슬라브 철근 배근이 완료되었으면 이제 드디어 콘크리트 타설을 하게 됩니다.
현장에서는 보통 레미콘(ready-mixed-concrete)을 타설 합니다.
레미콘이란 말 그대로 배합은 완료되어 있어 붓기만 하면 되는 콘크리트 입니다.
콘크리트는 보통 자갈 49%, 모래 29%, 시멘트 7%, 물 10%, 공기 5% + 혼화제(시멘트 중량의 1% 미만)로 구성되어있습니다. 여기서 중요한 것은 시멘트가 물과 반응(수화반응)하면서 수화물을 형성하면서 굳는다는 것입니다.
우선 시멘트를 만드는 생산공정(출처 : 삼표시멘트 http://www.sampyocement.co.kr)과 수화반응을 알아보겠습니다.
생산과정은 크게 1.채광 → 2.원료 → 3.소성 → 4.제품&출하 입니다.
우선 시멘트의 원료는 석회석(CaO), 점토(SiO2, Al2O3), 철광석(Fe2O3), +석고(CaSO42H2O)입니다.
이 원료들이 소성과정(3번)을 거치면서 클링커를 형성하게 되고 이 클링커는 4개의 주요 화합물로 구성되어있습니다.
여기서 소성이란(燒 : 불사를 소, 成 : 이룰 성) burning을 의미합니다.
*탄성 한계 이상의 힘을 받아 형태가 바뀐 뒤 그 힘이 없어져도 본래의 모양으로 돌아가지 않는 성질인 소성(塑性)(plasticity)와 헷갈리기 쉬우나 다른 의미입니다.
클링커의 4개의 주요 화합물은 아래와 같습니다.
1. 규산 제2칼슘(2 CaO.SiO2)(=C2S)
2. 규산 제3칼슘(3 CaO.SiO2)(=C3S)
3. 알루민산 제3칼슘(3 CaO.Al2O3)(=C3A)
4. 알루민산 철제 4 칼슘(4 CaO.AI2O3.Fe2O3)(=C4AF)
*C=CaO, S=SiO2, A=AI2O3, F=Fe2O3
이 4개의 화합물은 각각 서로 다른 특성(강도, 수화열, 화학 저항성, 건조 수축 등)을 갖고 있기 때문에 4개의 화합물의 성질을 적절히 이용하여 다양한 용도의 시멘트(보통 시멘트, 조강 시멘트, 중용 열 시멘트)를 만들어낼 수 있습니다. 추가적으로 알루민산 제4칼슘은 시멘트의 색깔인 회색을 만드는 역할을 합니다.
화합물에 석고를 첨가(10. 시멘트 분쇄기)하는 이유는 시멘트 화합물의 수화반응 속도를 조절하기 위해서입니다.
대표적으로 3CaO.SiO2와 3CaO.Al2O3는 물과 만나면 바로 수화반응을 하는데 이렇게 시멘트가 급격하게 굳어버리면 시멘트, 콘크리트로 사용이 불가능합니다. 이를 방지하기 위해 석고를 첨가하여 수화반응을 지연시키는 것입니다.
물과 만나면 바로 수화반응이 일어나고 시멘트 입자 주위로 물이 둘러싸게 됩니다. 초기에는 알루민산 제3칼슘(3 CaO.Al2O3)에 반응하며, 에트링가이트는 바늘 모양의 결정을 형성하게 됩니다. 규산제2칼슘(2CaO.SiO2), 규산제3칼슘(3CaO.SiO2)은 수화하여 대기 중에서 안정한 화합물인 규산칼슘수화물(CaO-SiO2-H2O)(=C-S-H)을 형성합니다. 또한 알칼리성을 확보하는 수산화칼슘(Ca(OH)2)을 형성합니다.
*콘크리트의 알칼리성이 중요한 이유(철근의 부식방지)
https://tophoon.tistory.com/27?category=719726
#아파트_003 #벽체철근3
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마지막으로 시멘트가 수화반응을 하기 때문에 생기는 특징을 간단히 살펴보겠습니다.
위 그래프는 시간이 지남에 따라 콘크리트 강도 변화를 그린 그래프입니다. 시간이 지날수록 콘크리트 강도가 올라가는 것을 볼 수 있습니다. 이러한 현상을 보이는 이유 역시 시멘트의 수화반응 때문입니다. 시멘트 입자가 물을 만나면 입자 표면부터 수화반응을 시작하여 입자 내부로 반응을 하게 되는데 완전히 수화반응을 하려면 오랜 시간이 필요합니다. 그러나 수화층이 3차원 구조로 결합하기 때문에 완전히 수화하지 않아도 시멘트 경화체는 강도를 발현합니다.
*레미콘의 호칭 강도 21 MPa, 24 MPa, 27 MPa 역시 28일 압축강도를 의미합니다.
시멘트가 수화반응을 하기 때문에 생기는 특징이 또 하나 있습니다. 그것은 바로 온도에 영향을 받는다는 것입니다. 7일 강도 기준으로 4℃의 강도 비는 약 40%, 13℃의 경우 약 56%, 29℃의 경우 약 70%를 나타냅니다. 현장에서 수직 거푸집 탈형 하기 위해서는 5 MPa을 확보해야 하는데 여름철의 경우보다 겨울철의 경우가 더 오래 걸리는 상황이 발생하게 됩니다.
위에서 살펴본 것과 같이 시멘트는 물과 수화반응을 하기 때문에 물 시멘트비(W/C)가 매우 중요합니다. 물시멘트비는 '중량의 비'로써 시공직전이나 직후에 콘크리트나 모르타르 속에 포함된 물과 시멘트의 중량비를 나타냅니다. 물시멘트 비는 강도, 내구성, 수밀성, 균열저항성 등을 결정하는 요소입니다. 예를들어 물시멘트비를 증가시(가수) 콘크리트의 강도가 저하되고, 재료분리 현상을 유발, 수밀성 저하, 응결 지연 등과 같은 현상을 가져오게 됩니다. 이 같은 현상은 수화반응을 하지 못하고 남은 물이 증발하고 그 자리는 빈자리로 남게 되기 때문입니다.
반대로 물시멘트 비가 적으면 콘크리트의 강도와 내구성은 좋아지지만 시공 연도(workability), 유동성(consistency)이 좋지 않기 때문에 콘크리트가 거푸집 내부로 밀실 하게 채워지지 못해 재료분리가 일어날 확률이 높아집니다.
물 시멘트 비는 많다고 좋은 것도 적다고 좋은것도 아닌 적절한 물 시멘트 비가 필요한데 이를 위해서 혼화제(ㅓ+ㅣ)를 콘크리트에 섞어 사용하고 있습니다. 혼화재(시멘트 중량의 5% 미만)의 예로는 표현 활성제(AE제:공기 연행제), 감수제, 유동 화제, 발포제, 응결경화 촉진제, 방수제, 방동제 등이 있습니다.
이번 글에서는 시멘트의 생산공정, 수화반응 및 특징에 대해서 알아보았습니다.
다음번에는 현장에서 타설 전 준비사항(펌프카 자리, 물량산출), 레미콘 주문 시 주의사항(레미콘 송장, 모르타르, 유도제), 타설 시 필요장비 및 주의사항에 대해서 알아보겠습니다.
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