순환골재 콘크리트

왜 배우는가: 순환골재 콘크리트는 건설 폐기물을 골재로 되돌려 쓰는 대표 기술이어서 친환경 시공과 자원순환 정책에서 자주 다뤄진다. 시험에서는 흡수율 증가, 품질 기준, 적용 한계를 묻는 문제로 반복해 나온다.

출제 이력: 제133회 1교시 3번, 제92회 1교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

순환골재 콘크리트는 건설폐기물에서 얻은 순환골재를 천연골재 대신 일부 또는 전부 사용하여 만든 콘크리트이다.

• 순환골재
• 부착 모르타르
• 흡수율
• 치환율
• 굵은 순환골재
• 건설폐기물 재활용
• KS F 2573

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 헌 콘크리트나 건설 부산물을 깨서 다시 골재로 쓰는 것이다. 이렇게 얻은 골재를 섞어 만든 콘크리트가 순환골재 콘크리트다. 영문으로는 Recycled Aggregate Concrete (RAC) 라고 부른다.

정식으로는 일반 콘크리트 배합에서 천연골재의 일부 또는 전부를 순환골재로 치환하거나 추가하여 만든 콘크리트를 말한다. 순환골재는 건설폐기물을 파쇄하고 선별하여 골재 규격에 맞춘 재료다. 콘크리트용 순환골재의 품질은 KS F 2573 에서 정한다.

핵심 용어는 다음과 같다.

• 굵은 순환골재는 콘크리트 덩어리를 파쇄해 얻은 굵은골재 역할의 순환골재다. 천연 자갈을 대체하는 주된 대상이다.
• 부착 모르타르는 순환골재 표면에 남아 있는 옛 시멘트 모르타르다. 다공질이어서 물을 많이 흡수한다.
• 흡수율은 골재가 물을 흡수하는 비율이다. 순환골재는 부착 모르타르 때문에 천연골재보다 흡수율이 높은 경우가 대부분이다.
• 치환율은 전체 골재 중 순환골재가 차지하는 비율이다. 치환율이 높을수록 콘크리트 성질에 주는 영향이 커진다.

골재는 콘크리트 속에서 콘크리트 용적의 65~80% 를 차지한다. 따라서 골재 품질이 콘크리트 성질을 크게 좌우한다. 순환골재를 쓰면 이 골재의 흡수 특성이 콘크리트 전체로 옮겨 간다.

원리는 다음과 같다. 부착 모르타르가 물을 많이 빨아들이면 혼합수가 골재에 흡수되어 배합수가 줄어든다. 그러면 실제 작업성과 물-시멘트비 관리가 어려워진다. 흡수된 물이 나중에 빠져나가면 모세관 공극과 투수성이 늘어나 강도와 내구성이 떨어진다.

순환골재의 흡수율 증가가 강도와 내구성을 떨어뜨리는 핵심 원인이다. 부착 모르타르를 세척으로 줄인 순환골재는 미처리 순환골재보다 흡수율이 낮게 나타난다. 그래서 세척 공정은 품질 확보의 중요한 수단이다.

3. 등장 배경과 필요성

건설과 해체 공사에서 폐콘크리트가 대량으로 발생한다. 이를 그대로 매립하면 처리 부담이 크다. 반대로 천연골재를 계속 채취하면 하천과 산림이 훼손된다. 이 두 문제를 함께 줄이기 위해 폐기물을 골재로 되돌려 쓰는 자원순환 체계가 필요해졌다.

순환골재의 생산과 재활용은 「건설폐기물의 재활용촉진에 관한 법률」의 체계 안에서 이루어진다. 제도적으로는 폐기물 발생을 줄이고 재활용률을 높이는 것이 목표다.

콘크리트 제품 제조에도 골재가 다량 쓰인다. 콘크리트 벽돌처럼 잔골재와 시멘트를 혼합하여 성형하는 제품도 순환골재를 사용할 수 있다. 다만 제품별로 해당 한국산업규격의 품질 기준에 맞아야 한다.

용도에 따라 기준도 나뉜다. 콘크리트용은 KS F 2573, 아스팔트 콘크리트용은 KS F 2572, 도로보조 기층용은 KS F 2574에서 각각 규정한다. 용도가 다르면 요구 품질도 다르므로, 순환골재는 용도별 기준을 확인하여 쓰는 것이 원칙이다.

필요성을 정리하면 다음과 같다.

• 건설폐기물 매립량을 줄여 처리 부담을 낮춘다.
• 천연골재 채취를 줄여 환경 훼손을 완화한다.
• 골재 수급을 보완하여 자원순환 체계를 강화한다.

다만 흡수율 문제 때문에 순환골재를 무조건 대체할 수는 없다. 용도, 치환율, 품질 등급을 맞춰 적용해야 한다는 인식이 자리 잡았다. 이 점이 이후 설계와 품질관리의 출발점이 된다.

4. 구성요소·원리·절차

순환골재 콘크리트는 순환골재를 천연골재 대신 일부 또는 전부 사용한 콘크리트다. 배합 요소는 일반 콘크리트와 같고 골재의 성질만 달라진다. 따라서 골재 특성을 배합에 보정하는 것이 핵심이다.

표에서 보듯 골재 자체의 변화가 배합 전체에 영향을 준다. 굵은 순환골재는 표면에 모르타르가 붙어 있어 밀도가 낮고 흡수율이 높다. 잔골재는 미분말이 많으면 단위수량이 늘어 강도가 떨어진다.

부착모르타르는 순환골재 흡수율을 높이는 주원인이다. 순환골재는 부착모르타르의 모세관 흡수로 흡수된 물만큼 유효 배합수가 줄어 워커빌리티가 떨어지고 강도와 내구성이 낮아진다. 부착모르타르는 다공질이어서 물을 쉽게 빨아들인다. 세척으로 부착모르타르를 줄이면 흡수율이 낮아진다.

치환율이 높아지면 약한 부착모르타르 계면이 늘어 골재와 시멘트 페이스트의 부착강도가 떨어진다. 같은 물-결합재비라도 골재가 흡수하는 물의 양에 따라 실제 물-결합재비가 달라져 압축강도 편차가 커진다. 따라서 물-결합재비는 골재 흡수를 반영한 유효 값으로 관리한다.

유효흡수량을 기준으로 물을 보정한다. 보정 물량은 다음과 같다.

$W_{보정} = m_{RA} \times \frac{A}{100}$

W_{보정}은 추가할 물의 질량(kg), m_{RA}는 순환골재 질량(kg), A는 순환골재 흡수율(%)이다. 예를 들어 순환골재 1,000kg, 흡수율 3%인 가상의 예라면 W_{보정} = 1000 \times 3/100 = 30kg이다. 결과는 골재 질량의 3%이므로 상식 범위에 있다.

순환골재 콘크리트의 제조 절차는 다음과 같다.

• 건설폐기물에서 콘크리트 덩어리를 선별하고 이물질을 분리한다.
• 파쇄 후 체로 입도를 조정한다.
• 세척으로 부착모르타르와 미분말을 줄인다.
• 흡수율, 절건밀도, 이물질 함유량을 시험한다.
• 합격한 골재로 배합을 설계하고 흡수량만큼 물을 보정한다.
• 시험 배합으로 강도와 워커빌리티를 확인한 뒤 타설한다.

흐름은 아래 도식과 같다. 불합격 골재는 세척 단계로 되돌려 다시 처리한다.

품질시험 단계에서 흡수율이 기준을 넘으면 세척을 반복한다. 세척 후에도 기준을 넘으면 해당 골재는 굵은골재 용도에서 제외하고 저급 용도로 돌린다.

5. 관련 법령·기준·표준

순환골재 콘크리트에 쓰는 골재는 「건설폐기물의 재활용촉진에 관한 법률」에 따라 발생한 건설폐기물을 재생한 골재다. 골재 품질은 KS F 2573 콘크리트용 순환골재 기준을 따른다. 콘크리트 설계와 시공은 콘크리트구조 설계기준(KDS)과 콘크리트 표준시방서(KCS) 체계를 따른다.

위 표의 값은 흡수율과 절건밀도를 판정하는 기준이다. 굵은 순환골재의 흡수율 상한은 관련 기준이 정한 값 이하다. 굵은 순환골재의 절건밀도는 관련 기준이 정한 값 이상이다. 굵은 순환골재 치환율은 설계 기준이 정한 범위 안에서 정한다. 치환율이 높아질수록 강도와 내구성 저하 폭이 커지므로 현장에서는 보수적으로 정한다.

품질 관리 시험 항목은 다음과 같다.