3-4 부순모래 현장 적용성 검토

건설계획처-2730

(2008. 10. 6)

Ⅰ

목 적

 

천연골재 고갈 및 환경법령 강화로 인한 친환경적 건설과 자재 수급, 경제성 등을 고려한 부순 모래의 자체 생산 또는 구입 사용에 대한 현장 적용가능성을 검토코자 함

 

 

Ⅱ	관련기준 및 시방규정

 

‘1983년 KS F 2558 “부순 모래” 품질규정 제정

‘1996년 “콘크리트 표준시방서(건교부)”에 부순 모래 기준 시방 규정

‘1998년 “고속도로 전문시방서(우리공사)”에 부순 모래 기준 시방 규정

‘2000년 “보조기층 및 동상방지층 재료용 스크리닝스 적용 기준

‘2003년 3월 “콘크리트용 부순 모래의 적용성 및 품질관리 기준 검토

부순 모래 배합설계 개선 : 자연사 혼합, 혼화제 혼입, 최적배합비 연구

품질기준 강화 : 시방기준 상향 조정

0.08mm체 통과량 7%이하로 KS에 규정 ⇒ 도공 4%이하

입형판정 실적율 53%이상로 KS에 규정 ⇒ 도공 55%이상

생산시설의 일반화 및 수급여건이 개설될시 현장 자체 플랜트 설치 등으로 대처

‘2004년 “고속도로 전문시방서(우리공사)”에 부순 모래 기준 시방 규정

‘2005년 12월「부순 모래를 사용한 콘크리트의 최적배합」연구보고서, 도로교통연구원

부순모래 입자모양판정 실적율 및 0.08mm 통과율이 콘크리트 단위수량 및 공기량에 미치는 영향요인 평가

부순모래 단독사용시 적정 입자모양판정 실적율 54% 이상

부순모래 단독사용시 0.08mm 통과율 4% 이하

 

‘2008년 8월 린콘크리트용 세골재로써 스크리닝스 적용

린콘크리트용 세골재로 스크리닝스 적용 품질기준 제정

 

 

Ⅲ

현 실 태

 

자연모래 고갈에 따른 수급 곤란으로 일부 현장의 경우 부순 모래를 활용하고 있으나 시방입도기준을 벗어나 자연모래와 혼합 사용하고 있는 실정임

- 혼합 사용에 따른 명확한 품질기준 부재

- 현장 생산등 설계 반영 여부 검토 미흡

 

‣ 부순 모래 혼합 사용사례 • 고속도로 ➡ 부산~울산, 전주~남원사업단 자연 모래와 부순 모래 혼합사용 (부순 모래 30~70%) • 고속철도 ➡ 자연 모래와 부순 모래 혼합사용 (부순 모래 30~60%)

 

 

세골재원 변경에 따른 운반거리 증가로 공사비 증액

(단위 : 백만원)

 

구 분	당 초	변 경	증 가	비 고
계	12,523	20,142	7,616
서천~공주	4,964	5,773	808
목포~장흥	58	1,243	1,185
안성~음성	784	1,106	321
청원~상주	6,717	12,020	5,302

 

 

부순 모래 특성

부순 모래 경우 일반적으로 시방입도분포기준에 미달

- 조립율이 3.26~4.01로 거친 편임 (자연 모래와 혼합사용)

미립분 과다에 따른 강도 및 내구성 저하와 건조수축의 원인

- 고속도로의 경우 0.08mm체 통과량 4%이하로 적용

입형불량으로 인한 콘크리트 타설 workability 저하 원인

- 고속도로의 경우 입형판정 실적율 55%이상 적용

⇒ KS규정의 경우 53%이상

 

 

 

Ⅳ

현장 적용성 검토

 

부순 모래 현장 적용 가능성

연구결과 및 관련기준 검토 결과 현장적용 가능하나 품질기준을 만족하기 위해서는 혼합사용 불가피

- 부순 모래 특성에 따른 품질기준 강화는 필요

※ 고속도로 부순 모래 품질및 입도기준 [붙임 1참조]

- 별도의 알칼리 골재 반응여부 시험 필요

- 자연 모래 및 부순 모래 품질에 따라 현장별 혼합량 확인 사용

스크리닝스를 선택층, 보조기층, lean콘크리트에 혼합 사용후 잔량을 성토 및 사토 처리 하였으나 부순모래 재료로 활용

- 생산설비 반영여부 검토 필요

 

경제성 비교

부순 모래 생산 경로

 

모 암		골재생산 (C/R)		스크리닝스		당 초 : 사토 또는 성토
	➡	․32m/m ․25m/m ․19m/m ․13m/m등	부산물 ➡	․보조기층재,선택층 혼합 사용   ․Lean 콘크리트 모래 대용	잔 량 ➡	⇓ 변 경 : 부순 모래 활용

 

 

생산 효율성

 

				부순 모래(22%)
모암 → 골재(75%) +	스크리닝스(25%)
				슬러지(3%)

 

 

 

자연 모래 및 부순 모래 단가 비교

※ 충주~제천 구간의 경우 (단위 : 원/m³)

 

자연 모래 구입비	부순 모래		모래 구입 시 평균 운반비	비 고
	구입비	현장 생산비
58,500 (13,000)	29,500 (10,500)	15,300	450원/km	(구입단가)

 

부순 모래 생산 설비(Sand Plant) 단가

- C/R에 추가, S/P 설치 (설치․해체비 : 약 1억원 소요)

- 슬러지 처리 : 성토재료 활용

 

설계 반영 검토

동일 운반거리 조건하에서는 자연모래보다 부순 모래 구입이 경제적인 경우

- 부순 모래 혼합 사용량만큼 대체 구입이 효율적임

 

골재 생산 부산물인 스크리닝스를 이용하여 부순 모래를 자체생산(생산설비 설치)하는 것과 자연 모래 구입하는 것에 대한 경제성 비교시 원가절감 가능

 

자연 모래 구입 운반비 > S/P 설치․해체비 + 부순 모래 생산비(±사토및순성비용)

 

- 충주~제천구간의 경우 약 40억원 절감 가능

- 고속도로 실시설계 구간및 사토 현장 적용시 약 200억원 절감 예상

 

자연 모래 구입, 부순 모래 구입, S/P설치 등을 토공 유동과 함께 고려하여 가장 경제적인 방안 검토

- 공구별 또는 사업단 단위 검토 시 추가적 효율성 제고 가능

 

※ 실시설계시 혼합 비율 필요성에 따라 우선 현 품질시험 실적 및 참고문헌에 따라 혼합비율 적용하고 정산가능토록 설계 (추후 생산시 별도 검토)

- 자연모래 60% : 부순모래 40%

- 부순모래 혼합사용 연구자료 [붙임 3참조]

 

 

 

Ⅴ

향후 추진계획

 

부순 모래의 현장적용은 가능하나 부순모래 품질, 경제성 등을 고려 콘크리트 종별로 자연모래와의 혼합범위를 결정하여 사용하는 것이 바람직

일반적인 경우 부순모래를 50%이하로 활용하고 있는 실정으로 현장 품질시험후 혼합량 결정

고강도(40, 45Mpa), 포장, 슬라브의 경우 균열 등 내구성확보에 유의하여 혼합율 결정

※ 50Mpa 이상의 경우는 별도의 현장적용성 연구시험후 적용 필요

※ 부순모래 생산시설을 필히 사전점검하고 품질확인후 적용

 

부순 모래 사용은 각 공구별로 구입비 및 생산비를 검토하여 가장 경제성 있는 방안을 적용

실시설계구간 : 본 방침이후부터 검토 후 적용

공사중인구간 : 현장여건에 따라 검토 후 적용

 

부순 모래 세척 중 발생하는 슬러지는 관련 법령에 의거

폐기물재활용 신고 후 성토재로 활용

환경부 질의 답변 내용 [붙임 2참조]

 

 

 

붙 임 : 1. 부순모래 품질 및 입도 기준

2. 환경부 질의 답변 내용

3. 부순모래 혼합사용 연구 자료 각 1부. 끝.

 

 

[붙 임1]

 

부순모래 품질 및 입도 기준

 

□ 품질기준

 

시험 항목		품 질 기 준			비 고
		자연모래	부순모래 (기술품10504-24)	혼합 모래 (자연+부순모래)
부순 모래	절대건조비중	2.5이상	2.5 이상	좌 동
	흡수율(%)	3.0 이하	3.0 이하	좌 동
	안정성(%)	10 이하	10 이하	좌 동
	0.08㎜체 통과량(%)	콘크리트의 표면이 마모작용을 받는경우 3.0 기타의 경우 5.0	4 이하	콘크리트의 표면이 마모작용을 받는경우 3.0이하 기타의 경우 4.0이하
	조립율	2.3～3.1	2.3～3.1 (±0.15)	좌 동
	입자모양판정 실적율(%)	-	55 이상	좌 동
	알카리골재 반응시험	-	이상 없음	좌 동
콘크 리트	동결융해 저항성시험	-	80% 이상 (300 Cycle 적용시)	좌 동

 

- 재질 변경 또는 골재원 변경시 마다 각 모래별 품질시험을 실시하여 혼합비율 결정

- 혼합사용 결정후 혼합모래에 대해 골재시험빈도에 따라 품질시험실시

단, 동결융해 저항성 및 알카리골재 반응시험은 혼합모래 또는 부순모래에 대하여 적용

 

□ 입도 기준

※ 부순모래와 자연모래 혼합사용시 최종입도는 자연모래 입도규정 적용

 

호칭치수(㎜)	체를 통과한 것의 질량 백분율(%)
	10	5	2.5	1.2	0.6	0.3	0.15
부순모래 (KS F 2527)	100	90～100	80～100	50～90	25～65	10～35	2～15
자연모래 (KS F 2526)	100	95～100	80～100	50～85	25～60	10～30	2～10

 

 

[붙 임2]

 

부순모래 세척중 발생하는 슬러지 처리 재활용 방안

 

[환경부 질의․답변 내용]

 

질 의	세척 중 발생하는 슬러지는 (무기성 오니)는 건폐법 및 폐관법 시행 규칙에 만족하는 경우 도로공사 현장에 성토재료로 재활용 가능한지?
답 변	건설현장의 건설폐기물(암석)을 활용하여 모래생산 설비를 갖추어 모래를 생산할 때 동시설의 세척시설에서 발생되는 무기성 오니는 폐기물관리법 시행규칙 [별표16] 제2호의 규정에 따라 건축․토목공사의 성토재․보조 기층재․도로 기층재와 매립시설의 복토용 등으로 이용하는 경우 폐기물재활용 신고대상에 해당합니다

 

 

 

※ [별표 16의 2]

가. 토사 세척시설에서 발생하는 무기성 오니는 수분함량은 70%이하로 탈수 건조한 것에 한한다.

 

다. 무기성 오니는 일반 토사류나 건설 폐재료를 활용한 토사류를 부피 기준으로 50%이상 혼합하여 사용하여야 한다.

 

 

 

 

 

 

 

[붙 임3]

 

부순모래 혼합사용 연구자료

 

 

 

□ 부순모래와 강사, 바닷모래를 혼합한 경우 입도분포

 

 

 

 

※ 그림 1 : 「부순모래를 사용한 고강도콘크리트의 유동성 및 강도특성」 (신홍철, ‘레미콘’ 제86호 2006.01) 참고

※ 그림 2~5 : 「부순모래를 사용한 콘크리트의 최적배합」

(한국도로공사 도로교통기술원(2005.12) 참고

 

- 부순모래 100%의 경우 표준입도분포곡선을 벗어나는 것으로 나타남

- 부순모래 100%의 경우 조립율이 기준치를 벗어나 콘크리트용 잔골재로 사용하기에 부적절 ⟹ 혼합하여 조립율을 개선하여 사용

- 자연사의 경우 조립율 및 입도분포가 양호하나 부순모래 혼합시 입도 분포가 기준 범위 아랫부분에 위치

- 그러나, 위 그림에서와 같이 부순모래와 자연사를 각각 40:60, 30:70의 비율로 혼합하였을 때 부순모래의 입도분포가 품질기준 범위 내에 분포함

 

□ 국내 부순모래 시험결과

 

 

호칭치수(㎜)	체를 통과한 것의 질량 백분율(%)
	10	5	2.5	1.2	0.6	0.3	0.15
부순모래	100	90～100	80～100	50～90	25～65	10～35	2～15
부산~울산	100	99	69	40	24	12	4
고속철도	100	98	65	38	22	12	5

 

 

□ 입형판정실적율과 0.08mm통과율의 영향

 

 

 

[그림3 입형판정실적율과 미분량에 따른 콘크리트의 공기량 변화]

 

- 입형판정실적율 53%의 경우 0.08mm 통과율 증가에 따라 콘크리트의 공기량이 현저하게 감소하는 것을 알수 있으며, 입형판정실적율 57%의

경우에는 미분량 증가에도 불구하고 공기량 감소가 미미한 것을 알수있음.

 

 

[그림4 0.08mm 통과율에 따른 콘크리트의 단위수량]

 

- 입형판정 실적율이 증가할수록 소요 유동성을 나타내는 콘크리트 단위수량이 감소되어 내구성 확보에 효과적임

 

 

[그림5 0.08mm 통과량에 따른 AE제 사용량 변화]

 

- 부순모래의 입형판정실적율이 증가할수록 목표공기량 발현에 필요한 AE제 사용량 감소

 

 

- 따라서, 경제적이고 양호한 품질의 부순모래 제조를 위해서는 입형판정 실적율을 증가 시키고 0.08mm 통과량을 감소시킬수록 공기량 변화가 미미하고 단위수량도 감소되며, 또한 AE사용량도 감소됨