일반골재인 자갈, 모래와 중량골재인 산화 슬래그 및 자철광을 이용하여 5 종류의 콘크리트를 제작하여 감마선 차폐특성과 압축강도를 살펴보았다. 골재는 평균적인 크기에 따라 비교적 작은 크기의 잔골재와 큰 크기의 굵은 골재로 구분하여 사용하였다. 실험 결과 산화 슬래그 잔골재와 굵은 골재를 사용한 콘크리트가 일반 골재만을 이용하여 배합한 콘크리트 시 편보다 137Cs 감마선에 대해 2% 향상된 감쇠계수인 0.371 cm-1을 기록하였다. 각 시편들의 단위중량을 측정한 결과 자철광 잔골재와 산화 슬래그 굵은 골재로 배합한 조건의 단위중량이 가장 높은 3,175 kg·m-3이었다. 산화슬래그를 잔골재와 굵은 골재로 배합한 조건의 단위중량은 3,052 kg·m-3으로 최대 단위중량 조건보다 123 kg·m-3 낮았지만 감쇠계수는 오히려 0.012 cm-1 향상되었다. 골재들의 화학성분 분석결과 산화 슬래그는 자철광에 비해 마그네슘의 비율은 낮고 칼슘의 비율은 높아 구성에 있어서 차이를 보였다. 따라서 산화슬래그만을 골재로 사용한 경우 자철광을 잔골재로 사용한 경우보다 단위 중량은 낮았지만 마그네슘과 비교하여 원자번호가 큰 칼슘의 비율이 높아서 감마선 차폐성능이 향상된 것으로 생각된다. 중량골재가 배합된 모든 시편들은 일반 골재를 이용한 콘크리트보다 압축강도가 높았고, 산화슬래그와 자철광의 잔골재만을 사용한 경우 4주 양생 후 압축강도가 일반 콘크리트에 비해 45% 향상된 50.2 MPa을 기록하였다.

국내 폐슬레이트 발생량은 매년 증가 추세로 지정매립장 용량이 한계에 다다르고 있어 슬레이트를 대용량으로 안전하고 저렴하게 처리함과 동시에 재활용할 수 있는 방법이 필요하다. 이에 대한 대안으로 시멘트 소성로를 이용한 폐슬레이트 열처리 방법을 들 수 있다. 이 연구에서는 플라즈마를 이용하여 시멘트 소성로의 고온 환경을 모사할 수 있는 중간 규모(pilot scale)의 장치를 개발하고 이를 이용하여 폐슬레이트 내 석면의 비활성화 및 시멘트 원료로의 재활용 가능성을 확인하고자 하였다. 중간규모 실험 장치는 플라즈마 토 치를 이용하여 실제 소성로와 동일한 조건을 가지도록 1/50로 축소·제작하였다. 실험조건은 시멘트 소성로의 소성 시간과 동일하게 20분간 200-2,000oC까지 100oC 간격으로 온도를 상승시키며 폐슬레이트의 비활성화 실험을 실시하였다. 플라즈마 고온반응기를 이용하여 열처리한 폐슬레이트의 XRD, PLM, TEM-EDS 분석결과, 1,500oC 이상의 온도에서 슬레이트 내 백석면이 고토감람석으로 광물 상전이가 일어나 비활성화되고 시멘트 구성 광물인 라나이트(Ca2SiO4)가 형성됨을 확인하였다. 이 연구 결과는 추후 시멘트 소성로를 이용하여 대용량의 슬레이트를 경제적이고 안전하게 처리함과 동시에 시멘트 원료로 재활용할 수 있는 방안에 대한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

This study evaluated the standard consistency, setting time, hydration heat, and compressive strength of binary blended cement concrete (general and high strength) using air cooled ladle furnace slag (LFS) of 3, 5, 7, 10wt.% as an admixture for ordinary portland cement (OPC). Results showed that binary blended cements using the LFS of lower than 5wt.% shortened the setting time and reinforced the compressive strength of concrete (general and high-strength) compared to OPC concretes although binary blended cements needed more water to achieve the standard consistency. This indicated that LFS could be used as a useful admixture for manufacturing binary blended cement. Thus, we expected that the upcycling of LFS would be contributed to save energy consumption and reduce the greenhouse gas emission from the field of cement industry.