건축 자재 산업은 지속 가능한 개발을 추구하면서 기존의 재료를 대체하거나 보완할 수 있는 산업 부산물에 주목하고 있다. 그중 고로슬래그는 제철 공정에서 발생하는 대표적인 부산물로 시멘트 대체재로 오랜 기간 연구되어 왔다. 고로슬래그는 일반 포틀랜드 시멘트와 혼합하여 사용할 경우 초기 강도 발현에는 제한이 있으나 장기 강도 증가와 수밀성, 염화물 침투 저항 등에서 우수한 성능을 보인다. 그럼에도 불구하고 고로슬래그의 실질적 활용은 전체 발생량에 비해 매우 낮은 수준이며 상당수가 매립되거나 단순 폐기된다. 이러한 미활용 고로슬래그를 건축용 콘크리트에 재활용함으로써 자원 순환을 실현하는 동시에 환경 영향을 줄일 수 있는 방안이 요구되고 있다. 그러나 문제는 내화 성능이다. 고로슬래그를 활용한 콘크리트의 일반 물성은 상당한 수준까지 확보되었지만 고온에서의 안정성이나 열적 손상 저항성에 대한 정밀한 검토는 부족하다. 특히 건축 구조물은 화재에 노출될 경우 내화 성능이 확보되어야 구조적 안정성을 유지할 수 있다. 이러한 배경에서 고로슬래그를 포함한 콘크리트의 내화 성능은 실제 구조물에 적용 가능한지 판단하는 핵심 요소가 된다. 본 글에서는 미활용 고로슬래그를 재사용한 콘크리트의 열적 안정성, 균열 발생 패턴, 고온 후 잔존 강도 등을 중심으로 구조적 적용 가능성을 평가하고자 한다.
미활용 고로슬래그 콘크리트의 열적 안정성
고로슬래그 콘크리트의 열적 거동에 대해 알아보자. 콘크리트가 고온에 노출되면 수분 증발, 열팽창, 내부 기공 압력 상승 등이 복합적으로 작용하여 균열이나 박리 현상이 발생하게 된다. 고로슬래그가 포함된 콘크리트는 일반 포틀랜드 시멘트보다 모세관 공극이 적고 치밀한 구조를 가지기 때문에 열적 안정성이 다소 높게 나타날 가능성이 존재한다. 특히 미활용 고로슬래그는 입도 분포가 균일하지 않거나 불순물이 포함되어 있어 물성 확보에 불리할 수 있으나 일정 비율 이하로 혼입 했을 때 오히려 내화 성능이 보완되는 경향을 보이기도 한다. 이는 고온 조건에서의 수화물 재결정 현상과 관련이 있으며 열전도율이 낮은 부산물이 일부 열 차단 효과를 제공하기 때문이다. 실험적으로는 고로슬래그 함량을 다양한 비율로 조정하여 이천도에서의 노출 후 잔존 압축 강도와 폭렬 저항성을 평가한다. 이 과정에서 고온 후 변색 정도, 내부 균열 형태, 표면 손상 정도 등을 종합적으로 분석해야 하며 이는 실제 건축물에서 발생할 수 있는 화재 상황을 가정한 실증적 근거로 작용한다. 이러한 평가를 통해 고로슬래그 콘크리트의 내화 성능은 슬래브, 벽체, 기둥 등 다양한 구조 부재에 대한 적용 가능성 여부를 판단할 수 있게 된다.
내화 성능
고온 노출 시험을 통해 고로슬래그 콘크리트의 내화 성능을 검증하는 방식은 주로 국내외 규격을 기반으로 이루어진다. 가장 일반적인 방식은 특정 온도까지 시간에 따라 가열한 후 잔존 물성이나 구조 거동을 확인하는 방법이다. 이때 핵심은 표면 박리 여부, 균열 발생 위치, 하중 작용 하의 처짐 변화다. 고로슬래그는 본질적으로 수산화칼슘 생성이 적기 때문에 고온에서 급격한 탈수 반응이 억제되는 특성을 가진다. 이는 폭렬 현상을 줄이는 데 도움이 되며 균열의 폭과 밀도 측면에서도 일반 콘크리트보다 안정적인 결과를 보이는 경우가 많다. 하지만 함량이 과다할 경우 경화 불균형이 발생해 오히려 손상 가능성이 커질 수 있으므로 최적 배합 설계가 필수적이다. 구조적 관점에서는 열하중 작용 후의 변형률 회복률, 탄성계수 감소량, 압축강도 잔존율 등이 중요하게 평가된다. 이를 통해 실제 구조 부재로서의 사용 가능성을 판단하고 고온 후 보수나 보강이 필요한 수준인지 여부를 판별할 수 있다. 결과적으로 고로슬래그 콘크리트는 일정 비율과 배합 조건 하에서 충분한 내화 성능을 발휘할 수 있으며 고온 환경에서도 구조적 붕괴 없이 최소한의 안정성을 확보할 수 있는 재료로 평가된다.
유의사항
미활용 고로슬래그를 콘크리트에 재사용할 경우 내화 성능 외에도 몇 가지 실무적 유의사항을 고려해야 한다. 첫째는 혼입 재료의 품질이다. 불순물이나 입도 불균형이 심할 경우 수화 반응이 지연되거나 골재와의 부착 강도가 저하될 수 있다. 둘째는 시공 환경이다. 고로슬래그 콘크리트는 초기 반응성이 낮아 빠른 강도 발현이 어려울 수 있으므로 저온 또는 급속 양생 환경에서는 적절한 보양 조치가 필요하다. 또한 고온에 노출된 후에는 내부 미세균열 여부를 확인하고 필요시 표면 보수 또는 도막 방수 처리로 추가적인 보호 조치가 병행되어야 한다. 셋째는 구조 설계와의 연계성이다. 고로슬래그 콘크리트의 기계적 특성은 일반 콘크리트와 다소 차이를 보일 수 있으므로 설계 시 물성 반영이 정확히 이루어져야 한다. 특히 기둥이나 보와 같은 주요 부재에는 시뮬레이션 분석이나 실험 결과를 기반으로 한 구조 안정성 검토가 필요하다. 이러한 사항들을 종합적으로 고려할 때 고로슬래그 미활용 콘크리트는 내화 성능 확보와 동시에 환경적 순환 자원 활용이라는 두 가지 목표를 동시에 달성할 수 있는 대안 재료로 자리매김할 수 있다.
결론
미활용 고로슬래그를 콘크리트에 활용함으로써 환경적 이점과 자원 순환 효과를 기대할 수 있다. 특히 내화 성능을 확보할 수 있다면 구조 핵심 부재로의 적용도 가능해진다. 내화 성능 평가는 고온 노출 후의 잔존 강도, 변형률, 균열 저항 등을 기준으로 진행되며 일정 배합 비율 이하에서는 충분한 안정성을 확보할 수 있다는 결과가 도출된다. 이를 기반으로 구조 설계 시 고로슬래그 콘크리트를 적극적으로 활용할 수 있으며 동시에 산업 부산물의 순환경제적 가치도 높일 수 있다. 향후 고로슬래그 콘크리트의 적용은 내화 요구가 있는 고층 건축물, 지하 구조물, 터널 라이닝 등 다양한 분야로 확대될 수 있으며 그 가능성은 기술적 정밀성과 설계 연계에 달려 있다.