일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2023.9.4

화력발전 부산물로 콘크리트 포장을 고내구화
아키타현에서 첫 구현

아키타현 노시로시의 도로 공사에서 팽창재와 플라이애시(석탄회)를 섞은 고내구성 콘크리트 포장을 처음으로 시공했다. 노시로시에 위치한 노시로화력발전소에서 부산물로 나오는 플라이애시를 사용하고 있다. 동결방지제로 인한 염해로 고민하는 한랭지에서, 지역 부산물로 문제를 해결하려는 중요한 한 걸음이 될 것이다.

2023년 8월 1일, 기온이 30도를 넘는 가운데 노시로시와 아키타현 기타아키타시를 잇는 후타쓰이 이마이즈미 도로 현장에 정부, 지자체 직원 등 많은 사람들이 시찰에 몰려들었다. 이들의 목표는 화력발전시 석탄연소의 부산물로 얻어지는 플라이애시를 섞은 고내구성 콘크리트 포장이다.

이 현장은 니혼대학 등이 진행하고 있는 ‘데이터 동화(Data Assimilation)를 베이스로 한 고내구성 플라이애시 콘크리트 포장에 대한 기술연구 개발’을 구현하는 현장이다. 발주자는 국토교통성 도호쿠지방정비국 노시로하천국도사무소이고, 시공자는 닛폰도로다.

노시로하천국도사무소는 일반 콘크리트 포장을 시공할 예정이었던 도로 현장을 필드로서 제공했다. 주행성이 좋아 콘크리트 이음새가 없는 연속철근콘크리트포장(CRCP)을 채택했다. 시공 범위는 한쪽 1차선의 폭 4.25m, 길이 273m. 포장 두께는 25cm이다.

도호쿠지방에서는 동결방지제로서 대량 살포하는 염화나트륨으로 인한 염해나 알칼리-실리카 반응으로 많은 콘크리트 구조물이 조기에 열화하는 과제를 안고 있다. 그 과제를 해결하는 하나의 방법이 플라이애시다. 콘크리트에 섞으면 염분의 침투 저항성을 높이고, 알칼리-실리카 반응을 억제하는 효과가 있다.

플라이애시는 성능별로 1종부터 4종까지 JIS(일본산업규격)에서 규정되어 있다. 이번에는 두 번째로 높은 품질의 2종을 채택했다. 현장에서 약 25km 밖에 떨어져 있지 않은 노시로화력발전소에서 나오는 ‘지역 부산물’을 사용했다.

-- 팽창재로 균열을 억제 --
현장에서 구현할 때, 콘크리트 타설 후의 건조 수축으로 인한 초기 균열이 우려되었다. 큰 균열이 생기면 그곳을 통해 물이나 동결방지제가 들어가 철근이 부식될 수 있다. 그래서 팽창재를 플라이애시와 병용함으로써 균열을 억제했다. 니혼대학 공학부의 이와키(岩城) 교수는 “팽창재와 플라이애시를 배합한 내구성 높은 콘크리트 포장은 일본 최초일 것이다”라고 말한다.

지금까지 플라이애시가 들어간 콘크리트 구조물 실적으로는 바닥판이 있다. 이와테현 가마이시시의 무카이사다나이다리(向定内橋)나 후쿠시마현 미나미소마시의 다이니치가와다리(大日川橋)가 그것이다.

단, 바닥판과 이번 포장에서는 배근 양이 다르기 때문에 배합을 조정했다. 플라이애쉬는 플랜트 기준 배합의 시멘트 질량에 대해 외할(外割) 15%로 치환했다. 팽창재는 시멘트에 대해 20kg/m3를 내할(内割) 치환했다.

2022년 10월에는 니혼대학 캠퍼스 내에서 폭 3.5m, 길이 40m의 CRCP를 시공. 팽창재가 균열의 저감에 효과가 있는 것을 확인했다. 또한 현장에서도 실제 시공 10일 전에 시험시공을 실시했다. 규모는 폭 4.25m, 높이 25cm로 본 시공과 같았다. 길이 30m에 걸쳐 시공하며 주의점 등을 확인했다.

시공 절차는 일반 콘크리트 포장과 다르지 않다. 다짐(Compaction)과 성형 기능을 가진 중장비 'Slipform Paver'가 레미콘 유입부터 바이브레이터의 진동, 바닥 고르기까지 실시. 이어서 작업자가 흙손으로 평면을 마무리한다. 주행성을 확보하기 위해 빗자루로 얇은 줄무늬를 넣은 뒤 양생을 위해 물을 살포하고 천을 덮는다.

이 현장에서 감리기술자를 맡은 닛폰도로 도호쿠지점 아키타영업소의 오쿠보(大久保) 계장은 “통상의 콘크리트보다 경화가 빨라 마무리 작업 시간을 조정했다. 그리고 표면이 마르지 않도록 양생수를 부지런히 살포하는 것 등을 시험 시공으로 확인해 실전에 임했다”라고 말한다.

다만 마무리 작업을 앞당긴 것 외에는 보통 콘크리트 포장과 시공 방법에 변함이 없다. 이 현장에서는 10여 명의 작업자가 이틀 만에 시공했다. 오쿠보 계장은 “시공에서는 전혀 부담이 되지 않는다”라고 말한다.

-- 기온 30도, 운반 시 손실을 적게 --
시공 당일에는 최고기온이 30도에 달했다. 기온이 높으면 레미콘 운반 시 슬럼프와 공기량 손실이 커질 수 있었지만 슬럼프는 약 1cm, 공기량은 0.5% 이하의 손실로 안정적이었다.

손실의 영향을 가장 많이 받는 하계 시공에서 성공했기 때문에 연중 시공에 문제가 없음을 증명할 수 있었다.

시찰을 나온 한 지자체 직원은 “동결방지제로 인한 염해에 효과가 있어 유지보수에 드는 러닝코스트를 줄일 수 있다는 점이 매력적이다”라고 말했다.

산업 부산물을 이용해 콘크리트의 내구성을 높이는 대응은 도호쿠지방정비국의 도로 사업 등을 중심으로 다양한 현장에서 전개되어 왔다. 이와키 교수는 “1개의 현장에서 성공하면 다음 현장 적용으로 이어진다. 이번 구현을 계기로 플라이애시 콘크리트 포장을 표준화해 나가고 싶다”라고 말한다.

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