KR20210050798A - 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 공법 - Google Patents

박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 공법 Download PDF

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Abstract

박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 재료 및 이를 이용한 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 공법으로서, 콘크리트 구조물 또는 철근 콘크리트 구조물의 균열보수, 면 보수, 황산 부식방지 보수, 중성화방지 보수, 염해방지보수, 단면복구 보수 또는 철근 부식 보수 공사에 적용할 수 있고, 콘크리트로의 열화 인자 접근 차단 및 내구성을 향상시킬 수 있는 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 재료 및 이를 이용한 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 공법이 개시된다. 본 발명은 결합재 및 박테리아가 고정된 다공성 재료를 포함하는 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수용 재료를 제공하고자 한다.

Description

박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 공법{Bacteria-based ecological cement concrete repair method}
본 발명은 콘크리트 단면보수 공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 공법에 관한 것이다.
일반적으로 철근 콘크리트 구조물은 동결융해, 염해, 황산 침식 등에 의해 손상을 입게 되며 손상이 심한 경우에는 피복 콘크리트가 탈락하고 철근이 부식되어 그 내구성 및 내하력이 저하되는 문제를 유발한다. 이는 결과적으로 구조물의 사용 연한이 감소됨을 의미하는데, 이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로서 종래에서는 단면 보수재를 이용한 열화 단면의 부분적인 복구 및 피복 코팅 등의 공법이 적용되고 있다. 하지만, 일반 시멘트 모르타르를 이용한 단면 보수를 실시하는 경우 보수 모르타르도 여전히 염해 및 황산 침식에 의해 노출되어 있으며, 이는 결국 그 보수효과와 구조물 내구연한 증가효과가 미미할 수 있다. 유기계 재료를 이용한 단면 보수의 경우 고가의 재료 사용에 따른 재료비 상승과 함께 환경오염의 문제점을 내포할 뿐만 아니라 보수 대상 구조물의 콘크리트와 상이한 열팽창계수 탄성계수를 가져 적용 단면에서 쉽게 탈락하는 문제가 있다. 유기 폴리머 및 에폭시 접착제와 탄소섬유 시트 등을 이용한 단면보수는 콘크리트 면의 불량 또는 응력집중이 생겨 탄소섬유 시트가 일부 들뜸 현상이 발생하게 되면 그 들뜸이 전체적으로 쉽게 확장되어 보수효과가 급격히 떨어지는 경우도 많다.
더불어, 생·화학적 열화에 노출된 하수암거 박스 등의 지중 구조물의 경우에는 단면 복구를 위하여 열화단면을 제거한 후, 단면 보수재를 시공하기 전에 균열 처리 및 흡수성 방지제 도포와 방청처리 등의 부수적인 공정이 발생되기 때문에 공기 단축 및 인건비 절약 측면에서도 매우 불리하다.
등록특허 제1779935호는 슬라임 형성이 가능한 박테리아를 이용한 박테리아 슬라임 기반의 코팅재로서, 슬라임 형성 박테리아를 흡착시킨 흡착재 및 결합재를 포함하는 코팅재를 개시하고 있으나, 열화 콘크리트 단면보수용 재료의 특정 배합비에 대하여는 명확하게 제시하고 있지 않다.
등록특허 제0909997호는 유용미생물을 포함하는 친환경 내산보수모르타르 조성물 및 바탕조정재가 필요없는 친환경 내산표면보호제 조성물과 이를 이용하여 콘크리트구조물의 내산성, 내부식성, 내구성 및 친환경성을 대폭 향상시키는 보수공법을 개시하고 있으나, 열화 콘크리트 단면보수용 재료의 특정 배합비에 대하여는 명확하게 제시하고 있지 않다.
따라서, 본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 재료 및 이를 이용한 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 공법으로서, 콘크리트 구조물 또는 철근 콘크리트 구조물의 균열보수, 면 보수, 황산 부식방지 보수, 중성화방지 보수, 염해방지보수, 단면복구 보수 또는 철근 부식 보수 공사에 적용할 수 있고, 콘크리트로의 열화 인자 접근 차단 및 내구성을 향상시킬 수 있는 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 재료 및 이를 이용한 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 공법을 제공하고자 한다.
본 발명에 따르면, 결합재 및 박테리아가 고정된 다공성 재료를 포함하는 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수용 재료를 제공한다.
또한, 상기 결합재는 1종 보통포틀랜드 시멘트 20~50중량%, 플라이애시 5∼35중량% 및 고로슬래그 30∼60중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 재료를 제공한다.
또한, 상기 결합재는 EVA계 폴리머 분말을 폴리머-결합재비(polymer to binder ratio, P/B) 3∼20% 중량으로 포함하는 것을 특징으로 하는 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수용 재료를 제공한다.
또한, 상기 박테리아는 로도박터 캡슐라투스(Rhodobacter capsulatus), 로도박터 블라스티쿠스(Rhodobacter blasticus), 로도박터 스페로이데스(Rhodobacter sphaeroides), 로도슈도모나스 팔루스트리스(Rhodopseudomonas palustris) 및 루브리비바스 겔라티노수스(Rubrivivax gelatinosus)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수용 재료를 제공한다.
또한, 상기 박테리아가 고정된 다공성 재료의 함량은 모르타르 25kg을 기준으로 0.1~3kg인 것을 특징으로 하는 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 재료를 제공한다.
또한, 상기 박테리아는 107~1011 cell/㎖ 농도로 배양되는 것을 특징으로 하는 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 재료를 제공한다.
또한, 본 발명은 다른 과제를 해결하기 위하여 박테리아가 배양된 배양액을 제조하는 단계; 상기 배양액에 다공성 재료를 침지시키는 단계; 및 결합재에 상기 다공성 재료 및 물을 혼합하여 양생하는 단계;를 포함하는 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 재료 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 침지는 음압 조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 재료 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 음압 조건은 10~120분 동안 50torr 이하를 유지하는 것을 특징으로 하는 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 재료 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 또 다른 과제를 해결하기 위하여 상기 단면보수용 재료를 이용한 열화 콘크리트 단면보수 공법으로, 상기 결합재 15.5∼77.5 kg/m2 및 상기 배양액이 고정된 다공성 재료 0.6∼3.0 kg/m2을 소요량으로 하여 열화 콘크리트 단면에 10~50mm 두께로 미장 시공 또는 스프레이 시공하여 수행되는 것을 특징으로 하는 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 공법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 결합재, 박테리아 배양액이 음압 조건에서 고정된 다공성 재료 및 물로 구성된 열화 콘크리트 단면보수용 재료를 특정 배합비로 배합함으로써 콘크리트 구조물 및 철근 콘크리트 구조물의 보수효과에 대한 지속성이 유지되고, 박테리아의 생태학적 보호 효과에 의한 구조물의 유지관리 효율성 향상되며, 흡수성 방지제, 프라이머 도포 등의 보수 공정 생략에 의한 공사원가 절감 및 공기 단축이 가능한 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 재료 및 이를 이용한 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 공법을 제공할 수 있다.
도 1a는 본 발명에서 박테리아 음압 고정화가 수행되는 멸균 컨테이너의 정면을 예시적으로 나타낸 도면,
도 1b는 본 발명에서 박테리아 음압 고정화가 수행되는 멸균 컨테이너의 측면을 예시적으로 나타낸 도면,
도 1c는 본 발명에서 박테리아 미생물 음압 고정화가 수행되는 멸균 컨테이너의 윗면을 예시적으로 나타낸 도면,
도 1d는 본 발명에서 박테리아 미생물 음압 고정화가 수행되는 멸균 컨테이너의 뒷면을 예시적으로 나타낸 도면,
도 1e는 본 발명에서 박테리아 미생물 음압 고정화가 수행되는 멸균 컨테이너에 다공성 재료가 침지된 배양액 통이 설치된 모습을 예시적으로 나타낸 도면,
도 2는 종래 발명에 따라 흡착재가 침지된 통을 나타낸 도면이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 발명자들은 철근 콘크리트 구조물이 동결융해, 염해, 황산 침식 등으로 손상을 입게 되어 피복 콘크리트가 탈락하고 철근이 부식되어 내구성 및 내하력이 저하됨으로써 구조물의 사용연한이 감소되는 문제점을 해결하기 위하여 예의 연구를 거듭한 결과, 결합재, 박테리아 배양액이 음압 조건에서 고정된 다공성 재료 및 물로 구성된 열화 콘크리트 단면보수용 재료를 특정 배합비로 배합함으로써 콘크리트 구조물 및 철근 콘크리트 구조물의 보수효과에 대한 지속성이 유지되고, 박테리아의 생태학적 보호 효과에 의한 구조물의 유지관리 효율성 향상되며, 흡수성 방지제, 프라이머 도포 등의 보수 공정 생략에 의한 공사원가 절감 및 공기 단축이 가능하다는 것을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.
따라서, 본 발명은 결합재 및 박테리아가 고정된 다공성 재료를 포함하는 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수용 재료를 개시한다.
본 발명에서 상기 결합재는 1종 보통포틀랜드 시멘트 20~50중량%, 플라이애시 5∼35중량% 및 고로슬래그 30∼60중량%를 포함할 수 있고, 바람직하게는 상기 결합재는 1종 보통포틀랜드 시멘트 30~40중량%, 플라이애시 15∼25중량% 및 고로슬래그 40∼50중량%를 포함할 수 있다.
상기 결합재의 중량 범위를 벗어나는 경우, 보수재의 유동성, 응결시간 및 접착성능 발현에 불리할 수 있다.
본 발명에서 상기 결합재는 접착 성능 향상을 위하여 EVA계 폴리머 분말을 포함할 수 있고, 상기 결합재에 상기 EVA계 폴리머 분말은 폴리머-결합재비(polymer to binder ratio, P/B) 3~20% 중량으로 포함될 수 있고, 바람직하게는 5~15% 중량으로 포함될 수 있다.
상기 EVA계 폴리머 분말이 폴리머-결합재비(polymer to binder ratio, P/B) 3% 중량비 미만으로 상기 결합재에 포함되면 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수용 재료의 접착성능이 저하될 수 있고, 20% 중량비를 초과하면 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수용 재료의 경화성능이 저하될 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 결합재에 골재가 혼합되어 모르타르를 제조할수 있고, 상기 골재는 잔골재일 수 있다. 상기 잔골재는 규사(silica sand)일 수 있으며, 상기 잔골재는 0.05~0.017mm, 0.017~0.025mm 및 0.025~0.7mm의 입경을 갖는 재료를 각각 동일한 질량비로 혼합하여 사용될 수 있고, 잔골재-결합재비(sand to binder ratio, S/B)는 0.5~3.5일 수 있고, 바람직하게는 1.5~2.5일 수 있다.
상기 잔골재-결합재비가 0.5 미만이면 과다한 결합재 사용에 의한 부배합이 될 수 있고, 상기 잔골재-결합재비가 3.5를 초과하면 보수재 경화를 위한 결합재의 부족으로 압축강도, 접착강도 등의 발현에 불리할 수 있다.
본 발명의 다른 양태로 박테리아가 배양된 배양액을 제조하는 단계; 상기 배양액에 다공성 재료를 침지시키는 단계; 및 결합재에 상기 다공성 재료 및 물을 혼합하여 양생하는 단계;를 포함하는 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 재료 제조방법을 개시한다.
또한, 본 발명에서는 한국등록특허 제1859211호 및 제17779935호에 개시된 내용은 모두 본 발명을 위한 참고자료가 될 수 있다.
상기 박테리아가 배양된 배양액을 제조하는 단계는 일정 농도 이상의 박테리아를 다공성 재료에 고정시키기 위하여 박테리아를 배양하는 단계이다.
본 발명에서 상기 박테리아는 음압 조건에서 다공성 재료를 이용한 침지 과정에 적합한 박테리아로서 콘크리트에 자기정화 및 자기생육 능력 부여가 가능한 호열성 및 호염기 박테리아로서 고온의 환경(40~50℃) 및 알칼리성 환경(pH 4~10)에서 생장이 가능하며 수질정화 및 질소고정에 의한 유기농법도 가능한 종이 사용되며, 상기 박테리아는 로도박터 캡슐라투스(Rhodobacter capsulatus), 로도박터 블라스티쿠스(Rhodobacter blasticus), 로도박터 스페로이데스(Rhodobacter sphaeroides), 로도슈도모나스 팔루스트리스(Rhodopseudomonas palustris) 및 루브리비바스 겔라티노수스(Rubrivivax gelatinosus)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 박테리아가 사용될 수 있다.
본 발명에서 상기 로도박터 캡슐라투스(Rhodobacter capsulatus)(수탁번호 KCTC2583, ATCC17015, DSMZ1710 등), 로도박터 블라스티쿠스(Rhodobacter blasticus)(수탁번호 KCTC15056, DSM2131 등), 로도박터 스페로이데스(Rhodobacter sphaeroides)(수탁번호 KCTC1434, ATCC11167, ATCC11690, DSM158 등), 로도슈도모나스 팔루스트리스(Rhodopseudomonas palustris)(수탁번호 KCTC32134, ATCC11168, CIP103513, DSM123 등) 및 루브리비바스 겔라티노수스(Rubrivivax gelatinosus)(수탁번호 KCTC15057, ATCC11169, DSM1709 등)는 공지된 균주로 알려져 있으며, 예컨대, 미국 미생물 보존센터(American Type Culture Collection), 생물자원센터, 산업 및 해양 박테리아 주식회사(NCIMB)에서 로도박터 캡슐라투스(Rhodobacter capsulatus)(ATCC 11166), 로도박터 블라스티쿠스(Rhodobacter blasticus)(NCIMB11576), 로도박터 스페로이데스(Rhodobacter sphaeroides)(ATCC17023), 로도슈도모나스 팔루스트리스(Rhodopseudomonas palustris)(ATCC17001) 및 루브리비바스 겔라티노수스(Rubrivivax gelatinosus)(NCIMB8290)를 분양받을 수 있다.
여기서, 본 발명에서는 상기 박테리아의 최적 배양환경을 조성하기 위하여 특수한 배지 조성에 대해 연구한 결과를 토대로 접종 배양 시 효율이 우수한 최적의 배지 조성과 배양 조건을 제시한다.
상기 로도박터 캡슐라투스(Rhodobacter capsulatus), 로도박터 블라스티쿠스(Rhodobacter blasticus), 로도박터 스페로이데스(Rhodobacter sphaeroides), 로도슈도모나스 팔루스트리스(Rhodopseudomonas palustris) 및 루브리비바스 겔라티노수스(Rubrivivax gelatinosus)는 정제수 1ℓ 기준으로 효모 추출물(Yeast extract) 0.1~5g, 디소듐 숙시네이트 헥사-하이드레이트(Disodium succinate hexa-hydrate) 0.1~5g, 무수에탄올(Absolute ethanol) 0.1~1㎖, 구연산철 용액(Ferric citrate solution) 0.1~5㎖, 인산이수소칼륨(KH2PO4) 0.1~1g, 황산마그네슘 7수화물(MgSO4.7H2O) 0.1~1g, 염화나트륨(NaCl) 0.1~1g, 염화암모늄(NH4Cl) 0.1~1g 및 염화칼슘이수화물(CaCl2.2H2O) 0.02~0.1g를 포함하는 배지에서 pH 5~7 조건으로 배양된 것이 바람직하고, 효모 추출물(Yeast extract) 0.5~2g, 디소듐 숙시네이트 헥사-하이드레이트(Disodium succinate hexa-hydrate) 0.5~2g, 무수에탄올(Absolute ethanol) 0.3~0.7㎖, 구연산철 용액(Ferric citrate solution) 0.5~1.5㎖, 인산이수소칼륨(KH2PO4) 0.3~0.7g, 황산마그네슘 7수화물(MgSO4.7H2O) 0.2~0.6g, 염화나트륨(NaCl) 0.2~0.6g, 염화암모늄(NH4Cl) 0.2~0.6g 및 염화칼슘이수화물(CaCl2.2H2O) 0.03~0.07g를 포함하는 배지에서 pH 5.5~6.5 조건으로 배양된 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에서 상기 미생물에 대해서는 배지에 접종 후 상기 배양 조건의 인큐베이터에서 107~1011cell/ml의 농도가 될 수 있도록 3~12일간 배양이 수행될 수 있고, 바람직하게는 108~1010cell/ml의 농도가 될 수 있도록 5~9일간 배양이 수행될 수 있다.
상기 배양액에 다공성 재료를 침지시키는 단계는 열화된 콘크리트의 단면 복구 및 내구성 향상을 위하여 다공성 재료에 박테리아가 배양된 배양액을 고정하는 단계이다.
본 발명에서 상기 박테리아 및 박테리아 배양액 고정을 위한 다공성 재료로서는 다공성의 양이온 교환능력이 우수한 다공성 재료가 사용될 수 있으며, 바람직하게는 팽창질석, 우레탄 및 히드로겔로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다.
박테리아를 이용한 콘크리트 제조 시 박테리아를 단순 투입하게 되면 콘크리트 경화 후 수분이 없기 때문에 생장이 둔화되거나 사멸하게 된다. 경화된 콘크리트 내부에서도 박테리아가 생장할 수 있는 환경을 조성하기 위하여, 본 발명에서는 무수한 기공에 의한 다공질 구조(유효 수분율 40부피% 이상 및 공극률 50% 이상)를 가져 뛰어난 수분 흡수력과 보습력을 지닌 상기 다공성 재료를 이용하여 콘크리트 투입 전에 박테리아를 고정시키도록 한다.
본 발명에 제시된 상기 박테리아 고정을 위한 재료들은 재료 표면에 존재하는 교환성 양이온(Mg2 +, Ca2 + 등)에 의하여 유기물을 흡착하는 성질이 있어 박테리아 및 박테리아 생장에 필요한 유기성 영양분(배지 성분)을 흡수한다. 또한 pH가 6~9로서 박테리아가 생장하기 위한 최적 환경 조성에 가장 이상적인 재료이다. 한편, 다공성의 코르크 등은 양이온 교환능력이 없어 본 발명에서의 박테리아 고정재로는 바람직하지 않다.
상기 다공성 재료를 이용한 박테리아의 흡착에는 침지 공정이 이용되며, 상기 침지 공정에서 박테리아의 최적 흡수 효율을 위한 침지 조건은 박테리아 배양액 100중량부에 대하여 1~30중량부 함량으로 다공성 재료가 완전히 침지되도록 침지시켜 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 침지 공정은 음압 조건에서 수행되며, 상기 음압 조건은 10~120분 동안 50torr이하를 유지하는 것일 수 있고, 바람직하게는 15~60분 동안 1~30torr를 유지하는 것일 수 있다. 또한, 습도 40~80% 및 온도 5~40℃를 유지할 수 있고, 바람직하게는 습도 50~70% 및 온도 10~30℃를 유지하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 박테리아를 상기 다공성 재료에 고정하는 과정은 음압 조건에서 수행되므로, 상기 음압 조건을 위하여 상기 과정은 음압 환경을 조성할 수 있는 멸균 컨테이너 내에서 수행될 수 있다.
도 1a는 본 발명에서 박테리아 음압 고정화가 수행되는 멸균 컨테이너의 정면을 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 1b는 본 발명에서 박테리아 음압 고정화가 수행되는 멸균 컨테이너의 측면을 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 1c는 본 발명에서 박테리아 음압 고정화가 수행되는 멸균 컨테이너의 윗면을 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 1d는 본 발명에서 박테리아 음압 고정화가 수행되는 멸균 컨테이너의 뒷면을 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 1e는 본 발명에서 박테리아 음압 고정화가 수행되는 멸균 컨테이너에 다공성 재료가 침지된 배양액 통이 설치된 모습을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 1a 내지 도 1e를 참조하면, 본 발명에서 사용되는 멸균 컨테이너(100)는 박테리아가 다공성 재료에 고정될 수 있도록 음압 환경 내에서도 압력의 누출 없어야 하며, 이를 위하여 상기 멸균 컨테이너(100)의 윗면에는 압력 조절 펌프와 연결되어 압력이 조절되는 압력 조절 밸브(110) 및 상기 멸균 컨테이너(100) 내부의 압력을 확인할 수 있는 압력 지시계(120)가 설치될 수 있다.
또한, 상기 멸균 컨테이너(100)의 좌우측면에는 멸균 환경 내에서 재료의 이동 및 조작을 위한 밀폐형 글로브(130)가 설치될 수 있고, 상기 밀폐형 글로브(130)는 원형 형상일 수 있다. 또한, 상기 멸균 컨테이너(100) 정면에는 다공성 재료 등을 넣을 수 있는 개폐형 도어(140)가 설치될 수 있고, 상기 개폐형 도어(140)에는 압력의 누수를 막기 위해 상기 도어를 밀착시킬 수 있는 잠금장치가 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 멸균 컨테이너(100) 내부에는 박테리아 배양액이 담기는 통(200)이 설치될 수 있다.
또한, 상기 멸균 컨테이너(100)의 크기는 예컨대, 실내 실험실 등 소규모 환경에서 활용되기 위하여 L3 및 L4가 각각 390mm 및 340mm일 수 있고, 상기 도어(14)의 크기는 다공성 재료 및 통(200)을 용이하게 넣기 위하여 L1 및 L2가 각각 250mm일 수 있고, 또한 상기 글로브(130)의 직경(φ)은 재료의 이동 및 조작을 용이하게 하기 위하여 120mm일 수 있다. 다만, 상기 멸균컨테이너(100), 도어(140) 및 글로브(130)의 길이(L3, L4, L1 및 L2) 및 직경(φ)은 실내 실험실 등 소규모 환경에서 활용되기 위한 하나의 예시이며, 이에 한정되지 않고 사용처의 환경에 따라 다양하게 조절할 수 있다.
이와 같이, 상기 음압 환경을 이용하여 다공성 재료에 박테리아를 고정하는 방법은 다공성 재료를 박테리아의 배양액에 완전히 침지시킨 후 음압 환경을 조성함으로써 박테리아 및 유기성 영양분(배지 성분)이 상기 다공성 재료에 빠르고 고르게 흡착되도록 할 수 있다.
본 발명에 상기 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 재료는 상기 결합재에 상기 다공성 재료 및 물을 혼합하여 양생하는 과정을 거쳐 제조된다.
상기 양생은 기건양생 또는 습윤양생을 통해 수행될 수 있으며, 필요에 따라 고온, 고온/습윤, 고온/고압 등의 조건에서 다양하게 수행될 수 있다.
또한, 본 발명에서 박테리아 및 배양액이 고정된 다공성 재료를 상기 결합재와 물을 포함하는 배합물에 투입하여 양생하는 경우, 상기 결합재 사이에서 박테리아가 생장할 수 있도록 하며, 상기 박테리아가 고정된 다공성 재료 및 물의 함량은 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수용 재료의 소요 휨 강도를 확보할 수 있도록 상기 결합재 및 상기 골재가 혼합된 모르타르 25kg을 기준으로 박테리아가 고정된 다공성 재료는 0.1~3kg가 혼합될 수 있고, 바람직하게는 0.5~2kg가 혼합될 수 있고, 물은 1~7ℓ가 혼합될 수 있고, 바람직하게는 2~5ℓ가 혼합될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수용 재료는 결합재, 다공성 재료 등을 특정 함량으로 포함함으로써 콘크리트 구조물 및 철근 콘크리트 구조물의 보수효과에 대한 지속성이 유지되고, 박테리아의 생태학적 보호 효과에 의한 구조물의 유지관리 효율성 향상되며, 흡수성 방지제, 프라이머 도포 등의 보수 공정 생략에 의한 공사원가 절감 및 공기를 단축시킬 수 있다.
본 발명은 또 다른 양태로서 상기 단면보수용 재료를 이용한 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 공법을 개시한다.
본 발명에서 상기 단면보수용 재료를 이용한 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 공법은 상기 결합재를 15.5∼77.5 kg/m2 및 상기 배양액이 고정된 다공성 재료를 0.6∼3.0kg/m2 소요량으로 하여 열화 콘크리트 단면에 10~50mm 두께로 미장 시공 또는 스프레이 시공하여 수행된다.
상기 미장 시공에 따른 열화 콘크리트 단면보수 공법의 경우, 예컨대, 상기 단면보수용 재료는 상기 결합재 및 상기 골재가 혼합된 모르타르 25kg을 기준으로 상기 박테리아와 배양액이 고정된 다공성 재료 0.96kg 및 물 2.5~3ℓ를 혼합하고, 믹서 또는 핸드믹서 등을 이용하여 3~5분 동안 혼합하여 제조한다. 상기 미장 시공 시 열화 콘크리트 단면을 습윤 상태로 유지되도록 충분히 물을 적신 후 흙손 마감으로 하여 아래에서 위 방향으로 시공하고, 반복 시공의 경우 다음 시공 면과의 접착성을 위하 거칠게 마감한다.
상기 스프레이 시공에 따른 열화 콘크리트 단면보수 공법의 경우, 예컨대, 상기 단면보수용 재료는 상기 결합재 및 상기 골재가 혼합된 모르타르 25kg을 기준으로 상기 박테리아와 배양액이 고정된 다공성 재료 0.96kg 및 물 3.25~4.75ℓ를 혼합하고, 믹서 또는 핸드믹서 등을 이용하여 3~5분 동안 혼합하여 제조한다. 상기 스프레이 시공 시 1단계 스프레이 작업은 하지면의 공극제거와 접착력을 높이기 위하여 5mm로 얇게 스프레이 시공하고, 2단계 스프레이 작없은 상기 1단계 두께를 포함하여 설계두께의 90% 이내로 시공한다. 상기 스프레이 시공 후 표면의 평탄 작업을 통해 콘크리트 단면을 평탄화하여 마감한다.
본 발며에서 상기 열화 콘크리트 단면보수 공법은 상기 단면보수용 재료를 이용하여 수행되고, 상기 단면보수용 재료를 이용하여 시공 시 시공 두께는 10~50mm로 시공되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 단면보수용 재료 이용하여 시공 시 상기 결합재 및 상기 배양액이 고정된 다공성 재료의 양은 예컨대, 시공 두께가 10mm일 때는 15.5kg/m2 및 0.6kg/m2일 수 있고, 시공 두께가 20mm일 때는 31kg/m2 및 1.2kg/m2일 수 있고, 시공 두께가 30mm일 때는 46.5kg/m2 및 1.8kg/m2일 수 있고, 시공 두께가 40mm일 때는 62kg/m2 및 2.4kg/m2일 수 있고, 시공 두께가 50mm일 때는 77.5kg/m2 및 3.0kg/m2일 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 단면보수용 재료를 이용한 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 공법은 결합재, 음압 조건에서 박테리아가 고정된 다공성 재료 등을 특정 함량으로 혼합하여 제조된 단면보수용 재료를 이용함으로써 콘크리트 구조물 및 철근 콘크리트 구조물의 보수효과에 대한 지속성이 유지되고, 박테리아의 생태학적 보호 효과에 의한 구조물의 유지관리 효율성 향상되며, 흡수성 방지제, 프라이머 도포 등의 보수 공정 생략에 의한 공사원가 절감 및 공기를 단축시킬 수 있다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
제조예 : 미생물이 고정된 다공성 재료 제조
미국 미생물 보존센터에서 분양받은 로도박터 캡슐라투스(Rhodobacter capsulatus)(ATCC 11166)를 하기 표 1에 따른 배양액을 사용하였으며, 도 1e를 참조하여, 멸균 컨테이너 내부에 설치된 배양액 통에 상기 제조된 미생물 배양액을 농도 109cell/㎖로 넣고, 미생물 배양액 100중량에 대하여 10중량부 함량의 팽창질석을 상기 배양액에 침지시킨 후 도어를 닫고, 벨브를 조절하여 약 15 torr의 음압환경에서 0.5시간, 24시간, 48시간 및 72시간 동안 흡착을 실시하였으며, 이후 각각 배양액 통으로부터 미생물이 고정된 팽창질석을 회수하였다.
비교 제조예 : 미생물이 흡착된 흡착재 제조
미국 미생물 보존센터에서 분양받은 로도박터 캡슐라투스(Rhodobacter capsulatus)(ATCC 11166)를 하기 표 1에 따른 배양액을 사용하였으며, 종래 발명인 등록특허 제1859211호에 따라 흡착재가 침지된 통을 나타낸 도면인 도 2를 참조하여, 배양액 통에 상기 각 제조된 미생물 배양액을 농도를 109cell/㎖로 넣고, 미생물 배양액 100중량에 대하여 10중량부 함량의 팽창질석을 흡착 패드(망사눈의 크기 700×700㎛, 패드 두께 5mm, 5단 연결)에 투입하고 배양액 통에 침지 및 부유시킨 후 뚜껑을 닫아 습도 60% 및 온도 20℃의 환경에서 72시간 동안 보관하였다. 이후 각각 0.5시간, 24시간, 48시간 및 72시간이 지난 후 각각, 배양액 통으로부터 흡착 패드를 꺼내어 개폐형 클립을 통해 미생물이 흡착된 흡착재를 회수하였다.
Figure pat00001
실시예
1종 보통 포클랜드 시멘트 35중량%, 플라이애시 20중량% 및 고로슬래그 45중량%를 혼합한 결합재에 상기 결합재의 총 중량 대비 10중량%의 EVA계 폴리머 분말을 상기 결합재에 혼합하고, 상기 EVA계 폴리머 분말이 혼합된 결합재에 약 0.05~0.7mm 크기의 잔골재를 상기 EVA계 폴리머 분말이 혼합된 결합재 총 중량 대비 50중량%를 혼합하여 총 중량이 25kg인 모르타르를 제조한다. 상기 25kg의 모르타르에 상기 제조예에서 제조된 박테리아 및 배양액이 고정된 팽찰질석 0.96kg 및 물 3ℓ를 혼합한 후 양생하여 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수용 재료를 제조하였다.
비교예
1종 보통 포클랜드 시멘트 35중량%, 플라이애시 20중량% 및 고로슬래그 45중량%를 혼합한 결합재에 상기 결합재의 총 중량 대비 10중량%의 EVA계 폴리머 분말을 상기 결합재에 혼합하고, 상기 EVA계 폴리머 분말이 혼합된 결합재에 약 0.05~0.7mm 크기의 잔골재를 상기 EVA계 폴리머 분말이 혼합된 결합재 총 중량 대비 50중량%를 혼합하여 총 중량이 25kg인 모르타르를 제조한다. 상기 25kg의 모르타르에 물 3ℓ를 혼합한 후 양생하여 일반 콘크리트 단면보수용 재료를 제조하였다.
실험예 1
상기 제조예에서 제조된 미생물이 고정된 팽창질석 및 상기 비교 제조예에서 제조된 미생물이 흡착된 흡착재에서의 흡착 생균수를 다음과 같은 방법으로 측정하였고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
측정방법
생균수의 측정은 생균수 측정방법(Viable cell count method)을 이용하였다.
팽창질석 및 흡착재를 30℃ 환경의 교반기에서 투입하여 3시간 동안 균을 탈착하고, 균주가 탈착 된 배양액을 10-6 비율로 희석한 후 한천배지에 접종하여 3일 동안 배양하였다. 배양이 완료된 한천 배지의 박테리아 군락 형성 개수를 계수하였으며, 흡착 생균수를 도출하였다.
Figure pat00002
상기 표 2를 참조하면 음압 고정화 방법(제조예)을 이용하는 경우 생균수가 30분 이내에 미생물이 다공성 재료에 1.2X109cell/ml 고정되는 것을 알 수 있다. 그러나 흡착재를 이용하는 방법의 경우(비교제조예)에는 72시간이 경과된 후에도 흡착재에 흡착된 미생물의 생균수는 8.2X108cell/ml로 낮은 것을 알 수 있고, 이로부터 본 발명에 따른 음압을 이용하여 박테리아를 다공성 재료에 고정하는 것이 매우 효율적임을 확인할 수 있다.
실험예 2
상기 실시예 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수용 재료의 휨강도, 압축강도, 부착강도, 내알칼리성, 중성화 저항성, 투수량, 물흡수 계수, 습기 투과 저항성, 염화물 이온 침투 저항성 및 길이변화율을 KS F 4202 및 KS F 2012의 시험방법에 따라 각각의 실험을 실시하였으며, 그에 따른 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
Figure pat00003
상기 표 3을 참조하면, 본원발명에 따른 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수용 재료의 휨강도, 압축강도, 부착강도, 내알칼리성, 중성화 저항성, 투수량, 물 흡수 계수, 습기 투과 저항성, 염화물 이온 침투 저항성 및 길이변화율을 모두 만족하는 것을 확인할 수 있다.
실험예 3
상기 실시예 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수용 재료 및 상기 비교예 일반 콘크리트 단면 보수용 재료의 황산 부식 환경에서의 내화학성을 평가하기 위하여 JSTM C 7401에 따라 황산 5% 용액에 침지하여 실험을 진행하였고, 그에 따른 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
Figure pat00004
상기 표 4를 참조하면, 본 발명에 따른 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수용 재료(실시예)의 열화 저항 성능은 일반 콘크리트 단면 보수용 재료의 60% 이상임을 알 수 있다.
실험예 4
상기 실시예 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수용 재료 및 상기 비교예 일반 콘크리트 단면 보수용 재료의 실제 하수 환경에서의 내화학성을 평가하기 위하여 JSTM C 7401을 준용하여 황산 0.05% 용액에 침지하여 실험을 진행하였고, 그에 따른 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
Figure pat00005
상기 표 5를 참조하면, 본 발명에 따른 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수용 재료(실시예)의 열화 저항 성능은 일반 콘크리트 단면 보수용 재료보다 매우 우수함을 알 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상 및 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100 : 멸균컨테이너 110 : 압력 조절벨브
120 : 압력 지시계 130 : 밀폐형 글로브
140 : 개폐형 도어
200 : 박테리아 배양액이 담기는 통 φ : 글로브 직경
L1 : 개폐형 도어 가로길이 L2 : 개폐형 도어 세로길이
L3 : 멸균컨테이너 가로길이 L4 : 멸균컨테이너 세로길이

Claims (10)

  1. 결합재 및 박테리아가 고정된 다공성 재료를 포함하는 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수용 재료.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결합재는 1종 보통포틀랜드 시멘트 20~50 중량%, 플라이애시 5∼35 중량% 및 고로슬래그 30∼60 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 재료.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 결합재는 EVA계 폴리머 분말을 폴리머-결합재비(polymer to binder ratio, P/B) 3∼20% 중량으로 포함하는 것을 특징으로 하는 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수용 재료.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 박테리아는 로도박터 캡슐라투스(Rhodobacter capsulatus), 로도박터 블라스티쿠스(Rhodobacter blasticus), 로도박터 스페로이데스(Rhodobacter sphaeroides), 로도슈도모나스 팔루스트리스(Rhodopseudomonas palustris) 및 루브리비바스 겔라티노수스(Rubrivivax gelatinosus)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수용 재료.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 박테리아가 고정된 다공성 재료의 함량은 모르타르 25 kg을 기준으로 0.1~3 kg인 것을 특징으로 하는 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 재료.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 박테리아는 107~1011 cell/㎖ 농도로 배양되는 것을 특징으로 하는 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 재료.
  7. 박테리아가 배양된 배양액을 제조하는 단계;
    상기 배양액에 다공성 재료를 침지시키는 단계; 및
    결합재에 상기 다공성 재료 및 물을 혼합하여 양생하는 단계;
    를 포함하는 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 재료 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 침지는 음압 조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 재료 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 음압 조건은 10~120분 동안 50 torr 이하를 유지하는 것을 특징으로 하는 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 재료 제조방법.
  10. 제1항의 단면보수용 재료를 이용한 열화 콘크리트 단면보수 공법으로,
    제1항의 결합재 15.5∼77.5 kg/m2 및 제1항의 배양액이 고정된 다공성 재료 0.6∼3.0 kg/m2을 소요량으로 하여 열화 콘크리트 단면에 10~50 mm 두께로 미장 시공 또는 스프레이 시공하여 수행되는 것을 특징으로 하는 박테리아 기반 생태학적 열화 콘크리트 단면보수 공법.


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