경화된 콘크리트 표면에 TiO2 고정화를 위한 기초연구
- 저자식별ID AuthorId:https
- 발행기관 강릉원주대학교
- 발행년도 2020
- 학위수여년월 2021. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 도움말 일반대학원 토목공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/kangnung/000000010784
- UCI I804:42001-000000010784
- 본문언어 한국어
초록/요약 도움말
질소산화물(NOx)은 미세먼지 전구체로써, 인체에 유해한 동시에 도로변에 많이 존재한다. 광촉매인 TiO는 유해 물질 저감 소재로 잘 알려졌으며, 질소산화물(NOx) 제거에 특히 유용한 물질이다. TiO 콘크리트 적용 기술에는 TiO 치환 배합, TiO 코팅 및 TiO 표면 침투 등이 제안되었다. 이 중 TiO 표면 침투 기술은 재료 사용량이 적어 좋은 경제성을 유도하며, TiO 침투 깊이를 확보 및 고정화하여 장기 공용성을 보장한다. 그러나 수직 콘크리트 구조물인 옹벽에 TiO 표면 침투 기술 적용 결과 중력으로 인해 TiO 물질이 구조물에 침투할 수 없어 박리되는 문제점이 발생하였다. 따라서 TiO를 수직 콘크리트 구조물에 고정하기 위한 기술을 개발할 필요가 있다고 판단된다. 본 연구에서는 수평 콘크리트에 TiO 표면 침투 기술을 적용하였으며, 수평 콘크리트에 정적 및 동적 가압 기술을 적용하여 TiO 침투 분포 및 고정화 방안을 제안하였으며, 질소산화물(NOx) 제거효율을 평가하였다. 수평 콘크리트 시편에는 TiO 표면 침투 기술, 수직 콘크리트 시편에는 정적 및 동적 가압 침투식 TiO 고정화 기술이 적용되었다. TiO 표면 침투 기술의 경우 중력(Gravity) 및 모세관력(Capillary Force)을 통해 침투가 이루어진다. 정적 가압 침투식 TiO 고정화 기술의 경우 적용 가압량은 0.1 ~ 0.4 MPa이다. 가압량은 5 초, 10 초 및 15 초의 가압시간으로 실험이 진행된다. 동적 가압 침투식 TiO 고정화 기술의 경우 16.95 J의 타격 에너지를 적용하여 1 초, 3 초 및 5 초의 가압시간에 따라 기술을 적용하였다. 콘크리트에 각 기술의 효율성을 검증하기 위해 침투 깊이 및 표면 예측 질량비를 전계 방사형 주사전자현미경(SEM/EDAX)을 통해 검출하였으며, ISO 22197-1 기준을 만족하는 질소산화물(NOx) 제거효율 평가 시스템을 구축하여 질소산화물(NOx) 제거효율을 평가하였다. TiO 표면 침투 기술 적용 결과 0.3 mm의 침투 깊이를 확보하였으며, 57 %의 질소산화물(NOx) 제거효율이 나타났다. 정적 가압 침투식 TiO 고정화 기술은 가압량 및 가압시간이 증가함에 따라 침투 깊이 및 질소산화물(NOx) 제거효율이 증가하는 경향을 보였다. 동적 가압 침투식 TiO 고정화 기술의 경우 1 초, 3 초 및 5 초를 적용하였을 때 침투 깊이 및 표면 예측 질량비의 경우 유사한 결과를 나타냈다. 질소산화물(NOx) 제거효율의 경우 1 초 적용 시 28 %를 나타냈으며 3 초 및 5 초의 가압시간 적용 결과 51%의 질소산화물(NOx) 제거효율을 나타냈다. 수평 및 수직 콘크리트에 TiO 표면 침투 기술, 정적 및 동적 가압 침투식 TiO 고정화 기술을 적용한 결과 일정 침투 깊이가 검출되었으며, 고정화되었다고 판단된다. 또한 질소산화물(NOx) 제거효율을 확보하였으며, 이를 통해 현장 적용성을 확보하였다고 판단된다. 가압기준의 경우 정적 가압식 기술은 질소산화물(NOx) 제거효율 목표에 따라 선정된다고 판단되며, 동적 가압식 기술의 경우 3 초 이상 가압시간이 최적 가압기준으로 판단된다. 이와 같은 TiO 고정화 기술이 실용적인 기술로 발전 시 도로변 콘크리트 구조물에 쉽게 적용할 수 있으며, 질소산화물(NOx) 제거를 통해 미세먼지 저감에 기여할 수 있다고 판단된다.
more초록/요약 도움말
Nitrogen oxides (NOx) is the particle matter precursor, which is harmful to human and exists in a lot of roadsides. In high-volume traffic areas, NOx gases are transmitted into the atmosphere with a large amount. Titanium dioxide (TiO) is one of photocatalytic reaction material, which is very efficiency for NOx removal. TiO has been used for air purification and water purification. In order to embed TiO in the concrete, there are alternative methods such as substitution TiO mixing, TiO coating, and TiO surface penetration method have been suggested. Generally, TiO concrete is produced by mixing the concrete with TiO. However, a significant amount of TiO in the concrete cannot be exposed to air pollutants because of the TiO inside the concrete cannot contact to the sunlight. For the TiO coating method, it requires surface pretreatment – such as milling –prior to secure the contact and this may not satisfy the economic consideration. Hence, the penetration method is an alternative method of penetrating TiO into the horizontal concrete structure. It uses the surface penetrant agent for embedding TiO to the surface of the existing concrete structure by gravity and capillary force. This method is applicable to various types of horizontal concrete structures. Also, it is economical due to less amount of using TiO. The TiO surface penetration method is good use for horizontal concrete structure. But, as a result of applying the TiO surface penetration method to a vertical surface of concrete retaining wall, there is a problem due to gravity force leads the TiO material cannot penetrated to the structure, and it is peeled off. It is necessary to develop the efficiency methods for fixing the TiO into the vertical structure. In this study, we propose a method for penetrating and embedding the TiO to vertical concrete structures by applying static and dynamic which characterize as Pressurized TiO Fixation Method. Therefore, this study intends to measure penetration distribution to the horizontal and the vertical concrete structure by using the TiO surface penetration and pressurized TiO fixation method, respectively. Afterward, the NOx removal efficiency was evaluated for these methods. For the horizontal concrete, the specimens with L-shaped side were conducted to evaluate the surface penetration method. Penetration is achieved through gravity and capillary force. Furthermore, the bare retaining wall and the center separator specimens were prepared to evaluate the pressurized TiO fixation method of the vertical concrete structure. For the static pressurized TiO fixation method, the pressure amount 0.1 ~ 0.4MPa were applied. Each pressure is performed with three different times: 5 seconds, 10 seconds, and 15 seconds. In the case of the dynamic pressurized TiO fixation method, the energy 16.95 J was used to apply pressure at three different times of 1 s, 3 s, and 5 s. The penetration depth and distribution of TiO particles in concrete specimen were measured using SEM/EDAX. Also, NOx removal efficiencies of TiO concrete were evaluated using the NOx analyzing system. For the horizontal concrete structure, the TiO penetration method shows the penetration depth up to 0.3 mm and the NOx removal efficiency up to 57 %. The pressurized TiO fixation method which use for vertical structure indicate the penetration depth up to 1 mm and the NOx removal efficiency up to 61 %. In the case of static pressurized TiO fixation method, a pressure time at least 10 seconds with applied pressure 0.2 MPa and 5 seconds at a pressure higher than 0.3 MPa were suggest for the NOx removal efficiency higher than 40 %. On the other hand, for the dynamic pressurized TiO fixation method shows the NOx removal efficiencies higher than 50 % when applying hitting energy 16.95 J more than 3 seconds. Base on this finding, it was found that the surface predicted mass ratio was increased with increasing of pressure amount and time. The results of this study showed that the TiO surface penetration method and static and dynamic pressurized TiO fixation method were advantageous in penetrating and distributing TiO particles into the concrete surface to effectively remove NOx. It was confirmed that proposed method to remove NOx was sufficiently applicable to the existing concrete road structures both horizontal and vertical.
more목차 도움말
목 차
국문요약 ⅰ
영문요약 ⅲ
목 차 ⅵ
표차례 ⅷ
그림차례 ⅸ
제 1 장 서 론 1
1.1 연구배경 및 목적 1
1.2 연구내용 및 방법 4
제 2 장 이론적 배경 및 특성 7
2.1 개요 7
2.2 문헌연구 7
2.2.1 질소산화물(NOx)의 정의 및 특성 7
2.2.2 TiO2의 정의 및 특성 8
2.2.3 국내·외 TiO2 콘크리트 적용 기술 10
2.2.4 콘크리트내 공극 및 수분 이동 메커니즘 13
제 3 장 경화된 콘크리트 표면에 TiO2 고정화를 위한 실험 방안 15
3.1 콘크리트 표면 TiO2 고정화 기술 전략 15
3.2 시편 제작 17
3.3 최적 혼합비율 선정을 위한 TiO2 및 표면 침투제 선정 20
3.3.1 TiO2 소재 검토 및 선정 20
3.3.1 표면 침투제 성분 검토 및 선정 21
3.4 TiO 및 표면 침투제 최적 혼합비율 선정 23
3.5 경화된 수평 콘크리트 표면에 TiO2 고정화 방안 선정 26
3.6 경화된 수직 콘크리트 표면에 TiO2 고정화를 위한 가압식 실험 28
3.6.1 정적 가압 침투식 TiO2 고정화 기술 30
3.6.2 동적 가압 침투식 TiO2 고정화 기술 31
3.7 전계 방사형 주사전자 현미경(SEM/EDAX)을 통한 침투 분포 검토 방안 32
3.8 질소산화물(NOx) 제거효율 평가를 위한 평가 시스템 특성 34
제 4 장 경화된 콘크리트 표면에 고정화된 TiO2 소재의 침투 분포 및 질소산화물(NOx) 제거효율 평가 36
4.1 수평 콘크리트 표면에 TiO2 표면 침투 고정화 기술 적용 결과 36
4.2 수직 콘크리트 표면에 정적 가압 침투식 TiO2 고정화 기술 적용 결과 37
4.3 수직 콘크리트 표면에 동적 가압 침투식 TiO2 고정화 기술 적용 결과 44
4.4 소결 47
제 5 장 결론 49
참고문헌 51
