콘크리트의 재료 중 혼화재료(+경제성, 그리고 적당히)

□ 혼화

 

○ 명사 한데 섞이어 합쳐짐. 또는 한데 섞음.

 

 오늘날 시멘트라고 하는 결합재는 이름에서 알 수 있듯 영국에서 발명되었다. 포틀랜드 시멘트. 물론 이전에도 석고를 활용하여 피라미드에서도 모르타르의 사례가 발견되고 있다. 로마의 콜로세움이라든지 많은 신전들에서도 현재의 포틀랜드 시멘트와 비슷한 조성의 시멘트 원료 사용이 확인되고 있다.

 

 이런 시멘트는 경제성의 이유로 산업부산물인 고로슬래그가 섞여 혼합시멘트가 되고(아마 지금의 기술적/환경적인 이유와는 달리 경제성의 이유가 더 컸을 것이다.) 다양한 혼합 시멘트가 만들어지기 시작했다.

 

□ 성능 개선재인 혼화재와 혼화제

 

 ○ 혼화재와 혼화제의 차이는 시멘트의 일부를 대신할 만큼의 대체제가 되느냐 마느냐의 차이이다. 숫자로 말하자면 혼화재는 시멘트 질량의 5% 이상을 사용하는 대체제이고, 혼화제는 시멘트 질량의 5% 이하를 사용하는 일종의 추가 약품이다.

 

 마치 라면을 요리할 때 라면에 떡이나 소시지 등을 넣으면 그것은 혼화재의 개념이고 쌈장이나 고춧가루, 마늘 등을 넣으면 그것은 혼화제라고 볼 수 있을 것이다.
 

기술의 발전으로 시멘트 대신 Flyash를 100% 대체하는 지오폴리머 시멘트도 나왔다. 시멘트 생산 시 소모되는 천연자원을 대신하여 산업부산물을 활용하고 또한, 시멘트 생산 과정에서 발생하는 이산화탄소량 대비 약 70% 정도를 줄일 수 있다고 한다. (연구에 따라 조금은 달라지는 수치이나 50% 이상 절감할 수 있다고 생각하면 될 것이다.)

1. 혼화재(≥ Cement 질량 5%)

 가. 분류
  1) 2차 반응
   가) 직접, 포졸란 반응
    - Flyash: 2차 반응, Ballbearing 효과(Workability를 높여 물결합재비를 낮출 수 있음)
    - Silica Fume: 2차 반응, Ballbearing 효과, 미분말(200,000cm2/g으로 시멘트 3,000cm2/g 대비 6.67배)로 공극 채움

  나) 간접반응, 잠재수경성
    - 고로슬래그: 2차 반응, AAR(알칼리실리카반응) 저항성 큼, 염해 저항성 큼(고정 염화)

  2) 수화물 형성 - 팽창제

 

 2. 혼화제(≤ Cement 질량 5%)
  가. 분류
   1) 경화시간 조절
    - 지연제, 초지연제: 서중 공사 적용, 당류(피막형성을 통해 수화반응 지연)
    - 촉진제, 급결제: 한중 공사 적용, 염류(이온 활성화를 통해 반응 속도 증가)
   2) 계면 활성 작용
    - 표면 장력 저하: AE제(공기 연행제, 동결융해 저항제)
    - 고체 표면 흡착: 유동화제, 감수제(분산제, 단위수량 감소) ← Cement 입자 분산으로 물과 잘 섞이게 해 작업성 높임

 

□ 마무리

 

○ 더 튼튼히, 더 경제적으로.

 혼합 시멘트는 서문에 말했듯 시멘트를 보다 저렴하게, 경제적으로 만드려고 산업부산물(당시 폐기물)인 고로슬래그를 섞으며 시작되었다. 그러다 더 효과적인 시멘트를 만들게 되고 몰랐던 효능을 발견하게 되고 시간의 흐름에 따라 환경적인 요소까지 갖추게 된 것이다.

 

 다만 이 역시 '적당히', '적절히', '잘'이 필요하다. 콘크리트 시공에서 적절한 다짐을 통해 품질 관리가 중요하다. 하지만 과다짐을 할 경우 내부의 기포가 파괴되어 공기량이 감소되어 내동해성이 저하되고 결국 품질에 악영향을 끼친다.

 

 혼화제 중 유동화제 또한 과하게 사용하면 재료분리가 발생하여 문제가 되고 AE제의 경우도 과하게 사용하여 공기량이 약 6%를 넘어가면 1% 초과 시 강도가 5%씩 감소하게 된다.

'적당히'라는 말은 참으로 어려운 말인 것 같다.