이번포스팅에선 시멘트(Cement)의 성질에 대하여 알아보자.
- 시멘트의 밀도
시멘트의 밀도는 포틀랜드시멘트에 대해서는 3.15g/cm3 정도로 종류에 따른 변화는 비교적 작다.
고로슬래그,플라이애시 기타 포졸란 등의 환화재의 밀도는 포틀랜드시멘트보다 더 적기 때문에 혼합시멘트의 밀도는 혼화재의 첨가량이 많을 수록 포틀랜드시멘트보다 낮으며 또 풍화된 시멘트의 밀도가 적어진다.
- 시멘트의 비표면적
시멘트분말의 단위중량의 표면적을 비표면적이라고 한다. 분말도의 값이 높을수록 시멘트 입자크기는 작아지며 표면적은 커진다.
일반적으로 비표면적이 큰 세민트일수록 수화반응이 빠르고 초기강도가 높아진다. 그러나 비표면적이 과도하게 큰 시멘트는 수화열이 일시적으로 집중하여 발생되기 때문에 축열량이 커져 열응력발생의 원인이 된다. 또 경화 후에 있어서는 수축이 커져 이러한 시멘트를 사용한 콘크리트는 열응력과 수축이 원인으로 균열이 생기기 쉽다.
- 시멘트의 응결.경화
시멘트에 물을 가함녀 처음에는 유동성을 가진 액체 상태(페이스트상태)이지만 수화반응이 진행됨에 따라 차츰 유동성을 잃고, 굳어져간다. 이와 같이 시멘트 페이스트가 유동성을 잃고 굳어져 가는 과정을 응결(set or setting)이라고 한다.
이 응결현상은 시멘트의 수화반응에 따른 화학적 변화에 의한 것이지만 일반적으로 비카-침을 사용한 물리적 수법에 의한 응결시간으로 나타낸다. 응결시간은 보통 포틀랜드 시멘트에서는 초결이 2.5시간 내, 종결이 3.5시간 이내지만 온도가 높은 경우나 비표면적이 큰 경우에는 응결시간이 짧아 지는 경향이 있다. 또 시멘트가 응결된 후 시간이 경화함에 따라 굳어지고 강도가 증가하는 현상을 경화(hardening)이라고 한다.
- 시멘트의 안정성
안정성은 시멘트가 응결된 후 팽창 등의 이상한 체적변화를 일으키는지, 안정된 수화를 하는지의 평가를 말한다. 소성이 불충분하고 유리석회가 많은 경우에는 수화반응이 진행에 따라 시멘트 경화체에 체적팽창이 생겨 균열이 원인 된다.
이밖에도 산화마그네슘(MgO) 및 황산칼슘의 양이 많은 경우에는 팽창이 일어나 균열의 원인이 된다. 그리고 시멘트의 안정성은 KS F 5107에 규정된 시멘트의 오토크레이브 팽창도 시험방법에 의하여 시험하며 안정성 시험용으로 제작된 공시체는 오토크레이브로 고온고압양생한 후 팽창, 뒤틀림, 균열발생 여부를 관찰하게 된다.
- 시멘트의 강도
시멘트의 강도(strength)를 지배하는 시멘트의 주원인은 수경성화합물의 종류와 생성양이다.
규산3석회는 수화반은속도가 빨라 초기강도의 발현에 기여하는 특성이있다. 그때문에 조강포틀랜드시멘트와 초조강포틀랜드 시멘트에서 규산3석회의 양이 많도록 조합하고있다.
한편 규산2석회는 수화속도가 늦어 재령 28일 이후의 강도 발현에 기여하는 성질이 있어, 수화열 발생 속도를 낮게 억제하는 것을 목적으로 한 중용열 및 저발열 포틀랜드시멘트는 규산2석회의 비율을 높게 한다.
또한 시멘트의 강도 발현에는 분말도의 영향도 크다. 즉 분말도가 큰 시멘트 일수록 수화반응속도가 빠르기 때문에 조강성 시멘트에서는 규산3석회의 양을 많게 함과 동시에 비표면적을 크게 하도록 조정하고 있다.
시멘트강도는 시멘트 : 모래 : 물을 1:2.45:0.485(중량비)으로 조합한 몰탈 50x50x50mm로 성형한 공시체를 이용하여 구하도록 되어있다. 일반적으로 시멘트의 강도는 재령 28일의 시멘트몰탈의 압축강도를 말한다.
- 시멘트의 수축
시멘트는 수화반응에 기초를 둔 경화에 따라 경화 수축함과 동시에 그후의 건조에 따른 수축도 일어난다. 발생원인은 다르지만 시간적으로 구분하기 어려운 점도 있고, 일반적으로는 건조수축(drying shrinkage)또는 수축(shrinkage)으로 취급되고 있다. 보통 수화반응속도가 빠른 조강성 시멘트와 초조강 시멘트에서는 수축이 커질 경향이 있다.