3.2.1 PLC 표준의 필요성

한국형 PLC의 표준 제정 및 상용화에 대해 Likert scale 5point를 통해 설문한 결과, 응답자 337명 중 71.8 %가 표준 제정 및 상용화에 긍정(strongly agree, agree)을 나타냈으며 보통(Neutral)과 부정(disagree, strongly disagree)은 각각 18.1 %, 10.1 %로 나타났다.

표준 제정 및 상용화에 대해 설문한 결과를 기술통계 분석(descriptive statistical analysis)하여 Table 4에 나타내었다. Likert scale 5 point 환산 시 평균(mean)은 3.81, 표준편차(SD)는 1.04였으며, 최솟값과 최댓값은 각각 1, 5로 나타났다. 첨도(kurtosis)와 왜도(skewness)는 각각 0.941, -1.062로 나타났으며, 일반적으로 첨도 절댓값이 7 미만이고 왜도 절댓값이 2 미만일 경우, 분포는 정규성에서 크게 벗어나지 않는 것으로 판단한다^{(Hatem et al. 2022)}. 이러한 결과는 해당 문항에 대한 응답이 극단적으로 치우치지 않았음을 의미하며, 한국형 PLC 표준 제정 및 상용화에 대해 전반적으로 긍정적인 인식과 공감대가 형성되어 있음을 시사한다.

한국형 PLC 표준 제정 및 상용화에 대한 응답자들의 의견을 응답 비율에 따라 분석하였으며, 다양한 직업군을 여섯 개의 범주로 구분하여 그 결과를 Fig. 4에 제시하였다. 또한 상기 설문에서 보통의 의견을 밝힌 응답자를 제외하고 긍정의 의견을 밝힌 응답자의 찬성 이유와 부정의 의견을 밝힌 응답자의 반대 이유를 각각 Tables 5, 6에 나타내었다.

긍정의 의견을 밝힌 실인원 242명(71.8 %) 중 복수 응답 총합은 409건으로 나타났다. Percentage in case에서 “저탄소 혼합시멘트 상용화를 통한 시멘트･콘크리트 분야 탄소중립에 기여”와 “혼합시멘트 품질 기준 설정을 통한 제품 신뢰성 확보”의 의견이 각각 59.9 %와 61.6 %로 높은 응답률을 보였다. 반면 부정 의견을 밝힌 실인원 34명(9.8 %) 중 복수 응답 총합은 43건으로 나타났다. 이 중 “강도 및 내구성 등 콘크리트 품질 저하 우려”의 의견이 69.8 %로 지배적인 것으로 나타났다. 또한 기타 의견으로는 일부 응답자가 탄소중립을 달성하기 위해서는 시멘트 제조 과정에서 발생하는 CO₂를 포집하는 것이 더욱 합리적인 접근이며, 혼합재 사용으로 인한 시멘트 품질 저하가 오히려 사용량 증가를 초래하여 탄소 감축 효과를 상쇄시킬 수 있다는 우려를 제기하였다.

Fig. 4 Survey results on the establishment and commercialization of Portland limestone cement by occupational group

3.2.2 석회석 미분말의 품질 기준

한국형 PLC 표준에 적용할 수 있는 석회석 미분말의 품질 기준을 적절한 CaCO₃ 순도와 점토 함유량, TOC의 규정치 및 분말도 기준 규정 필요 여부에 대해 설문하였다. 우선, CaCO₃ 순도는 석회석의 품질을 결정짓는 가장 중요한 요인 중 하나이며 이는 시멘트 혼합재로 사용 시 생산된 최종 시멘트의 품질을 좌우하는 요인으로 작용한다^{(Tsivilis et al. 1999)}. 현재 시멘트 혼합재로 사용할 수 있는 CaCO₃의 순도는 국가마다 다르게 규정하고 있으며, 국내 석회석의 품질은 KS L 5201^{(KATS 2021)}을 통해 CaCO₃ 순도 80 % 이상으로 규정하고 있다. 석회석 미분말의 적절한 CaCO₃ 순도에 관한 설문 결과, 90 % 이상이 13.6 %, 80 % 이상이 45.1 %, 75 % 이상과 70 % 이상이 각각 30.3 %, 11 %로 나타났다. 현행과 같이 순도 80 % 이상의 의견이 가장 높게 나타났으며 유럽 기준과 같이 75 % 이상의 순도를 가진 석회석의 사용이 적절하다는 의견에 대해 두 번째로 높은 응답률을 보였다.

석회석 미분말 표준 제정 시 점토 함유량, TOC의 규정치 및 분말도 기준치 필요 여부에 대해 설문한 결과를 기술통계 분석하여 Table 7에 나타내었다. 설문 결과, 정규성을 벗어나지 않는 범위에서 설문이 이뤄졌으며 점토 함유량, TOC 및 분말도 규정 제정에 대해 긍정의 의견이 각각 65 %, 68.8 %, 67.9 %, 부정의 의견이 10.7 %, 8.6 %, 11 %로 나타나 설문에 응한 대다수의 응답자가 규정치 필요 여부에 동의하는 것으로 나타났다. 현재 점토 함량을 측정하기 위해 활용되는 방법은 국가별 차이가 있으며 유럽에서는 EN 196-6^{(BSI 2018)} 시험 방법에 의해 측정한 분말도 약 5,000 cm²/g의 석회석을 사용하여 EN 933-9^{(BSI 2022)} 시험 방법으로 점토 함유량을 결정하고, 일본에서는 Al₂O₃ 함량으로 점토 규정치를 제한하고 있다. 국내 석회석은 CaO 기준 52 % (CaCO₃ 기준 약 92 %) 이상 고순도 석회석이 12 %에 불과하다고 보고되고 있으며 이외의 성분으로는 점토, MgO, SO₃와 같은 소량 성분을 함유하고 있을 것으로 예측된다. 따라서 한국형 PLC 표준 제정에 관해 해외 규격을 참고함과 동시에 국내에 매장되어 있는 석회석의 품질을 고려하여 점토 함유량을 결정하기 위한 시험 방법에 대한 논의가 필요할 것으로 생각되며, 일본과 같이 석회석의 품질에 영향을 줄 수 있는 소량 성분(MgO, SO₃)에 대한 규정 제정 여부 논의도 함께 이뤄져야 할 필요성이 있다고 판단된다. 한편, 분말도 기준과 관련하여 미국과 유럽에서는 별도의 규정은 제정되어 있지 않다. 하지만 석회석 미분말의 분말도는 클링커의 수화 반응에 영향을 미쳐 PLC를 사용한 콘크리트의 강도 및 내구성 확보를 위해선 석회석 미분말의 분말도를 증가시켜야 한다고 보고되고 있다^{(Briki et al. 2021)}. 분말도의 증가는 추가적인 분쇄가 필요하지만, 석회석은 클링커 대비 분쇄효율이 높아 PLC의 분말도를 증가시키는 것은 경제성과 환경적 측면에서 반응성 향상을 위한 효과적인 방법의 하나일 수 있다.

3.2.3 PLC 내 석회석 미분말의 사용량

Table 8은 각국의 포틀랜드 시멘트 및 PLC의 시멘트 조성 비율을 정리한 것이다. 석회석 미분말은 국가별 사용량의 차이가 존재하지만, PLC의 경우 최대 35 %까지 사용 가능하며, 포틀랜드 시멘트 제조 시에도 혼합재로서 5 %까지 사용할 수 있도록 규정되어 있다. 국내 PLC 표준 제정 시 적용될 석회석 미분말의 최대 허용량에 대해 설문하였으며 그 결과를 Fig. 5에 정리하였다.

설문 결과, 35 % 이상이 2.1 %로 매우 낮은 응답률을 보였다. 20 % 이하가 가장 높은 응답률을 보였으며 15 % 이하, 10 % 이하, 30 % 이하 순으로 낮은 응답률을 나타냈다. 선행 연구에 따르면 15 %까지 석회석을 사용한 PLC의 경우 OPC와 동등한 역학적 특성과 내구성능을 나타낸다는 다수의 연구가 보고되었다. 설문 전 15 % 이하의 응답 비율이 가장 지배적일 것이라는 예상과는 다르게 10 % 이하, 20 % 이하뿐만 아니라 30 % 이하에 대해서도 18.1 %로 높은 응답률을 보여 대다수의 응답자가 미국 기준보다 높고 유럽의 평균 석회석 사용 함량에 상응하는 수준까지도 긍정적으로 생각하는 것으로 예측된다. 하지만 30 %까지의 석회석 첨가는 clinker to cement ratio를 상당히 감소시켜 시멘트 혹은 콘크리트의 강도 발현에 큰 감소로 이어질 수 있다. 따라서 석회석 사용 비율이 높은 PLC는 모든 구조물에 적용하는 데 있어 역학적 측면에서의 한계점이 존재하기 때문에 사용처에 맞는 적절한 적용이 필요할 것으로 판단된다.

Table 9는 PLC 표준 제정 및 상용화에 대한 동의 여부와 석회석 미분말의 최대 허용량에 대한 설문 결과를 비교･분석한 것이다. 설문에 응한 337명 중 긍정은 242명, 보통은 61명, 부정은 34명으로 나타났다. 석회석 미분말의 최대 허용량에 대해 표준 제정 및 상용화에 긍정의 의견을 나타낸 응답자는 15 % 이하와 20 % 이하에서 각각 31.4 %와 32.6 %의 의견을 나타냈으며 30 % 이하에서도 21.1 %로 나타나 많은 양의 석회석 미분말 사용을 찬성하는 입장을 보였다. 보통의 의견을 밝힌 응답자 또한 긍정의 의견을 나타낸 응답자 특성과 유사한 결과를 보였으며 20 % 이하로 석회석 미분말을 사용해야 한다는 공통적인 의견을 나타냈다. 반면, 부정의 입장을 가진 응답자의 의견은 긍정과 보통 대비 뚜렷한 입장을 확인할 수 있었으며, 응답자의 약 80 %가 10 % 이하의 입장을 표명해 석회석 미분말의 사용에 대한 다소 소극적인 의견을 밝혔다.

Fig. 5 Survey results on the maximum allowable amount of limestone to be applied to Korean Portland limestone cement standards

3.2.4 PLC 내 석회석 미분말의 사용량과 강도 수준에 따른 등급화

유럽에서는 Table 2와 같이 석회석 미분말의 사용량에 따라 PLC 등급을 2가지로 구분하였으며, 재령에 따른 강도와 강도 발현 속도에 의해 총 6종류의 PLC 표준을 규정하고 있다. 따라서 한국형 PLC 표준에도 이와 같이 석회석 미분말의 사용량에 따른 구분 방식의 채택 및 다양한 강도값을 포함하는 것에 대한 동의 여부에 대해 설문하였으며 설문 결과를 Table 10에 나타내었다.

설문 결과, 두 가지 문항 모두 각각 3.75와 3.81의 유사한 평균값을 나타내었다. 각 항목의 표준 제정에 대해 긍정의 의견이 약 70 %로 나타났으며, 부정 의견은 약 10 % 수준으로 낮게 나타났다. 현재 KS에 제정된 혼합시멘트는 사용량에 따라 3종으로 구분하고 있으며, 상기 설문 결과에서 석회석 미분말의 최대 사용량에 대해 30 % 이하의 의견이 높은 비중을 차지했다. 따라서 한국형 PLC 표준 제정 시 30 % 이하의 범위에서 사용량에 따른 등급이 구분될 것으로 예측되며 이에 대한 세부적인 논의가 필요할 것으로 생각된다. 또한, 국내의 OPC는 현재 42.5 MPa의 단일 강도 등급으로 규정되어 있으나 PLC에 대해 강도 등급을 세분화하고 분말도에 대한 기준을 추가적으로 설정할 경우, 일부 OPC를 PLC로 대체함으로써 의미 있는 수준의 CO₂ 감축 효과를 기대할 수 있을 것으로 판단된다.

3.2.5 PLC의 품질 기준

Fig. 6은 한국형 PLC 표준에 반드시 포함되어야 할 품질 기준에 대한 의견을 중복 선택 응답 방식으로 수집하여 정리한 결과이다. 항목은 크게 일반 사항, 석회석 미분말의 품질, PLC의 화학적 특성 및 물리적 특성으로 구분하여 설문을 진행하였다. PLC에 대한 일반 사항에서는 강도 등급에 대한 규정과 석회석 함량이 높은 결과를 나타냈으며, 제조 방법(혼합분쇄 및 분리 분쇄)의 차이는 다소 낮은 응답률을 보였다. 석회석의 품질 기준과 관련하여, CaCO₃ 순도에 대해서는 71.8 %의 응답자가 중요하다고 응답하여 가장 높은 응답률을 보인 반면, 점토 함량과 TOC에 대해서는 각각 48.1 %, 43.3 %로 동등한 수준의 응답률을 보였다. PLC의 화학적 품질 특성 중 Total alkali 항목은 35.6 %로 가장 낮은 응답률을 보인 반면, 이를 제외한 나머지 네 가지 항목은 모두 50$\pm$5 % 수준의 응답률을 보여 전반적으로 유사한 응답 경향을 나타냈다. 한편, PLC의 물리적 품질 특성에 관한 응답 결과, 시멘트의 가장 중요한 품질 지표 중 하나인 압축강도가 74.2 %로 가장 높은 응답률을 보여 가장 중요하게 인식되었으며, 응결 시간에 대한 응답도 상대적으로 높은 수준으로 나타났다. 반면, 밀도와 분말도는 유사한 수준의 응답률을 보였고, 안정도 및 모르타르 공기량은 상대적으로 낮은 응답률을 기록하였다. 최종적으로 석회석의 함량 및 순도, PLC의 강도 등급, 그리고 압축강도 특성이 PLC의 가장 중요한 품질 기준으로 응답되었다.

Fig. 6 Quality standards that must be included when establishing Portland limestone cement standards (multiple responses allowed)