1. 서 론
2. 전기전착을 이용한 모래지반 고결 기술의 원리와 특성
2.1 전기전착의 기본 개념
2.2 해수 내 전기화학 반응
2.3 모래지반 고결 메커니즘
3. 토양 전기전착(Soil electrodeposition) 실험
3.1 실험 시료
3.2 실험 장치 및 방법
4. 실험 결과 및 분석
4.1 인가전압에 따른 전기전착 특성변화
4.2 광안리 현장해수와 인공해수의 전기전착 거동 변화
4.3 광안리 현장해수와 인공해수 간의 미세구조 및 광물학적 특성 비교
4.4 광안리 현장해수와 인공해수 간의 역학적 특성 비교
5. 결 론
1. 서 론
연안 및 해양 지역은 파랑, 조류, 태풍, 해수면 상승 등 다양한 외력에 지속적으로 노출되어 있으며(Mentaschi et al., 2018; Vousdoukas et al., 2020), 이로 인한 해안 침식, 세굴, 사질토 유실 및 지반 약화는 해안 구조물과 사회기반시설의 안정성에 직접적인 영향을 미친다(Guan et al., 2022; Jeng et al., 2020; Sumer et al., 2001). 특히 모래로 구성된 연안 지반은 점착성이 거의 없는 비점착성 재료로서, 파랑과 흐름에 의해 발생하는 수리전단력이 임계값을 초과하면 입자의 이탈 및 재배열이 쉽게 발생한다(Briaud et al., 2001; Kwon et al., 2021; Kwon et al., 2020). 이러한 입자 유실은 지반의 간극구조와 투수성을 변화시키고 강도 저하를 유발하므로(Ke and Takahashi, 2012), 지반의 강도와 침식 저항성을 향상시키기 위한 지반개량 기술이 필요하다(Groot et al., 2006; Kou et al., 2020). 기존에는 연안 지반의 안정성 확보를 위해 시멘트계 고화처리, 약액 주입, 그라우팅, 사석 피복, 호안 및 방파제와 같은 구조물 기반 대책이 주로 적용되어 왔다(Fan et al., 2018; Yasuhara et al., 2007). 이러한 공법들은 지반 또는 구조물의 안정성 향상에 효과적일 수 있으나, 해양환경에서는 지반의 불균질성과 복잡한 간극구조로 인해 주입 범위와 개량체의 균질성을 확보하기 어렵다는 한계가 있다(Liang et al., 2026). 또한 시멘트 및 콘크리트의 광범위한 사용은 생산과정에서 상당한 탄소배출을 수반하며, 연안에 설치되는 콘크리트 기반 경성 구조물은 퇴적환경과 생태계에 부정적인 영향을 미칠 수 있다(Dugan et al., 2018; Ho et al., 2020). 따라서, 기존 공법의 기능을 보완하면서 재료 사용과 환경교란을 최소화할 수 있는 지반개량 기술의 개발이 요구된다(Cooke et al., 2020; DeJong et al., 2010; Jun et al., 2025).
최근 이러한 배경에서 전기화학적 반응을 이용하여 지반 내부에 전착 침전물을 형성시키는 토양 전기전착(Soil Electrodeposition) 기술이 새로운 지반개량 방법으로 검토되고 있다(Kwon and Rotta Loria, 2024). 전기전착은 전해질 용액에 전기에너지를 가하여 용액 내의 용존 이온을 고체상 물질로 석출시키는 현상이다(Carré et al., 2020b). 이 기술은 해양 구조물의 방식, 해양 생태계 복원, 콘크리트 균열 보수 등 다양한 분야에서 활용 가능성이 논의되어 왔으며(Rotta Loria et al., 2023; Shirole et al., 2023), 최근에는 해수로 포화된 사질토 내에서 전착 침전을 유도하여 모래 입자 간 결합을 형성하는 지반공학적 응용 가능성이 제시되고 있다(Kwon et al., 2026). 해수로 포화된 모래지반에 전극을 설치하고 직류 전압을 인가하면, 전극 주변의 전기화학적 환경 변화에 의해 수산화마그네슘(Mg(OH)2) 및 탄산칼슘(CaCO3) 계열의 침전물이 형성될 수 있다. 이러한 침전물은 모래 입자 표면과 입자 간 접촉부에 축적되어 고결 효과를 유도하므로, 본 기술은 해수 내 자연적으로 존재하는 용존 이온을 활용한 전기화학 기반 지반개량 기술로 이해할 수 있다.
전기전착을 이용한 모래지반 고결 기술은 기존 지반개량 공법과 비교하여 몇 가지 차별적 특징을 가진다. 첫째, 해수 내 이온을 반응원으로 활용할 수 있으므로 연안 및 해양 지반 조건과의 친화성이 높다. 둘째, 시멘트계 재료나 약액을 직접 주입하지 않거나 그 사용량을 줄일 수 있어, 지반 교란과 환경부하를 저감할 가능성이 있다. 셋째, 인가전압, 전류밀도, 처리시간, 전극 재료 및 전극 배치 등을 조절함으로써 반응 속도와 고결 영역을 전기적으로 제어할 수 있다. 넷째, 수중 또는 포화 지반과 같이 일반적인 주입식 개량공법의 적용이 제한될 수 있는 조건에서도 적용 가능성이 있다. 이러한 특성으로 인해 본 기술은 연안 모래지반의 표층 고결, 세굴 및 침식 저감, 액상화 취약 사질토 보강, 항만 구조물 및 해상풍력 기초 주변 지반개량 등 다양한 지반공학 문제에 활용될 수 있는 잠재력을 가진다.
그러나 전기전착 지반개량 기술은 아직 지반공학 분야에서 충분히 소개되거나 체계적으로 정리되지 않았다. 특히 본 기술은 단순한 전기화학적 침전 현상이 아니라, 인가전압 및 처리시간과 같은 전기적 조건, 모래의 입도·간극구조·입자 배열과 같은 지반 조건, 그리고 해수의 화학조성이 복합적으로 작용하여 전착 침전의 종류, 형성 위치 및 고결 효율을 결정하는 과정이다. 또한 실내실험에서 주로 사용되는 인공해수가 실제 현장해수의 전기화학적 반응성과 고결 특성을 충분히 대표할 수 있는지에 대해서도 검토가 필요하다. 실제 현장해수는 지역, 계절, 수온, 유기물, 미량 이온 및 부유물질 등에 따라 조성이 달라질 수 있으며(Harmesa et al., 2022; Sankar et al., 2022; Singh et al., 2022; Zhang et al., 2019), 이러한 차이는 전류 흐름, pH 변화, 전착 침전 및 고결 효율에 영향을 미칠 수 있다.
이에 본 연구에서는 전기전착을 이용한 모래지반 고결 기술의 원리와 지반공학적 적용성을 소개하고, 광안리 현장해수와 인공해수를 이용한 실험사례를 통해 기술의 적용성을 검토하고자 한다. 본 논문은 기술의 기본 개념, 해수 내 전기화학 반응, 모래지반 고결 메커니즘, 기술적 특징 및 적용상 고려사항을 정리하는 데 초점을 둔다. 또한 광안리 현장해수와 인공해수를 이용한 실험 결과를 바탕으로 전류 및 pH 변화, 침전물 형성, 미세구조 및 광물상, 전착 침전물 함량과 강도 발현 특성을 분석하고, 실제 연안 지반에서 현장해수를 활용한 전기전착 지반개량의 가능성과 향후 연구과제를 논의하고자 한다.
2. 전기전착을 이용한 모래지반 고결 기술의 원리와 특성
2.1 전기전착의 기본 개념
전기전착은 전해질 용액 내에 존재하는 용존 이온 또는 물질을 전기화학적 반응을 통해 고체상으로 석출시키는 현상을 의미한다(Devi et al., 2024). 전해질 내에 양극과 음극을 설치하고 두 전극 사이에 전위차를 부여하면, 전극 주변에서는 산화/환원 반응이 발생하고 용액 내 이온 이동이 유도된다. 이 과정에서 전극 주변의 pH, 이온 농도 및 포화도 조건이 국부적으로 변화하며, 특정 광물의 전착 침전 조건이 충족될 경우 용액에 용존 되어 있던 성분이 고체 침전물로 석출된다.
지반공학적 관점에서는 이러한 전기화학적 침전 현상을 흙 내부에 적용하여, 간극수 또는 해수에 포함된 이온으로부터 전착 침전물을 생성하고 흙 입자 간 결합을 유도하는 기술로 이해할 수 있다(Fig. 1). 특히 해수로 포화된 모래지반에서는 해수가 천연 전해질이자 이온 공급원으로 작용하므로, 외부 고화재를 직접 주입하지 않고도 전기적 자극을 통해 지반 내부에서 고결 물질을 형성시킬 수 있다.
전기전착에 의한 지반개량 과정은 크게 세 단계로 이해할 수 있다. 첫째, 전극 사이에 전위차가 형성되면서 전해질 내 이온 이동과 전극 반응이 발생한다. 둘째, 전극 주변의 화학적 환경 변화로 인해 전착 침전이 가능한 조건이 형성된다. 셋째, 생성된 전착 침전물이 모래 입자 표면, 입자 간 접촉부 또는 공극 내에 축적되면서 지반의 구조와 물성이 변화한다.
2.2 해수 내 전기화학 반응
해수는 Na+, Cl-, Mg2+, Ca2+, K+, SO42-, HCO3- 등 다양한 이온을 포함하는 천연 전해질이다. 전기전착을 이용한 모래지반 고결에서는 이러한 해수 내 용존 이온 중 특히 Mg2+, Ca2+ 및 탄산계 이온이 주요 침전 반응에 관여한다(Carré et al., 2020b). 모래지반에 직류 전압을 인가하면 전극 주변에서 산화·환원 반응이 발생하고, 이에 따른 pH 및 이온 농도 변화가 해수 내 용존 이온의 포화도와 용해도 조건을 변화시켜 전착 침전을 유도한다(Fig. 2).
전기전착 반응에서 가장 중요한 변화는 음극 주변의 pH 증가이다(Kwon et al., 2026). 음극에서는 전자 공급에 의해 용존 산소 또는 물의 환원반응이 발생하며, 이 과정에서 수산화 이온(OH-)이 생성된다(Devi et al., 2025). 비교적 낮은 전위 조건에서는 용존 산소의 환원반응에 의해 OH-가 생성될 수 있으며, 이는 다음과 같이 표현된다.
인가전압이 물 분해 반응에 필요한 전위 이상으로 증가하면, 물의 환원반응에 의해 OH-가 생성되고 수소 기체가 발생할 수 있다(Xu et al., 2021).
이와 같은 음극 반응에 의해 음극 주변에서는 국부적으로 알칼리성 환경이 형성된다. 해수 내 Mg2+ 이온은 pH가 증가한 조건에서 OH- 이온과 반응하여 Mg(OH)2 침전물을 형성할 수 있다(Kwon et al., 2026).
또한 음극 주변의 pH 증가는 해수 내 탄산계 평형에도 영향을 미친다. 해수 중에 존재하는 중탄산 이온(HCO3-)은 알칼리 조건에서 탄산 이온(CO32-)으로 전환될 수 있으며, 생성된 탄산 이온은 Ca2+와 반응하여 CaCO3 침전물을 형성한다(Yao et al., 2023).
또는 다음과 같이 Ca2+, HCO3- 및 OH-가 직접 반응하여 탄산칼슘 침전이 형성된다.
따라서 음극 주변의 pH 증가가 Mg(OH)2 및 CaCO3 계열 침전물 형성의 핵심 조건으로 작용한다. 형성되는 침전물의 종류와 비율은 인가전압, 전류밀도, 처리시간, 수온, 해수의 이온 조성, 용존 산소 농도 및 탄산계 평형 조건에 따라 달라진다. 일반적으로 Mg(OH)2는 높은 pH 조건에서 빠르게 형성될 수 있으며, CaCO3는 탄산계 이온의 공급과 포화도 조건에 의해 영향을 받는다(Gebauer et al., 2008; Huang et al., 2025; Yang et al., 2015; Zhang et al., 2024).
반면 양극에서는 산화반응이 발생하며, 산소 발생과 함께 수소 이온(H+)이 생성될 수 있다. 이로 인해 양극 주변에서는 pH가 감소하고 산성화가 진행된다(Zhang et al., 2023). 음극 주변의 알칼리화와 양극 주변의 산성화는 동시에 발생하므로, 전극 주변의 화학적 환경은 공간적으로 불균질하게 형성된다(Carré et al., 2020b). 또한 시간이 경과함에 따라 H+와 OH-는 확산 및 이동을 통해 서로 중화될 수 있으며, 이 과정은 침전 반응의 지속성과 공간적 분포에 영향을 준다.
해수에는 Na+와 Cl-가 가장 풍부하게 존재하지만, 이들 이온은 일반적으로 전기전착에 의해 형성되는 주요 전착 침전물의 구성 성분으로 직접 작용하지 않는다. Na+는 대부분 용액 내에 용존 상태로 존재하며, Cl-는 높은 전위 조건에서 양극 부반응에 관여하여 염소 발생 또는 차아염소산 형성과 관련될 수 있다. 따라서 지반 고결에 기능할 수 있는 Mg(OH)2 및 CaCO3 침전에 유리한 전기화학 조건을 확보하는 동시에, 전극 부식, 염소 발생, 국부적 산성화 등 부반응을 고려할 필요가 있다.
2.3 모래지반 고결 메커니즘
모래는 입자 간 결합력이 작고, 외부 하중 또는 수리작용에 의해 입자 재배열과 유실이 쉽게 발생하는 비점착성 재료이다(Wang et al., 2024). 따라서 모래지반의 강도와 침식 저항성은 입자 간 접촉 상태, 간극구조, 상대밀도 및 입자 표면 특성에 크게 의존한다(Choo et al., 2020). 전기전착은 이러한 입자 사이에 전착 침전물을 형성시켜 구조적 안정성을 향상시키는 방식으로 작용한다.
전기전착에 의한 모래지반 고결 메커니즘은 크게 세 가지 형태로 구분할 수 있다(Rotta Loria et al., 2025)(Fig. 3). 첫째, 침전물이 모래 입자 표면에 부착되어 표면 피복을 형성한다. 이 경우 전착 침전물은 입자 표면의 거칠기를 증가시키고, 입자 간 마찰저항 및 맞물림 효과를 증가시킬 수 있다. 둘째, 침전물이 인접한 모래 입자의 접촉부 또는 근접 영역에 형성되어 입자 간 결합을 만든다. 이러한 교량형 침전물은 개별 입자를 부분적으로 연결하는 결합재 역할을 하며, 모래지반에 점착성 또는 고결성을 부여하는 데 가장 직접적으로 기여한다. 셋째, 침전물이 공극 내부에 축적되어 부분적인 공극 충전을 유도한다. 공극 충전은 공극률을 감소시키고 물의 흐름 경로를 제한함으로써 투수성 및 침식 가능성을 낮춘다.
이러한 미시적 변화는 거시적 지반 물성 변화로 연결된다. 입자 표면 피복과 입자 간 교량 형성은 모래 입자 간 접촉 강도를 증가시키며, 이는 압축강도 증가로 나타날 수 있다(Carré et al., 2020a). 또한 공극 충전과 간극구조 변화는 투수계수 감소 및 세립화된 침식 경로 차단에 기여할 수 있다(He et al., 2025). 따라서 고결 효과는 단순히 침전물의 총량에 의해서만 결정되는 것이 아니라, 침전물이 어디에, 어떤 형태로, 얼마나 연속적으로 형성되는지에 의해 크게 좌우된다. 동일한 전착 침전물 함량을 갖더라도 침전물이 입자 접촉부에 집중적으로 형성된 경우와 공극 내부에 비효율적으로 축적된 경우의 강도 발현은 서로 다를 수 있다.
전기전착에 의한 고결은 전극 주변에서 공간적으로 불균질하게 발생할 수 있다. 일반적으로 음극 주변에서는 pH 상승에 의해 Mg(OH)2 및 CaCO3 계열 침전물이 활발하게 형성되며, 전극으로부터 멀어질수록 전기장, 이온 공급, pH 변화 및 반응속도가 달라진다(Yan et al., 1993). 따라서 고결 영역의 범위와 균질성은 전극 간격, 전극 형상, 인가전압, 전류밀도, 처리시간, 해수 순환 조건 및 지반의 간극구조에 영향을 받는다. 특히 현장 적용을 위해서는 단순히 침전물을 많이 형성시키는 것뿐만 아니라, 목표 개량 영역 내에서 침전물이 충분하고 균질하게 분포하도록 전기장과 이온 이동 조건을 제어해야 한다.
또한 전착 침전물의 광물상은 고결 특성에 영향을 미친다. 해수 조건에서는 주로 Mg(OH)2와 CaCO3 계열 침전물이 형성되며, 이들은 형성 속도, 결정 형태, 용해도, 입자 표면 부착성 및 장기 안정성 측면에서 서로 다른 특성을 가진다. 예를 들어 Mg(OH)2는 높은 pH 조건에서 비교적 빠르게 형성될 수 있으나, 침전물의 형태와 결합 방식에 따라 강도 기여도가 달라진다(Maltseva et al., 2019; Xu et al., 2025). CaCO3는 결정상과 형성 위치에 따라 입자 간 결합 및 장기 내구성에 중요한 역할을 한다(Niu et al., 2022). 따라서 전착 침전물 함량 뿐만 아니라 침전물의 광물상, 미세구조 및 공간적 분포를 함께 고려해야 한다.
3. 토양 전기전착(Soil electrodeposition) 실험
3.1 실험 시료
본 연구에서는 전기전착에 의한 모래지반 고결 특성을 평가하기 위한 모래 시료로 주문진 표준사(㈜주문진규사, 대한민국)를 사용하였다. 주문진 표준사는 석영을 주성분으로 하는 균질한 모래로, 비중은 약 2.65이다. 실험에 사용한 모래의 입도분포는 Fig. 4a에 나타내었다. 체 분석 결과, 0.075 mm 체 통과율은 약 0.05%로 세립분 함량이 매우 낮았으며, 유효 입경 및 특성 입경은 각각 D10 = 0.42 mm, D30 = 0.51 mm, D50 = 0.82 mm, D60 = 0.89 mm로 나타났다. 이를 바탕으로 산정한 균등계수와 곡률계수는 각각 Cu = 1.43, CC = 0.93이다. 따라서 통일분류법에 따라 본 연구에서 사용한 모래는 입도분포가 비교적 균일한 빈입도 모래(SP)로 분류된다.
전기전착 실험에 사용한 전해질은 부산광역시 광안리 해안에서 채취한 현장해수와 실내에서 제조한 인공해수로 구분하였다. 광안리 현장해수는 실제 연안 환경에서 나타나는 해수의 이온 조성과 미량성분이 반응에 미치는 영향을 평가하기 위해 사용하였다. 채취한 현장해수는 밀폐용기에 보관하였으며, 별도의 화학조성 조정 없이 실험 전 실내온도에서 안정화한 후 사용하였다. 현장해수의 보관기간과 전처리 조건은 모든 실험에서 동일하게 유지하였다. 인공해수는 ASTM D1141-98의 표준 해수 조성을 따르는 상용 해염(Lake Products Company LLC, Florissant, MO, USA)을 탈이온수에 용해하여 제조하였다. 표준 염농도에 해당하는 인공해수를 제조하기 위해 해염 41.953 g을 탈이온수 1 L에 첨가한 후, 전동식 교반기를 이용하여 염이 완전히 용해될 때까지 충분히 혼합하였다. 제조된 인공해수는 실험 전 실내온도에서 안정화한 후 모래 시료를 포화시키는 전해질로 사용하였다. 광안리 현장해수와 인공해수의 주요 이온 농도는 Fig. 4b에 비교하여 나타내었다. 두 해수 모두 Na+와 Cl-가 지배적인 이온으로 나타났으며, 광물형성과 직접적으로 관련되는 Mg2+와 Ca2+도 포함되어 있었다. Mg2+, Ca2+ 및 K+와 같은 개별 이온 농도에서는 일정한 차이가 나타났다.
본 연구에서는 모래의 종류, 상대밀도 및 전극 배치와 같은 지반 및 실험 조건을 동일하게 유지하고 전해질의 종류만을 변화시켰다. 이를 통해 표준화된 인공해수가 실제 광안리 현장해수의 전기화학적 반응과 고결 거동을 어느 정도 대표할 수 있는지 검토하고, 현장해수를 직접 활용한 전기전착 지반개량의 적용 가능성을 평가하였다.
Table 1.
Ion composition of Artificial seawater and Gwangalli seawater
| Ion type | Artificial seawater [g/L] | Gwangalli seawater [g/L] |
| K+ | 0.38 | 0.37 |
| Ca2+ | 0.4 | 1.1 |
| Mg2+ | 1.26 | 3.34 |
| Na+ | 10.56 | 9.04 |
| Cl- | 18.98 | 20.97 |
3.2 실험 장치 및 방법
사용한 실험 장치의 개략도와 실내실험 전경은 각각 Fig. 5a와 b에 나타내었다. 실험용기는 내부 관찰이 가능한 원통형 유리 용기로 제작하였으며, 용기의 직경과 높이는 각각 약 90 mm와 125 mm이다. 실험용기 내부에는 약 100 mm 높이로 모래 시료를 조성하였다. 음극과 양극은 실험용기 중심을 기준으로 수평거리 55 mm를 유지하도록 설치하였으며, 전극의 모래 층 내 삽입 깊이는 약 70 mm로 설정하였다.
음극에는 직경 2 mm의 316 스테인리스강 봉(Steel & I, 대한민국)을 사용하였으며, 양극에는 부식 저항성이 높은 직경 1 mm의 백금 봉(PT-10099, 메이드랩, 대한민국)을 사용하였다. 모래층에 노출된 음극의 표면적은 약 450 mm2가 되도록 전극의 침지 길이를 조절하였다. 실험 간 전기장 및 이온 이동 조건을 일정하게 유지하기 위해 전극 간격을 55 mm로 고정하였다. 전극 주변의 전기화학적 환경 변화를 측정하기 위해 두 개의 pH 전극(HI10530, Hanna Instruments Inc., Woonsocket, RI, USA)을 각각 음극과 양극으로부터 약 20 mm 떨어진 위치에 설치하였다.
깔때기를 이용하여 모래를 일정한 높이에서 낙하시켜 느슨한 상태의 시료를 조성하였다. 조성된 시료의 초기 건조밀도는 1.33±0.05 g/cm3 로 동일하게 유지되는 것으로 확인했다. 시료 조성 후 준비된 현장해수 또는 인공해수를 저속으로 주입하여 모래 시료를 완전히 포화시켰다. 포화 과정에서는 해수를 점진적으로 공급하여 시료 내부에 잔류할 수 있는 공기를 최소화하였으며, 포화 완료 후 전극과 pH 전극을 목표 위치에 설치하였다.
직류 전압은 정전압 직류전원공급장치(2280S-32-6, Keithley Instruments, Cleveland, OH, USA)를 이용하여 인가하였다. 먼저 인가전압이 전기전착 반응에 미치는 영향을 평가하기 위해 표준 인공해수로 포화된 모래 시료에 각각 2, 3 및 4 V의 일정한 직류 전압을 인가하였다. 처리시간은 168시간으로 설정하였으며, 실험 중 전류와 음극 및 양극 주변의 pH를 시간에 따라 측정하였다. 측정된 전류는 모래층에 노출된 음극의 표면적으로 나누어 전류밀도로 환산하였다.
전압별 실험 결과를 바탕으로 전극 주변에 전기전착 고결체가 안정적으로 형성된 3 V를 광안리 현장해수와 인공해수의 비교실험 전압으로 선정하였다. 두 해수 조건에서 모래의 상대밀도, 전극 간격, 전극 삽입 깊이 및 처리시간을 동일하게 유지하였으며, 168시간 동안 일정한 전압을 인가하였다. 실험 중에는 전류밀도와 양극 및 음극 주변의 pH를 연속적으로 측정하여 해수 조성에 따른 전기화학적 반응의 차이를 비교하였다.
실험이 완료된 후 시료에 잔류하는 가용성 염을 제거하기 위해 탈이온수로 세척하였다. 세척된 시료는 실내에서 48시간 이상 자연건조한 후 실험용기에서 조심스럽게 분리하였다. 건조된 전기전착 고결체는 디지털 카메라를 이용하여 전체 형상과 전극 주변의 고결 범위를 관찰하였으며, 정밀저울을 이용하여 전극 주변에 형성된 전기전착 고결체의 질량을 측정하였다. 전극과 전기전착 고결체를 분리하는 과정에서 발생할 수 있는 시료 손실을 최소화하기 위해 모든 시료에 동일한 분리 및 건조 절차를 적용하였다.
전기전착 처리 시료의 미세구조와 원소 분포는 주사전자현미경 및 에너지분산형 X선 분광분석기(SEM-EDS; MAGNA, Tescan, Czech Republic)를 이용하여 분석하였다. 분석용 시료는 음극 인접부에서 채취한 후 충분히 건조하였으며, 탄소테이프가 부착된 시료대에 고정하고 약 20 nm 두께로 금 코팅하였다. SEM 분석은 25 kV의 가속전압과 약 10 mm의 작동거리 조건에서 수행하였다. EDS 원소 매핑을 통해 모래 입자를 구성하는 Si와 전착 침전물의 주요 구성 원소인 Mg 및 Ca의 공간적 분포를 비교하였다.
결정성 광물은 X선 회절분석(XRD; Rigaku Ultima IV, Rigaku, Japan)을 이용하여 확인하였다. 분석 전 음극 주변에서 채취한 고결 시료를 미세한 분말로 분쇄하였으며, 회절패턴은 2θ = 5~80˚의 범위에서 측정하였다. 측정된 회절패턴은 Profex 프로그램을 이용하여 분석하였으며, 석영(Quartz, SiO2), 브루사이트(Brucite; Mg(OH)2), 방해석(Calcite, CaCO3), 바테라이트(Vaterite, CaCO3) 및 아라고나이트(Aragonite, CaCO3)의 표준 회절자료와 비교하여 전기전착으로 형성된 주요 광물상을 확인하였다.
전기전착에 따른 강도 발현 특성을 평가하기 위해 별도의 장기 재순환 실험을 수행하였다. 동일한 상대밀도로 모래 시료를 조성하고, 광안리 현장해수 또는 인공해수로 포화한 후 선행연구에서 전착 침전물 형성이 가장 활발하게 나타난 4 V의 직류 전압을 30일 동안 인가하였다(Landivar Macias et al., 2024). 장기간의 반응 중 전극 주변의 이온 고갈을 완화하기 위해, 정량펌프를 활용하여 해수를 실험용기 하부에서 상부 방향으로 8시간마다 10분간 재순환하였다. 재순환 과정에서 모래 입자의 이동을 방지하기 위해 실험용기 하부에는 여과지를 설치하였다.
장기 전기전착 처리가 완료된 시료는 탈이온수로 세척하고 건조한 후 한 변의 길이가 약 10 mm인 정육면체로 절단하였다. 시료 상하부에는 응력집중을 방지하기 위해 석고 캡핑을 적용하였다. 일축압축시험은 일축압축시험기(LoadTrac II, USA)를 이용하여 1%/min의 일정한 축변형률 속도로 수행하였으며, 시료가 파괴되거나 축변형률이 10%에 도달할 때까지 재하하였다. 시험 중 측정된 최대 축응력을 일축압축강도로 정의하였다. 각 일축압축시험이 완료된 후 시료에 포함된 전착 침전물의 함량을 정량화하기 위해 37% 염산 용액을 이용하여 침전물을 용해하였다. 산 처리 후 남은 모래 입자는 여과지를 이용하여 회수하고 충분히 세척·건조하였다. 전착 침전물 함량(mass cement content, mc)은 산 처리 전 고결 시료의 건조질량과 산 처리 후 회수된 모래의 건조질량을 이용하여 산정하였다.
4. 실험 결과 및 분석
4.1 인가전압에 따른 전기전착 특성변화
인가전압에 따른 전기화학적 반응과 모래 고결 특성을 비교하기 위해 인공해수로 포화된 모래 시료에 2, 3 및 4 V의 일정한 직류 전압을 인가하였다. 이는 전기화학적 반응을 체계적으로 제어하기 위한 전압 범위이다. 본 연구의 7일 실험 환경을 기준으로 1 V 이하의 저전압 조건에서는 환원반응을 유발하기 위한 전압이 충분하지 않아 OH- 이온의 생성이 제한된다. 이에 따라 전착 침전에 필요한 충분한 알칼리 환경이 형성되지 않아 전기전착 고결체가 발달하지 않는다. 반면, 4 V를 초과하는 고전압 조건에서는 수소 가스 발생이 활발해지며, 전극 표면에서 발생하는 기포에 의해 생성된 전착 침전물이 탈락하여 전기전착 고결체 형성이 저해된다(Kwon et al., 2026; Kwon and Rotta Loria, 2024; Landivar Macias et al., 2024). Fig. 6a, b와 c는 처리시간에 따른 음극 및 양극 주변의 pH와 전류밀도 변화를 나타내며, Fig. 6d와 e는 실험 종료 후 음극 주변에 형성된 전기전착 고결체의 형상과 질량을 각각 보여준다.
음극 주변의 pH는 인가전압에 따라 뚜렷하게 달라졌다(Fig. 6a). 실험 초기 pH는 모든 조건에서 약 8로 유사하였으나(Marion et al., 2011), 4 V 조건에서는 실험 개시 후 pH가 빠르게 증가하여 약 12 이상에 도달한 후 비교적 일정하게 유지되었다. 이는 높은 전압에서 음극의 물 환원반응이 활발하게 발생하고, 이에 따라 OH-가 지속적으로 생성되었기 때문이다(Carré et al., 2020b). 반면 3 V 조건에서는 음극 주변의 pH가 초기값보다 소폭 증가한 후 약 8~9 범위에서 유지되었으며, 2 V 조건에서는 뚜렷한 알칼리화가 나타나지 않았다. 따라서 인가전압의 증가는 음극 주변의 환원반응을 촉진하여 전착 침전에 필요한 알칼리성 환경을 형성하는 것으로 나타났다.
양극 주변에서는 음극과 반대되는 pH 변화가 관찰되었다(Fig. 6b). 이는 양극에서 물의 산화반응에 의해 H+가 생성되었기 때문으로 판단된다(Landivar Macias et al., 2024). 2 V 조건에서는 양극 주변의 pH가 초기값과 유사하게 유지된 반면, 3 V 조건에서는 실험 초기에 pH가 급격하게 감소한 후 처리시간이 증가함에 따라 점진적으로 낮아졌다. 4 V 조건에서는 pH가 급격하게 감소하여 강한 산성 조건이 유지되었다. 특히 전압이 증가할수록 음극의 알칼리화와 양극의 산성화가 동시에 강화되어, 전극 사이에 큰 화학적 환경의 차이가 형성되었다. 전류밀도는 인가전압이 증가함에 따라 크게 증가하였다(Fig. 6c). 2 V 조건에서는 실험기간 동안 매우 낮은 전류밀도가 유지되었으며, 3 V 조건에서는 초기 전류밀도가 비교적 높게 나타난 후 처리시간에 따라 점차 감소하였다. 이러한 전류 감소는 전극 주변에서 전착 침전이 진행되면서 전극 표면이 피복되고, 동시에 용존 이온의 국부적인 농도가 감소하였기 때문으로 판단된다. 또한 모래 입자 사이에 침전물이 축적됨에 따라 간극구조와 전기저항이 변화한 것도 전류 감소에 영향을 미쳤을 가능성이 있다. 반면 4 V 조건에서는 실험 전 기간에 걸쳐 가장 높은 전류밀도가 유지되었다.
실험 종료 후 음극 주변의 고결 형상은 전압에 따라 현저한 차이를 보였다(Fig. 6d). 2 V 조건에서는 음극 표면 일부에 백색 침전물이 국부적으로 형성되었으나, 모래 입자를 연속적으로 결합하는 전기전착 고결체는 거의 형성되지 않았다. 낮은 전류밀도와 제한적인 pH 변화로 인해 Mg(OH)2 및 CaCO3의 침전에 필요한 과포화 조건이 충분히 형성되지 않았기 때문으로 판단된다(Devi et al., 2025). 반면 3 V 조건에서는 음극을 중심으로 길고 연속적인 원통형 전기전착 고결체가 형성되었다. 생성된 침전물은 음극 표면뿐만 아니라 주변 모래의 입자 표면과 접촉부에 축적되어 입자 간 교량과 공극 충전을 유도한 것으로 판단된다.
4 V 조건에서는 가장 높은 음극 pH와 전류밀도가 나타났음에도 불구하고, 실험 종료 후 음극에 부착된 전기전착 고결체는 거의 확인되지 않았다. 높은 전압에서는 물의 환원반응에 따른 수소 기체 발생이 급격히 증가할 수 있으며, 발생한 기포는 음극 표면과 주변 모래 입자간의 접촉을 방해하고 형성 중인 전착 침전물을 탈락시킬 수 있다(Carré et al., 2020b).
따라서 4 V 조건에서는 전기화학적 반응 자체는 가장 활발하였으나, 생성된 전착 침전물이 모래 입자를 안정적으로 결합하는 고결 효율은 오히려 감소한 것으로 해석된다. 다만 높은 전압 조건에서도 처리시간이 충분히 길어지면 전착 침전이 지속적으로 누적되어 최종 전착 침전물 함량이 증가할 수 있는 것으로 보고되었다(Kwon et al., 2026).
전기전착 고결체의 질량 역시 이러한 경향과 일치하였다(Fig. 6e). 3 V 조건에서는 약 2.5 g 내외의 전기전착 고결체가 형성된 반면 2 V와 4 V 조건에서는 회수 가능한 전기전착 고결체의 질량이 거의 나타나지 않았다. 따라서 전기전착에 의한 모래 고결은 인가전압에 비례하여 단순하게 증가하는 것이 아니라, 전착 침전에 필요한 pH 조건과 이온 이동을 충분히 확보하면서도 과도한 기체 발생과 침전물 탈락을 억제할 수 있는 적정 전압 범위에서 효과적으로 이루어지는 것으로 판단된다. 본 실험조건에서는 3 V가 모래 입자 간 결합과 회수 가능한 전기전착 고결체 형성에 가장 유리한 전압으로 나타났다.
4.2 광안리 현장해수와 인공해수의 전기전착 거동 변화
전압별 실험 결과를 바탕으로 전기전착 고결체가 가장 안정적으로 형성된 3 V 조건을 적용하여, 광안리 현장해수와 인공해수에서의 전기전착 거동을 비교하였다. Fig. 7a, b와 c는 각각 음극 및 양극 주변의 pH와 전류밀도 변화를 나타내며, Fig. 7d와 e는 실험 종료 후 음극 주변에 형성된 전기전착 고결체의 형상과 질량을 보여준다.
음극 주변의 초기 pH는 두 해수 조건에서 유사하게 나타났으며, 실험 초기에는 비교적 일정한 수준을 유지하였다(Fig. 7a). 그러나 약 80~100시간 이후부터 두 조건 모두 pH가 감소하기 시작하였으며, 실험 종료 시 광안리 현장해수와 인공해수 조건에서 각각 약 4 및 5 수준의 값을 보였다. 특히 광안리 현장해수 조건에서 음극 주변의 pH 감소가 상대적으로 크게 나타났다. 음극 주변의 pH 감소는 생성된 OH-가 Mg 및 Ca계 광물의 전착 침전반응에 소비되고, 전극 사이에서 산·염기 종의 확산과 이동이 발생한 결과가 복합적으로 반영된 것으로 판단된다.
양극 주변에서는 실험 시작 직후부터 pH가 지속적으로 감소하였다(Fig. 7b). 인공해수 조건에서는 pH가 비교적 빠르게 감소하여 실험 종료 시 약 2 수준에 도달한 반면, 광안리 현장해수 조건에서는 약 3 수준에서 유지되었다. 두 해수 조건에서 나타난 양극 pH 차이는 해수의 이온 조성과 탄산계 완충능 차이의 영향을 받은 것으로 추정된다. 다만 본 연구에서는 완충능을 직접 측정하지 않았으므로 이에 대한 추가적인 검토가 필요하다.
전류밀도는 두 해수 조건 모두 실험 초기에 급격하게 감소한 후 점진적으로 안정되는 유사한 경향을 보였다(Fig. 7c). 초기 전류밀도는 약 0.5~0.6 mA/cm2 수준이었으며, 실험이 진행됨에 따라 감소하여 최종적으로 약 0.2 mA/cm2 내외의 값에 수렴하였다. 이는 광안리 현장해수와 인공해수의 전체 염농도 및 전기전도 특성이 유사하여, 동일한 전압에서 전극 사이의 전하 이동과 전기화학 반응이 비슷한 수준으로 발생하였음을 의미한다. 따라서 표준 인공해수는 전류 흐름과 같은 전체적인 전기화학적 거동을 모사하는 데에는 적절한 것으로 판단된다. 다만 전류밀도가 유사하더라도 개별 이온의 농도, 탄산계 평형 및 완충능의 차이에 따라 전극 주변의 pH와 형성되는 침전물의 종류 및 분포는 달라질 수 있다.
실험 종료 후 두 조건 모두에서 음극을 중심으로 연속적인 원통형 전기전착 고결체가 형성되었다(Fig. 7d). 전기전착 고결체는 음극 표면에서 시작하여 주변 모래 입자를 포함하는 형태로 발달하였으며, 이는 전기전착으로 생성된 전착 침전물이 모래 입자 표면과 입자 간 접촉부에 축적되어 입자 간 결합을 형성하였음을 보여준다. 육안상 광안리 현장해수와 인공해수 조건에서 형성된 전기전착 고결체의 전체적인 형상과 길이는 유사하였으나, 광안리 현장해수 조건의 고결체가 일부 구간에서 다소 두껍게 관찰되었다. 회수된 전기전착 고결체의 평균 질량은 광안리 현장해수 조건에서 소폭 높은 값을 보였다(Fig. 7e). 그러나 두 조건의 평균값 차이는 크지 않았으며 오차범위도 일부 중첩되었으므로, 회수된 전기전착 고결체의 질량 측면에서는 두 해수 조건이 대체로 유사한 고결 성능을 보인 것으로 판단된다. 이는 광안리 현장해수가 별도의 화학적 조정 없이도 표준 인공해수와 유사한 수준의 전기전착 반응과 모래 고결을 유도할 수 있음을 보여준다.
4.3 광안리 현장해수와 인공해수 간의 미세구조 및 광물학적 특성 비교
광안리 현장해수와 인공해수에서 형성된 전착 침전물의 미세구조, 원소 분포 및 결정성 광물상을 비교하기 위해 SEM-EDS 및 XRD 분석을 수행하였다. Fig. 8a와 b는 각각 인공해수와 광안리 현장해수로 처리한 시료의 Si, Mg 및 Ca의 원소 분포를 나타내며, Fig. 8c와 d는 각 조건에서 형성된 전기전착 고결체의 회절패턴을 보여준다.
SEM-EDS 원소 매핑 결과, 두 해수 조건 모두에서 Mg와 Ca는 모래 입자의 표면 및 입자 사이의 공극에 분포하였다(Fig. 8a, b). 이는 전기전착 과정에서 형성된 Mg계 및 Ca계 침전물이 모래 입자 표면을 피복하고, 입자 사이의 접촉부와 공극에 축적되었음을 나타낸다. 인공해수 조건에서는 Mg 성분이 모래 입자 주변과 공극에 넓게 분포하였으며, Ca 성분은 일부 영역에서 국부적으로 집중된 형태를 보였다(Fig. 8a). 이는 Mg계 침전물이 비교적 연속적인 피복층 또는 기질을 형성하고, Ca계 침전물이 그 내부 또는 입자 접촉부에 부분적으로 형성되었을 가능성을 보여준다. 광안리 현장해수 조건에서도 Mg 성분이 모래 입자 표면과 입자 사이에 광범위하게 분포하였으며, Ca 성분은 국부적인 군집 또는 불연속적인 영역으로 관찰되었다(Fig. 8b). 특히 현장해수 조건에서는 Mg가 우세한 영역이 입자 표면을 비교적 연속적으로 둘러싸는 형태가 정성적으로 확인되었다. 두 해수 조건에서 Mg와 Ca의 분포 형태는 전반적으로 유사하였으나, 세부적인 침전물의 분포와 집적 형태에는 차이가 나타났다. 이러한 차이는 광안리 현장해수와 인공해수에 포함된 Mg2+, Ca2+ 및 탄산계 이온의 농도, 해수의 완충능, 미량 이온 및 유기성분 차이에 기인할 수 있다. 또한 동일한 전압을 인가하더라도 전극 주변의 국부적인 pH와 이온 포화도가 서로 다르게 형성되므로, 침전물의 생성 위치와 성장 형태가 달라질 수 있다.
XRD 분석 결과, 두 시료 모두 약 2θ = 26.6˚ 부근에서 강한 석영(Quartz) 회절 피크가 나타났다(Fig. 8c, d). 이는 XRD 분석 시 전착 침전물과 함께 모래 입자가 포함되었기 때문이며, 실험에 사용한 모래의 주성분이 석영임을 반영한다. 석영 피크 이외에도 두 조건 모두에서 브루사이트(Brucite)와 탄산칼슘 계열 광물인 방해석(Calcite), 바테라이트(Vaterite) 및 아라고나이트(Aragonite)에 해당하는 회절 피크가 확인되었다. 방해석뿐만 아니라 바테라이트와 아라고나이트가 함께 관찰된 것은 전극 주변에서 pH와 이온 농도가 빠르게 변화하고, 높은 국부 과포화 조건에서 탄산칼슘의 여러 결정상이 동시에 형성될 수 있음을 보여준다.
인공해수와 광안리 현장해수에서 얻어진 회절패턴은 주요 광물상의 종류와 전체적인 피크 위치 측면에서 유사하였다. 이는 실제 광안리 현장해수를 사용하더라도 인공해수와 유사하게 Mg(OH)2 및 CaCO3 계열 전착 침전물이 형성되며, 전착 침전 반응이 안정적으로 발생하였음을 의미한다. 따라서 인공해수는 전기전착 반응의 주요 광물상을 재현하기 위한 기준 전해질로 활용될 수 있으며, 광안리 현장해수 역시 별도의 이온 첨가 없이 모래 고결에 필요한 전착 침전물을 형성할 수 있는 것으로 나타났다. 다만 두 조건에서는 일부 회절피크의 상대강도와 SEM-EDS 원소 분포에 차이가 나타났다. 이러한 차이는 각 해수에서 형성된 Mg(OH)2와 CaCO3의 상대적 함량, 결정화도, 입자 크기 및 공간적 분포가 서로 다를 가능성을 보여준다.
4.4 광안리 현장해수와 인공해수 간의 역학적 특성 비교
전기전착 처리에 따른 모래의 고결 정도와 강도 발현 특성을 평가하기 위해 전착 침전물 함량과 일축압축강도의 관계를 분석하였다. Fig. 9는 광안리 현장해수와 인공해수를 이용하여 제작한 전기전착 고결체의 전착 침전물 함량에 따른 일축압축강도를 나타낸다. 3 V, 28일 해수 순환 조건에서 생성된 고결체의 일축압축강도를 평가하기 위해, 1 cm3 크기의 시료를 확보할 수 있는 위치에서 시험편을 절취하였다(Fig. 9a). 이후 석고를 이용해 시험편의 상하부 단면을 평탄하게 처리하였다(Fig. 9b). 이는 압축하중이 시험편에 균일하게 전달되도록 하고, 불균일한 접촉면에 따른 응력집중과 편심하중의 발생을 최소화하기 위함이다.
시험결과 두 해수 조건 모두 전착 침전물 함량이 증가함에 따라 일축압축강도가 전반적으로 증가하는 경향을 보였다(Fig. 9c). 이는 전기전착으로 생성된 전착 침전물이 모래 입자 표면과 접촉부에 축적되면서 입자 간 결합면적과 결합력이 증가하였기 때문이다. 시료는 동일한 초기 건조밀도(1.33±0.05 g/cm3)로 균일하게 조성되었으므로, 두 해수 조건에서 나타난 강도 차이는 초기 밀도의 차이보다는 전착 침전물의 국부적 분포와 모래 입자 간 결합 정도의 차이에서 기인한 것으로 판단된다.
광안리 현장해수로 처리한 시료의 전착 침전물 함량은 대략 1.5~6.2% 범위에서 나타났으며, 이에 대응하는 일축압축강도는 약 420~970 kPa 범위를 보였다. 전착 침전물 함량이 약 1.5%인 시료에서도 400 kPa 이상의 강도가 발현되었으며, 전착 침전물 함량이 증가함에 따라 일축압축강도가 비교적 뚜렷하게 증가하였다. 특히 전착 침전물 함량이 약 6%인 조건에서는 최대 약 970 kPa의 일축압축강도가 나타났다. 인공해수로 처리한 시료에서는 전착 침전물 함량이 약 3.4~6.5% 범위로 측정되었으며, 일축압축강도는 약 210~870 kPa 범위에서 나타났다. 인공해수 조건에서도 전착 침전물 함량 증가에 따른 강도 증가 경향이 확인되었으나, 유사한 전착 침전물 함량에서 광안리 현장해수로 처리한 시료보다 상대적으로 낮은 일축압축강도를 보였다. 예를 들어 전착 침전물 함량이 약 4%인 조건에서 인공해수 시료의 일축압축강도는 약 300 kPa인 반면, 광안리 현장해수 시료에서는 약 500~700 kPa의 강도가 나타났다. 또한 약 6%의 전착 침전물 함량에서도 광안리 현장해수 시료가 인공해수 시료보다 대체로 높은 강도를 보였다.
이러한 결과는 전기전착 처리 모래의 강도가 침전물의 총량뿐만 아니라 침전물의 형성 위치와 입자 간 결합 형태에 의해 영향을 받을 수 있음을 보여준다. EICP(Enzyme-induced carbonate precipitation)로 처리한 모래에 관한 선행연구에서는 유사한 탄산염 함량에서도 작은 결정이 입자 표면을 피복한 경우보다 비교적 큰 결정이 입자 접촉부에 집중적으로 형성된 경우에 현저히 높은 일축압축강도가 발현되었다(Almajed et al., 2019; Joshi et al., 2026). 이는 표면 피복이나 공극 내의 비결합성 침전보다 입자 접촉부에서 하중을 전달할 수 있는 입자 간 교량의 형성이 강도 발현에 더 효과적일 수 있음을 의미한다. 또한 유사한 전착 침전물 함량을 갖는 바이오 고결 모래에서도 입자 접촉부와 공극목에 형성된 결합의 체적 및 연속성에 따라 강도 증가 정도가 달라질 수 있음이 보고되었다(Roy et al., 2023; Song et al., 2020). 본 연구에서는 두 해수 조건에서 공통적으로 Mg(OH)2와 CaCO3 계열 전착 침전물이 확인되었으나, 침전물의 원소 분포와 광물상의 상대적인 형성 정도에는 차이가 나타났다. 따라서 유사한 전착 침전물 함량에서 나타난 강도 차이는 침전물의 총량보다는 입자 접촉부에서의 유효 결합 형성 정도와 전기전착 고결체 내부의 공간적 균질성 차이와 관련될 가능성이 있다. 장기 처리 조건에서는 전극 주변의 국부적인 축적보다 전착 침전 영역이 시료 전체로 확장되며, 이에 따라 전착 침전물이 보다 넓은 영역에 균일하게 분포하는 것으로 보고되었다(Kwon et al., 2026). 따라서 장기 처리에 따른 전착 침전물의 공간적 균질성 향상은 모래 입자간 결합을 보다 균일하게 형성하여 강도 발현에 영향을 미칠 수 있으므로 이를 함께 고려할 필요가 있다. 다만 본 연구에서는 입자 접촉부의 결합면적과 침전물의 3차원적 분포를 직접 정량화하지 않았으므로, 이러한 해석은 가능한 강도 발현 메커니즘으로 제한하여 이해할 필요가 있다.
종합하면, 두 해수 조건 모두 전기전착으로 형성된 전착 침전물에 의해 모래의 일축압축강도가 증가하였으며, 전착 침전물 함량은 강도 발현을 설명하는 주요 지표로 확인되었다. 그러나 유사한 전착 침전물 함량에서 광안리 현장해수로 처리한 시료가 인공해수 시료보다 대체로 높은 일축압축강도를 나타낸 결과는 침전물의 총량뿐만 아니라 광물 조성, 형성 위치 및 입자 간 결합 효율이 역학적 성능을 좌우함을 보여준다. 이는 실제 현장해수를 직접 활용한 전기전착 처리가 인공해수 조건과 동등하거나 그 이상의 모래 고결 성능을 확보할 가능성이 있음을 의미한다.
5. 결 론
본 연구에서는 해수로 포화된 모래지반에 직류 전압을 인가하여 전착 침전물을 형성하는 전기전착 기술의 기본 원리와 지반공학적 적용성을 고찰하였다. 또한 인가전압에 따른 전기전착 거동을 분석하고, 광안리 현장해수와 인공해수를 이용한 실험 결과를 비교하여 실제 현장해수의 활용 가능성을 평가하였다.
인가전압은 전극 주변의 pH, 전류밀도 및 전기전착 고결체 형성에 직접적인 영향을 미쳤다. 전압이 증가할수록 음극 주변의 알칼리화와 양극 주변의 산성화가 나타났으며, 전류밀도 역시 증가하였다. 그러나 전기전착 고결체의 형성량은 전압에 비례하여 증가하지 않았으며, 본 실험조건에서는 3 V에서 가장 연속적이고 안정적인 전기전착 고결체가 형성되었다.
광안리 현장해수와 인공해수는 전류밀도의 시간적 변화와 전기전착 고결체의 전체적인 형상 및 질량 측면에서 대체로 유사한 거동을 보였다. 이는 별도의 화학적 조정 없이 채취한 광안리 현장해수에서도 인공해수와 유사한 수준의 전기화학적 반응과 모래 고결이 가능함을 보여준다. 다만 전극 주변의 pH 변화에는 차이가 나타났으며, 이는 두 해수의 개별 이온 농도, 탄산계 평형 및 완충능 차이에 기인한 것으로 판단된다.
SEM-EDS 분석 결과, 두 해수 조건 모두에서 Mg 및 Ca 성분이 모래 입자 표면, 입자 접촉부 및 공극에 분포하였다. XRD 분석에서는 브루사이트와 함께 방해석, 바테라이트 및 아라고나이트 등의 탄산칼슘 결정상이 확인되었다. 이러한 결과는 음극 주변에서 생성된 Mg(OH)2와 CaCO3 계열 전착 침전물이 입자 표면 피복, 입자 간 교량 및 부분적인 공극 충전을 통해 모래의 고결 구조를 형성하였음을 나타낸다.
광안리 현장해수와 인공해수로 처리한 시료 모두 전착 침전물 함량이 증가함에 따라 일축압축강도가 증가하였다. 특히 유사한 전착 침전물 함량에서 광안리 현장해수로 처리한 시료가 대체로 높은 일축압축강도를 나타냈다. 이는 전기전착 처리 모래의 역학적 성능이 침전물의 총량뿐만 아니라 광물 조성, 입자 접촉부에서의 형성 위치, 침전물의 연속성 및 입자 간 결합 효율에 의해 결정됨을 보여준다. 광안리 현장해수는 모래 고결을 위한 전기전착 반응의 전해질 및 이온 공급원으로 직접 활용될 수 있으며, 실제 연안 사질토에 대한 저교란 지반개량 기술로서의 적용 가능성을 가진 것으로 판단된다.
본 연구에서 검토한 조건 중 3~4 V는 과도한 전력 소비를 억제하면서도 역학적 성능을 높이는 전압 조건으로 나타났다. 다만, 정량적 에너지 효율 평가는 추가적으로 수행될 필요가 있다. 또한 실제 연안 지반은 입자형상, 입자크기, 입도분포, 상대밀도 등 지반조건이 불균질하고, 파랑, 조류 및 해수 순환과 같은 동적 환경에 노출되어 있어 전착 침전과 고결체의 장기 거동이 달라질 수 있다. 따라서 현장 적용을 위해서는 고결 범위와 공간적 균질성, 전력소비, 전극 부식과 부산물 발생, 해수 순환과 이온 보충 조건, 장기 내구성 등에 대한 추가적인 검토가 필요하다. 향후 전극 형상과 간격, 전압 인가 방식 및 처리시간을 최적화하며 대형 모형실험과 수리-역학적 성능 평가를 통해 전기전착 기술의 현장 적용성과 설계기준을 구체화할 필요가 있다.
