3.1.1. 고온건조처리를 통한 안정성 평가 (Series I)

Fig. 5는 고온건조 조건에서 노출시킨 전기로 산화슬래그 모르타르의 팝아웃 발생현상을 나타낸 것이다. 전반적으로 노출온도가 높아질수록 팝아웃 발생수가 다소 저감되었다. 또한 고온노출 지속시간이 길어질수록 팝아웃에 대한 저항 성이 향상되었으며, 팝아웃이 가장 적게 발생한 경우 (180°C, 30분 지속; 24일 경과 22ea발생)를 보면 고온건조 처리에 의 해서 미처리 경우 (Air-dry) 대비 50% 수준의 저감효과를 나타내고 있다. 그러나, 고온건조 처리에 의해 팝아웃 발생 을 근본적으로 제어할 수는 없다. 이러한 현상은 고함수 상 태 (약 10%)의 전기로 산화슬래그를 고온의 건조환경에 노 출시킬 경우, 산화슬래그 내부의 H₂O와 free-CaO의 수화반 응 속도에 비하여 수분의 증발속도가 보다 빠르기 때문에 CaO의 Ca(OH)₂로의 강제수화에 필요한 수분이 부족해지기 때문으로 판단된다.

Fig 5.

Number of pop-out at mortar surface in dry condition exposured by high temperature

3.1.2. 온수침지 및 입경조절을 통한 안정성 평가 (Series II)

Fig. 6은 온수침지 및 골재입경의 조정을 통한 전기로 산 화슬래그의 팝아웃 저감효과를 나타낸 것이다. 온수침지처리 를 실시하지 않은 시험체에 비하여 온수침지를 실시한 경우 가 팝아웃 발생수가 감소되는 것으로 나타났다. 그러나 온수 침지를 실시한다 하더라도 표면의 팝아웃 발생현상은 여전 히 나타나고 있다.

Fig 6.

Pop-out reduction by soaking in hot water and size down (80°C)

한편, 기존 전기로 산화슬래그 골재는 최대크기 2.0~2.5mm 이하로 배출되지만, 이를 0.85mm 이하로 입경을 조절할 경 우에는 온수침지 여부에 관계없이 팝아웃 발생이 현저하게 감소, 또는 거의 발생하지 않음을 확인하였다. 실제 현장 적 용조건을 고려할 경우, 0.85mm 이하의 전기로 산화슬래그 골재를 콘크리트용 골재로서 단독으로 사용하기는 어려울 것으로 판단되지만, 기존의 쇄사는 오히려 입경이 조립한 특 성이 있으므로 슬래그 골재를 입도보정용 잔골재로서 활용 하는데는 무리가 없을 것으로 판단된다.

3.1.3. 자연 에이징처리에 따른 안정성 (Series III)

Fig. 7은 일반대기 환경하에서 자연에이징에 의한 팝아웃 발생저감효과를 나타낸 것으로 팝아웃 발생 촉진실험 (80°C, R.H 100%조건)을 실시한 결과, 자연에이징을 실시하지 않 은 경우 (None-aging)와 비교하여, 1, 3, 5, 6개월 동안 자연 에이징을 실시한 경우 모르타르 표면에서 발생한 팝아웃 발 생수는 현저히 줄어드는 것으로 나타났다.

Fig 7.

Reduction of pop-out with aging of EAF slag (80°C)

특히, 1개월 이상 에이징을 실시하더라도 그 효과는 명확 히 나타나고 있으며, 3~5개월간 에이징을 실시할 경우 팝아 웃 현상은 거의 발생하는 않는 것으로 판단해도 무방할 것으 로 판단된다. Table 7.

Table 7.

External pop-out with size-down of EAF slag

일본의 경우 일본토목학회 (’03) 및 일본건축학회 (’05)의 ｢전기로 산화슬래그골재를 이용한 콘크리트 설계시공지침 (안)｣에서는 혼합사 형태로 30% 미만 대체 활용시에는 일반 표준시방서에 준하여 시공해도 무방함을 제시하고 있다. 향 후, 레미콘용 골재로 활용하기 위하여 소정의 기간동안 자연 대기 에이징을 선행한다면 혼합골재로서 일정비율 활용이 가능할 것으로 기대된다.

또한, Table 8 및 Fig. 8은 free-CaO와 팝아웃 발생과의 상관관계를 나타낸 것으로 None-aging 대비 1개월 에이징 시 free-CaO함량은 대폭 줄어드는 것으로 나타났다. 이와 같 이 free-CaO함량 감소에 따라 팝아웃 현상 역시 감소되는 것으로 나타나 상관관계가 밀접한 것으로 평가되며, 향후 전 기로 산화슬래그 골재의 품질관리를 위한 유용한 평가지표 로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

Fig 8.

Correlation between pop-out and free-CaO contents

3.2.1. 용도별 전기로 산화슬래그 콘크리트의 역학성능

Fig. 9는 콘크리트의 용도별 전기로 산화슬래그 잔골재 대 체율에 따른 콘크리트의 강도특성을 나타낸 것으로 일반 건 축구조물 배합의 경우, 28일 압축강도에 있어 전기로 산화슬 래그의 100% 대체를 제외하면 일반 골재를 사용한 경우와 비교하여 동등 이상의 강도를 발현하였다. 또한, 재령 91일 및 180일 장기 압축강도에서 우수한 성능을 발현하는 것으 로 평가되었다. 슬래그 잔골재를 100% 활용할 경우에는 콘 크리트용 잔골재 표준입도범위를 크게 벗어나게 되고, 전기 로 산화슬래그 잔골재의 미립한 특성으로 인해 필요로 되는 결합재량이 상대적으로 많이 요구되므로 강도저하 현상이 야기되는 것으로 판단된다.

Fig 9.

Strength performance with concrete mix

또한, 28일 휨강도의 경우 EAF 50% 및 75%에서 plain대 비 동등 이상의 수준을 나타내었으며, 장기강도에서는 대체 적으로 일반골재와 유사한 수준이다. 한편, 도로포장용 및 소파블럭용 콘크리트 배합은 슬래그 100%에서의 압축강도 값이 다소 낮게 나타나지만, 유의할만한 경향은 아닌 것으로 판단되며 40% 대체한 경우에는 Plain에 비해 동등 이상의 수준을 발현하였다.

본 연구에서 평가한 용도별 콘크리트의 역학적 성능 측면 에서 볼 때, 콘크리트용 골재로서 전기로 산화슬래그 잔골재 활용시 적정 대체율은 40~50%로 판단된다.

단, 건축구조물의 경우 어느 정도 소정의 안전율을 고려한 다면, 일본의 경우와 마찬가지로 30% 이내가 적합할 것으로 판단되며, 물론, 슬래그 골재는 충분하게 에이징된 것으로 팝아웃에 대한 안정성이 확보된 것을 활용해야 할 것이다.

3.2.2. 용도별 전기로 산화슬래그 콘크리트의 내구성능

Table 9 및 Fig. 10은 콘크리트의 용도 및 전기로 산화슬 래그 잔골재 대체율에 따른 탄산화 및 내동해성을 나타낸 것 으로 탄산화의 경우, 전기로 산화슬래그 잔골재 활용에 따른 유의할 만한 경향은 나타나지 않았다.

Table 9.

Carbonation at 4weeks in accelerated condition

Fig 10.

Durability of Normal concrete mix with EAF slag

내동해성의 경우에도 유의할 경향은 없는 것으로 평가되 었으며 전 측정싸이클에서 상대동탄성계수가 90% 이상 확 보되는 것으로 나타나, 전기로 산화슬래그 잔골재의 활용에 따른 콘크리트의 내구성능 저하는 없는 것으로 평가되었다.

또한, Fig. 11은 도로포장용 콘크리트와 소파블럭용 콘크 리트 배합에 대한 탄산화 및 염해 저항성을 나타낸 것이다. 배기가스 및 겨울철 제설재에 노출될수 있는 도로용 구조물, 그리고 해수환경에 설치되는 소파블럭의 환경적 열화조건을 고려할 때 콘크리트용 전기로 산화슬래그 잔골재를 적용할 경우, 성능결함은 나타나지 않았으며 천연골재 활용시와 비 교하여 동등 이상의 내구성능을 발현하는 것으로 평가되었다.

Fig 11.

Durability of concrete with EAF slag for pavement & tetrapod concrete

본 연구의 도출결과를 기반으로 Photo 1에 나타낸 바와 같이 소파블록 (tetrapod)을 제조하여 실제 현장에 적용 (포 항 장길리, 8톤×110기)하였다. 산화슬래그 골재는 대기 중 6 개월 에이징한 것을 30% (해사 대체)대체하였으며 콘크리트 규격은 25-21-120으로 시공성은 양호하였고 7, 28일 압축강 도는 각각 21.7, 28.8MPa 수준으로 안정적으로 발현되었다.

Photo 1.

Field application of tetrapod using EAF slag