1조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 재활용 소재, 폐기물을 사용한 경제적, 친환경 콘크리트 연구

영문 : Recycled and Eco-friendly Concrete Research

과제 팀명

1조

지도교수

김지수 교수님

개발기간

2025년 9월 ~ 2025년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 토목공학과 2020860047 최효광(팀장)

서울시립대학교 토목공학과 2020860009 김민혁

서울시립대학교 토목공학과 2020860031 이정우

서울시립대학교 토목공학과 2020860033 조현진

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

본 과제에서는 꾸준히 증가하는 폐기물 처리를 위해 플라스틱 필렛, 물티슈를 대체제로 적용하여 제작 단가를 낮추고 탄소 배출을 줄이면서도 우수한 강도와 내구성을 확보하는 공법을 연구한다. 이를 통해 건설 산업의 자원 순환과 탄소중립 실현에 기여할 수 있는 지속 가능한 건설재료 기술을 제시하고자 한다.

◇ 목표
   - 폐기물과 재활용 소재를 활용해 경제성 및 친환경성을 갖춘 콘크리트 개발

◇ 방법
   - 플라스틱 필렛, 물티슈를 골재 대채제 및 첨가제로 활용

◇ 핵심성과
   - 제작 단가 절감
   - 탄소 배출 감소
   - 강도 및 내구성 확보

개발 과제의 배경

◇ 폐기물 처리 문제
   - 2026년부터 수도권 3개 시도 생활폐기물 직매립 전면금지
   - 새로운 폐기물 자원화 기술 개발 필요성 증가

◇ 원자재 가격 상승
   - 건설 자재 대부분을 수입에 의존하여 가격 불안정성 증가
   - 최근 고환율이 지속되어 건설자재 비용 부담

◇ 탄소 중립 트렌드
   - 글로벌 탄소 배출 감축 요구 강화와 ESG 경영의 확산
   - 탄소 저감 기술 개발 필요성 및 친환경 건설 자재 개발 중요성 증가

개발 과제의 목표 및 내용

◇ 성능 목표
   - 기존 콘크리트 대비 70% 이상 강도 확보

◇ 경제 목표
   - 제작 원가 20% 절감
   - 경제성 분석을 통해 사회적 비용 절감

◇ 환경목표
   - 탄소 배출량 감소
   - 폐기물 처리 및 재활용률 향상

평가

환경성 평가

-공시체 6개 제작 과정에서 사용된 폐플라스틱–섬유의 질량을 기준으로 환경적 편익을 산정하였다. 분석 결과, 공시체 6개를 제작하는 과정에서 약 26g CO₂의 온실가스 배출 저감 효과가 확인되었다. 이는 동일한 양의 폐플라스틱을 매립 처리했을 때 발생하는 온실가스 배출을 재활용을 통해 직접적으로 차단한 효과에 해당한다.
-특히 폐기물의 매립은 분해 과정에서 장기적인 온실가스 배출을 야기하는데, 본 연구의 재활용 방식은 이러한 배출원을 근본적으로 감소시키는 결과를 초래한다. 비록 개별 실험 단위에서는 수 g 단위의 저감 효과로 나타났지만, 이는 대량 생산 시 누적 효과가 기하급수적으로 커진다는 점에서 환경적 가치가 크다. 
-예컨대 동일한 배합을 산업 규모로 확대할 경우, 수백 kg에서 수 톤 단위까지 CO₂ 절감이 가능해져 건설 산업의 온실가스 감축에 실질적으로 기여할 잠재력을 지닌다.
종합적으로, 폐플라스틱 활용 콘크리트는 폐기물 매립을 감소시키는 동시에 온실가스 배출을 줄임으로써 높은 환경성 개선 효과를 보였으며, 이는 본 연구의 환경성 개발 목표(폐기물 감량 및 CO₂ 배출 저감)를 충분히 충족하는 것으로 평가된다.

경제성 평가

-공시체 6개 제작 과정에서 사용된 폐플라스틱–섬유의 질량을 기준으로 경제적 편익을 산정하였다. 분석결과 우선 재료비 측면에서, 폐플라스틱을 골재로 치환함으로써 약 3.09원의 골재 비용 절감이 발생하였으며, 동일한 양의 폐기물을 매립하지 않음에 따라 약 90원의 폐기물 처리비 절감 효과가 추가로 발생하였다.
-다만 폐기물을 재료로 활용하기 위해 반드시 필요한 전처리 과정에서 약 164원의 추가 비용이 발생하는 것으로 확인되었다. 약 70원 정도의 가격이 증가되어, 오히려 사용하지 않을 때 경제적 이점이 있는 것으로 나타났다. 
-폐플라스틱의 전처리 과정과 기업들의 친환경 사업 확대, 유가 상승에 의한 플라스틱 가격 상승이 폐플라스틱 필렛의 가격 상승의 요인으로 판단된다.

강도 평가

-혼입률이 증가함에 따라 압축강도는 전반적으로 감소하는 경향을 보였으며, 그중 4% 혼입 배합의 28일 추정 압축강도는 20.6 MPa로 나타났다. 이는 기준 콘크리트 대비 약 65.8% 수준으로, 본 연구의 주목적이었던 기준 콘크리트 강도 대비 70% 확보에는 미치지 못하였다. 또한 휨강도는 대부분이 기존 콘크리트 강도 대비 70% 이하의 수치를 나타냈다. 즉, 구조용 콘크리트 수준의 성능을 확보하는 데에는 한계가 있는 것으로 평가되었다.
-그러나 재활용 콘크리트의 활용은 반드시 구조용 용도에만 한정되는 것은 아니다. 이에 따라 본 연구에서는 두 번째 목표로 비구조용 포장재(보도블록·조경 블록 등)로의 활용 가능성을 평가하였다. 이를 위해 일반적으로 산업 현장에서 사용되는 기능적 최소 기준인 압축강도 20 MPa 이상, 휨강도 3 MPa 이상을 적용하였다.
-4% 혼입 배합의 압축강도는 20.6 MPa로 이 기준을 충족하였으며, 휨강도 역시 평균 4.41 MPa로 나타나 비구조용 포장재 적용 기준인 3 MPa을 충분히 상회하였다. 또한 KS F 4419 보도블록 규격의 최저 휨강도 기준(3.5 MPa) 역시 충족하는 것으로 확인되었다. 다만 KS 규격의 평균강도 기준(5.0 MPa)에는 조금 부족한 수치를 보였다.

완료 작품의 소개

포스터

파일:SOC종합설계 포스터 1조(최효광).pdf

완료작품의 평가

-평가 결과 환경성 면에서는 물티슈 4% 혼입된 배합이 유리하나 강도 면에서 실제 현장에서 사용되기에 무리가 있다. 따라서, 경제성을 제외한 평가에서 준수한 결과를 얻은 물티슈 2% 혼입된 배합을 최적 배합비로 선정했다.

-본 과제에서 개발된 재활용 폐기물 콘크리트는 강도, 환경성, 경제성을 종합적으로 분석한 결과, 추가적인 연구를 통한 상용화 가능성이 확인되었다. 건설 산업에서의 자원 순환형 콘크리트로 발전할 잠재력이 높다고 판단하였다.
-본 과제의 재활용 콘크리트는 강도 측면에서 기존 구조용 콘크리트의 표준 압축강도 기준과 비교했을 때 일부 조건에서는 적용에 제한이 있을 수 있다. 하지만 비구조용 콘크리트, 보도 블럭, 도로용 콘크리트 등 저하중 환경에서 충분한 활용이 가능한 성능을 확보하였다. 실제 국내 도로 포장용 콘크리트 및 보도재 기준과 비교했을 때, 본 연구에서 제조된 시편은 기준 강도를 충족하거나 근접한 수준을 나타냈으며, 이는 초기 상용화를 위한 적용 분야가 명확히 존재함을 의미한다.
-제조 과정에서 사용된 폐기물 재료의 형상적 특성 중 플라스틱 필렛의 큰 크기, 매끄러운 표면 등은 콘크리트 내부에서 결합력 감소 및 미세 균열의 원인으로 작용한 것으로 판단된다. 따라서 향후 연구에서 재활용 재료의 표면 거칠기 증가 처리, 필렛 크기 최적화 등을 연구할 경우, 강도가 현재 수준보다 향상될 것으로 예상된다. 이를 통해 장기적으로는 구조용 콘크리트의 강도 수준을 확보할 수 있을 것으로 기대된다.
-환경성 측면에서도 본 재활용 콘크리트는 의미있는 결과를 보였다. 폐기물 기반 재료 활용은 매립량 및 탄소 배출량 감소, 자원 재활용률 증대라는 효과를 가져온다. 이는 국내·외 건설 산업에서 요구되고있는 ESG 정책 및 탄소중립 목표와 방향성이 일치한다. 특히, 정부·지자체의 순환자원 의무 사용 정책, 녹색건축 인증제도와 연계될 경우 시장 확장성이 매우 크다.
-경제성 측면에서는 재활용 폐기물로 대체하면 비용이 증가되는 결과가 나타났다. 하지만 폐기물 전처리 공정이 대규모로 구축된다면 폐기물 전처리에 드는 비용이 감소하여 비용이 감소할 것으로 예상된다.
-따라서 본 연구과제는 기술적 완성도 향상과 규격화 작업을 지속한다면, 향후 지속 가능한 건설 산업과 친환경 콘크리트 시장 확대에 중요한 역할을 수행할 수 있을 것으로 예상된다.

참고 문헌

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Babafemi, A. J., Šavija, B., Paul, S. C., & Anggraini, V. (2018). Engineering Properties of Concrete with Waste Recycled Plastic: A Review. Sustainability, 10(11), 3875. https://doi.org/10.3390/su10113875
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엔.알.택 주식회사. 폐도자기와 폐애자를 경량 골재 대체재와 포장용 골재로 사용하는 재활용법
이봉훈. 유리병컬럿을 경량 골재 대체재와 포장용 골재로 사용하는 재활용법
김성환. 재활용 경량 복합 단열골재
Fahad Khshim Alqahtani. Recycled Plastic Aggregate for use in Concrete(US10294155B2)
Francesco Piccone. Method for producing concrete using recycled plastic(WO2020000106A1)
wooups. https://wooups.co.kr/33
삼표그룹. https://sampyo.co.kr/
지표누리. https://www.index.go.kr/
순환자원정보센터. https://www.re.or.kr/info/listCirPricePage.do

1조

목차

프로젝트 개요

기술개발 과제

과제 팀명

지도교수

개발기간

구성원 소개

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

개발 과제의 배경

개발 과제의 목표 및 내용

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

시장상황에 대한 분석

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

구성원 및 추진체계

설계

설계사양

제품의 요구사항

설계 사양

개념설계안

상세설계 내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

포스터

완료작품의 평가

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