전기로 산화 슬래그 골재를 활용한 방사선 차폐 콘크리트 개발 연구

Abstract

현재 우리나라는 약 6,000만 톤 이상의 철강을 생산하고 있는 철강 선진국으로 철강 생산 중 발생하는 슬래그 폐기물은 부가적으로 증가하고 있지만, 뚜렷한 재활용 용도가 마련되지 않은 실정이다. 철강 생산 중 발생하는 폐기물은 고로슬래그와 전기로 슬래그 전로 슬래그로 나눌 수 있으며 모든 폐기물이 폐기물로 처리되었으나 근래 고로슬래그는 콘크리트용 재료로의 사용이 확산되면서 100% 재활용 되고 있는 실정이다. 하지만, 전기로 슬래그의 경우 팽창성의 문제로 불안정한 재료로서 방치되어 왔었다. 이로 인하여 막대한 폐기물 처리비용이 소요되었던 것이 사실이다. 하지만 전기로 슬래그는 전기로 산화 슬래그와 환원 슬래그로 구별할 수 있는데, 팽창성의 문제에 대해서는 전기로 환원 슬래그에서 발생하는 것을 확인하였다. 이에 대한 문제에 대해 분리 배출을 함으로써 전기로 산화 슬래그에 대하여 안정적인 재료로서 많은 연구진행이 되었다. 최근 전기로 슬래그의 KS규격[KS F 4571 콘크리트용 전기로 산화 슬래그]이 개정되어 슬래그의 자원화 기반이 마련되었지만, 도로 매립용, 보조 기층 및 가열 아스팔트 혼합물에 사용됨으로써 콘크리트용 재료로의 사용은 전무한 상황이다. 전기로 산화 슬래그는 철 금속을 약 20∼30% 함유하고 있으며, 밀도가 약 3.0∼3.8 ton/m3으로 높은 밀도를 갖고 있다. 이러한 전기로 산화 슬래그를 이용하여 높은 밀도의 골재를 활용함으로써 콘크리트 단위용적질량을 높임으로서 방사선 차폐 콘크리트 개발이 가능하다고 판단된다. 일반적으로 방사선 차폐 콘크리트는 자철석이나 중정석 (밀도 4.0ton/m3 이상)을 사용하여 왔고 차폐 성능을 평가하기 위해 방사선 실험을 진행하여 왔다. 하지만 기존의 연구에서는 감마선을 대상으로 방사선 차폐성능에 대한 연구를 진행하였다. 또한 전기로 슬래그 골재를 활용한 방사선 차폐 콘크리트에 대해서는 국내 및 국외의 많은 연구자들이 연구하지 않았다. 본 연구에서는 기존의 사용되었던 자철석을 이용한 콘크리트와 전기로 산화 슬래그 골재를 활용한 콘크리트에 대해 방사선 차폐 성능을 비교하고자 한다. 또한 방사선 차폐 성능 중 감마선에 대한 성능 평가뿐 아니라 국내 병원시설물 및 연구시설에서 사용되고 있는 X-선에 대한 성능을 비교하여 전기로 산화 슬래그 골재를 활용한 방사선 차폐 콘크리트 개발을 목표로 하였다. X-선 및 감마선 실험결과 전기로 산화 슬래그 골재를 활용한 콘크리트에서 기존에 사용되었던 자철석 콘크리트와 방사선 차폐 성능이 큰 차이가 없음을 확인하였고, 단위용적질량에 따른 차폐율을 평가 할 수 있었다. 전기로 산화 슬래그 골재의 차폐 성능을 임의적으로 증진시키기 위해서 철강 산업의 부산물인 분철을 사용 할 수 있음을 확인하였다.