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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 현재 국내에서 유통되고 있는 각종 골재의 전반적인 품질 수준을 확인하기 위하여 대표적으로 우리나라 지역별 4개 권역에서 유통되고 있는 골재를 선정하여 이들이 콘크리트용 골재 관련 KS의 품질 항목에 적합한지에 대한 여부 및 품질 실태를 확인하였다. 이를 토대로 불량골재로 인식되고 있는 발파석 및 EEZ모래의 품질현황 자료를 제공하여 골재 품질 확보의 필요성에 대한 실증적인 자료로 제시하고자 한다.
- 본 연구 범위에서 석탄 및 갈탄 시험은 천연 골재인 강사 및 해사에 한해서 유사한 입자로 잔골재 변색에 대한 함유량을 확인하기 위해 측정하였는데, 전 권역의 강사 및 해사는 석탄 및 갈탄 함유량은 0 %로 함유되지 않는 것으로 나타났다.
- 본 연구범위에서 알칼리 골재반응은 부순 골재에 한해서 골재와 SiO2의 반응성을 확인하기 위해 측정하였는데, 전 권역에서 무해한 골재로 판정되었다. 이는 국내에서 사용되는 일반적인 골재의 경우 화강암 등 심성암계가 많기 때문에 알칼리 골재반응에 대하여 무해한 것으로 판단된다.
- 본 연구에서는 우리나라 지역별 4개 권역에서 유통되고 있는 골재원별 콘크리트용 골재의 품질 실태를 파악하기 위하여 관련 KS에서 정하고 있는 품질 항목을 중심으로 물성 및 KS 품질 기준의 적합 여부를 평가 하고자 하였는데, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 따라서 본 연구에서는 현재 국내에서 유통되고 있는 각종 골재의 전반적인 품질 수준을 확인하기 위하여 대표적으로 우리나라 지역별 4개 권역에서 유통되고 있는 골재를 선정하여 이들이 콘크리트용 골재 관련 KS의 품질 항목에 적합한지에 대한 여부 및 품질 실태를 확인하였다. 이를 토대로 불량골재로 인식되고 있는 발파석 및 EEZ모래의 품질현황 자료를 제공하여 골재 품질 확보의 필요성에 대한 실증적인 자료로 제시하고자 한다.
- 본 연구의 범위로 전술한 국내 4개 권역별로 유통되고 있는 골재를 선정하여 골재원별 골재 종류에 따른 물리적 특성, 유해물질 함유량, 입자 특성에 대한 결과치를 비교·검토하였다. 한편, 골재원의 경우는 국토교통부 골재 수급 계획 기준으로 각 권역별로 실제 유통되고 있는 산림골재(석산), 선별파쇄골재(발파석), 육상골재(마사), 하천골재(강사), 바다골재(해사)를 선정한 후 제반 시험을 진행하고자 하였다.
제안 방법
- 본 연구의 실험계획은 Table 1과 같다. 먼저 4개 권역별로 선정된 골재를 대상으로 굵은골재와 잔골재를 구분한 후 KS F 2527 「콘크리트용 골재」[6]에 따라 각 골재원별로 구분하였다. 여기에 해당 KS에서 정하고 있는 품질 항목을 기준으로 물리적 특성, 유해물질 함유량, 입자특성 실험을 실시하는 것으로 계획하였다.
- 본 연구의 범위로 전술한 국내 4개 권역별로 유통되고 있는 골재를 선정하여 골재원별 골재 종류에 따른 물리적 특성, 유해물질 함유량, 입자 특성에 대한 결과치를 비교·검토하였다.
- 본 연구의 실험방법으로 먼저 골재의 물리적 특성 실험으로 표건밀도, 절건밀도, 흡수율은 KS F 2503 및 KS F 2504에 의거하여 실험을 진행하였다. 마모율은 KS F 2508, 안정성은 KS F 2507, 입형판정 실적율은 KS F 2527에 따라 측정하였다.
- 먼저 4개 권역별로 선정된 골재를 대상으로 굵은골재와 잔골재를 구분한 후 KS F 2527 「콘크리트용 골재」[6]에 따라 각 골재원별로 구분하였다. 여기에 해당 KS에서 정하고 있는 품질 항목을 기준으로 물리적 특성, 유해물질 함유량, 입자특성 실험을 실시하는 것으로 계획하였다.
- 입자 모양 판정 실적률의 경우 각 권역별로 굵은 골재는 석산 및 발파석, 잔골재는 석산 및 발파석, 마사를 측정하였다. 그 결과, 전 권역에서 굵은 골재 및 잔골재의 입자 모양 판정 실적률은 모두 KS 기준에 만족하는 것으로 나타났다.
- 전국 4개 권역에서 유통되고 있는 골재의 품질 실태를 확인하기 위하여 실제 유통되고 있는 각 골재별 품질항목을 중심으로 물리적 특성, 유해물질 함유량, 입자 특성에 관한 측정 실험을 실시하였는데, 실험 결과는 Table 2와 같다.
대상 데이터
- 이들은 양질의 석산 골재, 저품질의 발파석 골재 및 해사를 기본으로 하고, 권역별로 마사 및 강사를 추가적으로 수급하는 것으로 계획하였다. 또한 일부 지역 특성상 유통이 되지 않는 골재원(B권역 해사 등)은 수급하지 않고 실제 유통되고 있는 골재원만 수급하여 실험을 진행하였다. Figure 2는 본 연구에서 수급한 각 권역별 골재 수급 지역을 나타낸 것이다.
- 본 연구에서 사용한 골재는 전국 4개 권역으로 구분하여 각 권역별로 대표적으로 사용되는 5종의 골재를 선정하였다. 이들은 양질의 석산 골재, 저품질의 발파석 골재 및 해사를 기본으로 하고, 권역별로 마사 및 강사를 추가적으로 수급하는 것으로 계획하였다.
이론/모형
- 본 연구의 실험방법으로 먼저 골재의 물리적 특성 실험으로 표건밀도, 절건밀도, 흡수율은 KS F 2503 및 KS F 2504에 의거하여 실험을 진행하였다. 마모율은 KS F 2508, 안정성은 KS F 2507, 입형판정 실적율은 KS F 2527에 따라 측정하였다. 유해 입자 실험으로서 점토덩어리 함유량은 KS F 2512, 0.
- 마모율은 KS F 2508, 안정성은 KS F 2507, 입형판정 실적율은 KS F 2527에 따라 측정하였다. 유해 입자 실험으로서 점토덩어리 함유량은 KS F 2512, 0.08mm체 통과량은 KS F 2511, 석탄 및 갈탄 함유량은 KS F 2513, 알칼리 골재반응은 KS F 2545에 따라 측정하였다. 입자특성으로서 체가름 시험은 KS F 2502에 따라 실험하였다.
- 08mm체 통과량은 KS F 2511, 석탄 및 갈탄 함유량은 KS F 2513, 알칼리 골재반응은 KS F 2545에 따라 측정하였다. 입자특성으로서 체가름 시험은 KS F 2502에 따라 실험하였다.
성능/효과
- 1) 골재원별 밀도는 D권역 발파석 잔골재를 제외하고는 모두 KS 표준을 만족하였고, 특히, 모든 권역에서 석산 골재가 다른 골재에 비해 다소 높은 밀도를 나타냈다. 흡수율은 모든 수준에서 KS 표준 범위를 만족하였고, 석산 골재가 발파석 및 타 잔골재에 비해 낮은 흡수율을 나타내었다.
- 2) 골재원별 0.08mm체 통과량은 석산 굵은 골재는 B권역에서 1.9%로 KS F 2527의 기준을 만족하지 못하였고, 발파석 굵은 골재는 A권역 및 D권역에서 KS 기준 값을 초과하는 것으로 나타났다. 잔골재의 경우 종류와 상관없이 모든 수준에서 KS 표준 범위를 만족하였다.
- 3) 굵은 골재의 입자특성으로 석산 굵은 골재는 연속입도분포와 조립률은 6∼8의 범위로 KS 표준을 만족하는 것으로 나타난 반면, 발파석 굵은 골재의 조립률은 6∼8의 범위로 KS 표준을 만족하였으나 입도곡선은 D권역에서 다소 벗어난 결과를 나타냈다.
- 4) 잔골재의 입도곡선은 A권역의 경우 해사, 발파석이 벗어났고, B권역은 모든 골재가 입도곡선 범위에 만족하였다. C권역의 경우 발파석과 마사를 제외한 모든 골재가 입도곡선에 벗어났으며, D권역의 경우 모든 잔골재가 범위 밖으로 벗어난 결과를 나타냈다.
- B권역의 경우는 석산 잔골재와 강사 모두 KS의 입도 기준에 만족하는 것으로 나타나 A권역, B권역 잔골재의 골재원에 따른 입도 분포 및 조립률 추이는 전체적으로 유사한 경향을 보이는 것으로 나타났다.
- 5 이상으로 매우 높게 나타났다. D권역의 경우는 석산 및 발파석 잔골재 모두 굵은 입자의 분포로 인해 KS의 입도 기준에서 벗어나는 것으로 나타났고, 조립률은 석산 잔골재의 경우 3.82, 발파석 잔골재의 경우 4.13으로서 전 권역에서 가장 높은 조립률이 나타났다. 한편, 해사는 C권역과 D권역 마찬가지로 조립률이 1.
- 0 % 이하인 것으로 나타났다. 골재원별로 분석해보면 전반적으로 양질의 원석을 사용하여 제조된 석산 골재가 발파석 골재에 비해 높은 밀도 및 낮은 흡수율을 보이는 것으로 나타났다.
- 굵은 골재 입형판정실적률은 모든 수준에서 KS 표준 범위를 만족하는 것으로 나타났는데, 특히 석산 굵은 골재의 경우 발파석 굵은 골재에 비해 약 0.5∼1.2의 높은 입형판정실적률을 나타냈다.
- 권역별로는 D권역의 굵은 골재가 다른 권역에 비해 상대적으로 가장 우수한 마모저항성을 보인 반면, C권역의 경우는 마모율이 다소 높게 나타나 마모저항성이 낮은 것으로 검토되었다.
- 입자 모양 판정 실적률의 경우 각 권역별로 굵은 골재는 석산 및 발파석, 잔골재는 석산 및 발파석, 마사를 측정하였다. 그 결과, 전 권역에서 굵은 골재 및 잔골재의 입자 모양 판정 실적률은 모두 KS 기준에 만족하는 것으로 나타났다.
- 그러나 C권역의 경우 다른 권역의 결과와 일부 상이하게 나타났는데, 발파석 잔골재의 조립률이 3.09로 KS의 입도 기준에 만족한 반면, 석산 잔골재의 경우는 굵은 입자가 다량 분포되어 기준에서 벗어나는 것으로 나타났고, 조립률은 3.5 이상으로 매우 높게 나타났다. D권역의 경우는 석산 및 발파석 잔골재 모두 굵은 입자의 분포로 인해 KS의 입도 기준에서 벗어나는 것으로 나타났고, 조립률은 석산 잔골재의 경우 3.
- 그러나 발파석 잔골재의 경우는 다소 굵은 입자의 분포로 인해 표준입도 곡선에서 벗어나 KS의 입도 기준에 불합격되는 것으로 나타났고, 조립률은 3.2 이상으로 다소 높게 나타났다. 반면, 해사의 경우는 전체적인 골재의 입자가 매우 작은 미세립자로 분포됨으로 인해 조립률이 2.
- 특히, 상당수의 골재가 관련 KS의 기준에 부적합한 골재인 것으로 나타났다. 또한 골재의 유통과정 중에 입도나 조립률을 검사하지 않는 골재채취법이 확연하게 낮은 불합격 비율이 나타나는 것을 알 수 있었다. 이는 저품질의 불량 골재가 유통할 수 있는 근거가 되기에, 기준에 부적합한 골재인 비KS 골재도 유통이 가능하기 때문에 이를 통해 국내 각 권역별로 유통되는 골재의 품질 실태가 매우 우려스러운 수준임을 확인할 수 있었다.
- 또한, 전 권역에서 공통적으로 석산 잔골재 및 강사, 해사의 밀도가 발파석 잔골재 및 마사의 밀도보다 높게 나타났다. 한편, 흡수율의 경우는 전반적으로 밀도와 연관이 깊은 품질 항목으로서 앞선 밀도의 결과와 유사한 경향으로 나타났다.
- 먼저, 굵은 골재의 경우 D권역 발파석 굵은 골재를 제외하고 나머지 권역은 KS 기준을 만족하는 것으로 나타났으며, B권역을 제외한 대부분 권역에서 석산 굵은 골재가 발파석 굵은 골재에 비해 우수한 안정성 결과를 보이는 것으로 나타났다. 잔골재의 경우는 모든 권역에서 석산 잔골재가 발파석 잔골재, 마사, 강사, 해사에 비해 낮은 골재손실률을 나타내었으며, 모두 KS 기준을 만족하는 것으로 나타났다.
- 먼저, 굵은 골재의 경우 골재원의 종류와 상관없이 모두 KS F 2527에서 정하고 있는 절건 밀도 기준인 2.5 g/m3 이상으로 나타났고, 흡수율은 3.0 % 이하인 것으로 나타났다.
- 2 이상으로 다소 높게 나타났다. 반면, 해사의 경우는 전체적인 골재의 입자가 매우 작은 미세립자로 분포됨으로 인해 조립률이 2.0 이하인 것으로 나타났고, KS의 입도 기준에서도 불합격되는 것으로 나타났다.
- 0% 이하의 KS 기준에 만족하는 것으로 나타났다. 반면에 발파석 굵은 골재의 경우는 B권역, C권역을 제외한 권역에서 1.0 % 이상으로서 KS 기준에 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 이는 발파석 골재의 원료로 사용되는 부수적 골재의 특성상 토분 등 이물질이 다량 함유되어 있을 수 있는데, 세척 등 미립분 제거 공정을 제대로 거치지 않음에 따라 다량의 미립분이 함유된 것으로 사료된다.
- 0 % 이하를 만족하지 못하였다. 세부적으로는 석산, 발파석, 마사와 같은 부순 잔골재가 강사, 해사와 같은 천연 잔골재보다 통과율이 비교적 높게 나타나 KS 기준 역시 높게 나타났다.
- 그러나 B권역의 경우 지역적 특성상 산림 골재 자원이 비교적 풍족하므로 석산 골재에 사용되는 원석과 발파석 골재에 사용되는 원석의 품질 차이가 크지 않아 골재의 밀도 값이 유사하게 나타났다. 이는 결국 골재 제조에 사용되는 원석의 품질이 골재의 밀도에 밀접한 영향을 미치는 것을 보여주는 결과로서, 일반적으로 산림에서 채취되는 원석을 사용한 석산 골재의 품질이 우수한 것으로 나타났다. 하지만 발파석 골재라 할지라도 양질의 원석을 사용하여 적합한 제조 공정을 거쳐 제조한다면 품질 확보가 한층 유리할 것으로 사료된다.
- 또한 골재의 유통과정 중에 입도나 조립률을 검사하지 않는 골재채취법이 확연하게 낮은 불합격 비율이 나타나는 것을 알 수 있었다. 이는 저품질의 불량 골재가 유통할 수 있는 근거가 되기에, 기준에 부적합한 골재인 비KS 골재도 유통이 가능하기 때문에 이를 통해 국내 각 권역별로 유통되는 골재의 품질 실태가 매우 우려스러운 수준임을 확인할 수 있었다.
- 잔골재의 경우, 권역 및 골재원의 종류 변화에 따라 전체적으로 상이한 입도 분포를 보이는 것으로 나타났다. 이에 대하여 권역별로 세부적으로 고찰해보면, 먼저 A권역의 경우 석산 잔골재, 마사 및 강사의 입도는 표준입도곡선 내 분포되는 것으로 나타나 KS의 입도 기준을 만족하였고, 조립률은 3.0 이하로서 양호한 입도 분포인 것으로 나타났다.
- 잔골재의 경우는 대부분 권역 및 골재원에서 KS F 2527에서 정하고 있는 절건 밀도 기준 2.5g/m3 이상으로 적합한 것으로 나타났다. 하지만 D권역 발파석 잔골재는 밀도가 다소 낮게 나타나 KS 기준에서 불합격되는 것으로 나타났다.
- 먼저, 굵은 골재의 경우 D권역 발파석 굵은 골재를 제외하고 나머지 권역은 KS 기준을 만족하는 것으로 나타났으며, B권역을 제외한 대부분 권역에서 석산 굵은 골재가 발파석 굵은 골재에 비해 우수한 안정성 결과를 보이는 것으로 나타났다. 잔골재의 경우는 모든 권역에서 석산 잔골재가 발파석 잔골재, 마사, 강사, 해사에 비해 낮은 골재손실률을 나타내었으며, 모두 KS 기준을 만족하는 것으로 나타났다.
- 전 권역 공통적으로 석산 굵은 골재의 마모율이 발파석 굵은 골재의 마모율에 비해 약 2∼13% 낮게 나타났다.
- 전반적으로 석산 굵은 골재가 발파석 굵은 골재에 비해 낮은 통과율을 나타내며, B권역을 제외한 나머지 권역에서 1.0% 이하의 KS 기준에 만족하는 것으로 나타났다. 반면에 발파석 굵은 골재의 경우는 B권역, C권역을 제외한 권역에서 1.
- 점토 덩어리는 천연 골재인 강사 및 해사에 한해서 점토 및 잔존유해물 함유량을 확인하기 위하여 측정하였는데, 전 권역에서 1.0% 이하인 것으로 나타나 KS F 2527의 기준을 만족하는 것을 확인할 수 있었다.
- 조립률은 대체로 입도곡선과 비슷하며, A권역의 경우 발파석과 해사, C권역의 경우 석산과 해사, D권역의 경우 모든 잔골재는 KS 표준 범위인 2.0∼3.3의 미달 또는 초과되는 경향을 나타냈다.
- 종합적으로 볼 때 각 권역의 골재원 및 KS 품질 적합 여부 등에 따른 골재의 기초적 물성을 검토함으로서 국내에서 실제 유통되고 있는 골재의 전반적인 품질 현황을 파악할 수 있었다. 골재가 유통되는 지역 및 골재원의 특성에 따라 골재의 품질은 다소 상이하게 나타났는데, 일부 골재의 품질 수준은 상당히 열악하였다.
- 골재가 유통되는 지역 및 골재원의 특성에 따라 골재의 품질은 다소 상이하게 나타났는데, 일부 골재의 품질 수준은 상당히 열악하였다. 특히, 상당수의 골재가 관련 KS의 기준에 부적합한 골재인 것으로 나타났다. 또한 골재의 유통과정 중에 입도나 조립률을 검사하지 않는 골재채취법이 확연하게 낮은 불합격 비율이 나타나는 것을 알 수 있었다.
- 1) 골재원별 밀도는 D권역 발파석 잔골재를 제외하고는 모두 KS 표준을 만족하였고, 특히, 모든 권역에서 석산 골재가 다른 골재에 비해 다소 높은 밀도를 나타냈다. 흡수율은 모든 수준에서 KS 표준 범위를 만족하였고, 석산 골재가 발파석 및 타 잔골재에 비해 낮은 흡수율을 나타내었다. 굵은 골재 입형판정실적률은 모든 수준에서 KS 표준 범위를 만족하는 것으로 나타났는데, 특히 석산 굵은 골재의 경우 발파석 굵은 골재에 비해 약 0.
후속연구
- 금후의 과제로 현재 국내 콘크리트용 골재 수급이 불안정한 상황에서 무분별한 저품질 골재의 유통을 방지하고 비록 단독골재로 사용하기에 곤란한 품질을 갖는 골재를 서로 혼합하여 골재품질이 확보되면 사용이 가능할 수 있도록 혼합골재 사용을 제도권내로 유인할 수 있는 정책적 접근 방법에 대한 고찰이 필요할 것으로 판단된다.
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