도 일부에 요철 표면이 형성된 인공어초를 제공함으로써, 요구되는 충분한 강도를 확보하고 제조비용을 고려하여 콘크리트 구조물을 선정함에 있어서 해조류의 식생 환경의 측면에서 요구되는 기준을 지나치게 신경쓰지 않고 콘크리트 구조물을 다양하게 적용하면서도, 해조류 뿌리의 활착이 더욱 용이하고 양호한 식생 환경을 조성하여 동, 식물성 플랑크톤 및 해초의 번식을 촉진할 수 있다.
예컨대, 철근 및 이에 따른 배근 작업을 생략하여 인공어초의 제조비용을 절감하고 철근 부식에 따른 내구성 저하 및 환경오염을 방지하기 위해 인공어초의 콘크리트 구조물을 철근을 사용하지 않고 충분한 강도를 확보하는 고강도 무근콘크리트 구조물로 적용하는 경우, 고강도 무근콘크리트 구조물은 콘크리트 조직이 상대적으로 치밀하여, 즉 공극이 상대적으로 작기 때문에 구조물의 표면에 해조류 뿌리의 활착이 어려워 해조류의 식생 환경에 있어서는 다소 불리한 측면이 있다. 그런데, 본 발명의 콘크리트 구조물의 인공어초 제조방법은 이러한 고강도 무근콘크리트 구조물을 적용하더라도 그 구조물의 적어도 일부에 요철 표면을 형성함으로써 해조류의 양호한 식생 환경을 조성할 수 있다.
특히, 본 발명의 콘크리트 구조물의 인공어초 제조방법은 콘크리트 구조물에 요철 표면을 형성함에 있어서 초지연제를 적용하여 거푸집 내에 콘크리트를 타설하고 양생하는 과정에서 콘크리트 구조물에 요철 표면을 형성하는 것이므로, 완성된 콘크리트 구조물에 대해 후공정 처리에 의해 요철 표면을 형성하는 방법에 비해 해조류의 식생 환경에 더욱 적합한 자연스러운 요철 표면을 얻을 수 있으면서도 전체적인 공정이 쉽고 간단하여 인공어초의 제조비용을 더욱 절감하고 공기를 단축할 수 있다.
본 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 인공어초 제조방법을 구성하는 단계들을 순차적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 거푸집의 내면에 초지연제를 도포하는 단계가 수행된다(S110). 거푸집은 콘크리트 구조물의 인공어초를 제조하기 위한 몰드 혹은 틀로서 제조하려는 인공어초의 구조 및 형상에 맞게 미리 제작 설치되는 것이 바람직하다. 여기서, 초지연제는 콘크리트 양생시 시멘트의 응결을 지연시키는 물질을 말한다. 이러한 초지연제를 콘크리트 타설에 사용되는 거푸집의 내면에 예컨대 1mm 정도의 두께로 도포한 후 거푸집 내에 콘크리트 조성물을 타설하여 양생하면, 초지연제가 도포된 거푸집의 내면과 접촉하는 콘크리트의 면은 소정의 깊이(예컨대 6mm)까지는 시멘트의 응결이 지연된다. 이때, 초지연제의 도포 두께가 증가할수록 시멘트의 응결지연 깊이도 증가하므로, 거푸집의 내면에 도포되는 초지연제의 두께를 적절히 변경함으로써 요철 표면에 있어서 골재가 외부로 노출되는 깊이를 조절할 수 있다. 즉, 상기 초지연제의 도포 두께는 요구되는 시멘트의 응결지연 깊이에 따라 결정된다.
본 발명에서 초지연제는 포도당 등의 단당류, 설탕 등의 다당류, 카르복실기(-COOH)를 갖는 화합물(카르복실산), 하이드록실기(-OH)를 갖는 화합물, 및 인(P)을 함유한 산류 중 적어도 하나의 지연성 물질을 물과 배합하여 구성될 수 있다. 예컨대, 본 발명에서 초지연제는 전체 함량 중에서 제1 지연성 물질 5 내지 15중량%, 제2 지연성 물질 10 내지 30중량%, 제3 지연성 물질 2 내지 6중량%, 제4 지연성 물질 15 내지 35중량%, 제5 지연성 물질 0.2 내지 1.5중량%, 및 상기 초지연제 100중량%를 만족시키는 잔량의 물을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 참고로, 본 실시예에서는 물 62.5중량%에 제1 지연성 물질 5중량%, 제2 지연성 물질 12중량%, 제3 지연성 물질 3중량%, 제4 지연성 물질 17중량%, 제5 지연성 물질 0.5중량%의 중량비율로 배합하여 혼합한 초지연제를 사용하고 있다. 이때, 상기 제1 지연성 물질은 포도당 등의 단당류이고, 상기 제2 지연성 물질과 상기 제3 지연성 물질은 카르복실산 등의 카르복실기(-COOH)를 갖는 화합물이며, 상기 제4 지연성 물질은 인(P)을 함유한 산류이고, 상기 제5 지연성 물질은 설탕 등의 다당류이다. 다만, 본 발명에서 초지연제는 상기 지연성 물질들 모두 혼합하여 사용하여도 되고 상기 지연성 물질들 중 적어도 하나를 부분적으로 사용하는 것도 가능하다.
한편, 거푸집의 내면에 초지연제를 도포하는 단계(S110)에서 초지연제는 거푸집의 내면 전체에 도포될 수도 있지만 거푸집의 내면의 필요한 일 부분에만 선택적으로 도포되는 것이 바람직하다. 이는 해조류의 식생이 인공어초의 하부보다는 상부에서 활발히 이루어지는 점을 감안할 때 콘크리트 구조물의 표면 전체에 요철 표면을 형성하는 것을 비효율적이기 때문이다. 구체적으로, 본 발명에서 요철 표면은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 콘크리트 구조물의 상부 윗면 전체와 상부 측면 일부에 해당하는 표면에만 형성되는 것이 바람직하다. 본 발명의 콘크리트 구조물의 인공어초에 있어서 요철 표면이 형성되는 부분은 초지연제가 도포된 거푸집의 내면에 대응하는 위치에 있는 콘크리트 구조물의 외면(표면)이다. 이에, 콘크리트 구조물의 상부 윗면 전체와 상부 측면 일부에만 요철 표면을 형성하려면, 초지연제는 콘크리트 구조물의 상부 윗면 전체 및 상부 측면 일부에 대응하는 거푸집의 내면에만 선택적으로 도포되어야 할 것이다.
다음으로, 거푸집 내에 콘크리트를 타설하는 단계가 수행된다(S120). 이때, 거푸집 내에 타설되는 콘크리트 조성물은 인공어초에 요구되는 강도의 기준을 충족시킬 수 있는 것이라면 다양하게 선택 적용될 수 있다. 본 실시예에서는 철근을 사용하지 않고 40MPa 이상의 압축강도를 확보하는 고강도 무근콘크리트 구조물을 제공하기 위한 콘크리트 조성물을 본 출원인이 직접 개발하여 사용하고 있는데, 이에 대한 자세한 사항은 후술하기로 한다. 다만, 본 발명에서 콘크리트 구조물은 고강도 무근콘크리트 구조물에 한정되지 아니하고 철근을 사용하는 일반적인 철근콘크리트 구조물로 제공될 수도 있으며, 이러한 경우 본 발명의 인공어초 제조방법은 콘크리트를 타설하는 단계(S120) 전에, 미리 마련된 배근 상세도에 따라 철근을 배근하는 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다.
다음으로, 콘크리트의 양생 후 거푸집을 해체하여 콘크리트 구조물을 마련하는 단계가 수행된다(S130). 본 실시예에서 콘크리트 구조물은 앞서 설명한 바와 같이 철근을 사용하지 않고 40MPa 이상의 압축강도를 확보하는 고강도 무근콘크리트 구조물로 마련된다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고 일반적인 철근콘크리트 구조물을 포함하여 다양한 콘크리트 구조물로 제공될 수 있음은 물론이다.
마지막으로, 콘크리트 구조물의 표면에 대해 살수 작업을 실시하여 콘크리트 구조물에 요철 표면을 형성하는 단계가 수행된다(S140). 이때, 콘크리트 구조물의 요철 표면은 전술한 바와 같이 해조류가 식생하는 부분을 제공하는 것으로 해조류의 양호한 식생 환경을 조성하기 위한 것이다. 특히, 콘크리트 구조물 표면의 시멘트 제거로 요철이 생성되는데, 이때 요철의 오목한 부분에 해수의 흐름이 정지되는 효과로 해초 포자의 안착이 용이하고 해초를 갉아먹는 성게와 같은 생물이 존재해도 오목한 부분 밑의 해초는 성게가 완전히 갉아먹지 못해 해초의 식생과 성장에 더욱 향상된 효과가 발휘된다.
앞서 상기 초지연제를 도포하는 단계(S110)에서 거푸집의 내면에 소정의 두께로 초지연제가 도포되었기 때문에 거푸집 내에 콘크리트를 타설하여 양생하면, 초지연제가 도포된 거푸집의 내면과 접촉하는 콘크리트의 면은 소정의 깊이까지는 시멘트의 응결이 지연된다. 이에 따라, 양생 작업이 완료된 후 거푸집을 탈거하여 마련된 콘크리트 구조물은 그 표면에 대해 고압의 물을 분사하는 살수 작업을 실시하면 충분히 응결되지 않은 시멘트가 떨어져 나가 콘크리트 조성물을 구성하는 골재가 외부로 노출됨으로써 자연스러운 요철 표면이 형성되는 것이다. 다시 말해서, 본 발명에서 콘크리트 구조물의 요철 표면은 초지연제를 사용하여 표면에서 소정의 깊이까지 시멘트의 응결을 지연시키고 살수 작업을 실시하여 응결이 지연된 시멘트의 박리에 의해 형성되는 것이다. 이때, 살수 작업시 분사되는 물의 압력이 증가할수록 응결되지 않은 시멘트가 떨어져나가는 깊이도 증가하므로, 살수 작업시 물의 분사 압력을 적절히 변경함으로써 요철 표면에 있어서 상기 콘크리트의 골재가 외부로 노출되는 깊이를 조절할 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 인공어초의 개략적인 사시도 및 단면도이다. 이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 인공어초를 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 도 2 및 도 3에 도시된 인공어초의 구조 및 형상은 예시적인 것에 불과한 것으로 본 발명은 이에 한정되지 아니하고 다양한 구조 및 형상을 갖는 인공어초로 제공될 수 있다.
본 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 인공어초(300)는 앞서 상세히 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 인공어초 제조방법에 의해 제조되는 것으로, 거푸집 내에 콘크리트를 타설하여 제조되는 콘크리트 구조물(310)을 포함한다. 그리고, 상기 콘크리트 구조물(310)의 적어도 일부에는 해조류가 식생하는 부분을 제공하기 위한 요철 표면(320)이 형성된다. 해조류의 식생은 인공어초의 하부보다 상부에서 활발히 이루어지는 점을 감안할 때, 요철 표면(320)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 콘크리트 구조물(310)의 상부 윗면 전체와 상부 측면 일부에 해당하는 표면에 형성되는 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 요철 표면(320)은 거푸집의 내면에 초지연제를 도포하고 거푸집 내에 콘크리트를 타설하여 마련된 콘크리트 구조물의 표면에 대해 살수 작업을 실시하여 콘크리트 구조물에 형성된다. 이처럼, 초지연제를 적용하여 콘크리트 구조물에 요철 표면(320)을 형성하는 것에 대한 자세한 사항은 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 인공어초 제조방법에 관한 설명을 준용하기로 한다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물 및 이의 제조방법에 있어서 철근을 사용하지 않고서도 인공어초에 요구되는 강도를 월등히 넘어서는 고강도 무근콘크리트 구조물을 제공하기 위해 본 출원인이 개발한 고강도 무근콘크리트 제조용 콘크리트 조성물에 대해 상세히 설명하기로 한다.
상기 콘크리트 조성물은 물, 시멘트, 잔골재, 굵은골재, 감수제 및 실리카 흄(Silica Fume)을 포함하여 구성되거나, 이들에 섬유를 더 포함하여 구성된다. 이러한 콘크리트 조성물은 철근을 사용하지 않고서도 40MPa 이상의 압축강도를 확보하는 고강도 무근콘크리트 구조물의 인공어초를 제공할 수 있다. 이에, 본 실시예에 따른 인공어초(100)는 인공어초에 요구되는 충분한 강도를 확보하면서도 철근 및 배근 작업을 생략하여 인공어초의 제조비용을 대폭 낮출 수 있을 뿐만 아니라 철근의 부식에 따른 내구성 저하 및 환경오염을 방지할 수 있다.
상기 물은 조성물들을 배합하여 혼합하기 위한 배합수로 사용되고, 상기 물은 콘크리트 조성물 전체 함량 중에서 125 내지 185kg/m3이 사용될 수 있다. 본 발명에서 상기 물의 함량이 125kg/m3 미만으로 포함되는 경우에는 조성물들이 충분히 배합되기 어려워 균일하게 혼합되지 못하게 되어 품질이 저하될 수 있고, 185kg/m3를 초과하여 포함되는 경우에는 작업성이 떨어지고 콘크리트의 강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 시멘트는 일반적으로 포틀랜드 시멘트가 사용되고, 상기 시멘트는 콘크리트 조성물 전체 함량 중에서 450 내지 750kg/m3이 사용될 수 있으며, 본 발명에 따른 인공어초를 제조하는 환경에 따라, 즉 조기강도가 필요하거나 동절기의 경우에는 조강 또는 초 조강 포틀랜드 시멘트가 사용될 수 있으며, 하절기의 경우에는 중용열 포틀랜드 시멘트가 사용될 수 있다.
본 발명에서 상기 시멘트의 함량이 450kg/m3 미만으로 포함되는 경우에는 조성물들의 결속력이 약해 만족할 만한 정도의 강도를 얻을 수 없고, 750kg/m3를 초과하는 경우에는 시멘트의 혼합량이 많아 제조되는 인공어초의 공극이 상대적으로 작아져 만족할 만한 투수계수 및 해초 서식용 공극이 생성되기 어려운 문제가 발생할 수 있다.
상기 잔골재는 입경이 2 내지 5mm인 모래로, 상기 잔골재는 천연모래, 부순모래 및 재생모래로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 모래가 사용될 수 있고, 상기 잔골재는 콘크리트 조성물 전체 함량 중에서 600 내지 1100kg/m3이 사용될 수 있다. 여기서, 천연모래는 해변, 산, 강변 등에서 천연적으로 채취한 모래를 의미하며, 부순모래는 암석을 부수어서 만든 모래를 의미하고, 재생모래는 폐콘크리트를 부수어서 만든 모래를 의미할 수 있다.
본 발명에서 상기 잔골재의 함량이 600kg/m3 미만으로 포함되는 경우에는 제조되는 인공어초의 강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 1100kg/m3를 초과하여 포함되는 경우에는 제조되는 인공어초의 공극이 상대적으로 작아져 만족할 만한 투수계수 및 해초 서식용 공극이 생성되기 어렵고, 제조비용이 상승하는 문제가 발생할 수 있다.
상기 굵은골재는 천연 자갈이나 인공 쇄석이 사용될 수 있고, 상기 굵은골재는 콘크리트 조성물 전체 함량 중에서 800 내지 1200kg/m3이 사용될 수 있다. 이때, 상기 굵은골재는 입경이 8 내지 25mm 범위를 갖는 것이 바람직한데, 이는 상기 크기 범위의 입경을 갖는 굵은골재를 사용하면 고강도 무근콘크리트 구조물의 요철 표면에서 해조류의 식생에 더욱 적합한 공간 혹은 틈이 형성되기 때문이다. 더 바람직하게는 상기 굵은골재의 입경은 13mm 정도이다.
본 발명에서 상기 굵은골재의 함량이 800kg/m3 미만으로 포함되는 경우에는 제조되는 인공어초의 공극이 상대적으로 작아져 만족할 만한 투수계수 및 해초 서식용 공극이 생성되기 어렵고, 1200kg/m3를 초과하여 포함되는 경우에는 제조되는 인공어초의 강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있고 제조비용이 상승하는 문제가 발생할 수 있다.
상기 감수제는 시멘트의 분산 작용을 촉진함으로써 감수제가 사용되지 않은 경우에 비하여 감수율을 높일 수 있고, 제조되는 인공어초의 강도를 증가시킬 수 있는데, 상기 감수제로는 리그닌계 감수제, 나프탈렌계 감수제, 멜라민계 감수제 및 폴리카르본산계 감수제로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상이 사용될 수 있고, 상기 감수제의 구성은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 공지된 기술인바, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에서 상기 감수제는 콘크리트 조성물 전체 함량 중에서 3 내지 15kg/m3이 사용될 수 있는데, 상기 감수제의 함량이 3kg/m3 미만으로 포함되는 경우에는 상기 감수제의 효과가 미미할 수 있고, 15kg/m3을 초과하여 포함되는 경우에는 더 이상의 감수율의 증가가 현저하지 않을 수 있다.
상기 실리카 흄은 수밀성 향상, 고강도화, 분산성 및 감수효과를 위해 사용되는 혼화재로, 상기 실리카 흄은 콘크리트 조성물 전체 함량 중에서 3 내지 15kg/m3이 사용될 수 있다.
본 발명에서 상기 실리카 흄이 3kg/m3 미만으로 포함되는 경우에는 제조되는 인공어초의 만족할 만한 강도를 얻을 수 없고, 15kg/m3을 초과하여 포함되는 경우에는 점성에 의해 조성물들의 교반이 잘 이루어지지 않아 작업성이 나빠지는 문제가 발생할 수 있다.
상기 섬유는 인공어초의 균열에 대한 저항성 및 강도를 향상시키기 위하여 사용되는 것으로, 예를 들어, 상기 섬유는 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 셀루로오스 섬유, 유리 섬유 및 강섬유(steel fiber)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상이 사용될 수 있다.
본 발명에서 상기 섬유는 상기 콘크리트 조성물을 구성하는 시멘트 100 중량부에 대해 0.1 내지 3 중량부가 포함될 수 있는데, 상기 섬유의 함량이 0.1 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 균열에 대한 저항성 및 강도의 향상을 기대하기 어렵고, 3 중량부를 초과하여 포함되는 경우에는 이외의 조성물의 함유량이 상대적으로 적어 결속력이 약해져 강도의 저하가 발생할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 인공어초(100)에서 고강도 무근콘크리트 구조물을 제조하기 위한 콘크리트 조성물은 pH 저감제를 더 포함할 수 있다. 이러한 pH 저감제가 추가된 콘크리트 조성물은 제조되는 고강도 무근콘크리트 구조물 표면에서 용출되는 수소이온농도(pH)를 낮춤으로써, 해초 등의 식생이 용이하고 어패류의 성장을 촉진시키는 친환경의 인공어초를 제공할 수 있다. 참고로, 이러한 pH 저감제를 사용하지 않는 콘크리트 조성물로 제조된 고강도 콘크리트 구조물은 일반적으로 지속적으로 강 알칼리성의 수소이온을 용출하며 이러한 강 알칼리성 물질은 해조류의 식생에 부정적인 요소로 작용한다.
상기 pH 저감제는 킬레이트 수지(Chelate Resin)로 시멘트와 킬레이트 반응함으로써 상기 시멘트 성분의 용출을 억제하기 위하여 사용되는 것이다. 이러한 pH 저감제는 초기의 굳지 않은 콘크리트의 수소이온농도(pH)를 저감시킬 뿐만 아니라, 굳은 후에도 시간 경과에 따른 알칼리의 용출을 저감하여 콘크리트 표면에서 외부로 용출되는 수소이온농도(pH)를 감소시키는 역할을 수행할 수 있다.
본 발명에서 상기 pH 저감제는 0.5 내지 3kg/m3이 사용될 수 있는데, 상기 pH 저감제가 0.5kg/m3 미만으로 포함되는 경우에는 첨가되는 양이 적어 시멘트 성분의 용출을 억제하기 어려운 문제가 발생할 수 있고, 3kg/m3을 초과하여 포함되는 경우에는 더 이상의 현저한 효과의 상승을 기대하기 어려워 비효율적인 문제가 발생할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 인공어초에서 고강도 무근콘크리트 구조물을 제조하기 위한 콘크리트 조성물은 집어제(集魚製)를 더 포함할 수 있다. 상기 집어제는 물고기를 유인하는 혹은 모으는 효과가 있는 물질로, 예컨대 동물성 지방산, 식물성 지방산, 동물성 단백질 및 식물성 단백질 중 적어도 하나를 성분으로 포함할 수 있다. 이에 따라 본 발명은 더욱더 친환경적인 인공어초를 제공할 수 있다.
이하, 지금까지 설명한 콘크리트 조성물을 거푸집 내에 타설하여 제조한 본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 무근콘크리트 구조물의 인공어초에 대해 아래의 실험예들을 들어 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
< 실험예 1 >
물 155kg/m3, 시멘트 550kg/m3, 잔골재 650kg/m3, 굵은골재 1100kg/m3, 감수제 8.25kg/m3 및 실리카 흄 5.5kg/m3으로 이루어진 콘크리트 조성물에 상기 시멘트 100 중량부에 대해 섬유 1 중량부를 배합하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 무근콘크리트 구조물의 인공어초를 제조하였고, 이에 따른 인공어초의 물성을 실험한 후 그 결과를 아래의 [표 1]에 나타내었다.
| 항목 | Slump Flow (cm) |
Air content (%) |
압축강도(MPa) | |||
| 1일 | 3일 | 7일 | 28일 | |||
| 실험결과 | 65 | 0.9 | 18.5 | 45.2 | 69 | 75 |
위의 [표 1]을 참조하면, 섬유를 보강하여 배합한 본 발명의 일 실시예에 따른 인공어초는 강도가 40MPa 이상, 작업성(Slump Flow) 45cm 이상, 단위결합재 450kg/m3 이상, 공기량(Air content) 0.9%인 무근콘크리트를 제조할 수 있고, 이를 이용하여 고강도의 인공어초를 제조할 수 있음을 확인하였다.
< 실험예 2 >
물 155kg/m3, 시멘트 550kg/m3, 잔골재 650kg/m3, 굵은골재 1100kg/m3, 감수제 8.25kg/m3 및 실리카 흄 5.5kg/m3으로 이루어진 콘크리트 조성물에 상기 시멘트 100 중량부에 대해 pH 저감제 1 중량부를 배합하여 본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 무근콘크리트 구조물의 인공어초를 제조하였고, 이에 따른 따른 인공어초의 물성을 실험한 후 그 결과를 아래의 [표 2]에 나타내었다.
| 항목 | 수소이온농도 (pH) |
Slump flow (cm) |
Air content (%) |
압축강도(MPa) | |||
| 1일 | 3일 | 7일 | 28일 | ||||
| 실험결과 | 7.8 | 63 | 1.2 | 16.5 | 43 | 65 | 72 |
위의 [표 2]를 참조하면, pH 저감제를 추가로 배합한 본 발명의 일 실시예에 따른 인공어초는 수소이온농도(pH)가 9.0 이하, 강도가 40MPa 이상, 작업성(Slump Flow) 45cm 이상, 공기량(Air content) 1.2%인 무근콘크리트를 제조할 수 있고, 이를 이용하여 친환경의 고강도 인공어초를 제조할 수 있음을 확인하였다.
이상, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 일 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
이러한 맥락에서 본 명세서에서는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 인공어초에 한정하여 설명하였지만, 본 발명의 기술적 사상은 인공어초에 한정되지 아니하고 콘크리트 구조물로 제공되는 해양생태블록, 테트라포트, 하안블록, 호안블록 등의 수리 구조물 및 해양 구조물 전반에 걸쳐서 그대로 적용될 수 있는 것이다.
300 : 인공어초
310 : 콘크리트 구조물
320 : 요철 표면
310 : 콘크리트 구조물
320 : 요철 표면
Claims (19)
- 거푸집의 내면에 초지연제를 도포하는 단계;
상기 거푸집 내에 콘크리트를 타설하는 단계;
상기 콘크리트의 양생 후 상기 거푸집을 해체하여 콘크리트 구조물을 마련하는 단계; 및
상기 콘크리트 구조물의 표면에 대해 살수 작업을 실시하여 상기 콘크리트 구조물에 해조류가 식생하는 부분을 제공하기 위한 요철 표면을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 초지연제를 도포하는 단계에서, 상기 초지연제의 도포 두께를 변경하여 상기 콘크리트에서 시멘트의 응결지연 깊이를 조절하며,
상기 요철 표면을 형성하는 단계에서, 상기 살수 작업시 물의 분사 압력을 변경하여 상기 요철 표면에 있어서 상기 콘크리트의 골재가 외부로 노출되는 깊이를 조절하고,
상기 콘크리트 구조물은 철근을 사용하지 않고 40MPa 이상의 압축강도를 확보하는 고강도 무근콘크리트 구조물로 제공되며,
상기 콘크리트를 타설하는 단계는 상기 고강도 무근콘크리트 구조물을 제조하기 위해 물, 시멘트, 잔골재, 굵은골재, 감수제 및 실리카 흄을 포함하는 콘크리트 조성물을 상기 거푸집 내에 타설하고,
상기 콘크리트 조성물 전체 함량 중에서 상기 물은 125 내지 185kg/m3, 상기 시멘트는 450 내지 750kg/m3, 상기 잔골재는 모래로 600 내지 1100kg/m3, 상기 굵은골재는 800 내지 1200kg/m3, 상기 감수제는 3 내지 15kg/m3, 상기 실리카 흄은 3 내지 15kg/m3이 사용되며,
상기 콘크리트 조성물은 섬유를 더 포함하되, 상기 섬유는 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 셀루로오스 섬유, 유리 섬유 및 강섬유로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상이 사용되고, 상기 콘크리트 조성물을 구성하는 상기 시멘트 100 중량부에 대해 0.1 내지 3 중량부가 포함되고,
상기 콘크리트 조성물은 pH 저감제를 더 포함하되, 상기 pH 저감제는 0.5 내지 3kg/m3이 사용되며,
상기 콘크리트 조성물은 집어제(集魚製)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 요철 표면이 형성된 콘크리트 구조물의 인공어초 제조방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 초지연제를 도포하는 단계에서,
상기 요철 표면이 상기 콘크리트 구조물의 일 부분에만 형성되도록, 상기 초지연제는 상기 거푸집의 내면의 일 부분에만 선택적으로 도포되는 것을 특징으로 하는 요철 표면이 형성된 콘크리트 구조물의 인공어초 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 초지연제는 단당류, 다당류, 카르복실기(-COOH)를 갖는 화합물, 하이드록실기(-OH)를 갖는 화합물, 인(P)을 함유한 산류 중 적어도 하나를 물에 배합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 요철 표면이 형성된 콘크리트 구조물의 인공어초 제조방법.
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- 제1항에 있어서,
상기 콘크리트 조성물에서 상기 굵은골재는 입경이 8 내지 25mm 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 요철 표면이 형성된 콘크리트 구조물의 인공어초 제조방법.
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- 제1항에 기재된 인공어초 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 요철 표면이 형성된 콘크리트 구조물의 인공어초.
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| KR1020160123171A KR101785865B1 (ko) | 2016-09-26 | 2016-09-26 | 요철 표면이 형성된 콘크리트 구조물의 인공어초 및 이의 제조방법 |
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| CN108558280A (zh) * | 2018-01-18 | 2018-09-21 | 成都建工赛利混凝土有限公司 | 清水混凝土及其制备工艺 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2002125511A (ja) * | 2000-10-31 | 2002-05-08 | Sakuragi Shokai:Kk | 漁 礁 |
| JP2002241154A (ja) * | 2001-02-14 | 2002-08-28 | National Institute For Rural Engineering | セメント組成物 |
| JP2004041066A (ja) * | 2002-07-11 | 2004-02-12 | Sumitomo Mitsui Construction Co Ltd | 藻場造成用コンクリート構造体及び藻場造成用コンクリート構造体の形成方法 |
-
2016
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