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고로슬래그를 활용한 콘크리트 내염성 강화 방안 설계처-3150

(2022.10.05.)

1 추 진 배 경

 교통사고 저감을 위한 제설제 사용량 증가로 콘크리트 구조물

염해 피해 및 유지보수비 증가 등 문제점 지속 발생

o 제설제 사용 : (‘13) 13.0만톤 → (’21) 17.5만톤 (33% 증가)

o 열화 보수비 : (‘05) 104 억원 → (’20) 536 억원 (415% 증가)

* 구조물 노후화·열화 대응 예방적 유지관리 방안[구조물처-3624(`21.11.24)]

【콘크리트 열화 사례 】

다이크 측구 중앙분리대 방호벽

2 추 진 경 위

o ’13. 08. : 이상기후 및 제설환경을 고려한 콘크리트 소구조물

설계기준 개선(설계처)

▪폐유리를 혼입한 소구조물용 고내구성 콘크리트 연구결과 반영(다이크 시범적용)

o ’16. 05. : 염해 저감을 위한 소구조물 설계기준 개선(설계처)

▪제설제 영향을 직접 받는 소구조물에 대해 폐유리 혼입 콘크리트 확대 적용

- 적용대상 : L형측구, 중앙분리대(소분리대 포함), 방호벽, 방음벽 기초

o ’19. 11. : 고로슬래그 미분말 혼합 포장 콘크리트 표준배합(도교원)

▪시멘트의 30%를 고로슬래그 미분말로 대체한 표준 배합비(포장) 마련

o ’21. 11. : 고로슬래그 미분말 혼입 구조물용 콘크리트 표준배합(도교원)

▪시멘트의 50%를 고로슬래그 미분말로 대체한 표준 배합비(구조물용 35Mpa) 마련

o ’21. 12. : 포장, 구조용물 표준 배합비 건설재료 품질기준(제20차) 반영

▪고로슬래그 미분말 혼입 콘크리트 표준배합비 반영(포장, 구조물용 35Mpa)

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3 콘크리트 내염재료 적용 현황

 내염재료 설계 적용 현황

o 염해 피해 저감 대책으로 폐유리를 혼입한 콘크리트를 소구조물에

적용하고 있으며, 고로슬래그 미분말 혼입 콘크리트는 미적용 중

 내염재료(폐유리) 특징

o 메카니즘 : 알칼리-실리카 반응을 통한 콘크리트 내부 공극 충진

SiO2 + Na2O or K2O → 알칼리-실리카 겔

(폐유리 주성분) (시멘트의 알칼리 성분) (팽창성 겔)

o 효과 : 일반콘크리트 대비 내염성능 및 표면박리 저항성 향상

시험 항목 단위 일반콘크리트 WG(폐유리)10 개선 효과 비고

염화물

확산계수

10-12m2/sec 11.7 5.96 염화물 확산속도

49% 저감

스케일링

저항성

Mass Loss

,g/m2 544 357 표면박리 34%

저감

※ 도로교통연구원 안전연구실-750호(2015.10.20)에서 일부 발췌

 문제점

o (수급현황) 확대적용 검토시(`15년) 폐유리 미분말을 생산·개발

중이던 대부분 업체가 공정, 비용 문제로 계획 철회→수급 곤란(붙임#1)

o (품질관리) 품질관리(분말도) 미달 사례 발생 등 관리 어려움

* 폐유리 업체에서 고속도로 품질기준의 분말도(3,200cm2/g) 기준을 충족하기

위해서는 추가 공정이 필요하나, 업체에서는 비용 문제 등으로 기피하는 실정

◆ 자재수급 곤란, 품질관리 어려움 등의 이유로 폐유리 혼입 콘크리트의

설계 적용은 곤란한 실정

◆ 폐유리를 대체할 수 있고, 최근 표준 배합비가 제정된 고로슬래그

미분말 적용성 검토 필요

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4 고로슬래그 미분말 적용성 검토

◆ 폐유리를 대체하는 고로슬래그 미분말 혼입 콘크리트 확대 적

용으로 내염성능 확보 및 현장 적용성 증대 기반 마련

 개 요

o (정의) 철강 제조시 고로(용광로)에서 발생되는 철 이외의

불순물을 분쇄하여 미분말로 제조한 것

o (과정) 고로 발생 슬래그 => 급냉 처리 => 미분말 생산(붙임#2)

o 메카니즘 : 시멘트수화물[Ca(OH)2]과 2차 반응[잠재수경성]으로 수밀성 향상

 수급현황

o 제철소에서 철 제조시 생산되는 부산물로써 수급 여건은 양호

연도 시멘트 생산량 고로슬래그 미분말 생산량 비율

2015년 5,073 만톤 1,580 만톤 31%

* 최근고로슬래그미분말수급현황은협회보안사항으로미공개하고있으나`15년과비슷

o 생산여건

- 레미콘 업체 대부분이 고로슬래그 미분말용 사일로를 기사용중

으로 추가 설비투자 없이 생산이 가능

- 고로슬래그 미분말 생산량이 시멘트 총 생산량의 31%를

차지하고 있어 안정적인 공급 가능

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 경제성

o 일반 콘크리트(OPC 100%) 혼합물 대비 약 15% 경제적(35Mpa 기준)

* 원자재단가는약30% (시멘트약90천원/톤, 고로슬래그미분말약65천원/톤) 저렴

 품질관리

o 철 생산시 발생된 슬래그를 분쇄한 기성제품*으로 품질관리 용이

* 건축현장 등에서 원가 절감을 목적의 시멘트 대체제로 기사용중

 기대효과 [참고: 고로슬래그 미분말 혼입 콘크리트 표준배합 제정(도교원, 2021)]

o 염해 내구성 증가

- 일반콘크리트 대비 내염 성능 향상 및 철근 부식시기 지연

구 분 염소이온 확산계수 감소율 장기 염해 내구성 비고

일반콘크리트

대비

43.9%(재령 56일기준) 철근부식 개시시기 증가

20년 → 80년(약 4배)

염소이온 확산계수 감소율 염해 노출등급별 내구수명 예측결과

o 탄소 배출량 저감

- 고로슬래그 미분말 1kg 생산 시 탄소배출량*은 시멘트의 3.6%에

불과하여 기존 시멘트 50% 대체 시 약 47%의 탄소배출량 저감 가능

항 목

용 도

시멘트

(kg/㎥)

고로슬래그미분말

(kg/㎥)

탄소배출량*

(kg- /㎥) 비고

구

조

물

용

기

계

기존 410 - 381.7

48.5%↓

신규 204 204 196.8

일

반

기존 425 - 395.6

46.7%↓

신규 221 221 213.2

* 탄소배출량 근거 : 국가 LCI DB(’02), 탄소연구단 LCI DB(’14)

(보통포틀랜드 시멘트 : 0.931 kg ․ C O / kg, 고로슬래그 미분말 : 0.034kg ․ C O / kg)

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적용성 검토결과

□ 레미콘 업체의 추가 투자비용이 적고, 자재 수급이 원활하며

건설재료 품질기준에 반영된 재료로서 품질관리가 용이한

혼화재(고로슬래그 미분말) 적용은 타당하다고 판단됨.

5 적 용 방 안

 설계 중인 노선 : 본 방침 적용

 공사 중인 노선 : 현장 여건을 고려하여 공사 주관(시행)부서에서

판단 후 시행

※ 단, 폐유리 혼입 콘크리트는 생산설비 및 수급여건 등을 고려하여

적용여부 판단

 추후 추가 표준배합비 제정(개정)시* 관련부서 검토 후 적용

* 표준배합비 및 재료기준이 건설재료 품질기준 반영 완료 후

※ 고로슬래브 관련 표준배합 현황

(품질기준 有) 일반(교량 슬래브), 포장, 기계타설(교량 방호벽 및 방음벽 기초)

(추가 예정) 고강도(교각), 일반(소구조물), 기계타설(측구 등)

붙 임 : 1. 폐유리 혼입 콘크리트 설계 적용 현황 (별첨)

2. 고로슬래그 미분말 생산과정 및 생산현황 (별첨)

3. 고로슬래그 미분말 품질기준 및 표준배합비 (별첨)