폐건축자재를 분쇄해 만든 친환경 콘크리트의 압축 강도 실험

전 세계적으로 건축 산업은 막대한 자원을 소비하고, 동시에 폐기물을 대량으로 발생시키는 대표적인 산업으로 꼽힌다. 특히 노후 건물 철거 시 발생하는 폐건축자재는 매립과 소각 과정에서 환경오염을 유발하며, 자원 순환의 큰 걸림돌로 작용한다. 그러나 최근 건설 기술 분야에서는 이러한 폐자재를 단순 폐기하지 않고, 분쇄·재활용하여 친환경 콘크리트로 재탄생시키는 시도가 활발히 이루어지고 있으며 우리 주위에서도 많이 볼 수가 있다. 이 연구의 핵심은 폐콘크리트, 벽돌, 타일 등 다양한 건축자재를 분쇄해 만든 재생골재(Recycled Aggregate)를 기존 천연골재의 일부로 대체한 후, 그 콘크리트의 압축 강도를 분석하는 것이다. 이를 통해 친환경 자재로서의 실용성과 구조적 안정성을 검증하고자 한다.

 

폐건축자재의 재활용 원리와 친환경 콘크리트 제조 과정

 

폐건축자재는 주로 철근 콘크리트, 벽돌, 석재, 타일 등으로 구성되며, 이들은 일정 비율로 재활용될 경우 충분히 새로운 구조용 자재로 활용될 수 있다. 연구진은 철거된 건물에서 나온 폐콘크리트를 중심으로, 불순물을 제거하고, 입경 5mm~20mm 크기로 분쇄·정제한 재생골재를 제작했다. 분쇄 과정에서는 철근 및 금속 이물질을 제거하기 위해 자기분리기(magnetic separator)를 활용했고, 미세한 먼지 제거를 위해 세척 단계를 거쳤다. 이후 제조된 재생골재를 사용해 친환경 콘크리트 시료를 제작했다. 콘크리트 배합 비율은 시멘트:물:모래:골재 = 1:0.5:2:3의 비율을 기본으로 설정했고, 천연골재의 0%, 25%, 50%, 75%, 100%를 각각 재생골재로 대체해 5종류의 샘플을 만들었다.

 

또한 강도를 높이기 위해 플라이애시(Fly Ash) 10%와 실리카퓸(Silica Fume) 5%를 혼합하여 보강했다. 재생골재 콘크리트의 제조 과정에서는 일반 콘크리트와 달리 수분 흡수율 관리가 중요하다. 폐자재를 분쇄한 골재는 표면이 거칠고 공극률이 높기 때문에, 연구진은 혼합 전 사전 포화(Saturated Surface Dry) 과정을 적용해 수분 흡수 편차를 줄였다. 이렇게 제작된 시료는 7일, 14일, 28일 동안 양생시켜, 압축 강도 및 내구성을 측정할 준비를 마쳤다.

 

 

친환경 콘크리트의 압축 강도 실험 및 결과 분석

압축 강도 실험은 KS F 2405 규격에 따라 수행되었으며, 각 배합 비율별로 제작된 100mm × 200mm 원주형 시편을 대상으로 했다. 실험은 재령 7일, 14일, 28일에서 각각의 압축 강도를 측정하는 방식으로 진행되었다.

 

결과적으로, 천연골재 100%를 사용한 기준 콘크리트의 28일 강도는 평균 32.4MPa로 측정되었고, 재생골재를 25% 대체한 시료는 30.8MPa, 50% 대체한 시료는 28.9MPa, 75% 대체 시 27.2MPa, 100% 대체 시 24.1MPa로 측정되었다. 이는 대체율이 높아질수록 강도가 다소 감소하지만, 50% 이하의 비율에서는 구조적 안전성이 충분히 확보된다는 점을 보여준다.

 

흥미로운 점은, 플라이애시와 실리카퓸을 함께 사용한 혼합 시료에서는 강도 저하 폭이 상대적으로 작았다는 것이다. 미세한 입자가 콘크리트 내부의 공극을 채워 결합력을 높였기 때문이다. 또한 내동해성(Freeze–Thaw Resistance) 실험에서도 재생골재 콘크리트는 일반 콘크리트 대비 약 85% 수준의 내구성을 유지해, 혹한 지역에서도 일정 수준의 안정성을 확보할 수 있음을 확인했다.

 

실험 후 미세구조 분석(SEM) 결과에서는, 재생골재의 표면이 천연골재보다 다공성이지만, 시멘트 수화 생성물(C–S–H 젤)이 균일하게 분포되어 결합 구조가 안정적인 것으로 나타났다. 이 결과는 폐건축자재로 만든 친환경 콘크리트가 기술적 보완을 통해 충분히 구조용 자재로 활용될 수 있음을 과학적으로 입증한다.

 

 

친환경 콘크리트의 지속 가능성 및 건설 산업적 가치

폐건축자재를 재활용한 친환경 콘크리트는 단순한 기술적 시도를 넘어, 건설 산업의 순환경제 실현이라는 중요한 의미를 가진다. 국내 건설 폐기물 발생량은 연간 8천만 톤을 넘어서며, 그중 40% 이상이 콘크리트 잔재물로 구성되어 있다. 이 자원을 적절히 재활용하면 천연골재 채취로 인한 환경 훼손을 줄일 수 있고, 매립 부담도 획기적으로 완화된다.

 

경제적 측면에서도 이 기술의 파급력은 크다. 천연골재 확보가 어려운 도시 지역이나 섬 지역에서는 재생골재를 활용하면 운송비를 절감할 수 있으며, 시멘트 사용량을 줄이는 탄소 절감 효과도 얻을 수 있다. 실제로 연구진은 재생골재 콘크리트를 사용했을 때, CO₂ 배출량이 기존 대비 약 18% 감소함을 확인했다. 이는 친환경 건축 자재 인증(LEED, G-SEED 등)을 획득하는 데도 유리한 요인으로 작용한다.

 

향후 발전 방향으로는, 폐콘크리트 외에도 유리, 도자기, 폐타일 등을 혼합한 복합 재활용 콘크리트 기술이 주목받고 있다. 이러한 복합 소재는 강도 보완뿐 아니라 미관적 효과까지 제공해 건축 디자인 분야에도 적용 가능성이 크다. 결과적으로, 폐건축자재를 분쇄해 만든 친환경 콘크리트는 자원 순환, 경제성, 환경 보호를 동시에 실현하는 미래형 건설 기술의 핵심 축으로 평가된다.