KR20170032989A - 수중 구조물 - Google Patents

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KR20170032989A
KR20170032989A KR1020150130730A KR20150130730A KR20170032989A KR 20170032989 A KR20170032989 A KR 20170032989A KR 1020150130730 A KR1020150130730 A KR 1020150130730A KR 20150130730 A KR20150130730 A KR 20150130730A KR 20170032989 A KR20170032989 A KR 20170032989A
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Abstract

본 발명은 수중 구조물에 관한 것으로서, 수중 구조물은 적어도 일부에 풍쇄 슬래그와, 결합재의 혼합물을 포함하도록 제작되어, 환경 오염을 억제 혹은 방지할 수 있고, 슬래그 재활용도를 높일 수 있으며, 처리 비용을 감소시킬 수 있다.

Description

수중 구조물{Submerged Equipment}
본 발명은 수중 구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 풍쇄 슬래그를 이용하여 제조된 수중 구조물에 관한 것이다.
근래에 들어 연근해 어장에 대한 바다 목장화 사업을 추진하고 있으며, 그 사업의 일환으로 인공어초 사업을 지속적으로 실행하고 있다. 인공어초(人工魚礁)는 바다에 고기집을 만들어 놓는 것으로, 보통 형상과 재질을 자연초에 가깝도록 인위적으로 제조하여 어초의 음영효과, 먹이제공효과, 소용돌이 효과 및 은신처 효과를 극대화하여 어패류의 생산성을 향상시키는 구조물이다.
즉, 인공어초는 연안 수역의 수산 자원 증대를 위한 인공적인 구조물로, 어류 및 패류의 산란 및 서식장소로 제공되고, 어린 물고기들을 보호ㆍ육성할 수 있는 은신처로 제공되는 것이다. 따라서 이러한 인공어초를 시설한 해역에는 식물성과 동물성 플랑크톤이 대량발생 하게 되는 것은 물론, 고기의 도피처와 산란장소가 마련돼 새로운 어장을 형성하면서 어획량이 2배 이상 늘어나는 효과가 나타나고 있다.
전라남도지역 어민을 대상으로 한 설문조사를 보면, 전체 응답자 중 92%가 인공어초 투하가 소득향상에 기여한다고 하였다. 즉 연중 지속적으로 어획량이 안정되고 고급 어종들이 많이 어획된다는 것이다. 이와 같이 인공 어초가 지속적인 실험과 관찰을 통해 그 효과가 우수한 것으로 입증되면서 어족자원 보호를 위한 인공어초사업과 인공어초에 대한 기술적인 연구가 점차 증가하고 있다.
이러한 인공어초는 수심 20m보다 얕은 수역에 설치되는 블록어초와, 수심 20~50m에 설치되는 근해용 어초로 구분되고, 연안(沿岸)용 어초는 패류 및 해조류등 부착생물과, 치어(稚魚) 등 어린 물고기를 주대상으로 하며, 근해(近海)용 어초는 조류(潮流)가 어초에 부딪히면서 용승류 및 와류가 발생하고 이를 통해 해저면에 쌓여 있던 영양염을 상층부로 이동시켜 각종 플랑크톤이 대량 번식할 수 있게 하는 환경을 조성하여 연안어장의 생산력을 높이게 된다.
초기, 인공어초의 재질은 콘크리트를 주로 사용했으나 근래에 들어 여러 재질들이 다양화되었지만 성형이 쉽고, 해양의 이온화를 일으키는 강제로 대체되고 있는 추세이다. 상기 강제어초는 주로 형강들을 일정한 형상으로 조립하게 되는데 다수의 형강을 정방형이나 다각형으로 틀을 짜서 체결하여 상기 다수의 틀을 다단으로 쌓아 올려 정글 짐(JUNGLE GYM)과 유사한 형태로 제작하게 된다. 이러한 강제어초는 다양한 구조로 제작할 수 있을 뿐만 아니라, 콘크리트의 어초보다 하중이 가볍기 때문에 선적 후 투하장소까지의 이동이 용이하며, 시간이 지나 강재의 부식에 따른 수질의 이온화로 인해 해양 수질에 용해된다는 장점이 있다.
그러나 이러한 종래의 강제 어초는 금속을 재료로 하고 인위적인 형태를 구성하기 때문에 부착성 생물이 부착할 수 있는 면적이 극히 제한적이며 그 무게가 가벼워 안정성이 떨어지는 문제가 있고, 또 콘크리트 소재의 인공어초는 시간이 흐르면 콘크리트가 용출되어 어초로서의 기능을 유지하지 못할 뿐만 아니라 일정한 크기의 입방체로 된 단순한 형태로 인해 공간 활용이 극대화되지 못하는 문제가 있다.
KR 2013-0052415A KR 2011-0113717A
본 발명은 풍쇄 슬래그를 포함하는 수중 구조물을 제공한다.
본 발명은 유해 화합물의 용출을 억제하여 환경 오염을 방지할 수 있는 수중 구조물을 블록을 제공한다.
본 발명은 제강 슬래그를 재활용하여 제조 비용을 절감할 수 있는 수중 구조물을 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 수중 구조물은, 적어도 일부에 풍쇄 슬래그와, 결합재의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 풍쇄 슬래그와 결합재는 1 : 1 내지 1 : 2의 부피비로 배합될 수 있다.
상기 결합재는 합성 수지를 포함할 수 있다.
상기 합성 수지는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 수중 구조물은 코어부와, 상기 코어부를 둘러싸는 표면부를 포함하며, 상기 표면부는 풍쇄 슬래그와 결합재를 포함하여 형성될 수 있다.
상기 코어부는 콘크리트를 포함할 수 있다.
상기 코어부는 폐 수중 구조물을 포함할 수 있다.
상기 표면부는 상기 코어부의 표면에 10 내지 100㎜의 두께로 형성될 수 있다.
상기 수중 구조물은 어초 및 테트라포트 중 어느 하나일 수 있다.
상기 어초는 적어도 일부에 풍쇄 슬래그와, 결합재의 혼합물을 포함하여 형성되고 복수의 요홈이 형성되는 구형 블록과, 상기 요홈에 삽입되어 복수의 구형 블록을 상호 연결하는 연결부재를 포함할 수 있다.
상기 연결부재는 철근을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 급속 냉각되어 안정화된 조직을 갖는 풍쇄 슬래그를 이용하여 수중 구조물을 제조함으로써 기존 콘크리트 재질의 수중 구조물에서 유해 화합물이 용출되는 것을 억제 혹은 방지할 수 있다. 또한, 수중에 장기간 유지되면서 철 성분에 의한 수질의 이온화로 수중 생물의 생장에 도움을 줄 수 있다. 그리고 비교적 고가의 콘크리트를 풍쇄 슬래그로 대체함으로써 블록 제조에 소요되는 비용을 절감하는 동시에, 슬래그의 처리 비용도 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수중 구조물을 보여주는 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 수중 구조물을 구성하는 블록을 보여주는 사시도 및 단면도.
도 3은 본 발명의 변형 예에 따른 블록의 내부 구조를 보여주는 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 수중 구조물의 다른 예를 보여주는 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
본 발명에 따른 수중 구조물은 적어도 일부가 풍쇄 슬래그와 결합재를 포함하여 형성될 수 있다. 수중 구조물은 전체가 풍쇄 슬래그와 결합재의 혼합물로 형성될 수도 있고, 일부를 풍쇄 슬래그와 결합재의 혼합물을 이용하여 소정의 형상, 예컨대 블록, 플레이트, 바(bar) 형상을 형성한 후 별도의 연결부재로 결합하여 형성될 수도 있다. 이때, 블록은 다면체 구조나 구형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있고, 플레이트는 다각형, 원형 등으로 형성될 수 있다. 이하에서는 수중 구조물은 어초이고, 구형 블록으로 형성된 예에 대해서 설명한다.
종래에는 수중 구조물을 형성하는 경우 일정량의 시멘트, 모래, 자갈 등과 물을 혼합한 콘크리트를 소정 형상의 거푸집에 부어 양생하여 생산하였다. 그러나 콘크리트의 경우 물과 장기간 접촉하면 CaO 성분 등과 같은 유해화합물이 용출되어 수질을 오염시키는 문제점이 있었다. 따라서 본 발명에서는 콘크리트의 사용량을 감소시키거나, 또는 이를 대체하여 수중 구조물을 형성함으로써 유해화합물에 의한 환경 오염을 억제 혹은 방지할 수 있다. 이에 본 발명에서는 수중 구조물을 형성함에 있어 콘크리트를 대체하여 일명 급냉 안정화 슬래그라 불리우는 풍쇄 슬래그를 사용한다.
풍쇄 슬래그는 물입자가 혼입된 공기를 일정한 송풍 압력으로 분무하여 분무지역을 형성하고 상기의 분무지역에 용융상태의 제강슬래그를 직접 통과시키는 '아토마이징 공정’을 통해 스피넬 구조를 갖는 강도와 경도가 매우 높은 결정체이다.
풍쇄슬래그는 입경이 0.001 내지 5.0㎜까지 다양한 크기를 갖는 구형(求刑)으로 생성된다. 풍쇄 슬래그는 기존의 제강 슬래그, 예컨대 수쇄 슬래그의 주요 화학적 성분인 FeO, Fe2O3, SiO2, CaO, MgO 등을 포함하고 있지만, 제조 상의 특징, 즉 고압 공기를 통한 급속 냉각을 통해 CaO의 화합물은 디칼슘 페라이트(Dicalcium Ferrite, 2CaO·Fe2O3)와 라르나이트(Larnite, β-2CaO·SiO2)를 형성하게 된다. 이와 같이 고속으로 급냉시킨 제강 슬래그, 즉 풍쇄 슬래그의 화학성분은 기존의 수쇄 슬래그와 같이 CaO, Fe2O3, SiO2가 주성분을 이루지만, Free CaO가 Fe2O3 및 SiO2와 반응하여 안정한 상태, 즉 스피넬 구조로 존재하여 유해 화합물이 거의 용출되지 않는다. 여기에서 스피넬 구조는 AB2O4의 일반식으로 나타낼 수 있으며, 정팔면체의 외형에 입방정 구조로서 산소 원자가 거의 입방 최밀 패킹으로 충진되어 이들 팔면체 속에 산소원자 6개에 포위된 B 원자, 사면체 속에 산소원자 4개로 포위된 A원자로 이루어진 구조이다. 이러한 스피넬 구조는 유리와 같은 광택을 지니고 높은 굴절율을 갖는 특징이 있다. 이들 중 색이 없고 투명한 것은 보석으로 사용될 정도로 아주 견고하고 내풍화성과 내식성이 강하다. 또한, 스피넬 구조는 화학반응에 필요한 이온이나 전자의 이동이 어렵기 때문에 안정된 화합물을 이루고 풍화가 같은 화학적, 물리적 요인에 대해 매우 강한 저항성을 갖는다.
이와 같은 풍쇄 슬래그는 이미 납, 구리, 비소, 수은, 카드뮴, 크롬, 시안 등 유해한 중금속의 용출실험에서 어떠한 것도 검출되지 않은 안전하고 무해한 청정재료임이 입증되었으며, 특히 견고하게 유리화된 표면특성상 어떠한 중금속 용출이나 자체팽창이 전혀 나타나지 않으므로 환경부에서 폐기물이 아닌 무공해 청정재료라는 인증을 받았다.
이에 본 발명에서는 콘크리트를 풍쇄 슬래그로 대체하여 수중 구조물을 형성함으로써 콘크리트로부터 용출되는 유해물질에 의해 수질이 오염되는 것을 억제하고, 그에 따라 유해물질에 의해 수중 생물의 생장에 영향을 미치는 것을 억제 혹은 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수중 구조물을 보여주는 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 수중 구조물을 구성하는 블록을 보여주는 사시도 및 단면도이고, 도 3은 본 발명의 변형 예에 따른 블록의 내부 구조를 보여주는 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 수중 구조물의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 수중 구조물, 예컨대 어초는 구형 블록(30)과, 바 형상의 연결부재(20)를 포함할 수 있다. 수중 구조물은 복수의 구형 블록(30)과 복수의 연결부재(20)를 상호 연결하여 수평방향이나 상하방향으로 적층하여 구성될 수 있다. 수중 구조물은 예컨대 구형 블록(30)과 연결부재(20)를 상호 연결하여 수중에서 분자 모델 형상으로 설치될 수 있다.
도 2를 참조하면, 구형 블록(30)은 풍쇄 슬래그와 결합재를 포함하여 형성된 것으로, 복수의 요홈(32)이 형성될 수 있다. 요홈(32)은 구형 블록(30)의 표면으로부터 중심부를 향하도록 형성될 수 있다. 요홈(32)에는 구형 블록(30)의 상호 연결을 위한 연결부재(20)가 삽입될 수 있다. 그리고 연결부재(20)가 삽입되지 않는 요홈(32)은 수중 생물의 은신처나 산란장소로 사용될 수 있다.
구형 블록(30)은 전체가 풍쇄 슬래그와 결합재의 혼합물로 형성될 수 있다. 또는, 구형 블록(30)은 도 3에 도시된 바와 같이 적어도 일부가 풍쇄 슬래그와 결합재의 혼합물을 이용하여 형성될 수도 있다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 구형 블록(30) 전체를 풍쇄 슬래그를 포함하도록 형성하는 경우에는 다음과 같이 제조될 수 있다.
풍쇄 슬래그는 전술한 바와 같이 구형 입자로 형성되어 있기 때문에 이들 풍쇄 슬래그를 상호 결합시키기 위한 결합재가 요구된다. 결합재로는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지 등과 같은 합성 수지가 사용될 수 있다. 풍쇄 슬래그와 결합재는 1 : 1 내지 1 : 2 정도의 부피비를 갖도록 사용될 수 있다. 이때, 결합재의 양이 제시된 범위보다 적은 경우에는 풍쇄 슬래그 입자를 견고하게 결합시키기 어려워 제조되는 구형 블록(30)의 성형성 및 강도가 저하될 수 있다. 또한, 결합재의 양이 제시된 범위보다 많은 경우에는 강도가 높은 풍쇄 슬래그의 양이 적어 구형 블록(30)의 강도가 저하될 수 있으며 내구성도 저하될 수 있다. 또한, 결합재의 양이 제시된 범위보다 많은 경우에는 풍쇄 슬래그의 양이 적어져 구형 블록(30)이 수중에서 안정적인 자세를 유지하기 어렵다. 즉, 풍쇄 슬래그에는 철 성분이 다량 함유되어 있는데, 철 성분은 결합재보다 비중이 높아 그 함량이 적어지면 구형 블록(30)의 하중이 감소하여 물의 유동에 의해 안정적인 자세를 유지하기 어렵다. 따라서 수중의 가혹한 환경에서 안정적인 자세를 유지하기 위해서는 제시된 범위 내의 풍쇄 슬래그를 사용하여 구형 블록(30)을 형성하는 것이 좋다.
이와 같이 풍쇄 슬래그와 결합재의 혼합물이 마련되면, 구형 블록(30) 형성을 위한 거푸집에 혼합물을 주입하고 경화시킨다. 이후, 혼합물이 경화되어 구형 블록(30)이 형성되면, 거푸집으로부터 구형 블록(30)을 인출한다. 그리고 사용되는 합성 수지의 종류에 따라 자외선을 조사하거나 열을 가하여 견고하게 경화시킬 수 있다.
그리고 도 3에 도시된 바와 같이 구형 블록(30)의 일부에 풍쇄 슬래그를 포함시키는 경우는 다음과 같이 제조할 수 있다.
구형 블록(30)은 코어부(30a)와, 코어부(30a)를 감싸는 표면부(30b)를 포함할 수 있다. 이때, 코어부(30a)는 콘크리트를 이용하여 제조할 수 있다.
그리고 표면부(30b)는 앞에서 설명한 바와 같이 풍쇄 슬래그와 결합재의 혼합물을 이용하여 형성할 수 있다. 이때, 표면부(30b)는 다양한 방법으로 형성할 수 있으며, 예컨대 혼합물을 코어부(30a)의 표면에 도포하거나, 거푸집 내에 혼합물을 주입한 후 코어부(30a)를 거푸집 내에 투입하여 혼합물 내에 침적시킨 후 경화시킬 수 있다. 이에 코어부(30a) 표면에는 풍쇄 슬래그를 포함하는 표면부(30b)가 형성될 수 있다. 표면부(30b)는 적어도 10 내지 100㎜ 정도의 두께를 갖도록 형성될 수 있으며, 표면부(30b)의 두께가 제시된 범위보다 적은 경우에는 코어부(30a)를 충분하게 감싸기 어렵고, 표면부(30b)가 마모 또는 소실되기 쉽다. 이와 같이 풍쇄 슬래그를 포함하는 표면부(30b)를 형성하는 경우에는 기존에 콘크리트 재질의 수중 구조물의 표면에 고분자 수지를 이용하여 피막을 형성할 때보다 강도가 향상되어 그 수명을 향상시킬 수 있다.
표면부(30b)는 구형 블록(30)의 요홈(32) 내부에도 형성될 수 있다. 이는 코어부(30a)가 콘크리트로 제조되는 경우 요홈(32)을 통해 유해물질이 수중으로 용출될 수 있기 때문이다.
이렇게 제조된 구형 블록(30)의 표면은 풍쇄 슬래그 입자에 의해 요철 구조, 예컨대 엠보싱 형상이 형성될 수 있다. 이에 패류, 해조류 등 부착생물의 서식이 용이하다.
연결부재(20)는 구형 블록(30)을 상호 연결하기 위한 것으로, 구형 블록(30)의 요홈(32)에 삽입될 수 있다. 연결부재(20)는 구형 블록(30)을 안정적으로 지지할 수 있는 재질이 사용될 수 있으며, 예컨대 철근이 사용될 수 있다.
또한, 이상에서는 수중 구조물로서 어초에 대해 설명하였으나, 풍쇄 슬래그를 이용하여 도 4에 도시된 바와 같은 테트라포트를 형성할 수도 있다. 이 경우, 테트라포트 전체를 풍쇄 슬래그와 결합재의 혼합물을 이용하여 형성할 수도 있으나, 테트라포트의 일부를 풍쇄 슬래그와 결합재의 혼합물로 형성할 수도 있다. 이 경우 기존에 사용되던 콘크리트 재질의 테트라포트를 코어부로 사용하고, 그 표면에 풍쇄 슬래그와 결합재의 혼합물을 도포하여 표면층을 형성할 수 있다.
이와 같이 수중 구조물을 제강 슬래그, 즉 급속 냉각되어 안정화된 조직을 갖는 풍쇄 슬래그를 포함하도록 형성함으로써 기존에 콘크리트 재질의 수중 구조물에서 유해 화합물이 용출되는 것을 억제 혹은 방지할 수 있다. 또한, 비교적 고가의 콘크리트를 풍쇄 슬래그로 대체함으로써 수중 구조물 제조에 소요되는 비용도 절감할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예와 비교예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않고 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 기재된 실시예들은 본 발명의 청구범위 내에 속하게 된다.
20: 연결부재 30: 구형 블록
30a: 코어부 30b: 표면부
32: 요홈

Claims (11)

  1. 적어도 일부에 풍쇄 슬래그와, 결합재의 혼합물을 포함하는 수중 구조물.
  2. 청구항 1 에 있어서,
    상기 풍쇄 슬래그와 결합재는 1 : 1 내지 1 : 2의 부피비로 배합되는 수중 구조물.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 결합재는 합성 수지를 포함하는 수중 구조물.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 합성 수지는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지 중 적어도 어느 하나를 포함하는 수중 구조물.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 수중 구조물은 코어부와, 상기 코어부를 둘러싸는 표면부를 포함하며,
    상기 표면부는 풍쇄 슬래그와 결합재를 포함하여 형성되는 수중 구조물.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 코어부는 콘크리트를 포함하는 수중 구조물.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 코어부는 폐 수중 구조물을 포함하는 수중 구조물.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 표면부는 상기 코어부의 표면에 10 내지 100㎜의 두께로 형성되는 수중 구조물.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수중 구조물은 어초 및 테트라포트 중 어느 하나인 수중 구조물.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 어초는 적어도 일부에 풍쇄 슬래그와, 결합재의 혼합물을 포함하여 형성되고 복수의 요홈이 형성되는 구형 블록과, 상기 요홈에 삽입되어 복수의 구형 블록을 상호 연결하는 연결부재를 포함하는 수중 구조물.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 연결부재는 철근을 포함하는 수중 구조물.
KR1020150130730A 2015-09-16 2015-09-16 수중 구조물 KR101821248B1 (ko)

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