서언
콘크리트에 있어서 일반적으로 골재의 역할로는 전 161회(콘크리트에 골재를 사용하는 이유)에서 설명한 바와 같이 양을 늘려주는 증량재(충전재), 건조수축 길이변화 및 화학적 변화 등을 작게 하는 안정재, 마모에 저항하는 능력 등을 갖게 하는 내구재가 기본이다. 이 이외에도 골재는 고강도 콘크리트 및 경량골재 콘크리트 등에서 골재의 강도가 콘크리트의 강도를 좌우함에 따른 고강도화재, 흙손이 잘 문지러지게 하는 마감성 개선재 등의 기능성 재료로도 역할을 담당한다.
그런데, 최근의 연구에서는 본 강좌 제 268회에서 소개한 바와같이 석탄 가스화 복합발전(IGCC)에서 발생하는 용융 슬래그(CGS)를 잔골재로 사용할 경우 종전의 골재 역할 이외에도 수화열 저감효과가 있는 것으로 밝혀진 바 있음에 금번 강좌에서는 이와 같은 내용에 대하여 소개해 보고자 한다.

실험연구 개요
매스 콘크리트의 수화열 저감은 매우 중요한 사항이다. 이 경우 수화열 온도를 낮추는 방법으로는 시멘트량 저감, 저발열형 시멘트 사용 등 많은 방법이 있겠지만, 가장 저렴하면서도 효과적인 방법으로 알려진 것은 플라이애쉬(FA)를 OPC에 치환하여 활용하는 방법이다. 따라서 표 1의 실험계획과 같이 FA 0, 15, 30%를 OPC에 치환하는 3 수준의 변수에 잔골재로서 양호한 입도분포의 석산 부순잔골재(CS)에 CGS를 0, 25, 50% 치환하는 3수준을 상호 복합하여 총 9 배치의 콘크리트를 실험하는 것으로 하였다. 실험사항은 슬럼프, 공기량, 강도, 단열온도 상승시험 등과 수화열 해석을 진행하였지만 지면관계상 생략하고, 그림 1과 같은 간이적인 수화열 측정에 관한 것만 소개하도록 한다.
<표 1> 콘크리트의 실험계획

실험연구 결과 및 분석
실험연구 결과, 슬럼프는 FA 및 CGS의 유리질 구형 입자에 기인하여 치환율이 증가할 수록 크게 증가하였고, 공기량은 FA 및 CGS의 미연소 탄분에 의한 AE제 흡착작용에 기인하여 크게 감소하였으며, 압축강도로 91일 재령범위내에서 FA를 치환한 경우는 치환율이 증가할수록 포졸란 반응에 기인하여 감소하였고, CGS 치환율 증가에 따라서는 공기량 감소에 의해 증가할 요인 및 구형상의 결합력 저하에 의한 감소할 요인 등의 복합으로 큰 차이가 없는 것으로 나타났다.
본 강좌에서 중요하게 다루고자 하는 수화열로 간이적 단열온도 상승시험 결과의 경우, FA 치환율 및 CGS 치환율별 경시변화에 따른 수화열 온도 이력은 그림 2~4와 같고, 최고온도만을 분석한 것은 그림 5와 같다. 그래프에서 볼수 있는 바와 같이 전반적으로 FA 및 CGS 치환율이 증가할수록 수화열 발생시점 및 최고온도 도달시간이 늦어지면서 최고온도는 낮아지는 것을 알 수 있다. 
특히 중요한 것은 그림 5에서 OPC에 대한 FA 치환 및 CS에 대한 CGS 치환을 각각 단독으로 수행하는 것 보다 두 경우를 복합하는 것에서 수화열 저감효과가 더 크게 나타나는 상승작용이 있음을 알 수 있었다. 즉, FA 0, CGS 0%인 플레인보다 FA 30인 경우는 1.2℃의 수화열 저감, CGS 50%인 경우는 2.2℃의 수화열 저감이 있었는데, FA 30%, CGS 50%를 복합 치환한 경우는 1.2+2.2℃인 3.4℃보다 큰 6.0℃로서 2.6℃의 추가적인 저감 효과가 있는 것을 알 수 있었다. 이 경우 FA의 수화열 저감 효과는 OPC에 치환하여 사용하였음에 OPC 사용량 저감에 따른 결과로 납득이 가는 것이겠지만, CGS의 경우는 화학성분 중 붕소(B) 등의 영향과 기타로 추측되고, 추가적인 저감의 복합 상승효과까지는 추가적인 구명이 필요한 부분이다.