송명신_ 강원대학교 교수

Ⅰ. 서 론

플라이애시는 콘크리트 산업에서 매우 유용한 재료로 활용되고 있다. 약 50여 년 동안 콘크리트의 결합재인 시멘트의 치환재료로써, 또는 플라이애시가 갖고 있는 저발열, 유동성 개선 및 포졸란 반응 등의 다양한 물성으로 인하여 국내 뿐 아니라, 전 세계적으로 그 사용이 크게 활성화 되어 있는 재료이다. 그러나 일부 건설현장에서 플라이애시 치환사용 콘크리트의 물성의 변화로 부분적인 하자가 발생하고 있다. 플라이애시는 콘크리트의 물성 개선에 영향을 주는 중요한 혼합재의 하나로써 그 이용이 점차 확대되고 있으나, 이러한 부분적인 문제점 발생에 대해 검토해 볼 필요가 있다. 
한편, 기존에 콘크리트의 중요한 혼합재로 사용되어 오던 플라이애시는 미분탄 보일러 석탄회로써 최근에 전세계적으로 연료인 석탄의 고갈, 이산화탄소 배출 등의 이유로 다양한 품질의 연료 사용 및 보일러 형식의 변화 등으로 과거부터 사용되어 왔던 플라이애시와는 품질의 차이가 큰 플라이애시가 배출되고 있다. 보일러 형식의 변화는 미분탄 보일러 방식이 아닌 유동층상 보일러가 사용되고 있으며, 이산화탄소 배출 저감 및 자원 재활용의 이유로 바이오매스(Biomass) 등이 석탄의 대체 또는 부분치환 사용되고 있다. 유동층상 보일러 연소방식은 연소공정 중에 석회석에 의한 탈황공정이 필요하기 때문에, 탈황을 위한 석회석의 투입에 의해 배출되는 플라이애시에 CaSO4 성분 및 free-CaO 성분이 다량 함유되어 있게 된다. 유동층상 보일러 플라이애시는 화학적 특성상 시멘트 치환재료로 콘크리트에 사용될 경우, 화학적 특성 상 콘크리트 혼합 시에 강한 발열현상이 나타날 수 있으며, free-CaO 성분에 의해 팽창을 유발하여 콘크리트에 균열이 발생할 수도 있다.
한편, 최근이 지구 온난화 저감 방안의 일환으로 보일러에 사용하는 석탄의 사용량을 줄이기 위하여 바이오매스의 치환사용이 검토되고 있다. 바이오매스를 연료로 사용한 경우 발생하는 플라이애시는 석탄을 사용하였을 경우와 비교하여 화학 조성은 크게 차이가 있다.
본 고에서는 현재까지 콘크리트에 사용 중인 플라이애시의 특성을 검토하고, 과연, 플라이애시는 콘크리트에 유용한 재료인가를 고찰하고, 유동층상 보일러 플라이애시의 특성과 기존의 미분탄 보일러 플라이애시의 특성을 비교하여 다양한 화학조성 및 물성을 갖는 플라이애시의 효율적인 활용을 위하여 시멘트 산업에서의 플라이애시 사용에 대한 역할을 검토해 보고자 한다.