| 연구개발개요 |
최근 우리나라는 신도시 건설, 4대강 정비 등의 건설인프라구축을 위한 국가규모의 대대적인 활발한 투자가 이루어지고, 동시에 환경오염저감 및 녹색성장이라는 사회적 이슈가 국내외적으로 진행되고 있다. 콘크리트는 공학적 우수성 (성형성, 강성, 내구성)과 뛰어난 경제성으로 토목 및 건축의 건설재료로 각광받고 있으며 그 사용량은 건설재료중 약 80% 이상을 차지할 만큼 정대적인 비중을 차지하는 건설재료로 활용되고 있다. 콘크리트 생산량은 꾸준히 증가하는 추세로 우리나라의 경우 연간 약 3억톤의 콘크리트를 생산하고 있으며, 주재료인 시멘트는 연간 약 5,000만톤가량 사용되고 있다. 최근 들어 콘크리트 생산 및 콘크리트 구조물의 건설에 따른 환경오염 및 환경부하에 관한 연구 및 문제점이 제기되고 있다. 우리나라의 경우 콘크리트 생산에 따른 CO2가스의 배출량은 시멘트 생산과정에서만 연간 1,600만톤에 이르며 다른 콘크리트 생산 공정을 더할 경우 2,000만톤 이상으로 추정되며 그 양은 총 CO2가스 배출량의 약 7%에 해당하는 어마어마한 양이다. 특히 시멘트 생산에 필요한 에너지원은 대개 석탄, 석유등의 화석연료에만 절대적으로 의존하고 있어 자원고갈문제와도 직접적으로 연결된다. 또한 콘크리트에서 침출되는 중금속, 알칼리이온과 같은 유해물질이 환경에 노출될 경우 생태파괴와 일상생활에서 피부질환, 천식, 암 등을 일으킬 수 있다고 경고하고 있다. 콘크리트 구조물의 환경영향성이라는 사안의 중대성에도 불구하고 현재까지 국내외적으로 콘크리트 생산에 따른 CO2가스 발생에 대한 규제나 제한은 부재하고 유해물질의 침출량 및 침출원인에 대한 연구 그리고 그에 대한 방지대책조차도 거의 전무한 실정이다. 다만 일부 CO2 배출저감을 위해 시멘트 생산 시 습식법을 권장하거나, 보통 포틀랜드시멘트 대신 포졸란계열의 산업부산물을 이용할 경우 약 20% 정도 CO2 배출을 저감할 수 있다는 보고 정도이다. 특히 콘크리트에서 강알칼리 이온이나 중금속과 같은 침출가능한 유해물질에 관해서는 콘크리트에 고체전극법을 통한 중금속이온 해리나, 시멘트대체제를 통한 알칼리이온 침출저감 가능성을 제시 하는 등의 연구차원에서 진행 될 뿐 콘크리트 구조물에 대한 적용에는 효율성 및 한계가 있다. 본 연구에서는 콘크리트 생산에 따른 CO2가스 배출량의 정량적 조사, CO2 저감을 위한 프로토콜 및 콘크리트 구조물에서 침출가능한 중금속이온, 알칼리이온과 같은 유해물질의 침출메커니즘, 고정화메커니즘의 규명 및 유해물질 침출저감기법을 개발하여 친환경적 콘크리트 생산을 위한 평가모델의 개발과 더불어 친환경적 콘크리트 구조물의 건설을 위한 환경지침 개발에 목표를 두고 있다. 상기연구에서 제안하는 콘크리트 생산에 따른 CO2 저감 및 유해물질 침출억제에 관한 연구는 국제적으로 탄소배출권거래제 (Cap and trade)가 실시될 예정이 시점에서 이에 대한 Initiative를 마련하고 토목구조물의 환경평가 모델을 마련하기 위한 중요한 연구라 할 수 있다. 본 연구에서 제안하는 콘크리트 구조물의 환경오염저감에 관한 연구는 국내외적으로 표준 및 가이드라인의 제정이 절대적으로 필요하며 건설현장 및 환경관리 분야에서 즉각적으로 적용할 수 있는 실용적인 기술이다. 또한 정부주도의 녹색성장정책에 부합되며 사안의 중대성과 공공성을 감안할 때 정부지원이 절실한 연구라 할 수 있다.
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| 최종목표 |
본 연구의 최종목표는 “환경 친화적 화학처리기법을 적용한 콘크리트 구조물의 환경오염 저감 기법 개발”이라고 할수있다. 즉, 본 연구는 콘크리트로 제작되는 토목, 건축 구조물에 있어 노출환경에 따른 콘크리트로 인한 환경오염원인 CO2가스, 6가크롬을 비롯한 중금속, 강알칼리 이온의 발생 및 침출을 저감함으로써 인프라구조물의 건설에서 발생되는 환경부하를 조절하는 데 연구의 최종목표가 있다. 본 연구의 최종목표를 이루기 위한 세부연구목표는 콘크리트 생산활동, 구조물의 노출환경, 오염원에 따라 다음과 같이 요약할 수 있다. ■ 콘크리트 내 침출형 중금속 (Mobile heavy metals)의 침출방지 기술 개발■ 알칼리 이온의 침출방지 콘크리트 전기화학적 표면 처리 공법 개발■ 콘크리트 생산과정에서의 최소 CO2 배출을 위한 프로토콜 제정
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| 연구내용 및 범위 |
○ 콘크리트 내 침출형 중금속 (Mobile heavy metals)의 침출방지 기술 개발■ 열분석법을 이용한 시멘트 내의 중금속 이온량 및 흡광강도법을 이용한 시멘트 페이스트에서의 용해성 중금속 이온량 측정■ 시멘트 페이스트에서의 중금속이온량에 따른 고정화된 이온량 산정 및 미세 화학 구조 분석을 통한 고정화 매개수화물 규명■ 시멘트 종류에 따른 침출 가능한 중금속 이온량 및 그에 따른 Isotherm 정의■ Loess-첨가제의 입도 (골재-결합재)에 따른 고정화능 비교 및 최적입도산정■ 열분석법을 이용한 고정화된 중금속이온의 미세화학구조 규명■ Loess-첨가제에 따른 콘크리트의 강성 및 내구성 영향 측정■ 콘크리트의 유상 노출면적, 환경인자에 따른 중금속이온 침출량에 관한 모델정립■ 하천 및 해양환경에 있는 콘크리트 구조물의 중금속이온 침출량조사■ 수질검사를 통한 중금속이온의 침출량 대비 침적, 자정량에 관한 모델정립■ Loess-첨가제의 현장적용 및 이에 따른 중금속이온 침출억제효과 검증■ 콘크리트 구조물의 중금속이온 침출 및 환경영향에 따른 매뉴얼 및 국내/국제표준을 위한 Committee draft 제출 ○알칼리 이온의 침출 방지 전기화학적 표면 처리 공법 개발■ 콘크리트의 최대 알칼리이온 침출량 (leaching capacity)에 대한 측정■ 시간경과에 따른 침출된 알칼리이온의 자연정화에 의한 중화능력한계 정의■ 콘크리트 표면적과 유량에 따른 알칼리이온 침출량 및 pH의 관계정립■ 알칼리이온 침출의 유한미디어법을 통한 확산모델 정립■ 수중표본생물을 이용한 생태보존을 위한 수중의 최대 pH도 정의 ■ 수중표본생물 생존율 95%를 위한 최대 알칼리이온 침출량 정의■ 알칼리이온 침출량에 따른 수중표본생물 사인규명■ 전기화학적 콘크리트 표면처리에 따른 전기이중층 형성 및 알칼리이온 침출량 모델정립■ 전기이중층 형성에 따른 수중표본생물 생존율 검증■ 콘크리트 구조물 유무에 따른 하천 및 해양환경에서의 알칼리이온 침출량 및 pH도 비교조사■ 전기화학적 처리기법의 하천 내 콘크리트 구조물의 현장적용■ 알칼리이온의 침출에 따른 생태환경 영향성 및 최대 알칼리이온 침출량에 관한 지침제정○ 콘크리트 생산과정에서의 최소 CO2 배출을 위한 프로토콜 제정■ 시멘트 생산 공장 별 화석연료사용에 따른 CO2 배출 및 시멘트원석 화학처리 시 발생하는 CO2 발생량 산정■ 레미콘 제조 및 운송거리, 운송수단에 따른 현장별 CO2 배출량 조사■ 각각의 콘크리트 생산현장별 CO2 배출량에 대한 편차조사 및 프로토콜제정■ 콘크리트의 공학적 성능유지범위에서의 시멘트 제조 방식, 콘크리트 배합에 따른 최소 CO2 배출 모델 정립■ 생산현장에서의 생산기간 및 비용을 유지하는 범위에서의 골재채취, 레미콘 생산법 및 운송거리 최적화로 인한 최소 CO2 배출 모델 정립■ 콘크리트 생산방식, 콘크리트배합, 운송에 따른 CO2 배출량에 관한 프로토콜 및 가이드라인 제정■ 콘크리트 생산에 따른 예상 CO2 배출량에 관한 패키지프로그램 개발
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