시멘트 독 이란?

[전원주택지기]

//

시멘트독이란.. 

---

시멘트독이란..

시멘트 독이라고 하면 우선 상식적으로 콘크리트에서 시멘트의 주성분인 칼슘 성분에 기인한 강알칼리성 물질이 방출되는 현상으로 생각하게 된다. 그러나, 콘크리트 시편을 통안에 넣고 공기를 순환기키면서 방출되는 물질을 포집하여 분석하면 의외로 암모니아가 검출되며 칼슘이나 마그네슘은 거의 검출되지 않는다고 한다. 실제로 신축 건물의 내부 공기를 분석하면 검출되는 암모니아의 농도는 약 5-100ppb 정도로 나타나는데 이것은 일반 대기중에 존재하는 암모니아 농도의 약 10배에 해당된다고 한다. 반면, 시멘트의 알칼리성을 대표하는 주성분인 칼슘이나 마그네슘의 산화물의 미립자는 일반 대기중 농도보다 1/10 이하로 나타난다고 한다.

흔히, 콘크리트 구조물의 신축 현장을 방문하였을 때, 외기와의 접촉이 별로 없는 실내에서 풍기는 특유의 냄새가 바로 이 아모니아 때문이라고 한다. 따라서, 콘크리트에서 방출되는 물질은 주로 암모니아 기체라고 볼 수 있으며 소위 시멘트 독이란 암모니아의 방출을 말하는 것이 아닌가 생각된다. 특히, 귀중한 서화나 금동제품 등을 보관하는 박물관이나 미술관에서 서화나 금동제품 같은 소장품에 변색이나 부식같은 좋지 않은 영향을 끼친다고 하여 외국에서는 꽤 오래전부터 연구가 되고 있다고 한다. 콘크리트에서 암모니아의 발생량은 콘크리트 체적에 비례하며, 재령에 따라 감소하고 함수율이 높거나 온도가 높을 때 증가한다고 한다.

다음식은 천연 골재를 사용한 콘크리트에서 1일 최대 발생량과 재령, 함수율과 온도와의 관계를 나타낸 것이다.y = 1.8 × 10 - 6 × t + 0.58 × h + 4.2 × 1.0T여기서 y는 암모니아 발생량(mg/㎥·day), t는 재령(월), h는 함수율(%), T는 온도(℃)이다.콘크리트에서 암모니아가 발생되는 메카니즘은 명확히 알려져 있지 않지만 콘크리트의 구성 성분중에 강알칼리성 환경하에서 암모니아를 유리시키는 질소 함유물(아민, 아민산, 암모니아 등)이 존재하기 때문이라고 생각되고 있다. 따라서, 콘크리트를 구성하는 물, 시멘트, 골재, 혼화제 중 어떤 재료에 암모니아 발생 성분이 함유되어 있는지 조사할 필요가 있다. 그리고 어떤 재료에서 어떤 작용으로 암모니아가 발생하는지도 중요하다.

가장 일반적인 암모니아 정량법인 indophenol 방법을 사용하여 콘크리트를 구성하는 각 재료의 성분, 성상, 형성, 제조과정, 경시변화 등에 따라 포집한 암모니아의 발생량을 검토한 연구 결과를 보면 다음과 같은 사실이 발견된다. 콘크리트를 구성하는 재료들을 조합한 경우의 수를 살펴보면 물, 시멘트, 골재, (시멘트+골재), (시멘트+물), (물+골재), (물+시멘트+골재)의 조합물이 있을 수 있다. 여기서 물, 시멘트, 골재, (시멘트+골재), (물+골재) 조합에서는 암모니아가 발생하지 않은 반면, (물+시멘트)의 조합인 시멘트 페이스트와 (물+시멘트+골재)의 조합인 모르타르나 콘크리트에서 암모니아가 발생하는 것을 발견할 수 있었다.

이것으로부터 콘크리트를 구성하는 각 재료들의 복합적인 반응과정으로 암모니아가 발생하는 것으로 생각된다. 한편, 콘크리트의 작업성이나 물성 향상을 위하여 시멘트나 콘크리트의 제조 과정에서 사용하는 여러 가지 혼화제로서 시멘트 분쇄조제(TEA와 같은 아민류가 포함되어 있음), 석고, 콘크리트 혼화제로 AE제, 감수제 등 총 17종의 혼화재료의 영향을 검토한 결과 다소의 차이는 있지만 암모니아 발생량에 대하여 큰 영향을 없다고 한다.

유기물(식물의 뿌리나 곤충류의 사체 등으로 질소 성분이 포함되어 있음)이 다량 포함되어 있는 부식토에 CaO와 물을 혼합하였더니 암모니아가 발생하였다는 연구보고가 있다. 따라서, 콘크리트에서 아모니아의 주발생원이 가는 골재라고 한다면 주로 모래중에 함유된 유기 불순물의 영향을 고려할 필요가 있다. 또한 암모니아의 발생량과 골재의 입도 사이의 관계를 검토한 결과, 천연 골재(하천산)에서 암모니아의 발생량은 골재의 표면적에 비례하여 증가하고 있는 것으로 나타나고 있었다.

이것으로 보아 골재의 표면에 부착되어 있는 질소 함유 유기물이 콘크리트 중 시멘트의 수화 과정에서 발생하는 Ca(OH)2에 의한 알칼리성 분위기에서 유리되어 암모니아를 형성하기 때문인 것으로 생각된다. 시멘트의 주성분인 산화칼슘(CaO)보다 알칼리성이 더 강한 수산화나트륨(NaOH)를 골재에 첨가한 결과 역시 암모니아가 발생하였으며 발생량도 산화칼슘보다 많았다. 따라서 골재로부터의 암모니아의 발생은 골재중 질소함유 유기불순물과 알칼리와의 화학반응의 결과라 생각된다.

이상의 결과를 보면 시멘트독이란 콘크리트에서 주로 가는 골재 표면에 부착되어 있는 질소 함유 불순물과 시멘트의 알칼리와의 반응에 의해 암모니아갸 생성되어 외부로 방출되는 현상이라고 정의할 수 있다. 좋은 콘크리트를 만들기 위해 골재중 유기불순물의 함량을 규제하고 깨끗한 골재를 쓰도록 하는 것이 결과적으로 보면 시멘트독을 최소화하자는 시도라고도 생각된다.