콘크리트의 재료 중 골재 및 결합재(+모듈화, 미래, 경제성)

□ 골재

 ○ 명사 콘크리트나 모르타르를 만드는 데 쓰는 모래나 자갈 따위의 재료

 

 뼈 骨 재료 材, 골재는 콘크리트의 뼈가 되는, 근간이 되는 재료이다. 그렇기에 골재의 상태에 따라 콘크리트의 품질이 매우 달라질 수 있다.

 

 이전 글에 말했던 것처럼, 천연골재의 품귀로 인한 문제들도 없다곤 할 수 없다.

 

 잠시 다른 이야기를 해보자면 예전에 봤던 드래곤볼이라는 만화책에서 마인부우가 집을 만드는 장면이 있다. 하나의 재료로 탄력 있고 튼튼한 집을 뚝딱 만들어 내는 모습이 나왔다.

 

인간에게도, 이 자연에도 그런 물질이 있거나 그런 능력이 있었으면 우리 인간의 거주 형태는 아주 달라지지 않았을까. 시멘트 생산으로 인한 환경 문제도 일어나지 않았을 것이고, 아니 어쩌면 고로슬래그나 Flyash의 비용 상승도 일으키지 않고 사용량 감소로 또 다른 환경문제가 생겼을 수도 있다...

 

1. 골재의 분류

 

 가. 골재는 입경에 따라, 비중에 따라, 생산 방식에 따라 다양하게 분류할 수 있지만 흔히, 굵은 골재와 잔골재로 나눈다. 굵은 골재와 잔골재를 나누는 기준도 현장배합이냐, 시방배합이냐에 따라 조금은 달라진다. 5mm를 기준으로 굵은 골재와 잔골재를 나누는 것이 일반적이다.

 

 나. 순환골재: 환경적인 이슈로 인하여 순환골재 의무사용에 대한 지침 폭이 넓어지고 있다. 재활용품이므로 품질관리에 대해 더 신경을 써야 한다. 예를 들어, 시험배합을 통해 확인 필요, 흡수율 굵은 골재의 경우 5% 이하, 잔골재의 경우 3% 이하, 더욱이 알칼리실리카 반응, AAR에 무해하여야 한다. 재사용에 대한, 품질규정이 아직은 명확하지 않아 기준 마련이 필요할 것이다.

 

2. 골재의 함수율

골재의 함수량에 따른 상태

 가. 골재 함수의 의미: 함수량은 골재의 수분 상태로 배합계는 골재는 충분히 물을 흡수하고 있으나 과하지 않은, 표면건조 상태로 가정한다. 하지만 이는 현실상에서는 불가능하다.

 

 골재가 품고 있는 수분이 적다면 수화반응에서 물을 흡수하게 되어 Workability가 감소하고 건조수축이 증가하는 등 문제가 발생하고 물이 너무 과하게 되면 Bleeding 발생 촉진으로 재료분리, 수밀성 저하, Laitance, Sand streaking의 문제를 야기한다.

 

 골재의 수분량으로 인한 문제 발생은 물이 과한 경우는 흔하지 않고 건조한 경우가 많이 발생한다. 고품질의 콘크리트 제품을 생산하기 위해선 입도가 양호하고 양질의 골재를 사용하며 또한, Pre-wetting 적용 등 골재관리에 신경을 써야 한다.

 

□ 결합재

 교량, 건물 등을 구성하기 위한 재료로 쓰이는 콘크리트의 재료는 무엇일까? 어떻게 구성해야 더 튼튼하게 만들 수 있을까?

 

 기술자가 단순히 퍼포먼스를 위한 물건을 구상한다면 그건 기술자가 아니라 디자이너나 예술가가 아닐까 싶다. 여기에 경제성을 더하여 또 어떻게 해야 더 경제적으로 만들 수 있을까?라는 고민이 필요할 것이다.

 

 콘크리트의 재료는 결합재인 시멘트, 구성의 기본인 골재에 성능개선재와 채움재가 있다. 또, 여기에 인장력을 담당할 철근이 더해질 수 있다.

 

 1. 결합재의 분류

  가. 포틀랜드(보통, 중용열, 조강, 저열, 내황산염) 시멘트

  나. 혼합(포틀랜드 + 혼화재) 시멘트 - 2, 3 성분계

  다. DSP(Densified with Small Particle): 초미립자 물질 함유로 치밀한 공극을 가지는 고성능 콘크리트

  마. MDF(Macro Defect Free): 유기 중합체를 통하여 치밀한 공극을 가지는 고성능 콘크리트

  바. Belite: 시멘트 성분 중 수화열의 원인인 Aluminate와 Belite의 함유량을 낮춘 저발열 콘크리트

 

 2. 결합재에 발생하는 문제

  가. 풍화

   1) 수화열: CaO + H2O → Ca(OH)2 + 125cal/g(수화열)

   2) 탄산화: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O↓(수축) - 수축균열, 염해, 철근부식

  나. AAR(알칼리실리카반응): 시멘트 알칼리 성분 + 골재 실리카 성분 → 흡습성 Rim + 물 → 팽창

  다. 중성화: 탄산화, 풍화 등으로 시멘트가 중성화되며 철근 부식을 촉진 → 균열 발생

 

□ 마무리

 ○ 콘크리트의 모듈화, 제품화

 2023 코리아빌드 박람회를 다녀왔다. 이후 후기글을 남기겠지만 콘크리트와 관련된 내용이 있어 여기에 조금 담아볼까 한다.

 

 박람회 중 모듈러&프리캐스트콘크리트 산업전 파트가 있다. 모듈화를 통해 콘크리트를 제품화하고, 또 그런 방식으로 고품질 제품을, 생산단가에서, 환경적인 이점까지 노리겠다는 것이다.

 

 박람회에서 봤던 문구 중 '제조업화'라는 단어가 뇌리에 박혔다. 인력 부족 문제와 아직까지도 산업재해 순위가 단연 1위인 건설업에서 로봇이 도입된다면 어떻게 될까? 모듈화는 더 힘을 얻게 될 것이다. 게임 체인저가 될 수 있을까?

 

그렇다면 기술자는 어떤 방향으로 나아가야 경쟁력을 가질 수 있을까.

 

 ○ 경제성도 중요하지만 맹목적인 우선순위가 되면 안 된다. 무엇이든 '적당히', '적절히', '잘', 조화가 필요하다.

 예전에 우스갯소리로 들었던 이야기가 있다.

 

 "요즘 다리는 예전 다리만큼 튼튼하지 못해, 오히려 일제 강점기에 만든 저 다리가 더 튼튼해. 수십 년을 지났는데도 아직 멀쩡하잖아. 그놈들이 꼼꼼하긴 해."

 

 당황스러웠지만 사실 완전히 틀린 말은 아니다. 옛날 구조물의 경우 어느 정도의 강도가 발현될지 정확하게 계산하기가 힘들었기에 경제성 보다 안정성을 택하여 보다 튼튼한 경우가 왕왕 있다.

 

 뿐만 아니라, 예전의 구조물에 쓰이는 강자갈, 강모래 등은 얼마나 양호한 품질의 골재였겠는가? 긴 세월 시간의 흐름을 겪고, 마모되고 튼튼하게 남은 골재들이었을 것이다. 요즘은 더 발전된 재료들이 많지만.. 아무튼 그러하다. 여러 이유가 있을 것이다.

 

 경제성이라는 이유로 다른 조건들은 조금은 뒷전이 된 다른 부분들이 많기에 조금은 씁쓸하기도 하다. 조금 더 많은 고민과 시행착오를 겪고 나면 나아지겠지, 나아질 거야 하는 마음을 담아본다.