콘크리트
1. 개요
Concrete[1]
시멘트와 물,모래,자갈 그리고 강도를 위한 골재 및 혼화재료를 적절하게 배합하여 굳힌 혼합물을 뜻하는 말. 현대의 콘크리트는 포틀랜드 시멘트(Portland cement)를 사용하여 만들어진다. 구조체를 만들 경우 철근을 넣어 강도를 높이는 것이 일반적. 철근을 넣어 쓰는 것이 일반적이다 보니 이와 비교해서 철근을 넣지 않은 콘크리트는 플레인 콘크리트(Plain Concrete)라고 칭한다.
콘크리트를 배합(Mix proportion)하고 이를 비비고(Mixing) 타설(Casting)하고 나면 수화반응(Hydration)이 일어나며 굳기 시작하고(Setting) 강도 발현(Hardening) 과정으로 이어진다. 콘크리트 타설 후 균질한 수화반응 유도하여 강도 발현시키는 과정을 양생(Curing)이라 한다. 정식 용어는 아니지만 이러한 과정을 '''공구리 친다'''고도 하며, 실제 공사 현장 및 '''군대'''에서는 이쪽이 더 많이 쓰인다.
어원은 라틴어로 '함께 자라는'이라는 의미인 concretus.
2. 상세
콘크리트는 골재가 용적의 70% 정도를 차지하며, 시멘트의 비율은 그 나머지인 30% 정도밖에 되지 않는다.[2] 따라서 시멘트＋물＝콘크리트라는 상식은 엄밀히 말하면 틀리다. 참고로 시멘트와 물을 단순 혼합하여 굳힌 것은 따로 '시멘트 페이스트(Cement Paste)'라고 부른다.
건물 시공뿐만 아니라 도로 포장에도 상당히 많이 사용된다. 일반 아스팔트콘 포장 대비 콘크리트 포장이 우수한 포장 강도로 유지 보수 측면에서 유리하게 작용하는 점 때문에[3] 우리나라를 비롯한 전 세계적으로 '''고속도로 시공 시 주력 포장공법'''으로 널리 쓰이고 있다. 다만, 운전자들 입장에서는 성가신 부분이 많은데, 아스팔트 포장 대비 까칠한 노면 때문에 승차감과 소음 면에서 점수를 깎아먹는 데다,[4] 노면 자체가 흰색에 가깝다 보니 차선을 구분하기 위한 백색 선의 식별이 아스팔트에 비해 어렵고 주간에는 눈부심 문제 등이 있다. 이 때문에 최근에는 기초 포장은 콘크리트로 하되 표면부에 아스팔트를 덧씌우는 형태로 문제점을 보완하여 나가가고 있고, 역으로 교량 구간의 경우 상판과 포장 노면을 콘크리트 일체형으로 시공하여 과거 아스팔트 포장 시 포장면과 상판 사이의 틈 사이로 수분이 침투하여 교량 구조강성이 약화되는 문제점을 보완하는 신공법도 적용되고 있다.
철근(鐵筋)과 합성되면 철근 콘크리트가 된다. 한자어와 영어의 절묘한 조화.
시멘트에 물을 섞으면 섭씨 90도가량의 온도가 발생하는데[5] 기타 첨가제로 백설탕액, 점성 조절제, 기포 발생제 등등을 적절히 섞어서 콘크리트를 만들면 화학 반응이 지연되어 온도가 크게 올라가지 않고 대형 공사 시에는 굳는 속도까지 조절할 수 있다고 한다.[6] 이를 설탕 콘크리트 공법이라고 한다. 다만 일반적으로는 콘크리트 배합 시에 당분이 들어가면 강도 저하, 응결 지연 혹은 아예 응결이 불능하기 때문에 하자로 본다. 철저한 사전 시험을 통해 정확하게 배합하여야만 한다.
콘크리트는 표면에서 공기 중의 이산화탄소를 흡수하여[7] 콘크리트 중의 수산화칼슘이 탄산칼슘으로 변화하여 알칼리성을 잃어버리게 되는데 이것을 이를 콘크리트의 탄산화 혹은 중성화 라고 하며 콘크리트 수명 판단에 있어 하나의 지표가 된다.[8] 수산화칼슘은 pH 12~13정도의 강알칼리성 물질인데 중성화 현상으로 탄산칼슘이 되면 pH 8.5~10 정도로 낮아지게된다. 콘크리트 내부의 pH11 이상에서는 산소가 존재해도 철근이 녹슬지 않지만 pH 11보다 낮아지면 철근에 녹이 발생하고 철근의 약 2.5배까지 체적팽창이 발생한다. 이렇게 되면 콘크리트가 알칼리성으로 있을때와는 달리, 철재에 대한 녹 방지력을 잃게 되므로 녹이 슬게된다. 철재가 녹이 슬면 녹이 슨 부분이 점점 커지게 되고, 더 나아가 콘크리트 표면에 균열이 발생하며, 균열면에 물과 공기가 침투함으로써 강재의 부식이 가속되고, 철근 콘크리트 구조물의 내구성이 매우 떨어지게 된다. 탄산칼슘은 내력을 부담할 수 없기에 쉽게 부서지거나 균열이 가기 때문이다. 산성비가 콘크리트에 좋지 않은 것도 같은 이유이다.
달 탐사가 많이 진행되면서 방사능을 견뎌낼 수 있는 기지를 짓기 위해 물 없이도 달에서 직접 캐낸 월석과 가벼운 재료나 달에서 구할 수 있는 몇 가지 재료만 가지고(지구의 물과 시멘트를 가지고 만드는 콘크리트보다[9]) 매우 빨리 굳고 매우 강한 '물 없는 콘크리트'를 현재 각국에서 연구하고 있는 중이고 이 중 일부는 개발에 성공한 상태이다. #
사실 콘크리트의 원료가 되는 시멘트는 굉장히 오래 전부터 존재했다. 기원전부터 석회암을 이용한 원시적인 시멘트가 사용되었으며, 로마시대에는 포졸라나라는 화산재를 섞어 만든 특징적인 로마 시멘트가 있었다. 로마 콘크리트가 사용된 대표적인 건물로는 판테온이 있다. 로마 멸망 이후 정확한 배합법은 실전되었었으나 현대에 와서 다시 연구되어 밝혀졌다. 당연히 많은 면에서 현대의 포틀랜드 시멘트를 사용한 콘크리트에 비해 떨어지지만, 수명 하나는 굉장히 길다. 특히 바닷물에 강한데, 작은 화산재가 콘크리트의 미세한 틈을 막아 수분과 염분을 막아줬기 때문. 현재에는 혼화 재료 중 하나인 플라이 애시(Fly ash)가 비슷한 역할을 한다. 또한 당시에도 콘크리트가 인장력에 취약하다는 것을 알고 말총을 넣어서 이를 보강하였는데, 이는 현대 첨단 콘크리트 분야 중 하나인 섬유 보강 콘크리트(Fiber Reinforced Concrete)와 유사한 개념이다. 당연하게도 요즘은 말총은 쓰지 않고, 특수하게 제작된 금속 재질이나 합성 플라스틱 재질의 섬유가 사용된다. 여하튼 로마시대의 유적이 중세를 거치면서도 오랜 기간 동안 남아있는데 큰 공헌을 한 재료이다.
3. 노출 콘크리트
콘크리트로 외벽을 마감하고 여타의 마감재를 쓰지 않은 것을 흔히 노출 콘크리트(Exposed Concrete)라 칭하는데, 이는 영어 단어를 직역한 것이고 정식 용어는 제물치장 콘크리트이다. 아무래도 노출 콘크리트 쪽이 발음이 편하고 이해도 쉬워서 굳어져버린 경향이 있다. 일본 건축가인 안도 타다오 덕에 일반인들에게도 많이 알려진 용어다.
노출콘크리트는 내구성이 좋고 관리가 편하다는 장점이 있지만, 일단 외부 물질이 콘크리트에 잘 묻어서 시간이 갈수록 미관을 깨끗하게 유지하기는 힘들며, 또한 외부 단열이 안되기 때문에 내부에 단열재를 붙여야 돼서 실내유효면적이 줄어들고, 열을 지니고 있는 용량이 커서 더운 여름에는 마치 뚝배기처럼 내부가 가열되는 단점이 존재한다.
실제 시공 시에 끊어치기나 부어넣기가 불가능한 등 제약 조건이 많은 방법이다 보니 규모가 큰 건물에는 사용하지 못하고, 건물의 일부분이나 단독주택, 2층 상가 정도 규모를 넘기는 힘들다.[10] 다만 아예 안 되는건 아닌게, 소련 건물들 특히 아파트를 보면 10층 넘는 건물이 콘크리트가 그대로 노출되어 있다. 다만 한 층, 한 가구마다 줄이 가있다. 이쪽은 미관은 신경 끄고 외장재 비용을 아끼려고 노출 콘크리트를 택했기 때문에... 그냥 일반 철근 콘크리트 건물을 페인트나 외장마감을 안 하고 쓴다고 보면 된다.
2010년대 극후반에 요식업 매장에 빈티지 인더스트리얼 인테리어가 유행하면서 벽재를 노출 콘크리트로 한 가게들이 많아졌다. 블루보틀 성수 카페가 프랜차이즈중 대표적인 상징. 이 유행은 뉴트로 유행과 함께 호불호가 매우 갈렸는데, 콘셉트가 독특해서 좋다는 의견과 공사판 같아서 싫고 위생 문제가 걱정된다는 의견이 대립했다. 실제로 일부 업주들이 인테리어 비용을 아끼기 위해 노출 콘크리트 인테리어를 가장하며 마감도 제대로 하지 않아서 콘크리트 부스러기가 날리거나 옷이 쓸리면서 손상되는 등 문제가 되기도 했다. #
4. 초고성능 콘크리트(UHPC)
한국에서는 일명 '슈퍼 콘크리트' 라고도 불린다. 나노입자를 이용해서 콘크리트의 기포 구멍을 다 메워버리는 방법으로 기존 콘크리트보다 압축강도가 6~10배 가량 쎄며, 여기에다 섬유를 보강하면 외부의 충격에 매우 강한 Ultra High Performance Concrete(UHPC) 즉, 초고성능 콘크리트가 만들어진다. 다만 그만큼 비싸기 때문에 잘 사용되어지고 있진 않다.
우리나라에서는 춘천에 있는 춘천대교와 울릉도의 힐링스테이 코스모스 리조트가 슈퍼 콘크리트를 사용한 건축물이다.
5. 관련 문서
[1] '구체적인'이라는 뜻도 있다.[2] 군대에서 한번 '공구리'를 쳐보면 안다. 시멘트보다 적게 들어가지 않는 게 바로 모래다.[3] 콘크리트는 내구도가 좋고 아스팔트는 제거 후 재시공에 좋다. 콘크리트는 2~30m의 판을 걷어내고 다시 채워야 하지만 아스팔트는 필요한 부분만 제거하고 다시 흙으로 채우고 아스팔트를 깔면 된다. 하지만 고속도로는 일반 도로와 달리 차량 통행을 막고 유지보수 작업을 하기가 쉽지 않고 도로 하부에 전기/통신선이나 가스/수도관 등이 필요 없어 도로 자체에 문제가 없으면 걷어낼 필요가 없기에 유지 보수 빈도가 낮을수록 좋다. 일반 아스팔트 포장 도로들의 경우 통행량이 극에 달하거나 유지보수에 소홀한 경우, 차선마다 바퀴가 닿는 부분이 깊이 패이곤 하여 차선변경 시에 지장을 겪거나 우천 시 물이 고여 교통사고를 유발하는 문제가 있는데, 이 도로가 일반 도로도 아니고 고속 주행을 하는 고속도로임을 감안한다면 위험성은 수십 배로 커진다.[4] 특히 국내에 콘크리트 포장 공법 시공 경험이 전무했던 시절에 전구간 콘크리트 포장이라는 용자짓을 한 88올림픽고속도로 시절의 광주대구고속도로의 경우 노면 상태는 개통 때부터 그야말로 개판이어서 땜질 보수도 한계를 느끼고 결국 대부분의 구간을 아스팔트로 재포장하는 사태까지 간다. 그 다음에 건설된 중부고속도로도 그렇고 중앙고속도로의 경우도 1990년대 개통된 구간들은 시공 상태가 좋지 않다.[5] 석회질이기 때문이다.[6] 청주대학교 건축공학부 한천구 교수 연구.[7] 바이오스피어 2가 실패한 주요 원인 중 하나다.[8] 콘크리트에 구멍을 뚫고 페놀프탈레인 용액을 뿌려서 어디까지 탄산화가 진행되었나 판단한다. 수산화칼슘은 강염기성이기에 정상 부분은 빨간색으로 변한다.[9] 보통적으로 흔히 쓰는 콘크리트는 수경성 콘크리트이다. 즉, 물에 의하여 굳어지는 콘크리트이다. 또한 물은 밀도가 꽤나 큰 축에 드는 물질이다. 단위 부피당 질량이 크다는 소리. 물 긷는 일을 해본 사람들은 안다. 당연하게도 우주선은 쏘아 올려야 하는 물질의 무게만큼 연료가 든다.[10] 일단 배합이 조금이라도 다르면 양생 후 색이 다를 수 있고 끊어치면 줄눈이 생긴다.