시멘트

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.

역사

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

국내에 있어서는 <동국여지승람>, <임원십육기>등에 석회석 산지가 자세히 조사, 기록 되어 있고, <세종실록지리지>에도 소성석회의 제조법이 설명되어 있는 등 석회가 사용됐음을 알 수 있는 기록을 여러 곳에서 볼 수 있다. <강화도호부조>에 나타나는 기록을 보면 강화의 토산으로는 철린석(鐵麟石)과 암석이 있어 이중 암석을 절단하여 석회를 번조(燔造)했다고 씌어있는데 여기서 암석은 석회석을 말하며 절단하여 번조(燔造)했다함은 석회요(石灰窯)에 넣어 소성했음을 말한다. <문종실록>의 원년(1451년) 삼원초에는 통사 김추가 중국에 갔을 때 그곳 석회번조법을 묻고 들은 바를 왕에게 상주하여 우리 나라에도 석회번조법이 보급되어 있었음을 알 수가 있다. 당시 석회의 사용은 주로 성벽축조시 돌과 돌 사이를 점토 혹은 석회로 다져 메우는데 쓰였으며 도시 주변의 큰 성 에서 그 흔적을 많이 볼 수 있는데 이에 대한 기록은 선조 26년 6월 <석회탄(石灰灘)>으로 외적을 방비하였고 선조 38년 4월에는 구성(龜城)의 석성은 번벽(燔璧)으로서 보축했다는 기록이 있으며 박제가의 화학의(化學議)에도 석회사용에 대한 일례를 볼 수가 있다.

해방전

일본의 통치하에 우리 시멘트 산업은 청일·러일 전쟁, 제1차세계대전을 겪는 동안 군수산업으로 전환, 급속한 발전을 맞게 되었고 승호리에 첫공장을 세운 이후 광복전까지 일본 오노다(小野田)사 등 3개사 6개공장에 연간생산능력 180만톤의 시설을 갖추었다.

광복~1961년

당시 우리나라의 주요산업시설은 대부분 북한에 편재되어 있었고(삼척공장만이 유일한 남한 소재) 광복과 6. 25동란을 거쳐 거의 모든 생산시설이 파괴된 상태에서 1952년에서야 서서히 정상궤도를 찾기 시작하였으며 1957년 후반 문경공장이 새로 가동되면서 시멘트 산업의 새로운 면모를 갖춰 나가기 시작했다.

1962~1971년

1961년 2개사(동양, 대한(현 쌍용양회의 전신))에 불과했던 시멘트업계는 1, 2차 경제개발계획이 끝난 1971년에는 8개사(유니온 포함)로 늘어났으며 연간시멘트 생산은 51만톤에서 687만톤(13.5 배↑)으로 증가하여 일약 세계 제20위의 시멘트 생산국으로 발돋움하였다. 1964년부터는 만성적인 수입국에서 수출국으로 전환, 1971년에는 100만톤이 넘어서 제11위의 수출국으로 발돋움하였고 경제개발추진과정에서 전략산업으로 급속한 성장을 하기 위해 업계단결의 구심점이 필요하다는 인식을 같이하고 1963년 7월 1일 한국양회공업협회를 탄생시켰다.

1972~1982년

그동안 경제성장을 뒷받침하기 위해 양적성장에 치중했으나 70년대에 들어서는 양질의 균형 성장을 추구하는 한편 기술개발·환경개선 등에도 큰 진전을 보였다. 1976년부터 5종시멘트(내황산염시멘트), 2종시멘트(중용열시멘트)를 생산하는 등 품종의 다양화에도 상당한 진전을 했다.

1983~1992년

이미 선진국 수준에 다다른 우리나라 시멘트 산업은 보다 고도화된 기술수준과 이를 바탕으로 한 조강, 초조강, 중용열, 메이슨리시멘트, 알루미나·칼라시멘트 등 다양한 용도의 신제품 개발은 물론 사업의 다각화와 국제화 등으로 업무영역을 넓혀나가게 된다.

1993~1999년

주택 200만호 건설등 건설경기부양에 따른 시멘트수요의 급증으로 활황을 구가하던 시멘트산업은 1997년말 IMF구제금융이라는 초유의 경제위기에 접어들면서 불황에 빠져들자 설비 증설에 따른 금융비용 부담과 영업환경 악화로 인해 심각한 경영난에 봉착하여 한라시멘트의 부도등 업계전체가 어려움에 빠졌으나 뼈를 깎는 구조조정을 통해 위기극복에 전력을 기울였다.

2000~현재

IMF구제금융, 정부의 건설경기 부양 의지 등으로 건설경기가 회복되고 업계의 자구노력의 성공 으로 경영실적이 호전되면서 재도약의 기회를 마련하게 되었다. 이후 다국적기업인 라파즈사가 한라시멘트를 인수하여 라파즈한라시멘트로 출범하였고 쌍용양회도 일본 태평양시멘트사와의 공동출자계약을 통해 공동경영을 함에 따라 우리 시멘트 산업도 외국 메이저사들의 진출시도로 새로운 환경변화에 직면하게 되었다. 최근에는 수입 시멘트의 증가, 슬래그 등 혼화재의 사용비중 확대, 스틸하우스 등 대체재의 시멘트 수요잠식 등 안팎으로 어려움을 겪고 있으며 점차 환경에 대한 일반의 관심이 증가하면서 친환경 산업으로의 역할 강화가 요구되는 등 향후 시멘트 산업의 활로를 새롭게 모색해야 하는 중요한 시기로 접어들고 있다.

시멘트 제조 공정

채광

광산에서 발파 등의 발파 등의 방법으로 채굴된 석회석을 최초로 분쇄하는 공정이다. 산원에서 90톤 이상의 거대한 덤프트럭에 실려 석회석 덩어리를 파쇄하는 기계인 조쇄기로 운반되어 1차적으로 150mm 이하로 분쇄되고, 2차적으로 75mm 이하로 분쇄되어 석회석 치장으로 보내진다. 석회석 치장은 채굴된 석회석을 골고루 섞어 성분을 고르게 하여 품질을 향상시키는 역할을 한다.

원료생산

원료생상공정에서는 채굴되어 석회석 치장에서 혼합된 석회석과 점토 및 산화철 원료 등을 정량공급장치를 통해 정확하게 배합하여 원료분쇄기로 투입하고, 원료분쇄기 내에서 건조 및 미분말 상태의 분쇄과정을 거쳐 원료사일로에 저장된다. 원료사일로 내부에서는 공기를 이용하여 저장된 원료를 또 다시 혼합하여 다음단계인 소성공정에서 클링커의 소결이 잘 되도록 한다.

소성

시멘트 클링커의 소성에는 현재 대부분 로터리 키른이 사용되고 있다. 로터리 키른은 내부에 내화벽돌을 쌓은 강철제의 커다란 원통으로 3~5도의 경사를 두어 1분에 3~4회의 속도로 회전한다. 원료처리 공정에서 제조한 조합원료는 예열탑의 위 끝으로 부터 공급되어, 예열탑에서 충분한 열교환 과정을 거친 후 키른 입구에 도달되고, 키른 출구쪽으로 부터는 중유나 미분탄 등의 연료를 키른 버너에 불어 넣어 연소시킨다. 조합된 원료는 키른이 회전함에 따라 점차 이동하여 소성로내에서 1450도의 온도에서 소결되어 크링카로 된 다음 냉각 장치로 이송되어 공기에 의해 급냉되고 크링카 치장에 저장된다.

생산/출하

키른에서 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.

종류

포틀랜드 시멘트

포틀랜드시멘트는 특성 및 용도에 따라 5종류로 구분되며, 일반적으로 사용되어지고 있는 시멘트가 바로 1종 보통 포틀랜드 시멘트이다.

보통 포틀랜드 시멘트

• 특 성 : 일반적인 시멘트로서 보편적인 성질을 구비하고 있다.
• 주용도 : 토목, 건축의 각 공사에 사용하는 보편적인 시멘트

중용열 포틀랜드 시멘트

• 특 성 : 시멘트 화학조성에 있어서 수화열을 낮게하여 단기보다 장기강도를 증진시킨 시멘트로서 수화열이 낮고 건조수축이 작으며 내화학성이 우수
• 주용도 : 댐공사, 터널, 거대구조물의 기초공사, 콘크리트도로포장

조강 포틀랜드 시멘트

• 특 성 : 조기에 고강도를 나타낼 수 있도록한 시멘트이며 콘크리트의 수밀성이 높고 구조물의 내구성도 우수하며 보통시멘트 7일강도를 3일만에 발현
• 주용도 : 한중공사, 긴급공사, 콘크리트 2차제품

저열 포틀랜드 시멘트

• 특 성 : 수화열이 60cal/g(7일)이하, 70 cal/g (28일)이하로 중용열시멘트 보다 10 cal/g 낮아 수화열이 최저인 시멘트
• 주용도 : LNG Tank, 댐용시멘트로서 중용열포틀랜드시멘트와 유사함 내황산염 포틀랜드 시멘트(5종)

내황산염 포틀랜드 시멘트

• 특 성 : 황산염에 대한 저항성을 강화한 시멘트
• 주용도 : 하수시설, 배수시설, 해양구조물, 황산염을 많이 함유한 토양, 지하수에 닿는 곳의 콘크리트공 사용. 터널수로라이닝 등

특수 시멘트

시멘트 생산업체들은 특수기능을 가진 다양한 특수시멘트의 개발로 소비자의 선택의 폭을 넓혀주고, 건축물의 기능향상, 건설기간의 단축을 통한 경비절감에 노력하고 있다.

초조강 시멘트

• 특 성 : 보통 시멘트의 7일강도를 1일만에 발현, 조기 및 장기강도 우수, 수밀성 및 내구성 우수
• 주용도 : 도로 및 구조물 긴급보수공사, 토목공사 공기단축

초속경 시멘트

• 특 성 : 보통시멘트의 7일강도를 3시간만에 발현, 저온에서 강도발현 우수
• 주용도 : 도로 및 교량 초긴급공사, 기계설비 기초, 폐기물 고화처리용

3성분계 혼합형 시멘트

• 특 성 : 수화열이 낮아 온도균열이 적음, 장기강도 및 내해수성 우수
• 주용도 : 매스콘크리트 공사용,해양구조물

마이크로 시멘트

• 특 성 : 초미립자 시멘트로 주입성능 및 내구성우수, 고강도 발현
• 주용도 : 암반 및 연약지반 보강용, 구조물 침하방지

방통 시멘트

• 특 성 : 건조수축 균열방지, 시공성 우수
• 주용도 : 아파트, 주택 온돌바닥 마감 미장용

알루미나 시멘트

• 특 성 : 알루미나 함량 50%이상, 내열성 우수, 초기강도 우수
• 주용도 : 캐스터블 제조, 유연탄 비산방지

메이슨리 시멘트

• 특 성 : 보수성, 퍼짐성, 내구성 우수
• 주용도 : 미장용 조적용으로 사용

전기전도성 발열시멘트

• 특 성 : 전기에 의한 발열
• 주용도 : 난방용, 농축수산물 건조기, 온실재배, 옥외주차장

전파차단 시멘트

• 특 성 : 외부의 유해전자파 차단 효과
• 주용도 : 병원, 전화국, 연구소, 반도체 제조시설 등

토질안정개량용 시멘트

• 특 성 : 고함수, 초연약지반 안정화처리용으로 강도, 내해수성 및 화학적 내구성 우수
• 주용도 : 초연약지반 표층 및 심층 고화처리, 산업폐기물 안정화 처리

백색포틀랜드 시멘트

• 특 성 : 착색성분을 제거하여 백색을 나타내게 한 시멘트로 제 특성은 보통시멘트와 대등함
• 주용도 : 건물내장재 등

저발열시멘트

• 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 Mass Concrete 구조물, 염소이온 접촉 구조물

고화재시멘트

• 특 성 : 일반 포틀랜드시멘트 적용 시와 비교하여 우수한 강도를 나타냄, 고 미분말의 제품으로 시공초기부터 우수한 성능을 발휘, 최신 분쇄공정을 통하여 분체 입자표면을 활성화(표면개질)하여 우수한 반응성을 확보, 내 해수성이 우수한 고로슬래그 미분말을 사용하여 연약지반 및 항만구조물에 적합
• 주용도 : 연약 지반의 보강, 대형 콘크리트 구조물의 지반강화, 대형교량 교각의 지지강화, 고속도로의 지반강화, 항만시설 시공을 위한 연안지반의 강화, 해안지역 연안도로의 지반강화

모르타르

모르타르는 시멘트에 모래 및 기타 혼화제가 첨가되어 물만 부어서 사용할 수 있도록 만든 제품으로 작업시간 단축, 공사비 절감, 작업환경의 개선 등의 효과가 있으며 현재 여러 시멘트업체에서는 소비자가 요구하는 성능에 따라 각각의 용도에 맞는 다양한 모르타르 제품을 생산하고 있다.

그라우트용

• 특 성 : 높은 유동성으로 틈새를 메우는 작업에 사용되며 조기강도 및 강재와의 부착강도가 높고,재료분리가 없고 무수축으로 침하현상이 없음
• 주용도 : 기계기초, 교량의 이음부 및 받침부 기초, 철주·철골기초, 구조물 보강, 공장바닥보수

숏패치용

• 특 성 : 터널굴착시 지반 보강을 위한 뿜어붙임시 지보재로서 소형 경량화 기계장비에 의한 시공이 가능함
• 주용도 : 철도·도로·지하철 터널공사, 지하공간 및 암반절개지 보수·보강용

자동수평조절형

• 특 성 : 스스로 자동으로 수평을 형성하여 평탄하고 우수한 바닥면 형성 작업에 사용되며 내구성이 높고, 시공이 간편하고 공기단축 효과가 뛰어남
• 주용도 : 백화점, 전시장, 아파트 등 바닥면적이 넓거나 정밀한 수평을 요하는 건물의 바닥 마감

접지저항 저감용

• 특 성 : 발·변전소, 송전철탑 등의 접지에 사용하며 토양과 융화가 쉽고 접촉면적 확대가 가능하여 접지효과가 우수하고 자유로운 시공이 가능함
• 주용도 : 발·변전소, 송전철탑 접지, 유무선 기지국 통신접지, 전자유도 및 정전기 방지접지

단열용

• 특 성 : 구조물의 열손실 방지, 흡음·차음을 요하는 공사에 사용하며 열전도율이 낮고 습기 및 곰팡이 방지효과가 우수하고 건조수축에 의한 균열현상이 없음
• 주용도 : 방송국, 극장 등의 대형건물 및 기계실, 공조실, 수조실의 결로방지

연관제품

여러 시멘트업체에서는 성능개선 및 작업개선을 위하여 각종 혼화재료 및 연관제픔을 생산하고 있다.

고강도 혼합재

• 특 성 : 단시간에 초고강도 콘크리트 제품 생산을 위한 혼합재로 제품의 내구성 증진 및 제품 생산효율 향상에 효과적임
• 주용도 : 콘크리트 제품생산

팽창재

• 특 성 : 콘크리트의 수축을 보상하는 팽창을 발생시켜 수축방지 및 휨보강을 위한 혼합재로 균열방지, 조직의 치밀화 효과가 있음
• 주용도 : 수축보상 및 수밀성 콘크리트 제조, 케미칼프리스트레스용 콘크리트 제조

급결재

• 특 성 : 수화반응 과정에서 급격한 경화촉진을 위한 혼합재로 급결성이 우수하여 용수가 있어도 뿜어붙이기 공사가 가능하며 강재부식이 없음
• 주용도 : 철도, 도로, 지하철의 터널공사

균열저감재

• 특 성 : 바닥마감 및 미장용 모르타르의 건조수축에 의한 균열방지를 위한 혼합재로 건조 수축에 의한 균열억제 및 장기강도와 내구성 우수
• 주용도 : 바닥마감 및 미장용 모르타르 제조

수중불분리재

• 특 성 : 수중공사시 재료분리를 방지항기 위한 혼합재로 재료분리 저항성이 우수하며 블리딩이 없고 시공수역의 수질오탁 방지효과 우수
• 주용도 : 해상, 교각기초, 제방기초 등 기타 수중에 건설되는 콘크리트 구조

비폭성파쇄재

• 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

한국시멘트협회 - http://www.cement.or.kr/