[논문]건설순환자원을 활용한 재활용 실증화 사례(일본)

박원준

doi:10.14190/mrcr.2020.15.1.026

건설순환자원을 활용한 재활용 실증화 사례(일본)
Recycling Demonstration using Circulating Resources (GGBFS, Recycled Aggregate) in Japan 원문보기

Magazine of RCR = 한국건설순환자원학회지, v.15 no.1, 2020년, pp.26 - 32

박원준 (강원대학교 건축공학전공)

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표/그림 (21)

표 [표 1] GGBFS 건축구조물 적용사례(일본)
표 [표 2] GGBFS 다량 혼입 콘크리트 제조 및 구조물 적용시 해결과제
그림 그림 1. 상판 수평 균열 발생
그림 그림 2. 난간벽 열화
그림 그림 3. 보수 예1) PC중공바닥판+현장타설
그림 그림 4. 보수 예2) PC바닥판+현장타설
표 [표 3] BFS 혼입 콘크리트의 도로공사 적용 사례(일본)
표 [표 4] BFS 혼입 콘크리트의 정보
표 [표 5] BFS혼입 콘크리트 제조 방식 비교
표 [표 6] 일본 순환골재 콘크리트 이용률
그림 그림 5. 수차기초 해체
그림 그림 6. 현장 간이 파쇄
그림 그림 7. 현장 입도 선별
표 [표 7] 해체물량 및 신규 콘크리트 소요량
표 [표 8] 해체 대상 콘크리트 물성
표 [표 9] 원콘크리트 모르타르 페이스트 성분구성
표 [표 10] 현장파쇄-현장제조 순환굵은골재 물리적 성질
표 [표 11] 현장적용 순환골재 콘크리트 요구물성
표 [표 12] 예비 실험 배합 및 수준
표 [표 13] 현장적용 콘크리트 배합
표 [표 14] 기존 재활용과 현장파쇄-현장재활용과의 경제성 비교

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문제 정의

가장 큰 원인으로는 JIS 제정시 순환골재와 순환골재 콘크리트의 품질면에서 문제가 발생할 경우의 책임소재 규명과 부정적 결과로 인한 순환골재 보급저해의 우려로 인한 리스크 회피의 목적이 제기된다. 특히, 2018년 개정에서는 순환골재와 일반골재와의 혼합사용에 관한 기준이 추가되었다.
또한, 피복의 증가에 의한 열화대책은 도로면의 높이가 증가하기 때문에 열화부위와 정도에 따라 도로면의 고저차가 발생하게 되고 주행성 저하에 이르는 문제가예상된다. 이러한 문제에 대한 종합적인 대처로서 고로슬래그 미분말을 적용한 몇가지 대규모 보수(상판 교체공사) 사례를 소개한다.
각각의 경우에 소요되는 비용의 구성은 [표 14]와 같이 구성되며 경제적 측면에서 현장재활요이 우수한 경제성을 보였다. 특히, 재활용규모(공사규모)가 클수록 비용적 측면에 서 유리한 결론을 보고한다.

제안 방법

품질관리 면에서 압축강도 측정결과 평균 40MPa로 나타났으며, 현장반입 콘크리트 품질검사에서도 모든 검사항목을 만족하는 결과를 얻었다. 비용적 측면에 크게 두 가지 측면에서 비교하였다. 첫 번째 경우는 발생한 폐콘크리트를 폐기물로서 처리하고 일부를 현장 도로정비에 사용하고 소요되는 콘크리트를 별도로 공급하는 경우이다.
원콘크리트 분석 후 순환굵은골재의 현장 간이제조는 300mm크기로 콘크리트를 해체하여 죠크러셔를 통하여 입경 40 mm정도로 처리 후 체가름기를 통하여 5 mm 이하를 배제하고, 40~20 mm 입경과 20~5 mm 입경으로 구분하여 제조하여 관리하였다.
이번 개정 가장 중요하게 주목해야 할 부분은 원골재의 특정방법과 혼합골재(저품질 순환골재+보통골재)를 사용한 콘크리트사용, 콘크리트 종류의 일체화 부분이다. 중품질 순환골재에 관한 개정에서 저품질 순환골재와 보통골재를 혼합한 혼합골재의 이용을 추가함으로써 제조자의 부담을 경감시키고자 하였고 혼합골재의 구성과 혼합비율, 품질검사 방법을 체계화하였다. 따라서, 국내 콘크리트용 순환골재 품질기준 수준을 고려할 때, 혼합골재에 대한 사용성 검토 및 활용방안 도출은 시의성이 매우 높다 하겠다.
실구조물에 순환골재 콘크리트를 적용하기 위해서 크게 두 가지가 고려되었다. 첫째는 흡수율 7 %이하를 만족하는 순환굵은골재를 확보하는 측면이고, 두 번째는 순환골재 콘크리트와 고유동 콘크리트의 경계가 케이싱 중앙에 위치하기 때문에 여기에 작용하는 내수압에 대응하는 콘크리트 변형특성을 고려했다.
현장파쇄-제조한 순환굵은골재의 물리적 성질은 [표 10]과 같이 요약한다. 혼합골재로서의 사용을 고려한 다양한 검토결과, 흡수율과 관련하여 20분 정도의 프리웨팅(Prewetting)과 표건상태 확인 후 시공에 적용하였다.

이론/모형

BFS 6000 혼입 콘크리트의 PC 제작 및 현장 바닥판 시공에서의 고려사항은 크게 양생과 현장타설의 관점에서 요약된다. 일본 콘크리트공학회지에 소개된 사례에서 조강시멘트의 사용과 증기양생(프리텐션방식 PC부재 적용)을 고려한 콘크리트 성숙도(Maturity)를 확보가 우선적으로 고려되었으나, 이산화탄소 배출량 억제의 문제로 인하여 콘크리트 수화열을 이용한 단열촉진양생법을 사용하였다. 한편, 현장타설 콘크리트의 제조는 제조방법에 따라 다양한 방식이 논의되었으며, 실제 적용사례는 BFS용 사일로와 프리믹스용 사일로가 사용되었고, 주요 내용을 [표 5]와 같이 요약한다.

성능/효과

압축강도 측면에서는 순환골재 혼입률 증가에 따라 압축강도가 저하하였으나 모두 목표강도를 만족하는 40 MPa를 보였다. 기존 구조물에서 채취한 코어 공시체의 압축강도 범위가 25.1~40.2 MPa였으나, 실험에서는 상대적으로 낮은 물시멘트비의 조건이기 때문에 강도에 영향을 미쳤다고 분석되었다. 한편, 정탄성계수와 길이변화율의 경우 85 % 순환굵은골재를 혼입한 경우에서 낮은 결과를 보였다.
끝으로, 현장적용 콘크리트의 시공성을 평가한 결과 전반적으로 양호한 타설(펌프 압송, 슬럼프 로스, 다짐 작업성) 결과를 얻었다. 품질관리 면에서 압축강도 측정결과 평균 40MPa로 나타났으며, 현장반입 콘크리트 품질검사에서도 모든 검사항목을 만족하는 결과를 얻었다.
경화 전 콘크리트의 물성은 충분한 프리웨팅으로 경시변화 큰 영향이 없었따. 압축강도 측면에서는 순환골재 혼입률 증가에 따라 압축강도가 저하하였으나 모두 목표강도를 만족하는 40 MPa를 보였다. 기존 구조물에서 채취한 코어 공시체의 압축강도 범위가 25.
품질관리 면에서 압축강도 측정결과 평균 40MPa로 나타났으며, 현장반입 콘크리트 품질검사에서도 모든 검사항목을 만족하는 결과를 얻었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	일본의 재생골재(이하, 순환골재) 및 재생골재 콘크리트는 분명 큰 잠재력을 가지고 있지만, JIS가 제정된 후에도 그 이용률은 침체를 계속하고 있는 가장 큰 원인은?	가장 큰 원인으로는 JIS 제정시 순환골재와 순환골재 콘크리트의 품질면에서 문제가 발생할 경우의 책임소재 규명과 부정적 결과로 인한 순환골재 보급저해의 우려로 인한 리스크 회피의 목적이 제기된다. 특히, 2018년 개정에서는 순환골재와 일반골재와의 혼합사용에 관한 기준이 추가되었다.
	2014년 기준 일본의 고속도로 연장길이는?	일본의 고속도로 연장길이는 2014년 기준으로 약 9000km로 보고되며, 이 가운데 40%가 30년 이상 경과하여 구조물의 노후화로 인한 문제가 예상된다. 고속도로를 구성하는 구조물 가운데 교량의 경우 아래 그림과 같이 상판의 균열발생, ASR, 비래염분 또는 동결융해 방지제로 인한 분리대를 비롯한 수직 부재의 열화가 대표적이다.
	고속도로를 구성하는 구조물 가운데 교량의 경우 구조물의 노후화로 어떤 문제가 발생하는가?	일본의 고속도로 연장길이는 2014년 기준으로 약 9000km로 보고되며, 이 가운데 40%가 30년 이상 경과하여 구조물의 노후화로 인한 문제가 예상된다. 고속도로를 구성하는 구조물 가운데 교량의 경우 아래 그림과 같이 상판의 균열발생, ASR, 비래염분 또는 동결융해 방지제로 인한 분리대를 비롯한 수직 부재의 열화가 대표적이다.

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