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| − | '''시멘트'''(cement)란 | + | '''시멘트'''(cement)란 토목·건축 재료로 쓰는 접합제. 물에 이긴 것을 말리면 돌처럼 단단해지는 회색의 가루로서, 보통 진흙이 섞인 석회석을 주원료로 하여 여기에 소량의 석고를 넣어서 가루로 만든 것이다. |
==개요== | ==개요== | ||
| − | 시멘트는 일반적으로 | + | 시멘트는 일반적으로 건축을 위해서 사용되며 토목 및 건춘용 무기질의 결합 경화제를 나타내며, 크게 포틀랜드 시멘트, 특수 시멘트. 모르타르 제품 등으로 나눌 수 있다. 이중 일반적으로 사용되고 있는 시멘트는 포틀랜드 시멘트이고, 석회, 실리카, 알루미나, 산화철 등을 일정 비율로 혼합하여 용융, 소성된, 클링커에 적당량의 석고를 가하여 분말형태로 만든다. 시멘트 공업은 석회석을 채광하고 이를 소성 가공하여 제품을 생산하는 장치산업으로, 타 제조업에 비해 생산과정이 고도화되어 있지 않으며, 원재료 확보에 대한 입지가 제한적이다. 최근에는 새로운 기능을 가진 시멘트가 차례로 연구 개발되어 실용화되고 있다. 즉 고강도용 시멘트로서 DSP 재료 (Densified System Containing Homogeneously Arranged Ultra-Fine Particles), 포틀랜드시멘트-고로슬래그-fly ash 계와 very short 계 시멘트- 고로슬래그 등의 초저발열시멘트, 지반주입용의 초미분 시멘트인 colloid 시멘트, 롤러 전압콘크리트 포장(RCCP)용 시멘트 등이다. 또한 Roy 등에 의해서, 화학결합 세라믹스라는 새로운 개념이 제안되어, 시멘트 화학의 대상분야는 수화반응에서 산-염기의 중화반응으로, 규산염과 알루민산염에서 인산염과 유해폴리머 결합의 이용으로, 확장되고 있으며, 시멘트 사용대상 분야는 건설재료에서 엔지니어링 [[콘크리트]]로 넓혀지고 있다. 시멘트에 대한 개념도 변화가 되었으며, 앞으로 새로운 성능, 기능을 가진 시멘트가 출현될 것으로 보인다.<ref name='한화'></ref><ref>삼표시멘트 - http://www.sampyocement.co.kr/kor/default.htm</ref> |
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| − | 시멘트 공업은 | ||
==역사== | ==역사== | ||
===기원=== | ===기원=== | ||
| − | + | 인류가 석회를 사용하기 시작한 기원은 정확지는 않으나 결합재로서 석회 사용은 신석기 시대 유적지 제리코(Jeriko) 발굴중 기원전 7000년전의 것으로 추정되는 석회콘크리트가 발견되고, 이프타헬에서의 석회콘크리트의 발견 등을 고려하면 1000년 이전까지도 거슬러 올라간다. 사람들이 시멘트를 사용하여 만든 구조물 중에서 현존하는 최고의 것으로는 기원전 2500년경에 건설된 이집트 쿠퍼왕의 피라미드로 외장석재표면에 몰탈(Mortar)이 도포되어 있음을 볼 수 있으며 이에 사용된 시멘트는 석회석을 구워서 만든 생석회와 석고를 구워서 만든 소석고로 이것 모두는 기경성(氣硬性)시멘트이다. 이러한 석회의 원시적 사용이 18C 과학의 발달과 함께 발전하게 되는데 1756년 영국의 에디스톤(Eddystone) 등대를 건설하면서 존 스미톤(J. Smeation)은 점토분을 다소 함유한 석회를 소성하면 수경성을 갖는다는 사실을 발견하고 수경성석회(Hydraulic Lime)를 만들게 되고, 이어 1796년 파커(J. Parker)가 같은 방법으로 로만시멘트(Roman Cement)를 발명하였고 1818년 프랑스의 비카(L.Vicat)가 석회석과 점토질 암석을 혼합, 소성하여 천연시멘트(Natural Cement)를 발명 하였다. 특히 비카는 인공포졸란 제조시 석회질 점토의 성분과 소성온도에 대한 적정 기준을 발표하여 오늘날 보통(포틀랜드) 시멘트 제조법의 토대를 마련하였다. 이렇게 적당한 점토분을 가지는 석회질 암석인 시멘트암(Cement Rock)을 원료로 하여 제조된 로만시멘트 또는 천연시멘트는 그후 1825년 완공된 테임즈강 터널 공사 및 국회의사당 재건공사에 사용되는 등 널리 보급되고 개량되어 갔다. 1824년 영국에서는 벽돌공이던 애스프딘(J. Aspdin)이 석회석을 구워 생석회를 만들고 이것에 물을 가해 미분말의 소석회를 만든 다음 점토를 혼합하고 다시 석회로에서 800℃까지 소성, 크링카를 생산한 후 미분쇄하여 시멘트를 제조하는 방법을 개발하였는데 이 제조법은 이중소성방식을 이용함으로써로만 시멘트보다 품질이 우수하여 영국특허국에 특허를 얻었으며 현재 가장 일반적으로 사용되는 포틀랜드 시멘트의 시초가 되었다. 애스프딘이 특허를 받은 후 200여년간의 계속된 시멘트 제조법의 연구는 계속되어져 1845년 존슨(I. C. Johnson)이 석회석과 점토의 배합비율, 소성온도등의 제조조건을 밝히는등 시멘트제조학의 기반을 마련하였고 이렇게 하여 오늘날 쓰이고 있는 포틀랜드 시멘트가 탄생 되었다. 경화한 시멘트의 색깔과 경화현상 등 이 당시 건축재료로 사용되던 포틀랜드산 천연석과 유사하여 유래된 포틀랜드시멘트는 1850년경부터 영국, 프랑스, 독일, 미국 등에 제조공장이 건설되고 제품생산이 이루어지면서 크게 사용되기 시작되어 현재까지 이르고 있다. | |
===국내 시멘트 역사=== | ===국내 시멘트 역사=== | ||
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==원료== | ==원료== | ||
| − | * | + | *석회질 : 시멘트의 주원료인 석회질 원료는 대부분 석회석이 가장 많이 사용되고, 시멘트 원료의 약 90%정도를 차지한다. 이론적으로 클링커에 함유될 수 있는 산화칼슘의 양은 약 65%이고 시멘트중 가장 중요한 위치를 차지하고 있다. |
| − | * | + | *점토질 : 점토질 원료는 대표적인 것이 점토이나 양의 부족으로 경석, 슬라그 등이 점토질 원료 대용으로 사용되기도 한다. |
| − | * | + | *규산질 : 규산질 원료는 연규석, 규석 등이 사용되고 일반적으로 규산질 원료는 실리카 성분의 함유량이 80%이상이어야 한다. |
| − | * | + | *산화철 : 산화철 원료는 점토질 원료 중 다량의 철분이 함유되어 있어서 사용하지 않아도 된다. 점토질 원료중에는 대부분 적은 양이 존재하여 산화철 원료로 철광석 및 제철소의 부산물인 슬라그 등을 사용한다. |
| − | * | + | *석고 : 소성하여 클링커만을 미분쇄하여 수화반응을 시키면 응결이 빠르게 진행되므로 클링커에 석고를 약 3~5%섞어 미분쇄하여 혼합하면 경화속도를 조절할 수 있고 초기 강도 향상 및 안정도도 향상시킨다. |
| − | + | *그 밖의 원료 : 실리카가 주성분인 백토나 규조토를 배합한 포졸란, 고로 슬래그, 전로 슬래그, 화력 발전소에서 나오는 석탄회, 보크사이트, 제지 공장의 소각재, 납석, 자로사이트, 각종 슬라그 및 슬러지 등이 대체원료로 사용되기도 한다.<ref>문서저장소, 〈[https://m.blog.naver.com/PostView.naver?blogId=ji_eun9211&logNo=30186832989&proxyReferer=https:%2F%2Fwww.google.com%2F 시멘트의 종류 및 특성]〉, 《네이버 블로그》, 2014-03-12</ref> | |
==시멘트 제조 공정== | ==시멘트 제조 공정== | ||
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====생산/출하==== | ====생산/출하==== | ||
| − | + | 킬른에서 소성되어 냉각시킨 클링커는 석고 3~5퍼센트와 함께 시멘트 분쇄기에서 미분쇄하여 포틀랜드시멘트를 제조한다. 이때 클링커만을 분쇄하여 시멘트를 만들면 응결이 너무 빨라 시멘트의 작업이 곤란하다. 따라서 응결을 지연시키기 위하여 석고를 함께 넣어 분쇄한다. 각 공정을 거쳐 생산된 시멘트는 시멘트 사일로에 저장하여 무포장 상태인 벌크 시멘트 또는 지대에 포장된 포장시멘트 상태로 출하하게 된다.<ref name=한국시멘트협회>한국시멘트협회 - http://www.cement.or.kr/</ref> | |
===공정 중 위험=== | ===공정 중 위험=== | ||
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;저열 포틀랜드 시멘트 | ;저열 포틀랜드 시멘트 | ||
*특 성 : 수화열이 60cal/g(7일)이하, 70 cal/g (28일)이하로 중용열시멘트 보다 10 cal/g 낮아 수화열이 최저인 시멘트 | *특 성 : 수화열이 60cal/g(7일)이하, 70 cal/g (28일)이하로 중용열시멘트 보다 10 cal/g 낮아 수화열이 최저인 시멘트 | ||
| − | *주용도 : | + | *주용도 : LNG Tank, 댐용시멘트로서 중용열포틀랜드시멘트와 유사함 내황산염 포틀랜드 시멘트(5종) |
;내황산염 포틀랜드 시멘트 | ;내황산염 포틀랜드 시멘트 | ||
| 147번째 줄: | 145번째 줄: | ||
;백색포틀랜드 시멘트 | ;백색포틀랜드 시멘트 | ||
*특 성 : 착색성분을 제거하여 백색을 나타내게 한 시멘트로 제 특성은 보통시멘트와 대등함 | *특 성 : 착색성분을 제거하여 백색을 나타내게 한 시멘트로 제 특성은 보통시멘트와 대등함 | ||
| − | *주용도 : 건물내장재 등 | + | *주용도 : 건물내장재 등 |
;저발열시멘트 | ;저발열시멘트 | ||
*특 성 : 기존 3성분계시멘트의 기능을 강화한 제품(수화열 저감효과 우수), 해수성 탁월(해수 침투에 대한 저항성이 강함), 장기강도 발현이 큼 | *특 성 : 기존 3성분계시멘트의 기능을 강화한 제품(수화열 저감효과 우수), 해수성 탁월(해수 침투에 대한 저항성이 강함), 장기강도 발현이 큼 | ||
| − | *주용도 : 대형건축 및 토목구조물, 해양 | + | *주용도 : 대형건축 및 토목구조물, 해양 Mass Concrete 구조물, 염소이온 접촉 구조물 |
;고화재시멘트 | ;고화재시멘트 | ||
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;비폭성파쇄재 | ;비폭성파쇄재 | ||
*특 성 : 공사중 암반, 암석, 콘크리트 파쇄를 위한 제품으로 소음이나 분진이 없고 시공 및 취급이 용이하며 계획적인 파쇄가 가능 | *특 성 : 공사중 암반, 암석, 콘크리트 파쇄를 위한 제품으로 소음이나 분진이 없고 시공 및 취급이 용이하며 계획적인 파쇄가 가능 | ||
| − | *주용도 : 교량, 교각 등 각종 콘크리트 구조물의 해체, 암반 및 암석의 파쇄 | + | *주용도 : 교량, 교각 등 각종 콘크리트 구조물의 해체, 암반 및 암석의 파쇄 |
==시멘트 독성== | ==시멘트 독성== | ||
*'''암모니아''' : 암모니아는 합성비료의 원료로, 냉각제로서 인간의 생활에 유익한 물질인 반면에 암모니아는 사람에게는 매우 치명적인 극독성을 가지고 있어 사망에 이르게 하기도 한다. 주로 간에 손상을 주고 눈, 코, 목의 점막에도 자극을 주며 피부암을 유발시킨다. | *'''암모니아''' : 암모니아는 합성비료의 원료로, 냉각제로서 인간의 생활에 유익한 물질인 반면에 암모니아는 사람에게는 매우 치명적인 극독성을 가지고 있어 사망에 이르게 하기도 한다. 주로 간에 손상을 주고 눈, 코, 목의 점막에도 자극을 주며 피부암을 유발시킨다. | ||
| − | * | + | *6가 크롬 : 시멘트의 소성과정에서 3가 크롬이 변해 생성되는 인체 흡수율이 높아 독성물질로 세포 독으로 작용하며 간장과 신장에 축적되어서 급성중독은 장염, 구토, 빈뇨로 사망에 이르기까지하고, 만성중독은 황달을 거쳐 장염으로 나타난다. |
| − | + | 강 알칼리 : 시멘트는 철근의 부식을 방지하기 위하여, 알칼리 농도 PH 12.5이상의 강알칼리로 만들고, PH 11이의 알칼리가 인체와 접촉되면 안구자극과 피부손상이 생긴다. | |
| − | + | 냉복사열 : 콘크리트는 냉기를 흡수하고, 냉기를 내뿜는데, 인간이 장기간 냉 복사로 체열을 빼앗기면 면역력 감소와 신경계 조화가 파괴되어 건강에 심각한 불균형이 생긴다.<ref>푸른하늘, 〈[https://m.blog.naver.com/PostView.naver?blogId=bandispace&logNo=110156214192&proxyReferer=https:%2F%2Fwww.google.com%2F 라돈(시멘트독)이란? - 시멘트독성과 인체의 영향]〉, 《네이버 블로그》, 2013-01-09</ref> | |
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==같이 보기== | ==같이 보기== | ||
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