시멘트의 유래, 역사, 유해성, 원리

 

시멘트로 만들어진 첫 건축물 고대 이집트 피라미드

1. 시멘트의 어원

시멘트의 어원은 라틴어로 부순 돌(caeder)이라는 뜻의 caementum에서 cement로 바뀌었고, 넓은 의미로는 시멘트란 물질과 물질을 접합하게 하는 성질을 가진 모든 재료를 뜻한다. 시멘트질 결합 재료로 가장 오랜 역사를 가진 것은 석고를 구워 만든 소석고이다. 소석고를 사용해 건설된 건축물로는 기원전 2500년 경에 건설된 이집트 피라미드가 존재한다.

2. 시멘트의 유래

시멘트가 인간사에 등장한 것은 약 5000년 전이며, 시멘트를 이용한 공사로서 지구 상에서 현존하는 처음이자 최고의 것으로는 고대 이집트의 피라미드 세계 문화유산이 유명하다. 이때 사용한 시멘트는 주된 성분이 석회(탄산칼슘)와 석고(황산칼슘)였다. 이후 고대 그리스, 고대 로마에서 석회에 모래를 혼합하여 모르타르를 사용했다. 추가로 여기에 화산재 성분을 넣으면 수경성의 더 단단한 모르타르를 만들 수 있다는 것을 발견하였다. 

 

시멘트의 원재료인 석회석

 

3. 시멘트의 고체화 원리

시멘트는 물로 반죽하면 돌처럼 굳는데, 이것은 시멘트의 성분이 물과 반응하여, 새로운 조직으로 변하기 때문이다. 포틀랜드 시멘트는 주성분으로는 규산삼칼슘(3Ca·OSO)과 규산이칼슘(2CaO·SiO2)이 포함되어 있는데, 물이 가해지면 각각 다음과 같은 화학변화를 일으킨다.

2(3 CaO·SiO2)＋6 H2 O → (3 CaO·2 SiO2·3 H2 O)＋3Ca(OH) 2

2(2 CaO·SiO2)＋4 H2 O → (3 CaO·2 SiO2·3 H2 O)＋Ca(OH) 2

즉, 불안정한 규산칼슘이 분해가 되면서 결정성의 안정된 2개 물질로 변한다. 이러한 조직의 결합과 결정화로 시멘트에 강함의 정도가 생긴다. 또 위 반응으로 생긴 수산화칼슘이 재차 공기 중의 이산화탄소를 흡수하여서 경화성의 탄산칼슘으로 변하는 것도 시멘트의 경도를 증가시키는 원인 중 하나가 된다.

시멘트는 모래, 자갈과 함께 혼합해서 물로 개어 사용하는 경우가 제일 많다. 즉, 모래나 자갈을 연결하는 접착제로서의 작용인 것이다. 이것이 콘크리트이며, 일반적으로 시멘트 1, 모래 2, 자갈 4, 의 비율로 혼합하여 섞는다. 콘크리트는 압축하는 힘에 대해선 강력하지만, 꺾거나 잡아당기는 힘에 대해선 약하기 때문에 이 결점을 보완하기 위하여 철근 및 철골을 넣어 굳힌다. 또한 교량공사 등에 쓰이는 것으로, 사용할 시의 인장력보다 더 강한 장력을 가하여 굳히기 때문에 사용 시에 가해지는 꺾임 및 잡아당기는 힘에 대항 가능한 장력을 가질 수 있게 한 프리스트레스트 콘크리트가 정도가 있다.

 

4. 시멘트의 유해성 논란

-발단-

'2019년 한국의 시멘트사들이 일본 발전사에서 석탄재(폐기물)를 수입해 큰 이슈가 되었다.

일본의 대한민국 반도체 소재의 수출 금지 조치로 일본에 대한 국내 여론이 안 좋아진 상황에서 일본의 폐기물을 수수료를 받는 조건으로 수입하고 있는 사실이 언론을 통해 알려지게 되면서, 국회와 국민들에게 집중 비난을 당했다.

 

-논란의 해결

시멘트 업계 환경부와 산업부, 발전사가 민관협의체를 운영하여서, 단계적인 절차를 밟아 일본의 폐기물 수입을 줄이기로 하였다. 실제 협의체 구성 이후 54% 수입이 감소했다.

 

일부 언론에서 국내의 석탄재가 남는데도 불구하고 석탄재를 수입한다는 사실을 지적한 적이 있으나, 사실은 2000년대 초반부 국내 발전사에서는 석탄재를 정제하여서 레미콘 업계로 유상 판매하게 되면서 시멘트사에 공급되는 석탄재 부족 현상으로 2002년부터 일본의 석탄재를 수입, 사용해오고 있다는 것이 밝혀졌다. 현재 원주지방환경청에서 수입되고 있는 모든 석탄재에 대해서 방사능과 중금속 전수조사를 필히 실시하여 환경부 홈페이지에 전면 공개하고 있다.