[한천구의 콘크리트 세상] 왜 플라이애시 시멘트는 없는가?

플라이애시(Fly-ash: 이하 FA라 칭함)란 석탄화력발전소에서 석탄 연소 후 굴뚝으로 날아가는 재를 포집한 것이다. 이와 같은 FA를 우리나라에서는 레미콘 생산과정에서 시멘트의 대용으로 치환하여 사용하는 데 KS L 5405(플라이애시)에 규정되어 있다. 그런데, KS L 5211에는 플라이애시 시멘트(이하 FAC라 칭함)도 규정되어 있다. 그러나 실무에서 FA는 얼마든지 구할 수 있지만 FAC는 구할 수 없는 것이 현실이다. 왜 그럴까? 

FA는 석탄화력발전소에서 발생한다. 즉, 0.08mm 이하로 미분쇄된 석탄을 보일러 연소실에 불어 넣어지면 석탄의 주성분인 탄소(C)는 공기 중 산소(O2)와 반응하여 이산화탄소(CO2)로 연소되어 그 열로 물을 끓여 터빈을 돌림으로써 전기를 만든다. 이후, CO2는 기체가 되어 공기 중으로 날아가지만, 불순물인 암석, 점토 성분은 보일러실의 1400~1500℃의 고온에서 연소 되지 않고 용융 된다. 이때, 용융물은 표면장력에 의해 사진 2의 우측과 같은 구형상의 유리질 표면을 갖는 물질로서 공기 예열기를 거칠 때 식어져서 재(Ash)로 된 다음 굴뚝을 통해 외부로 날아가려고 할 때, 이 재를 집진기로 잡아 모아진 것이다. 시판될 때에는 이것을 별도의 정제공장에서 분급기로 굵은 입자는 제외하고 가는 입자만을 모아 콘크리트 제조에 이용한다.   

FA를 콘크리트에 이용할 때에는 많은 장점과 일부 단점이 있다. 즉, 장점으로는 유리질 구형 입자이므로 콘크리트 슬럼프 증가 등 시공성이 좋아지고, 상온에서 포졸란(Pozzolan) 반응으로 초기 강도는 저하하지만, 후기 강도가 상승하며, CO2 절감, 매스 콘크리트의 수화열 저감 등이점이 있지만,제일 큰 메리트는 레미콘 가격이 저렴해 진다는 것이다. 반면 단점으로는 굳지 않은 상태에서 FA의미연소 탄분에 의한 AE제 흡착작용으로 공기량이 감소할 수 있고, 초기 강도가 작아 마감 시간이 늦어지며, 콘크리트의 알칼리성이 저하되어 중성화 수명이 단축될 수 있다.
 

FA 발생 모식도

그런데, FA를 콘크리트에 이용할 경우에는 FA를 혼화재로 이용하든 시멘트로 이용하든 충분히 잘 혼합되어 시멘트 주위에 FA가 잘 분포될 때 장점에서 열거한 효과를 기대할 수 있다. 그렇다면 우리나라 실무에서는 충분히 잘 혼합되고 있는가? 문제는 너무 급하게 생산하여 품질에 결함이 발생할 수 있다는 것이다. 즉 재료계량 후 혼합시간은 개별 혼합의 경우 120초 정도는 주어야 하는데, 대부분 40초 전후로 부족하고, 레미콘 운반 트럭도 2~6회/분으로서 거리에 따라 가까운 거리는 빨리,먼 거리는 천천히 회전해야 하나 거의 대부분의 레미콘 운반트럭은 거리에 상관없이 2회/분에 맞춰져 운행함으로써 혼합이 부족한 상태이니, 결국 충분히 혼합되지 못함으로서 FA의 장점을 살리지 못하는 것이 현실이다.
 
그러면 대책은 무엇일까? 시멘트 공장 등에서 시멘트와 FA가 충분히 혼합된 상태로 이용하면 문제는 해결될 수 있다. 그런데 왜 우리나라는 세계에서 유래를 찾을 수 없을 만큼 FAC가 없는 것일까? FAC란 단순히 화력발전소에서 FA를 가져다 시멘트와 혼합해 주기만 하면 되는 것으로 복잡할 것도 어려울 것도 없다. 그런데, 어느 문헌에도 이유가 나와 있는 곳은 없다. 따라서 틀릴 수도 있겠지만,추측해보면 우리나라 시멘트 사들의 경우 보통 포틀랜드시멘트(이하 OPC라 칭함) 판매량을 늘리기 위하여 FAC를 만든다고 하면 OPC 공급을 거부하는 카르텔 때문에 FAC 생산이 안 되는 것으로 유추된다. 그렇다 보니 이번에는 레미콘 사들이 산업부산물인 FA에 눈을 돌려 FA만을 저렴한 가격으로 구입하여 혼화재로 시멘트에 치환하여 사용할 수밖에 없으므로 현재는 그렇게 굳어져 버렸다.
 
따라서 이 문제를 해결하기 위해서는 시멘트 공장이든, FA를 생산·공급하는 업체든 간에 FAC를 제조하는 설비 및 공장을 만들어 효율적으로 활용할 수 있는 방법의 전환을 유도할 필요가 있다. 이렇게 하면 FA를 효율적으로 활용함으로 레미콘의 품질 향상과 FA 치환율을 높이게 되면 CO2 저감에 기여 및 국제적으로도 모든 선진국처럼 FAC를 생산함으로써 국제적 위상도 갖출 수 있게 되는 것이다.