Manufacture and Mechanical Properties of Silica Fume-Coated Biochar-Based Lightweight Aggregate

건설 산업은 이산화탄소 과다 배출 및 천연 골재 고갈 등 심각한 환경 문제에 직면해 있으며, 전 세계 탄소 배출량의 약 39%가 건설 활동에서 발생한다. 이러한 상황에서, 탄소 격리 및 보강 효과를 지닌 바이오차는 유망한 대체 건설 소재로 주목받고 있다. 본 연구에서는 실리카흄(SF)을 결합재로 활용하여 바이오차 기반 경량 골재(BA)를 개발하였으며, KS F 2527 기준에 따라 건조 및 분쇄 공정을 거쳐 제조하였다. 제조된 BA의 물리적 특성 및 구조적 적합성을 평가하고, 이를 혼입한 모르타르의 기계적 성능을 14일 및 28일 양생 조건에서 분석하였다. 그 결과, BA는 코팅되지 않은 바이오차(BC)보다 물리적 강도가 크게 향상되었고, 흡수율은 약 70~80% 감소하였다. SF30 골재는 2.8 MPa의 파쇄강도를 기록하며, 이는 상용 경량골재(LWA)의 1.8 MPa 대비 약 55 % 높은 수치이다. 모르타르 실험에서도 BA의 성능이 뛰어났으며, SF30을 혼입한 모르타르는 28일 양생 시 46.2 MPa의 압축강도를 보여 BC 혼입 모르타르(15.2 MPa) 대비 204 %, LWA 모르타르(28.2 MPa) 대비 약 63 % 향상된 결과를 나타냈다. 또한 해당 시편은 205.3 J의 높은 압축에너지를 기록하며 에너지 소산능과 연성 파괴 거동, 미세구조 측면에서도 우수한 성능을 보였다. 응력–변형률 곡선 분석 결과에서도 BA 모르타르는 보다 안정적이고 완만한 파괴 양상을 보여, 구조적 내구성과 복원력 측면에서 장점이 있음을 시사한다. 본 연구는 바이오차를 단순 첨가제가 아닌, 구조용 경량골재로 실질적으로 활용할 수 있음을 실험적으로 입증하였으며, 고부가가치 친환경 건설소재로서의 활용 가능성을 제시한다.