1. 콘크리트 미세균열 자가치유에 적합한 미생물 균주 확보

미생물의 생장은 주변 환경의 pH, 온도, 산소, 수분, 염분 등의 환경요인에 의해 제어된다. 콘크리트는 pH 12-13의 강알칼리이고, 수화과정에서 수화열이 발생하며 수축작용이 일어나는 등 일반적인 미생물의 생장환경과는 다르기 때문에, 이러한 조건에서 생존할 수 있는 미생물이 필요하다. 본 연구에서는 콘크리트 미세균열 자가치유의 목적에 최적화된, 극한 환경에 대해 내구성을 가지는 포자를 형성하고 높은 pH에서 생존 가능한 미생물을 확보하는 것이 필수적이다.

2. 콘크리트 미세균열 자가치유를 위한 최적 첨가제 및 첨가조건 선정

- 배합 시에 콘크리트의 열악한 환경을 견딜 수 있도록 포자형태로 첨가해준 미생물은 콘크리트 내부에서 비활성 상태로 존재하지만, 균열이 발생하고 균열 사이로 침투된 수분과 공기와 접촉하면 포자 상태의 미생물이 발아하여 활동성을 띈다. 효율적인 콘크리트 미세균열의 자가치유를 위해서는 균열부위에서의 미생물의 활동이 최대화되어야 하며, 미생물의 포자 형성율과 발아율이 충분히 확보되어야 한다.

- 미생물은 결정 생성초기에 핵형성 위치로 작용하여 탄산칼슘 형성을 유도할 뿐만 아니라, 결정의 성장과정에서도 계속적으로 형태와 크기에 영향을 미친다. 따라서 탄산칼슘 결정은 미생물의 종류와 그의 대사생성물, 칼슘 농도 등에 따라 다양하게 나타난다. 따라서 본 연구에서는 미생물과 칼슘유기산의 첨가가 탄산칼슘의 형상 및 강도와 결정형성 속도에 미치는 영향, 나아가 콘크리트 균열 치유에 미치는 영향을 연구하고, 이를 바탕으로 콘크리트 미세균열 자가치유 효율을 극대화 할 수 있는 탄산칼슘 형성유도물질과 그 첨가조건을 결정한다

3. 미생물에 의한 탄산칼슘 형성 작용을 통한 인공미세균열 치유 및 효율성 검증

- 콘크리트 표면은 내부와 비슷한 환경을 가지고 있으나, 노출되어 있고 표면적이 넓어 실험 결과의 측정이 용이하다는 장점을 가진다. 따라서 콘크리트 표면에서 미생물의 탄산칼슘 형성 유도 실험을 진행하고, 주사전자현미경(SEM)을 통한 형상관찰, 실험체의 질량증가, 탄산칼슘 층 두께 측정 등을 통해 콘크리트 환경에서 미생물에 의한 탄산칼슘 형성량을 평가한다.

- 미세균열에서의 미생물에 작용에 의한 균열치유 효과를 확인하기 위하여 피드백 신호제어 쪼갬시험을 통해 인공균열을 유발한 후 0.05–1 mm사이의 폭을 가지는 균열을 선정하여 실험을 수행하고, 저압투수실험을 통한 투수계수 감소량의 측정을 통해 미생물의 탄산칼슘 형성작용을 통한 콘크리트 미세균열 자가치유 효율을 평가한다.

기대효과 |  본 연구의 결과물은 콘크리트 내에서의 미생물의 탄산칼슘형성 원리 규명과 이를 적용한 콘크리트 미세균열 치유 효율성 검증이다. 콘크리트는 건설 산업에서 주요하게 사용되는 재료이지만 균열이 쉽게 형성되고 이로 인해 내구성이 악화되는 일이 잦다. 본 연구의 최종결과물은 기존에 사용되고 있는 균열보수제가 환경에 치명적이고 효과가 지속적이지 않아서 야기되었던 문제들이 해결 할 것이다. 또한 본 연구에서 연구된 원리와 검증된 결과들은 건설재료 분야뿐만 아니라 미생물의 탄산칼슘형성 능력을 적용할 수 있는 다양한 연구 분야에서 자료로서 사용될 수 있다.