KR20210088138A

KR20210088138A - 글라이코 캘릭스 형성 박테리아를 포함하는 콘크리트 코팅 조성물 및 이를 이용하여 형성된 콘트리트 구조체

Info

Publication number: KR20210088138A
Application number: KR1020200001289A
Authority: KR
Inventors: 이상섭; 양근혁
Original assignee: 경기대학교 산학협력단
Priority date: 2020-01-06
Filing date: 2020-01-06
Publication date: 2021-07-14
Also published as: KR102396304B1

Abstract

본 발명은 콘크리트 구조체의 내구성을 향상시킬 수 있는 콘크리트 코팅 조성물에 관한 것으로, 상세하게는 글라이코 캘릭스 생성 박테리아가 고정된 다공성 물질 및 잔골재를 포함하는 골재 혼합물; 시멘트를 포함하는 결합재; 및 물을 포함하는 콘크리트 코팅 조성물 및 상기 조성물로 코팅된 콘크리트 구조체를 제공한다.

Description

글라이코 캘릭스 형성 박테리아를 포함하는 콘크리트 코팅 조성물 및 이를 이용하여 형성된 콘트리트 구조체{Concrete coating composition comprising glycocalyx forming bacteria and concrete structure formed using the same}

본 발명은 글라이코 캘릭스 형성 박테리아를 활용한 콘크리트 코팅 조성물 및 이를 이용하여 형성된 콘트리트 구조체에 관한 것이다.

글라이코 캘릭스는 숙주 세포에 대한 부착, 영양원, 건조 방지, 숙주 면역 체계로부터의 세포 보호 등의 작용을 수행하며, 세포막에 존재하는 지질에 결합된 탄화수소로 구성되어 있는 선형 단백질, 막결합성 당단백질 등의 당사슬을 말한다.

미생물이 생성하는 글라이코 캘릭스는 조건에 따라 유화 안정능, 표면 장력 조절능, 물 흡수능, 점착능, 윤활능 및 바이오 필름 형성능 등의 광범위한 기능성을 가지고 있으므로, 의료산업 등 각종 산업의 소재로 이용되고 있다. 특히 미생물성 글라이코 캘릭스는 산업적 이용의 높은 잠재력과 함께 생산 배양 조건을 개선하여 생산성을 높일 수 있으며, 단 기간에 발효조를 이용한 연속 배양에 의한 대량생산이 가능하고, 생산된 글라이코 캘릭스의 분리 및 회수가 용이하다.

따라서, 이러한 미생물 및 미세 조류성 글라이코 캘릭스에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 예를 들어 국내 공개특허 제2019-0056154호에서 글라이코 캘릭스가 증가된 균주 및 이를 배양하는 방법에 대해서 연구하고 있으나, 글라이코 캘릭스를 콘크리트 구조체에 활용하는 조건에 대해서는 아직 미흡한 실정이다.

본 발명의 일 측면은, 콘크리트의 내구성을 향상시킬 수 있는 콘크리트 코팅 조성물을 제공한다.

본 발명의 다른 측면은, 상기 콘크리트 코팅 조성물에 의해 형성된 코팅층을 포함하는 콘크리트 구조체를 제공한다.

본 발명의 일 견지는 글라이코 캘릭스 생성 박테리아가 고정된 다공성 물질 및 잔골재를 포함하는 골재 혼합물; 시멘트를 포함하는 결합재; 및 물을 포함하는 콘크리트 코팅 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 견지는 상기 콘크리트 코팅 조성물로 형성된 코팅층을 콘크리트 구조체의 적어도 일면에 구비하는 콘크리트 구조체를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 본 발명의 콘크리트 코팅 조성물에 의해 압축강도, 내황산성 및 콘크리트와의 접착강도가 우수한 콘크리트 구조체를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른, 콘크리트 코팅 조성물의 재령에 따른 압축강도 변화를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른, 콘크리트 코팅 조성물의 재령에 따른 pH 변화를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 재령 28일 후 경화된 코팅 조성물에서 분리된 박테리아를 한천배지에 접종하여 재배양한 결과(도 3(A)) 및 박테리아 생균수 평가 결과(도 3(B)를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라, 5% 황산 수용액 침지 후 재령 변화에 따른 경화된 코팅 조성물의 압축강도 변화 비를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라, 5% 황산 수용액 침지 후 재령 변화에 따른 경화된 코팅 조성물의 질량 감소율을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라, 5% 황산 수용액 침지 후 재령 28일에서 경화된 코팅 조성물의 표면 관찰 결과를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라, 5% 황산 수용액 침지 후 재령 28일에서 경화된 코팅 조성물의 수화생성물 분석 결과를 나타낸다. 도 7(A)는 경화된 코팅 조성물의 내부(코어) 결과를 나타내며, 도 7(B)는 외부(표면) 결과를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라, 5% 황산 수용액 침지 후 재령 28일에서 경화된 코팅 조성물의 열분석 결과를 나타낸다. 도 8(A)는 경화된 코팅 조성물의 내부(코어) 결과를 나타내며, 도 8(B)는 외부(표면) 결과를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라, 콘크리트 코팅 조성물의 콘크리트 접착강도를 측정한 결과를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라, 콘크리트 코팅 조성물이 코팅된 콘크리트에서 형성된 코팅층의 박테리아를 재배양한 결과를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라, 콘크리트 코팅 조성물이 코팅된 콘크리트에서 형성된 코팅층의 박테리아의 생균수 평가 결과를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따라, 콘크리트 코팅 조성물이 코팅된 콘크리트에서 5% 황산 수용액 침지 후 콘크리트의 압축강도 변화 비를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따라, 콘크리트 코팅 조성물이 코팅된 콘크리트에서 5% 황산 수용액 침지 후 콘크리트의 질량 변화를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따라, 콘크리트 코팅 조성물이 코팅된 콘크리트에서 5% 황산 수용액 침지 후 재령 28일에서 콘크리트의 표면을 관찰한 결과를 나타낸다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따라, 콘크리트 코팅 조성물이 코팅된 콘크리트에서 5% 황산 수용액 침지 후 재령 28일에서 내부(도 15(A)) 및 외부(도 15(B))의 수화생성물 분석 결과를 나타낸다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따라, 콘크리트 코팅 조성물이 코팅된 콘크리트에서 5% 황산 수용액 침지 후 재령 28일에서 콘크리트의 중성화 깊이 측정 결과를 나타낸다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따라, 콘크리트 코팅 조성물이 코팅된 콘크리트에서 탄산화 시험의 재령에 따른 탄산화 깊이 측정 결과를 나타낸다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따라, 콘크리트 코팅 조성물이 코팅된 콘크리트에서 탄산화 시험 후 재령 28일 및 56일의 표면을 관찰한 결과를 나타낸다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따라, 콘크리트 코팅 조성물이 코팅된 콘크리트에서 염화물 확산계수를 측정한 결과를 나타낸다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따라 수행하는 유사 하수 환경 조성 실험의 개요를 나타낸다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따라 수행하는 유사 하수 환경 조성 실험에서 글라이코 캘릭스가 코팅된 콘크리트의 압축강도 비를 나타낸다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따라 수행하는 유사 하수 환경 조성 실험에서 글라이코 캘릭스가 코팅된 콘크리트의 질량 감소율을 나타낸다.
도 23은 본 발명의 실시예에 따라 수행하는 유사 하수 환경 조성 실험 재령 28일에서 글라이코 캘릭스가 코팅되지 않은 경우(도 23(a)) 및 글라이코 캘릭스가 코팅된 경우(도 23(b))의 외관변화 및 중성화 깊이를 평가한 결과를 나타낸다.
도 24는 본 발명의 실시예에 따라 수행하는 유사 하수 환경 조성 실험 재령 28일에서 헤모사이토미터를 이용하여 글라이코 캘릭스가 코팅된 경우의 박테리아 활동성(도 24(A)) 및 생균수 계수(도 24(B))를 평가한 결과를 나타낸다.
도 25는 본 발명의 실시예에 따라 수행하는 유사 하수 환경 조성 실험 재령 28일에서 글라이코 캘릭스가 코팅되지 않은 경우(도 25(A)(a)) 및 글라이코 캘릭스가 코팅된 경우(도 25(A)(b))의 콘크리트 구조체에서 채취한 박테리아를 재배양한 결과(도 25(A)) 및 생균수 계수(도 25(B))를 평가한 결과를 나타낸다.
도 26은 본 발명의 실시예에 따라 수행하는 유사 하수 환경 조성 실험 재령 28일에서 글라이코 캘릭스가 코팅된 경우 콘크리트 구조체에서 박테리아를 관찰한 결과(도 26(A)) 및 글라이코 캘릭스의 형성량을 평가한 결과(도 26(B))를 나타낸다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 콘크리트의 내구성을 향상시킬 수 있는 콘크리트 코팅 조성물을 제공한다.

상세하게, 본 발명은 글라이코 캘릭스 생성 박테리아가 고정된 다공성 물질 및 잔골재를 포함하는 골재 혼합물; 시멘트를 포함하는 결합재; 및 물을 포함하는 콘크리트 코팅 조성물을 제공할 수 있다.

상기 박테리아는 로도박터 캡슐라투스(Rhodobacter capsulatus)일 수 있으며, 로도박터 캡슐라투스(Rodobacter capsulatus) 균주는 환경미생물은행(KEMB)로부터 분양을 받을 수 있다.

이 때, 상기 박테리아는 말산을 탄소원으로 사용하는 배지를 이용하여 배양된 균주 일 수 있으며, 예를 들어, 말산을 전체 배지의 중량을 기준으로 0.01 내지 0.3중량%의 함량으로 포함하면서, 구연산철 용액, KH₂PO₄, MgSO₄, NaCl, NH₄Cl 및 CaCl₂및 물을 포함하는 배지에서 배양된 균주일 수 있다.

상기와 같이 말산이 포함된 배지에서 배양된 균주는 말산이 포함되지 않은 균주에 비해 현저히 우수한 글라이코 캘릭스를 생성하기 때문에, 말산을 탄소원으로 사용하는 배지를 이용하여 배양된 균주를 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 다공성 물질은 팽창질석(expanded vermiculite, EV), 고 흡수성 수지(super absorbent polymer, SAP) 또는 이들의 혼합일 수 있으며, 바람직하게는 팽창질석을 사용할 수 있다.

상기 골재는 규사를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 0.05mm 이상 내지 0.17mm미만의 입경, 0.17mm 이상 내지 0.25mm 미만의 입경, 0.25mm 이상 내지 0.7mm 미만의 입경을 가지는 규사를 1:1:1의 중량비로 혼합하여 사용할 수 있다.

나아가, 상기 결합재는 포틀랜드 시멘트, 플라이애쉬, 및 고로슬래그로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 바람직하게 콘크리트와의 결합을 위해, 상기 결합재는 에틸렌초산비닐계(ethylene vinyl acetate, EVA) 재유화형분말수지를 더 포함할 수 있다.

상기 골재 혼합물은 상기 글라이코 캘릭스 생성 박테리아가 고정된 다공성 물질과 골재가 4:6 내지 2:8의 부피비, 바람직하게는 3:7의 부피비로 혼합될 수 있다. 상기 골재의 함량이 과량인 경우, 상대적으로 박테리아의 함량이 적어 콘크리트의 내구성 향상 효과가 크지 않을 수 있으며, 골재의 함량이 소량인 경우, 상대적으로 적은 골재의 함량으로 인해, 콘크리트 자체의 물성이 감소할 수 있다.

또한, 상기 콘크리트 코팅 조성물은 상기 글라이코 캘릭스 생성 박테리아가 고정된 다공성 물질 및 잔골재를 포함하는 골재 혼합물, 시멘트를 포함하는 결합재 및 물이, 물 : 골재 혼합물 : 결합재 = 25 내지 40 : 150 내지 250 : 100의 중량비가 되도록 혼합할 수 있다.

이 때, 골재 혼합물의 함량이 250을 초과하게 되면 상대적으로 결합재의 양이 적어, 코팅 조성물이 원활하게 혼합되지 않아 경화에 불리할 수 있으며, 150 미만인 경우에는 상대적으로 결합재량이 많아 코팅 조성물 경화 시 수화열의 과다 발생에 의한 균열 발생이 증가하는 문제가 발생한다.

한편, 본 발명은 본 발명의 콘크리트 코팅 조성물로 형성된 코팅층을 콘크리트 구조체의 적어도 일면에 구비하는, 콘크리트 구조체를 제공할 수 있으며, 상세하게는 상기 콘크리트 코팅 조성물을 콘크리트 구조체의 적어도 일면에 도포한 후, 자연 건조를 통해 경화시킴으로써 상기 콘크리트 코팅 조성물이 코팅된 콘크리트 구조체를 제공할 수 있다.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예

1. 콘크리트 코팅 조성물의 제조

실시예 1

0.25 내지 0.36mm의 입경을 가지며, 밀도가 0.25g/cm² 수준인 팽창질석(Expanded Vermiculite, E.V)에 약산성(pH 6.8)의 배양액에서 10⁹ cell/mL의 농도로 배양된 로도박터 캡슐라투스를 1:4.5의 중량비로 혼합하여, 상기 로도박터 캡슐라투스를 팽창질석에 고정시켜 박테리아가 고정된 다공성 물질을 제조하였다.

그 다음, 0.05∼0.17 mm, 0.17∼0.25 mm 및 0.25∼0.7 mm의 입경을 갖는 규사(silica sand)를 각각 1:1:1의 중량비로 혼합하고 혼합된 규사와 상기 박테리아가 고정된 다공성 물질을 7:3의 부피비가 되도록 각각 13kg 및 3.7kg을 혼합하여 골재 혼합물을 제조하였다.

나아가, 보통 포틀랜드 시멘트(Ordinary portland cement, OPC), 플라이애쉬(fly ash, FA) 및 고로슬래그(ground granulated blast furnace slag, GGBS)를 35:20:45의 중량비로 혼합한 결합재 10kg을 상기 골재 혼합물과 혼합하였다.

또한, 상기 결합재의 3/10의 중량에 해당하는 물 3kg을 추가로 혼합하여 콘크리트 코팅 조성물을 제조하였으며, 이를 실시예 1로 하였다.

비교예 1

0.05∼0.17 mm, 0.17∼0.25 mm 및 0.25∼0.7 mm의 입경을 갖는 규사(silica sand)를 각각 1:1:1의 중량비로 혼합하여 골재를 제조하였다.

나아가, 보통 포틀랜드 시멘트(Ordinary portland cement, OPC), 플라이애쉬(fly ash, FA) 및 고로슬래그(ground granulated blast furnace slag, GGBS)를 35:20:45의 중량비로 혼합한 결합재를 상기 골재와 결합재의 중량비가 2.0이 되도록 상기 골재와 혼합하였다.

또한, 상기 결합재의 3/10의 중량에 해당하는 물을 추가로 혼합하여 콘크리트 코팅 조성물을 제조하였으며, 이를 비교예 1로 하였다.

비교예 2

비교예 1에 있어서, 약산성(pH 6.8)의 배양액에서 10⁹ cell/mL의 농도로 배양된 로도박터 캡슐라투스를 물 대신 사용한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일하게 콘크리트 코팅 조성물을 제조하였다.

실시예 1, 2, 및 비교예 1, 2의 콘크리트 코팅 조성물에 포함된 성분 및 함량을 표 1에 정리하였다.

구분	물/결합재 중량비	골재 혼합물/결합재 중량비	결합재 혼합 비율(결합재 총 중량 기준, 중량%)			박테리아가 고정된 다공성 물질		다공성 물질의 골재 치환비율(부피%)
			OPC	FA	GGBS	균주	고정화 재료
비교예 1	30/100	167/100	35	20	45	-	-	-
비교예 2						Rhodobacter capsulatus	-	-
실시예 1							E.V	30

실험예 1

실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 콘크리트 코팅 조성물을 높이 200 mm, 지름 100 mm의 크기로 경화시킨 시편의 물성을 다음과 같은 조건에서 확인하였다.

[압축강도 측정]

KS L 5105에 따라 각 시편의 압축강도를 측정하였으며, 그 결과를 도 1에 나타내었다.

도 1에 보이는 바와 같이 비교예 1 시편의 재령 7일 및 28일 압축강도는 각각 22.1MPa 및 38.9MPa로 나타났다. 반면, 실시예 1 시편의 재령 28일 압축강도는 40.7MPa로 가장 높은 발현을 보였으며, 재령 7일 압축강도 또한 22.6MPa로 모든 재령에서 비교예 1 시편에 비해 압축강도가 높았다.

한편, 박테리아를 고정하지 않고 제조된 비교예 2 시편 및 고정화 재료가 SAP인 실시예 2의 재령 28일 압축강도는 각각 32.5MPa 및 31.9MPa로 실시예 1에 비해 20%-22% 낮은 압축강도 발현 성능을 보였다.

따라서, 박테리아 고정화재료로서 E.V를 사용한 경우에는 박테리아를 혼합하지 않은 시편과 동등 이상의 압축강도를 발현함을 확인할 수 있었다.

[pH의 변화 측정]

KS F 2103에 따라 각 시편의 pH 변화를 측정하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다.

도 2에 보이는 바와 같이, 각 시편의 pH는 재령이 증가함에 따라 매우 미세하게 감소하는 결과를 보였지만, 그 크기는 무시할만한 수준이었으며, 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2 시편의 pH는 11.03 내지 11.33수준 이었다.

[박테리아의 생장성 평가]

재령 28일 경화된 시편에서 분리된 박테리아를 한천배지에 접종하여 재배양하였다.

도 3(A)에 보이는 바와 같이 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2 시편에서 채취한 박테리아 모두 군락을 형성함을 확인할 수 있었다. 특히 실시예 1 시편에서 채취한 박테리아의 경우에는 배지 표면에 형성된 박테리아의 군락(colony)이 다수 관찰되었으며, 그 외의 시편에서 채취한 박테리아는 비교적 적은 수준이었다.

도 3(B)에는 상기 군락 계수를 통해 도출된 평균 생균수 평가 결과를 나타낸 것이며, 평가 결과 형성된 실시예 1 시편의 평균 생균수가 4.6X10⁶ CFU/g으로 가장 높게 나타났다. 실시예 2 및 비교예 2 시편의 평균 생균수는 각각 2.19X10⁶ CFU/g 및 1.13X10⁶ CFU/g으로, 실시예 1 시편에 비해 약 52% 및 75% 낮은 수준이었다.

따라서, 박테리아 고정화재료로서 E.V를 사용한 경우에는 박테리아를 혼합하지 않은 시편에 비해 박테리아 생장성의 확보에 매우 효율적인 결과를 보였음을 확인할 수 있었다.

[내황산성 평가]

JSTM C 7401에 따라 각 시편의 압축강도 변화비 및 질량 변화율을 측정하였으며, 황산 5% 수용액 침지 재령 28일 후 시편의 내부 및 표면에서 채취한 시료의 수화생성물을 X-선 회절(X-ray diffraction, XRD) 분석하였다.

- 압축강도의 비

실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 각 시편을 5% 황산 수용액에 침지시킨 후 재령 변화에 따른 시편의 압축강도를 측정한 값(f _ck (t))을 표준 양생(온도 20℃, 60%의 습도)한 시편의 압축강도(f _ck (0))로 나누어 획득한 무차원수를 측정하였다.

그 결과, 도 4에 보이는 바와 같이 모든 시편의 압축강도는 5% 황산 수용액 침지재령 3일 까지는 증가하였으며, 이후 지속적으로 감소하는 경향을 보였다. 다만, 침지재령 3일까지의 강도 증진비율 및 이후 침지재령 28일까지의 압축강도 감소 크기는 박테리아의 사용 유무에 따라 차이를 보였다.

상세하게, 비교예 1 시편의 압축강도 비는 재령 28일에서 0.88로서 황산 침식에 의한 강도 저하가 가장 컸으며, 실시예 1 시편의 압축강도 비는 재령 28일에서 1.02로서 우수한 열화저항 성능을 보였다.

이는 결과적으로 박테리아의 글라이코 캘릭스의 표면 코팅효과에 의한 열화 유발 인자인 황산의 접촉을 차단하였으며, 석고(gypsum) 및 에트린자이트(ettringite) 형성 억제를 통해 코팅재의 열화저항 성능이 향상된 것으로 판단된다.

이는 상기 박테리아의 생장성 평가에서 보이는 바와 같이 가장 높은 수준의 박테리아 생균수를 보인 실시예 1의 시편에서 글라이코 캘릭스에 의한 열화보호의 효과가 다른 시편에 비해 비교적 크게 나타난 것으로 판단된다.

- 질량변화율

실시예 1, 2 및 비교예 1, 2 시편을 5% 황산 수용액에 침지시킨 후 재령 변화에 따른 각 시편의 질량변화를 측정하였다.

그 결과 도 5에 보이는 바와 같이, 비교예 1 시편은 5% 황산 수용액 침지 직후부터 질량이 감소하는 반면, 실시예 1, 2 및 비교예 2 시편은 재령 3일까지 질량이 미미하게 증가한 후 감소하는 경우를 보였으나, 증가 비율은 0.7% 미만으로 무시할 만한 수준이었다.

5% 황산 수용액 침지재령 28일에서의 질량변화율은 비교예 1 시편의 경우 10%로 가장 컸고, 도 6에서 보이는 바와 같이 시편 표면의 열화정도도 비교예 1 시편에서 가장 심하였다.

나아가, 비교예 2 및 실시예 2 시편의 침지재령 28일에서의 질량 감소율은 5.6% 및 3.4%로 비교예 1 시편에 비해 질량감소율이 작긴 하였으나, 실시예 1 시편에 비해 높은 질량 변화율을 보였다.

한편, 실시예 1 시편의 경우 침지재령 28일 질량 감소율은 2%로 가장 작았으며, 이는 도 6에서 보이는 바와 같이 황산에 의한 시편의 표면 손상도가 매우 미미하기 때문이다. 따라서, 압축강도의 결과에서와 마찬가지로 박테리아를 고정화시킨 재료를 사용한 경우에는 글라이코 캘릭스 막에 의한 열화 보호 효과가 시편의 열화저항 성능 향상에 영향을 미쳤음을 확인할 수 있었다.

- 수화생성물 분석

실시예 1, 2 및 비교예 1, 2 시편을 5% 황산 수용액에 침지시킨 후 각 시편의 내부 및 표면에서 채취한 시료의 수화생성물을 X-선 회절(X-ray diffraction, XRD) 분석하였다.

그 결과 도 7에서 보이는 바와 같이 각 시편의 수화생성물은 황산에 의한 열화 유무에 따라 큰 차이를 보였음을 확인할 수 있었으며, 상세하게는 도 7(A)에 보이는 바와 같이 황산에 의한 열화가 발생하지 않은 시편 내부에서는 시멘트의 수화생성물인 C-S-H와 Ca(OH)₂(portlandite) 및 칼사이트(calcite) 등의 피크를 확인할 수 있었고, 도 7(B)에 보이는 바와 같이 황산에 의해 열화가 진행된 시편의 표면에서는 석고의 피크가 다수 형성된 것을 확인할 수 있었다.

다만, 황산에 의한 열화로 시편의 2차 체적 팽창 및 균열을 유발하는 에린트자이트의 피크는 뚜렷하게 관찰되지 않았으며, 이는 황산에 의한 시편의 표면 pH가 감소함에 따라 에린트자이트가 안정성을 잃고 석고 및 황산알루미늄 등으로 전환되어 나타난 결과로 판단된다.

[열분석]

열분석기(TG-DTG)를 이용하여 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2 시편을 5% 황산 수용액에 침지시킨 후 시편의 내부 및 표면에서 Ca(OH)₂ 및 CaCO₃의 열분해 반응을 관찰하였다.

도 8(A)에 시편 내부의 열분석 결과를 나타내었으며, 450-500℃ 범위의 온도에서 Ca(OH)₂의 열분해에 따른 질량 감소율은 실시예 1의 경우 0.55%로 가장 높았으며, 비교예 1의 경우에는 0.36%로 실시예 1의 65% 수준이었다.

나아가, 도 8(B)에 시편 표면의 열분석 결과를 나타내었으며, 모든 시편에서는 60-240℃ 온도 범위에서 발생되는 석고의 열분해에 따른 질량감소가 발생하였다. 이는 XRD 분석 결과에서 확인된 바와 같이 황산에 의한 열화과정에서 발생되는 석고의 형성을 뒷받침하는 결과이다.

다만, 열분해에 의한 시편의 질량 감소율 크기는 박테리아 사용 유무에 따라 큰 차이를 보였으며, 비교예 1 시편의 질량 감소율은 2.34%로 가장 큰 감소율을 보인 반면, 실시예 1 시편의 석고의 열분해에 의한 질량 감소율은 1.95%로 가장 낮았다. 이는 글라이코 캘릭스의 형성이 시편의 황산에 의한 열화저항에 영향을 미친 것으로 판단된다.

실시예 2

실시예 1에 있어서, 보통 포틀랜드 시멘트(Ordinary portland cement, OPC), 플라이애쉬(fly ash, FA) 및 고로슬래그(ground granulated blast furnace slag, GGBS)를 40:20:40의 중량비로 혼합하고, 결합재의 35/100의 중량에 해당하는 물을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 콘크리트 코팅 조성물을 제조하였다.

실시예 3

실시예 2에 있어서, 보통 포틀랜드 시멘트(Ordinary portland cement, OPC), 플라이애쉬(fly ash, FA), 고로슬래그(ground granulated blast furnace slag, GGBS) 및 에틸렌초산비닐계(Ethylene vinyl acetate, EVA) 재유화 분말수지를 36:18:36:10의 중량비로 혼합한 결합재를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일하게 콘크리트 코팅 조성물을 제조하였다.

비교예 3

비교예 1에 있어서, 보통 포틀랜드 시멘트(Ordinary portland cement, OPC), 플라이애쉬(fly ash, FA) 및 고로슬래그(ground granulated blast furnace slag, GGBS)를 40:20:40의 중량비로 혼합하고, 결합재의 35/100의 중량에 해당하는 물을 사용한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일하게 콘크리트 코팅 조성물을 제조하였다.

비교예 4

비교예 3에 있어서, 보통 포틀랜드 시멘트(Ordinary portland cement, OPC), 플라이애쉬(fly ash, FA), 고로슬래그(ground granulated blast furnace slag, GGBS) 및 에틸렌초산비닐계(Ethylene vinyl acetate, EVA) 재유화 분말수지를 36:18:36:10의 중량비로 혼합한 결합재를 사용한 것을 제외하고는, 비교예 3과 동일하게 콘크리트 코팅 조성물을 제조하였다.

비교예 5

비교예 2에 있어서, 보통 포틀랜드 시멘트(Ordinary portland cement, OPC), 플라이애쉬(fly ash, FA) 및 고로슬래그(ground granulated blast furnace slag, GGBS)를 40:20:40의 중량비로 혼합하고, 결합재의 35/100의 중량에 해당하는 물을 사용한 것을 제외하고는, 비교예 2와 동일하게 콘크리트 코팅 조성물을 제조하였다.

비교예 6

비교예 5에 있어서, 보통 포틀랜드 시멘트(Ordinary portland cement, OPC), 플라이애쉬(fly ash, FA), 고로슬래그(ground granulated blast furnace slag, GGBS) 및 에틸렌초산비닐계(Ethylene vinyl acetate, EVA) 재유화 분말수지를 36:18:36:10의 중량비로 혼합한 결합재를 사용한 것을 제외하고는, 비교예 5와 동일하게 콘크리트 코팅 조성물을 제조하였다.

실시예 3, 4 및 비교예 3 내지 6의 콘크리트 코팅 조성물에 포함된 성분 및 함량을 표 1에 정리하였다.

구분	물/결합재 중량비	골재 혼합물/결합재 중량비	결합재 혼합 비율(결합재 총 중량 기준, 중량%)				박테리아가 고정된 다공성 물질		다공성 물질의 골재 치환비율(부피%)
구분	물/결합재 중량비	골재 혼합물/결합재 중량비	OPC	FA	GGBS	EVA	균주	고정화 재료	다공성 물질의 골재 치환비율(부피%)
비교예 3	35/100	167/100	40	20	40	-	-	-
비교예 4			36	18	36	10	-	-
실시예 2			40	20	40	-	Rhodobacter capsulatus	E.V	30
실시예 3			36	18	36	10		E.V	30
비교예 5			40	20	40	-		-	-
비교예 6			36	18	36	10		-	-

실험예 2

실시예 3, 4 및 비교예 3, 4, 5, 6의 콘크리트 코팅 조성물을 콘크리트에 2.5mm의 두께로 코팅시켜 경화시킨 시편의 접착강도, 내황산성, 수화생성물, 중성화 깊이, 내황산성, 내구성 및 박테리아 생장성을 평가하였다.

[접착강도 평가]

박테리아 및 고정화 재료 유무에 따른 시편의 접착강도를 측정하였다.

그 결과 도 9에 보이는 바와 같이 콘크리트 조성물의 접착강도는 박테리아 및 고정화 재료의 유무보다는 재유화형 분말수지의 혼입의 유무에 따라 큰 차이를 보였다.

재유화형 분말 수지를 혼합한 조성물은 박테리아 및 고정화 재료의 유·무에 관계없이 1.04-1.4MPa의 접착강도를 보였으며, 재유화형 분말 수지를 혼합하지 않은 조성물들에 비해 비교적 우수한 접착성능을 보였고, 이 중 실시예 4가 코팅된 시편의 접착강도는 1.4MPa로 가장 높았으며, 실시예 3이 코팅된 시편에 비해 약 56% 높았다.

박테리아 무혼입 조성물 및 고정화 재료 무혼입 조성물의 접착강도 또한 재유화형 분말 수지를 혼합한 경우에는 무혼입 조성물에 비해 각각 51% 및 18% 증가하였다.

[박테리아의 생장성 평가]

실시예 3, 4 및 비교예 3, 4, 5, 6가 코팅된 시편을 5% 황산 수용액에 침지시킨 후 침지재령 28일에서 채취한 박테리아의 재배양 결과 및 생균수 평가 결과를 각각 도 10 및 도 11에 나타내었다.

도 10에 보이는 바와 같이 모든 시편에서 채취한 시료에서 박테리아의 군락형성을 확인할 수 있었으나, 고정화 재료 없이 박테리아를 사용한 비교예 3, 4, 5, 6이 코팅된 시편에서도 박테리아 군락이 확인되었으나, 실시예 3, 4가 코팅된 시편에 비해 적은 수준이었다. 또한, 박테리아를 사용하지 않은 시편에서 채취한 시료를 재배양한 결과에서도 박테리아 군락이 형성됨을 확인할 수 있었으나, 이는 외부 환경에 존재하는 기타 박테리아 균종의 오염에 의한 것이었다.

도 11에서 보이는 바와 같이 박테리아 생균수 평가 결과 형성된 박테리아 군락의 수가 가장 많았던 실시예 3이 코팅된 시편의 경우 평균 생균수 7.5×10² CFU/g으로 가장 높게 나타났으며, 실시예 4가 코팅된 시편의 경우 1.9×10² CFU/g로 평가되었다.

나아가 실시예 5, 6이 코팅된 시편의 평균 생균수는 2.8×10² CFU/g 및 1.2×10² CFU/g로, 실시예 3이 코팅된 시편에 비해 약 62%와 84% 낮은 수준이었다.

따라서, 박테리아 고정화 재료로서 E.V를 사용한 경우에는 황산에 의한 열화에 노출된 환경에서도 박테리아 생장성 확보에 매우 효율적인 결과를 보였다. 다만, 재유화형 분말수지를 혼합한 경우에는 유기계 재료의 환경오염 인자 및 폴리머 필름의 형성으로 인한 시멘트 매트릭스의 공극감소(수밀성 향상)의 영향으로 박테리아의 생장률이 다소 감소하는 결과를 보였다.

[내황산성 평가]

JSTM C 7401에 따라 각 시편의 압축강도 변화비 및 질량 변화율을 측정하였으며, 황산 5% 수용액 침지 재령 56일 후 시편의 내부 및 표면에서 채취한 시료의 수화생성물을 X-선 회절(X-ray diffraction, XRD) 분석하였다.

- 압축강도의 비

실시예 3, 4 및 비교예 3, 4, 5, 6이 코팅된 각 시편을 5% 황산 수용액에 침지시킨 후 재령 변화에 따른 시편의 압축강도를 측정한 값(f _ck (t))을 표준 양생한 시편(온도 20℃, 60%의 습도)의 압축강도(f _ck (0))로 나누어 획득한 무차원수를 측정하였다.

그 결과, 도 12에 보이는 바와 같이 모든 시편의 압축강도는 5% 황산 수용액 침지재령 1일 이후부터 재령 56일까지 급격히 감소하는 경향을 보였다. 특히, 압축강도의 감소 비는 박테리아의 혼입 유무에 따라 큰 차이를 보였다.

비교예 3 및 4가 코팅된 시편의 침지재령 28일 및 56일에서 압축강도의 비는 각각 0.81 및 0.71로 황산 침식에 의한 강도 저하가 가장 크게 나타났으며, 실시예 3 및 4가 코팅된 시편의 재령 28일 및 재령 56일 압축강도의 비는 각각 0.92 및 0.88로 가장 우수한 열화저항 성능을 보였다. 한편, 고정화 재료 없이 박테리아를 투입한 실시예 5가 코팅된 시편의 압축강도 비는 침지 재령 28일에서 0.85였으며, 재령 58일에서는 0.76이었다.

이는 조성물 자체의 내황산성 평가 결과와 같이 가장 높은 수준의 박테리아 생균수를 갖는 실시예 3 및 4가 코팅된 시편에서 글라이코 캘릭스에 의한 열화보호의 효과가 다른 시험체에 비해 비교적 크게 나타난 결과로 판단되며, 시멘트 경화재의 열화 유발 인자인 황산의 접촉차단 및 석고와 에린트자이트의 형성을 차단한 것으로 판단된다.

- 질량변화율

실시예 3, 4 및 비교예 3, 4, 5, 6이 코팅된 각 시편을 5% 황산 수용액에 침지시킨 후 재령 변화에 따른 각 시편의 질량변화를 측정하였으며, 그 결과를 도 13에 나타내었다.

각 시편의 질량 변화율은 조성물의 무게를 제외한 콘크리트 모체의 질량을 측정하여 평가하였다.

도 13에 보이는 바와 같이 실시예 3, 4 및 비교예 6이 코팅된 시편을 제외한 시편은 모두 재령 7일부터 황산열화에 의해 질량이 급격히 감소하는 경향을 보였으며, 이는 도 14의 외관 상태에서 보이는 바와 같이 재령 7일 이후 표면의 박리와 함께 콘크리트 모체의 열화가 발생하였기 때문임을 확인할 수 있었다.

특히 비교예 3이 코팅된 시편은 재령 28일에서의 질량 감소율은 18%로 가장 크게 나타난 반면, 실시예 3, 4가 코팅된 시편의 경우에는 재령 7일 까지 질량감소를 보이지 않았으며, 재령 56일까지 9~13%의 질량 감소율을 보였다. 나아가, 박테리아 고정화 재료인 E.V를 사용한 시편(실시예 3, 4가 코팅된 시편)의 질량 감소율은 재유화형 분말수지 첨가의 유무에 관계없이 10% 미만의 결과를 보여 황산 침식에 의한 열화저항성능이 가장 우수한 결과를 보였다.

이는 도 14의 콘크리트의 외관 상태에서 보는 바와 같이 재령 56일 까지 황산 침식에 의한 표면의 탈리 및 콘크리트 모체의 열화가 매우 미미하기 때문이며, 결과적으로 압축강도의 결과에서와 같이 박테리아와 함께 고정화 재료인 팽창질석을 혼입한 경우에는 글라이코 캘릭스에 의한 열화 보호 효과가 코팅재의 열화저항 성능 향상에 영향을 미쳤음을 확인할 수 있었다.

- 수화생성물 분석

실시예 3, 4 및 비교예 3, 4, 5, 6이 코팅된 각 시편을 5% 황산 수용액에 침지시킨 후 시편의 내부 및 표면에서 채취한 시료의 수화생성물을 X-선 회절(X-ray diffraction, XRD) 분석한 결과 및 재령별 각 시편의 중성화 깊이 측정 결과를 각각 도 15 및 도 16에 나타내었다.

각 시편의 수화 생성물은 황산에 의한 열화 유무에 따라 큰 차이를 보였다.

도 15(A)에서 보이는 바와 같이, 황산에 의한 열화가 발생하지 않은 시편의 내부에서는 시멘트의 수화생성물인 C-S-H와 Ca(OH)₂(portlandite), 칼사이트(calcite) 및 미수화 석영(SiO₂) 등의 피크를 확인할 수 있었다.

반면, 도 15(B)에서 보이는 바와 같이, 재령 56일에서 표면의 탈리와 함께 황산에 의한 열화가 진행 된 시편의 표면에서는 석고의 피크가 다수 형성된 것을 확인 할 수 있었다.

나아가, 도 16의 중성화 깊이 평가 결과에서와 같이 표면의 탈리와 함께 산성의 황산 수용액에 의한 중성화가 진행된 비교예 3, 4 및 비교예 5가 코팅된 시편에서는 황산 열화에 의해 형성된 석고수화물의 피크가 더욱 뚜렷하게 관찰되었다. 이와 함께 표면의 탈리 및 중성화가 비교적 적게 나타난 실시예 3, 4 및 비교예 6이 코팅된 시편은 상대적으로 석고의 피크가 적게 나타났다.

[내구성 평가]

실시예 3, 4 및 비교예 3, 4, 5, 6이 코팅된 각 시편에 이산화탄소에 노출되는 일면에 2mm 두께의 생체 모방형 코팅 모르타르를 도포하여 내구성 평가를 진행하였다.

- 탄산화 저항 성능 평가

KS F 2584(콘크리트의 촉진 탄산화 시험방법)에 따라 실시하였으며, 이산화탄소의 농도는 5%로 하였고, 각 시편의 탄산화 깊이는 KS F 2596(콘크리트 탄산화 깊이 측정 방법)에 따라 탄산화 촉진 시험 실시 후 재령 28일 및 56일에서 측정하였으며, 그 결과를 각각 도 17 및 도 18에 나타내었다.

도 17에 보이는 바와 같이, 박테리아가 사용되지 않은 비교예 3 및 4이 코팅된 시편에서는 재령 28일 이후 탄산화가 진행되었으며, 재령 56일에서 비교예 3이 코팅된 시편의 탄산화 깊이가 9.6 mm로 가장 크게 나타났다. 반면, 비교예 4가 코팅된 시편의 재령 56일 탄산화 깊이는 8.2 mm로 비교예 3이 코팅된 시편에 비해 약 15% 낮게 나타났다.

한편, 박테리아 글라이코 캘릭스가 사용된 조성물의 시편에서는 도 17 및 도18에서 보이는 바와 같이 탄산화 촉진시험 재령 56일까지 탄산화가 발생되지 않았다. 이는 결과적으로 글라이코 캘릭스 형성 박테리아의 혼입이 콘크리트의 탄산화 저항성능 향상에 긍정적인 영향을 미친 것으로 판단된다.

- 염해 저항 성능 평가

NT BUILD 492에 따라 수행하였으며, 음극셀 용액은 0.5 M의 염화나트륨(NaCl)용액, 양극셀 용액은 포화 수산화칼슘(Ca(OH)₂) 용액을 사용하였으며, 전위차 촉진시험법에 의한 비정상 상태의 염소이온 확산계수는 탕의 방법(Tang's method)을 이용하여 도출하였고, 그 결과를 도 19에 나타내었다.

시편의 염소이온 확산계수는 박테리아를 혼입하지 않은 경우에서 글라이코 캘릭스 형성 박테리아의 혼입 및 고정화재료인 E.V를 혼입함에 따라 감소하는 경향을 보였다.

비교예 3이 코팅된 시편의 염소이온 확산계수는 2.89X10^-12m²/sec이었으며, 비교예 4가 코팅된 시편의 경우에는 3.39X10^-12m²/sec로 가장 높은 결과를 보였다. 반면 비교예 5 및 6이 코팅된 시편의 염화물 확산계수는 각각 1.6X10^-12m²/sec 및 2.44X10^-12m²/sec로 비교예 3, 4가 코팅된 시편에 비해 약 28-52% 낮은 결과를 보였다.

한편 실시예 3이 코팅된 시편의 경우에는 염화물 확산계수가 모든 시편에 비해 낮게 나타났으며, 특히 실시예 4가 코팅된 시편의 경우 염화물 확산계수가 0.71X10^-12m²/sec로 가장 낮았다.

따라서, 글라이코 캘릭스 박테리아 및 팽창질석을 혼입한 조성물은 콘크리트의 염해저항성 향상에 매우 긍정적인 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다.

실험예 3

실제 하수관거 환경에서 본 발명의 콘크리트 조성물에서 재령 변화에 따른 내구성 및 박테리아의 생장성을 평가하기 위해 도 20과 같이 실제 크기를 모사한 유사 하수 환경 조성실험을 수행하였다.

본 실험은 글라이코 캘릭스 막 형성 박테리아를 이용한 콘크리트 구조체의 표면코팅기술의 실현 및 이론적 접근을 검증하기 위해 실시되었으며, 혐기성 및 유기영양분을 포함하는 하수의 유입·유출이 지속적으로 발생되는 하수관거 환경 모사에 기반 하였다.

지속적인 하수의 유입 및 유출의 환경을 조성하기 위해 당, 단백질 등 유기질소 및 유기인이 포함된 배양액을 제조하였으며, 이를 순환펌프를 이용하여 지속적으로 순환시켰고, 하수 환경 모사를 위한 오염수의 농도는 일반적인 서울시의 생활하수 오염도(BOD 100 ppm, T-N 10 ppm, T-N 1 ppm)로 하였으며, 관내 유입수 유속은 1.0∼1.4 m/s가 유지 되도록 하였다. 더불어 하수관거 내 황화수소의 농도는 시험 시작 후 28일 간 5 ppm 수준을 유지하도록 하였으며, 재령 28일 간격으로 농도를 10배씩 상승시켜 JSTM C 7401의 내황산 시험에서 사용되는 황산 수용액 5% 농도가 달성되도록 하였다. 이를 표 3에 정리하였다.

관내 유입 유속(m/s)	조도계수	평균유량(CMD, m³/day)	온도(℃)	오염도 (ppm)			황화수소 농도
				COD	T-N	T-P
1.0~1.4	0.013	200	20~25	100	10	1	초기 5 ppm 재령 28일 간격으로 10배 증가

하수의 이동 통로인 하수관거는 대부분이 지중구조물로서 그 특성상 혐기조건을 나타낸다. 이에 따라 하수관거 환경을 조성하기 위하여 밀폐형의 아크릴반응기를 제작하여 콘크리트 흄관 투입 후 외부 공기가 유입되지 않도록 하였다. 나아가, 실험에 사용된 콘크리트 흄관은 [표 4]에 나타낸 바와 같이 하수관거 콘크리트 공사 표준 시방서에 제시되어 있는 배합상세를 기준으로 하여 D500×1,000 mm 크기로 제작하였다.

슬럼프(mm)	공기량(%)	잔골재율(%)	단위용적중량(kg/m³)
슬럼프(mm)	공기량(%)	잔골재율(%)	물	시멘트	잔골재	굵은골재
180	4.5±1.5	47	180	400	786	903

상기와 같이 형성된 하수관거에 실시예 4의 조성물을 약 2 mm 두께로 흄관 내부에 분사 도포하였으며, 이를 실시예 5로 하였다. 조성물의 도포는 참여기업 및 기술수요기관의 협업을 통해 제작·개발된 분사노즐과 모노펌프를 이용한 라이닝 공법을 이용하였다(도 20 참조).

[압축강도 비율 및 중성화 깊이 평가]

실험예 3의 재령 28일(황화수소 농도 5 ppm)에서 조성물 도포 시험체의 압축강도 비 및 질량 감소율 측정결과를 도 21 및 도 22에 나타내었다.

황화수소 농도를 5 ppm으로 28일 동안 유지한 환경에서는 콘크리트 시험체의 압축강도 및 질량의 변화가 미미하였다.

도 21에 보이는 바와 같이, 박테리아 글라이코 캘릭스 코팅 유·무에 따라 그 변화 크기가 상이한 결과를 보였다. 조성물을 도포하지 않은 시험체(무코팅 시험체)의 재령 28일에서의 압축강도 비는 0.97이었던 반면 실시예 5의 압축강도 비는 0.99로 약 2%의 차이를 보였다. 마찬가지로 도 22에 보이는 바와 같이, 질량 변화에서도 실시예 5가 무코팅 시험체에 비해 약 1% 더 적은 감소율을 보였다.

한편, 도 23에 보이는 바와 같이, 콘크리트의 중성화 깊이 측정결과에서는 상대적으로 낮은 농도의 황화수소(5 ppm)가 존재하는 하수환경으로 인해 재령 28일에서도 중성화가 진행되지 않았다.

따라서, 황화수소 농도 5 ppm에서 수행된 유사 하수관 환경 조성 실험에서는 황산 열화에 의한 콘크리트 시험체의 압축강도 감소 및 질량 감소는 크게 나타나지 않았지만, 글라이코 캘릭스로 코팅된 시험체(실시예 5)의 열화저항 성능이 무코팅 시험체에 비해 비교적 우수하였음을 확인할 수 있었다.

[무기영양염류 제거 효율 평가]

유사 하수관 환경에서 실시예 5의 재령 28일 무기영양염류 제거 효율 평가 결과는 [표 5]와 같았다.

	무코팅 시험체			글라이코 캘릭스 코팅 시험체(실시예 5)
	초기값	한달 후	제거율 (%)	초기값	한달 후	제거율 (%)
COD	100	30.33 ± 7.87	70	100	12.00 ± 9.90	88
TN	10	0.93 ± 0.07	91	10	0.51 ± 0.11	95
TP	1	0.09 ± 0.01	93	1	0.13 ± 0.01	87

상기 표 5에 보이는 바와 같이, 실시예 5의 재령 28일에서 COD 정화 효율은 88%로, 70%의 제거 효율을 보인 무코팅 시험체에 비해 18% 우수한 결과를 보였다. 나아가 T-N의 제거 효율 또한 실시예 5가 95%로, 91%의 제거 효율을 보인 무코팅 시험체에 비해 우수하였다. 반면, T-P 제거효율의 경우에는 실시예 5가 87%로, 무코팅 시험체(T-P 제거효율 93%)에 비해 약 6% 낮았으나, 이는 박테리아의 생체활동에 의한 인(P) 화합물(박테리아 생장 배설물)의 배출 영향에 의한 결과로, 그 효율의 차이는 무시할 만한 수준인 것으로 판단된다.

따라서, 박테리아 글라이코 캘릭스 코팅 콘크리트는 무코팅 시험체에 비해 무기 우수한 무기영양염류 제거 효율을 보였으며, 이는 코팅 콘크리트가 포함하는 글라이코 캘릭스 형성 박테리아의 생장 활동에 의한 것으로 판단된다.

[박테리아 활동성 및 생장성 평가]

헤모사이토미터(Hemocytometer)를 이용한 실시예 5에서 박테리아의 활동성을 촬영한 결과 및 활동 생균수 계수 결과를 각각 도 24(A) 및 도 24(B)에 나타내었다.

유사 하수관 환경조성 실험 재령 28일의 실시예 5에서 박테리아의 활동성을 확인 할 수 있었다. 1∼3 ㎛ 수준의 크기를 갖는 글라이코 캘릭스 형성 박테리아인 로도박터 캡슐라투스(Rhodobacter capsulatus)는 황산에 의한 열화를 받는 환경에서도 지속적인 활동성을 보였다. 이와 비교하여 무코팅 시험체의 경우 박테리아의 생균이 확인되지 않았으나, 실시예 5의 경우 4.9×104 cell/mL로 평가되었다.

나아가 실시예 5에서 분리한 박테리아의 재배양 결과 및 생균수 측정 방법(viable cell count method)을 이용한 생균수 계수 결과를 각각 도 25(A) 및 도 25(B)에 나타내었다.

박테리아 재배양 결과 역시 박테리아 활동 생균수 계수 결과와 마찬가지로 무코팅 시험체에서는 군락의 형성이 확인 되지 않았으며, 실시예 5에서는 다수의 박테리아 군락이 확인되었다.

생균수 측정 방법에 의한 재배양 배지에서 박테리아의 생균수 평가 결과에서는 무코팅 시험체의 경우 박테리아의 생균수가 계수되지 않았으며, 실시예 5에서는 1.6×10⁴ CFU/g으로, 헤모사이토미터를 이용한 박테리아 활동 생균수 계수 결과와 큰 차이를 보이지 않았다.

따라서, 유사하수관 환경에 적용된 글라이코 캘릭스 코팅 콘크리트에서는 박테리아의 활동성과 함께 우수한 수준의 박테리아 생균수를 확인할 수 있었다.

[글라이코 캘릭스막 형성량 평가]

유사 하수관 환경조성 실험 재령 28일에서 실시예 5의 표면에 형성된 글라이코 캘릭스의 미세구조분석 및 형성량을 평가한 결과를 각각 도 26(A) 및 도 26(B)에 나타내었다.

도 26(A)에서 보이는 바와 같이 미세구조 분석 결과 실시예 5의 표면에 형성된 글라이코 캘릭스의 두께는 200㎛ 수준으로 확인되었으며, 매우 치밀한 점막의 형태로 형성되었음을 확인할 수 있었다.

나아가, 콘크리트 흄관의 단위 면적당 글라이코 캘릭스의 형성량을 평가한 결과 실시예 5에서 0.25g/cm³로 글라이코 캘릭스가 형성됨을 확인하였다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims

글라이코 캘릭스 생성 박테리아가 고정된 다공성 물질 및 잔골재를 포함하는 골재 혼합물;
시멘트를 포함하는 결합재; 및
물을 포함하는 콘크리트 코팅 조성물.
제1항에 있어서,
상기 박테리아는 로도박터 캡슐라투스(Rhodobacter capsulatus)인, 콘크리트 코팅 조성물.
제1항에 있어서,
상기 다공성 물질은 팽창질석(expanded vermiculite, EV), 고 흡수성 수지(super absorbent polymer, SAP) 또는 이들의 혼합인, 콘크리트 코팅 조성물.
제1항에 있어서,
상기 결합재는 플라이애쉬, 및 고로슬래그로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 더 포함하는, 콘크리트 코팅 조성물.
제4항에 있어서,
상기 결합재는 에틸렌초산비닐계(ethylene vinyl acetate, EVA) 재유화형분말수지를 더 포함하는, 콘크리트 코팅 조성물.
제1항에 있어서,
상기 골재 혼합물은 상기 글라이코 캘릭스 생성 박테리아가 고정된 다공성 물질과 골재가 4:6 내지 2:8의 중량비로 혼합되는, 콘크리트 코팅 조성물.
제1항에 있어서,
상기 글라이코 캘릭스 생성 박테리아가 고정된 다공성 물질 및 잔골재를 포함하는 골재 혼합물, 시멘트를 포함하는 결합재 및 물은, 물 : 골재 혼합물: 결합재 = 25 내지 40 : 150 내지 250 : 100의 중량비로 포함되는, 콘크리트 코팅 조성물.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 콘크리트 코팅 조성물로 형성된 코팅층을 콘크리트 구조체의 적어도 일면에 구비하는, 콘크리트 구조체.