제철 공정에서 부산물로 발생하는 슬래그(Slag)는 고온으로 배출되어 냉각하는 과정에서 결정화된 것 으로 물리, 화학적으로 안정되어 있어 환경적으로 무해한 재료로 알려져 있다. 특히, 전기로 산화 공정에 서 발생하는 슬래그는 천연골재에 비해 비중이 크고 높은 강성을 가지므로 건설용 골재로서 활용 가치가 높다. 그러나, 현재 슬래그는 주로 성토/도로노반재용과 같은 저부가 용도로 처리되고 있어 골재 특성을 활용한 건설재료 활용 기술 개발이 시급한 실정이다. 본 연구에서는 전기로 산화 슬래그를 아스팔트 혼합 물 골재로 활용하기 위한 골재 물성 평가와 슬래그를 활용한 아스팔트 최적 배합설계 및 품질 평가를 수 행하여 일반 아스팔트와 비교 평가하였다. 또한, 현장 시험 적용을 통해 생산성 및 현장 작업성을 평가하 고 모니터링을 통해 슬래그를 활용한 아스팔트 포장의 장기 내구성을 평가하였다. 전기로 슬래그를 골재로 100% 치환하여 최적 배합비를 도출한 결과 아스팔트 콘크리트 표층 혼합물 (wc-2 배합)은 일반 표층 대비 변형강도 기준 40% 이상 높은 품질을 나타냈다. 이를 바탕으로 실제 도로 현장에 시험 포장을 실시하여 생산성 및 현장 작업성을 검증하였으며, 포장 후 3년간 사후 모니터링을 실 시한 결과 포장평가지수 등급 기준(UPCI) 슬래그 C등급, 일반 E등급으로 판정되어 슬래그 포장이 일반 대비 높은 내구성을 갖는 것으로 분석되었다.

콘크리트의 수축현상은 체적 변화를 발생시키며 균열의 원인이 되어 구조물 내구성 및 안정성에 영향을 미친다. 콘크리트의 수축 에 영향을 미치는 요인은 매우 다양하며, 특히 골재는 시멘트 페이스트의 변형을 구속하여 수축 발생을 억제하기 때문에 골재의 특성은 수축 현상에서 중요하게 고려하여야 하는 부분이다. 한편, 골재 부족 현상으로 인해 천연 골재 대체재 개발 및 적용에 대한 연구가 다방면으로 진행되고 있으며 콘크리트용 골재로 사용 되는 재료도 점차 다양해지고 있다. 따라서 본 연구에서는 전기로 산화 슬래그를 굵은 골재로 사용한 콘크리 트의 수축 특성을 평가하기 위해 수축 실험을 진행하였으며, 실험 결과와 수축 예측 모델을 비교하여 기존 예측 모델의 적용성을 검토하였다. 실험 결과, 전기로 산화 슬래그를 굵은 골재로 사용함에 따라 수축량이 감소하는 결과가 나타났으며, 특히 자기수축 저감 효과가 크게 나타났다. 예측 모델과의 비교 시 건조수축과 자기수축 각각 GL2000 모델과 Tazawa 모델이 가장 유사한 예측값을 나타냈으나, 보다 정확한 예측을 위해서는 골재 및 혼화재의 물성을 고려할 수 있도록 보완이 필요한 것으로 판단된다.

In this study, the fundamental properties of concrete using industrial waste as aggregate were evaluated. The concrete specimens were prepared using the steel slag as coarse aggregate and heavyweight waste glass. It was found that when the electric arc furnace slag substitution ratio increased, air contents and density also increase. However, the slump is decreased with an increase in the substitution ratio of electric arc furnace slag.

In this paper, the mechanical properties of GGBFS concrete according to the replacement ratio of electric arc furnace oxidizing slag fine aggregate was evaluated. As the replacement rate of EOS fine aggregate increased, the amount of slump and air content decreased. In addition, EOS concrete increased the initial compressive strength, but, it tended to decrease at 28 days.

본 논문은 전기로 산화슬래그 골재를 사용하여 콘크리트를 제작하여 물리적 성능을 평가하였다. 실험은 전기로 산화슬래그 골재를 치환하여(잔골재-굵은골재) 0%-0%, 0%-100%, 50%-100%, 100%-100%으로 각 4수준으로 일반강도영역 W/C 45%와 고강도영역인 W/C 30% 의 2수준으로 제작하여 진행하였다. 굳지 않은 콘크리트에서는 공기량, 플로우 및 슬럼프, 단위용적질량 실험을 진행하였으며, 경화 콘크리트 에서는 압축강도 및 휨강도, 단위용적질량 실험을 통하여 물리적 특성을 검토하였다. 본 연구의 실험결과 전기로 산화슬래그의 혼입량이 증가 함에 따라 콘크리트의 강도 증진 효과가 나타났으며, 이는 전기로 산화슬래그 골재 내에 β-C2S로 인하여 골재 내외부에서 강도 증진 효과를 발 휘한 것으로 사료된다.

As the amount of slag generated annually increases, attempts to recycle slag as high value products are underway in order to develop an efficient resource recycling industry based on slag and derive economic benefits as well. However, the application of electric arc furnace (EOS) slag as construction material is practically limited because of the unstable substances included in it, such as free CaO.(EOS contains a small amount of free CaO, but several limitations still exist. Slag is stored for more than 3 months depending on the quantity of slag, which leads to additional economic loss. In this study, the amount of free CaO present in EOS is quantitatively evaluated to examine its qualities as a potential construction material and verify its application as concrete material. The quantitative analysis of free CaO present in EOS is performed using ethylene glycol. The free CaO contents of EOS samples were found to be below 0.5%. This satisfies the criteria specified in KS F 4571, which states that the CaO content should be below 40% and CaO/SiO2 ratio should be below 2.0. In addition, it was confirmed that free CaO content difference appears to be dependent on the aging period and storage position.

In this study, the concrete compressive strength test conducted according to the replacement ratio of electronic arc furnace oxidizing slag. As higher substitution rate of the electronic arc furnace oxidizing slag aggregates, early concrete compressive strength development is effective and the higher the concrete compressive strength as too.

최근 골재 수급불균형 문제 및 천연자원 고갈에 관한 사회적 관심이 집중되는 가운데, 종래 철강공정에서 부산물로 발생하는 슬래그 중 전기로 산화슬래그는 그 물리적 특성이 일반 골재와 유사한 특성이 있어 콘크리트용 골재로서 활용가능성이 높게 평가되나 슬래그 중 함유되어 있는 free-CaO에 의한 표면결함을 야기하는 문제를 내재하고 있다. 본 연구는 이러한 전기로 산화슬래그 골재의 화학적 안정성 확보 방안을 도출하고 이를 통해 안정화된 슬래그 골재를 용도별 콘크리트용 잔골재로 활용하여 콘크리트의 역학적 성능 및 내구성능을 실험적으로 평가함으로서 최종적으로 전기로 산화슬래그 잔골재의 활용방안을 제시하는 데 그 목적이 있다. 본 연구결과, 전기로 산화슬래그의 골재입경 조정, 소정 기간 동안의 자연 에이징 처리에 의해 팝아웃 등의 표면결함을 대폭 저감할 수 있는 것으로 나타났으며, 콘크리트 용도별 대체율에 따른 역학적 성능 및 내구성능은 일반 골재와 비교하여 동등 또는 동등 이상의 성능을 발현하는 것으로 평가되었다. 향후 전기로 산화슬래그 잔골재 활용시에는 콘크리트의 미관저해 현상이 나타나지 않도록 충분한 사전 에이징 또는, 가공처리 등 안정성 확보를 위한 품질관리가 선행되어야 할 것이다. 또한, 철강부산물의 친환경적인 자원순환 시스템을 확립하기 위해서는 전기로 산화슬래그 골재에 대한 품질관리방안 확립과 더불어 다양한 용도개발이 이루어져야 하며 각종 공학적 특성 및 내구성에 관한 지속적인 연구개발이 이루어져야 할 것이다.

본 연구는 산업부산물을 아스팔트 혼합물 포장에 활용하고 천연골재를 대체하기 위한 연구로써 전기로 산화 슬래그를 이용한 아스팔트 혼합물의 물리적 성능과 내구성능을 분석하였으며, 현장 적용성을 분석하기 위하여 시험시공을 실시하였다. 아스팔트 혼합물의 내구성능을 평가하기 위해 아스팔트 혼합물의 최적 배합을 도출하여 평가하였다. 마샬안정도 등 실내시험결과 전기로 산화 슬래그 혼합물이 일반 혼합물보다 높은 강도를 나타내었다. 수분 민감도 실험에서도 일반 혼합물과 동등한 저항성을 나타냈다.시험시공을 통한 현장 적용성은 기존 천연골재 아스팔트 혼합물과 동일하였으며, 미끄럼저항성능이 더 우수한 것으로 확인되었다.

Replacement aggregate source like as electric arc furnace slag will be important more and more in the domestic construction field. Recently KS F 4715 was revised in order to utilize electric arc furnace slag as concrete aggregate. However, stability for an actual structure has not been confirmed sufficiently. Therefore, more careful attention should be paid on the quality management of slag aggregate. To evaluate the volume stability of electric arc furnace slag, a method of immersion expansion for evaluating road aggregate has been used. These conventional method needs long time, so there are many demands from industry for fast testing method. This paper is intended to evaluate whether the acceleration test method in the hydro thermal condition is proper or not, and find the correlations between the volume expansion and oxide compounds of slag aggregate. The test results indicates that the acceleration test method has sufficient possibility as a way of evaluating the safety of electric arc furnace slag, and that there is no correlations between the volume expansion of mortar bar with slag aggregate and the oxide compositions of slag aggregate, but the main cause of the pop-out phenomenon is the MgO content of slag aggregate.

For utilization of Electric Arc Furnace Slag’s high added value, KS F 4571 was revised, so the institutional environment to use concrete aggregate was prepared. But, it has hardly been reported how much the slag occurring in actual steel-making plants meets KS requirements. Therefore, this study was intended to analyze various engineering features of electric arc furnace slag, which occur in diverse kinds of electric arc furnace process to manufacture reinforcing rebar, hot roll, and shape steel, in accordance with KS and relevant standards. The test results from this study showed that electric arc furnace slag occurring in Korea didn’t meet the standards relating to many physical properties, such as water absorption, grading, unit volume weight, and material passing standard sieve 0.08 mm which are required for concrete aggregate and are prescribed in KS F 4571, and therefore that something is needed to be improved. Regarding chemical properties, heavy metal solubility based on official wastes test method, CaO and FeO were met, but content of MgO related to expansion and basicity exceeded or came close to standards. Therefore, it was found that some measures should be taken to address the issue.

이 연구에서는 철강 공정에서 발생되는 전기로 산화슬래그 골재를 사용한 철근콘크리트 보의 전단 성능을 평가하였다. 이를 위하여 총 6개의 단순지지형 실험체를 제작하여 전단실험을 수행하였다. 주요 실험변수는 골재의 종류와 전단철근의 유무로 하였다. 실험체는 전단경간비가 2.5, 폭 200mm, 유효깊이가 300mm인 직사각형 단면으로 4점가력을 받도록 계획하였다. 기존 강도식을 사용하여 실험체의 전단강도를 예측하였으며, 전단해석모델을 사용한 유한요소해석을 수행하여 전기로 산화슬래그 골재를 사용한 실험체의 전단거동을 예측하였다. 실험결과로부터, 전기로 산화슬래그 골재를 사용한 실험체의 전단 성능은 천연골재를 사용한 실험체와 서로 유사한 것을 확인할 수 있었다.

국내 천연자원은 1980년대 이후 지속적인 국토개발 사업으로 사용량이 한계에 이르고 있다. 특히, 건축 및 토목분야에 가장 많이 사용되고 있는 건설재료 중의 하나는 골재로 시멘트 및 아스팔트와 함께 사용되어 구조물의 골격을 이루는 중요한 자원이다. 현재의 건설경기는 장기화된 경기침체로 감소의 경향을 나타내고 있지만, 과거에 무분별하게 사용되었던 실적으로 천연 골재의 수급이 어려운 실정이다. 또한, 국민들의 의식 수준이 높아짐에 따라 환경보전의식이 대두되어 새로운 천연자원의 개발은 많은 제약이 따르게 된다. 이러한 제약을 탈피하고자 골재의 경우에는 기존 구조물의 철거 시 발생하는 폐기물을 재활용하여 사용하고 있지만, 기존 골재보다 품질성능이 좋지 않아서 제품으로써의 파급효과가 적은 실정이다. 하지만, 한정된 천연 자원을 보존하는 현실을 감안한다면 순환골재의 사용은 증가할 것으로 사료되며, 이와 더불어 순환골재를 대체할 수 있는 대체재료의 개발과 적용이 동반하여 증가할 것으로 판단된다. 이상의 국내 현실을 감안하여 본 연구에서는 철강산업의 부산물로 발생하는 전기로 산화슬래그를 아스팔트 콘크리트용 골재로 제품화하여 천연골재를 보존하는 친환경 연구를 추진하고자 한다. 현재, 전기로 산화슬래그는 기타 다른 철강부산물보다 품질성능이 우수하지만, 발주처의 인식부족으로 신설도로의 노반재료로 대부분 사용되고 있는 실정이다. 일부 시멘트 콘크리트용 골재로 사용된 실적도 소개되고 있지만, 슬래그에 존재하는 불안정한 Free-CaO와 MgO가 물과 반응하여 체적팽창에 따른 구조물의 파괴를 초래하여서 시멘트 콘크리트용 골재로는 기피하고 있는 실정이다. 하지만, 아스팔트 콘크리트는 아스팔트가 골재를 코팅하고 있는 형태로 수분이 전기로 슬래그에 직접적으로 닿는 것을 차단하므로, 전기로 슬래그의 체적팽창을 방지할 수 있는 구조이다. 따라서, 본 연구에서는 수분의 침투에 따른 체적팽창을 모사할 수 있는 수분 민감도 시험과 마샬 안정도, 간접인장강도를 측정하여 실내 내구성능을 분석하였다. 또한, 중차량의 통행량이 빈번한 제철 사업장의 사내도로에 포설하여 전기로 슬래그 골재의 실제적인 거동을 분석하였다. 전기로 산화 슬래그를 적용한 아스팔트 혼합물의 전반적인 물성결과는 다음과 같다. 수분의 침투에 따른 강도저하를 평가할 수 있는 수분민감도에서는 86%의 높은 강도유지발현을 하고 있었다. 마샬 안정도와 간접인장강도 역시 기준을 훨씬 상회하는 것은 물론이며, 일반 천연골재 아스팔트 혼합물보다 우수한 강도를 발휘하고 있는 것을 알 수 있었다. 현장 시험포장에서 코아를 채취하여 측정한 다짐 에너지는 일반이 96 %, 전기로 슬래그가 99.6 % 로 일반 혼합물보다 다짐 에너지가 충분히 전달된 것으로 분석되었다.