[현장경험과 이야기로 건축시공기술사 답쓰기] - 4. 콘크리트의 핵심 DNA 시멘트

[현장경험과 이야기로 건축시공기술사 답쓰기] - 4. 콘크리트의 핵심 DNA 시멘트 

 

건축시공기술사 시험의 핵심이라할  콘크리트의 지난 3회 글에서 수화반응에 대해 적었다. 지난 글에서 시멘트의 수화반응에 대한 이해를 높이기 위해 아래의 질문을 제시해보았다.  

 

1) 시멘트란 과연 무엇인가 ?

2) 시멘트의 어떤 성분이 물과 반응하는가 ?

3) 수화작용이 우수하기 위한 시멘트(일단 물과 골재는 빼자)의 품질조건은 무엇인가 ? 다른 표현으로하면 수화에 영향을 미치는 요인은 ?

4) 물과 반응하는 근원적 화학 작용은 무엇인가 ?

5) 수화작용의 제 단계적 특성은 무엇인가 ? (통상 초결, 중결, 종결)

 

건축시공기술사 시험에서 위의 질문들은 단답형으로 나오기도 하고, 각각의 질문을 배경지식으로 한 응용문제로서 40점배점의 형태로 나오기도 한다. 질문의 각각은 건설재료화학에 속한다고 할 수 있다. 그러나 역시 응용은 건축시공기술사 시험 답게 시공과 관련된 것들이다. 대표적인 응용문제를 예시하면 이렇다. 

 

"서중콘크리트(한중) 타설시 주의사항에 대해서 기술하고 양생방법에 대해서 설명하시오"와 같은 문항이나  "고성능콘크리트(High Performance Concrete)에 대하여 기술하시오"와 같은 문항들이다. 건축시공기술사시험에서 얼핏보아 위 문항에 대한 답안들은 최종적인 기술적 행위를 중심으로 답안을 써야(배점이 높은 문항은 대개가 일차적인 근본 질문이 아니라 건축시공기술사 시험에서 시공에 방점이 주어지는 현장에서의 기술행위를 중심으로 출제된다) 하지만, 그의 뿌리는 시멘트에 대한 이해에서 출발하는 것이다.

 

일례로 고성능 콘크리트의 개발방향의 핵심 키워드인 '고강도화','고내구성화' '고유동화','초경량화','세라믹화'는 전부 시멘트에 대한 근본적인 이해로부터 출발한다. '서중기 및 한중기 콘크리트의시공 대책'도 그 핵심은 시공온도 환경조건에 따른 콘크리트의 배합, 운반, 타설, 양생 단계마다의 시멘트 수화반응에 대한 기술적 제어'가 핵심 키워드이다.   서론이 너무길어졌다.

 

시멘트를 한마디로 뭐라 정의할 수 있을까 ?  건축시공기술사가 되려고하니 건축시공현장의 경험을 직관적으로 끄집어 내보자. 시멘트를 보관하기 위해 바닥에서 높이 뛰우고, 바람이 통하지 않도록 비닐이나 타포린으로 덮고 노끈으로 둘러친다. 이걸보니 시멘트는 외기와 반응한다는 것을 알 수 있다. 잘못 덮어 놓으면 굳어 딱딱해져 있다. 외기중의 무엇일까 ?  바람인가 ?  아니다. 공기중의 수분이다. 콘크리트를 보아도 물이 많지 않던가 ?  위 건축시공기술 현장의 경험으로부터 '시멘트는 물(수분)과 반응하면 굳어 딱딱해진다.'라는 답안을 얻었다. 이걸 있어 보이게 학문적으로 개념화된 단어를 사용하여 문장을 바꿔보자. 건축시공기술사의 자격이 충분한 것처럼 '시멘트는 수화반응을 통해 강도를 발현하는 수경성 물질'이라고 바꿀 수 있다. (사실은 아무것도 아니지만 의사가 그냥 소독이라고 하면 될 것을 꼭 드레싱이라고 하는 것처럼 ㅋㅋ)

 

※  비수경성 시멘트로서 수분이 아닌 대기중의 가스 성분과 반응하는 기경성 시멘트도 있으나 보통 시멘트는 포틀랜드 시멘트를 의미함으로 통상 수경성 물질로 정의한다.

 

건축시공기술현장에서 제일 창피한 것이 거푸집이 터지는 것이다. 터진 거푸집으로 밀고 나오는 프레쉬콘크리트(굳지 않은 콘크리트)를 삽으로 쳐내다보면 장화를 신어도  살갗이 흐물해진 경험이 있을 것이다. 심하면 걸을 수없을 정도로 화상을 입는다. 시멘트가 그렇게 독한 것이다. 완전 양잿물이다. 양잿물이 무엇인가. 강알칼리성이다. 건축시공기술 현장 경험으로부터 '시멘트는 알칼리농도 PH 12~13의 강알칼리성이다.'이라는 또 다른 문장을 얻는다. 나중 이야기이지만 콘크리트의 수명은 알칼리농도 PH가 산성화의 방향으로 즉 PH 농도가 7~8 정도로 밑으로 내려가는 중성화 정도에 달려 있다.

 

 여하튼 건축시공기술 현장 경험에서 얻어낼 수 있는 또 다른 시멘트의 정의는 무엇일까 ?  전 시간의 기억을 더듬어 보자.  '바인더'라는 말을 쓴 적이 있다. 콘크리트는 물과 모래 자갈로 이루어져 있다. 이 각각의 재료를 결합하는 것이 무엇인가 ?  바인더로서 바로 시멘트이다. 즉 결합제, 접착제라는 것이다. 시멘트가 필요한 진짜 핵심 이유는 바로 여기에 있다. 강도를 내는 것의 순서는 자갈, 모래 시멘트순이므로 시멘트의 핵심역할은 결합기능이다.   이것을 문장으로 만들어보자 "시멘트는 일반적으로 고형물이나 미립분을 한개의 덩어리로 만드는 결합재이다."  

 

그런데 허전하다. 시멘트의 주성분은 무엇인가 ?  이것이 빠지면 안될 것 같다. 건축시공기술사가 되기위해서는 시멘트 공장에 한 번 견학해보기 바란다. 건축시공기술사가 되기 위해서 그만한 투자는 해야 된다. 그냥 외우는 것보다는 한번 보고 나면 시멘트 뿐 아니라 여러가지로 식견이 넓어진다. 바쁜데 어느 세월에 ?  그런데 술마실 시간은 있다. 이 이야기를 하는 것은 아래 문장을 쓰기 위해서이다. 건축시공기술현장의 경험만으로는 다음 문장을 육감적으로 체험적으로  제대로 알기가 어렵다. 그저 그런가보다 하고 외우려 할 것이다. 시멘트공장에 못가면 시멘트 공장을 다룬 비디오를 웹서핑을 해서라도 보기 바란다.

 

"시멘트(통상 포틀랜트시멘트)는 칼슘(CaO) 기타의 석회계(石灰系) 재료에 필요에 따라서 점토질 또는 다른 실리카(SiO₂,  silica) 분(分), 알루미나분(Al₂O₃) 및 산화철(Fe₂O₃) 등 중량의 90%를 차지하는 주요화합물(major oxides)을 1200 정도의 고온에서 소성(燒成)하여 생성된 크링카(clinker)를 분쇄하여 얻어지는 광물질로서 응결시간을 조정하기 위해 2~3%의 석고를 첨가한다."

 

여기에서 끝나면 안된다. 무엇이든지 역사가 있고, 종류가 있으며 개발의 방향이 있다.

 

자연석등을 원료로 시멘트에 유사한 수경성 결합체를 만들어 사용한 것은 고대시대에도 있었다. 그러나 탄산석회 점토를 혼합해서 고온으로 가열 분쇄하여 인공적으로 수경성 결합체를 획득하고자 한 시도는 19세기 초 프랑스인 비까(vicat)에 의해 시도된 것으로 알려저 있다. 성공한 것은 1824년 영국인 조셉 애스프딘(Joseph Aspdin)이 수경성 모르타르의 원료인 결합재(結合材)를 인공적으로 제작하는데 성공하여 이를 포틀랜트시멘트라고 하였다. 존슨(Johnson)은 애스프딘의 연구 단점을 보완하고 발전시켜 과학적 시멘트공업의 공로자로 인정을 받고 있다. 

 

우리나라는 1919년 최초의 근대적 시맨트공장이 설립되어 현재 연산 5천만톤에 달하고 있다.    

 

건축시공기술사 시험을 준비하는 동료 건설인 여러분 오늘은 여기까지 하겠습니다. 장황하지만 그것이 제가 해야 할 일인 것 같습니다. 핵심만 원하시면 시중의 학원 서적으로도  충분할 것입니다. 어디까지나 건축시공기술사시험을 준비하는 동료분들이 쉬실 때 편하게 보시라고 칼럼처럼 쓰는 것입니다. 수위는 건축을 전공하지 않은 기능공의 수준에 두고 있으나 내용은 떨어지지 않으려고 노력하고 있습니다. 시간 나실 때 읽으시고 공부하는 방법에 도움이 되시면 더할 나위 없이 좋은 일이겠습니다. 날마다 내용을 올리면 좋지만 게으른 몸이 허락하지 않습니다. 대신 꾸준히 올리고자 합니다. 

 

건축시공기술사 시험을 준비하시는 뿐 만 아니라 모든 동료 건설인들의 건승을 벼 익어가는 향기로운 가을의 문턱에서 기원합니다.  다음 시간에는 시멘트의 종류와 앞으로의 개발 방향에 대해서 정리하도록 하겠습니다.    <2010.9.8>

 

[현장경험과 이야기로 건축시공기술사 답쓰기] - 4. 콘크리트의 핵심 DNA 시멘트(1)  by 강주영의 상상대안비평