입자크기 변화에 의한 시멘트 종류의 다양화

'꿩 대신 닭'이란 자기가 쓰려는 것이 없으면 그와 비슷한 것으로 대신 쓸 수 있음을 나타내는 속담이다. 이의 유래로서는, 예로부터 설날에는 음식으로 떡국을 끓여 먹는데, 반드시 꿩고기를 넣어서 끓였다. 설날 떡국에 꿩고기를 넣는 것은 꿩고기가 맛이 좋기 때문이기도 하지만, 꿩을 상서로운 새로 여긴 때문이다.

사람들은 꿩을 ‘하늘 닭’이라 하며 천신(天神)의 사자로 여겼으며 길조(吉鳥)로 생각하였다. ‘농자천하지대본(農者天下之大本)’이라고 쓴 농기(農旗)의 꼭대기에 꿩의 깃털을 꽂기도 할 정도로 신성시하였던 것이다. 그러나 꿩고기는 구하기가 쉽지 않았다. 따라서 일반 가정에서 기르는 닭을 잡아 닭고기를 떡국에 넣는 경우가 많았는데,「꿩 대신 닭」이란 말은 여기에서 나온 것이다.

연구배경

콘크리트 산업 중 다양한 경우에서도 '꿩 대신 닭'이라는 상황은 많이 있을 수 있다. 그러나 여기에서는 시멘트 생산부분에서 필자가 '꿩 대신 닭'이라는 아이디어를 현실화시킨 예를 소개해보고자 한다.

KS L 5201(포틀랜드 시멘트)에는 5종의 시멘트가 있다. 1종은 보통 포틀랜드 시멘트이고, 2종은 중용열, 3종은 조강, 4종은 저열, 5종은 내황산염 포틀랜드 시멘트이다. 이중 5종은 논외로 하고, 1종과 3종은 수화열이 높으며 빠른 강도를 내는 것이고, 2종과 4종은 반대로 수화열이 낮으며 늦게 강도를 발휘하는 것이 특징이다. 물론 이와 같은 시멘트는 원료 조성부터 소성, 분쇄 등 제반 공정을 달리하여 제조해야만 하는 것이 원칙이다.

그러나 우리나라의 상황은 어떠한가? 우리나라의 시멘트 공장은 대략 1962년도 박정희 대통령의 경제개발 5개년 계획의 일환으로 건설되기 시작하였는데, 그 당시로부터 오랜 기간 동안은 언제나 수요가 많은데 공급이 적었던 상황이라 제품의 다양화보다는 단일화된 종류에 대량 생산에 초점이 맞춰져 있었다. 따라서 국내의 모든 시멘트 공장인 경우는 대형 킬른 갖추고 1종인 보통 포틀랜드 시멘트만을 생산하고 있는 실정이었다.

그러나 고도 경제성장을 이룬 현대에 와서는 상황이 바뀌게 되었다. 즉, 공급보다 수요가 많던 것이 역전되어, 수요보다 공급이 많아지게 되었다. 그래서 쓰려면 쓰고 말려면 말라는 식은 통하지 않게 되었고, 수요자의 작은 목소리라도 들으면서 수요자의 요구에 맞추어 생산하지 않으면 안 되게 되었다. 또한 실무에서는 소규모 위주의 공사이던 것이 초고층의 고강도 콘크리트, 해양의 고내구성 콘크리트, 대규모의 매스 콘크리트 등 다양해지고 추운 겨울이고, 더운 여름에도 동일하게 공사를 진행하면서 양호한 품질을 발휘하는 콘크리트를 요구하고 있는 것이다.

그러면 대형 생산설비로 한 종류의 시멘트만을 생산하던 시멘트 공장에서 어떻게 1종∼4종의 다양한 시멘트를 생산하여 소비자의 입맛에 맞는 시멘트를 만들 수 있겠는가? 참으로 고민스러운 일이다. 가령 하나의 설비를 3종으로 바꾼다면 가격은 훨씬 비싸지는데 과연 그 생산량에 합당한 수요는 충분할지에 관한 것도 문제인 것이다.
 

포틀랜드 시멘트의 분쇄공정개요도

 

위치별 분말 특성

 
 개발과정

따라서 필자는 '꿩 대신 닭'이라는 관점에서 시멘트의 분말도 변화를 착안하게 되었다. 즉, 미세한 입자의 시멘트는 수화열도 높고 수화반응도 빠를 것이고, 굵은 입자의 시멘트는 수화열도 낮고 수화 반응도 느림으로서 분말도에 변화를 주기만 하면 1종∼4종의 시멘트 변화가 가능할 수 있을 것으로 생각하였다.

그러면 어떻게 하면 일정하게 만들어지는 시멘트에서 입자를 다르게 채취할까 하는 부분과 관련하여 당시에는 시멘트 분쇄 과정을 잘 몰랐으므로 막연히 분쇄된 시멘트가 시멘트 저장 사일로에 날아갈 때 위로 날아가는 것은 고운 입자, 아래쪽으로 날아가는 것은 굵은 입자가 아닐지 하는 것이었다. 따라서 시멘트가 이송되는 파이프에 위, 아래로 구멍을 내어 파이프를 꽂으면 가는 입자와 굵은 입자의 시멘트가 채취되지 않을까 하는 막연한 생각이었다.

그런데 마침 필자는 1994년부터 아세아시멘트 기술 지도 위원을 위촉받아 활동 중이었음에 이와 같은 아이디어를 아세아시멘트 측에 이야기해주고 가능성을 타진하였다. 그러나 대답은 내 아이디어보다 그림 1.8과 같은 시멘트 분쇄공정을 알려주며, 미립자 시멘트나 굵은 입자 시멘트의 채취 루트를 알게 되었다.

따라서 본인 연구실에서는 아세아시멘트와 공동으로 국가의 '지역혁신인력양성사업'의 3년간 진행되는 연구 프로젝트를 신청·수주하여 연구를 진행하였다. 따라서 원료부터 다시 선정하며 제조공정을 바꾸어 1종∼4종의 다양한 시멘트를 제조하는 '꿩'대신 원료와  설비는 동일하면서 입자크기만을 달리 채취하여 이것을 다시 보통 포틀랜드에 혼합하는 방식의 '닭'으로 문제를 풀 수 있게 되었다. 따라서 이와 같은 연구결과에 따라 현재에는 특히 겨울철 조강시멘트를 미분시멘트라는 이름으로 보급하는 등 수요자의 요구에 부응하고 있다.

우리나라에서는 학생들이고 실무자들의 경우 이런저런 이유를 들어 안 된다고만 하는 사례가 너무나 만연되어 있다. 물론 안 되는 이유를 열심히 찾아 변명하는 것도 좋지만, 앞에서 소개한 것과 같이 꼭 '꿩' 이 아니라도 '닭' 만 가지고도 충분할 수 있는 경우가 많이 있으니, 변명을 찾을 시간에 대안인 '닭'을 찾는 것이 더 효율적이고 바람직한 일이 아닐까 생각되어 이와 같은 방법을 권유해 본다.