화학성분 및 성질

포틀랜드 시멘트

포틀랜드 시멘트는 규산이칼슘(2CaO·SiO₂)·규산삼칼슘(3CaO·SiO₂)·알루민산삼칼슘(3CaO·Al₂O₃)·알루미노아철산사칼슘(4CaO·Al₂O₃Fe₂O₃) 등의 4가지 주요성분으로 이루어져 있다.

이밖에 소량의 염기성 물질과 다른 원소와 함께 화합하지 않는 소량의 석회와 마그네슘이 존재한다. 보통 포틀랜드 시멘트, 중용열(中庸熱) 포틀랜드 시멘트, 조강 포틀랜드 시멘트, 저열 포틀랜드 시멘트, 내황산염(耐黃酸鹽) 포틀랜드 시멘트 등 5종류가 미국에서 표준화되어 있다. 한국에서는 공업규격에 따라 보통·중용열·조강 포틀랜드 시멘트 3가지로 분류되고 있다. 이밖에 특수한 형태의 여러 포틀랜드 시멘트가 사용되고 있다. 유색 시멘트는 5~10％의 적당한 안료를 흰색 또는 회색 포틀랜드 시멘트와 함께 제분하여 얻는다.

AE 시멘트는 콘크리트 안에 미세한 기포를 생성하게 하는 약 0.05％의 유기약제를 첨가하여 만든다. 이런 방법은 냉동에 대한 저항성과 눈과 빙판을 녹이기 위해 뿌리는 소금과 염화칼슘에 대한 저항성을 증가시킨다. 그리고 거기에 공기연행제를 독립적인 성분으로 선택해서 첨가할 수 있다. 저염기성 시멘트는 총함유된 염기성 물질이 0.6％ 이하인 포틀랜드 시멘트로 무수규산 함유 골재를 사용하는 콘크리트에 쓰인다. 무수규산은 콘크리트를 파열시키는 팽창을 조장하는 성분이다. 메이슨리(masonry) 시멘트는 주로 모르타르에 사용되는데, 이는 포틀랜드 시멘트와 석회석 또는 다른 첨가제를 공기연행제 또는 방수제와 혼합하여 만든다.

방수 시멘트는 방수제가 첨가된 포트랜드 시멘트의 이름이다. 소수성(疎水性) 시멘트는 시멘트 클링커와, 악조건에서 저장할 때 품질이 떨어지는 속도를 줄이기 위해 넣는 올레산과 같은 필름 현상물질을 함께 제분함으로써 얻어진다. 유정(油井) 시멘트는 고온·고압의 조건하에 있는 유정의 굴착에서 시멘트 작업에 사용된다. 이 시멘트는 너무 빨리 응결하는 것을 방지하는 특수한 유기 완경제(緩硬劑)를 첨가한 포틀랜드 또는 포졸란 시멘트이다.

슬래그 시멘트

선철을 만드는 용광로에서 나오는 부산물인 용융 슬래그를 급속 냉각시켜 얻는 분말상의 슬래그로 특수한 건축용 시멘트를 만들 수 있다.

포틀랜드 시멘트와 65％ 분말상 슬래그의 혼합물인 슬래그 시멘트의 이름은 영어권 국가에서는 포틀랜드 용광로(또는 슬래그) 시멘트로 알려져 있으며, 나라에 따라 이름과 조성도 서로 다르다. 이런 슬래그 시멘트의 특성은 여러 면에서 포틀랜드 시멘트와 비슷하지만, 슬래그 시멘트는 무수규산과 알루미나의 함량이 더 높아 화학약품에 대한 더 나은 내성을 갖는다.

슬래그를 포함하는 다른 종류의 시멘트는 10~15％의 강하게 소성된 석회 또는 무수석고(천연 무수황산칼슘)와 몇 ％의 포틀랜드 시멘트가 혼합된 분말상의 슬래그로 이루어진 고황산염 시멘트이다.

이것의 강도특성은 포틀랜드 시멘트와 유사하나, 더 나은 화학적 내성을 갖고 있다. 포졸란 시멘트는 포틀랜드 시멘트와 천연 또는 인공의 포졸란 물질의 혼합물로 이루어져 있다(포졸라나). 이 시멘트는 조기강도는 약하나 장기강도가 포틀랜드 시멘트와 비슷하며, 수화열이 작다.

고알루미나 시멘트

고알루미나 시멘트는 반사로 나 전기로 또는 회전가마 속에서 1,500~1,600℃의 온도로 보크사이트와 석회암의 혼합물을 용융시켜 만들어지기도 하고 1,250℃에서 소결시켜 만들기도 한다.

적절한 보크사이트는 50~60％의 알루미나, 25％에 달하는 산화철, 5％ 이하의 무수규산, 30~40％의 수분으로 이루어져 있다. 석회암은 소량의 무수규산과 산화마그네슘만을 함유해야 한다. 이 시멘트는 35~40％의 석회, 40~50％의 알루미나, 15％에 달하는 산화철, 6％ 이하의 무수규산을 함유하고 있다. 시멘트 접합에 필요한 주요성분은 알루미늄산칼슘(CaO·Al₂O₃)이다. 이 시멘트는 24시간 내에 최대강도를 얻을 수 있으며 화학적 내성이 강하다.이 시멘트는 또한 노의 내화 콘크리트에 사용된다.

팽창 및 무수축 시멘트

팽창 및 무수축(無收縮) 시멘트는 수화작용시 발생하는 작은 팽창이 금방 만들어진 콘크리트가 마르기 시작할 때 발생하는 작은 수축을 상쇄시킨다.

1945년경 프랑스에서 생산되었으나, 현재는 미국과 우크라이나에서 생산된다.

기타 시멘트

석고 플래스터는 회반죽을 바를 때, 플래스터판과 슬래브의 제작, 바닥표면 재료에 사용된다.

이런 석고 시멘트는 천연석고(CaSO₄·2H₂O)를 가열하고 황산칼슘 반수화물(CaSO₄·½H₂O) 또는 무수황산칼슘을 생성시키기 위해 탈수시켜 만든다. 그 황산칼슘 반수화물은 물과 섞이면 몇 분 안에 응결되는데, 건축공사의 목적을 위해 보통 케라틴(keratin)·단백질 같은 반응지연제가 첨가된다. 무수황산칼슘은 더 늦게 응결되는데, 가끔 반응가속제를 첨가시킨다.

플라스틱 시멘트는 접합용 재료로 사용된다. 에폭시 수지 시멘트는 콘크리트 보수용 접합재로 구조재 사이에 사용되고 표면을 보호하기 위한 피복에도 사용된다. 폴리에스테르와 이밖의 여러 수지도 이런 비슷한 용도에 사용된다.