高度水處理 環境에 露出된 防水/방식재의 侵蝕評價에 관한 實驗的 硏究 : 오존(O₃)處理用 蝕用水槽 構造物을 中心으로 = (An) Experimental Study on the Deterioration of Anticorrosive Coatings under Advanced Water Treatment Using O₃: Centering Around the Concrete Structure for Drink Water

국문 초록 (Abstract)

정수처리 구조물은 처리조별 복합 구조로 계층화되어 조합되어 있고, 이와 함께 처리조별 다양한 물리·화학적 환경이 구조체 내부에 장기적으로 작용하고 있다. 이러한 사용환경은 콘크리트 구조체에 장기적으로 작용하여 부식 및 열화를 발생시키고 성능저하를 가져온다. 이러한 이유로 콘크리트 보호를 위한 내부면 방수/방식이 적용되어지는데, 다양한 외적인 열화 요인으로부터 내구성 유지 및 수질 안정성 보존을 위해 무엇보다도 처리조별 적정 방수/방식재가 적용되고 유지관리 되어져야 한다. 현재 국내에서 운영되고 있는 정수 처리시설은 처리방법에 있어 염소를 이용한 시설과 염소에 의한 정수방법으로는 완전히 제거되지 않는 맛·냄새 유발물질, 미량유기오염물질, 암모니아성 질소 등을 제거하기 위하여 생물처리, 오존처리, 활성탄처리등의 공정을 단위 또는 조합하여 신설 또는 기존 청수공정에 추가 설치하는 시설로 나뉘어지고 있고, 후자에 의한 처리 방법이 점차적으로 그 적용 폭을 넓혀가고 있는 현실이다. 특히, 최근 국내의 수질 악화를 계기로 빠르게 도입되고 있는 고도정수 처리 시스템의 경우 주요 구조시설물중 하나인 밀폐형 오존처리조는 강력한 산화력을 가진 오존(O_(3))이 수처리재로 사용되고 있고, 이는 처리조내 밀폐공간 내에서 처리수 및 방수/방식층에 장기적으로 작용하고 있다. 오존을 이용한 효율적인 수처리 방법론은 국내의적으로 다양한 연구가 활발히 진행되며 보고되고 있으나, 국내에서는 이러한 환경에 동시적으로 노출되어 있는 콘크리트 구조물 내부면 방수/방식재의 오존에 대한 성능유지 및 안정성에 관한 연구보고가 전무한 실정이라 할 수 있다. 이로 인하여 기존의 염소처리에 의한 사용 환경에 재료적 내구성을 갖는 방수/방식재일지라도 또 다른 사용환경 하에 적응 시 그에 따른 검토가 추가적으로 이루어져야 함에 불구하고 안정성이 검토되지 않고 그대로 설계되어 시공되어지고 있는 실정이다. 이는 곧 건설 생산 이후 열악한 사용환경하에서 구조체의 열화를 가속화시키고, 내구성 및 수질안정성을 저해하게 되어 수질 신뢰성 저하 및 막대한 구조체 보수 비용을 추가 발생(LCC:건설후의 비용증가)시킨다.
따라서 본 연구는 기존의 정수처리 구조물에 적용되고 있는 방수/방식 재료중 무기 유기 혼합 규산질계 도포 방수/방식재 및 에폭시 수지계 방수/방식재를 대상으로 오존 사용환경에 따른 물리·화학적인 재료 특성 변이를 정량적으로 도출하고자 하였다.
이를 바탕으로 한 본 연구의 결과로 무기 유기 혼합 규산질계 도포형 방수/방식재 및 에폭시 수지계 방수/방식재의 오존 영향에 따른 물리·화학적 변화 결과를 요약하면 다음과 같다.
(1) 표면적 중량 평가-무기 유기 혼합 규산질계와 에폭시 수지계 시편을 수중, 수중과 기중의 경계면, 기중 환경에 적치 폭로시킨 결과, 60일 표면적 당중랑 변화량은 규산질계의 경우 초기 0(g/㎠), 수중 적치 후 0.00418(g/㎠), 수증과 기중의 경계면 0.00512(g/㎠), 기중 0.00962(g/㎠)의 중량 증가를 나타냈다. 반면 에폭시 수지계의 경우 수중 0.00538(g/㎠), 수중과 기중의 정계면 0.00651(g/㎠), 기중 0.00561(g/㎠)의 중량 감소를 나타냈으며. 전체적으로 무기 유기 혼합 규산질계의 경우 적치일수의 증가에 따라 중량 증가가 나타난 반면 에폭시 수지계의 경우 중량 감소 현상이 나타났다.
(2) 표면 침식 분석-외관에서 판단할 수 있는 열화 징후를 실험 검토한 결과, 모든 시편에서 표면박리, 탈락, 엑상겔의 침출, 표면 균열 발생은 전체적으로 발생하지 않았다. 변퇴색 관찰 결과 규산질계의 경우 적치 7일 후 수중과 기중 경계면, 기중에 적치한 시편 모두에서 변색이 나타났다. 에폭시의 경우, 적치 15일 이후 기증과 수중면과 기중면의 경계에 위치시킨 시편의 기중면에서 윈시편과 달리 표면광택이 소실 및 변색이 나타났으며, 또한 이와 함께 표면에 미세 물질 침출현상이 나타났다. 반면 수중의 경우는 기중에 적치한 시편과 달리 변색 및 재료성분의 침출은 나타나지 않았다. 수중환경에 적치시킨 시편의 침출물질의 경우 지속적으로 실험수에 노출되고 있고 실험수의 내부 순환이라는 실험적 조건을 감안한다면 반응변화에 있어 표면 씻김 현상이 있다고 사료된다.
(3) 표면 공극 분석 - 기중에 적치한 에폭시 시편의 경우 적치 전에서 보여지는 표면 형상과 달리 직경 1㎛∼20㎛ 크기의 불규칙한 표면 패임 현상이 심하게 발생한 것으로 나타났다. 수중의 시편의 경우 기중 폭로 시편에 비하여 패임 현상이 작은 것으로 나타났으나 국부적인 패임이 발생하였다. 규산질계의 경우 수중, 기중에 적치한 모든 시편에서 처리 전 시편과 다른 표면 변화를 나타냈다.
(4) 침출 물질 생분 분석 - 적외선 분광법(FT-IR)에 의한 분석 결과 오존처리 전 에폭시의 경우 1000∼4000의 파장 구간내 2875(㎝^(-1))구간에서 C-H기가 나타났으며, 2354(㎝^(-1))구간에서 C-O기, 1509(㎝^(-1))구간에서 CH_(2)기를 나타냈다. 반면 오존 처리 후 시료 표면에 발생된 물질에 대한 분석의 결과 3056(㎝^(-1))구간에서C -H기가 나타났으며, 2362(㎝^(-1))구간에서 C-O기 1316(㎝^(-1))구간에서 CH_(2)중합기를 나타냈다. 또한 처리 전 에폭시 시료에서 나타나지 않았던 CH_(3)기가 1620(㎝^(-1))구간에서 나타남을 알 수 있었다. 이는 OOP나 면상 진동에 의한 파장이 다른 양상을 보였으며, 처리 전 시료에서 보이지 않은 CH_(3))기가 보여짐으로서 오존 처리 후 발생된 침출 물질은 오존이 기존의 에폭시기의 중합체에 화학적 영향을 미쳐 다른 물질의 생성 및 중합체의 변성을 가져온 결과로 사료된다.
(5) 음용수 용출성 - 먹는물 수질공정 시험방법에 의한 유해물 용출 유무를 평가한 결과로, 유기 무기 혼합 규산질계는 재료적 성분의 영향으로 평가될 수 있는 철, 알루미늄, 불소, 질산성 질소, 암모니아성 질소의 경우 검출되지 않았고, 알카리도(pH)에 있어 8.6으로 나타나 기준수 pH 7.1에 비해 높은 알카리도를 보였다. 에폭시 수지계 또한 재료의 성분적 영향으로 용출될 수 있는 페놀, 시안, 에피클로로히디린 항목에 대한 평가 결과 모두 검출되지 않았고 pH 5.8로 기준수에 비해 약산성을 나타냈다.
본 실험적 연구에서는 오존 환경에 노출된 규산질계 및 에폭시 수지계 방수/방식재의 물리·화학적 침식 저항성을 정량적으로 평가하기 위한 실험으로서, 이상의 결과를 바탕으로 오존을 수처리재로 사용하는 밀폐형 콘크리트 구조물 내부에서는 오존의 영향에 따른 재료적 내구성 감소 및 안정성 저하가 있는 것으로 나타났다. 이는 특정구조 내부에 적용되는 기존 및 새로운 재료에 있어 사용 환경에 따른 재료적 선 안정성 실험 평가 및 관련기준 마련이 필요할 것이라 판단되어진다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, advanced system for water treatment is introduced and operated became of water pollution, improvement of water quality and etc. System for water treatment is composed of various complex structure. The inside of treatment structure is affected by environment of chemical property and physics for a long time. By such use environment, concrete structure occur corrosion and appear decrease of efficiency. Because of these reason, the inside anticorrosive coatings for corrosion protection are applied.
One of advanced system for water treatment is water treatment method using ozone(O_(3)). In airtight concrete structure, anticorrosive coatings as well as water are affected by strong oxidative O_(3) in the long-term. For this reason, material stability against O_(3) is examined.
Consequently, the purpose of this study is to find out material stability an object of epoxy resin coatings and cement mixed siliceous powder waterproof coatings for waterproof and anticorrosion of concrete structures by way of accelerated O_(3) testing.
In this paper, epoxy resin specimens and cement mixed siliceous powder waterproof coatings using as anticorrosive material of concrete structure for drink water are used to serve as a material of deterioration evaluation. It is to be studied weight loss, surface corrosion of specimens, ingredient analysis of floating particle, a solute of chemical ingredient by way of accelerated ozone testing.
The results of this study are as followings.
(1) Surface weight evaluation - Epoxy resin coatings and cement mixed siliceous powder waterproof coatings exposed to environment of underwater, the surface of water and above the water respectively for 60 day period. As a result of weight change quantity, cement mixed siliceous powder waterproof coatings showed a weight increase-underwater(0.00418g/㎠), the surface of water(0.00512g/㎠), above the water(0.00962g/㎠) and epoxy resin coatings showed a weight decrease-underwater(0.00538g/㎠), the surface of water(0.00651g/㎠), above the water(0.00561g/㎠). As a whole, weight of cement mixed siliceous powder waterproof coatings is increased. On the other hand, Epoxy Resin coatings is decreased.
(2) The surface corrosion of specimens - The surface of epoxy resin coatings exposed above the water showed a loss of gloss and floating particle. As the results of SEM test, the surface of specimen eroded heavily. The surface of cement mixed siliceous powder specimen shows erosion and a loss of gloss as compared with original specimen.
(3) Ingredient analysis of floating particle - All specimens of original and floating particle show C-H, C-O, CH_(2) polymerism. But, floating particle show polymerism of CH_(3).
(4) A solute of chemical ingredient - The result which evaluates the stability for drinking water by KS F 4921, harmful ingredients are not detected in the test water. but, cement mixed siliceous powder waterproof coatings(pH 8.6) shows more higher than standard water(pH 7.1) and epoxy resin coatings(pH 5.8) hows more lower than standard water.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 要約 = ⅰ
• 表目次 = ⅴ
• 그림目次 = ⅵ
• 사진目次 = ⅶ
• Ⅰ. 序論 = 1
• 1.1 개요 = 1
• 1.1.1 연구의 배경 = 1
• 1.1.2 연구의 목적 = 7
• 1.1.3 연구의 범위 및 방법 = 8
• Ⅱ. 高度淨水處理 旅設內 防水 / 防蝕재의 理論的 考察 = 10
• 2.1 고도정수처리시설의 일반사항 = 10
• 2.1.1 고도정수처리시설 개념 및 공정 = 10
• 2.2 오존 및 활성탄 처리조 콘크리트구조물 열화환경 (劣化環境) = 16
• 2.2.1 개요 = 16
• 2.2.2 고도수처리 콘크리트 구조물 및 방수 / 방식층 부식의 종류와 원인 = 18
• 2.2.3 오존 및 활성탄 처리조에서 요구되는 방수 / 방식성능 = 25
• 2.3 기존공법의 특성 및 취약성 = 27
• Ⅲ. 無機 有機 混合 硅酸質系 塗布形 防水 / 防蝕材料 및 에폭시 樹脂系 防水/防蝕 材料의 내오존 性能 評價 = 28
• 3.1 개요 = 28
• 3.1.1 연구대상 재료 = 28
• 3.1.2 실험 평가 내용 = 29
• 3.2 표면적 중량변화 평가 = 30
• 3.3 표면 침식 분석 = 40
• 3.4 표면 공극 관찰 = 47
• 3.5 침출 물질 성분 분석 = 49
• 3.6 음용수 용출성 = 52
• Ⅳ. 結論 = 54
• 參考文獻 = 57
• ABSTRACT = 58