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TiO2 코팅 고정화 공법의 수직 콘크리트 구조물 적용에 대한 평가

Evaluation of the application of TiO2 coating fixation method to vertical concrete structures

  • 김광현 (KIMGWANGHYUN, 강릉원주대학교 일반대학원)

초록/요약 도움말

과도한 기술발전으로 화석연료의 사용량이 증가하였으며, 화석연료 연소 시 필연적으로 발생하는 미세먼지(Particulate Matter, PM)의 배출량이 증가하고 있다. 국내에서 발생 되는 대기오염물질 중 자동차로부터 배출되는 질소산화물(NOx)의 비율이 약 58 %를 차지하고 있다. 대기 중 미세먼지 제거를 위해 미세먼지 저감 소재인 TiO2 소재를 활용하여 질소산화물(NOx)을 제거를 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다. TiO2 표면침투 공법은 모세관력(Capillary Force) 및 중력(Gravity)을 통해 콘크리트 표면에 적정 깊이까지 침투 및 고정하여 질소산화물(NOx)을 제거하는 공법이다. 그러나 수직 콘크리트 구조물 적용 시 중력(Gravity)에 의해 TiO2 소재가 바닥 면으로 흘러내리는 박리현상이 발생하였다. 이를 해결하기 위해 콘크리트 구조물에 전동 헤머를 통해 외력을 주어 TiO2 소재를 고정화하는 가압 침투 식 TiO2 고정화 공법이 사용되었다. 그러나 전동해머를 통한 고정화 방안의 경우 장비사용으로 인한 작업성 및 작업 공간의 제약성이 발생하였다. 본 연구에서는 수직 콘크리트 구조물에 TiO2 소재와 코팅제를 사용한 TiO2 코팅 고정화 공법과 동적 가압 코팅식 TiO2 고정화 공법을 적용하였다. 고정화 공법 적용을 위해 TiO2와 코팅제의 최적 혼합비율을 선정하였다. 장기 내구성 평가를 위한 환경 하중 저항성 시험을 진행하였으며, 공용 중 표면 열화에 따른 질소산화물(NOx) 제거효율 분석 및 평가를 통해 장기 공용성을 평가하였다. 현장 적용성 평가를 위해 대규모 Test – bed를 구축하여 일사량에 따른 질소산화물(NOx) 제거효율을 평가하였다. 질소산화물(NOx) 제거효율은 TiO2 코팅 고정화 공법의 경우 평균 57 %를 나타냈으며, 동적 가압 코팅식 TiO2 고정화 공법의 경우 평균 44.7 %을 실험을 통해 확인하였다. 표면박리 저항성 시험 50 Cycle에서 동적 가압 침투식 TiO2 고정화 공법의 질소산화물(NOx) 제거효율이 약 14.8 % 감소 폭을 나타냈으며, 동결융해 저항성 시험 300 Cycle에서 동적 가압 코팅식 TiO2 고정화 공법의 질소산화물(NOx) 제거효율의 감소 폭이 31.4 %를 나타내어 장기 공용성이 우수하다고 판단하였다. Test – bed에서 일사량이 높을 때 평균 40 %를 나타내어 질소산화물(NOx) 제거효율 확보를 통해 현장 적용성을 확인하였다. 본 연구에서는 환경 하중 저항성 시험을 통해 장기 내구성을 검토하였으며, 표면 열화에 따른 질소산화물(NOx) 제거효율 평가를 통해 장기 공용성을 확인하였다. 또한 실제 도로변 환경을 모사한 대규모 Test – bed에서의 일사량에 따른 질소산화물(NOx) 제거효율 분석을 통해 현장 적용성을 확보하였다.

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목차 도움말

목 차 ⅰ
국문요약 ⅲ
영문요약 ⅴ
표차례 ⅶ
그림차례 ⅷ

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 5
2.1 개요 5
2.2 문헌연구 6
2.2.1 질소산화물(NOx)의 정의 및 특성 6
2.2.2 TiO의 정의 및 특성 6
2.2.3 국내·외 TiO 콘크리트 적용기술 9
2.2.4 침투식 고정화 공법의 수직 콘크리트 구조물 적용 시 한계점 검
토 13
2.2.5 가압 침투식 TiO2 고정화 기술 15


제 3 장 TiO2 코팅 고정화 공법의 수직 콘크리트 구조물 적용성
평가 18
3.1 TiO 코팅 고정화 공법 개요 18
3.2 TiO2 코팅 고정화 공법의 TiO2 및 코팅제 최적 혼합비율 선정 19
3.2.1 코팅제 성분 검토 및 선정 19
3.2.2 TiO2 및 코팅제 혼합비율 선정 20
3.3 TiO2 코팅 고정화 공법 성능 평가 27
3.3.1 시편 제작 및 TiO2 코팅 고정화 공법적용 27
3.3.2 질소산화물(NOx) 제거효율 평가방법 30
3.3.3 TiO2 코팅 고정화 공법의 질소산화물(NOx) 제거효율 분석 32
3.4 열화에 따른 TiO2 코팅 콘크리트의 NOx 제거효율 평가 34
3.4.1 동결융해에 따른 TiO2 콘크리트의 NOx 제거효율 변화 34
3.4.2 표면 박리에 따른 TiO2 콘크리트의 NOx 제거효율 변화 39
3.5 소결 44

제 4 장 Test – bed 구축을 통한 현장 적용성 평가 47
4.1 Test - bed 구축 및 질소산화물(NOx) 제거효율 평가방안 47
4.2 Test – bed 조건에서 TiO2 코팅 콘크리트의 질소산화물(NOx) 제거효율 평가 51

제 5 장 결론 54

참고문헌 58

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