산업폐기물(폐콘크리트·폐석고)의 도로포장 응용

중앙대 건설대학원

교  수  林 南 雄

1. 발 생

1.1 경 로

산업활동에서 발생되는 부산물로서 산업활동에 더 이상 필요치 아니한 쓰레기로 정의한다. 예를들면 오니, 잔재물, 폐유, 폐산, 폐고무, 폐합성수지, 광물분진 등이 포함된다(표 1참조).  또한 재이용 처리 비용상 가치가 없는 쓰레기도 포함되어 있어 경제적인 가치가 없을 때에도 발생의 요인이 된다.

원    료     :    (원료 처리→배출→산업쓰레기)

↓

생산공정     :    (공정상에서 폐기되는 부산물)

↓

오염방지     :    (오염을 일으키는 부산물)

↓

슬 러 지     :    (산업폐기물)

↓

처    리

매  립      재  생         소  각       기  타

(35.0 %)    (40.0 %)      (10.0 %)     (15.0 %)

(약 10,000,000 톤/년)

1.2 처리 목표

	1992년	1997년	2001년
1인당 쓰레기 발생량(kg)	1.54	1.49	1.39
생활쓰레기 관리구조 재활용(%) 소 각(%) 배 립(%)	7.9 1.5 89.2	20.0 14.2 65.8	30.0 25.0 45.0
쓰레기 처리비 부담율(%)	12.0	60.0	10.0
사업장폐기물 관리구조 재활용(%) 소 각(%) 매 립(%)	53.6 13.0 33.4	60.0 17.5 22.5	65.0 15.0 20.0

1.3 배출업종 (Industrial Types)

(표 1) 산업폐기물 업종

분류번호	업 종	포 함 업 종
01 02 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24	산업용 화학물 제조업 기타 화학 제품 제조업 식료품 제조업 해산물 도매 및 소매장 음료품 및 담배제조업 섬유제조엄 종이제조업 비금속광물제품 제조업(석유, 석탄제품제외) 육상운수 및 자동차 수 선업 세탁업 세탁광업 금속광업 비금속광업 인쇄및출판업 사진처리업 사회서비스업 축산업 전기업 기 타	유기화학물, 산업용 무기화학물, 산업용 가스 합성 유기염료, 염색 및 유연제 액스와 합성 유연제, 안료 및 착색제재, 비료, 살충제, 합성고무, 또는 재생섬유제조, 기타 산업용 화학물 도료, 의약품, 비누 세정제 및 제라틴, 폭약, 성냥, 카본 블랙, 광택제, 사진용 화학물, 잉크, 방향유 제조, 기타 화학 제품. 도살, 고기가공 및 저장, 낙농물, 과실 및 야채, 통조림 및 가공저장, 해산물, 통조림 및 가공저장, 동식물유지, 빵제품 및 국수제조, 설탕 및 설탕과자, 배합사료, 조미료, 두부제조업 기타 해산물 도매 및 소매장(건어물 또는 가공품 제외), 기타 주정, 소주, 인삼주, 중류주, 약주 및 탁주, 청주, 포도주, 맥주, 청량음료, 담배제조업, 기타 방적 및 제사, 직물제품, 편직, 융단 및 돗자리끈 및 로오프, 직조 섬유표백, 염색 및 정리업, 기타 펄프, 종이, 판지, 세로판 제조업, 목재등 도기, 자기및토기, 유리 및 유리제품, 시멘트, 석회 및 플라스틱, 구조점토제품, 암면석제품 제조업, 기타 철도, 고속버스, 시외버스, 시내버스, 지하철, 택시 전세 및 관광버스, 도로화물 운수업, 주차장, 자동차수선, 자동차세차, 윤활유 교환업 세탁업 무연탄 및 갈탄광업, 기타 철광업, 비철금속 광업 토사석채취, 화학 및 비료원료용 광물광업 기타 인쇄 및 출판업, 기타 사진처리업, 영화제작업 교육서비스, 학술연구기관 의료 및 보건서비스업 낙농업, 육유사육업, 양돈업, 마사육업, 경마장 전기업 기타(금융업, 목욕탕, 숙박업 등 서비스업)

1.4 분  류(특정 및 일반 폐기물)

국가가 산업폐기물로 지정하는 폐기물은 일반 및 특정 폐기물로 분류하되, 국민 보건에 유해정도를 기준으로하여 특정 폐기물로 지정한다. 일단 특정 폐기물로 지정이 되면 국가의 책임하에 관리가 이뤄지고 일반폐기물은 폐기물 관리 절차로 처리된다.

산업폐기물

특정 산업                          일반산업

부패성      유해성       무해성

특정폐기물                                       일반폐기물

처 리                                            처 리

재  생       소  각                                   재활용

열회수        재

매    립

(그림 1) 산업폐기물 처리계통도

- 국민보건에 유해성 정도를 기준하여 특정 폐기물로서 지정되기 위해서는 자체      독성 시험, 중금속 침출시험, 연소성, 부패성, 화학 반응성 등의 기준에 준한다.

- 무해성이 입증된 일반폐기물은 도시쓰레기 관리에 따라 처리가 된다.

1.5 폐기물의 유해성

1.5.1 인체 유해성

- 산업쓰레기상에 포함된 중금속이 인체에 미치는 영향은 아래와 같다.

중금속에 의한 인체영향

중 금 속	급 성 독 성	만 성 독 성
카드뮴(Cd) 비소(As) 시안(CN) 유기수은(Hg) 납(Pb) 크롬(Cr)	구토, 복통, 오심 설사, 혈압강하, 혼수 호흡급박, 구토, 두통 신경질환, 난청 황달, 근육통 복통, 심한 갈증	폐, 신장질환, 암유발 중추신경장애, 암유발 신경질환, 신장장애 신장장애, 환각증상 환각, 시력장애 비중격천공, 피부암

1.2 공정시험

- 국내 공정 시험법의 용출시험을 실시하여 다음 조건에 부합될 때 특정 유해 폐     기물로 간주된다.

특정 유해 산업폐기물의 조건

특정 유해 폐기물	특정 유해 폐기물의 종류
1. Cd 또는 그 화합물 2. CN 화합물 3. 유기인 화합물 4. Pb 또는 그 화합물 5. 6가 Cr 또는 그 화합물 6. As 또는 그 화합물 7. Hg 또는 그 화합물 8. PCB 9. Cu	1. 용출시험결과 용출액에 Cd가 0.1ppm이상 검출 될 경우 2. 상기 시험에서 1 ppm 이상 3. 상기 시험에서 1 ppm 이상 3. 상기 시험에서 1 ppm 이상 4. 상기 시험에서 1 ppm 이상 5. 상기 시험에서 0.5 ppm 이상 6. 상기 시험에서 0.5 ppm 이상 7. 상기 시험에서 0.05 ppm 이상 8. 상기 시험에서 0.03 ppm 이상 9. 상기 시험에서 3 ppm 이상

1.6 자원절약과 재활용 촉진관련법

1.6.1 목적

정부는 자원절약과 재활용 촉진에 관한 법률에서 위임된 사항과 시행에 관하여 필요한 규정을 대통령령 제 14063호 (건설기계 관리 시행령 : 1993. 12. 31). 대통령령 제 14198호 (한국자원재생 공사법 시행령 : 1994. 3. 29). 대통령령 제 14255호 (환경처와 그 소속기관 직제 : 1994. 12. 23). 대통령령 제 14438호 (재정경제원과 그 소속기관 직제 : 1994. 12. 23). 대통령령 제 14492호 (1994. 12. 31)를 공포.

1.6.2 내용

i) 자원재활용 업종

- 종이 제조업

- 유리용기 제조업

- 제철 및 제강업

- 플라스틱 제조업

ii) 지정부산물

- 철강슬래그

- 석탄재

- 건설폐기물 (토사, 콘크리트 덩이, 아스콘 덩이)

iii) 재활용지정사업자 및 그 의무

- 종이 제조업 : 연간 종이를 1만톤 이상 생산하는자.

- 유리용기 제조업 : 연간 유리용기를 2만톤 이상 생산하는자

- 제철 및 재강업 : 연간 조강 또는 선철을 10만톤 이상 생산하는자

- 의무 : 재활용 지정사업자는 재활용 가능자원의 이용 목표율을 달성하기 위하             여 이용계획을 작성하고, 그 실적을 기록·유지하여야 함.

iv) 지정부산물 배출사업자 및 그 의무

- 철강 슬래그 : 연간 조강 또는 선철을 10만톤 이상 생산하는 자.

- 석탄재 : 연간 전력을 1억 킬로와트시 이상 공급하는자.

- 토사·콘크리트덩이 : 연간 시공금액이 250억원 이상인 건설업자.

- 의무

· 지정부산물 배출사업자는 발생되는 지정부산물의 재활용촉진을 위하여 분리·       파쇄·선별 및 재생할 수 있는 시설을 설치·운영하는 등 지정부산물의 성         상·배출특성과 국내 기술 수준을 고려하여 법 제 12조 제1항의 규정에 의한       지침에서 정하는 재활용 방안을 준수하여야 함.

· 지정부산물 사업자는 지정부산물의 재활용을 위한 기술개발에 노력하고 발생       된 지정부산물을 다른 업종 또는 다른 사업장에서 재활용하게 하는 등 수요를       확대하도록 노력하여야함.

· 지정부산물 배출사업자는 지정부산물의 재활용 계획을 작성하고, 그 실적을        기록·유지하여야함.

1.7 재원조달

1.7.1 국고

- 2001년까지 총 투자소요는 5조 5천억원으로 공공부문에서 3조 5천억원 필요

- 중앙정부에서 1조 5천억 국고 지원, 국고 부족시는 환경개선 특별 회계에서의      공채발생으로 조달

공공부문 폐기물 처리시설 투자계획

(단위 : 억원)

	계	□95년까지	□95 ∼ □97	□98 ∼ 2001
총 소 요	35,339	4,337.5	9,478	21,523.5
음식물 퇴비화시설	1,380	-	180	1,200
폐자원 비축기지 시설	510	37	218	255
폐플라스틱 처리시설	254	56	198	-
매립시설	6,754	1,541	1,662	3,551
농어촌 종합처리시설	3,156	696	900	1,560
대형 소각시설	17,400	1,420	4,540	11,440
중소형 소각시설	3,460	37.5	755	2,667.5
유해폐기물 처리시설	2,425	550	1,025	850

2. 도로포장 응용

2.1 폐콘크리트

2.1.1 배경

i) 분류

- 노후건물 해체, 돌 및 택지개발에 따른 기존 건축물 수용 철거

- 신축 공사장의 건축 자재 부산물과 자재 포장재

건 설 부 산 물

특정폐기물                                 일반폐기물

분 류	내 용		분 류	내 용
오니 폐유 폐플라스틱류 도자기편류 폐산,알카리 폐석면 소각잔재물	폐벤토나이트오수,폐오수 고함수율의 굴삭토 중기등의 석유사용잔재, 아스팔트 유재등의 잔재 폐합성수지,기타폐합성 고분자화합물,폐타이어 폐내화벽돌, 타일위생도기 편류 시멘트 폐액, 기계세제 폐액등 현장내 소각 잔재물		건설자재 폐목재 금속편류 폐지,폐섬유 유리편류 천연고무편류 기타 잔토	폐콘크리트,폐아스콘 폐백돌등 철골 철근 편류,파이프 철사 기타 고철등 포장재 골판지, 벽지, 로프, 기타 천연섬유 현장사무소, 숙사등의 철거에 따른 각종 폐제 토사는 일반적으로 유용물로서 토사생성의 재료로 사용되므로 폐기물 관리법 적용대상은 아니나 건설폐재가 포함되거나 함수율이 높을 때는 폐기물로 처리함

ii) 발생 및 전망

- 60∼70년대의 국가 주택 정책으로 인한 건축물 수명시기(20∼30년 수명)

- 도시집중화에 따른 최근 건설 수요 급증

- 노후구조물 철거, 도로, 지하철공사, 가스, 전기, 통신공사등으로 인한 건설      폐기물 발생

- 서기 2000년에는 약 2000만톤, 2005년에는 4,000만톤 그리고 서기 2010년경      에는 5,000 만톤이 넘어설 전망

iii) 건물해체시 폐콘크리트 발생

건 물 용 도	단위 연면적당 폐콘크리트 발생량(□/□)
은 행	1.0∼1.20
사무소 및 공관	0.80∼0.90
상 점	0.80∼0.90
창 고	0.54∼1.00
학 교	0.60∼0.84
공 장	0.60∼0.72

iv) 건설폐기물 재활용 종합대책

① 사업자(재개발/재건축)

·재활용계획서

- 현장에서 발생되는 모든 건축폐기물에 대한 재활용 계획서 작성 의무화

- 사업 신청시에는 재활용 계획서를 관계 당국에 승인

· 공사발주

- 종전의 폐기물 처리비를 단순 운반비로만 계산하던 곳이 원가계산으로         전환

- 이를 위해서 원가 계산에 의한 예정 가격 작성 규칙과 건설 표준 품성         을 보완

· 발생원

- 건물 종류별(예, 단독주택, 아파트, 빌-딩 등)폐기물 발생원 산정기준보완

- 발생 총량 산정 기준제 도입

② 법개정

·건축법/환경법

- 건물 철거시 생활 폐기물을 우선 분리 의무화

- 건축물 철거 열실 신고(시군에 건축과 해당)와 폐기물 배출자 신고(시,군       에 청소과 해당)제도를 일원화

- 준공 검사시 폐기물 적정처리 여부 확인제

· 중간처리법

- 건축폐기물 중간처리법 허가시에 자본금제도가 이행 보증금 제도로 전환

- 중간 처리업체와 재생골재 생산, 판매 업체와 동일한 허가제 도입

- 중간처리업체와 재생처리 신고자에게 파쇄 전문장비이동, 수집, 운반, 처        리비 지원

③ 공사의 품질 기준

· 재생 골재품질 기준

- 콘크리트 표준 시방서 작성

- 도로공사 표준 시방서 작성

· 공공 및 민간 공사

- 설계자, 발주자, 시공자를 위한 재생골재 사용 요령 작성

- 사용자의 책임문제를 명확하게 사업가능 모델 제정

2.1.2 표층 및 보조기층

i) 목적

- 아스콘 포장 적용 가능성

- 보조기층 적용 가능성

ii) 포장구조

				□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□
			□□□□□□□□□□□□□□□。。。。。。。。□□□□□□□□□□□□□□□□。。。□□□□□□□□□□□。。□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□			d2
		□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□4□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□4□□□□□□□□□□				d3
	□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□					d4
						d5

D1 : SURFACE COURSE

D2 : BASE COURSE

D3 : SUB-BASE COURSE

D4 : ANTI-FROST LAYER

D5 : SUB-GRADE

iii) 시 료

- 인천 장미 아파트 철거에서 발생된 폐콘크리트 (시료1)

- 경기도 안양 건축폐기물 처리장 (시료2)

- 서울시 마곡동 건설폐기물 처리장 (시료3)

2.1.3 시험결과

i) 채움재

(표1) 항목별 시험결과

항 목		KSF 기준값	측정값
			시료 (1)	시료 (2)	시료 (3)
수 분(%)		1.0% ≥	0.2	1.96	2.65
비 중		2.6 ≤	2.649	2.39	2.47
입 도 통 과 (%)	No. 30 (0.60□)	100	100	100	100
	No. 50 (0.30 □)	95 ≤	95.8	97	97
	No. 100 (0.15□)	90 ≤	90.2	92	92
	No. 200 (0.075□)	70 ≤	70.5	75	75

(표 1)에서 보는 바와 같이 시료(1)은 KSF 3501이 제시하는 품질규격은 일반적으로 양호하다. 수분은 0.2%로서 기준치 1.0%이하에 있으며, 비중 역시 기준치(2.6) 이상인 2.649 값을 보였다.  입도통과율도 기준치가 요구하는 범위에 놓여 있게 되어 모든 요구조건에 만족한다. 그러나 시료(2)와 시료(3)의 경우, 품질규격에는 일반으로 양호하지 못하다. 수분은 각각 1.96%와 2.65%로서 기준 치 1.0% 이상에 있으며, 비중 역시 기준치 (2.6) 이하인 2.39와 2.47 값을 보였다. 입도통과율은 KSF 3501의 기준치가 요구하는 범위에 놓여 있게 되어 적어도 입도분포는 요구조건에 만족한다.

ii) 표층시험(Marshal Stability)

① 조골재 (13mm)의 입도 및 품질

(표2) 시험결과

시 험 항 목		KSF 기준값	측 정 값
			시료(1)	시료(2)	시료(3)
입 도 통 과 율 (%)	19 □ 13 □ 10 □ 4.75 □ (No. 4) 2.36 □ (No. 8) 1.19 □ (No. 16)	100 90 - 100 40 - 75 5 - 25 0 - 10 0 - 5	100 97.1 60.4 15.0 5.8 2.6	100 95 58 15 5 2	100 95 58 15 5 2
비중 흡수율 (%) 마모감량 (%) 안정성 (%) 단위중량 (t/□)		2.45 ≤ 3.0 ≥ 35 ≥ 12 ≥ 1.25 ≤	2.626 0.85 16.1 2.0 1.532	2.494 5.2 22.9 9.85 1.32	2.369 5.7 27.0 3.2 1.31
			합격	불합격	불합격

위 (표2)에서 읽을 수 있듯이 시료들의 입도 분포는 KSF가 요구하는 범위에 잘 만족하고 있다.  품질면에 있어서는 사정이 조금 다르게 나타났다.  KSF가 요구하는 비중값(2.45 이상) 보다 시료(1)과 시료(2)는 비중값이 만족하였지만 시료(3)에서는 비중값(2.369)이 만족치 못하였다. 흡수율에 있어서 시료(1)은 KSF가 요구하는 값(3.0% 이하)에 만족하나, 시료(2)와 시료(3)은 만족치 못한다. 시료(2)과 시료(3) 경우, 각각 5.2%와 5.7%로서 상당한 흡수량을 보였다. 마모감량에 있어서 KSF 기준값(35% 이하)에 비하여 시료 모두가 만족한다. 또한 안정성에 있어서도 시료들은 KSF 기준값 (12% 이하)에 만족스러운 값을 보여주었고, 단위 중량면 역시 시료들은 KSF 기준값이 요구하는 범위에 만족하고 있다.

② 잔골재, 모래의 입도 및 품질

(표3) 항목별 시험결과

시 험 항 목		KSF 기준값	측 정 값
잔골재 및 모래		잔골재 및 모래	시료(1)	시료(2)	시료(3)
입 도 통 과 율 (%)	10 □ 4.75 □ (No. 4) 2.36 □ (No. 8) 1.19 □ (No.16) 0.60 □ (No.30) 0.30 □ (No.50) 0.15 □ (No.100) 0.075□ (No.200)	100 95 - 100 70 - 100 40 - 80 20 - 65 7 - 40 2 - 20 0 - 10	100 98.0 86.7 68.8 37.5 19.2 11.5 6.9	100 97 85 60 43 24 11 5	100 97 85 60 43 24 11 5
비중 흡수율 (%) 단위중량 (t/□) 안정성 (%) #200체 통과량 (%)		2.45 ≤ 3.0 ≥ 1.25 ≤ 12 ≥ 10 ≤	2.617 1.11 1.60 1.6 2.0	2.562 9.28 1.42 12.6 5	2.557 12.12 1.42 16.8 5
			불합격	불합격	불합격

(표3)은 잔골재의 품질시험에 대한 결과이다. 시료들의 잔골재 입도범위는 KSF 기준범위에 만족한다. 기준 비중값(2.45)에 비하여 시료(1)은 2.617, 시료(2)는 2.562, 시료(3)은 2.557로서 모두 KSF 기준에 만족한다. 흡수율면에서도 KSF 기준값은 3.0% 이하를 요구하고 있는데 비하여 시료(1)은 1.11로서 KSF 기준에 만족하나 시료(2)는 9.28%, 시료(3)는 12.12%로서 모두 KSF 기준값에 벗어난다. 단위중량의 KSF 기준값은 1.25 t/m3이상에 비하여 시료(1)의 단위 중량값(16t/,m3)과 시료(2)의 단위중량값 (1.42 t/m3) 및 시료(3)의 단위중량값(1.42 t/m3) 모두가 1.25t/m3)을 초과하고 있어 기준치에 만족한다. 안정성에 있어서 KSF는 1.2% 이하를 기준치로 제시하고 있는데 비하여  시료(1)은 1.6%이어서 KSF에 만족하나 시료(2)은 12.6%이며 시료(3)는 16.8%이기 때문에 KSF 기준치에 벗어난다.  또한 200체 통과량의 KSF 기준값은 10% 이상이어야 한다. 이에 비하여 모든 시료가 2.0 - 5.0% 범위이므로 모두 KSF 기준값에 만족치 못하고 있다. 따라서 잔골재로서의 품질은 모든 시료가 KSF 기준값에 만족치 못한다.

③ 합성골재 입도 및 품질시험

시험항목		KS기준	측정값		측정값		측정값
			시료(1)	결과	시료(2)	결과	시료(3)	결과
입 도 통 과 율 (%)	19 □ 13 □ 4.75□(No. 4) 2.36□ (No. 8) 0.60□ (No.30) 0.30□ (No.50) 0.15□(No.100) 0.075□(No.200)	100 95-100 55-75 35-50 18-29 13-23 6-16 0-5	100 97.5 65 43.5 23.5 18 11.0 6	합격 □ □ □ □ □ □ □	100 97.5 65 43.5 23.5 18 11.0 6	합격 □ □ □ □ □ □ □	100 97.5 65 43.5 23.5 18 11.0 6	합격 □ □ □ □ □ □ □
비 중(g/cc) 흡수율 (%) 마모량(%)		2.45≤ 3.0≤ 35.0≤	2.620 4.86 30.8	합격 불합격 합격	2.512 5.2 22.9	합격 불합격 합격	2.441 5.7 27.0	불합격 불합격 합격

(표4) 시험결과

(표4)는 시료(1)에 대한 합성골재의 입도와 각각의 물성결과이다. 입도통과율에서는 KSF 2349가 제시하는 범위에 모두 만족한다. 비중에서도 KSF 2503이 제시하고 있는 2.45 이상인 2.62이다. 그러나 흡수율은 기준값 3.0% 보다 1.86% 초과한 4.86%로서 시방규정범위에 벗어났다. 또한 마모율 기준값 35% 이하인 30.8%로서 시방규정에 만족한다. 따라서 흡수율을 제외한 나머지 품질은 시방기준값에 만족한다.  시료(2)와 시료(3)에 대한 합성골재의 입도와 각각의 물성결과에 있어서 입도 통과율에서는 KSF 2349가 제시하는 범위에 모두 만족한다. 비중에서는 KSF 2503에 제시하고 있는 2.45 이상으로 시료(2)은 만족하나 시료(3)은 만족하지 못한다. 시료들의 흡수율은 기준값 3.0% 보다 초과한 5.2%와 5.7%로서 시방규정 범위에 벗어났다. 또한 마모율의 기준값 35% 이하에 비하여 시료(2)은 22.9%로서 시방규정에 만족하고 시료(3)도 27.0%로서 만족한다. 따라서 시료(2)의 경우는 흡수율을 제외한 나머지 품질은 시방규정에 만족하나, 시료(3)은 비중과 흡수율은 품질규정을 벗어났으며 마모량은 품질규정에 만족한다.

iii) 표층용 아스팔트 콘크리트 배합시험

① 시료(1)

(표5) 시험결과

구 분	시방기준	측 정 값 (시료1)					아스팔트 (AP-3) 적정량 (%)
		아스팔트 (AP-3) 분량	안정도	Flow	공극율	포화도
안정도 (□)	500이상	5.0 % 6.0 ″ 7.0 ″	1035 1255 1101	- - -	- - -	- - -	5.0 - 7.0
Flow 값 (1/100 □)	20 - 40	5.0 % 6.0 ″ 7.0 ″	- - -	35 36 42	- - -	- - -	5.0 - 6.6
공극율(%)	3 - 6	5.0 % 6.0 ″ 7.0 ″	- - -	- - -	6.5 3.6 2.5	- - -	5.1 - 6.5
포화도(%)	70 - 85	5.0 % 6.0 ″ 7.0 ″	- - -	- - -	- - -	63.4 79.1 97.2	5.5 - 6.4

(표5)에서는 설계아스팔트량을 결정하기 위하여 아스팔트(AP-3)함량은 0.5% 간격으로 5.0 -  7.0 % 까지 변화시켰을때 마샬안정도를 비롯한 제반 물성 측정값이다.  첫째로 안정도의 값은 1035 - 1101 □ 로서 기준치가 제시하는 값(500□)을 100% 이상 상회하고 있다.  둘째로 Flow값은 35 - 42 이어서 기준치가 정하는 (20 - 40) 범위에 만족한다.  세째로 공극율은 아스팔트 혼합 6.0% 일때에만 기준값의 범위에 만족한다.  넷째로 포화도의 기준값 (70 - 85)를 만족시킬 수 있는 아스팔트(AP-3)함량은 5.5 - 6.4% 범위에 있어야 한다.  따라서   설계아스팔트의 결정도 (그림1)에 따라 설계아스팔트양은 6.0%로 산출된다.  이때 항목별 기준범위와 아스팔트(AP-3)양의 만족범위를 정리하면 표 6와 같다.

설계 아스팔트 결정 (%)

(그림1)

(표6) 설계 아스팔트 결정

혼합물의 성질	기준범위	AP-3 만족범위	설계 AP-3양
안정도 (□) Flow (1/100 m) 공극율 (%) 포화도 (%)	500 이상 20 - 40 3 - 6 70 - 85	5.0 - 7.0 5.0 - 6.5 5.1 - 6.5 5.5 - 6.4	6.0%

6%의 설계아스팔트양을 표준화한 골재에 혼합하였을 때 아스팔트 콘크리트의 물성 측정값은 (표 7)와 같다.

(표 7) 설계아스팔트량(6%)에 있어서 혼합아스콘의 성질

설계아스팔트배합		시험결과
재 료	중량비 (%)	물 성	측정값
13 □ 부순모래 모래 채움재 AP-3	43.24 28.20 18.80 3.76 6.00 □□□□□□□□□ 100	다짐밀도 (g/cc) 안정도 (□) Flow 값 (1/100 m) 공극율 (%) 포화도 (%)	2.34 1190 36 3.9 78

(표 7)에 의하면 설계아스팔트양(6.0%)에 있어서 혼합아스콘의 시험결과를 KSF가제시하는기준치에 비교하였다. 비교에 의하면, 혼합 아스콘의 안정도값(1140□)은 KSF의 기준값(500□)보다 무려 배 이상 높은 값을 보이고 있으며, 시험 Flow 값 역기준값(20-40)에 매우 만족한다. 공극율의 시험값은 3.9%로서 KSF 기준값(3-6)에 잘 만족하고 있다. 또한 시험포화도값(78%)까지도 KSF 기준값(70-85%)의 범위에 만족하고 있다.

ii) 시료(2)와 시료(3)

(표 8)에서는 설계아스팔트양을 결정하기 위하여 AP-3 아스팔트 함량을 0.5% 간격으로 5.0 -7.0%까지 변화시켰을 때 마샬안정도를 포함한 제반물성 측정값이며, (그림 2)에서는 그 측정값을 그래프로 표현하였다.  첫째로 마샬안정도는 시방기준 (500 □이상)에 비하여 두 개의 시료다 훨씬 높은 안정도(시료1:784∼1053□, 시료2:632∼1011□)를 보여줌으로써 시방기준 범위에 절대 만족하고 있다.  Flow 값에서는 시방기준 (20-40(1/100□)보다 비하여 광범위한 변화를 (시료2 : 21∼52, 시료3 : 48∼58)보여주고 있으나, 시방기준에 만족된 아스팔트(AP-3) 함량은 시료(2)에서만

(표8)시험결과

시험항목	KSF기준	측 정 값			AP-3 적정량 (%)
		AP-3함량	시료(2)	시료(3)	시료(2)	시료(3)
안정도 (□)	500이상	5.0 5.5 6.0 6.5 7.0	1053 784 949 1000 811	565 1011 915 896 632	5.0 -7.0	5.0-7.0
Flow 값 (1/1000m)	20 - 40	5.0 5.5 6.0 6.5 7.0	21 45 52 52 50	42 57 47 50 59	5.0-5.3	없음
공극율 (%)	3 - 6	5.0 5.5 6.0 6.5 7.0	13.3 17.9 16.0 14.2 13.8	14.7 12.3 12.3 10.8 11.6	없음	없음
포화도 (%)	70 - 85	5.0 5.5 6.0 6.5 7.0	42.6 36.3 41.4 46.6 49.3	39.2 46.5 48.3 54.0 53.6	없음	없음

5.0%∼5.3% 범위만을 보여줄 뿐 시료(3)의 경우는 만족범위를 찾을수가 없다.  공극율 역시 시방규정 (3-6%)에 비하여 아주 높은 값(시료1 : 13.3∼17.7, 시료2 : 10.8∼12.3)을 보여준다. 따라서 시방규정에 만족하는 아스팔트(AP-3) 함량은 구할 수가 없다. 포화도에서도 시방규정상 70-80% 인데 비하여 시험결과는 시료(3)의 경우는 36.3% - 47.3%이었고, 시료(3)의 경우도 39.2%-54.0% 그 범위가 아주 부족하다. 시방규정상에서 요구하는 포화도를 얻기 위해서는 아스팔트(AP-3) 함량은 7.0% 이상이 필요하며 적정범위는 알아낼 수가 없다. 따라서 설계 아스팔트의 결정도(그림2)에 따라 안정도를 포함한 제반물성들이 기준값에 동시에 만족하는 아스팔트(AP-3) 함량결정은 시료(2)과 시료(3) 모두 불가능함이 밝혀졌다.

(그림2)

안정도를 제외한 Flow값, 공극율, 포화도 등이 시방규정을 벗어나는 이유는 폐콘크리트 골재에 존재하는 공극(Void)이 많은 것으로 사료된다. 이러한 이유 때문에 일반 생골재의 물성에 비교하여 높은 값을 보여주었으며, 동시에 폐콘크리트 골재의 흡수율이 비정상적으로 높다. 앞에서 보았던대로 인천지구에서 발생된 폐콘크리트도 같은 현상을 보고한 바 있다. 이는 일반 생골재를 사용한 안정도 시편의 붕괴현상과는 극히 대조적이다. 일반 생골재를 사용한 아스콘은 서서히 붕괴하지만, 폐콘크리트를 사용한 아스콘의 붕괴 현상이 순간적으로 발생된 점이다. 순간적인 붕괴는 곧 공극율과 흡수율이 높은 관계로 아스팔트와 골재간의 결합력이 약하기 때문으로 생각된다. 따라서 폐콘크리트만을 골재로 하여 도로 표층에 적용은 매우 어려운 것으로 나타났다.

iv) 보조기층

① 골재입도

(표9) 시험결과

채	시방규정(SB2)	측정값			판 정
		시료(A)	시료(B)	시료(C)
50 □ 40 □ 19 □ 4.75 □ (No. 4) 2.36 □ (No. 8) 0.42 □ (No. 40) 0.075 □ (No. 200)	100 80 - 100 55 - 100 30 - 70 20 - 55 5 - 25 2 - 10	100 94.0 61.2 40.0 33.1 14.2 2.1	100 90 77.5 50.0 37.5 15.0 6.0	100 90 77.5 50.0 37.5 14.2 6.8	합 격

(표 9)에서 보는바와 같이 시료들의 폐콘크리트가 보조기층 골재로서의 입도분포는 대체적으로 시방 기준값에 잘 만족하고 있다.

(표12) 시험결과

시험항목	시방규정(SB2)	측정값
		시료(1)	시료(2)	시료(3)
마모감량 (%) 소성지수 실내 CBR 모래당량	50≥ 6≥ 30≤ 25≤	26.0 NP 44 41.9	23.2 NP 86 72.4	36.2 NP 84 70.7

(표12)은 시료에 대한 품질시험결과를 보여준다. 마모감량의 시방규정 기준값(50% 이하)에 비하여 세 개 시료 모두 기준값(23.2-36.2)에 만족한다. 소성지수의 기준값은 6이하에 비하여 시료들의 소성지수도 만족한다. 시방규정이 제시하는 실내 CBR값(30 이상)에 비교해서 모든 시료들이 그 기준값을 훨씬 상회하고 있어서 실내 CBR값도 만족하고 있다. 모래당량의 시방규정 기준값은 25 이상이다. 이에 비하여 각 시료들의 모래당량값은 41.9-77.4%로서 모두 다 기준값에 만족하고 있다. 따라서 도로보조기층재료로서는 그 사용이 가능함이 가능하다.

2.1.4 결 론

도로포장재료로서 폐콘크리트 품질시험의 결론은 아래와 같다.

① 시료(1)의 폐콘크리트가 아스팔트 콘크리트 채움재로 적용하였을 때, 아스팔트     함량에 관계없이 시방 기준 안정도(500kg)에 만족한다. Flow 값과 공극율값은 시     방기준에 만족한다. 아스팔트 6%를 혼합할 때 시방기준이 제시 하는 범위          (70-85%)에 만족하는 포화도값(79.1%)을 얻으므로 폐콘크리트가 아스팔트 콘크     리트의 채움재로 적용키 위해서는 설계 아스팔트 혼합량은 6%가 필요하다.

② 시료(2)와 시료(3)의 아스팔트 콘크리트 채움재로 적용하였을 때, 아스팔트 함     량에 관계없이 시방기준 안정도 (500□)보다 전반적으로 높은 안정도(565-1011     □)를 갖는다.  Flow 기준값(20-40)에 비하여 아스팔트 함량에 관계없이 두 개의     시료 모두 만족치 아니한다.  시방기준이 제시하는 공극율(3-6%)에 비교하여 두     개의 시료 모두 시방기준의 범위(3-6%)에 벗어나서 아스팔트(AP-3) 혼합량은 정     할 수가 없었다. 포화도 역시 두 개의 시료 모두 시방기준이 제시하는 범위        (70-85%)에 만족치 않는다. 따라서 폐콘크리트가 아스팔트 콘크리트의 채움재로     적용할 수 없다.

③ 설계아스팔트 양(6.0%)를 혼합골재와 배합시킨 후 아스콘의 안정도는 1190□,       다짐밀도는 2.34 Flow 값은 35, 공극율은 3.9%, 포화도는 78%로서 기준설계 범      위에 모두 만족한다. 그러나 시료(2)와 시료(3)의 경우 시방규정에 벗어난다.

④ 폐콘크리트가 보조기층재료로서 적용하였을 때 입도분포, 마모감량(26-25.7%),     소성지수(6이하), 실내 CBR값(44-78), 모래당량(41.9-47.4) 시방규정에 모두 만족     한다.  시료(2)와 시료(3)의 폐콘크리트도 입도분포, 마모감량(23.2%-36.2%), 소     성지수(6이하), 실내 CBR값(84-86), 모래당량(70.7-72.4)는 시방규정에 모두 만족     한다.

⑤ 폐콘크리트(시료1, 시료2, 시료3)는 보조기층 골재로서 기준치가 요구하는 (입도     분포, 마모감량, 소성지수, 실내 CBR, 모래당량) 시방규정에 대체적으로 만족한      다.

⑥ 순수한 폐콘크리트를 도로에 응용하였을 때, 보조기층재료로서는 가능하나 포     장용 채움재로서는 그 가능성이 희박하다.

Cr+6

Fe2O3             Ca                 재 료        혼합다짐

TiO2              Cd                 비  중

CaO              Hg                함 수 비    시멘트     석 회

MgO              AS                소성지수

K2O               Pb                유 기 물      최대습윤밀도

Na2O              P                 흙의분류      최대건조밀도

L.O.I          CHCl=CCl2              입도분석     최적함수비

CCl2=CCl2                            일축압축강도

배합설계

유해성분석

최종판정

(그림1) 시험진행도

1.2 방법(Methology)

폐석고를 포함한 다른 시험재료들(석분 및 점토질)의 토목 특성 시험은 건설 교통부 제정 도로 공사 표준 시방서와 아스팔트 포장설계시공 요령을 근거로 각 재료들의 토질특성, 혼합다짐 및 일축압축강도 등의 시험을 시행한다.(1-5)  이어서 위 재료들에 대한 화학 조성 분석과 유해물 용출시험을, 폐기물관리공정 시험 (환경부 고시 제 91- 97호)에 따라 실시한다.(6)

위 시험에서 얻은 결과를  근거로 환경적으로 안전하고 토목적으로 양질이면서 경제성이 있는 도로 보조 기층용 배합 설계를 산출하는 것이다.

2. 도로 포장(Road Pavement)

2.1 정의(Definition)

도로포장이란 도로에서 교통하중을 직접 받는 부분으로 정의된다.(4-5) 하중에는 차량이 주는 외력과 진동이 포함되어 있는 특성을 갖고 있기 때문에 교통 하중으로 인하여 도로포장은 소모적인 수명을 갖고 있다. 따라서 도로포장은 반영구적인 설계가 절대적이며(주로 10-20년) 반영구적이 될 수가 있도록 하기 위해서는 유지 보수 작업이 뒷따라 주는 것이 필수적이라 할 수 있다.

2.2. 특징(Characteristics)

도로포장 후에는 고속으로 주행하는 차량의 하중과 저속으로 주행하는 차량의 하중의 차이와 각종 차량의 중량에 따라 도로에 미치는 하중의 변화가 크다는 것이 도로상에 어려운 문제이다.  또한 차량 종류에 따른 타이어 내압 역시 도로에 미치는 하중이 크다고 알려져 있다. (4-5)  교통하중 뿐 아니라 기상이나 토질 조건이 도로 포장에 미치는 영향도 매우 크다고 볼 수 있다. 이러한 외적 조건에 만족시키기 위하여 여러 종류의 포장 구조와 공법이 있기는 하지만  복잡한 조건 때문에 포장에 대한 이론은 경험과 실증에 뒷받침을 요구하는 것이 특징이다.

2.3 포장 구조(Paving Structure)

포장의 구조는 크게 아스팔트 포장과 콘크리트 포장으로 나눈다.

포장층

노 상

노상면

노체

(그림2) 아스팔트포장의 구성

2.3.1 아스팔트 포장(Asphalt Pavement)

i) 구조

그림(2)에서 보여주듯이 아스팔트 포장은 골재를 아스팔트와 같은 역청재   료를 결합하여 만드는 표층이 있는 포장을 말한다. 표층 하부에는 기층    및 보조기층으로 구성되어 있다. 아스팔트 포장 구성의 특징으로는 교통   하중에 의해 발생하는 응력이 각층에 분포되면서 하부로 점차 넓어지므로   각층의 두께는 하중에 견딜 수 있도록 설계되는 것이다.

																																													마모층
																																													표 층
																																													중간층
																																													중간층
○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○																																													기 층
¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸ ¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸ ¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸¸																																													보조기층
15 - 30cm2
																																													차단층 또는 동상방지층

ii) 노상(Subgrade)

노상은 도로 구조상에서 기초 부분에 해당된다. 따라서 균등한 지지력을 가져야 하며 그 지지력에 따라 포장 두께가 결정된다. 지반의 흙이 양호할 때는 자연 그대로 사용이 가능하다. 그러나 연약한 경우에는 적당한 안정 처리가 필요하다. 대개 자갈이나 모래를 많이 포함된 조립성 토양이 좋으며 실트(Silt)나 점토질(Clayey Soils)은 부적당하다.(3-5)

iii) 동상방지층(Anti-Frozen Layer)

노상과 보조기층 사이에 선택적으로 설치하는 층이다. 교통하중으로 인하여 노상토가 보조기층으로 침입하는 것을 방지하고 지하수위가 상승하는 것을 차단하기 위한 층(Layer)이다. 대개 막자갈 또는 모래를 사용한다.

iv) 보조기층(Subbase Course)

노상위에(동상방지층도 포함) 설치하는 층으로 상부(표층 및 기층)에 전달된 하중을 더욱 분산시키면서 노상으로 최소한의 하중을 전달하는 역할을 한다. 따라서 충분히 분산시키는데 필요한 두께가 필요하다. 교통하중의 압력분포가 높기 때문에 이를 지지할 수 있고 변형에 대한 큰 저항을 가지는 재료를 사용하여야 한다. 대개 부순돌, 부순자갈, 모래, 슬래그 등을 이용한다. 수정 CBR이 30이상, (또는 수정 CBR 20-30) 소성지수 6 이하 및 No.200체를 통과하는 점토질 약 10% 정도가 실제적으로 요구된다. 또한 최대 입경 50-80mm가 바람직하다(표 1-2 참조).

구 분	기 준	시 험 방 법
마모감량(%) 실내CBR값 소성지수 모래당량	50 이하 30 이상 6 이하 25 이상	KS F 2508 KS F 2320 KS F 2303, 2304 KS F 2340

(표1) 보조기층 재료의 품질

체크기 입도번호	통 과 중 량 백 분 율 (%)
	80mm	50mm	40mm	19mm	4.76mm (No.4체)	2.36mm (No.8체)	0.42mm (No.10체)	0.074mm (No.200체)
SB - 1 SB - 2	100	- 100	70-100 80-100	50-90 55-100	30-65 30-70	20-55 20-55	5-25 5-25	2-10 2-10

(표2) 보조기층 재료의 입도

위 품질 규정에 부적당한 재료는 소량의 시멘트나 석회 등으로 안정처리 하거나 입도 조정을 하여 사용할 수 있으나 시멘트의 경우는 7일 일축 압축강도가 10 kg/cm2이상이고, 석회인 경우에는 10일 일축압축강도가 7kg/cm2이상이 되도록 하고 있다(1-2,4-5).

v) 기층(Base Course)

표층과 보조기층 사이의 층이다. 표층에 가해지는 교통 하중을 분산시켜 보조 기층에 전달이 되므로 지지력이 좋고, 내구성이 높은 재료를 사용하여 필요한 두께만큼 다지는 층이다. 기층에는 입도 조정으로 부순돌, 슬래그, 자갈, 모래 등을 사용하여 적당한 비율로 혼합하여 사용하다. 양호한 입도 범위는 표(3)과 같다. 입도 조정 재료는 수정 CBR이 80이상, 0.42mm(No.40)체통과분의 소성지수가 4이하가 되도록 하고 있다.

체크기 입도번호	통 과 중 량 백 분 율 (%)
	50mm	40mm	25mm	19mm	4.76mm (No.4체)	2.36mm (No.8체)	0.42mm (No.10체)	0.074mm (No.200체)
B - 1 B - 2	100	95-100 100	80-95	60-90 60-90	30-65 30-65	20-50 20-50	10-30 10-30	2-10 2-10

(표3) 입도조정 재료의 입도

주 : (1) 일반적으로 막부순돌 그대로는 양호한 입도 범위에 들어가지 않으므로 산모래, 모래 등을 보충해서 혼합하여야 한다.

(2) 혼합물의 No.200체 통과량이 10% 이하의 경우에도 물을 함유하여 연약화 할 때가 있으므로 No.200체 통과량은 다           짐이 되는 범위 내에서 되도록 적은 것이 좋다.

또한 시멘트 안정처리, 역청안정처리, 석회안정처리, 메카담, 침투식 공법등으로 아래와 같은 조건 등이 요구된다.

① 시멘트 안정처리 공법 : 현지 재료 또는 보충 재료를 넣은 것에 4-8%의              시멘트를 첨가 혼합하는 것을 최적함수 부근에서 다져서 만든              층을 말한다.  사용되는 시멘트양은 6일 양생, 1일 수침 후 일              축압축강도가 30 kg/cm2이 되도록 한다. 사용되는 재료는                   0.42mm(No.40)체통과분의 소성지수가 9이하가 좋다(3-5). 사용되는              골재의 입도 범위는 표(4)와 같다.

체크기 입도번호	통 과 중 량 백 분 율 (%)
	50mm	40mm	19mm	10mm	2.36mm (No.8체)	1.19mm (No.16체)	0.074mm (No.200체)
CB - 1	100	95-100	50-100	-	20-60	-	0-15

(표4) 시멘트 안정처리재료의 입도범위

시공할 때에는 재료를 잘 분쇄하여 덩어리를 없앤 다음, 시멘트를 첨가     혼합하여 균일한 혼합물을 만든 후에 최적 함수량에서 충분히 다지는 공정   이 요망된다.

② 역청 안정처리 공법 : 사용재료에 3-6%의 역청 재료를 첨가하여 다지는                 공법이다.  사용 골재는 대개 부순돌, 자갈, 슬래그, 모래 등                 의 보충재료를 넣어 합성한 것이고 입도범위는 표(5)와 같다.

0.42mm(No.40)체통과분의 소성지수가 9 이하여야 하고 안정                 도는 350kg 이상인 경우와 250-350kg로 분류가 되는데 교통                 량에 따라 그 선택이 다르다(2-5).

체의크기 종 류		BB-1	BB-2	BB-3
통 과 중 량 백 분 율 (%)	50mm 40mm 30mm 25mm 19mm 10mm	100 95-100 - 70-100 55-90 30-70	- 100 - - 50-80 40-70	- - - 100 75-100 50-85
	4.76mm(No.4)체 2.36mm(No.8)체 2.0mm(No.10)체 0.60mm(No.30)체 0.42mm(No.40)체 0.30mm(No.50)체 0.15mm(No.100)체 0.074mm(No.200)체	17-55 10-42 - 5-28 - 3-22 - 1-10	28-55 - 17-40 - 5-23 - - 1-7	30-70 - 20-50 - 5-25 - - 1-7

(표5) 역청안정처리 골재의 입도범위

③ 석회 안정처리 공법

도로 기층재료로 부적당한 흙의 안정성과 내구성을 향상시키기 위하여 흙에 3-10% 정도 석회를 첨가하여 사용 가능한 재료로 만드는 방법이다. 흙에 석회를 첨가하면 장기 강도가 발현되며, 유기물에 의해 나쁜 영향을 받지 아니한다는 이점이 있다.

④ 기타 (머케덤 공법 및 침투식 공법)

주골재를 부순돌로 깔고, 이들이 서로 잘 맞물릴 때까지 다짐한 다음 채움재로 공극을 채워 마무리하는 공법이다. 또한 골재를 미리 깔아 놓은 다음에 역청재료를 살포 침투시켜 골재의 맞물림과 역청재료의 결합력에 의해 안정성이 있는 층을 만드는 공법이다.

vi) 중간층(Binder Course)

기층상에서 발생되는 요철을 보정하는 기층과 표층 사이의 접착 역할을 한다. 보통 가열 아스팔트 혼합물로 만들어 사용하며 때로는 기층의 일부분으로 보기도 하므로 기층에 포함되기도 한다.

vii) 표층(Surface Course)

도로 포장의 최상층이다. 교통하중에 의한 전단에 저항하고 차량에 의한 마모에 견디는 층이기 때문에 평탄하며 미끄러지지 아니하고 빗물이 하부에 침투하는 것을 방지하는 역할을 한다.  밀입도 가열 아스팔트 혼합물을 사용한다.

동결깊이

콘크리트 슬래브

보조기층

노상(약1m)

			·。°∴‥¸¡′∵□□□。¡·∑¸¿′∴‥。¸¡°∴‥¸‥¨¸˛¡¿¸∵°…°。
			동상반지층

(그림3) 콘크리트 포장의 구조

2.3.2 콘크리트 포장(Concrete Pavement)

i) 구조(Structure)

그림(3)과 같이 콘크리트 포장구조는 콘크리트 슬래브, 보조기층, 노상으로   이루어진다.  콘크리트 슬래브와 보조기층을 합한 두께가 동결 깊이보다 작   을 때에는 동상 방지층을 설치한다. 슬래브와 보조 기층의 합한 층이 동결   깊이보다 클 때에는 따로 동상 방지층을 둘 필요가 없다. 배수를 위한 횡단   구배는 직선구간의 경우 1.5-2.0%를 표준한다.

ii) 노상(Subgrade)

노상이란 포장의 두께를 결정하는 기초가 되는 흙의 부분이다. 일반적으로   포장 밑 약 1m의 흙을 말한다. 노상의 지지력은 대개 CBR 시험에 의하여   판정하며, 노상토의 설계 CBR이 2이하인 경우에는 지지력 증가를 위해 연   약지반 처리를 해야 한다. 지하수위는 노면 아래 60cm 이내로 상승하지 않   도록 하는 것이다(2-5).

iii) 보조기층(Sub-base Course)

① 기능 : 콘크리트 슬래브를 지지하고 균열부에서의 펌핑현상을 막아주는     기능을 갖는다.  따라서 충분한 지지력을 가지며 내구성이 풍부한 재료     로 필요한 두께로 잘 다져서 만들어야 한다.  펌핑을 방지하기 위하여서     는 아스팔트와 시멘트 등으로 처리된 재료를 사용하는 것이 좋다.  두께     가 30cm이상일 때는 상부와 하부로 나눈다.

마무리 폭은 그림(4)에서 보는 바와 같이 콘크리트 슬래브의 양측으로      각각 50cm - 100cm 정도 더 넓게 한다. 그 이유는 아래와 같다.

- 포장 단부, 측면 거푸집 및 슬립폼 페이버를 견고히 지지하고,

- 팽창성 흙의 사용이나 동상 현상에 의해 포장 단부에 발생하는 불균         일 팽창을 방지하여,

- 길어깨 포장에 대한 보조기층으로의 역할을 한다.

길어깨                     차도

측대

50-100cm

포                                     콘크리트슬래브                    20-30cm

장

보조기층                            15cm이상

노

상                                                                       100cm

(그림 4) 콘크리트 포장의 구성(단위 cm)

② 재료(Materials)

입도조정 쇄석이나 슬래그 등을 粒狀재료를 사용할 경우의 입도 분포는 표(6)을 만족하여야 하며, 최대 입경은 40mm이하, 수정 CBR은 80이상, 소성지수는 4이하가 되어야 한다.

입도번호	통과중량백분율(%)
	80mm	50mm	40mm	19mm	4.76mm (No. 4체)	2.36mm (No.8체)	0.42mm (No.40체)	0.074mm (No.200체)
SB-1	100	-	70-100	50-90	30-65	20-55	5-25	2-10
SB-2	-	100	80-100	55-100	30-70	20-55	5-25	2-10

(표6) 보조기층 재료의 입도 표준

시멘트 안정처리일 때에 첨가재료로는 보통포틀랜드 시멘트, 고로시멘트, 플라이애쉬 시멘트 등을 사용하여, 6일 양생 1일 水浸 후의 일축압축강도가 20kg/cm2가 되도록 배합하여야 한다(2-5).

석회안정처리일 때에 첨가재료로는 소석회를 사용하고, 9일 양생 1일 수침 후의 일축압축강도가 10kg/cm2가 되도록 배합한다.  단 석회 안정처리 보조기층재료를 사용하는 경우에는 아스팔트 중간층을 설치한다(2-5).

역청 안정처리의 첨가재료로 사용하는 역청재의 품질은 아스팔트 포장의 경우에 준한다. 각종 안정처리에 사용되는 재료의 표준 입도는 (표7)과 같다.

처 리 공 법 체의 호칭치수(mm)		시멘트안정처리	역청안정처리	석회안정처리
체통과 중량 백분율	50	100
	40	95 - 100
	19	50 - 100
	2.36(mmNo.8체)	20 - 60
	0.074mm(No.200체)	0 - 15	0 - 10	2 - 20
PI		9 이하	9 이하	6 - 18

(표7) 안정처리 재료의 입도 표준

만일 하부보조기층을 설치하는 경우에는, 최대입경 50mm이하, 수정 CBR 20 이상, 소성지수 6이하인 입상재료를 사용한다. 시멘트 안정처리를 하부 보조기층을 설치할 때에는 일축압축강도가 10 kg/cm2이상이고 석회안정치리로 할 경우에는 일축압축강도가 5kg/cm2 이상이 되도록 하여야 한다.

3. 실험(Experiments)

3.1 재료 준비(Preparation of Raw Materials)

i) 폐석고 : 인천공단내 H 공장의 Mineral Processing 공정에서 발생되는 특              별관리대상의 폐기물의 하나로 다량 배출되고 있으며 적절한               처리가 요청되고 있다.  시료를 건조기에서 (60℃에서 24시간)               건조 시킨 후 다시 수분함량을 조사하였다.  이때 수분함량은               45%이였고 다짐시험에서는 45%를 기준으로 최적 함수비를 산              출 하였다.

ii) 석 분 : 파주지구 석산에서 골재를 생산하는 공정에서 발생되고 있다.               년간 수만톤이 석산부산물로 발생되고 있지만 적절한 처리없이              자연 방치되고 있는 실정이나 특정폐기물 관리대상은 아니다.               석분의 시료는 자연함수비 그대로 최적함수비를 산출하였다.

iii) 점토질 토양 : 파주지구에 있는 점토 벽돌공장에서 제품 생산용으로 야              적되어 있는 점토성 토양이다.  그러나 점토 벽돌 제조 공장의              폐쇄로 인하여 더 이상 소모가 되지 않는 실정에 놓여 있어, 이              재료 역시 적절한 처리가 요구되고 있지만 특정폐기물관리대상              이 아니다. 시료를 건조기에서 (60℃에서 24시간)건조시킨 후 수              분함량을 조사하였다.  이때의 수분함량은 14%이었고 14%를               기준으로 하여 다짐시험의 최적함수비로 산출하였다.

iv) 시멘트 및 소석회 : 일반 시중에서 판매되고 있는 제품을 이용하였다. (단, 시멘               트는 S사 제품임)

3.2 화학 분석(Chemical Analysis)

i) 화학조성(Chemical Compositions)

시료들의 화학조성은 EDX(Energy Dispersive X-ray Analysis : Akashi제      DS-130S와 Link 제10/85S X-Ray 분석장치)를 사용하였다.

ii) 유해성분(Hazardous Compositions)

시료의 용출시험은 이미 전장에서 언급한 국내 폐기물 공정 시험법에 고시된 방법에 준하였다(*). 시료의 입자크기가 5mm이하가 되도록 균일하게 분쇄하였다. 용출액은 3차 증류수를 이용하여 pH 5.6 - 5.8가 되도록 조절한 다음 시료를 담지한 용출액은 교반 중탕기에 넣어 교반시켰다. 교반 후 용출액을 여과하여 ICP-AES로 유해성분석을 시행하였다. 유해성 및 중금속성분은 As, Cd, Cr+6, Pb, Hg, Cu, CN, P, CHCl=CCl2 (Trichloroethylene), CCl2.CCl2(Tetrachloroethylene)이다.

(주)

(*) 서울특별시 보건 환경연구원.

3.3 토목시험(Material Tests)

i) 토질특성(Soil's Characteristics)

토질에 대한 성질을 조사하기 위하여 다음과 같은 KSF 규격에 따라 시험하였다. 비중(KSF 2308, KSL 5110, KSF 2504), 자연 함수비(KSF 2306) 소성한계(KSF 2304), 액성한도(KSF 2303), 유기물(KSF 2104), 입도분석(KSF 2502)등이 포함된다.

ii) 혼합다짐과 일축압축강도(Unconfined Compressive Strength)

재료의 혼합비에 대한 다짐과 일축압축강도시험은 A형식(KSF 2328)으로서 최대 습윤밀도, 최대건조밀도 및 최적함수비이다.  배합설계는 아래와 같이 다음 두단계로 나누어 실시하였다(표8과 9).

제 1 단계  :  소석회와 시멘트 안정처리 비교

	No. 1	No.2
폐석고(%) 석 분(%) 점 토(%) 소석회(%) 시멘트(%)	10 30 30 30 -	10 30 30 - 30
	100	100

(표8) 배합설계

제 2 단계  :  시멘트 안정처리

시험번호 재 료	No.2	No.3	No.4	No.5
폐석고(%)	10.0	25.0	32.5	36.25
석 분(%)	30.0	30.0	30	30.0
점 토(%)	30.0	30.0	30	30.0
시멘트(%)	30.0	15.0	7.5	3.75
	100.0	100.0	100.0	100.0

(표9) 배합설계

4. 결과 및 고찰(Results & Discussion)

4.1 분석(Analysis)

i) 화학조성(Chemical Compositions)

표(10)은 시험재료들에 대한 화학조성을 나타내었다.

구성비(%)	폐석고	석분	점토질토양
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O L.O.I	9.5 1.89 13.97 9.71 25.02 0.83 0.27 - 14.34	54.1 14.0 5.09 0.68 10.84 2.21 3.67 0.67 8.70	65.4 15.8 6.22 0.82 0.36 1.03 2.93 0.32 7.08
SOx	75.53 24.47	- 99.96	- 99.96
Total	100.00	99.96	99.96

(표10) 화학조성

(표10)에서 보는바 대로 폐석고의 경우 주성분은 CaO로 25.02%이었고 다음으로는 Fe2O3가 13.97%, TiO2가 9.7%의 순으로 나타났다. 석고류에 TiO2가 다량으로 함유된 것은, Titanium 제련공장에서 배출되는 부산물인 까닭으로 사료된다.  Total 구성비가 75.53%로 나타난 이유는 약 24.47%가 유황(S)과 관련된 SOx 성분으로 생각된다.

석분의 주성분은 SiO2가 54.1%로 가장 높고 Al2O3가 14.0%, CaO가        10.84%, Fe2O3가 5.09%, K2(Na2)O가 4.34%로서 비교적 알카리 성분이 많이   함유된 일반적인 장석류 암석으로 보인다. 점토질 토양의 주성분은 65.4%를   함유한 SiO2이다. 그다음 순서로는 Al2O3가 15.8%, Fe2O3가 6.22% 순으로 저   급질 점토가 보여주는 화학 조성에 매우 가깝다.(7-8)

ii) 유해성 물질(Hazardous Substances)

표(11)는 시험재료들에 대한 10가지 유해성 물질의 분석 결과이다.

(표11) 유해성분(ppm)

성분(%)	국내기준치	폐석고	석분	점토질토양
CN Cr6+ Cu Cd Hg As Pb 유기성P CHCl=CCl2 CCl2=CCl2	1.0 > 1.5 > 3.0 > 0.3 > 0.005 > 1.5 > 3.0 > 1.0 > 0.3 > 0.1 >	불검출 불검출 0.031 불검출 불검출 불검출 0.044 불검출 불검출 불검출	불검출 불검출 0.011 불검출 불검출 불검출 0.045 불검출 불검출 불검출	불검출 불검출 0.015 불검출 불검출 불검출 0.043 불검출 불검출 불검출

불검출 : 검출한계이하

표(11)에서 보는바 데로 시험재료들에 대한 유해성 7가지 중금속중 5가지(CN, Cr+6, Cd, Hg, As)는 불검출되었다. 그러나 2가지 성분인 Pb와 Cu는 극히 미량의 유해성분이 검출되었다.  Pb의 함량은 0.043 ∼ 0.044 ppm으로 국내 기준치인 3ppm에 비하면 전혀 고려할만한 수치가 아니었다. 또한 Cu 함량 역시 0.011 ∼ 0.031 ppm으로서 국내 규제치인 3ppm에 비하여 비교도 되지 아니할 만큼 극히 소량에 불가하여 Pb와 Cu는 환경위생에 전혀 문제가 되지 아니함이 밝혀졌다. 기타 유해성으로 분류된 2가지Trichloroethylene과 Tetrachloroethylene 및 유기성 인(P)등은 검출되지 아니하였다.  그럼에도 불구하고 유해성 중금속에 대한 항목별 용출특성을 요약하면 아래와 같다.

카드뮴(Cd) : 카드뮴은 지각속에 0.15ppm 존재하며, 자연담수 속에는 1.0 ppb         이하와 해수에는 평균 0.15ppb 이하가 포함되어 있다. 물에서 존재형         태는 이온상태나 유기, 무기물과의 화합물을 형성하여 준재한다. 물         속의 OH이온과 반응하여 여러 가지 수화물을 만든다. 물에서는 주로         2가의 양이온으로 존재하며 pH의 증가에 따라 흡착이 증가하여 용존         Cd의 농도는 감소한다. 카드뮴은 보통 15-17 □/day 정도를 섭취하지         만, 체내에서 축적 가능한 물질로 보고되고 있다.  카드뮴에 중독시         구토, 두통, 발열, 호흡곤란, 신장 세뇨관 기능장해 등을 일으키며 모         든 중금속중에서 수은과 함께 독성이 가장 놓다. 본시험에서 3              개 시료 모두에서 Cd는 검출되지 않았다.

납(Pb) : 납은 지각에 보통 15ppm 존재하고 하천에는 평균 0.008 ppm 정도         존재한다.  납은 오염되지 않은 물에서 주로 2가의 양이온으로 존재         하며 오염된 물에서는 입자상의 물질에 흡착이 일어난다.  이때 유기         물질은 납의 화학적 성질에 크게 영향을 미치게 되어 그 형태가 변         질된다. 납의 1일 섭취량을 WHO에서는 200 - 200□으로 규정하            고 있으며, 경구 치사량은 가용성 납염의 경우 10g이고 혈액중의 납         농도가 0.1 - 0.2 □/□이면 적혈구의 델타아미노레블린산탈수효소           (ALA -D) 저해가 일어난다.

납의 중독증상은 빈혈, 소화관 장애, 신경계 등의 장애 등이다. 국내         폐기물 시험방법에 따른 3개 시료 모두에서 Pb는 검출 제한 이하였         다.

6가크롬(Cr+6) : 자연수에서 크롬은 2가, 3가, 6가의 것이 존재하지만 2가 크        롬은 불안정하여 3가로 산화되기 때문에 일반적으로 Cr+3이나 Cr+6의         이온형태로 존재한다.  6가크롬은 물속에 녹아 중크롬산 (Cr2O7-2), 크        론산(CrO4-2)등을 생성하는 독성이 높다. 크롬은 지각중에 0.01% 정도        함유되어 있고 주요 광물은 크롬철관 FeO·Cr2O3으로 산출된               다.  일반적으로 크롬의 용해성은 낮아 자연수에는 거의 검출되지 않        으며, 환경에서의 크롬의 함유량은 지각평균 100 mg/kg, 하천수 1-10        □/□, 해수 0.1-5□/□, 대기 0.01 - 0.05□/□정도이다.  크롬은 미량         필수원소로 당질 및 지질대사, 단백질 합성에 관여하는 반면 단백질         분해효소의 한성분으로 알려져 있다. 체내에 흡수시 환원되어               3가가 되고 대부분은 뇨로 배설되나 일부는 간장이나 신장에 축적된        다.  소량의 6가 크롬 분진을 흡입하면 피부, 기관, 폐등에 염증 및 궤        양을 일으키고 다량으로 섭취하면 구토, 설사, 복통, 요량감소, 간장해,        경련, 혼수 등을 일으킨다.  본 용출시험결과 3개 시료 모두에서 Cr+6        는 불검출이었다.

비소(As) : 비소는 불용성이며 독성은 약하나 비소화합물은 매우 유독하다.         비소는 보통 많은 식품에 미량의 비소가 함유되어 있다. (곡류, 야채,        육류에 0.01 - 1.0 □/g 정도, 어패류는 0.2 - 18 □/g, 해조류에는 10 -        60 □/g)  비소를 먹는물 수질기준 (0.05 □/□ 이하) 이상으로 섭취할        경우 소화기와 폐의 기능이 현저하게 약해진다.  비소의 특성으로는 3        가와 5가가 확인되어 있고, 무기화합물의 경우 3가쪽이 상당히 독성이        강하다. 비소는 박테리아에 의해 더욱 독성이 강한 메틸비소로 바뀌게        된다. 어떤 형태라도 섭취하고 가스로 흡입한 경우에는 폐에서 흡수되        어 체내에 들어가 SH기를 가진 단백질이나 효소와 결합하여 장애를         일으킨다.  70 - 200mg 섭취시 구토, 설사, 탈력감, 근육경련, 연하곤        란, 심실성 부정맥, 피부의 짓무름 등의 현상이 나타나며, 혼                수 후 사망한다. 치사량은 알루신(AsH3)에서 0.1 - 0.15 g, 아비산            (As2O3)에서는 0.1 -  0.3 g이다. 본 용출시험결과 3개 시료 모두에서         As는 불검출되었다.

구리(Cu) : 구리는 자연상태에서 존재한다.  용존상태에서는 주로 2가의 양이        온으로 존재한다. 구리는 생물체내의 필수적인 무기물로서 생체내           축적도가 높은데 인체에서는 철분과 함께 조혈성분의 하나이지만           체내에 다량 존재할 경우 위장장애를 일으켜 녹변, 근육의 마비 등          과 같은 증상을 일으킨다.  본 용출시험결과 3개 시료 모두에서 Cu는        검출제한 이하였다.

수은(Hg) : 수은은 천연으로 널리 분포하고 있으며 주로 HgS(Cinnabar)와 액         상의 금속 수은의 형태로 산출된다.  수은은 자연수에 함유된 것은          매우 드물지만, 수은광이 있는 지역의 지하수, 광천수에서 검출되           는 경우가 있다. 수은은 일반적으로 무기수은 화합물과 유기수              은 화합물로 나누기 때문에 총수은은 무기수은화합물과 유기수은           화합물의 총량을 뜻한다. 무기수은은 금속수은, 제1수은염, 제2수은          염 등이다. 유기수은은 수은에 유기탄소가 직접 결합한 것의 총칭           으로 유기탄소의 종류에 따라 알킬수은, 아릴수은, 알콕시알킬수은          등이 있다. 무기수은의 메틸화는 메탄생성균에 의해 메탄발생이             Hg2+ 첨가에 의해 저해되고, 메틸수은(CH3HgCl)과 디메틸수은               ((CH3)2Hg)이 생성된다. 수은의 사용은 1953년 미나마타병의 발생계          기로 사용에 대한 규제가 가해졌다. 수은의 주된 영향은 신경과 신          장 장해이다.  본 용출시험결과 3개 시료 모두에서 Hg는  불검출           되었다.

CN(CN-) : 시안 입자의 이원화된 것으로 시안화칼륨, 시안화나트륨 등을 물          에 용해할 때 검출된다. 공업폐수나 광업 폐수 등의 혼입이 원인이          되어 Cl과 결합할 때 CNCl이 형성된다. 그 독성이 매우 강하다. 본          시험에서의 3가지 시료에서 CN는 전혀 검출되지 아니 하였다.

테트라클로로에틸렌(CCl2=CCl2) : 주로 불연성물질로 Cl2와 CHCl : CCl2에             Ca(OH)2와 반응 시켜 제조한다.  주로 드라이크리닝, 용제로 사용           하나 인체에는 독성물질이다. 본 분석에서는 3가지 재료 모두               CCl2=CCl2가 불검출로 되었다..

트리클로로에틸렌(CHCl=CCl2) : 무색의 액체로 기화하기 쉬운 물질이다. 또한         불연성 물질로 유독성이 강하다.  탈지제나, 드라이크리닝, 용제, 유         기의 추출, 소화제 등에 쓰이나 흡입하면 현기증, 구역질, 경련등에          증상을 일으킨다.  본 분석 시험에서는 3가지 시료 다 CHCl=CCl2는         불검출되었다.

4.2 토목조사(Material Tests)

i) 토질특성(Soil's Characteristics)

표(12)는 3가지 시료에 대한 토질시험에 대한 결과이다.

시험항목	폐석고	석분	점토질토양
비중 자연함수비(%) 액성한계(%) 소성한계(%) 소성지수 유기물 최대직경(mm) 통과율D60(60%Size) 통과율D10(10%Size) 균등계수 #10체통과량(%) #40체 통과량(%) #200체 통과량(%) 토질 분류	3.122 90.45 N.P N.P N.P 17.02 4 0.051 0.012 4 99.69 99.21 98.08 -	2.800 6.23 N.P N.P N.P 0.78 12 2.5 - - 85.18 30.43 20.02 SM	2.622 17.87 24.40 14.36 10.04 5.32 10 0.071 0.001 71 98.65 94.76 63.68 CL

(표12) 토질의 특성

(주)

N.P : None Plastic

SM : Sand Silt

CL : Clay

위 표(12)에서 보는바 대로 폐석고의 비중은 3.122이다. 이는 일반석고의 비중(2.3 - 2.5)과 크게 차이가 있다. 이는 Tritanium 제련공정에서 발생되어 이물질이 함유된 까닭으로 해석된다. 점토질 토양 역시 일반적인 점토류의 비중 (2.5 - 2.6)에 속한다. 석분은 그 비중이 일반 암석류 (2.32 - 2.68) 에 비하여 약간 높다. 자연 함수비에 있어서는 폐석고가 90.45%로서 매우 높게 나타나 있는데 이는 석고 자신이 흡수력이 아주 높기 때문에 자연 상태에서 최대로 물을 흡수하고 있기 때문으로 풀이된다. 따라서 실제 시공상에서는 자연 건조 내지는 기타 기계적인 건조시설을 갖추어 수분 비를 40%∼50% 정도로 감소시키는 것이 바람직하다. 점토질 토양의 흡수량은 17.87%로서 일반적인 점토가 흡수하는 양(15-20%) 에 비하여 거의 같게 나타났으나 시공상에서는 점토 역시 함수비를 14∼15%까지 낮출 필요가 있다. 그러나 특이한 점은 석분의 함수가 6.23%로서 일반 암석의 함수비(약 2-3%)에 비하여 매우 높게 나타났기 때문에 실제 다짐 공정에 있어서 최적함수비에 영향을 줄 수 있는 부분으로 고려된다. 액성과 소성에 있어서 점토질토양 소성지수는 10.04이다.  이는 일반 토양보다 약간 높게 나타난 값으로서 시료속에 점성물질이 일반 토양에 비하여 함유량이 높은 까닭으로 생각된다.  따라서 점토질 토양의 소성지수가 보조기층에서 요구하는 소성지수 6보다 높기 때문에 다른 재료와 혼합하더라도 전체 소성지수가 6이 넘지 않도록 조절할 필요가 있다.  한편 석분과 폐석고의 소성지수가 없는 이유는 이들 속에 점성물질이 함유되어 있지 않기 때문으로 사료된다. 유기물 함량에 있어서, 폐석고가 17.02%의 다량을 함유되어 있으므로 시멘트 안정처리에 주의가 요구되는 부분이다.  왜냐하면 유기물함량이 시멘트 안정처리의 체적변화에 영향을 줄 수도 있기 때문이다(9-10).  그러나 체적변화에 직접적으로 영향을 주는 유기물은 대개 식물성 뿌리이기 때문에 폐석고에 함유된 유기물이 식물성 종류의 것인지는 현재는 밝힐 수 가 없으나 장차 관심을 두고 조사할 필요성은 있다.  석분과 점토질 토양의 유기물양은 일반적인 함량 결과로 보인다. 입도 분석에 있어서 폐석고는 거의 먼지(Dust)에 가까울 만큼 그 입자가 매우 미세함을 알 수 있다. 이에 비하여 석분은 다량의 굵은 입자가 분포되어 있고, 점토질 토양은 비교적 안정적인 입도 분포를 보이고 있어, 다짐에 매우 효과적일 것이라고 예측할 수 가 있다. 위 3가지 재료들은 아스팔트 포장이나 콘크리트 포장의 보조기층에서 요구하는 입도 분포에 만족할 수 없으므로 소량의 시멘트나 석회로 안정처리가 불가피함을 제시하여 주었다.

ii) 혼합다짐(Blending Compaction)

아래 표(13)은 다짐형식□A"에 의한 시멘트 안정처리와 석회 안정처리에     대한 제1단계 결과 이다.

시 험 항 목	No.1	No.2
최대습윤밀도(g/cm3) 최대건조밀도(g/cm3) 최적함수비(%)(*) (7일)일축압축강도 (kg/cm2)(**)	1.942 1.590 22.1 30.6	2.151 1.874 14.8 53.7

(표13) 시멘트 대 석회 안정처리 비교

(주)

(*) 최적 함수비는 건조밀도와 함수비 관계에 따라 얻은 값임.

(**) 7일 양생 일축압축강도는 3개의 시편 강도에 대한 평균치임

표(13)에서 읽을 수 있듯이, 석회를 사용하여 안정처리 하였을 때와 시멘트를 사용하여 안정처리 하였을 때는, 시멘트 안정치리가 석회 안정처리보다 월등하게 품질면에서 그 효과가 높다. 시멘트 안정처리에서의 7일 양생 일축압축강도(53.7 kg/cm2)는 같은 기간에 석회안정처리 일축압축강도(30.6 kg/cm2)보다 약 75%가 더 높게 나타났다. 동시에 최적 함수비에 있어서도 시멘트 안정처리에서 얻은 최대 건조밀도(1.874 g/cm3)는 석회 안정처리 때의 밀도 (1.590 g/cm3)보다 약 20%가 증가되었다(그림 5-6참조).

ZAV(Zero Air Voids)

OMC(Optimum Moisture Content)

(그림5) 석회안정처리

ZAV(Zero Air Voids)

OMC(Optimum Moisture Content)

(그림6) 시멘트안정처리

이러한 사실은 시멘트 안정처리가 석회 안정처리보다 더 높은 다짐효과를 가져오게 하였고, 수화물 생성에 따른 강도 발현 현상이 석회안정처리보다 활발하다는 것을 의미한다.  이는 표준시방서에서 제시하는 일축압축강도 (10kg/cm2)에 만족하는데 시멘트가 더 효과적이며 시멘트 첨가량도 쉽게 감량 조절이 가능하다는 것을 제시하는 것이다.  따라서 제1단계에서의 결론은 시멘트 안정처리가 석회안정처리보다 매우 효과적이기 때문에 석회안정처리는 더 이상 본시험에서 불필요하였다.

그림(6-7)와 표(14)은 최적함수비와 최대밀도에서 시멘트 감량에 따른 압축강도의 감소와 동시에 건조 및 습윤 밀도 역시 시멘트의 감량에 따라 감소됨을 보여준다.  일반적으로 다짐 밀도의 감소는 압축강도를 상대적으로 감소시킨다는 이론에 본 시험결과도 잘 적용되고 있다는 것을 알 수 있다.  다만, 시멘트 함량이 급격히 감소하는 정도에 비하여 압축강도는 크게 감소되지 아니한 부분은 (혼합재료 No. 3와 No.4) 다소 일반적인 경향은 아니라고 생각은 된다. 그러나 압축강도 감소의 흐름은 전체적으로 매우 타당하다고 생각된다.  결과에 의하면 도로공사표준시방서에서 아스팔트 포장용 도로 보조기층으로서 제시한 일축압축강도(10 kg/cm2)를 만족시키기 위해서는 시멘트양이 최하 3.75%이상은 되어야 한다는 것을 알 수 있다.  곧, 혼합재료중 시멘트 3.75%로 안정 처리할 경우 (No.5) 일축 압축강도가 9.9 kg/cm2으로 나타났지만, 안전성을 감안하여 최소 시멘트 5.0%로 안정처리가 요구된다.(11) 이때의 소성지수는 (N·P)으로서 보조기층에서 제한하는 소성지수값 6 이하 값이기 때문에 소성지수에 의한 제한에 해당되지 아니하였다.

시 험 항 목	No.2	No.3	No.4	No.5
최대습윤밀도(g/cm3) 최대건조밀도(g/cm3) 최적함수비(%) 일축압축강도(kg/cm3) (7일 양생) (28일 양생)	2.151 1.874 14.8 53.7 61.0	2.032 1.685 20.5 20.0 25.5	1.992 1.613 23.5 16.6 22.0	1.967 1.662 25.9 9.9 13.0
시멘트 (%)	30	15	7.5	3.75

(표14) 시멘트감량과 압축강도변화

(그림7) 시멘트함량(%) 대 압축강도 변화

(그림8) 시멘트함량(%)대 밀도변화

ZAV(Zero Air voids)

OMC(Optimum Moisture Content)

(그림9) 시멘트 30% 안정처리

ZAV(Zero Air Voids)

OMC(Optimum Moisture Content)

(그림10) 시멘트15.0% 안정처리

ZAV(Zero Air Voids)

OMC(Optimum Moisture Content)

(그림11) 시멘트 7.5% 안정처리

ZAC(Zero Air Voids)

OMC(Optimum Moisture Content)

(그림12) 시멘트 3.75% 안정처리

또한 콘크리트 포장용 보조기층(두께가 30cm 이하)을 위해서는 시멘트로 안정처리할 때에 일축압축강도는 20 kg/cm2를 요구하고 있다. 따라서 이 값을 만족하기 위해서는 최소 시멘트 함량이 8.8%이여야 하나 안정성을 고려하여 10%의 시멘트 첨가량이 요구된다. 그러나 콘크리트 포장에서 보조기층 두께가 30cm 이상일 경우 상부(15cm)와 하부(15cm)로 나누게 되는데, 이때 하부에서 요구하는 일축압축강도는 10 kg/cm2이므로 시멘트 5.0%를 첨가하면 하부보조기층에도 만족한다. 위 배합의 소성지수는 (N·P)으로서 보조기층에서는 소성지수 6 이하를 요구하고 있기 때문에 소성지수가 보조기층 조건에 영향을 주지 아니하였다.

4.3 보조기층용 시멘트 안정처리 배합(Cement Stabilization for          Sub-base Course)

폐석고, 석분 및 점토질 토양을 사용하고 시멘트로 안정처리 하였을 때 건설교통부 도로 공사 표준시방서와 환경부 폐기물관리공정법 및 폐기물 처리에 관한 기준(12)에 만족하는 아스팔트 포장의 보조기층 배합비(표15-17)와 콘크리트 포장의 보조기층 배합비(표18-20)는 아래와 같다.  그러나 아스팔트 포장이나 콘크리트 포장용 보조기층에 사용되는 시멘트 안정처리 혼합물에 대한 동결 융해성을 요구하는 규정은 없지만 위 혼합 배합비들에 대한 동결 융해성을 장차 검토할 필요가 있다고 사료된다.

4.3.1 아스팔트 포장(Asphalt Pavement)

(i) 배합(Blending Compositions)

재 료		구 성 비 (%)
폐 석 고 석 분 점토질토양 시 멘 트			35.0 30.0 30.0 5.0
			100.0

(표15) 보조기층 배합

(표16) 배합비 화학 조성(%)
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MaO K2O Na2O L.O.I		41.12 9.94 8.46 3.85 15.27 1.45 2.13 0.30 9.80
SOx			91.32 8.68
			100.00

(ii) 화학 분석(Chemical Analysis)

(주) 위값은 3개 시료의 분석치와 첨가되는 시멘트량의

화학조성값을을 근거로 산출한 값임.

(iii) 유해성 분석(Hazardous Substances)

(표17) 배합비의 유해성분(ppm)
CN (1.0) > Cr+6 (1.5) > Cu (3.0) > Cd (0.3) > Hg (0.005) > As (1.5) > Pb (3.0) > 유기성 P (1.0) > CHCl : CCl2 (0.3) > CCl2 : CCl2 (0.1) >		불검출 불검출 0.019 불검출 불검출 불검출 0.042 불검출 불검출 불검출

(주)

(   )은 국내 폐기물관리기준치임

4.3.2 콘크리트 포장(Concrete Pavement)

(i) 배합비(Blending compositions)

			구성비(%)
재 료			상 부		하 부
폐 석 고 석 분 점토질토양 시 멘 트			30.0 30.0 30.0 10.0		35.0 30.0 30.0 5.0
			100.0		100.0

(표18)

(표19) 배합비의 화학조성
성 분		상 부		하 부
SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O L.O.I		40.58 10.18 7.95 3.36 17.18 1.59 2.17 0.30 9.04		41.12 9.94 8.46 3.85 15.27 1.45 2.13 0.30 9.80
SOx		92.35 7.65		91.32 8.68
		100.00		100.00

(보조)기층배합

(ii) 화학분석(Chemical Analysis)

(주)

위값은 3개 시료의 분석치와 첨가되는 시멘트량의

화학조성값을 근거로 산출한것임.

(iii) 유해성 분석(Hazardous Substances)

(표20) 배합비의 유해성분(ppm)
			상 부		하 부
CN (1.0) > Cr+6 (1.5) > Cu (3.0) > Cd (0.3) > Hg (0.005) > As (1.5) > Pb (3.0) > 유기성 P (1.0) > CHCl : CCl2 (0.3) > CCl2 : CCl2 (0.1) >			불검출 불검출 불검출 0.017 불검출 불검출 0.040 불검출 불검출 불검출		불검출 불검출 불검출 0.019 불검출 불검출 0.042 불검출 불검출 불검출

(주)

(   )은 국내 폐기물 관리 기준치임

5. 결론(Conclusions)

1. 특별관리대상물질인 폐석고의 화학조성은 주로 CaO(25.02%)와            Fe2O3(13.97%) 및 TiO2(9.71%)로 나타났으며, 첨가재료(석분 및 점토질 토        양)들의 주성분은 SiO2(54.1∼65.4%), Al2O3(14.0∼15.8%) 및      Fe2O3(5.09∼6.22%)로 나타났다.

2. 폐석고, 석분 및 점토질 토양에 대한 유해성 물질중 8가지(CN, Cr+6, Cu,     Hg, As, P, CHCl, CCl2, CCl2 : CCl2)는 전혀 용출되지 아니하였고 2가지     물질(Pb와 Cu)은 국내 폐기물 공정시험 규제값(3.0ppm) 보다 몇십배가      낮은 함량(Cu : 0.01 ∼ 0.03ppm, Pb : 0.043 ∼ 0.045ppm)으로 나타났다.

3. 폐석고, 석분 및 점토질 토양에 대한 토질 특성에 있어서, 폐석고의 경     우 비중은 3.122,  자연함수비 90.45%, 소성지수 N.P 및 200# 체통과량은     98.08%로 나타났다.  석분의 경우에 있어서, 비중은 2.8, 자연함수비        6.23%, 소성지수 N.P 및 200# 체통과량이 20.02%로 나타났다.  점토질      토양의 비중은 2.62, 자연함수비 17.87%, 소성지수 10.04 및 200#체통       과량은 63.68%이었다.

4. 혼합다짐(A형식)에 의한 시멘트와 석회안정처리의 효율성 비교는 일축압     축강도를 기준으로 하였을 때 시멘트 안정처리가 매우 효과적이었다. 시     멘트 안정처리의 일축압축강도(53.7 kg/cm2)는 석회 안정처리의 일축압축     강도(30.6kg/cm2)보다 약 75%가 더 높았다.  따라서 석회 안정처리는 위     재료를 안정처리 하는 방법으로 채택되지 아니하였다.

5. 시멘트 안정처리 방법에 의하여 3개 시료로 배합설계를 하였을 때 (시     멘트 첨가량 변화 대 일축압축강도 곡선상 변화) 아스팔트 포장용으로     보조기층이 요구하는 압축강도(10kg/cm2)에 해당하기 위한 시멘트 첨가량    은 5.0%이다.  그러나 콘크리트 포장용 보조기층(두께30cm이하)이 요구하    는 압축강도(20kg/cm2)에 해당하는 시멘트첨가량은 10.0%이다.  (단, 30cm    이상일 때 하부에 해당하는 보조기층이 요구하는 시멘트첨가량은 5.0%이    다.)

6. 최종 배합설계의 혼합물에 대한 유해성분중 8종류(CN, Cr+6, Cu, Hg, As,    P, CHCl, CCl2, CCl2 : CCl2)는 국내 폐기물 공정 관리법에서 규제하는 어    떠한 성분도 검출되지 아니하였고, 2가지 성분(Cu와 Pb)은 규제값          (3.00ppm)에 몇십배 이하 수준(Cu : 0.017 ∼ 0.019ppm, Pb : 0.040 ∼       0.042 ppm)이었다.

7. 폐석고를 이용한 혼합재료 (석분 및 점토질 토양)로 시멘트 안정처리(5     ∼ 10%)를 하였을 때 건설교통부 도로공사 표준시방서에서 요구하는 아    스팔트 포장이나 콘크리트 포장의 보조기층에 만족한다.  또한, 환경부 폐    기물공정관리와 처리기준(환경부고시 제 91-97호)이 요구하는 사항에도     만족한다.

References

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기문당(1994)  pp.193-201

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환경부고시 제91-97호

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□건설연구자료□ (No. 421)

건설부(1981)

12. 폐기물 처리에 관한 기준

환경부(1997.7. 개정)

부     록

① 건설교통부 도로공사 표준시방서

② 환경부 폐기물처리에 관한 기준

③ 한국건설품질시험연구소 의뢰 시험 성적서

④ 서울특별시 보건 환경연구원 유해물 성적서

⑤ 요업기술원 무기물 분석 성적서

□폐석고를 재생처리한

재질로 도로보조기층에 적용□

1998. 9. 30

중앙대학교 건설산업기술연구소

제 출 문

(주) 삼양상사

본 보고서는 □폐석고를 재생처리한 재질로 도로보       조 기층에 적용□ 과제에 대한 최종 보고서로 제출       합니다.

중앙대학교 건설산업기술연구소

연 구 참 여 자

총괄책임자  :  임 남 웅 박사(중앙대 교수)

책임시험자  :  조 중 재(한국건설품질시험연구소)

연  구  원  :  윤 준 일(중앙대 건설산업기술연구소)

연  구  원  :  이 경 아(중앙대 건설산업기술연구소)

기 술 자 문

서영찬 박사  :  한양대 교수(도로연구실)

김남호 박사  :  선임연구원, 한국건설기술연구원

요   약

본 연구는 폐석고와 석분 및 점토질 토양을 이용하여 환경적으로 안전하고 품질적으로 양호한 도로보조기층용 배합설계를 산출하고저 하였다. 이를 위해서 사용재료에 대한 유해성분을 국내 폐기물 관리 공정시험법에 따라 분석하였으며, 동시에 시멘트 안정처리 방법에 의하여 건설교통부 도로공사 표준시방서에서 제시하는 수준에 만족하는 도로보조기층용 배합을 다짐 시험으로 실시하였다.

위 시험재료들에 대한 유해성 분석 결과에 의하면, 환경부 폐기물 관리법에서 규제하는 10가지 유해성분중 8가지는 (CN, Cr+6, Cd, Hg, As, P, CHCl=CCl2, CCl2=CCl2) 불검출되었으며 2가지 성분(Pb, Cu)의 용출량은 국내 기준치(3ppm)보다 몇십배 이상 낮은 함량(Cu : 0.01 - 0.03ppm, Pb : 0.043-0.045ppm) 이 검출되었다.  따라서 사용재료들이 보조기층으로 적용되더라도 국내법에서 규제하는 유해성분 용출 기준에 저촉되지 아니한다.

건설교통부 도로공사 표준시방서에서 제시하는 시멘트 안정처리 방법에 따라, 3개의 재료를 배합설계 하였을 때 아스팔트 포장용 보조기층이 요구하는 일축압축강도(10kg/cm2) 에 만족하는 배합비는 폐석고 35% ／ 석분 30% ／ 점토질토양 30% ／ 시멘트 5%이다.  동시에, 콘크리트 포장용 보조기층이 요구하는 일축압축강도(20kg/cm2)에 만족하는 배합비는 폐석고 30% ／ 석분 30% ／ 점토질토양 3% ／ 시멘트 10% 이다.  이들 배합비에 대한 유해성분 분석결과에서도 국내폐기물 관리법에서 규제하는 성분들 모든 기준에 저촉되지 아니한다.

따라서 폐석고를 재생처리하는 재질로 도로보조기층(아스팔트 포장 및 콘크리트 포장)에 적용이 가능하다는 결론을 도출하였다.

건   의

폐석고를 도로보조기층에 적용하기 위해서 아래와 같   이 건의한다.

1. 본 보고서에서 제시하는 배합비 대로 지방도 혹은 농    도(간이도로)에 일차적으로 적용되도록 도로설계를 시    행할 것.

2. 배합재료들을 균일하게 혼합할 수 있도록 장소와 기    계적 장치를 강구할것.

3. 도로설계가 이뤄지는데로 해당 당국과 협의하에 시공    에 임할것.

목  차

1. 조사 배경(Background)	1

1.1 목적(Objectives)	1

1.2 방법(Methology)	3

2. 도로 포장(Road Pavement)	4

2.1 정의(Definition)	4

2.2. 특징(Characteristics)	4

2.3 포장 구조(Paving Structure)	4

2.3.1 아스팔트 포장(Asphalt Pavement)	5

2.3.2 콘크리트 포장(Concrete Pavement)	11

3. 실험(Experiments)	15

3.1 재료 준비(Preparation of Raw Materials)	15

3.2 화학 분석(Chemical Analysis)	16

3.3 토목시험(Material Tests)	17

4. 결과 및 고찰(Results & Discussion)	19

4.1 분석(Analysis)	19

4.2 토목조사(Material Tests)	25

4.3 보조기층용 시멘트 안정처리 배합(Cement Stabilization for Sub-base         Course)	34

4.3.1 아스팔트 포장(Asphalt Pavement)	35

4.3.2 콘크리트 포장(Concrete Pavement)	37

5. 결론(Conclusions)	39

References	41

표 차 례

(표1) 보조기층 재료의 품질	7

(표2) 보조기층 재료의 입도	7

(표3) 입도조정 재료의 입도	8

(표4) 시멘트 안정처리재료의 입도범위	8

(표5) 역청안정처리 골재의 입도범위	9

(표6) 보조기층 재료의 입도 표준	13

(표7) 안정처리 재료의 입도 표준	14

(표8) 배합설계	17

(표9) 배합설계	18

(표10) 화학조성	19

(표11) 유해성분(ppm)	20

(표12) 토질의 특성	25

(표13) 시멘트 대 석회 안정처리 비교	27

(표14) 시멘트감량과 압축강도변화	30

(표15) 보조기층 배합	35

(표16) 배합비화학조성	35

(표17) 배합비의 유해성분	36

(표18) (보조)기층배합	37

(표19)  배합비의 화학조성	37

(표20) 배합비의 유해성분	38

그림 차례

(그림1) 시험진행도	2

(그림2) 아스팔트포장의 구성	5

(그림3) 콘크리트 포장의 구조	11

(그림4) 콘크리트 포장의 구성(단위 cm)	13

(그림5) 석회안정처리	28

(그림6) 시멘트안정처리	28

(그림7) 시멘트함량(%) 대 압축강도 변화	31

(그림8) 시멘트함량(%)대 밀도변화	31

(그림9) 시멘트 30% 안정처리	32

(그림10) 시멘트15.0% 안정처리	32

(그림11) 시멘트 7.5% 안정처리	33

(그림12) 시멘트 3.75% 안정처리	33

포장층         노상(약1m)          15-30cm2         노체

마모층

표층

중간층

기층

보조기층

노상면

차단층 또는 동상방지층

포장층         노상(약1m)          15-30cm2         노체

마모층

표층

중간층

기층

보조기층

노상면

차단층 또는 동상방지층

동결깊이        동상방지층        콘크리트 슬래브      보조기층     노상(약1m)

동결깊이        동상방지층        콘크리트 슬래브      보조기층     노상(약1m)

d  d  d  d  d  d  d  d  d  d  d  d  d  d  d  d d  d  d  d  d  d  d

d  d  d  d  d  d  d  d  d  d  d  d  d  d  d  d d  d  d  d  d  d

d  d  d  d  d  d  d  d  d  d  d  d  d  d  d  d

d   d   d   d    d    d    d    d    d   d    d   d

d   d   d   d   d   d   d   d   d   d   d   d  d   d

d   d    d   d   d   d   d   d   d   d   d   d  d   d    d

d   d    d   d   d

d   d   d   d   d   d   d   d   d   d   d  d  d   d   d

2. EAF(전기집진분진)의 건설재료로서 재활용

2.1 배 경

고철을 주원료로하여 강(鋼)을 생산하는 전기로 제강 용융공정 중 장입 고철의 약 1∼     2%wt정도가 분진으로 발생하는 것을 전기로 제강분진(Electric Arc Furnace Dust : EAF       Dust)이라고 한다.  EAF Dust는 현재 거의 매립되거나 봉입저장등으로 폐기 처분되고 있으   나 이는 Pb, Cd, Cr 등의 유해한 중금속을 함유하고 있어 매립으로 폐기처분이 되면 시간   의 경과에 따라 유해성분들이 용출되어 지하수나 주위환경을 오염시켜 인체에 치명상을 가   져다 준다.

Table 1. Analysis of leachate

Composition	Standard Permit(□/□)	Results(□/□)
Pb	<3	1330.43
Cu	<3	29.4
Zn	·	7573.5
Cd	<.0.3	23.5
Cr	<1.5	30.9

본 연구에서는 중금속 고정화 처리 및 제작시편의 화학적 안정성을 측정하여 안전 매립 및 건축자재로서의 재활용 가능성을 조사하고자 한다.

2.2 실 험

i) 재 료

· 제강집진분진

분진의 화학조성은 EDX(Energy Dispersive X-ray Analysis : AKASHI제 DS-130S 와 Link제 10/85S X-ray 분석장치)를 사용하여 분석을 실시하였다.  분석치는 Table 2에 나타냈다.

· 규조토

본 실험에서는 국내 경남 영일만 지역에서 채광되는 규조토를 매개체로서 사용하였다.    규조토의 화학조성은 Table 2과 같다.  또한 규조토의 광물성을 이해하기 위하여 관찰한 주사전자 현미경(SEM, Scanning Electron Microscope : AKASHI제 DS-130S)분석은 Fig. 1에 나타냈다.  SEM 관찰에 의하면, 공극이 많이 존재하는 다공성 물질임을 알 수 있다.

Table 2.  Chemical analysis of raw materials

(by weight)

Material Composition	EAF Dust	Diatomite	Portland Cement
SiO2	4.60	71.4	18.8
Al2O3	-	12..3	6.72
Fe2O3	64.80	4.16	3.63
MgO	0.50	0.87	3.68
CaO	6.30	0.22	63.11
Na2O	-	0.46	-
K2O	-	1.68	1.07
SO3	0.70	0.27	3.33
TiO2	-	0.53	-
Cr	0.13	-	-
Zn	18.22	-	-
Pb	1.57	-	-
Cd	0.0014	-	-
Cu	0.17	-	-
Ig. loss	-	8.1	-
Total	97.00	100.00	100.00

Fig. 1  SEM photograph of diatomite

· 시멘트

시멘트는 시중에 시판중인 국내 쌍용시멘트사 제1종 포틀랜드 시멘트(OPC : Ordinary Portland Cement)를 사용하였고, 화학조성은 Table 1에서 볼 수 있다.  또한, 모래는 주문진 표준사를 사용하였다.

ii) 시료준비

· EAF Dust로부터 중금속 용출

용출결과, 중금속 검출량이 유해물질 용출기준치를 상당량 초과하고 있음이 확인되었다.(표 1 참조)

· 중금속 함침과 규조토의 활성

규조토를 실험용 Pot Ball Mill을 사용하여 습식방식으로 100□이하로 먼저 분쇄하였다.  이 분말 규조토에 EAF Dust  용출용액을 1:1 비율로 섞어 24시간동안 함침시킨 후 105℃에서 10시간정도 충분히 건조시켰다.  건조된 함침 규조토를 최적 활성 온도인 750℃에서 30분간 하소한 후, 이를 다시 아세톤을 사용하여 245rpm으로 5시간동안 습식분쇄하였다. 이때의 분쇄된 분말 규조토의 비표면적은 42.8□/g이었다.

Diagram for Wxperimental Procedure

· 시편 제작

분말 함침 규조토를 OPC에 0(Control), 2.5, 5, 10, 20%wt으로 혼합한 다음 KS L 5105에    따라 시편을 제작한 후 7, 28일 동안 양생하였다. 시편제작의 배합비는 Table 3과 같다.

Table 3.   Mix Design

Item Mix	Portland Cement	Diatomite	Water	W/C Ratio
OPC(0wt%) Mix-1(2.5wt%) Mix-2(5wt%) Mix-3(10wt%) Mix-4(20wt%)	760g 741g 722g 684g 608g	0g 19g 38g 76g 152g	350□ 350□ 350□ 395□ 395□	0.46 0.46 0.46 0.52 0.52

표준사 : 1862g으로 동일

W/C   : Flow test에 의한 결과임(기준 flow ± 5%)

iii) 화학저항성 시험

·압축강도

7, 28일 양생 후 시편의 압축강도를 측정하였다.  중금속 고정 여부를 알아보기 위하여 최고의 압축강도를 보여준 부서진 시편을 다시 TCLP법으로 재용출시킨 다음, AAS를 이용하여 중금속 양을 분석하였다.

· 기공률측정

규조토 첨가에 따른 시멘트 수화물의 미세구조변화가 압축강도 및 중금속의 용출특성에 영향을 미치므로 Mercury Intrusion Porosimetry (Evacuation Pressure : 50□Hg, Evacuation Time : 30min, Mercury Filling Pressure : 1.0539psi, Equilibrium Time : 10sec, Range : 0.0030∼300□)를 이용하여 28일 압축강도 측정 후 부서진 시편으로 경화체 내부의 기공율 및 기공크기를 측정하였다.

· 건조와 습윤 반복 실험

수중에서 28일간 양생시킨 시편을 실온에 방치→105℃에서 건조→실온에 방치→물에 침지→실온에 방치의 과정을 1 Cycle로 하여 일정 Cycle후 압축강도를 측정한다.  강도측정 후 부서진 시편을 다시 TCLP법으로 재용출시킨 다음, AAS를 이용하여 중금속양을 분석하였다.

· 화학저항성 실험

실험에 사용한 H2SO4, MgSO4 및 CaCl2 용액의 농도는 각각 5%이며(7), 수중에서 28일간 양생시킨 시편을 각각 5% H2SO4, MgSO4, CaCl2 용액에 일정기간 침지시킨 후 압축강도 측정 및 강도측정 후 부서진 시편을 다시 TCLP법으로 재용출시킨 다음, AAS를 이용하여 중금속양을 분석하였다.

2.3 결과 및 고찰

i) 화학저항성측정용 시편의 중금속 고정화

· 압축강도

Table 4는 중금속을 함유한 활성 규조토가 첨가된 시편의 압축강도를 나타낸 것으로서 7일 강도에서는 순수한 OPC보다 모든 경우 압축강도가 낮으나, 28일 강도에서는 모든 경우 순수한 OPC보다 강도가 월등히 증가하였다.  특히, 10%첨가(Mix-3)시 가장 높은 압축강도를 보였으며, 이는 순수한 OPC보다 27%의 강도증진을 보여준다.

Table 4. Compressive Strength of the cement mortars with addition of various              percentage of the pozzolanic diatomite impregnated by the heavy metals,               after hydrated 7 and 28days

Mixes	Diatomite Added	Compressive Strength (kg.□)
	(By Weight,%)	7 Days	28 Days
Control	0	335.6	391
Mix-1	2.5	331	416
Mix-2	5	333	420
Mix-3	10	334	496
Mix-4	20	313	400

· 합성시편의 중금속 용출

Table 5는 용출 결과이다.  분석결과에 따르면 처리전 EAF Dust로부터 용출된 중금속의 양보다 훨씬 줄어든 것을 볼 수 있다.  Mix-1시편에서 Pb은 처리전에 비해 용출량이 99.9%, Cu는 99.4%, Zn은 99.9%, Cd은 99.4%, Cr은 97% 감소되었으며, 또한 Mix-2와 Mix-3시편의 용출량도 비슷한 경향을 보였다.   또한, Pb, Cu, Cd, Cr6+의 유해중금속들은 기준치 이하로 용출되었으며, Zn의경우에도 처리전에 비해 훨씬 적은 양이 용출되었다. 그 함량이 5∼10%wt일 때가 가장 효과적으로 나타났다.

Table 5  Leachate analysis of heavy metals, after 28days curing

	Diatomite Added	Heavy Metal Conc. (□/□)
Mixes	(By Weight,%)	Pb	Cr	Cu	Cd	Zn
EAF Dust Mix-1 Mix-2 Mix-3	0 2.5 5 10	1330.43 0.27 0.26 0.29	30.9 0.69 0.68 0.69	29.4 0.15 0.14 0.17	23.5 0.10 0.09 0.09	7375.5 0.52 0.59 0.86
Mix-4	20	0.45	1.05	0.29	0.21	1.09
Standard Limit		3.0	1.5	3.0	0.3	·

·기공율 측정

Fig. 2는 28일 양생시킨 순수한 OPC와 Mix-3의 기공율 변화 측정결과이다.  Fig. 2에 의하면, 순수한 OPC은 10□이상의 거대기공이 약간 존재하고 있으나, Mix-3의 중금속 함침 활성 규조토 10%첨가시에는 거대기공이 감소되어 있다.

Fig. 2  Porosity of OPC and the cement mortar with addition of 10%wt pozzolanic             diatomite impregnated by the heavy metals,  after hydrated for 28days.

또한, Table 6에 의하면, 보통 시멘트의 수화에는 약 19%의 기공율이 생기었으나, 활성 규조토를 첨가함으로 기공율이 13%까지 감소되었다.  이 감소는 규조토 첨가에 따른 조직의 치밀화로 압축강도 및 중금속 고정화에 크게 영향을 미친다고 생각된다.

Table 6.  Porosity datas of OPC and Mix-3

Mix	Average Diameter	Porosity
OPC Mix-3(10%)	0.0558□ 0.0223□	19.32% 13.04%

iii) 건조·습윤 과정

·압축강도

압축강도는 12-Cycle을 실시할 때까지 대부분 점진적으로 감소하다가  12-Cycle을 기점으로 다시 증가하는 경향을 보였다.  모든 Mix의 강도는 순수한 OPC보다 높았으며, 그 중에서도 Mix-3의 강도가 가장 높았다.

Fig. 3  Compressive strength of the cement mortar with addition of various                   percentage of the pozzolanic diatomite inpregnated by the heavy metals,               after Wetting/Drying Cycles.

건조·습윤과정에서 가장 좋은 화학저항성을 지니는 시편은 중금속 함유 활규조토가 10%첨가되었을 때이다.

· 용 출

16회의 Wetting/Drying Cycle을 거친 경화체를 압축강도 측정한 후 부서진 시편을 가지고 TCLP에 의해서 재용출실험을 실시하였다.  Table 7에 의하면, Pb, Cu, Cd는 규제치 이하로 용출되었으며, 99%이상의 고정율을 보였다.  또한, Zn도 처리전에 비해 99%이상 고정되었다.  그러나, Cr6+의 경우 규제치 이상으로 용출되었지만 처리전에 비하여 86.2%의 용출량이 감소하였다.  특히, 활성규조토가 10%첨가되었을 때가 가장 적게 용출되었다.

Table 7  Leachate analysis of Heavy  Metals, after 16-Wetting/Drying Cycles

Mixes	Diatomite Added (By Weight %)	Heavy Metal Conc. (□/□)
		Pb	Cr	Cu	Cd	Zn
Standard Limit		3.0	1.5	3.0	0.3	·
Mix-1	2.5	0.25	4.70	0.14	0.08	0.65
Mix-2	5	0.27	4.50	0.16	0.10	0.86
Mix-3	10	0.27	4.20	0.14	0.08	1.23

iii) 화학저항성

· 황산에 침지시킨 경화체의 열화

- 압축강도

황산에 침지시킨 경화체의 압축강도는 Fig. 4에 나타냈다.  Fig. 4에 의하면,  일반적으로     침지 30일에 모든 시편의 압축강도 저하가 현저하게 나타났다.  이는 침지 시작의 강도     에 비하여 약 40% 정도가 저하되었다.  이중에서도 순수한 OPC의 압축강도 저하는 다     른 어느것에 비하여 심한 편이다.  그러나, 30일이 지나서 120일 까지의 침지기간동안에     는 모든 시편의 압축강도 저하는 보이지 아니 하였다.  특이할만 한 것은 90일이 지나면     약간의 강도회복을 보였던 점이다.  이중에서도 활성규조토 10%가 첨가된 시편의 강도     회복은 다른 시편에 비하여 매우 현저하게 나타났다.  반면에 순수한 OPC인 경우에는      계속해서 압축강도가 저하되었다.

Fig. 4  Compressive Strength of the cement mortars with addition of various           percentage of the pozzolanic diatomite impregnated by the heavy metals, after         immersion in 5%(Conc.) H2SO4 solution for 30, 60, 90 and 120days.

- 용출실험결과

Table 8은 5% H2SO4에 120일 침지 후 압축강도 측정한 후 부서진 시편을 다시 용출한    결과이다.

Table 8  Leachate analysis of heavy metals, after immersion

in 5% (Conc.) H2SO4 solution for 120days.

Mixes	Diatomite Added (By Weight%)	Heavy Metal Conc. (□/□)
		Pb	Cr	Cu	Cd	Zn
Standard Limit		3.0	1.5	3.0	0.3	·
Mix-1	2.5	0.32	2.69	0.22	0.12	2.22
Mix-2	5	0.26	1.56	0.15	0.08	0.96
Mix-3	10	0.33	2.27	0.20	0.10	1.60

Pb, Cu, Cd의 경우 기준치 이하로 용출되어 99%이상의 고정율을 보였고 Zn도 99%의 고정율을 보였다.  또한, Cr6+도 기준치 이상으로 용출되었지만 Wetting/Drying cycle 실시후 재용출량에 비하면 현저히 적게 용출되었으며, 이중에서도 Mix-2에서 가장 적게 용출되어서 93%이상의 고정을 보였다.  그러므로, 5% H2SO4에 중금속함유 시편을 침지하면 물성은 저하되지만 중금속은 고정됨을 알 수 있었다.

· 염화칼슘에 침지

- 압축강도

대부분의 시편의 경우 침지기간이 증가할수록 압축강도가 증가하다가 60일 이후에는 감    소하는 경향을 보인다.  그러나, 순수한 OPC은 그 감소율이 활성규조토를 첨가한 시편에    비하여 높다.  가장 감소가 적은 경우는 Mix-3, 즉 10%의 활성규조토가 첨가되었을 때였    다.

Fig. 5  Compressive Strength of the cement mortar with addition of various                  percetage of the pozzolanic diatomite impregnated by the heavy metals, after  immersion in 5%(Conc.) CaCl2 solution for 30, 60, 90 and 120days.

- 용출실험결과

Table 9는 120일 침지 후 압축강도측정한 부서진 시편을 다시 용출한 결과이다.  결과에    의하면, Pb, Cu, Cd의 중금속이 기준치 이하로 용출되어 99%이상의 고정율을 보였으며 Zn    도 처리전에 비해 99%의 고정율을 보였다. Cr+6는 약 86%의 고정율을 나타냈다.

Table 9  Leachate analysis of heavy metals, after immersion

in 5%(Conc.) CaCl2 solution for 120days.

Mixes	Diatomite Added (By Weight%)	Heavy Metal Conc. (□/□)
		Pb	Cr	Cu	Cd	Zn
Standard Limit		3.0	1.5	3.0	0.3	·
Mix-1	2.5	0.32	1.20	0.18	0.12	1.10
Mix-2	5	0.36	2.68	0.23	0.12	1.61
Mix-3	10	0.39	4.27	0.23	0.11	3.61

·황산마그네슘에 침지

- 압축강도

침기지간 동안 순수한 OPC와 모든 Mix들의 강도변화는 대개 동일한 경향을 보였다.

이중에서도 활성 규조토가 10% 첨가된 Mix-3가 가장 높은 압축강도를 보였다.

Fig. 6  Compressive Strength of the cement mortar with addition of various             percetage of the pozzolanic diatomite impregnated by the heavy metals,                   after immersion in 5%(Conc.) MgSO4 solution for 30, 60, 90 and 120days.

- 용출실험결과

Table 10은 120일동안 침지 후 강도를 측정한 부서진 시편을 다시 용출한 결과이다.  모   든 중금속의 경우 99%이상의 고정율을 보였다.  Cr6+의 경우에는 85%의 고정율을 보였다.

Table 10  Leachate analysis of heavy metals, after immersion

in 5%(Conc.) MgSO4 solution for 120days.

Mixes	Diatomite Added (By Weight%)	Heavy Metal Conc. (□/□)
		Pb	Cr	Cu	Cd	Zn
Standard Limit		3.0	1.5	3.0	0.3	·
Mix-1	2.5	0.30	4.902	0.20	0.10	1.41
Mix-2	5	0.30	6.82	0.20	0.10	1.52
Mix-3	10	0.34	4.93	0.21	0.11	1.93

2.4 결 론

EAF Dust상의 중금속 고정에 대한 활성 규조토와 시멘트 효과는 아래와 같다.

1. 활성규조토를 시멘트 모르터에 10%까지 시멘트양을 치환하고 28일간 양생하였을 때       압축강도는 491□f/□ 이었다.  이는 같은 조건의 순수 시멘트 모르터의 압축강도(391□      f/□)보다 약 27%가 증가된 것이다.

2. 활성 함침 규조토로 치환된 시멘트 모르터 시편에 대한 28일 양생 후 Pb, Cu, Cd의 유      해중금속들은 국내 폐기물 기준치이하로 용출되었다.

3. Wetting/Drying-Cycle 상에서 Pb, Cu, Cd의 유해중금속들은 99% 고정율과 Cr6+는 86%        고정율을 보였다.

4. 5% H2SO4에 침지후 Pb, Cu, Cd 등은 99%이상의 고정율을 보였으며, Cr6+도 93%이상이      고정되었다.

5. 5% CaCl2에 침지에서도 중금속 용출은 거의 발생되지 않아 99%의 고정율을 보였으나,      Cr은 약 86% 고정율을 보였다.

6. 5% MgSO4에서도 중금속 용출은 거의 발생되지 않아 99%이상 고정율을 보였으나, Cr6+     은 85%의 고정율을 나타냈다.

7. EAF Dust는 포졸란성 규조토와 시멘트를 이용하여 중금속이 99%이상 고정되었으며, 압     축강도를 증진시켰다.  따라서, 압축강도의 증가와 99%이상 중금속을 고정시킬 수 있어     EAF Dust는 활성규조토를 이용하여 안전매립 또는 건축자재로서 재활용이 가능하다.

3. 폐 Copper Slag의 시멘트 모르터 잔골재 재활용

3.1 배 경

동(구리)제련과정에서 발생되는 Copper 슬래그는 산업폐기물로 처리된다.  Copper Slag는 선박 표면의 도장 및 녹(Rust)과 기타 이물질을 제거하기 위하여 주로 세척도포제로 이용한다. 이때 7∼8□/cm3의 압력으로 분사한 뒤 슬래그를 수거하여 폐기물로 처리하고 있다. 이때의 슬래그를 이른바 Waste Copper Slag(WCS)로 부른다. WCS 발생량은 96년 대비 년간 약 100,000ton에 이르고 현재 약 3,000ton /month정도는 시멘트 제조시의 Fe2O3의 공급원으로 사용되고 있으나 나머지 63,000여만톤은 방치되고 있는 실정이다.

본 연구에서는 WCS를 시멘트 모르터용 잔 골재로서의 재활용 방안을 모색하고자 한다.

3.2 실 험

(i) 실험 재료

·시멘트

시험에 사용한 시멘트는 KS L 5201 (포틀랜트 시멘트)에 규정된 S사 제품인 보통 포틀랜    트 시멘트를 사용하였다.

·잔 골재

시험에 사용한 잔 골재는 비중 2.57의 주문진 표준사를 사용하였으며, 24시간 이상 침수    시켜 유기불순물을 제거한 것으로서 그 물리적 성질 및 체가름 성질을 Table 1.에서 읽을

수 있다.

Table 1. Physical Properties of Fine Aggregate

Composition
Fe(Total)	Content(%) 59.37
SiO2	28.01
Al2O3	3.93
CaO	3.25
MaO	1.66
Cu	2.15
Mn	0.038
Cd	0.0004
Cr	0.038
Pb	0.34
Zn	0.76
Cr	0.09
Total	99.64

· WCS

① 화학분석

Table 2에 보여준 WCS의 화학분석은 X-선 형광 분석기(X-Ray Fluorescence Spectrometer:        Link AN 10-85S, XRF)를 이용하였다.

Table 2. Chemical Anlysis of WCS

Item		KS	Standard Sand	WCS	Relation Standard
Grain Size	10 □	100	100	100	F 2526
	5 □	95∼100	99	100
	2.5 □	80∼100	93	100
	1.2 □	50∼85	80	96
	0.6 □	25∼60	48	67
	0.3 □	10∼30	12	20
	0.15□	2∼10	2	4
Fineness		-	2.98	2.04
Gravity		-	2.57	3.97	F 2504
Absorption Ratio		< 3%	0.77	1.34	F 2504
Unit Weight(□/□)		-	1450.0	1994.5	F 2505
Amounts of Material finer than 0.08mm sieve		< 3%	0.09	3.80	F 2511
Alkali-Aggregate Reaction		-	Harmle-ssness	Harmlessness	F 2545

② XRD분석

Fig. 1은 WCS의 XRD Patterns이다. XRD Peak에 의하면 Iron Silicate의 결정이 발달되어 있다. Fe2SiO4의 결정구조 Otrhorhombic형으로 간주되는 Fayalite로 판명되었다.4,5)

Fig. 1. XRD Patterns of WCS

③ SEM분석

WCS는 다공질적인 암석처럼 보인다. (Fig. 2(a)) 이 암석을 다시 1000배로 확대했을 때는 다공성이 뚜렷하며, 결이 보이는 것도 특징중에 하나이다.(Fig. 2(b)) WCS는 표준사의 흡수율(0.77%)에 비하여 훨씬 높은 흡수율(1.34)을 나타내고 있다.

a) WCS                               b) Magnification ×1000

Fig. 2. SEM Photograph of WCS

④ EDX분석

Table 3.에서는 EDX분석(Energy Dispersive X-Ray Analysis : AKASHI제  DS-130S)의 결과이다. 주로 Fe Compound로 구성되어 있으며, 그 밖의 적은 량으로 Si, Al, Ca, Mg등이 포함되어 있다.  그이외에도 환경 규제대상 성분인 Cr, Cd, Cu, Pb 등의 유해성 중금속이 미량으로 포함되어 있음을 알 수 있다.

Table 3. EDX Analysis of WCS

composition	content(%)
Fe	70.164
Si	14.448
Ca	3.248
Mg	5.016
Cu	2.894
Al	4.229

ii) 시험방법

·공시체제작

본 시험에 사용된 공시체 제작은 KS L 5109 (수경성 시멘트 반죽 및 모르터의 기계적 혼합방법)에 의해 소형 전동식 믹서를 사용하였다.  배합된 모르터는 KS L 5105 (수경성 시멘트 모르터의 압축강도 시험방법)에 의해 공시체를 제작하였고, 제작된 공시체는 항온항습기에서 24시간 보관한 후 탈형과 동시에 항온 수조에서 23±2℃의 수중에서 시험인자에 맞게 양생하였다.

· WCS의 팽창성

KS F 2535(도로용 철강 슬래그)에서 정하고 있는 철강 슬래그의 수침팽창 시험방법을 응용하여 실시하였다.  WCS 입도 그 자체와 동시에 0.3mm, 0.15mm, 0.08mm체로 걸러서 입도를 맞춘 후 각각 입도별 수침 팽창성을 조사하였다.

·WCS의 잔골재 시험

표준사와 WCS의 골재성을 비교하기 위하여 시멘트 모르터 적용시험을 하였다. 모르터의 잔골재로 표준사 대신 WCS로 100%(무게비) 치환하였다. 이 시험은 최적배합에 대한 기초자료를 얻기 위함이었다. (단위시멘트량 1045□/□, 물·시멘트비 40%, 배합비 1:2의 범위에서 적정 배합하였음).

Mix No	W/C(%)	Mix Ratio	Aggregate(%)
			Sand	WCS
1	40	1 : 2	100	-
2	40	1 : 2	-	100

Table 4. Mix Design of the Cement Mortar with sand and/or WCS

(Note)

(1) W/C  : Water vs Cement

(2) Flow : 200-215(mm)

· WCS 함량(wt%)과 압축강도 변화량

WCS량(wt%) 치환에 따른 모르터 시험의 배합은 표준사를 WCS로 단순 치환하여 모르터의   압축강도를 규명하였다.(Table 5)

Table 5. Mix Design of the Cement Mortar

with substitution of Sand for WCS

Mix No	W/C(%)	Mix Ratio	WCS Content(%)
3 4 5 6	40 37 37 37	1 : 2 1 : 2 1 : 2 1 : 2	0 10 20 40

·내구성

WCS를 골재로한 시멘트 모르터의 내구성을 조사하기 위하여 mix No.3 No.4, No.5,No.6 시편    을 Dry/Wet Cycle방법과 화학내침식성을 아래와 같이 시행하였다.

·Dry/Wet 반복

수중에서 28일간 양생시킨 시편을 실온에 24시간 방치 →105℃에서 5시간 건조 →실온에    24시간 방치 →물에 24시간 침지 →실온에 24시간 방치의 과정을 1 cycle로 하여 일정       Cycle후(5회,10회,15회,20회) 중량 변화 및 압축강도를 측정하였다.  반복 Cycle에 따른 수화    생성물의 변화를 살펴보기 위하여 주사 전자현미경(Scanning Electron Microscope : AKASHI      /DS-130S, SEM)을 이용하였다.

·내화학성

산성 환경조건하에서 모르터의 침식정도를 살펴보기 위하여 가장 침식정도가 심각한       H2SO4를 사용하였고, 알칼리수에 존재하는 염화물로 MgCl2를 사용하였다.  수중에서 28일     간 양생시킨 시편을 각각 5% H2SO4와 5% MgCl2 용액에 일정기간(10일, 20일, 40일, 60일)      침지시킨 후 중량 변화와 압축강도를 측정하였다.  SEM을 이용하여 침지에 따른 수화생     성물의 변화도 살펴보았다.

·중금속 용출 시험

중금속 고정여부를 알아보기 위하여 28일 양생 압축강도 측정후 부서진 시편을 다시 폐    기물공정시험법으로 용출시킨 후, 유도결합플라즈마방출분광기 (Inductively Coupled Plasma     Atomic Emission Spectrophoto-meter :  PERKIN/Plasma40, ICP-AES)를 이용하여 중금속을 분석하    였다.

3.3 결과 및 고찰

i) WCS 팽창성

Fig. 3에서 보는것 처럼 입도가 가장 작은 0.08□ Grain의 팽창율은 KS F 2535에서  규정하   고 있는 최대 팽창율 2%를 초과하였다. 그러나 WCS 자체 입도와 0.3mm 및 0.15mm 입자들   의 팽창율은 최대 2.0%를 초과하지 아니하였다. 따라서 WCS가 콘크리트 골재로 사용하기   위해서는 0.08mm 짜리 이하의 입자를 제거하거나 다량이 함유된 경우에는 사용하기가 곤란   함이 밝혀졌기 때문에, 사용전 입도 분석이 요망된다.

Fig. 3. Expansion Percentage of WCS Grains under Immersion

in water at 60℃ for various days.

ii) WCS의 잔골재 시험

수침 팽창율이 2.0% 이하로 밝혀진 WCS 자체를 사용한 모르터의 압축강도를 조사하기 위하여 표준사 대신 WCS로 100% 치환한 시험 결과는 Table 7.과 같다.

Table 6. Compressive Strength of the Cement Mortar

with Substitution of Sand for WCS

	Compressive Strength (kgf/□)
	3days	7days	14days	28day
Sand(No.1)	385	447	506	572
WCS(No.2)	319	388	447	515

Fig. 4. Compressive Strength of the Cement Mortar with Substitution of

Sand for WCS, after cured for 3, 7, 14, and 28 days.

표준사를 WCS로 치환시킨 시멘트 모르터의 양생시간 변화에 따른 압축강도 증가율은 표준사를 사용한 시멘트 모르터에 비하여 약간 저조하다. 이렇게 저조한 이유는 WCS를 사용한 시멘트 모르터의 Flow가 표준사를 사용한 시멘트 모르터 에 비하여 약간의 Slump현상을 보인 것으로 보아 W/C 비율조절에 문제라고 생각된다. 또한 WCS입형이 공정 과정에서 파쇄되어 각진 현상으로 굵은 골재가 부서져서 조립율의 약화로 보여진다.  장기재령(28일)에서는 두 개의 시멘트 모르터의 압축강도 차이는 약 10.0% 이하이고,  재령 7일에서의 압축강도차이는 약 15.0%이다. 따라서 양생시간이 길어지면서 압축강도가 증가하였음을 보여 주는 것으로 보아 장기 재령에는 두 개의 시멘트 모르터 압축강도 차이는 거의 없으리라고 예측할 수 가 있어 WCS를 잔골재로 사용하면 장기간 양생시일이 필요하다고 사료된다.

iii) WCS(wt%) 치환에 따른 압축강도 변화

Table. 7은 시멘트 대 잔골재비를 1 : 2 로 혼합한 후, 여기에 다시 표준 Sand를 WCS로 10%, 20%, 40%까지 치환하여 각 압축강도 변화를 조사한 결과이다.

일반적으로, WCS 함량이 커질수록 압축강도는 점진적으로 낮아지고, 양생시간이 길어질수록 압축강도는 증가되어 28일 양생 후 WCS 시멘트 모르터는 표준사 시멘트 모르터와 비슷한 경향을 알 수 있다.  WCS 20% 치환에서는 28일 양생 후 압축강도(515 kg/cm2)는 표준사 시멘트 모르터압축강도(572 kg/cm2)차이는 불과 3.3%이다. 이러한 차이로 보아 양생 시간이 더 길어지면 압축강도는 증가되리라고 보기 때문에 WCS의 20wt% 이내 표준사 치환은 잔골재로의 활용이 가능하다.

Table 7. Compressive Strength of 1:2 Cement  Mortar

with Substitution of Sand for WCS.

Mixing Ratio	Samples No	WCS substituted (by weight%)	Compressive Strength (kgf/□)
			3day	7days	14days	28days
1 : 2	No.3	0	306	402	474	533
	No.4	10	331	376	451	522
	No.5	20	256	351	423	516
	No.6	40	231	332	401	475

Fig. 5. Compressive Strength of 1:2 Cement Mortar, after cured for 3, 7, 14, and 28 days

iv) 내구성

·시멘트 모르터의 Dry/Wet 반복

Dry/Wet 반복 시험에서 표준 시멘트 모르터와 20% WCS 시멘트 모르터의 중량감소는 5 cycle까지 심하게 나타나다가, 그 이후 점진적인 중량 증가 현상을 보여준다.

강도변화에서 WCS보다 표준사가 심한 것은 WCS의 자체 강도가 표준사 보다 강하고 WCS와 시멘트 페이스트의 부착력이 상승하는데 기인되는 것으로 생각된다.

Fig. 6. Weight Change of 1:2 Cement Mortar with 20% WCS, after Dry/Wet cycles

Fig. 7. Compressive Strength of 1:2 Cement Mortar with WCS, after Dry/Wet cycle

20 cycle 후의 두 개의 시편을 SEM에서 분석한 결과로 Fig 8에서 볼 수 있다.  20cycle 이후에서는 Dry/Wet에 의한 수축과 팽창으로 WCS와 시멘트 페이스트 사이에 간극이 생기는 것을 볼 수 있었다. 이러한 간극 형성이 곧 Dry/Wet Cycle에 따른 압축강도 저하를 일으킨다고 보여진다.

(a) before Dry/Wet cycles                  (b) after Dry/Wet cycles

Fig. 8. SEM Photograph of the Cement Mortar with 20wt% WCS before and after Dry/Wet cycles

·5%(Conc) H2SO4용액 침지

5% H2SO4용액에 20일간 침지 후 표준 시멘트 모르터 중량 감소율은 10.1%였고 WCS를 20wt% 치환한 시멘트 모르터 중량 감소율 9.7%을 보여주어 거의 동일하게 중량이 감소한다. 20일 이후부터는 중량 증가 현상이 나타났다. 압축강도 변화에서도 5% H2SO4용액에 20일간 침지시 WCS 20wt% 치환한 시멘트 모르터는  217kgf/□이었고 표준 시멘트 모르터는 192kgf/□로 침지전 압축강도와 비교하여 각각 49%(WCS 20wt%)와  59.0%(표준사)로 크게 감소하였다. 그러나 양생 기간이 경과하여 60일에서는 WCS 20wt%치환이 337kgf/□이였고 표준사 경우는 338kgf/□로서 침지 전의 압축강도에는 미치지 못하였으나 상당한 회복을 보여주었다.

Fig. 9. Weight Change of the Cement Mortar  with WCS, after 60days under

immersion of 5% H2SO4 Solution

Fig. 10. Compressive Strength of the Cement Mortar with WCS, after 60days under                    immersion of 5% H2SO4 Solution

(a) 0 wt% WCS                          (b) 20 wt% WCS

Fig. 11. SEM Photograph of the Cement Mortar with 20wt% WCS, after 60days under                   Immersion of 5% H2SO4 Solution

·5%(Conc) MgCl2용액 침지

Fig. 12는 5% MgCl2용액에 침지한 시간에 따른 중량 변화율이다. 침지후 10일 까지는 중량 감소율이 약 3.0%까지 진행되다가 10일이 지나면 감소율이 회복된다. 이러한 변화율은 표준 시멘트 모르터나 WCS 시멘트 모르터도 동일하다. 압축강도 역시 10일까지는 감소가 계속되다가 10일이 지나서는 압축강도가 회복율을 보이고 있다(Fig.13). 10일간 침지되었을 때의 WCS 시멘트 모르터 압축강도는 388kgf/□으로서 침지전의 압축강도(WCS 시멘트 모르터 : 430kgf/□, 표준시멘트 모르터 : 473kgf/□)에 비하여 약 11.0∼17.0% 만큼 감소하였다. 그러나 60일간의 침지가 종결된 후의 압축강도는 (WCS 시멘트 모르터 : 474kgf/□, 표준시멘트 모르터 : 476kgf/□)침지전의 압축강도보다 오히려 높았음을 알 수 있다.

Fig. 12. Weight Change of the Cement Mortar with Substitution of 20% WCS, after 60days           under  Immersion of 5% MgCl2 Solution

Fig. 13. Compressive Strength of the Cement Mortar with Substitution of 20% WCS, after           60days under Immersion of 5% MgCl2 Solution

(a) 0wt% WCS                           (b) 20wt% WCS

Fig. 14. SEM Photograph of the Cement Mortar with 20wt% WCS, after 60days under

Immersion of MgCl2 Solution

·용출 시험

Table 8은 WCS의 구성성분중 Cu, Cr, Pb, Cd 등의 일부 유해중금속이 미량 포함되어  있음을 보여준다.

Table 8. Heavy Metals Composition of WCS

	Pb	Cr	Cd	Cu	Mn	Zn	Cl
WCS	0.34	0.038	0.0004	2.15	0.038	0.76	0.09

용출결과에 의하면 두 개의 시멘트 모르터에서 어떠한 중금속(Pb, Cd, Cu, Cr)도 용출되지 아니하여, 위 시멘트 모르터가 실제 사용되더라도 중금속 용출과는 관계없음이 밝혀졌다. 따라서 WCS를 시멘트 모르터용 잔골재로 사용하여도 환경피해 문제가 없음을  증명한 것이다.

3.4 결  론

WCS를 건설 재료로서의 사용 가능성을 평가하기 위한 시험 결과는 아래와 같다.

· WCS에 함유된 Cr, Cd, Cu, Pb 등은 폐기물 관리법 기준치 이하이다.  XRD에 의하면 WCS      는 주로 Fe2SiO4(Fayalite) 결정질이며 그 비중은 3.97로서 표준 모래(2.65)보다 월등히 높다.

· WCS 그 자체는 수질 팽창이 일어나지 아니하지만, 0.08mm짜리 이하(Fine Grain)에는 그       팽창율이 2.0% 초과하여 KS F 2535 기준에 미달된다. 그러나 그 이상의 Grain                size(0.15mm, 0.3mm)에는 2.0% 이하로서 KS F 2535 기준에 만족한다. 따라서 WCS의           Fine Grain(0.08mm)은 수침 팽창의 원인이 된다.

· 시멘트와 잔골재 비율인 1:2 시멘트 모르터에 사용한 표준 모래를 WCS로 100% 치환한      압축강도(28일 양생)는 표준 시멘트 모르터가 572 kg/cm2이었고, WCS 시멘트 모르터는       515 kg/cm3이었다. 두 개의 시멘트 모르터 압축강도차이는 10% 이하이다.

· 1:2 시멘트 모르터에 표준 모래를 WCS로 10% 간격으로 60%까지 치환한 압축강도는         치환율이 높을수록 감소한다. 그러나 치환율 20%까지는 압축강도의 차이가 3.3%에          그친다. 따라서 시멘트 모르터에 표준 모래를 20%까지는 WCS로 치환이 가능하다.

· Dry/Wet Cycle 반복 시험에서는, 표준 시멘트 모르터와 20% WCS를 함유한 시멘트 모르      터의 중량 감소가 5 Cycle까지 점진적으로 발생하였으며 최대 중량 감소율은 약 5.0%이      었다. 그러나 5 Cycle 이후부터는 중량 감소가 가역적으로 회복되어 20 Cycle에서는 약       4.3% 중량 감소율을 보였다.

· 5% H2SO4용액 침지에서 처음 20일간에는 표준 시멘트 모르터나 20% WCS를 함유한         시멘트 모르터 모두 심하게 중량 감소(약10%)가 발생하였지만 침지 20일 이후부터          60일까지는 가역적인 중량 증가를 보였다. 압축강도 역시 처음 20일 침지 기간에는 표       준시멘트 모르터의 경우 침진전 압축강도 (475 kg/cm2)에 약 59% 감소한 192 kg/cm2이        었고, 20% WCS를 함유한 시멘트 모르터의 경우 침지전 압축강도(4.35 kg/cm2)에 약          49% 감소한 217kg/cm2이었다. 그러나 침지 20일 이후 60일 기간 동안에는 표준 시멘트       모르터는 338 kg/cm2으로 가역 증가를 보였고, 동시에 20% WCS 시멘트 모르터는 337        kg/cm2로 가역 증가를 하였다.

· 5% MgCl2용액에서 처음 10일간에는 표준시멘트 모르터나 20% WCS를 함유한 시멘트 모      르터 모두 약한 중량 감소율(약 3%)을 보였으나 10일 이후 60일 까지 침지에는 가역적      인 중량 증가 양상을 나타냈다. 압축강도에서도 처음 침지 10일 기간에는 표준시멘트       모르터의 경우 침지전 압축강도(470 kg/cm2)에 약 17% 만큼 감소된 388 kg/cm2이었고,        20% WCS를 함유한 시멘트 모르터의 경우 침지전 압축강도 (430 kg/cm2)에 약 11% 만큼      감소된 378 kg/cm2이었다. 그러나 침지 10일 이후 60일 기간 동안에는 두 개의 시멘트      모르터의 압축강도는 가역적 증가 현상을 보여 60일 침지에서는 474-476 kg/cm2의 압축      강도로 침지전의 압축강도보다 같거나 더 높게 나타났다.

· 20% WCS를 함유한 시멘트 모르터에서는 어떠한 유해성 중금속(Pb, Cu, Cr, Cu)는 용         출 되지 아니하였다.

이상의 결과로 보아 WCS를 시멘트 모르터에 잔골재(모래) 최고 20%까지 사용할 수 있      어 WCS는 더 이상 환경 오염물이 아님이 밝혀졌다.

4. 폐발포플라스틱의 경량시멘트 모르터 이용

4.1 배  경

폐발포플라스틱은 쉽게 주목되지 않은 대량으로 방치되는 폐기물중에 하나이며 그  발생경로가 다양하여 추적이 어렵고, 재생 기술 부족으로 재활용이 잘 이뤄지지 아니한 실정이다. 또한 비중이 작고 중량에 비해 부피가 크기 때문에 수거 및 운반이 곤란하며 부피성 재료이므로 재생할 경우 경제성이 매우 작은 단점을 가지고 있다. 발포성플라스틱에서 발생되는 폐기물은 EPS(Expanded Polystyrene Styro Foam) PSP(Polystylene Paper) 및 EVA(Expanded Ethylene Vinyl Acetate)를 합하여 년간 약 60,000여톤에 이른다. 이중에 약 10%에 해당되는 6,000여톤만이 재활용이 되고 있으며 나머지 54,000여톤은 폐기처리되고 있다.

폐발포플라스틱을 재활용하는 방법으로는 폐기물 자체를 그대로 이용하는 방법이 있지만, 주로 용융시키는 방법을 이용하여 순도가 떨어지는 플라스틱 고형물을 제조하기도 한다. 발포플라스틱의 특성을 살려 발포 상태 그대로 이용하는 방법이 가장 이상적인 재생기술이겠으나 이에 대한 기술적 연구는 매우 미비한 실정이다.

본연구에서는 폐발포플라스틱을 시멘트 모르터용 경량골재로 이용하여 강모래의 대체효과를 알아보는데 있다. 비중이 작아 건축물의 자중 감소에 효과가 있고 단열면에서도 우수한 경량성 시멘트 모르터의 기계적·열적 성능을 알아봄으로서 폐발포성플라스틱의 실용방안에 대한 기초자료로 제공하고자 한다.

4.2 실  험

i) 실험재료

·시멘트

본실험에 사용한 시멘트는 KS L 5201에 규정된 보통 포틀랜드 시멘트이며 비중           3.15, 분말도 3.15 cm2/g인 S社 제품이다.

·모래

본실험에 사용한 모래는 No.5 규사(Silica  Sand)로서 24시간 이상 침수시켜 유기불순       물을 제거한다음, 오븐내에서 105±5℃로 24시간 이상 건조시켰다.

· 폐발포플라스틱의 분쇄입자

본실험에 사용한 폐발포플라스틱은 플라스틱 폐기물중 발생량이 많고 수집이 비교적 용    이  한 폐발포 폴리스티렌수지(Expanded Polystyrene Styro Foam ; EPS)와 발포에틸렌 초산비    닐수지(Expanded Ethylene Vinyl Acetate ; EVA)을 선정하였다.  EPS 시료는 서울 용산의 전    자시장의 쓰레기 적환장에 야적되어 있는 가전제품포장용을 수집하여 분쇄한 후 사용하였    고, EVA 시료는 경남 김해지방의 신발공장의 폐기물로 야적되어 있는 EVA Foam Scrap을    수집 후 분쇄하여 사용하였다. 수집된 폐발포플라스틱을 수작업으로 그 크기를 □300mm    이내로 줄여서 플라스틱의 분쇄용으로 제작된 Ball Mill Type 분쇄기에서 분쇄하였다. 분쇄    골재의 물성은 Table 1과 같다.

Table 1. Physical properties of the expanded plastic wastes, after crushed and sized

	EPS Foam Aggregate	EVA Foam Aggregate
Maximum	□ 3mm	□ 1mm
Minimum	□ 3mm	□ 1mm
Bulk Density (kg/L)	0.023	0.11
Absorption(%)	0.3	1.0

ii) 배합

배합비율은 Table 2에서 제시한데로 진행하였다.

iii) 실험방법

· 공시체의 제작

Table 2. Proportional mixes of waste  plastic aggregate, sand and water

Specimen No.		W/C (%)	Sand (%)	Weight (kg/m3)
				C	E	S	W
E P S	EPS-0	45%	0	558.2	12.2	0	251.2
	EPS-1		10	558.2	11.0	141.0	251.2
	EPS-2		20	558.2	9.8	281.7	251.2
	EPS-3		30	558.2	8.5	422.7	251.2
	EPS-4		40	558.2	7.3	563.4	251.2
	EPS-5		50	558.2	6.1	704.4	251.2
	EPS-6		60	558.2	4.9	845.4	251.2
	EPS-7		70	558.2	3.7	986.1	251.2
	EPS-8		80	558.2	2.4	1127.1	251.2
	EPS-9		90	558.2	1.2	1267.8	251.2
E V A	EVA-0	45%	0	558.2	58.5	0	251.2
	EVA-1		10	558.2	52.6	141.0	251.2
	EVA-2		20	558.2	46.8	281.7	251.2
	EVA-3		30	558.2	40.9	422.7	251.2
	EVA-4		40	558.2	35.1	563.4	251.2
	EVA-5		50	558.2	29.5	704.4	251.2
	EVA-6		60	558.2	23.4	845.4	251.2
	EVA-7		70	558.2	17.6	986.1	251.2
	EVA-8		80	558.2	11.7	1127.1	251.2
	EVA-9		90	558.2	5.9	1267.8	251.2

C : Cement      S : Sand  W : Water

E : EPS and EVA Aggregate

모르터의 제작은 KS L 5109(수경성 시멘트 반죽 및 모르터의 기계적 혼합방법)을 기준으로 하여 소형전동식 Mixer를 사용하였다.

· 압축강도 시험

배합된 모르터의 압축강도 시험과 시험체의 제작은 KS L 5105(수경성 시멘트 모르터의     압축강도 시험방법)에 의하여 27일간 수중양생 시킨 후 하중을 매초 20∼3.5 kg/cm2의 일    정한 속도로 공시체가 파괴될 때까지의 소요시간을 80초 이내로 하였다.

· 휨강도 시험

모르터의 휨강도 시험체는 JIS R 5201(시멘트의 물리시험방법)에 따라 40×40×160mm

로 각 배합별로 3개이상 제작하여 27일간 수중양생시켰다.

휨강도 시험은 KS F 2407(콘크리트의 휨강도 시험방법 : 단순보의 중앙점 하중법)에 의하   여 시험한 후 배합당 1개조 3개씩으로 하여 각 시험체마다 시험체가 받는 최대하중값으로   하였다.

· 열전도율 시험 및 흡수율 시험

열전도율시험은 KS L 9016(보온재의 열전도율 측정방법)중 (5.2) 평판비교법에 기준하였고   흡수율 시험은 KS F 2451(견출용 시멘트 방수제 시험방법)의 흡수시험에 의거하여 실시하   였다.

4.3 결과 및 분석

모래를 대체 사용한 폐발포플라스틱 입자를 경량골재로 사용한 경량 시멘트 모르터의 시험 결과는 Table 3과 같다.

Specimen No.	C S (kg/cm2)	M.O.R (kg/cm2)	T C (kcal/mh℃)	W A 24hr(%)
EPS-0	24	12.2	0.11	14.2
EPS-1	26	12.7	0.16	11.7
EPS-2	32	17.9	0.18	7.1
EPS-3	50	21.4	0.34	6.1
EPS-4	74	23.2	0.39	5.8
EPS-5	111	30.8	0.59	3.6
EPS-6	133	32.7	0.75	3.5
EPS-7	182	36.6	0.83	2.9
EPS-8	189	55.9	0.95	3.4
EPS-9	194	65.6	1.02	3.3
EVA-0	42	17.1	0.17	16.1
EVA-1	48	17.3	0.18	14.1
EVA-2	62	21.9	0.26	9.8
EVA-3	79	27.7	0.34	7.2
EVA-4	92	32.2	0.46	4.8
EVA-5	128	35.3	0.61	3.7
EVA-6	138	36.1	0.74	2.4
EVA-7	172	42.3	0.87	1.9
EVA-8	184	56.1	0.98	2.1
EVA-9	198	62.3	1.05	2.7

Table 3. Test Results

Note :

C S : Compressive strength

M.O.R : Modulus of Rupture

T C : Thermal conductivity

W A : Water Absorption

i) 압축강도(Compressive Strength)

일반적으로 폐발포성 플라스틱 골재가 모래를 치환할수록 압축강도는 감소함을 Fig.1에서 볼 수 있다. 특히 EPS 골재 치환은 EVA 골재 치환하였을 때보다 높은 압축강도를 나타냈다. 이는 EVA 골재가 EPS 골재보다 자체 강도가 더 높기 때문으로 사료된다. EPS 골재를 사용한 시멘트 모르터의 압축강도는 24∼194 kg/cm2이었고, EVA 골재를 사용한 시멘트 모르터의 압축강도는 42∼198 kg/cm2이다.

ii) 휨강도(Modulus of Rupture)

폐발포성 플라스틱 골재가 모래를 치환하였을 때 휨강도 변화는 압축강도 변화와 거의

비슷한 경향을 보여주었다. EPS 골재가 함유된 시멘트 모르터는 12.2∼65.6 kg/cm2이었고, EVA 골재가 함유된 경우에는 17.1∼62.3 kg/cm2의 범위를 보여주었다. (Fig. 2 참조)

iii) 흡수율(Water Absorption)

Fig. 3에서와 같이 모래치환율에 따른 흡수량의 변화는 폐발포성플라스틱 골재가 많이 치환될수록 흡수량이 높게 나타났다. EPS 골재를 사용한 모르터의 경우 약 0.1∼4.6% 정도, EVA 입자를 사용한 경우 약 0.2∼4.3% 정도의 범위를 보여주었다.

특이한 현상은 EPS나 EVA 골재가 70 %까지 모래를 치환할 때까지 감소하였으나 80 % 부터는 다소 증가함을 알 수 있다.

iv) 열전도율(Thermal Conductivity)

Fig. 4은 퍠플라스틱 골재가 모래치환에 따른 열전도율의 관계를 나타낸 것이다. 모래를 10 %씩 단계별로 치환함에 따라 열전도율도 증가하였다.  EPS 골재를 사용한 모르터는 0.05∼0.2 kcal/mh℃이고 EVA 골재를 사용한 경우에는 0.01∼0.12 kcal/mh℃의 범위로 나타났다.

특히 모래를 40 %의 범위까지 치환하였을 때 EPS 골재를 사용한 모르터는 0.11∼0.39 kcal/mh℃이었고 EVA 골재를 사용한 모르터는 0.17∼0.46 kcal/mh℃ 값으로서 우수한 열적 성능을 나타냈다.  모래치환율이 작을수록 열전도율이 작은 값을 나타내어 우수한  열전도성을 얻기 위해서는 폐플라스틱을 골재 40 % 까지 모래를 치환하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

v) 국내생산 제품과의 물성 비교

Table 4.은 국내에서 생산되는 경량성 시멘트 제품의 물성과 EVA와 EPS 골재를 40%까지 치환하였을 때의 물성을 비교한 것이다.

EPS 골재를 40 %까지 사용한 시멘트 모르터의 경우 단위용적중량 0.86∼1.06 t/m3의 범위에서 열전도율 0.11∼0.18 kcal/mh℃, 압축강도 24∼32 kg/cm2, 휨강도 12.2∼17.9 kg/cm2의 범위로 나타났으며, EVA 골재를 40 %까지 사용한 시멘트 모르터는 단위용적중량 0.92∼0.99 t/m3의 범위에서 열전도율 0.17∼0.18 kcal/mh℃, 압축강도 42∼48 kg/cm2, 휨강도 17.1∼17.3 kg/cm2의 범위로 나타났다.  EPS나 EVA성 시멘트모르터의 단위용적중량과 열전도율 값은 P-모르터와 S-모르터에 비하여 같거나 우수하다. 그러나 압축강도면에 있어서 EPS 골재를 사용한 시멘트 모르터의 경우 L-모르터에 비하여 현저하게 낮은 값을 가지며, 휨강도는 S-모르터와 다소 높게 나타났다. 그러나 L-모르터와 비교에서는 열전도성 및 강도면에서 큰 차이를 보이고 있어 열성능과 강도증진에 개선이 필요함을 알 수 있다.

현재 국내에서 생산되고 있는  경량 시멘트모르터 제품과 비교하여 볼 때, 일반적으로 거의 같은 수준의 성능을 보이고 있으나 강도면에서 다소 낮은 값을 보이고 있다.

Table 4. Comparative properties of domestic vs newly developed products

종 류 구 분	경량모르터기준	L- cement mortar	P- cement mortar	S- cement mortar	EPS cement mortar	EVA cement mortar
Unit weight per volume (t/m3)	1.5미만	0.9∼1.0	0.95	1.0	0.86∼1.38	0.92∼1.48
Thermal conductivity (kcal/mh℃)	0.5미만	0.05	0.16	0.29	0.11∼0.39	0.17∼0.46
Compressive strength (kg/cm2)	-	65-95	94	45	24∼74	42∼92
Modulus of rupture(kg/cm2)	-	-	-	15.5	12.2∼23.2	17.1∼32.3

4.4 결 론

폐발포플라스틱 EPS와 EVA를 분쇄하여 경량골재로서 사용한 시멘트 모르터에서 모래 치환효과율의 결론은 다음과 같다.

1. 폐발포성플라스틱 골재의 모래치환이 높을수록 압축강도는 감소하였다. EPS 골재를 이     용한 시멘트모르터는 24∼194kg/cm2 범위이었고 EVA 골재를 사용한 시멘트 모르터는 4     2∼198 kg/cm2의 범위로 나타났다. EPS 골재를 사용한 시멘트 모르터는 EVA 골재를 사     용한 시멘트 모르터보다 압축강도가 높게 나타났다.  EPS 골재 시멘트 모르터는 모래를     30∼70 % 범위에서 단계별로 치환되었을 때 약 30 kg/cm2 정도의 압축강도가 증가         하였고, EVA 골재 모르터는 비교적 일정하게 증가되었다.

2. 폐발포성플라스틱 골재로 모래를 치환하였을 때 치환량 증가에 비례하여 휨강도는 감소     하였다. EPS 골재 시멘트 모르터는 12.2∼65.6 kg/cm2, EVA 골재 시멘트 모르터는 7.1∼      62.3 kg/cm2의 범위로 나타났다.  EVA 골재 시멘트 모르터는  EPS 골재 시멘트 모르터보     다 약 0.2∼6.3kg/cm2 정도로 휨강도가 높다.

3. EPS 골재와 EVA 골재가 많이 모래를 치환할수록 흡수율은 높다.  흡수율의 범위는 EPS     골재 시멘트 모르터는 3.3∼14.2 %, EVA 골재 시멘트 모르터의 경우 2.7∼16.1 %의 범위     이다. EVA 골재를 사용한 시멘트 모르터는 EPS 골재를 사용한 시멘트 모르터에 비해 흡     수율이 더높다.

4. 폐발포성플라스틱골재의 모래치환율이 증가함에 따라 열전도율은 감소하였다. EPS 골재     시멘트 모르터는 0.11∼1.02 kcal/h℃, EVA 골재 시멘트 모르터는 0.17∼1.05 kcal/mh℃로     모래함량이 증가할수록 점차적으로 증가하였다.

특히 모래가 40 % 까지 치환되었을 때 EPS 골재 시멘트 모르터는 0.11∼0.39               kcal/mh℃, EVA 골재 시멘트 모르터는  0.17∼0.46 kcal/mh℃정도의 우수한 열전도율을      가졌다. EPS 골재를 사용한 시멘트 모르터가 EVA 골재를 사용한 시멘트 모르터에  비해     0.02∼0.08 kcal/mh℃ 정도로 낮은 열전도율을 보였다.

5. 폐발포성플라스틱 골재 40 % 까지 모래를 치환하였을 때 국내 시장 제품과 비교할 수      있는 경량성시멘트의 제조가 가능하다.

제 3 장  :  결  론

① 폐기물 재생을 극대화하기 위한 국고 투자는 서기 2001년까지 약 5조 -    6조가 예상된다.

② 폐콘크리트가 도로보조기층 골재로서 건설교통부 시방규정에 대체로 만    족하여 도로에 응용이 가능하다.

③ EAF Dust는 포졸란성 규조토와 시멘트를 이용하여 중금속이 99%이상 고    정되었으며, 압축강도를 증진시켰다.  따라서, 압축강도의 증가와 99%이상    중금속을 고정시킬 수 있어 EAF Dust는 활성규조토를 이용하여 안전매립    또는 건축자재로서 재활용이 가능하다.

④ 폐 Copper Slag를 시멘트 모르터에 잔골재용으로 최고 20%까지 치환하면    유해성 중금속 (Pb, Cu, Cr, Cu)은 용출되지 아니하며 화학 침식 내구성과    물리적 성질 모두 양호하여 건설 재료로 사용이 가능하다.

⑤ 폐발포성플라스틱 골재 40% 까지 모래를 치환하였을 때 국내 시장 제품    과 비교할 수 있는 경량성시멘트의 제조가 가능하다.