콘크리트의 구성

콘크리트의 구성

콘크리트의 단면을 보면 콘크리트는 시멘트와 물이 반응해서 만들어진 결합재(Binder)가 골재를 감싸고 있는 형태입니다. 모래와 자갈을 본드로 붙였다고 이해하면 되겠습니다. 통상 시멘트와 물을 배합해서 만든 결합재(Binder)를 시멘트 풀 혹은 시멘트 페이스트(Paste)라고 하고, 여기에 모래를 더 추가한 것을 모르타르(Mortar)라고 합니다. 모르타르는 보통 콘크리트 표면에 덧발라서 매끄럽게 만드는 미장 마감재료로 쓰거나 벽돌이나 블록 같은 조적식 재료를 쌓을 때 붙임용 줄눈 재료로 많이 씁니다.

1. 시멘트 페이스트 = 시멘트 + 물
2. 모르타르 = 시멘트 페이스트 + 모래(잔골재)
3. 콘크리트 = 시멘트 페이스트 + 모래(잔골재) + 자갈(굵은골재)

 

콘크리트의 구성 성분

시멘트와 물

시멘트는 물과 만나면 화학반응을 해서 골재를 결합하는 단단한 물질을 만들어냅니다. 콘크리트 용적의 2/3 이상을 골재가 차지하기 때문에 단단한 모래와 자갈을 골고루 섞어 쓴다면 콘크리트 품질에 큰 영향을 미치지 않을 것입니다. 결국 콘크리트의 강도를 좌우하는 것은 시멘트와 물입니다. 물은 깨끗한 것을 쓰면 되니까 시멘트의 종류와 배합비가 강도를 좌우하게 됩니다.

 

시멘트를 조금 줄이고 대신 고로 슬래그(Blast-furnace slag)나 플라이 애시(Fly ash), 실리카 퓸(Silica fume) 같은 혼화재를 섞어도 결합재로 쓸 수 있습니다. 이런 재료를 혼합하면 굳어지는 속도나 화학반응하는 온도(수화열), 강도 등이 달라지지만 더 나은 성능을 기대할 수도 있습니다. 수화열을 낮추거나 강도를 높이기 위한 특별한 목적으로도 많이 씁니다. 

 

골재

콘크리트를 만드는데 골재가 가장 많이 들어가는데, 용적을 기준으로 하면 대략 70%를 차지합니다. 골재는 굵기에 따라 잔골재와 굵은골재로 나눕니다. 우리가 보통 모래나 자갈이라고 부르는 것을 잔골재와 굵은 골재로 정의합니다. 품질을 검사하고 측정하려면 엄격한 수치로 규정해야 하기 때문에 보통 체눈의 크기가 5mm인 체를 기준으로 쳐서 대부분이 통과하면 잔골재, 대부분이 남으면 굵은골재로 구분합니다. 자갈이나 모래는 주변에서 쉽게 구할 수 있는 흔한 재료이지만 최근에는 환경문제 때문에 골재를 채취하기 쉽지 않습니다. 굵은골재는 산에 있는 암석을 깨서 쓰고, 모래는 바다에서 많이 채취하거나 흙을 걸러서 씁니다. 골재는 굵기가 가는 것과 굵은 것을 골고루 섞어야 콘크리트를 빈틈없이 채울 수 있습니다.

 

공기

콘크리트 구성비율에서 눈여겨볼 것은 공기량입니다. 시멘트와 물, 골재만 섞어서 콘크리트를 만들어도 내부에 공기가 들어갑니다. 보통 1~2%의 공기가 미세한 입자를 따라서 콘크리트 속에 들어가게 됩니다. 콘크리트 내부에 빈 공기가 들어간다면 사람 뼈에 생기는 골다공증처럼 콘크리트는 약해질 것입니다. 그래서 공기가 들어가지 않도록 만들어야 좋을 것 같지만 실상은 더 만듭니다. AE(Air Entraining)제라는 약품을 써서 4.5% 정도가 되게 공기량을 높입니다. 물론 이 공기는 일반 공기보다 매우 작고 미세합니다. 이렇게 만들어진 공기는 콘크리트가 오래 버티는데 중요한 역할을 합니다.

 

겨울이 되면 추워져서 물이 얼게 되는데 물이 얼면 부피가 약 10% 정도 팽창합니다. 콘크리트 속에 있는 물이 얼면 팽창하는 압력이 생겨 콘크리트 표면이 떨어질 수도 있습니다. 동결융해를 반복하면서 콘크리트 표면은 계속 떨어져나갈 수 있습니다. 공기는 이 팽창 압력을 줄여줍니다. 물 옆에 빈 공간이 있으면 부피가 팽창해도 넉넉히 담아낼 수 있습니다. 

 

AE제처럼 소량으로 첨가해서 콘크리트의 성능을 개선하는 약품을 혼화제라고 합니다. 우리가 더 건강해 지려고 세끼 식사 말고도 영양제를 먹는 것과 비슷합니다. 특별한 성능을 개선하기 위해 여러 약품을 첨가할 수 있는데 콘크리트의 강도를 높이거나 유동성을 높이기 위해 첨가하는 감수제나 유동화제가 대표적입니다.