[기획-재난 없는 국가] 17. 친환경 보수콘크리트 개발을 위한 폐유리 분말 적용성 평가
폐유리 분말을 치환 적용한 속경콘크리트의 물리적 성능 평가... 폐유리를 시멘트 대체재로 적용 가능성 확인
2025-08-02
고대 로마인은 석회암과 화산재를 혼합해 콜로세움과 같은 거대한 건축물을 완성했다. 2000년이 지난 현재에서 로마의 유적은 잘 보존되고 있다. 1824년 영국에서 현재 사용하고 있는 시멘트가 발명되며 건축 혁명이 시작됐다.
19세기 후반 콘크리트와 철근을 조합한 구조물이 만들어지며 현대 건축은 비약적인 발전의 토대를 마련했다. 철근은 콘크리트의 단점인 인장강도를 보완해준다. 인장강도는 '잡아당기는 힘에 버티는 강도'를 말한다.
사막이나 극지방에서도 활용할 수 있는 콘크리트가 개발되며 극한의 환경에 도전하겠다는 인간의 꿈은 우주에까지 뻗치고 있다. '물이 필요 없는 콘크리트'를 개발하기 위한 연구도 진쟁 중이다.
이번에 소개할 논문은 '친환경 보수콘크리트 개발을 위한 폐유리 분말 적용성 평가(Evaluation of Waste Glass Powder Applicability for the Development of Eco-Friendly Repair Concrete)로 금옹공대 산학협력단 이재민(Lee, Jae-Min) 연구원이 작성했다.
◇ 폐유리 분말을 치환 적용한 속경콘크리트의 물리적 성능 평가... 환경 부담을 줄이기 위한 목적
시멘트의 환경적 부담을 줄이기 위해 폐유리 분말을 치환 적용한 속경콘크리트의 물리적 성능을 평가했다. 폐유리 분말은 시멘트 질량의 0~30% 범위로 치환했다.
그 결과, 슬럼프는 감소하고 공기량은 증가하는 경향을 보였다. 초기 강도는 저하됐으나 재령 증가에 따라 유사한 수준의 강도를 발현했다.
이는 폐유리의 포졸란 반응에 의한 효과로, 시멘트 대체재로서의 적용 가능성을 보여 준다. 도로 인프라의 노후화로 신속한 보수·보강이 가능한 속경콘크리트의 활용이 증가하고 있다.
속경콘크리트는 빠른 강도 발현이 가능하지만 다량의 시멘트 사용으로 인한 환경 부담이 큰 단점이 있다. 이에 따라 시멘트 사용량을 줄이기 위한 대체재 연구가 활발히 진행되고 있다.
폐유리 분말은 미세한 입도와 높은 실리카 함량을 가지고 있어 시멘트 대체재로 활용 가능성이 크다. 그러나 속경콘크리트에 폐유리 분말을 적용했을 때의 성능 변화에 대한 연구는 부족한 실정이다.
폐유리 분말을 속경콘크리트에 치환 적용하고 혼입률에 따른 압축강도, 부착강도, 슬럼프, 공기량 변화를 분석하여 그 적용 가능성을 평가하고자 한다.
◇ 실험개요
사용된 재료는 시멘트, 폐유리 분말, 물, 잔골재, 굵은골재, 감수제, 지연제로 구성된다. 폐유리 분말은 시멘트 질량 대비 0~30%까지 치환했다.
물-시멘트비는 0.425, 잔골재율은 0.36으로 설계했다. 감수제는 결합재(시멘트 + 폐유리 분말) 질량의 1%, 지연제는 시멘트 질량의 0.15%를 적용했다. 배합비는 Table 1에 제시했다.
실험 방법은 슬럼프, 공기량, 압축강도, 부착강도의 총 4가지 항목에 대해 수행했다. 각 항목의 시험은 다음의 KS규격에 준해 실시했다.
슬럼프는 KS F 2402, 공기량은 KS F 2421, 부착강도는 KS F 2762, 압축강도는 KS F 2405에 따라 수행했다.
◇ 슬럼프는 폐유리 분말 치환율 증가에 따라 감소... 폐유리 분말의 혼입은 재령 초기의 압축강도와 부착강도 저하
Fig. 1은 슬럼프 및 공기량 시험 결과를 나타낸다. 슬럼프는 폐유리 분말 치환율 증가에 따라 감소하는 경향을 보였으며 특히 10% 초과 시 급격한 감소가 나타났다.
공기량은 치환율이 높을수록 증가하는 것으로 확인됐다. 이와 같은 결과는 폐유리 분말의 낮은 입경에 의한 비표면적 및 연행공기 증가 영향으로 판단된다.
Fig. 2는 압축강도 및 부착강도 시험 결과를 나타낸다. 폐유리 분말의 혼입은 재령 초기의 압축강도와 부착강도를 저하시키는 경향을 보였다. 특히 치환율이 20% 이상일 경우 그 영향이 두드러졌다.
그러나 재령이 증가함에 따라 폐유리 분말을 혼입한 콘크리트의 강도 상승률이 G0을 상회했다. 최종적으로 유사한 수준의 강도를 발현하는 것으로 나타났다.
이는 재령 초기에는 시멘트 치환으로 인해 강도 발현이 제한되지만 시간이 경과함에 따라 폐유리의 포졸란 반응이 활성화되어 추가적인 강도 발현을 유도한 결과로 판단된다.
◇ 폐유리를 시멘트 대체재로 적용 가능성 확인... 장기적으로 시멘트 강도와 유사해
폐유리 분말 치환은 슬럼프를 감소시키고 공기량을 증가시키는 경향을 보였으며 재령 초기 강도는 저하됐으나 장기적으로는 유사한 수준의 강도를 발현했다.
이는 폐유리의 포졸란 반응에 의한 효과로 시멘트 대체재로서의 적용 가능성을 확인할 수 있었다.
19세기 후반 콘크리트와 철근을 조합한 구조물이 만들어지며 현대 건축은 비약적인 발전의 토대를 마련했다. 철근은 콘크리트의 단점인 인장강도를 보완해준다. 인장강도는 '잡아당기는 힘에 버티는 강도'를 말한다.
사막이나 극지방에서도 활용할 수 있는 콘크리트가 개발되며 극한의 환경에 도전하겠다는 인간의 꿈은 우주에까지 뻗치고 있다. '물이 필요 없는 콘크리트'를 개발하기 위한 연구도 진쟁 중이다.
이번에 소개할 논문은 '친환경 보수콘크리트 개발을 위한 폐유리 분말 적용성 평가(Evaluation of Waste Glass Powder Applicability for the Development of Eco-Friendly Repair Concrete)로 금옹공대 산학협력단 이재민(Lee, Jae-Min) 연구원이 작성했다.
◇ 폐유리 분말을 치환 적용한 속경콘크리트의 물리적 성능 평가... 환경 부담을 줄이기 위한 목적
시멘트의 환경적 부담을 줄이기 위해 폐유리 분말을 치환 적용한 속경콘크리트의 물리적 성능을 평가했다. 폐유리 분말은 시멘트 질량의 0~30% 범위로 치환했다.
그 결과, 슬럼프는 감소하고 공기량은 증가하는 경향을 보였다. 초기 강도는 저하됐으나 재령 증가에 따라 유사한 수준의 강도를 발현했다.
이는 폐유리의 포졸란 반응에 의한 효과로, 시멘트 대체재로서의 적용 가능성을 보여 준다. 도로 인프라의 노후화로 신속한 보수·보강이 가능한 속경콘크리트의 활용이 증가하고 있다.
속경콘크리트는 빠른 강도 발현이 가능하지만 다량의 시멘트 사용으로 인한 환경 부담이 큰 단점이 있다. 이에 따라 시멘트 사용량을 줄이기 위한 대체재 연구가 활발히 진행되고 있다.
폐유리 분말은 미세한 입도와 높은 실리카 함량을 가지고 있어 시멘트 대체재로 활용 가능성이 크다. 그러나 속경콘크리트에 폐유리 분말을 적용했을 때의 성능 변화에 대한 연구는 부족한 실정이다.
폐유리 분말을 속경콘크리트에 치환 적용하고 혼입률에 따른 압축강도, 부착강도, 슬럼프, 공기량 변화를 분석하여 그 적용 가능성을 평가하고자 한다.
◇ 실험개요
사용된 재료는 시멘트, 폐유리 분말, 물, 잔골재, 굵은골재, 감수제, 지연제로 구성된다. 폐유리 분말은 시멘트 질량 대비 0~30%까지 치환했다.
물-시멘트비는 0.425, 잔골재율은 0.36으로 설계했다. 감수제는 결합재(시멘트 + 폐유리 분말) 질량의 1%, 지연제는 시멘트 질량의 0.15%를 적용했다. 배합비는 Table 1에 제시했다.
실험 방법은 슬럼프, 공기량, 압축강도, 부착강도의 총 4가지 항목에 대해 수행했다. 각 항목의 시험은 다음의 KS규격에 준해 실시했다.
슬럼프는 KS F 2402, 공기량은 KS F 2421, 부착강도는 KS F 2762, 압축강도는 KS F 2405에 따라 수행했다.
◇ 슬럼프는 폐유리 분말 치환율 증가에 따라 감소... 폐유리 분말의 혼입은 재령 초기의 압축강도와 부착강도 저하
Fig. 1은 슬럼프 및 공기량 시험 결과를 나타낸다. 슬럼프는 폐유리 분말 치환율 증가에 따라 감소하는 경향을 보였으며 특히 10% 초과 시 급격한 감소가 나타났다.
공기량은 치환율이 높을수록 증가하는 것으로 확인됐다. 이와 같은 결과는 폐유리 분말의 낮은 입경에 의한 비표면적 및 연행공기 증가 영향으로 판단된다.
Fig. 2는 압축강도 및 부착강도 시험 결과를 나타낸다. 폐유리 분말의 혼입은 재령 초기의 압축강도와 부착강도를 저하시키는 경향을 보였다. 특히 치환율이 20% 이상일 경우 그 영향이 두드러졌다.
그러나 재령이 증가함에 따라 폐유리 분말을 혼입한 콘크리트의 강도 상승률이 G0을 상회했다. 최종적으로 유사한 수준의 강도를 발현하는 것으로 나타났다.
이는 재령 초기에는 시멘트 치환으로 인해 강도 발현이 제한되지만 시간이 경과함에 따라 폐유리의 포졸란 반응이 활성화되어 추가적인 강도 발현을 유도한 결과로 판단된다.
◇ 폐유리를 시멘트 대체재로 적용 가능성 확인... 장기적으로 시멘트 강도와 유사해
폐유리 분말 치환은 슬럼프를 감소시키고 공기량을 증가시키는 경향을 보였으며 재령 초기 강도는 저하됐으나 장기적으로는 유사한 수준의 강도를 발현했다.
이는 폐유리의 포졸란 반응에 의한 효과로 시멘트 대체재로서의 적용 가능성을 확인할 수 있었다.
 ▲ 정상 전문위원(중앙대학교 교수) |
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