, 하스스톤 은어에 대한 내용은 돌크리트 문서
, 키랏토 프리☆챤의 등장인물에 대한 내용은 키랏토 프리☆챤/등장인물 문서
참고하십시오.1. 개요
Concrete[1]시멘트, 물 그리고 강도를 위한 모래 등의 골재 및 혼화재료를 적절하게 배합하여 굳힌 혼합물을 뜻하는 말. 현대의 콘크리트는 포틀랜드 시멘트(Portland cement)를 사용하여 만들어진다.
시멘트 + 물 = 시멘트반죽(풀)
시멘트 + 물 + 모래 = 모르타르(몰탈)
시멘트 + 물 + 모래 + 자갈 + (혼화재) + (혼화제) = 콘크리트
2. 어원
라틴어로 '함께 자라는'이라는 의미인 concretus. 영어 발음은 미국식〔kɒːŋkriːt〕, 영국식〔kɒŋkriːt〕로 '콩크리트'에 가깝지만 표준어에서는 실제 발음이 아닌 n이라는 표기에 이끌려 '콘'으로 자리잡았다. 반면, 영국식 발음의 실질적인 반영을 우선하는 북한 문화어에서는 '콩크리트'라고 쓴다. 한자어로는 혼응토(混凝土)라는 표현이 있지만 국내에서는 잘 쓰이지 않고 해당 한자를 중국식으로 hùnníngtǔ라고 읽으면 바로 콘크리트의 중국어 표현이 된다. 일본에서는 'コンクリート'라고 하며 ン이 바로 뒤의 ク의 영향을 받아 /ŋ/발음으로 바뀌어나기 때문에 /koŋːkuriːto/라고 발음된다.3. 배합과 사용
콘크리트는 골재가 용적의 70% 정도를 차지하며, 시멘트의 비율은 그 나머지인 30% 정도밖에 되지 않는다.[2] 따라서 '시멘트+물=콘크리트'라는 상식은 엄밀히 말하면 틀리다. 참고로 시멘트와 물을 단순 혼합하여 굳힌 것은 따로 '시멘트 반죽(Cement Paste)'이라고 부른다. 벽돌을 접착할 때 쓰이는 그 것. 여기에 모래를 섞으면 미장에 쓰는 몰탈이 되고, 자갈까지 넣으면 그 때 비로소 콘크리트가 된다.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 수화반응을 유도하여 강도를 발현시키는 과정을 양생(Curing)이라 한다. 정식 용어는 아니지만 이러한 과정을 공구리 친다고도 하며, 실제 공사 현장 및 군대에서는 이쪽이 더 많이 쓰인다.
대한민국 건설 현장에서는 일반적으로 압축 강도가 21/24/27/30/35/40 MPa(메가파스칼)정도 되는 콘크리트를 사용한다.[3] 콘크리트의 탄산화(EC), 염화물정도(ES) 동결융해점(EF) 등을 바탕으로 결정한다.
다른 대규모 국가를 가도 사정이 크게 다르지는 않지만, 특히나 목재가 그렇게 풍부하지 않은 대한민국과 같은 나라에서 콘크리트가 건축 재료로서 차지하는 중요성은 정말로 대단하다. 콘크리트와 같이 사용하는 철근의 재료인 철만 하더라도 제련을 위해 원료인 철광석을 수입해야 되지만, 콘크리트는 원료 자체가 석회석 가루와 모래, 자갈로 만들어지고 추가로 들어가는 혼화제 역시나 대부분 대한민국에서 구할 수 있는 매우 값싼 경제적인 재료들이다. 만약 콘크리트가 없었다면 고층 아파트나 빌딩같은 현대의 건축물들이 이렇게 올라가지 못했을 것이다.
4. 역사
콘크리트의 원료가 되는 시멘트는 기원전부터 고대 로마 시대에서부터 석회암을 이용한 원시적인 콘크리트가 사용되었으며, 포졸라나라는 화산재를 섞어 만든 특징적인 로마 콘크리트가 있었다. 로마 콘크리트가 사용된 대표적인 건물로는 판테온이 있다.서로마 제국 멸망을 전후해서 정확한 배합법은 잊혀졌었다. 중세 유럽 초기에 로마 시대보다 퇴보했다는 말이 나오던 원인 중 하나다. 근데 로마식 콘크리트 제조법은 원조인 동로마에서조차 잊혀졌기에딱히 서유럽을 욕하긴 뭐하다.[4]
다시 콘크리트 기술이 상용화된 것은 무려 천년이 지난 1824년 영국의 벽돌공 조지프 애스프딘이 포틀랜드 시멘트를 발명하고 나서다. 로마 콘크리트는 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 때문이다.
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.
5. 종류
5.1. 시멘트 콘크리트
보통 상온에서 석회에 물을 섞으면 섭씨 90도가량의 온도가 발생하는데[5] 기타 첨가제로 백설탕액, 점성 조절제, 기포 발생제 등등을 적절히 섞어서 콘크리트를 만들면 화학반응이 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.일반적인 시멘트는 표면에서 공기 중의 이산화탄소를 흡수하여[7] 콘크리트 중의 수산화칼슘이 탄산칼슘으로 변화하여 알칼리성을 잃어버리게 되는데 이를 콘크리트의 탄산화 혹은 중성화 라고 하며 콘크리트 수명 판단에 있어 하나의 지표가 된다.[8] 수산화칼슘은 pH 12~13 정도의 강알칼리성 물질인데 중성화 현상으로 탄산칼슘이 되면 pH 8.5~10 정도로 낮아지게 된다. 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 있을 때와는 달리, 철재에 대한 녹 방지력을 잃게 되므로 녹이 슬게 된다. 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. 그런데 이 탄산화 문제가 아이러니하게도 콘크리트의 구조를 치밀하게 해서 콘크리트 자체의 강도는 높아진다.
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.#
일명 루나 콘크리트는 여러 가지 종류가 있다. 말 그대로 현재 지구상에서 사용 중인 콘크리트의 성분을 월석에서 뽑아내서 가압챔버에서 만드는 콘크리트도 있고, 황을 녹여서 사용하는 콘크리트도 있다. 또한 위에 링크한 기사처럼 폴리머를 녹여서 사용하는 콘크리트도 있다. 하지만 이 방법들은 결국 모두 가압챔버를 필요로 하고, 폴리머를 사용하는 경우에는 결국 폴리머를 지구에서 가져가야 한다.
그래서 요즘은 소결 기술을 사용하여 도자기 굽듯 블록을 구워내는 기술이 대세이다.
철근(鐵筋)과 합성되면 철근 콘크리트가 된다. 구조체를 만들 경우 철근을 넣어 강도를 높이는 것이 일반적이다 보니, 이와 비교해서 철근을 넣지 않은 콘크리트는 플레인 콘크리트(Plain Concrete) 또는 무근(無根) 콘크리트라고 칭한다.
5.1.1. 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 다다오 덕에 일반인들에게도 많이 알려진 용어다.노출 콘크리트는 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.
20세기 중반에 브루탈리즘이 흥행하면서 노출 콘크리트 외장에 요새같이 웅장한 이미지를 살리는 건축물들이 세워졌지만 상술된 이유로 점차 시대에 밀려 사라졌다. 그러다 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. # 안도 타다오는 외장 마감에 무지무지하게 신경을 썼기 때문에 그런 문제가 없었지만 어설프게 따라하다 보니 그런 문제가 생길 수 밖에. 사실 그런 경우는 그냥 일반 철콘구조로 지어진 건물을 내장마감을 하지 않고 사용하는 것일 뿐이다. 콘크리트 부스러기 날린다는 데 가 보면 십중팔구 천장 택스 뜯어발기고 조명기구 몇 개 때려박고 끝. 구소련의 활용례와 같은 경우. 다만 소련식 건물들이 외장재에 그런 짓을 했다면 이쪽은 내장재에 그런 짓을 해서 이용하는 입장에서 더 심각하게 느껴질 뿐...
5.1.2. 초고성능 콘크리트(UHPC)
한국에서는 일명 '슈퍼 콘크리트' 라고도 불린다. 나노입자를 이용해서 콘크리트의 기포 구멍을 다 메워버리고, 시멘트 입자도 훨씬 곱게 갈아서[11] 수화 반응성을 올리며 동시에 강섬유, 탄소섬유, 유리섬유 등을 활용하여 인장강도를 보강하는 방법으로 기존 콘크리트보다 압축강도가 6~10배 가량 강하며, 여기에 섬유를 보강하면 외부의 충격에 매우 강한 Ultra High Performance Concrete(UHPC) 즉, 초고성능 콘크리트가 만들어진다. 다만 그만큼 비싸기 때문에 잘 사용되고 있진 않다[12].한국에서는 춘천에 있는 춘천대교와 울릉도의 힐링스테이 코스모스 리조트가 슈퍼 콘크리트를 사용한 건축물이다.
5.1.3. 매스 콘크리트
주로 댐과 같은 큰 인프라 시설 건축에 사용되는 콘크리트다.표면부와 내부의 온도차가 발생하기 쉬우며, 콘크리트의 온도에 의해 발생하는 팽창이 더 심해지며 표면상 금이 조기에 발생할 수 있다.
5.2. 아스팔트 콘크리트
통칭 '아스콘'이라고도 불리고 있으며, 도로 포장에 상당히 많이 사용된다. 일반 아스팔트 콘크리트 포장에 비해서 콘크리트 포장이 우수한 포장 강도로 유지 보수 측면에서 유리하게 작용하는 점 때문에[13] 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.
하지만 앞의 장점은 도로를 보수해야 할 상황에선 단점이기도 하다. 손상된 콘크리트 포장은 부분 보수가 불가능하며, 해당 부분의 포장 재시공이 원칙이다. 하지만 재시공을 즉각적으로 할 수 있는 것은 아니기 때문에 손상 부위에 아스팔트를 채워 넣는 임시조치를 한다. 임시조치 이후엔 최대한 빨리 재시공이 이뤄져야 한다. 그런데 이 재시공이 늦어지는 경우 계절 변화나 기온차로 인해 이런 임시조치 부위의 균열이 계속 커지면서 큰 팟홀로 확대되기도 한다. 아스팔트 포장재는 인장강도가 떨어지지만 신축성이 크기 때문에 팟홀이 거대화되는 경향이 적다.
하지만 콘크리트 포장재는 신축성이 아예 없다시피 하기 때문에, 한 번 균열이 생기면 전단부위가 계속 부서지면서 팟홀이 거대화된다. 또한, 층층이 쌓아 포장하는 아스팔트와 달리 한 덩어리를 이루는 콘크리트 포장은, 한 번 팟홀이 생기면 그 깊이가 아스팔트 포장 도로에서보다 훨씬 깊다. 때문에, 도로 관리 기관의 즉각적인 조치가 어렵고, 지정체가 빈번한 시내도로에선 콘크리트 포장은 절대 열위에 속한다. 한국을 비롯한 전 세계적으로 고속도로 시공 시 주력 포장공법[14]으로 널리 쓰이고 있다. 다만, 운전자들 입장에서는 성가신 부분이 많은데, 아스팔트 포장 대비 까칠한 노면 때문에 승차감과 소음[15] 면에서 점수를 깎아먹는 데다,[16] 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.
5.3. 무시멘트 콘크리트
시멘트를 1톤 생산하는데, 약 0.85톤의 CO2가 발생한다. 이는 CaCO3에서 CO2를 고열로 떼어내어 CaO를 생산할 수 있고, CaO는 시멘트의 주성분(약 60%)이기 때문이다. 즉, 시멘트 제조업 자체가 지구온난화의 주범 중 하나인 셈. 따라서, 최근에는 시멘트가 아닌 재료들을 활용하여 콘크리트를 만드는 연구가 활발하게 진행되어지고 있다. 주로 철강업에서 발생하는 슬래그나 발전소에서 발생하는 Fly ash등의 재료를 고알칼리 용액을 사용하여 굳히는 방법을 사용하나 그 외에도 칼슘 포스페이트 등을 이용한 방법 등 다양한 솔루션이 개발되고 있다.그럼에도 불구하고 현재 이것이 적용 가능한 기술은 pH 14가 넘는 염기성 용액을 사용하는 특성상 현장에서 사용하기에는 굉장히 위험하기 때문에, 대부분 공장에서 만드는 프리캐스팅 제품정도만 가능하다.
현장에서는 대부분 시멘트를 슬래그나 Fly ash로 일부 치환하여, 시멘트의 알칼리성을 자극제로 활용하는 방법을 사용하며, 아예 시멘트를 사용하지 않는 것이 불가능하다.
6. 관련 문서
- 공구리
- 공구리(도시전설)
- 콘크리트기능사
- 레미콘
- 시멘트
- 잔골재율
- 철근 콘크리트
- 콘크리트용 혼화제
- 폭렬현상
- 광주 화정 아이파크 붕괴 사고 - 붕괴 원인 중 하나가 겨울철, 그것도 영하의 날씨에 콘크리트를 타설한 게 지목되고 있다.
- 검단신도시 아파트 건설현장 붕괴사고 - 붕괴 원인 중 철근의 누락만으로 모자라, 설계기준 강도인 24MPa의 콘크리트가 최소인정값인 85%(20.4MPa)보다도 낮은, 약 70%인 16.9MPa로 측정되어 붕괴의 원인 중 하나로 지목되고 있다.
- 노보청 - 건설 인부를 모티브로 한 포켓몬이라 콘크리트 기둥 두쪽을 손에 들고 다닌다. 포켓몬 세계관에서 콘크리트 기술을 인간들에게 전수시켰다고 한다.
[1] '구체적인'이라는 뜻도 있다.[2] 군대에서 한번 '공구리'를 쳐보면 안다. 시멘트보다 적게 들어가지 않는 게 바로 모래다.[3] 참조 참조2[4] 애초에 운좋게 로마에서 콘크리트 제조법이 탄생했던 이유는 로마가 위치한 이탈리아 반도 중부가 석회암과 화산재, 현무암 등이 풍부해서 재료 수급이 용이했기 때문이다. 동로마의 중심지었던 비잔티움에서는 유통하기 어려운 재료였기 때문에 사용하지 않다보니 잊혀졌다.[5] 석회질이 화학 반응하기 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] 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.[11] 물론 그냥 대놓고 곱게 갈기만 한다고 강도가 올라가지는 않는다. 시멘트 가루가 너무 작아지면, 입자의 비표면적이 커지고, 커진 비표면적은 반데르발스 힘의 지배력을 키운다. 이렇게 되면 입자끼리 잘 늘러붙는다. 쉽게 말해서 떡이진다. 이렇게 떡이 진 시멘트의 수화 반응성은 말 할 것도 없이 급격하게 떨어진다 따라서, 이 응집력을 감소시킬 수 있는 여러가지 방법을 사용한다.[12] 철근이 안 들어가면, 그만큼 가격이 저렴해지지 않냐고 물어볼 수 있는데, 철근이 안 들어간다고 했지, 철이 안 들어간다고는 안 했다. 보통 강섬유가 들어가며, 강섬유는 스테인리스 강이다. 당연히 일반 철근보다 더 비싸다. 애초에 철근은 모든 강철 중에 제일 저품질이다.[13] 콘크리트는 내구도가 좋고 아스팔트는 제거 후 재시공에 좋다.[14] 다만 최근 들어 포장 기술의 발달으로 유지보수 면이 크게 해결되어 다시 아스팔트로 재포장하는 곳도 많다.[15] 고속도로를 달릴 때 특유의 높은 소음이 나는 경우가 있는데, 바로 이 콘크리트 포장 구간을 지나고 있는 것이다.[16] 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.