포틀랜드 시멘트

위키백과, 우리 모두의 백과사전.
이동: 둘러보기, 검색

포틀랜드 시멘트(영어: Portland cement), OPC(영어: Ordinary Portland Cement)는 주성분인 석회, 실리카, 알루미나산화철을 함유하는 원료를 적당한 비율로 충분히 혼합하고, 그 일부가 용융하여 소결된 클링커석고를 첨가해 분말로 한 것이다.[1] 오늘날 쓰이고 있는 보통 시멘트 형태이며, 전 세계적으로 콘크리트, 모르타르, 스투코그라우트 등의 기본 재료로 널리 쓰인다.

시멘트 운반 전용 알루미늄 사이로가 얹힌 화물 철도

역사[편집]

1824년 영국의 벽돌공 조셉 아습딘(Joseph Aspdin, 1779 ~ 1855)이 “인조석 제조법의 개량”으로 특허를 얻어 포틀랜드 시멘트란 이름을 붙인 것에서 유래하였다. 당시 건축용 석재로 쓰이던 영국 남단부의 포틀랜드 섬의 석회석인 포틀랜드 석재(Portland stone)의 색이 회백색으로 비슷해서 포틀랜드 시멘트란 이름을 붙였다.[2]

특허[편집]

이 특허는 석회석을 분쇄한 후 구워서 생석회로 만들어 일정한 비율로 점토를 섞고 물을 넣어 미분쇄하여 건조한 것을 다시 소성로에 넣어, 석회석 중의 탄산가스가 완전히 없어질 때까지 800 °C 까지 소성하여 클링커로 만든 다음 미분쇄하여 시멘트를 만드는 공법이다. 이렇게 하면 과거의 석회 모르타르 또는 천연 시멘트보다 균질이면서 고강도를 발휘할 수 있어 널리 보급되었다. 그러나 아습딘의 특허 제품은 소성온도가 낮아 클링커의 품질이 좋지 못해서, 1845년 이삭 존슨(Issac Johnson)은 소성온도를 높게 유지하는 조건을 밝함으로써 근대 포틀랜드 시멘트로 개량했다.[2]

변천[편집]

초기에 생산되었던 포틀랜드 시멘트의 품질은 현대에 까지 많은 변화가 있었다. 1840년에는 재령 28일 압축강도가 5 MPa 정도였으나, 1880년대 후반에는 화학성분의 관리와 입자의 미분말화에 따라 10 ~ 20 MPa 정도로 높아졌다. 그 후 1900년대에 들어 회전로에 소성하게 됨에 따라 25 ~ 30 MPa 정도로 높아졌으며, 1950년대에는 SP(suspension preheater), NSP(new suspension preheater)를 중심으로 폐회로분쇄에 따라 압축강도가 35 ~ 65 MPa로 크게 증진되었다.[2]

쌓여있는 25 kg 단위 포장 시멘트

성분[편집]

전형적인 포틀랜드 시멘트의 화학성분은 CaO 60 ~ 67 %, SiO2 17 ~ 25 %, AI2O3 3 ~ 8 %, Fe2O3 0.5 ~ 6 %, MgO 0.1 ~ 4.0 %, NaO+K2O 0.2 ~ 1.3 %, SO3 1 ~ 5 % 의 범위를 갖고 있으며, 알라이트, 벨라이트, 알루미네이트상, 페라이트상의 클링커 광물로 이루어져 있고, 미량 성분으로 알칼리(알칼리 서페이트, NaSO4, K2SO4), 유리석회 등 몇 개의 다른 상이 있다.

지구에 있는 원소 구성으로 본 시멘트이 주성분(O2, Si, Al, Fe, Ca)은 약 91 %에 상당하고 미량성분(Na, K, Mg, H, S)까지 포함하면 약 99 % 까지 늘어난다. 따라서 포틀랜드 시멘트는 지구에서 가장 풍부한 원소를 활용하여 제조되는 결합재이다.[2]

한국산업표준[편집]

한국산업표준 KS L 5201 포틀랜드 시멘트의 종류

구분 종류 비고
1 종 보통 포틀랜드 시멘트
2 종 중용열 포틀랜드 시멘트
3 종 조강 포틀랜드 시멘트
4 종 저열 포틀랜드 시멘트
5 종 내황산염 포틀랜드 시멘트
  • 저알칼리형 포틀랜드 시멘트의 전 알칼리 함량 % = 0.6 이하
R2O = Na2O + 0.658 K2O
여기서,
R2O: 시멘트 중의 전 알칼리 질량 %
Na2O: 시멘트 중의 산화나트륨 질량 %
K2O: 시멘트 중의 산화칼륨 질량 %

주석[편집]

  1. 한국산업표준. 국가표준인증종합정보센터 (2011년 12월 23일). 2012년 6월 8일에 확인.
  2. 《최신 콘크리트공학》. 한국콘크리트학회