개념 한 쪽
시멘트는 원료를 분쇄하고 소성해 만든 클링커를 중심으로 생산한다. 제조 방법은 원료에 물을 많이 섞는 습식법과 그렇지 않은 건식법으로 구분한다. 습식법은 슬러리 상태로 분쇄하므로 먼지가 적고 미분말화가 쉽지만 열손실이 크다. 클링커를 이루는 광물 조성과 분말도는 시멘트의 강도 발현과 수화열, 내구성에 영향을 준다.
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출제기준 단원 「시멘트의 제조」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 습식법 수분량 판별 | 1 | 습식법의 물 사용량과 공정 특성을 가린다 |
| 조강성 시멘트 광물 조성 | 1 | 조기 강도용 C3S와 C2S 함량 조절을 가린다 |
| 클링커 광물 저항성 비교 | 1 | C3A와 C4AF의 화학 저항성 관계를 가린다 |
시멘트 제조는 원료의 분쇄와 소성, 클링커의 냉각과 분쇄로 이어진다. 제조 방법 가운데 습식법은 원료에 물을 30~50% 정도 가해 슬러리 상태로 분쇄한다. 물을 많이 쓰므로 건조 과정에서 열손실이 많지만, 원료를 미세하게 분쇄하기 쉽고 먼지 발생이 적다. 물을 10% 정도만 가한다는 설명은 습식법의 수분량과 어긋난다.
시멘트 원료에는 석회질 원료와 점토질 원료가 쓰인다. 포틀랜드 시멘트는 석회석과 점토를 섞어 구워서 만든다. 마그네슘 산화물이 과다하면 굳은 뒤 지연 팽창과 균열이 생길 수 있다. 석고는 시멘트가 너무 빨리 굳는 것을 막는 응결 지연 역할을 한다. 알칼리가 과다하면 알칼리-골재 반응으로 균열이 생길 수 있으므로 강도 증가만 강조할 수 없다.
클링커의 주요 광물은 C3S, C2S, C3A, C4AF이다. C3S는 수화열이 크고 조기 강도 발현이 빠르며, C2S는 수화열이 작고 장기 강도 발현에 기여한다. C3A는 수화열이 크고 화학 저항성이 낮으며, C4AF는 C3A보다 화학 저항성이 상대적으로 우수하다. 화학 저항성은 C3A가 가장 취약하고 C4AF가 더 나은 관계로 이해한다.
조강성 포틀랜드 시멘트는 조기 강도를 높이기 위해 수화 속도가 빠른 C3S 함량을 높이고 C2S 함량을 낮춘다. 수화반응은 열을 내는 발열반응이며, C3A가 많을수록 수화열이 높아지고 C2S가 많을수록 수화열이 낮아진다. 분말도가 큰 시멘트는 비표면적이 커져 수화가 빨라지고 초기 강도가 높아지지만, 수화열과 건조수축도 커진다. 비표면적은 분말의 미세함을 나타내는 지표이며 블레인 장치의 공기 투과도로 측정한다.
습식법의 수분량을 10%로 적은 선지는 30~50%라는 슬러리 기준과 어긋나므로 틀린 설명이 된다. C4AF가 C3A보다 화학 저항성이 적다고 뒤집은 선지도 함정이 된다. 분말도가 큰 시멘트에서 건조수축이 적다고 하거나, 비표면적을 공기량 측정 시험으로 설명하는 선지도 틀린다. 알칼리가 많을수록 강도만 증가한다고 단정하는 설명 역시 알칼리-골재 반응의 위험을 놓친 오답이 된다.
시멘트 클링커의 주요광물이 시멘트 특성에 미치는 영향으로 옳지 않은 것은?
정답 ④ · 시멘트 클링커의 주요 광물이 시멘트 특성에 미치는 영향을 분석해보면, 수화열 발생량은 C3A가 가장 크고 그 다음이 C3S 순서입니다. 따라서 C3S가 C3A보다 수화열 영향이 적다는 보기 3번은 맞는 설명입니다.
화학 저항성은 C3A가 가장 낮고 C4AF가 상대적으로 높으므로, C4AF가 C3A보다 저항성이 적다는 설명은 틀렸습니다.
시멘트에 관한 다음의 설명 중 옳은 것은?
정답 ④ · 시멘트에 관한 설명 중 옳은 것을 고르는 문제이다. 조강성 포틀랜드시멘트는 조기 강도 발현을 위해 수화 속도가 빠르고 수화열이 큰 C3S의 함량을 높이고, 장기강도에 기여하는 C2S의 함량을 낮추어 제조한다.
조강성 포틀랜드시멘트는 조기 강도 발현을 위해 수화 속도가 빠른 C3S 함량을 높이고 C2S를 낮춘다.
시멘트의 제조 방법 중 습식법에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
정답 ④ · 시멘트 습식법 제조는 원료를 분쇄할 때 물을 약 30%~50% 정도 다량으로 가하여 슬러리(Slurry) 상태로 만들어 반죀 후 소성(kiln)하는 방식입니다. 따라서 분쇄기에 물을 약 10% 정도만 가한다는 서술은 너무 적은 수분량으로 건식법 혼용 등과 혼동된 틀린 설명입니다.
시멘트 습식법은 원료에 물을 30~50% 첨가해 슬러리 상태로 분쇄하므로 10%는 틀린 수치이다.
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