표면 경화 처리된 풍화 석탄맥석 콘크리트 포장재의 역학적 거동

풍화 석탄맥석(WCG)은 장기간 축적 및 풍화 작용으로 형성된 고형 폐기물로, 낮은 강도와 불안정한 특성으로 인해 콘크리트 골재로 직접 활용하기 어려워 대규모 재활용에 한계가 있었습니다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하고자 WCG를 표면 경화 처리하여 광산 지역 콘크리트 포장재의 대체 골재로 활용 가능성을 평가했습니다. 처리 전후 WCG의 물리적 특성을 측정하고, 압축, 인장, 굽힘, 전단 강도 시험 및 수치 시뮬레이션을 통해 WCG 콘크리트의 파괴 모드와 응력 변화를 분석했습니다. 특히, WCG 대체율에 따른 콘크리트의 역학적 성능 변화를 중점적으로 평가했습니다. 경화 처리된 WCG는 로스앤젤레스 마모율 19.88%, 비커스 경도 141.43 kgf/mm², 충격값 5.66%로, 마모 저항성, 경도 및 충격 저항성이 크게 향상되었습니다. 2차 도로 강도 요구사항을 충족하는 WCG의 최대 대체 범위는 2.36–19.0 mm였으며, 이때 콘크리트의 굽힘 강도는 4.67 MPa, 압축 강도는 27.81 MPa, 인장 강도는 2.13 MPa로 나타났습니다. 시뮬레이션 결과, 골재를 대체하지 않은 경우 ‘X’형 파괴가 발생했으나, WCG로 완전히 대체 시 균열은 가장 바깥쪽 대형 골재에서 시작하여 계면 전이대(ITZ)를 따라 전파되었습니다. 본 연구 결과는 풍화 석탄맥석을 콘크리트 포장재에 적용하기 위한 이론적 근거를 제공하며, 폐기물 재활용을 통한 지속 가능한 건설 재료 개발에 기여할 수 있습니다.