세 미 나

제목: 건설부산물 재활용

과  목: 고형폐기물 처리

교  수: 장 정 국 교수님

학  과: 환경공학3

이  름: 하 유 빈,  이 동 우

제출일: 2002. 11. 19. 화

♤ 건설부산물의 재활용(콘크리트 중심) ▷

Ⅰ. 서론

건설공사시 발생하는 건설부산물을 처리할 때 지금까지는 주로 매립에 의존하여 왔다. 하지만 이러한 매립의 경우에도 막대한 수송비와 처분비용으로 인해 최근까지 국내 건설현장에서 발생된 건축폐기물 상당부분이 불법매립, 투기 및 소각과 같이 적절치 못하게 처리되었으며, 특히 IMF 이후 폐기물 업체들의 잇따른 도산으로 간척지 또는 도로변 임야 등에 불법적인 처분이 증가하여 환경의 파괴 및 오염을 가중시키고 지역주민과의 민원발생을 종종 일으켰다. 한편, 과거 2-30년전 고도성장시기에 건설된 많은 공동주택(APT 등)과 업무용 건물 등이 이제는 노후화되기 시작하여 현재 재개발 시점에 이르렀다. 이러한 도시개발의 가속화와 재개발 사업의 급속한 팽창으로 인해 건설부산물은 급격히 증가할 것으로 예상되어 건설부산물 처리 어려움은 더욱 가중될 것이다. 따라서 이들 노후건물의 해체시 발생할 막대한 양의 건설 부산물을 그대로 폐기하는 것은 국가자원의 낭비이며 국토의 오염을 초래할 것이다. 그러므로 날로 심각해지는 매립장의 부족과 각종 환경규제의 강화로 인하여 건설폐기물 단순매립을 극복하는 새로운 재자원화 방안(건설부산물 재활용 방법) 돌출은 자원이 부족한 우리나라에 절실히 요구되는 기술이라 하겠다.

Ⅱ. 본론

1. 건설부산물의 정의와 종류

1.건설부산물이란

토목공사 및 건축공사시 발생하는 잔토, 콘크리트, 아스팔트 등과 같은 재료의 파편·부스러기 및 이들 공사시 사용되는 각종 포장재, 폐도구 등을 총칭하는 말

건설 부산물 = 재활용 또는 재이용 + 건설폐기물

※ 건설폐기물이란

건축공사·토목공사 및 건설구조물 해체공사에서 배출되는 불요물 혹은 불용물(더 이상 필요하지 않은 물건 혹은 원래의 목적에 맞게 사용할 수 없도록 된 것)을 총칭하는 것으로서, 이것에는 잔토, 콘크리트 폐재, 아스팔트 폐재, 건설오니, 목편, 종이류, 금속류, 폐프라스틱류, 폐유리 및 폐도자기류 등이 포함된다

※ 미국 EPA(1998) 자료에 의하면 건설 및 해체 부산물(debris)이란

구조물(structures)의 건설, 수리(renovation), 혹은 해체 과정에서 생산되는 폐 재료(waste material)라고 정의

- 건설폐기물의 종류(=무해폐기물로 분류)

● 빌딩관련 폐기물(건설, 해체, 수리)

● 도로관련 폐기물

● 교각관련 폐기물

● Landclearing & inert debris waste

2. 건설폐기물의  분류(종류)

♤ 용도별 건설부산물·폐기물의 종류

● 건설폐재류 (토사/폐콘크리트/폐아스팔트 콘크리트/폐벽돌/폐타일/폐석재/폐기와/폐블럭/     기타 비금속광물자재류)

● 폐목재류 (버팀목/목형틀/폐가구잔재물 등)

● 폐합성수지류 (합성수지자재/스티로폼 등)

● 금속류 (철근/금속자재 등)

● 폐종이류 (포장재/벽지 등)

● 오니류 (굴착오니/침전물 등)

● 폐섬유류 (의류/실/끈 등)

● 소각잔재물 (지정폐기물이 아닌 것)

● 기타 (기타 지정폐기물 외의 공사관련 폐기물)

♤ 구조물별 건설부산물·폐기물의 종류

● RC(Reinforced Concrete), SRC(Steel Reinforced Concrete, 철골 철근콘크리트) 건축

- 신축 : 포장재, 용기, 잔토, 폐거푸집 목재, 석고보도, 금속류, 폐콘크리트류, 모르터,

플라스틱류, 유리 및 도자기류, 섬유류 등

- 해채 : 콘크리트덩이, 철골류, 목재류, 돌 및 벽돌촵블록류, 도자기류, 섬유류, 유리류,

플라스틱류, 섬유류 등

● 콘크리트 구조물

- 신축 : 폐거푸집, 잔토, 폐모르터, 양생시트류

- 해체 : 콘크리트류, 철재류, 방음촵방진시트

● 목조건축

- 신축 : 포장재, 용기, 폐목, 유리 및 도자기류, 플라스틱류, 섬유류

- 해체 : 폐가구촵건구, 목재류(방부목재), 잔토, 아스베스트류, 콘크리트덩이, 유리류 등

● 실드공사 지하연속벽공사 : 건설오니, 불량잔토, 잔여모르터

● 아스팔트포장공사(굴삭, 보수)

- 아스팔트덩이, 노반재, 굴삭잔토, 파이프류, 콘크리트덩이등

● 존설공사 : 침적쓰레기, 준설토사

2. 각 국가별 건설 폐기물 재활용 동향 (일본, 유럽, 미국, 국내)

∴  폐콘크리트 및 아스팔트를 재활용한 농어촌 도로포장 공법의 개발에 주로 이용된다.

1. 일본의 건설 폐기물 재활용

일본은 환경문제에 국민적 관심이 높아지면서 1985년 7월에 "시가지토목공사 공중재해방지 대책요강"을 전면적으로 개정하여 신고 항목을 설치하고 잔토와 폐기물에 관한 처리 계획, 위탁 처리, 운반 경로, 운행 관리에 필요한 조치를 강구하였다.(국제 심포지엄: 철거 폐기물 재활용방안)

그리고 잔토 이외의 건설폐기물 대책은 1990년 2월 종합적인 건설폐기물 대책 연구회를 설치하여 환경청, 건설청, 통산성 등 8개 부처의 공동법안으로 1991년 재활용법 및 건설부산물 적정 처리 추진 요강 등을 제정하여 건설부산물 재활용을 추진하였다. 여기에는 건설폐기물에 관한 재활용 내용을 상세히 명시하고 있으며, 일본에서 추진하는 건설폐기물 대책의 3가지의 과제로써 부산물의 발생억제, 리싸이클 추진, 부산물의 적정관리라는 측면을 중점적으로 관리하고 있으며, 그 중에서 리싸이클의 추진에 더 많은 비중을 두고 있다.

그리고 1994년 4월에는 2000년을 목표로 한 "건설 부산물 대책 행동 계획(재활용계획 21)"을 발표하였으며 그 내용은 다음과 같다.

● 설계의 연구 등에 의한 철저한 발생원 규제

● 공사간의 정보 교환 등에 의한 최대한의 재활용 추진

● 재활용이 곤란한 폐기물의 적정 처리 추진

● 적극적인 기술개발 추진

이 계획은 2000년까지 건설 폐기물을 예측 발생량의 약 10% 감소시키고, 또한 아스팔트 콘크리트 덩이, 콘크리트 덩이의 재활용 율을 1990년의 50%에서 90%로, 건설 폐기물 전체의 재활용 율을 42% 에서 80% 로 증가시키는 것을 목표로 하고 있다. 또한 목표를 달성할 경우에는, 현재와 비교하여 재생 쇄석의 사용량을 년간 4,000 만톤(덤프 330만대 분) 증가시킴으로 자연산 쇄석 사용 절감 등의 효과를 기대하고 있다.

2. 유럽의 건설 폐기물 재활용

① 독일

독일의 경우 일찍부터 건설폐기물에 대한 재활용촉진대책을 마련하여 시행하였다. 1951년에는 폐벽돌 재활용기준을 고시하여 폐 벽돌을 콘크리트골재로 재활용하는데 기여하였다. 서독의 연방통계국의 발표에 따르면 1987년 발생한 산업 및 특수폐기물(Special Waste)은 약 2억 600 백만톤이고 이중 건설업과 관련한 토사, 건설폐기물이 1억 2,000 만톤으로 가장 많아 전체의 60%정도를 점유하고 있다. 산업별 폐기물 발생량에서 건설업이 차지하는 비율은 1977년 54.2 %, 1982년 59.3 %, 1987년 53%등으로 항상 50 % 이상이었다.

→ 폐콘크리트 재활용 (Schulz 논문)

→ 벽돌 파쇄 재료를 재활용(여기서 말하는 벽돌이란 건물의 벽체 재료로 사용된 벽돌, 시     멘트 벽돌, 경량 벽돌, 붉은 벽돌 등을 모두 포함하며 경우에 따라서 타일 부스러기도 포     함된다. )- 독일이나 네덜란드에서 벽돌 파쇄 재료를 콘크리트용 재료로 사용할 수 있도     록 규정하고 있으나, 사용되는 재료의 다양성 때문에 철저한 시험을 거쳐야 한다고 언급     하였다.

독일은 1990년 "건설폐기물 억제를 위한 목표 결정안"을 마련하여 건설폐기물의 재활용 대책을 강구하였다. 이 대책의 내용을 보면 재활용의 촉진을 위하여 시공자, 건설업자, 관청 등에서 해체 및 건설공사가 체계적으로 연계되도록 하였으며 폐기물의 감량 목표를 설정하여 이의 달성에 역점을 두었다.

② 영국

† Nixson- 콘크리트 재활용에 관한 논문을 Material and Structure에 게재

● 최초의 콘크리트 재활용 사례로 소개

● 각종 벽돌이 건축물 재료로 가장 널리 사용됨

1970년대 이후 미래 천연골재의 고갈에 대한 우려가 시작되며서 폐콘크리트를 골재로 사용하기 위한 관심이 증가되었다.

† O'Mahony, Milligan은 파쇄 폐콘크리트의 재활용을 위한 연구

† Collins은 해체 폐기물의 약 40 % 가 재활용되고 있으나 그중 대부분은 채움재 등과 같     은 저급의 재료로 쓰이며 콘크리트 등과 같은 고급 재료로의 사용은 미약함.

(이유: 적절한 규정의 부족에 기인)

† Wainwright는 재생 굵은골재와 잔골재를 사용한 재생 콘크리트의 성능을 고유동화재,       Pulverised Fuel Ash(PFA) 및 천연모래를 사용하여 개선하는 연구

영국은 매년 2,000 만톤 이상의 건설 폐재가 발생되고 있으며 그 중 콘크리트가 50~55 %, 폐벽돌이 30~40 % 에 달하고 있다. 현재 영국의 경우 대부분의 건설폐기물이 재생골재로 재활용되고 있으며 천연골재의 고갈, 자원 및 에너지 절약의 중요성이 재인식되면서 건설폐기물의 재활용이 증가되고 있다.

③ 네덜란드

네덜란드의 Barth(1994)는 건설폐기물의 재활용에 따른 경제적, 사회적, 정치적 면에서의 문제점등을 기술하고 있다. 한편 네덜란드의 재활용 규정초안에는 종이, 플라스틱 등 불순물이 중량과 용적으로 1% 미만이어야 한다고 규정하고 있다.

④ 프랑스

프랑스에서는 1976년 파리근교의 자동차 도로 보조기층과 노반재에 사용된 이후 현재 파리지역에서는 일상적으로 사용되고 있다(정명채, 2000). Marlet와 Pimienta(1994)가 재생 콘크리트의 역학적 특성과 물리-화학적 특성을 연구하였는데 그들은 특히 재생 콘크리트는 건조 수축이 크며, 물의 이동과 탄산화(Carbonation)의 비율도 크다고 지적하였다.

⑤ 덴마크

덴마크는 폐콘크리트를 1929년에 도로포장, 1959년에는 공항에서의 도로포장, 1969년에는 자동차용 도로포장에 활용하였다.

† 재활용에 대한 논문 내용

→ 파쇄 콘크리트의 굵은골재로 만든 재생 콘크리트의 강도에 관한 연구이며 나머지 둘은      재생 콘크리트와 Silica Fume, 그리고 Fly Ash를 이용하여 Calcium Silicate 벽돌을 개     발한 연구이다. (Hansen과 Narud)

→ 진흙 벽돌과 몰탈을 한꺼번에 900℃ 이상의 고온으로 가열하여 이를 칼슘 실리카질로 변     화시켜 재활용에 사용하는 방법 (Hansen)

→ 진흙 벽돌을 다시 구워서 100% 재활용하는 연구 (Kristensen)

→ 재생골재의 성질이 본래 콘크리트의 혼화제에 따르는 영향, 재생 콘크리트의 탄성과 건     조수축에 관한 연구, 토질의 개질 재료로써 파쇄 잔골재의 재활용에 관한 연구 (Hansen)

3. 미국의 건설 폐기물 재활용

† 폐콘크리트 재활용

불순물이 섞이지 않은 폐콘크리트를 골재 크기로 파쇄 하여 콘크리트용 골재로 사용하였으며, 이 재활용된 콘크리트의 성질을 일반 콘크리트와 비교하였다. Buck는 계속된 그의 연구(1977)에서 재생 콘크리트가 일반 콘크리트보다 같은 물-시멘트 비와 슬럼프에서 낮은 항복 강도와 높은 흡수율을 가지며, 반면에 더 높은 동결 저항성을 보인다는 것을 발표했다.

보고서의 내용은 다음과 같다.

(1) 재생 잔골재의 사용은 시멘트 사용 비율을 크게 증가시킨다.

(2) 재생 콘크리트의 압축강도는 일반 콘크리트보다 낮다.

(3) 파쇄 콘크리트를 포화되지 않을 정도 적셔서 사용하면 시멘트 비율을 줄일 수 있다.

(4) 같은 압축강도에서 재생 콘크리트의 휨 강도가 더 높다.

† 폐콘크리트 재활용의 경제성에 관한 연구

대부분 대도시 지역에서 15마일 이내의 천연 골재 자원은 고갈되어 가고 있으며 폐콘크리트의 재활용에 의한 재생골재 생산비는 $2/ton 임에 비하여 천연골재의 구입 비는 $3.3/ton 으로 더 높다고 하였다. 또한 그는 굵은골재를 콘크리트 파쇄석으로 대치한 재생 콘크리트의 역학적 성질을 규명한 연구에서 몰탈과 재생골재의 부착력이 일반 콘크리트보다 55-88 % 감소되며, 압축강도는 일반 콘크리트 강도의 76 % 내지 그 이상 그리고 탄성계수는 일반 콘크리트의 60-100 % 정도임을 보여 주었다.

† 미국에서는 Pollution Prevention Act(1990)와 폐기물행동지침(Agenda for Action)을 통하여 발생억제와 재활용을 추진 중에 있고, 모든 50개 주에서 재활용법을 제정함과 동시에 처리장에서 처리 및 처분을 금하는 종목을 확대해 가고 있다(신희덕, 1993). Florida 대학의 Kibert(1994)는 미국에서의 콘크리트/벽돌 재활용 과정을 소개하는 논문에서 미국의 재활용 사업은 아직 어떤 국가적인 규정이 정해져 있지 않은 상태이며 주로 환경 영향적으로 타당할 때 행하여진다고 하였다.

4. 국내 건설 폐기물의 재활용

국내에서는 1989년 충남대 김무한 교수 등의 논문이 대한 건축 학회에서 발표되었으나, 그 이후 1990년대 초반까지 대외적인 연구 발표는 거의 없었다. 그러나 1990년 초반이후 급격한 관심의 증가와 함께 1994년 1월 환경처와 건설부 통합 고시에 의해 공사비 250억 이상 대형 공사에서 콘크리트 등 건설 폐기물 재활용이 의무화되면서 이에 대한 연구가 증가하고 있다.

→ 폐콘크리의 재생 및 재활용 방안

→ Fly Ash를 사용한 재생 콘크리트의 특성에 관한 연구

→ 농어촌 지역에 도로포장을 시행하는데 있어서 폐콘크리트를 재활용하여 건설하는 공법

→ 폐콘크리트를 도로성토재용 및 시멘트 2차 제품생산에의 활용 방안

→ 폐콘크리트로부터 얻은 재생 미분말의 재활용 방안

→ 폐콘크리트를 이용한 시멘트 벽돌로의 재활용에서 폐콘크리트 파쇄시료를 이용하여 고형     화한 시멘트 벽돌을 연구

3. 폐콘크리트의 발생 원인 및 예측

1. 폐콘크리트 발생 원인

● 노후 건축 구조물 : 건축적, 구조적 수명이 다한 빌딩 및 공동주택(아파트)의 재건축시에     기존 건물의 해체로부터 폐콘크리트가 다량으로 발생

● 노후 토목 구조물 : 구조물로서 수명을 다하여 해체시 다량의 폐콘크리트가 발생

● 보도 블록 : 파손 또는 새로운 블록으로 교체시 발생

● 전신주 : 노후된 전신주의 교체 또는 전선의 지중화 공사로 인해 발생

● 불량도로 : 고속도로 및 일반도로 재포장시 발생

● 불량제품 : 콘크리트관, 블록, 판넬 등 제작시 하자가 있는 제품으로부터 발생

2. 폐콘크리트의 발생량 예측

부산물의 건설공사별 발생량 또는 건설부산물의 종류별 발생량 원단위를 기초로 하여 산정하게 된다. 원단위는 기존의 조사결과를 기초로 하여, 건설부산물을 토목공사, 건축공사 및 해체공사로 분류하여 산정하며, 각각의 활동량 지표로는, 토목공사는 완성공사비, 건축공사와 해체공사는 건축연면적을 사용한다.

1)해체공사시 발생량 예측방법 건축물의 구조별 발생 원단위에 해체면적을 곱하여 예측하는 방법과 과거 신축시 투입된 자재의 원단위량을 기초로 하여 현재의 해체면적으로부터 추정하는 방법

2)건축공사시 건설부산물 발생량 예측방법 건축공사에 의해 배출된 혼합폐기물은 건축물의 용도별, 규모별의 원단위에 연면적을 곱하여 예측한다.

※ 일본 건설부산물의 발생량 예측

년차별 배출량 예측 = 건설활동의 추이예측 × 건설부산물의 원단위 결정

※ 건설활동의 추이

활동량 지표의 장래 예측을 실시하는 것은 여러가지 인자로 인하여 곤란하므로, 과거의 활동량 지표의 실적을 단순 trend로 예측하고 있다. 즉, 연도와 공사완료액을 각각 독립변수와 종속변수로 놓고 회귀분석하여 각 지역의 건설활동경향을 추정하는 것이다.

※ 건설폐기물의 원단위

건축단위 면적당 폐기물 발생량으로 정의되는데, 이것은 다년간 신축공사시 또는 해체공사시 건축물의 구조별, 종류별 폐기물 발생량의 자료로부터 산출된다. 그러나 원단위는 폐기물 발생량을 간접적으로 예측할 수 있는 자료일 뿐, 그 신뢰도에 대한 문제를 안고 있다. 따라서, 원단위의 신뢰도를 높이기 위해서는 폐기물의 전국적인 발생현황을 파악할 수 있도록 폐기물의 수집운반 및 중간처리, 재활용 등의 일련의 처리체계의 구축은 물론, 각 현장별로 공사규모, 공사기간, 공사금액 및 주요 사용자재 등 관련 자료의 충분한 축적이 요구된다

※ 우리나라의 건설부산물의 원단위

신축공사현장에서의 혼합폐기물 배출 원단위는, 도급내역에서의 0.018 ton/m2 에 비하여(투입자재물량×할증률로 환산함) 현장 조사한 폐기물처리 반출송장을 기준으로 산출한 값(0.031 ton/m2 )과는 약 1.7배의 차이가 있었다. 재건축현장조사결과 배출 원단위는 일반폐기물 0.0636 ton/m2, 금속류 0.0178 ton/m2, 재활용 목재 0.0082 ton/m2, 아스콘 0.0149 ton/m2, 특정폐기물 0.0123 ton/m2, 재활용 골재 0.7333 ton/m2 등이다.

† 폐콘크리트 연평균 예상량(대한주택공사 주택연구소 자료)

- 2001-2005 : 4,674 만톤

- 2006-2010 : 5,674 만톤

이러한 예측은 다른 연구자들의 자료와 유사하다. 이진용(1998)은 국내에서는 매년(1998년 기준) 약 2천만톤의 건설폐기물이 발생하고 있는 것으로 추정되며, 2000년대에는 1998년 2배 이상의 건설폐기물이 발생할 것으로 예상했다. 이외에 김무한 등(1997)이 폐콘크리트의 발생량을 예측한 결과에 의하면 2000년 3,130,000 m3, 2005년 5,333,000 m3 으로 나타났다.

4. 폐콘크리트의 재활용 기술

기술 도시 개발이 가속화되고 건축재개발의 활성화, 지하공간 이용 증대 등으로 한국에도 건설 부산물이 해마다 증가하고 있으며(년간 전체 산업폐기물량의 40 % 이상을 차지), 이에 따른 매립지 확보가 어려워지는 상황하에서 건설폐기물의 적정처리 및 재활용은 당면 과제중의 하나로 대두되고 있다. 건설폐기물의 처리현황을 살펴보면 건설폐기물을 재생처리 하여 성토재, 도로기층재, 보조기층재 등으로 재활용하는 방식이 주종(58.3%)을 이루고 있으며 나머지는 매립하거나(38.7%), 소각(3.0%) 처리하고 있다. 폐기물의 성상별로 볼 때 재활용률은 금속(81.2%), 콘크리트(71.4%), 토사(62.6%), 아스팔트(55.3%)의 순이다.

1. 건설폐기물의 재활용 용도

● 건축, 토목공사 등 건설공사의 성토재

● 보수공사용

● 도로기층재, 보조기층재

● 포장타르, 아스팔트 혼합용, 도로포장용 아스팔트

● 유화아스팔트

● 파쇄 골재이용

● 건축, 토목공사 자재이용 등

※ 일본의 리싸이클법에 의한 콘크리트괴의 재생자재 구분과 주요용도

● 재생 쇄석 : 도로포장 및 기타 포장의 하층 노반재, 토목 구조물의 충진재 및 기초재건축     물의 기초재

● 재생 콘크리트 모래 : 뒤채움 재료 및 기초재

● 재생입도분리 쇄석 : 기타 포장 상층 노반재

● 재생시멘트 안정처리 노반재료 : 도로포장 및 기타포장의 노반재

● 재생석회 안정처리 노반재료 : 도로포장 및 기타포장의 노반재료

2. 재생골제 제조

① 재생골재 공정도(일반적인 공정)

② 재생골재의 품질범위와 특징

- 흡수성

보통골재와 비교해서 재생골재의 가장 다른 물리적 특성은 높은 흡수성이다. 재생골재의 흡수율은 원콘크리트의 품질과는 관계없이 천연골재에 비하여 1.8-4.5 배에 이르고, 그 범위는 굵은골재는 흡수율이 약 3.6-8.0 % 이며, 잔골재는 약 8.3-12.1 % 정도이다. 이것은 원골재 입자에 붙어 있는 오래된 모르터의 높은 흡수율 때문인 것으로 간주된다. 일본에서 제안된 재생골재와 재생 콘크리트 사용에 의하면 재생골재는 흡수율이 굵은골재의 경우 7 %, 잔골재의 경우 13 % 이내의 골재만 사용하도록 규정하고 있다.

- 밀도

최근 연구 결과에 의하면 재생 굵은골재의 밀도는 2,290-2,510 kg/m3 이고 재생 잔골재는 2,190-2,320 kg/m3 로서 천연골재에 비하여 약 200 kg/m3 정도 낮은 것을 조사됐다. 그 이유는 원골재 입자에 붙어 있는 오래된 모르터의 낮은 밀도 때문에 낮아진 것으로 간주된다. 그러나 재생 콘크리트의 밀도는 원콘크리트의 다양한 물과 시멘트의 비율에는 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.

- 마모감량

재생 굵은골재의 마모감량 범위는 22.4-41.4 % 로서 원콘크리트의 압축강도가 높으면 낮아지고, 압축강도가 낮으면 반대로 높아지는 경향이 있다. ASTM(American Society for Testing and Materials)의 규정 C-33 에 의하면 골재는 마모손실 백분이 50 % 를 넘지 않으면 콘크리트제품에 사용될 수 있으며, 영국표준시방서(BS)(88,1201 Part 2, 1973)에 의하면 골재는 표면 마모가 콘크리트 제품일 경우 30 %를 넘지 않거나 다른 콘크리트에서는 45 % 를 넘지 않으면 사용될 수 있다고 되어있다.

- 오염물질

재생골재의 불순물 함유량에 관한 많은 연구가 다양한 방법으로 이루어지고 있으며, 또한 천연골재와 재생골재에 부착되어 있는 다양한 오염물질이 콘크리트의 강도에 영향을 미치는 연구를 발표하였다. 골재에 넣어지는 회반죽, 흙, 나무, 탈구된 석고, 아스팔트, 페인트등의 오염물질이 콘크리트의 강도 15 % 감소를 나타내었다. 그러나 타일이나 유리조각 불순물은 재생 콘크리트 압축강도에 미치는 영향은 미미한 것으로 나타났다.

- 안정도

황산을 이용한 골재 안정도 시험에 의하면 무게손실을, 굵은골재는 18 %, 잔골재는 15 %까지로 규정하고 있으나, 재생골재 시험결과 굵은골재는 18-59 % 이고, 잔골재는 7-21 % 로서 ASTM에 정한 규정을 많이 초과한다

③ 재생 콘크리트의 특성(이진용의 논문 1998년)

- 단위수량

재생골재는 흡수율이 높고, 골재 입형이 나쁘기 때문에 일반적으로 Workability가 나쁘게 되는 경향이 많아 보통 콘크리트에 비하여 동일 슬럼프를 얻기 위해서는 단위수량이 많아지는 경향이 있다. 일반적으로 12 cm 이하의 저슬럼프의 콘크리트에서는 콘크리트의 종류에 의한 단위수량의 차이가 적지만, 18 cm 이상의 고슬럼프의 콘크리트에서는 많은 차이를 보인다. 이와 같이 콘크리트의 단위수량이 많아지는 것은 콘크리트의 건조수축에 의한 균열을 발생시키는 원인도 되기 대문에 된비빔 콘크리트의 사용, 유효한 고성능 감수제의 사용 등에 의해 가능한 한 단위수량을 저감시키는 것이 바람직하다.

- 공기량

재생 콘크리트는 보통 콘크리트에 비하여 공기량을 많이 포함하고 있다. 그 이유는 재생골재의 입형이 나쁘기 때문에 잠재공기량이 많고, 골재자체의 공극이 크기 때문이다.

- 블리딩

재생 콘크리트는 보통 콘크리트에 비하여 단위수량이 크기 때문에 당초 블리딩이 커질 것으로 예상했지만 시험결과 오히려 작은 값을 나타냈다. 김무한(1993)의 연구에서도 재생 콘크리트의 블리딩양은 물촵시멘트비 60% 보다 40% 에서 현저히 적게 나타나고 있으며, 또한 재생골재의 대체율이 증가함에 따라 블리딩양은 감소하는 경향을 시험결과에서 얻었다.

- 압축강도

재생골재를 사용한 콘크리트는 보통 콘크리트에 비하여 8-32 % 정도 압축 강도가 낮았다. 재생골재의 대체량이 많아질수록 강도가 낮아지고, 양생기간이 길어질수록 강도차이가 많아지는 것을 발견하였다.

- 탄성 계수

재생골재는 비교적 낮은 탄성계수를 갖는 구모르터가 원골재 주위에 존재하므로 인해, 재생 콘크리트의 탄성계수는 원골재를 사용한 동종 콘크리트보다 낮다. 재생 콘크리트의 탄성계수는 대체율과 물 시멘트비에 따라 다르나, 약 15-40 % 정도 낮은 것으로 조사됐다.

- 크리이프

재생 콘크리트의 크리이프는 기존의 천연 굵은골재와 잔골재를 사용하여 제작한 보통 콘크리트보다 50% 높은 것을 발견하였다. 이것은 크리이프가 콘크리트속에 함유된 모르타르의 함유량에 비례하여 증가하기 때문으로 분석된다.

- 건조수축

일반적으로 모든 재생 콘크리트의 건조수축량은 동일한 천연골재로 생산한 콘크리트보다 배합비나 재생골재의 종류에 관계없이 약 50% 상승하였으며, 분쇄한 골재중 저급의 모르터 성분이 있는 재생골재를 사용하여 생산한 콘크리트보다 3배 정도 건조수축이 증가하였다. 재생 콘크리트의 건조수축은 천연골재를 전부 사용한 콘크리트의 건조수축보다 14-95 % 정도 많은 건조수축이 발생하는 것을 발견하였다.

- 내구성

재생 콘크리트의 흡수율은 보통 콘크리트의 흡수율보다 약 3배 증가한다. 이것은 천연 콘크리트와 잔골재가 혼합하여, 보통 콘크리트내에서 비교적 밀실한 매트릭스를 형성하는 반면에, 재생 콘크리트는 상대적으로 밀실한 매트릭스안에 분포된 재생골재사이의 많은 공극이 흡수성을 저하시키는 것으로 간주된다.

- 동탄성계수특성 (시험에 의한 데이터 값)

Fly ash를 혼입하지 않고 물·시멘트비가 0.4로 일정한 경우 재생 굵은골재 대체율이 증가할수록(0, 20, 40, 60, 80, 100 %) 상대동탄성계수는 높아졌으며, 또한 재생 굵은골재를 100 % 대체하고 물촵시멘트비가 0.4인 경우 동결융해 사이클 수는 물촵시멘트비가 0.5인 경우보다 다소 높은 것으로 나타났다(이진용 1998년)

※한국공업규격(KS)의 콘크리트용 재생골재

·재생골재의 물리적인 특성

종별 항목	재생 굵은 골재			재생 잔 골재
	1종	2종	3종	1종	2종
흡수율(%)	3이하	5이하	7이하	5이하	10이하
비중	-	2.2이하	-	2.2이상
마모강량(%)	-	40이하	-	-
입자모양판정 실적율(%)	-	55이상	-	53이상

·재생골재의 유해물 함유량의 허용값

구분 항목		재생 굵은 골재	재생 잔 골재
		1,2,3종	1,2종
0.08mm채 통과량(%)	콘크리트 표면이 마모작용을 받을 경우	1.5이하	5이하
시험에서 손실된 량(%)	그 밖의 경우	1.5이하	7이하

·재생골재로 만들 콘크리트의 적용분야

재생 콘크리트 종류	설계기준강도 (kg/mm2)	사용재생골재의 종류		이용 용도
		재생굵은 골재	재생잔골재
1급	210이하 180초과	1종	천연골재	교량하부공, 옹벽, 터널라이닝공,
2급	180이하 150초과	2종	천연골재 또는 1종	콘크리트불럭,도로구조물기초,측구,집수받이기초,중력식옹벽,중력식교대,
3급	150이하	3종	2종	채움재콘크리트,건축물의 비구조체 콘크리트 막콘크리트,

※재생골재의 크기 (그림)

그림   40mm자갈

그림 20mm자갈

그림 10mm이하 석분

④ 벽돌(시멘트 벽돌) 제조

건축폐기물의 재활용 기술개발 방안의 하나로서 상당량을 차지하는 폐콘크리트의 효율적 재활용방안 구축을 위해서 폐콘크리트를 파쇄한 후 얻어지는 재생골재를 콘크리트 2 차 제품인 시멘트벽돌에 활용하기 방법이다. 기존의 시멘트벽돌의 투입재료를 보면 시멘트, 모래와 부순 돌을 사용하고 있는데 부순 돌은 약 10 mm(평균 7-8 mm) 이하의 골재를 사용하고 있으며, 시멘트와 부순 돌의 연결재 기능을 가지는 모래는 비교적 굵은 입도의 왕사(최대입도 10 mm)를 사용하고 있다. 이러한 재료의 물리적 특성을 보면 부순 돌의 경우 제품의 골격재로 콘크리트에서의 굵은골재와 동일한 역할로서 상당한 체적을 차지하며 제품과 뼈대를 구성하는 입자로서 사용되고 있으므로 기존에 투입되는 부순 돌과 대체하여 사용하는 것이 적절할 것으로 판단됨

† 시멘트 벽돌의 성능시험 결과(김흥열 1996)

- 치수 및 허용오차

KS 규정에는 치수 및 허용오차는 길이, 나비, 두께에 상관없이 3mm 의 범위로 규정하고 있는데 실험결과 KS 허용오차를 만족하는 것으로 나타났다. 그러나 재생골재를 사용한 시멘트벽돌의 경우는 기존 시멘트벽돌의 경우보다 허용오차가 다소 높게 나타나고 있는데 이는 재생골재에 포함되어 있는 미립분의 영향에 의해 혼합시료가 성형기에 다소 불규칙적으로 투입되었고, 성형기의 진동과 압축조건이 기존 시멘트벽돌을 기준으로 작동되었기 때문으로 판단된다.

- 흡수율

KS 규정에는 20 % 이하 인데 기존 시멘트는 11-14.4 % 수준이었고 재생골재를 사용한 시멘트벽돌의 경우는 13.4-15.6 % 의 수준을 보이고 있어 품질기준에 적합한 것으로 나타났다. 약간의 차이는 재생골재에 포함되어 있는 미립분이 흡수율을 높이기 때문이라 판단된다.

- 압축강도

KS 규정에는 80 kg/cm2 이상으로 규정하고 있다. 재생골재 시멘트벽돌은 압축강도 187-235 kg/cm2 의 값을 보여, 기존 시멘트벽돌의 압축강도 149-208 kg/cm2 에 비하여 높은 값을 보이고 있으며 품질기준에 적합한 것으로 나타났다. 압축강도가 높게 나타나는 이유는 재생골재에 포함되어 있는 미립분이 골재와 골재사이의 공극을 밀실하게 채워주고 있다고 판단된다.

† 재생골재 시멘트 벽돌의 현장적용 성능시험 결과

- 단위용적중량

구조물의 자중경감과 경량화에 영향을 미치는 인자이다. 기존 시멘트벽돌의 경우 단위용적중량의 값은 2.06-2.14 t/m3 이고 재생골재 시멘트벽돌의 경우 2.13-2.16 t/m3 의 값을 보이고 있어 비슷한 수준을 나타냈다.

- 단열성능시험

재생골재 시멘트벽돌의 단열성능 평가에서 열전도율은 0.95-1.07 kcal/mh℃ 로 나타났는데 이는 기존 시멘트벽돌의 열전도율 1.2 kcal/mh℃ 와 비슷한 수준을 보이고 있어 기존 시멘트벽돌과의 대체 사용이 가능할 것으로 판단된다.

- 동결융해시험

한국산업규격(KS)에는 시멘트벽돌에 대한 동결융해시험기준이 설정되어 있지 않기 때문에 KS F 2456의 급속 동결융해에 대한 콘크리트의 저항 시험방법에 의거하여 실험하였다. 실험결과 일반 시멘트 벽돌과 재생골재 시멘트 벽돌 모두 파손 및 균열의 유무에 이상이 없는 것으로 나타나 동결융해에 대한 저항성이 큰 것으로 나타났다.

- 조적벽체의 압축강도시험

기존 시멘트벽돌에 대한 벽체의 압축 강도는 58-86 kg/cm2, 재생골재를 사용한 시멘트벽돌에 대한 압축강도는 87-105 kg/cm2 의 값을 보여 재생골재 시멘트벽돌의 벽체 압축강도가 높은 값을 나타내고 있다. 이유는 재생골재 시멘트벽돌의 단위별 압축강도가 기존 시멘트벽돌에 비하여 높기 때문이다.

- 내화성능 비교촵분석 실험

두 종류의 벽돌벽체 모두 가열 종료시까지 구조강도상 해롭다고 인정되는 변화는 발견되지 않았다.

- 차음성능

저주파인 125 Hz 대역에서의 음향투과 손실은 기존 시멘트벽돌벽체는 38.17 dB, 재생골재 시멘트벽돌벽체는 34.77 dB 로 나타났다. 고주파 2Hz 기존 시멘트벽돌벽체는 68.90 dB, 재생골재 시멘트벽돌벽체는 65 dB 로 나타났다. 전체적으로 보면 모두 차음성능이 우수한 것으로 나타났다.

⑤ 도로의 기층 및 보조 기층 골재로 이용

1980년대부터 미국과 유럽의 여러나라에서 재생 콘크리트 골재를 도로의 기층 및 보조기층, 콘크리트 골재로 활용하기 위한 노력이 검토되어 오고 있다. 국내 일부 도로 포장공사에도 재생 콘크리트를 사용하여 기층 및 보조기층으로 시공한 실적이 있으나, 재생 콘크리트 골재의 우수성에 비하여 시공실적은 매우 미흡한 실정이다. 그 이유로는 도로 개통후 발생하는 지속적인 교통하중의 작용, 지하수위의 변동 및 강우로 인한 골재의 수침 등 시공 후에 발생하는 환경적인 요소에 대하여 기층 및 보조기층으로 사용된 재생 콘크리트 골재가 우수한 공학적인 성질을 유지할 수 있을 것인가에 대하여서는 많은 의문점이 있으며, 시간 변화에 따른 성능변화 시험자료 및 현장측정 자료가 미비하였던 것이 한 원인이었다.

이러한 점을 감안하여 박태순, 김무일(1997)은 재생 콘크리트 골재가 기층 및 보조기층으로 사용되었을 때 발생하는 거동과 안정성을 실내시험과 시험시공을 실시하여 검토하였고 결과는 다음과 같다.

● 처짐시험결과 표층처짐의 경우 재생 콘크리트 골재 사용구간 대 혼합골재 구간 처짐량      차이가 거의 발생하지 않는 것으로 분석되었으며, 노상의 조건도 재생 콘크리트 골재 구     간과 혼합 골재 구간이 동일하게 분석되었다. 이 분석으로부터 재생 콘크리트 골재가 혼     합골재와 마찬가지로 상부에서 작용하는 교통하중을 기층 및 보조기층으로 적절하게 분     산 배분시키고 있다는 것을 알 수 있으며, 노상의 조건도 전구간이 동일한 조건을 보이     고 있었다.

● 콘크리트포장의 하중전달 효율과 특성을 분석하기 위해서 간접분석 방법중의 하나인 상     대강성반경(radius of relative stiffness)을 사용하였고, 재생 콘크리트 골재 시공구간과      혼합 골재 시공구간을 비교분석한 자료를 보면 재생골재로 시공된 구간과 일반쇄석골재     로 시공된 구간의 하중전달 효율과 특성이 동일한 것으로 분석되었다.

이를 바탕으로 재생골재로 시공된 도로구간이 상부하중을 지지하는데 필요한 콘크리트의 상대반경이 일반 쇄석 골재의 상대반경과 유사하여 포장시스템을 지지하는 주요한 요소인 기층 및 보조기층으로 사용될 수 있다.

† 도로용 폐콘크리트 재생골재 품질기준

대 구분	소 구분	기준항목	품질기준
노체	상부노체	최대치수	300mm이하
		수정 CBR값	2.5%이상
	하부노체	최대지수	300mm이하
노상	상부노상	최대치수	100mm이하
		소성지수(PI)	10%이하
		수정 CBR값	10%이상
	하부노상	최대치수	150mm이하
		소성지수(PI)	30%이상
		수정 CBR값	5%이상
동상방지층		최대치수	100mm이하
		0.02□이하 세립토 함량	3%이하
		모래당량	20%이상
보조기층		마모감량	50%이하
		소성지수(PI)	6%이하
		액성한계	25%이하
		실내 CBR값	30%이하
		모래당량	25%이하
기층	입도조정기층	마모감량	40%이하
		소성지수(PI)	4%이하
		수정 CBR값	80%이하
		안정성	20%이하
	시멘트안정처리기층	마모감량	40%이하
		소성지수(PI)	9%이하
		안정성	25%이하
		점토함유량	1%이하

† 도로용 폐콘크리트 재생골재의 표준입도(보조기층용 재생골재의 표준입도)

입도번호	통과중량 백분율(%)
	100mm	80mm	50mm	40mm	19mm	#4체	#10체	#40체	#200체
SB-1	-	100	-	70∼100	50∼90	30∼65	20∼55	5∼25	2∼10
SB-2	-	-	100	80∼100	95∼100	30∼70	20∼55	5∼25	2∼10

† 건설폐제 재활용 목표

연도별	목표율
	토사	콘크리트 및 벽돌	아스팔트콘크리트	건축폐목재
98년 1월 1일 99년 12월 31일	60	50	35	-
2000년 1월 1일 2001년 12월 31일	70	70	70	30
2002년 1월 1일	75	75	75	50

Ⅲ. 결론

환경문제에 대한 법규의 강화와 각종 환경단체의 활동으로 인하여 건설폐기물의 적정처리와 재활용에 대한 업계의 관심이 고조되고 있으며, 전세계적으로는 초국가적인 GR(그린라운드)의 등장 등으로 선진국형 법적 규제의 강화에 따라 각 현장에서는 발생 폐기물의 분리수거 및 소각로 등을 설치하여 각종 건설폐기물의 감량화 및 현장환경관리 방안을 수립하여 환경문제에 적극적으로 대비해야 하는 시대가 도래했다. 또한 골재원의 장기적인 수급대책을 세우지 않는다면 2천년대에는 골재수입이 불가피하게 될 것이라는 평가가 나오고 있으며, 건설교통부에 따르면 우리나라의 골재부존량은 1백31억3백 m3 로 이용가능한 물량은 하천골재 20억6천5백만 m3, 바닥골재 8억3천6백만 m3, 산림골재 8억6천7백만 m3 등 39억6천3백만 m3 로 전체부존량의 31 % 에 해당된다. 그나마 실제 채취가능량은 민원, 토지이용제약 등으로 매년 감소 추세이고 현실적인 채취량은 20억 m3 뿐인 것으로 추정되고 있다. 또한 각종 대형 사업으로 인하여 골재의 소요가 매년 증가될 전망이므로 이로 인해 재생 골재의 이용이 불가피한 현실이다. 이렇게 부족한 매립장과 건설공사의 골재 자원부족에 시달리는 우리나라는 건설폐기물의 재활용을 통한 감량화와 폐기물 발생을 억제하는 건설공정의 도입이 건설폐기물에 대한 가장 이상적인 대책이라고 생각된다.

그러기 위해서는 건설폐기물의 발생원에서부터 최종처리까지 종합적인 방안의 마련 및 실시를 통하여 적정처리 및 재활용 등을 꾀함으로써 자원 및 에너지 절약, 환경보전적 건설산업을 이루어야 할 것이며 또 건설에 관계되는 개인과 사회의 폐기물 감량 및 재활용에 대한 의식 수준의 향상과 더불어 폐기물의 재활용을 전제로 하는 구조물의 계획 및 설계에 대한 개념이 확산되어야 하고 더 나아가서는 보다 효과적인 기술적, 법적, 제도적, 교육적인 대처 방안이 마련되어야 할 것이다

※ 환경부방침 "재생(순환)골재사용 내년부터 의무화”

◐ 환경부는 최근 건설폐기물이 급증함에 따라 내년부터 공사현장에서 재생골재의 사용을 일정비율 이상 의무화활 방침이다. 지난 23일 환경부가 민주당 홍재형의원에게 제출한 국감자료에 따르면 올해 건설폐기물 발생량은 1일 10만톤을 넘어서 96년 2만8천여톤의 4배에 이르고 있다. 특히 향후 20년 뒤면 재개발과 재건축으로 건축폐기물이 7배 가까이 급증할 것으로 환경부는 전망했다.(대한전문건설협회 “전문건설” 제663호 보도자료 인용 2002.9.30)

이에 따라 인선ENT에서 지난 2002년 7월 인선ENT와 한국건설기술연구원이 공동 개발한

“건설폐기물처리 차세대 신기술”에서 독점 생산되는 KS규격1종 콘크리트용 재생(순환)골재가 환경부의 재생(순환)골재 사용에 대한 의무화가 내년부터 시행되면 인선ENT는 향후 “차세대 신기술”에서 독점 생산되는 KS규격1종 재생(순환)골재에 대한 수요가 증가하여 공급계약수주가 확대 될 것으로 예상했다. 인선ENT는 재생(순환)골재의 의무사용방침이 환경부에서 공식적으로 확정되면 재생(순환)골재에 대한 설계가 가시화 될 것이며 매출신장과 순이익이 크게 증가할 것이다.

※각각의 시험 성적표(그림)

※ 신기술 공법

† 신기술 개요

- 건설 폐기물을 파쇄하여 재생골재를 생산하는 공정중 "폭기수조를 이용한 세척 및 불순     물 자동분리 공법" 과 "콘크라셔를 이용한 건설폐기물 재생제품의 입형을 개선" 함으로     써 품질을 개선하는 기술

- 건설폐기물을 환경기준에 맞게 우선 처리한 후 고품질의 재생골재를 생산하여 석산개발     의 환경파괴를 줄이는 사회비용 절감 등 일석 3조의 효과를 거두기 위하여

- 건설폐기물을 단순 매립하므로써  재활용 가능한 자원을 낭비하고, 매립지 수명을 단축하     는 폐단을 개선하는 효과를 거두며

- 건설폐기물을 환경적으로 처리하지 아니하고 재활용함으로써 수반되는 제2·3의 환경오     염을 막아 토양과 지하천연수를 원상으로 보존하는 효과를 거둠

† 신기술의 공정

① 신기술 공법의 모든 과정은 중앙전자 제어실에서 이루어지며 1차 죠크라셔에서 건설폐      기물을 200mm 입자크기로 파쇄하여

② 수중폭기조, 물분자 고압노즐과 회전틀이 내장된 수조탱크에 옮겨져 불순물 부유 및 골      재를 고압에서 세척하고

③ 이때 분리된 쓰레기 등 부유물은 송출용 회전틀 방향으로 물흐름을 조절해 수조탱크외      부로 송출되며

④ 이과정을 마치면 바로 2차 죠크라셔에 들어가 폐기물은 다시 50mm 정도로 파쇄되고

⑤ 여기서 끝나는 것이 아니고 골재 입형을 개선시켜주는 콘크라셔를 이용하여 40m/m ·      25mm 및 9mm의 골재완제품이 생산된다.  이때 이물질은 0.02%미만으로 함유하여 폐      기물관리법 허용기준 1%보다 훨씬 환경적으로 처리된다.

⑥ 이 과정중 선별기 및 강한 송풍기를 이용한 쓰레기분리와 자선기를 이용한 철편분리        등의 재래적 공정은 보다 강화된 시설·장비로 처리되며

⑦ 신공법으로 추가되는 수중폭기조의 용수 정화처리 공정이 환경기준에 맞게 동시에 가동      되어 모든 공정이 유기적으로 조합되어 운용된다.

우진 환경개발에서 특허신청