시멘트 재료로서 석회의 사용은 고대부터 이어져 왔습니다. 이집트인과 로마인은 다양한 건설 목적으로 이 재료를 훌륭하게 활용했습니다. 인도에서도 대궁전, 교량, 사원, 요새, 기념물 등 다양한 공학 구조물이 시멘트 재료로 석회를 사용해 건설되었으며, 그중 일부는 여전히 완벽한 상태로 남아 있습니다.
현재 시멘트가 석회를 상당 부분 대체했습니다. 그러나 석회가 현지에서 조달 가능하고 시멘트가 급격히 부족한 곳에서는 석회가 시멘트에 대한 저렴하고 신뢰할 수 있는 대안이 됩니다.
석회는 자연에서 자유 상태로 존재하지 않습니다. 다음 물질 중 하나를 소성해 얻습니다.
백악(white chalk)은 순수한 석회석이고, 칸카는 불순물을 포함한 석회석임을 유의하십시오.
석회를 얻는 주원료는 자연에서 얻은 석회석이며, 석회의 특성은 그것을 생산한 석회석의 구성에 따라 달라집니다.
석회석의 구성 성분은 다음과 같습니다:
이 성분은 석회에 수경성(hydraulicity)을 부여합니다. 또한 석회를 물에 녹지 않게 만듭니다. 과다하면 소화(slaking)를 저지하고, 소량이면 소화를 지연시킵니다. 양질의 석회 제조를 위해 8~30% 비율이 바람직합니다.
수경성 발현을 위해 실리카와 알루미나가 석회석과 화학 결합 상태로 존재하는 것이 필수적입니다. 칼슘, 마그네슘, 알루미늄 실리케이트가 수경성을 담당합니다. 이러한 실리케이트는 저온에서 불활성이지만 고온에서 활성화되어 석회와 결합합니다.
이 성분이 있으면 석회가 천천히 소화되고 경화되지만 강도가 더 높아집니다. 또한 발열과 팽창이 적습니다. 산화마그네슘 함량이 약 30%면 점토가 없어도 석회에 수경성을 부여합니다.
약 5% 이하 소량 존재 시 저온에서 가용성 실리케이트 형성으로 수경성을 발현합니다.
소량 존재 시 경화 과정을 가속화하고 소화 작용을 감소시킵니다.
소량 존재 시 고온에서 복합 실리케이트 형성. 과다 철분은 바람직하지 않습니다.
석회석 구성에 황철석이 있는 것은 바람직하지 않습니다. 그런 석회석은 폐기해야 합니다.
석회석을 소성해 얻은 석회는 크게 다음 세 가지로 분류됩니다.
고칼슘 석회, 순수 석회, 풍부 석회, 백색 석회라고도 합니다. 소화 시 격렬하게 반응하고 부피가 생석회 대비 약 2~2.5배로 증가하므로 비석회라 부릅니다.
약 95% 산화칼슘으로 구성된 비교적 순수한 탄산칼슘을 소성해 만듭니다. 이러한 석회석의 불순물 비율은 5% 미만입니다.
비석회의 특성:
비석회의 용도:
물속에서 경화하므로 수석회(water lime)라고도 합니다. 점토와 일부 산화제이철을 함유합니다.
점토 함량에 따라 세 가지로 세분:
유의사항:
표 5-1은 이들 수경성 석회 유형 간 비교점을 보여줍니다.
불순 석회(impure lime) 또는 빈약 석회(lean lime)라고도 합니다. 점토 30% 이상 함유. 소화 매우 느림. 물과 묽은 반죽 형성, 물 자주 갈아도 용해 안 됨. 매우 천천히 경화/경결. 결합력 나쁨, 색상은 진흙색 백색.
매우 열악한 모르타르 생성. 양질 석회 없을 때 열등한 작업이나 장소에 사용.
BIS:712-1984(제3차 개정)에 따른 건축용 석회는 A, B, C, D, E, F 6개 등급으로 분류됩니다.
각 등급 용도는 제안 사항일 뿐입니다. 각 등급 석회의 화학적·물리적 요구사항과 시험법(BIS:6932-1973)은 상기 BIS에 명시되어 있습니다.
다음 세 가지 뚜렷한 작업이 수반됩니다:
칸카는 불순 석회석으로 천연 수경성 석회 제조용입니다. 결절(nodules)과 블록(block) 두 형태로 존재합니다.
결절은 지표면 또는 지표 바로 아래에서 발견됩니다. 결절 형태 칸카는 채취 용이하고 다음과 같은 이유로 천연 수경성 석회 제조에 더 우수한 소재로 간주됩니다.
블록 칸카는 강가나 하천 근처 지하 지층에서 발견되며 두께는 보통 50~300mm입니다.
결절 또는 블록 칸카를 곡괭이와 발빠루로 채석하고, 진흙이나 흙을 제거한 후 적정 크기로 가공합니다.
칸카를 선홍열(bright red heat)로 소성/소성하는 것은 비석회 제조 시와 마찬가지로 클램프나 가마에서 수행합니다.
수경성 석회 소화는 매우 느리게 일어납니다. 따라서 생석회를 먼저 건식 분쇄한 후 물을 가해 소화합니다.
생석회 분쇄 방법:
비석회와 수경성 석회 소화 시 차이점:
천연 원료가 수경성 석회 제조에 부적합하면 인조적으로 제조 가능합니다. 사실 비석회에 적정 비율 점토를 첨가해 수경성 석회로 전환할 수 있습니다.
인조 수경성 석회 제조 두 가지 방법:
사용 가능한 석회석이 분필(chalk) 같은 연질이면 분말로 분쇄해 필요량 점토와 혼합합니다. 이를 가마에서 소성하고 천연 수경성 석회 제조 시와 같이 소화합니다.
사용 가능한 석회석이 경질이면 먼저 소성하고 소화합니다. 이 소화 석회에 필요량 점토를 첨가해 양질 수경성 석회 원료를 만듭니다.
이 혼합물을 적정 크기 볼로 성형하고 건조 후 가마에서 소성. 소화는 천연 수경성 석회 제조 시와 동일. 가마에서 두 번 소성하므로 이중 가마 석회(twice-kilned lime)라고도 합니다.
사고 예방을 위해 석회 취급 시 다음 주의사항 준수:
석회는 중요한 공학 재료로 용도는 다음과 같습니다:
석회석을 시험해 얻을 수 있는 석회 품질을 판단합니다. 석회석 적합성을 정확히 판단하려면 실험실에서 상세 화학 시험을 수행합니다.
일반 정보를 위해 다음 네 가지 실용적 시험을 수행합니다.
순수 석회석은 백색. 수경성 석회석은 청회색, 갈색 또는 어두운 색. 수경성 석회석 맛은 점토질이고 흙냄새 남. 석회석 표면 반짝이는 입자는 유리사(free sand) 존재 의미. 덩어리 존재는 생석회 또는 미소성 석회석 지시.
건조 석회석 조각을 칭량 후 노천 화로에서 몇 시간 가열. 다시 칭량해 중량 손실 = 이산화탄소량. 이 데이터로 석회석 내 탄산칼슘량 산출.
가루 석회 1티스푼을 시험관에 넣고 묽은 염산 투입. 저어준 후 24시간 방치.
탄산칼슘 함량 높으면 격렬한 발포와 적은 잔류물 생성 → 순수 석회석 지시. 낮으면 발포 적고 잔류물 많음 → 불순/수경성 석회석 지시.
뒤집어도 흐르지 않는 진한 겔/반고체 형성 → A등급 석회. 기울이면 흐르는 묽은 겔 → B등급. 겔 형성 없음 → C등급.
약 40mm 크기 단단한 석회 볼(충분한 물 가해 성형)을 만들어 6시간 방치. 물 담긴 대야에 넣음. 물에 넣자마자 수분 내 서서히 팽창하며 분해 → C등급. 거의 팽창 안 하고 수많은 균열 → B등급.
복합재료
사회·산업은 끊임없이 진화합니다. 50년 전엔 상상 못 했던 기술이 일상이 되었고, 미래·지속 개선에 초점 맞춰집니다. 오늘은 종종 간과되는 주제, 연대측정(Dating)을 통한 과거 규명을 다룹니다. 물질 연대측정이란? 사건·물체에 시간적 위치를 부여하는 행위. 물질 경우 해당 물체가 언제 만들어졌는지, 상대적 선후 관계 파악. 연대측정 유형 상대 연대측정(Relative Dating): 절대 연대 불가하나 선후 관계 판별 가능. 퇴적층 예: 하층일수록 고연대. 정확한 연대 미상이어도 상대 순서 파악에 유용. 절대 연대
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