서언
특수골재에 의한 콘크리트의 기능성 향상으로, 전 강좌(302회)의 CGS 골재에 의한 수화열 저감에 이어 이번 강좌에서는 CGS 골재에 의한 콘크리트의 탄산화 저항성 향상에 관한 것이다. 즉, 전 강좌는 일반적으로 수화열 저감은 시멘트를 포함한 결합재가 주가 되어 시도되었지만, 골재로서 수화열 저감을 시도한 것이었는데, 이번 강좌에서는 역시 시멘트 등 결합재가 아닌 CGS 골재에 의한 콘크리트의 탄산화 저항성 향상에 관한 연구를 소개해 보고자 한다. 

실험연구 개요
일반 환경에 있어서 콘크리트 구조물의 내구성적인 수명이라고 하면 대기 중 CO2 가스 침투에 의한 탄산화가 제일 중요시 취급되고 있다. 즉, 시멘트 수화생성물 중 모세관 공극 속에 존재하는 Ca(OH)2 등의 알칼리 분위기 속에서는 철근에 부동태 피막이 형성되어 물 및 산소가 공급되어도 부식이 발생하지 않는다. 그러나 대기 중 CO2 가스에 의해 식(1)과 같이 중성으로 변하면 철근의 부동태 피막이 벗겨지면서 철근에 부식이 발생하게 되는데, 부식 팽창압이 피복 콘크리트를 밀어 균열이 발생하게 되면 철근 콘크리트 구조물은 수명을 다한 것으로 평가한다.

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O ------- (1)

따라서 금번 연구에서는 표 1의 실험계획과 같이 W/C 50%인 일반 콘크리트에 양호한 입도의 석산 잔골재(CSa) 및 굵은 입도의 석산 잔골재(CSb)에 해사(SS)를 혼합한 혼합 잔골재(MS)에 석탄 가스화 복합발전(IGCC)의 용융 슬래그(CGS)를 0, 25, 50, 75, 100% 치환하는 콘크리트로 제반 실험을 진행하였다. 실험사항으로는 슬럼프, 압축강도 등 기초적 특성과 내구성으로 건조수축 길이변화율, 동결융해 저항성 등을 측정하였지만 지면 관계상 생략하고, 탄산화 깊이 측정에 대한 것만 소개하도록 한다.

실험연구 결과 및 분석
실험연구로서 콘크리트의 기초적 특성인 슬럼프, 슬럼프 플로, 공기량, 압축강도 등의 연구결과는 전 302회와 동일하다. 단, 압축강도의 경우 굵은입자의 석산골재(CSb)와 해사(SS)를 혼합한 MS의 경우 굵은입자와 가는입자는 적고 0.3~0.6mm 입자가 많은 균일입자성 분포인 것이 CGS를 잔골재로 치환함에 따라 연속입자 분포 경향을 띠게 되어 치환율 50%에서 가장 큰 강도를 발휘하였다.
경화 콘크리트의 내구성으로 CGS 골재를 치환함에 따른 건조수축 길이변화율은 CSa의 경우는 거의 효과가 없었지만, MS에 CGS를 치환한 경우는 역시 가장 연속입도분포 경향을 보이는 50% 치환율에서 제일 작은 경향을 나타내었다. 
동결융해 저항성과 관련하여서는 일반적으로 공기량이 가장 크게 영향을 미치는데, 본 실험 결과도 CGS를 치환할수록 AE 공기량이 적어짐에 따라 내 동해성이 크게 저하하는 결과를 나타내었다. 그러나 또 다른 연구 실험에서 AE 공기량을 동일하게 한 경우에서는 동등한 내 동해성을 나타내고 있어 AE 공기량만 확보된다면 내 동해성에는 큰 문제가 없는 것으로 분석되었다.
이번 강좌에서 중요하게 다루고자 하는 탄산화 깊이의 경우는 KS F 2584에 의한 촉진 탄산화 시험으로 측정한 결과로서 CSa+CGS의 경우는 그림 1과 같고, MS+CGS의 경우는 그림 2와 같다. 전반적으로 재령이 경과 할수록 콘크리트 탄산화 깊이는 증가하였는데, CGS를 치환하지 않는 경우는 촉진 28주 재령에서 CSa는 36.3mm, MS는 31.9mm인 것에 비하여, CGS를 25% 치환하게 되면 16.7mm, 13.1mm, CGS를 50% 치환하게 되면 14.2mm, 16.1mm로 절반 이하의 탄산화가 진행 됨을 알 수 있어, CGS를 잔골재로 치환할 경우에는 획기적으로 건설물의 수명이 연장될 수 있음을 시사하는 자료이다.
이와같이 탄산화 깊이가 적어지는 이유로는 CGS 골재의 경우 석탄이 연소 되고 남은 고형물로서 표 2와 같이 석탄 속에 존재하던 CaO, MgO, K2O등 각종 금속 물질들이 산화된 후 수화반응을 일으키면 알칼리성을 띠게 되는데, 이와같은 골재 자체의 알칼리성이 시멘트 수화과정에서 생성되는 수산화칼슘{Ca(OH)2}의 탄산화 속도를 지연시킴 혹은 골재 자체의 알칼리가 수산화칼슘 탄산화에 의한 중성화를 무색하게 만듦으로써 탄산화 진행 속도가 늦어지게 나타난 결과로 사료된다.
(지난 회 및 이번 회 강좌는 청주대 대학원 최일경의 박사 논문 일부를 인용한 것임)