서언
자원의 상향순환인 Upcycling과 관련하여 이전 강좌에서는 타 산업의 예 및 분체계 재료에 대하여 소개 하였다. 이번 강좌는 전 강좌의 연속으로 골재 부분의 상향순환에 대하여 소개해 보도록 한다.

순환골재
콘크리트로 만들어진 건설물이 수명을 다하게 되면 건설물을 해체하게 되는데, 이중 콘크리트인 경우는 대부분 작은 크기로 분쇄되어 골재로 가공한다. 이것을 이전에는 ‘재생골재’라 하였지만, 어감이 좋지 않다는 이유로 현재는 ‘순환골재’라고 불린다. 
순환골재의 경우, 종전의 폐콘크리트 상태로 매립 폐기 처분하는 것보다는 리사이클링 하여 각종 골재 용도로 재활용하고는 있지만, 고급용도보다는 저급용도에 더 많이 이용되고 있는 실정이다. 특히 순환골재를 호수(湖水)매립 등 저지대의 매립인 경우는 <사진 1>과 같이 순환골재에서 용출되는 pH 12 이상의 강알칼리성 때문에 물고기 떼죽음 및 이를 잡아먹은 철새들의 떼죽음까지도 일으킨 적이 있다.
따라서 이와 같은 알칼리에 의한 환경피해 문제는 역발상으로 알칼리가 필요한 곳으로 상향순환을 검토하면 효과적일 수 있다. 즉, 고로슬래그 미분말이나 플라이애시인 경우는 알칼리 환경에서 알칼리 활성화(Alkali activation)로 말미암아 강도가 증가할 수 있다.

<사진 1> 매립 순환골재에 의한 피해사례

일례로 <사진 2>와 같이 시멘트벽돌을 생산하는 경우에는 시멘트와 잔골재의 비율을 1 : 6~10으로 하여 제조하는데, 시멘트 대신 고로슬래그 미분말로 하고 잔골재를 순환 잔골재로 한 다음 여기에 첨가재료를 추가하게 되면 시멘트 없이도 압축강도, 흡수율 등 시멘트 벽돌의 품질기준을 만족할 수 있어 순환골재의 상향순환이 가능할 수 있다.
    

<사진 2> 제로 시멘트벽돌의 시공 예

또 다른 순환골재의 상향순환으로는 굵은골재 입도인 7번(5~13mm) 입도로 순환골재를 제조 및 활용하는 방법이다. 즉, 레미콘에서 굵은골재의 최대치수가 25mm라고 하면 57골재{5번골재(13~25mm)와 7번(5~13mm)을 혼합한 것}로서 5번과 7번을 따로따로 계량하여 믹서 내에서 혼합되도록 하여야 하는데, 실무에서는 57골재를 혼합한 것(재료분리가 발생할 수 있어 문제임) 혹은 5번 입자만으로 하여 레미콘을 생산(7번 입자가 채워주는 공간을 잔골재가 채워줘야 하므로 비경제적이며 품질이 불량) 하는 것이 현실이다.
그런데, 25mm 골재를 사용한 폐 콘크리트를 25mm의 순환골재로 생산하는 것은 수학적으로는 가능할지라도 상당량의 모르타르 또는 시멘트 페이스트가 부착되어 좋지 못한 품질의 순환골재가 생산된다. 따라서 25mm보다 더 작은 13mm인 7번 입도로 생산하면 모르타르 및 시멘트 페이스트 성분이 다량 제거되어 순환골재의 품질이 향상될 수 있는데, 이것을 5번 입도의 부순 굵은골재에 20~30%를 혼합시켜주면 <그림 1>과 같이 순환골재 임에도 불구하고 부순골재를 치환한 경우와 동일하게 강도가 상승하는 상향순환이 가능해 진다.

<그림 1> 5~13mm 치환율과 압축강도비

석탄 가스화 발전 슬래그 골재
순환골재 이외에도 자원의 상향순환이 가능한 것으로는 석탄 가스화 발전 슬래그(CGS)를 콘크리트용 잔골재로 활용하는 것이다. 즉, 전 기술강좌 제266~268회 및 302, 303회에서 설명한 바와 같이 구형상으로 유동성 증가, 적절 입도용 혼합골재로 사용하면 강도 증가, 포졸란 반응으로 후기강도 증가, 수화열 저감 및 탄산화 저항성 향상 등 무엇보다도 효과적인 상향순환이 가능해 진다.
폐석회암 골재
우리나라의 경우 강원도에서 전라남도로 이어지는 대각선 방향은 석회석 광맥지대로서 여기에 시멘트 공장들이 주로 존재한다. 즉, 강원도의 삼척·동해·영월, 충북의 단양·제천·청주, 전남의 장성 등지의 석회석 광맥에서 석회석을 채취하여 시멘트를 제조하게 된다. 그런데, 우리나라의 석회석은 순도가 좋지 않아 채광 후 10~30%는 버려지게 된다. 
그러나 버려지게 되는 폐석회암은 돌로마이트(CaCO3·MgCO3) 성분을 많이 포함하게 되어 문제이지만, 골재인 경우는 돌로마이트 성분이 문제가 되지 않아 폐석회암을 콘크리트용 잔·굵은 골재 자원으로 활용하면 순수 석회암을 이용한 골재와 동일한 효과를 발휘하게 된다. 즉, 석회암 폐석 골재를 이용한 콘크리트는 유동성, 강도, 내구성 등 모든 면에서 유리해지는데, 그 내용은 전 기술강좌 제305회(석회암 골재에 의한 고탄성 콘크리트) 및 <그림 2>와 같이 되어 결국은 상향순환으로 활용하게 되는 것이다.

<그림 2> 재령 경과에 따른 탄성계수  (LG는 화강암에 석회암 골재의 치환율임) 

결언
폐기물 자원의 상향순환으로 순환골재, 석탄 가스화 발전 슬래그 골재, 폐석회암 골재에 대하여만 단편적으로 소개해 보았다. 그러나 콘크리트용 골재란 막대한 양이 소요되는 불활성 재료임에, 산업에서 발생하는 수많은 자원 들을 골재 화하게 되면 상향순환인 Upcycling은 무궁무진할 수 있다. 따라서 콘크리트 재료 관련 연구자분들의 많은 노력으로 큰 성과가 있길 기대해 본다.