346 ❙ 포장공

5-5 포장공 제강슬래그 활용 아스팔트 포장 도입방안 설계처-39

(2025.01.03.)

1 추 진 배 경

 천연골재 생산으로 파괴되는 산림자원을 보호하고, 산업부산물

고부가가치 재활용을 통해 선순환적 건설공사 생태계 구축 기여

* 정부의 2050 탄소중립 정책에 부응하는 우리공사 탄소중립 전략 필요

 1등급 골재의 제한된 공급*

, 어려운 입도 관리**로 생산 기피,

신설노선 아스팔트포장 확대 등으로 1등급 골재 조달 어려움

* 전국 골재업체(1,428개) 중 소수 업체(45개, 3%)만 1등급 골재 생산 참여

** 편장석비(가로 세로 길이 비 3배 이상) 10% 미만 단립도 골재 생산관리 어려움

 전 국가차원 환경파괴를 막고 건설현장의 어려운 골재수급 대처를

위해 제강슬래그 활용 아스팔트 포장 도입을 검토하고자함

2 제강슬래그 개요

 제강슬래그(Steel Slag)란?

o 철광석, 고철을 녹여 강을 제조할 때 생성되는 비금속 산화물

o 철강슬래그 = 고로슬래그* + 제강슬래그

* 고로슬래그는 95%이상 고부가가치인 고로슬래그 시멘트로 재활용중

 생산여건 ☞ 매년 1,000만톤 이상 생산, 주로 성‧복토용으로 재활용

년 도 생산 물량 재활용 용도

2022 988만톤

성‧202; 1,069 복토용(45%), 제철원료 등(28%) 만톤

2024(예상) 1,037만톤

346 포장공

포장공 ❙ 347

포장공

 제강슬래그 특성 ☞ 일반골재 대비 마모감량, 압축강도 등 우수

ㅇ 장 점

- 슬래그의 각진 형상과 거친 표면 특성으로 천연골재 대비 맞물

림 효과가 상승하여 소성변형 저항성이 뛰어남 ⇒ 균열 억제

- 표면공극 표면적이 넓어 AP바인더와 골재의 결합력이 커지며,

결합력 높은 AP코팅막으로 피복박리 억제력 높음 ⇒ 도로파임 예방

- 물리적(다공성) 특성으로 일반 아스팔트포장 대비 약 2dB(A)

의 도로교통 소음저감효과가 있는 것으로 연구*됨 ⇒ 소음 감소

* 한국건설기술연구원(2016), 한국도로학회(2019)

ㅇ 단 점

- 유리석회(CaO) 성분이 수분과 반응시 부피팽창 ⇒ 숙성처리 과정 필요

- 高 pH 유출수 및 녹물 발생 우려 ⇒ 환경기준 준수 필요

- 천연골재 대비 밀도 약 25% 重 ⇒ 배합설계시 밀도 보정 필요

<일반골재 vs 제강슬래그 비교>

구 분 절건밀도 흡수율 마모감량 압축강도

품질기준 2.5g/㎤이상 3.0%이하 35%이하 -

시험 결과

일반골재 2.63 0.9 23 66.3

제강슬래그 3.31 1.2 22 107.2

* 현대제철 골재 품질시험 평가(2024)

3 제강슬래그 적용성 검토

 관련 법령

ㅇ 폐기물관리법 시행규칙

- 폐기물의 재활용 기준 및 준수사항 등(제14조의3)

- 철강슬래그를 재활용하는 경우 「자원의 절약과 재활용촉진에

관한 법률」에 따른 지침 준수(별표5의3)

포장공 347

포장공

348 ❙ 포장공

ㅇ 철강슬래그 및 석탄재 배출사업자의 재활용 지침(환경부)

- 재활용 용도 등에 적합한 공정을 거쳐 가공하여야 함(제8조①항)

* 철강슬래그의 재활용 용도 - 도로용, 아스팔트콘크리트용 골재(별표1)

- 철강슬래그 숙성방법에 의하여 숙성한 후 재활용(제8조②항)

* 숙성방법 : 3개월 이상 15m이하로 야적, 팽창률 1.5%이하(별표2)

- 재활용 용도별 관련규격 및 설계시공 지침 고려 재활용 노력(제8조③항)

* 철강슬래그 용도별 KS규격 등 관련규격 및 설계 시공 지침(별표3)

ㅇ 아스팔트 콘크리트포장 시공지침(국토부)

- 아스팔트 혼합물용 제강슬래그 품질기준 및 숙성처리 기간 등 명시

 국내외 적용현황

ㅇ (한 국) 2018년 이후 약 60개 현장(8만톤)에 아스팔트 혼합물 사용

ㅇ (미 국) 8개주에서 연간 370만톤 아스팔트 혼합물 사용

ㅇ (일 본) 2002년 녹색조달법에 따라 조달 품목으로 지정, 연간

446만톤을 도로용(노반재, 아스콘재 등)으로 사용

ㅇ (싱가포르) 1994년 이후 제강슬래그 100%를 아스팔트 혼합물로 사용

<국내외 관련지침 및 사용실적>

국 가 관련지침 사용실적 비 고

한 국

아스팔트 콘크리트포장 시공지침

(국토교통부)

2만톤/년 최근 3년간

미 국

제강슬래그 사용자지침

(FHWA1))

370만톤/년 2021년 기준

일 본

일본산업규격

(JIS2))

446만톤/년 2022년 기준

1) Federal Highway Administration, 미연방도로청

348 포장공

포장공 ❙ 349

포장공

 도입에 따른 쟁점사항

ㅇ 골재 팽창 ⇒ 숙성처리(Aging) 시행으로 팽창 안정화

- 물을 살수하거나 공기중에 노출하여 골재 안정화, 에이징 기간

및 수침팽창비 기준 이내 골재 사용 (아스팔트 콘크리트 포장 시공지침 적용)

ㅇ 高pH 유출수, 녹물 발생 ⇒ 시험결과 환경유해성 영향 미미

- 아스콘 포장은 AP바인더로 둘러쌓인 불투수성 특성으로 우수가

제강슬래그와 직접 접할 가능성 적어 특별한 표류수 대책 불필요

- 골재파쇄 및 선별 과정에서 자력선별기를 통한 Fe성분 제거됨

- 환경유해 시험결과 환경에 유해한 영향을 미치는 수준은 아님

※ 녹물 모니터링 (한국건설순환자원학회 `21)

천연골재 슬래그 골재 스크랩

- 녹물 발생 없으며, Fe 이온 용출은 천연골재

보다 다소 높으나 환경 영향은 미미한 수준

※ pH변화 모니터링 (제강슬래그 업체 자체시험)

* 동적수침 피복율 시험 후 아스팔트가 박리된

시료의 pH 농도 변화 측정 결과, 일반 혼합물

대비 수분저항성 16% 우수, pH는 7.8로 분석

(먹는물의 pH 기준은 5.8∼8.5 수준, 슬래그

아스콘은 콘크리트 보다 낮은 pH)

ㅇ 무거운 중량 ⇒ 아스팔트 중량비와 체적비 환산 배합설계 시행

- 밀도가 약 25% 무거워 배합설계시 밀도를 보정하여 골재 입도조정

- 콜드빈 및 핫빈 배합설계 유출량 시험 결과 확인 필요

 경제성 검토

ㅇ (골재 구입비) 배합설계시 골재가 추가적(약 25%)으로 필요하나,

산업부산물인 제강슬래그 활용으로 구입비 감소 (약 50%)

* 밀도 : 일반골재 2.7g/㎤, 제강슬래그 골재 3.37g/㎤ (약 1.25배)

ㅇ (골재 운반비) 아스팔트 플랜트에서 석산 및 제철소까지 동일거리

적용시 고밀도로 인한 골재 운반횟수 증가로 운반비 증가 (약 25%)

ㅇ (검토결과) 동일한 운반거리 적용시 골재구입+운반비는 감소하

나 아스팔트 혼합물은 운반여건(AP플랜트, 제철소 위치 등)에 따라 설계노

선별 별도 경제성 검토 시행 필요

2) Japanese Industrial Standards, 일본산업규격

포장공 349

포장공

350 ❙ 포장공

<일반골재 VS 제강슬래그 경제성 비교>

구 분 일반골재 제강슬래그 비 고

골 재

구입비 13,500원/ton

6,875원/ton

(25%先반영)

25mm 골재기준

운반비*

11,616원/ton

13,520원/ton

(25%先반영)

운반거리 동일시

계 25,161원/ton 21,35원/ton 감 3,766원/ton

* 건설노선 석산~현장 운반거리, 운반비 적용 (4개 사업단 평균)

 검토결론

ㅇ 환경보호 및 산업부산물 高부가가치 재활용 등을 고려하여

경제성 검토 후 아스팔트 포장(중간층, 기층)에 제강슬래그 골재 사용

ㅇ 단, 표층의 경우 시험시공 추적조사 결과 및 도로교통연구원

연구결과를 반영하여 별도 검토 필요

3 적용방안 및 협조사항

 적용방안

ㅇ 적용대상 : 아스팔트 포장 중간층 및 기층

ㅇ 설계 중 노선 : 현재 설계중인 노선부터 경제성을 고려하여 적용

ㅇ 공사 중 노선 : 공사주관 또는 시행부서에서 판단하여 적용

 협조사항

ㅇ 표층 시험시공 및 추적조사 (도로처, 도교원)

ㅇ 고속도로용 제강슬래그 골재 품질기준 수립 (도교원)

ㅇ 제강슬래그 골재 배합설계 기준 마련 (도교원)

350 포장공

포장공 ❙ 351

포장공

붙 임 자 료

붙임 1 제강슬래그 생성과정

붙임 2 국내외 사용실적(별첨)

붙임 3 제강슬래그 골재 활용 아스콘포장 연구사례

붙임 4 공용성 추적조사 결과 (일본)

붙임 5 슬래그 재활용 실적 및 재활용 용도

붙임 6 국내외 품질기준

붙임 7 전문가 기술자문 의견 결과

포장공 351

포장공

352 ❙ 포장공

붙임 1 제강슬래그 생성과정

□ 슬래그의 생성과정

구분 제선 공정 제강 공정

일관

제철

· 철광석을 사용하여 선철(쇳물)을

만드는 공정

· 제선공정에서 얻은 선철의 탄소

함량을 줄이고, 불순물을 제거하여

강철을 만드는 공정

전기로 · 제선 공정 없음

· 철 스크랩(고철)을 고온에서 전기

아크로 용융하여 강철을 만드는 공정

※ 슬래그의 종류

고로슬래그 제강슬래그

고로슬래그(수재) 고로슬래그(괴재) 전로슬래그 전기로 산화슬래그 전기로 환원슬래그

시멘트 원료 저부가가치 골재(단순 매립, 성토용, 잡석용 등)

□ 제강슬래그 제품화 공정

슬래그 덤핑·냉각 슬래그 파쇄·입도분류 슬래그 숙성(Aging)

352 포장공

포장공 ❙ 353

포장공

붙임 3 제강슬래그 골재 활용 아스콘포장 연구사례

출 처 내 용

Ali et

al.(1991)

o 탄성계수 증가, 인장강도 증진, 소성변형 및 수분저항성 향상

한 국 도 로 공 사

도로연구소

(1997)

o 아스팔트 표층용 골재로 제강슬래그 우수

o 부피팽창과 표면의 산화철 등 발생시 포장체 기능 상실 우려

Wu et al.

(2007)

o 팽창률 1% 이하, AP량 약간 상승, 변형저항성 향상, 저온균열

저항 향상, 미끄럼저항 우수

o 공용후 2년간 초기와 동등 수준 소성변형 저항성과 균열 저항

성

o 추적조사 결과 공용16년 이상 유지보수 필요하지 않음

Asi.

(2007)

o 미끄럼 저항성 향상, 골재 탈리 및 손실이 적고 마찰저항성 향상

HONG Yiying

et al.(2014)

o 낮은 박리, 높은 안정성, 좋은 내구성으로 아스콘포장에 적정함

FHWA(2016)

o 잠재 팽창특성은 포장의 균열을 유발할 수 있으나 에이징 처리

를 통해 제어할 수 있음

Qazizadeh et

al. (2018)

o 제강슬래그의 내피로성 및 강도는 골재와 바인더의 우수한 접착

력에 의해 증가

김경남, 조신행

외

(2019)

o 제강슬래그 아스팔트 콘크리트 포장은 일반 밀입도 아스팔트 콘

크리트 포장 대비 약 2dB(A)의 도로교통 소음 저감

김혁중, 나일호

(2021)

o 높은 비중으로 포장면적이 일반 혼합물보다 작아질수 있으므로

경제적, 제도적 보완필요

o 강성이 높아 반복적 통행하중에 의한 공용성능 개선

o 일부 골재 저온강성이 커 균열에 대한 우려로 추가연구 필요

포장공 353

포장공

354 ❙ 포장공

붙임 4 공용성 추적조사 결과 (일본)

□ 일본 국립연구개발법인 토목연구소(PWRI) 제강슬래그 활용 도로포장

공용성 추적조사(1"년간)

o 재료 및 안정성 시험 결과 값은 천연 골재 대비 높고 동결 및 융

해에 우수한 재료로 확인

o 비교군에 비해 슬래그 단면은 소성변형 발생량이 적고 평탄성은

동일한 수준으로 유지됨

o 사용 11년차에도 균열률이 약 6%인 것으로 보았을 때 일반 가열

아스팔트 혼합물에 비해 공용성이 우수함

재료 시험 결과 시공 후 11년 경과 슬래그 현장사진

러팅 발생량(제강 표층) 비교 IRI(제강 표층) 비교

제강슬래그 골재

354 포장공

포장공 ❙ 355

포장공

붙임 5 슬래그 재활용 실적 및 재활용 용도

□ 연도별 재활용률

구분

고로슬래그 제강슬래그

계

2018

96.5% 94.6% 95.7%

2019

99.3%

96.9%

98.4%

2020

99.7%

101.0%

100.2%

2021

99.5%

105.5%

101.9%

2022

98.5%

94.0%

96.7%

2023

95.6%

92.1%

9Š.1%

202Š(목표)

100.0% 9{.z% 99.5%

□ 2023년 분기별 발생량 추이

구분 고로슬래그(톤) 제강슬래그(톤) 계(톤)

1분기 3,580,058 2,634,326 6,214,384

2분기 3,693,146 2,743,953 6,437,098

3분기 3,695,218 2,651,832 6,347,050

4분기 3,635,413 2,661,550 6,296,963

합계 14,603,835 10,691,661 25,295,496

□ 2023년 주요 재활용 용도

구분

고로슬래그 제강슬래그

계

물량(톤) 점유비 물량(톤) 점유비 물량(톤) 점유비

R-3 제철원료

- - 1,803,923 18.3% 1,803,923 7.6%

R-4-2 시멘트원료 12,357,329 88.5% 516,223 5.2% 12,873,552 54.1%

R-4-2

내화물제품

54,858 0.4% 243,636 2.5% 298,494 1.3%

R-5-1 비료생산

297,214 2.1% - - 297,214 1.2%

R-7 도로용 555,621 4.0% 2,629,027 26.7% 3,184,648 13.4%

R-7 성복토용 700,111 5.0% 4,443,860 45.1% 5,143,971 21.6%

기타

- - 213,320 2.2% 213,320 0.9%

계

13,965,132 100.0% 9,849,989 100.0% 23,815,122 100.0%

□ 2023년 분기별 발생량 전망

구분

고로슬래그(톤) 제강슬래그(톤)

계(톤)

1분기

3,636,739 2,573,862 6,210,601

2분기

3,429,565 2,463,875 5,893,441

3분기

3,837,063 2,661,749 6,498,812

4분기

3,861,011 2,668,612 6,529,623

합계

14,764,378 10,368,099 25,132,477

포장공 355

포장공

356 ❙ 포장공

붙임 6 국내외 품질기준

□ 국내기준(아스팔트 콘크리트 포장 시공지침, 국토부)

356 포장공

포장공 ❙ 357

포장공

포장공 357

포장공

358포장공

358 ❙포장공

포장공 ❙ 359

포장공

포장공 359

포장공

360 ❙ 포장공

□ 국외기준(제강슬래그 사용자지침, 미국 FHWA)

360 포장공

포장공 ❙ 361

포장공

□ 국외기준(일본산업규격, JIS A5015)

포장공 361

포장공

362 ❙ 포장공

□ 국외기준(토목 및 구조물을 위한 재료 및 작업 기술 설명서, 싱가포르 육상교통

국)

362 포장공

포장공 ❙ 363

포장공

붙임 7 전문가 기술자문 의견 결과

□ 개 요

o 자문안건 : 제강슬래그 골재 활용 아스콘포장 도입 방안

o 자문방법 : 서면자문

o 자문위원 대상 : 기술심사처 도로 및 시공 자문위원 Pool 활용

o 자문위원 선정 기준 : 기술사 또는 박사 학위 이상 소지자

o 자문위원

분 야 이 름 자 격 비 고

도로

*** 도로 및 공항 기술사

*** 도로 및 공항 기술사

*** 도로 및 공항 기술사

시공 *** 토목시공기술사

환경 *** 토양환경기술사

포장 *** 공학박사

□ 기술자문 주요의견 요약

구 분 주요 내용 조치계획 및 검토결과

1

· 천연골재와 혼용 방지 위한

분리시설 등 품질관리 필요

· 제강슬래그 골재 품질관리기준 마련(예정)

2

· 일반 아스팔트포장 대비 약

2 (

)의 소음저감 근거 필요

· 스웨덴 국도교통연구소, 한국건설기술연구원

연구(2#1) 등의 논문에 소음저감효과 보고,

한국도로학회(2#1) 시험시공으로 소음저감 수치 산정

3

· 표층 적용시 환경성 및 내구성

평가 후 적용 권장

· 중간층 및 기층에 우선 적용, 표층은 환경성

및 내구성 등 검증 후 확대 적용

4

· 천연골재 혼합 사용시 별도

배합설계 필요

· 제강슬래그 골재 배합설계 기준 마련(예정)

포장공 363

포장공

364 포장공