서언
특수골재에 의한 콘크리트의 기능성 향상으로, 이전 302회 및 303회에서는 CGS 골재에 의한 수화열 저감 및 탄산화 저항성 향상에 대하여 소개 하였다. 이번 강좌에서는 기능성 골재의 연속으로 자철광 골재에 의한 중량 콘크리트로서, 중량 콘크리트에 의한 방사선 차폐 성능을 소개하고자 한다. 단, 차폐 콘크리트(중량 콘크리트)의 일반적인 개요, 재료 및 배합과 시공에 관한 사항은 전 기술강좌 제 187회를 참고한다. 

실험연구 개요
이 연구자료는 대전광역시 대덕연구단지 내 시험용 원자로를 건설하기 위한 기초자료로 활용하기 위하여 1980년대 말 실험된 것이다. 따라서 골재로 천연골재는 강모래 강자갈이었고, 자철광 골재는 강원도 양양산으로 분광과 괴광을 사용하였는데, 각 골재의 물리적 성질은 표 1, 입도곡선은 그림 1과 같다.

또한, 본연구의 실험계획은 표 2와 같다. 즉 시멘트는 1종인 보통 포틀랜드 시멘트와 수화열 저감을 고려한 2종인 중용열 포틀랜드 시멘트를 이용하는 2수준에, 골재는 자철광 잔·굵은골재를 사용하는 FF, 천연 잔골재와 자철광 굵은골재를 사용하는 NF 및 천연 잔·굵은골재를 사용하는 NN의 3 수준, W/C는 0.35~0.55의 5수준으로 총 30 배치를 실험 계획하였다. 단, 목표 슬럼프치는 중용열 포틀랜드 시멘트에 자철광 잔·굵은골재를 사용한 콘크리트(LFF)의 슬럼프치가 45±5mm (원자로 시공조건을 고려)가 되도록 배합설계하여 전 배합에 동일하게 적용하였다.
실험사항으로 모두는 KS표준에 의거 진행하였는데 단, 방사선 차폐 실험은 압축강도 시험용 공시체 제작시에 두께 50×가로 100×세로 100 mm의 철판제 차폐 몰드를 이용하여 시험체를 제작하고, 24시간 경과 후 탈형하여 소요 일 수만큼 수중양생 시킨 다음 방사선 차폐성능 시험장치의 선원(Co-60 γ선 1 Ci급)에서 발생한 방사선의 조사 선량을 차폐체가 있는 경우와 없는 경우 각각 1m 거리의 Detecter에 감지되는 방사선의 조사 선량을 측정하여 그 값의 비로서 차폐율을 구하였다.

실험연구 결과 및 분석
실험연구결과, 먼저 슬럼프는 자철광 골재의 경우 밀도가 커서 슬럼프가 클 수 있는 요인이 있지만, 잔골재는 미립분이 많고, 굵은골재는 조립분이 많아 슬럼프가 저하하였다. 공기량은 일정한 경향을 찾기 곤란하였으며, 단위용적 질량 및 경화 콘크리트의 밀도는 밀도가 큰 자철광 골재를 이용함에 따라 크게 나타났다. 압축강도의 경우로 시멘트의 경우는 중용열 시멘트에서, 골재의 경우는 자철광 골재를 사용할 때 약간 크게 나타났다.
방사선 차폐특성과 관련하여 재령, 시멘트 종류 및 골재종류별 시멘트·물 비 변화에 따른 차폐율을 나타내면 그림 2와 같다. 재령, 시멘트 종류 및 시멘트·물 비에는 거의 영향이 없고, 골재 종류에 따라 FF가 가장 크고, 다음 NF이며, NN이 가장 작게 나타났다. 즉, 차폐성능은 골재 종류의 영향으로 단위용적 질량(중량)이 클수록 크다는 기존의 이론과 동일한 결과를 나타내었는데, 콘크리트의 단위용적 질량과 차폐율과의 관계를 나타내면 그림 3과 같다. 이때 단위용적 질량(W)과 차폐율(S) 간의 관계는 다음 (1)의 회귀식과 같다.

S = 208.7 + 33.321·ℓnW-----------(1)

결언
결론적으로 콘크리트의 방사선 차폐성능은 밀도가 큰 재료로 철광석, 납, 중정석(Barite) 및 철근·철사를 잘라 사용하는 방법도 있겠지만, 문제는 경제성에 있다. 따라서 해안가의 원자력 발전소와 같은 경우는 보통 콘크리트로 단면을 크게 하는 것이 바람직할 수 있고, 도심 병원의 암 치료와 같은 원자력 시설인 경우는 철분을 많이 함유하여 밀도가 큰 동 슬래그, 연 슬래그 등의 순환자원 재료를 골재로 이용하게 된다면 경제적이면서 효과적인 구조물의 구축도 가능할 것으로 사료된다.

(이 자료는 청주대 대학원 백용관의 석사학위논문를 인용한 것임)