시멘트란? 시멘트의 종류와 특징/천연, 기경성, 수경성 시멘트란?

시멘트란? 

 

▶ 시멘트란 토목과 건축에서 접합제로 사용되는 재료를 말합니다. 시멘트는 회색가루의 형태를 띄며 보통 진흙이 섞인 석회석을 주원료합니다. 여기에 소량의 석고를 넣어서 가루로 만든 것이 시멘트입니다. 시멘트는 주로 모래와 자갈 등과 혼합해 물에 반죽하면 우리가 아는 콘크리트가 됩니다.

 

▶ 시멘트가 제조되는 공정은 석회질 원료, 점토질 원료, 규산질 원료, 산화철 원료를 혼합 분쇄해 만들어진 조합원료를 소성로에서 소성해 클링커를 생산하고, 이 클링커에 응결지연제인 석고를 첨가하여 재분쇄합니다. 시멘트의 제조공정을 하나씩 살펴보면 대략 아래와 같은 순서로 만들어집니다.

 

① 석회석을 채굴하여 분쇄, 혼합하는 채굴 공정

 

② 석회석을 포함한 원료를 조합, 건조, 분쇄, 저장하는 원분 공정

 

③ 원료를 가열하여 분해, 소성한 후 냉각하여 반제품인 클링커를 생산하는 소성 공정

 

④ 클링커에 석고와 분쇄조제를 가하여 분쇄된 시멘트를 저장 및 출하하는 제품 공정

 

시멘트의 역사

시멘트는 약 5,000여 년의 역사를 가졌으며 시멘트를 사용한 공사로 지구상에 현존하는 최고의 것으로는 이집트의 피라미드 유적입니다. 피라미드를 만들 때 사용한 시멘트는 석회와 석고였다고 합니다. 이후 고대 그리스 로마에서는 석회에 모래를 혼합하면 수경성 몰탈이 된다는 것을 알게 되었고 이 시기에 포졸란 석회를 소성하기 위해 수직형로를 사용했다는 기록이 남아있습니다. 하지만 이 방법은 원시적인 제조방법으로 단순성을 벗어나지 못했고 1,700년대 중엽에 들어서서 시멘트 개발에 기초를 이루기 시작했으며 그 후 많은 연구가 진행됐습니다.

 

1,756년 영국의 존 스미턴은 에디스톤 등대건설공사를 할 때 수중공사에 적합한 시멘트를 만들기 위해 석회, 화산재 등을 검토했으며, 점토분이 있는 석회석을 소성하면 좋다는 수경성 석회를 발명하였으나 석회에 점토분을 혼합하면 좋다는 효과에 대한 이유는 밝히지 못했습니다. 그리고 다시 40년 후 1796년 영국의 제임스 파커에 의해 점토질 석회석을 더 높은 온도로 소성하면 보다 좋은 시멘트가 된다는 것을 알게 되었으며 이 시멘트와 물을 5:2의 비율로 혼합하면 1시간 이내에 응결 경화하는 급결성 시멘트를 발명하여 이를 후에 로만 시멘트라 부르게 됐습니다다.

 

1811년 영국의 프로스트(Frost, j.)는 석회와 점토를 2:1의 비율로 시멘트를 제조하여 Frost Cement라 하였으며, 1818년 프랑스의 루이스 요셉 비카트(Vicat, L. J.)는 석회석과 점토질 암석을 혼합, 소성하여 인공포졸란(천연시멘트)을 발명했습니다. 1824년 영국의 연와공 조셉 애스프딘(Aspdin.J.)은 석회석과 점토를 혼합하고 융제(Flux)를 사용해서 융점을 낮추어 제조하는 시멘트를 만드는 방법을 발명하여 특허를 얻었습니다. 이 시멘트가 영국의 포틀랜드 섬에서 산출되는 석재와 그 색이 비슷하다 하여 포틀랜드 시멘트(Portland Cement)라 명명하였다고 합니다. 이것이 오늘날의 포틀랜드 시멘트의 기원이라고 합니다.

 

당시 영국의 C.F & J.W.White 회사가 조셉 애스프딘(Aspdin.J.)에게 제휴를 청했으나 조셉 애스프딘(Aspdin.J.)이 이에 응하지 않자 1844년 영국의 존슨(Johnson, I. C.)은 조셉 애스프딘(Aspdin.J.)이 규명하지 못한 석회석과 점토의 배합비율 및 소성온도 등의 제조 조건을 밝히는 등 포틀랜드시멘트 제조의 시작에 성공했습니다. 그래서 White 회사는 이것이 포틀랜트 시멘트라 주장했는데 조셉 애스프딘(Aspdin.J.)의 아들 윌리엄 애스프딘(Aspdin.W.)과 그의 아들(Aspdin.J.W.)은 포틀랜드 시멘트란 명칭은 그의 부친이 발명한 cement에만 사용하는것이라 말해 논란을 빗기도 했습니다.

 

그 후 1851년 런던 공업박람회에서 양자 공히 출품 모두 수상 받은 바 있고 그 품질의 우수성이 널리 알려졌고 그 후 시멘트 제조방법은 전세계로 전해짐으로써 19세기 후반에 들어와 시멘트공업은 세계 각국에서 그 형태를 갖추게 되었다. 1862년에는 독일에서 고로 슬래그를 혼합한 고로 슬래그 시멘트가 제조되어 혼합 시멘트 제조의 시초가 되었습니다. 1876년 프랑스에서 콘크리트가 처음 발명되고, 1877년경 영국에서 Rotary Kiln의 개발 가능성이 최초로 검토되었고, 1885년 최초의 Rotary Kiln이 Frederick Ransome에 의해 창안되어 영국에 특허를 냈습니다. 이 Ransome Kiln은 시멘트공업에 선구적인 역할을 했고 Ransome Kiln의 개념을 바탕으로 수년 후 미국의 기술자들은 보다 성공적인 Rotary Kiln을 만들었습니다. 

 

미국에서 최초의 Rotary Kiln은 Atlas Cement회사의 Hurry와 Seaman에 의해 개발돼 1895년부터 생산을 시작했습니다. 또, 1907년경 프랑스와 미국에서 석회석과 보크사이트(Bauxite)를 원료로 하는 알루미나 시멘트가 제조 되었으며, 1936년에는 시멘트의 수축성을 보상하는 팽창 시멘트가 발명되는 등 20세기에 들어와 시멘트의 종류도 다양화하기 시작했습니다. 각국의 시멘트 제조연대는 영국 1825년, 프랑스 1846년, 독일 1855년, 미국 1871년, 일본 1873년, 한국은 1919년 일본 小野田시멘트에 의해 건설된 평양공장이 처음입니다.

 

 

 

시멘트의 종류와 특징은?

 

시멘트 종류는 크게 세가지인 기경성 시멘트, 천연 시멘트, 수경성 시멘트로 구분합니다.

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기경성 시멘트

수중에서는 경화하지 않고 공기 중에서는 완전히 경화하는 시멘트입니다. 18세기 이전까지 가장 많이 사용된 시멘트입니다.

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천연 시멘트

규산, 알루미나, 산화철 등을 함유한 점토를 20~30% 함유한 석회석을 소성하여 만든 시멘트입니다.

수경성이 풍부한 점에서 수경성 석회와 비슷하지만 점토의 함유량의 차이가 있기 때문에 프랑스, 유럽에서 주로 사용됩니다.

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수경성 시멘트 

공기 또는 물속에서도 경화하는 보통의 무기질 시멘트를 수경성 시멘트라고 합니다.

우리가 흔히 ‘시멘트’라고 부르는 포틀랜드 시멘트가 수경성 시멘트의 대표적 종류 중 하나입니다. 

포틀랜드 시멘트 종류별 특징과 용도는?/1종~5종 포틀랜드시멘트 특징은?

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