[한천구의 콘크리트 세상] 콘크리트 강도 관리…시멘트 등급 다양화 필요

콘크리트 품질과 강도를 결정하는 핵심 요소로 단위시멘트량과 물시멘트비(W/C)가 꼽히는 가운데, 기존 배합 방식의 한계를 보완하기 위한 대안으로 시멘트 강도 등급의 다양화 필요성이 제기되고 있다.

단위시멘트량은 콘크리트 1㎥를 제조하는 데 사용되는 시멘트의 양(kg/㎥)을 의미하며, 시멘트 외에 플라이애시나 고로슬래그 미분말 등을 포함할 경우 단위분체량으로 구분된다. 과거에는 콘크리트 강도가 단위시멘트량 증감에 따라 결정된다는 인식이 일반적이었으나, 현재는 강도가 물과 시멘트의 중량비인 물시멘트비에 의해 좌우된다는 점이 널리 알려져 있다.

예를 들어 시멘트와 물의 양을 동시에 늘리더라도 물시멘트비가 동일하면 콘크리트 강도는 크게 달라지지 않는다. 이에 따라 강도 확보를 위해 물시멘트비를 낮추는 방식이 활용되고 있으나, 작업성 저하와 시공 품질 문제로 물과 시멘트의 증감에는 현실적인 한계가 존재한다.
 

표1. 콘크리트 강도 등급과 시멘트 강도 등급별 시멘트 양(kg)의 관계(굵은골재 최대치수 20 mm) 적색 글자는 시멘트량의 적정 범위를 나타낸다.

 
콘크리트 구조를 보면 굵은골재가 기본 골격을 형성하고, 그 공극을 잔골재와 시멘트, 물이 순차적으로 채우는 방식이다. 굵은골재와 잔골재는 구조적 안정성을 위해 일정량이 필요해 배합 변화의 여지가 크지 않으며, 결국 강도 조절은 시멘트와 물에 의존하게 된다.

이러한 상황에서 시멘트 자체의 강도를 조절하는 방식이 대안으로 거론된다. 고강도 콘크리트에는 고강도 시멘트를, 저강도 콘크리트에는 저강도 시멘트를 적용하면 과도한 분체량 증가를 억제하면서도 요구 강도를 확보할 수 있다는 설명이다.

특히 굵은골재의 형태에 따라 요구되는 분체량에도 차이가 발생한다. 둥근 강자갈을 사용할 경우 분체량이 상대적으로 적지만, 각진 부순 골재를 사용할 경우에는 워커빌리티 확보를 위해 더 많은 분체량이 필요하다. 이에 따라 콘크리트 강도 수준에 맞는 시멘트 강도 선택이 시공성과 품질 측면에서 중요하다는 분석이다.
 

표2. EN197-1:2000의 강도에 기초한 분류  강도 등급중 N은 강도 발현이 비교적 늦은 것, R은 비교적 빠른 것으로 규정됨

 
현재 미국·일본·한국은 시멘트 강도 등급을 별도로 두지 않고 있는 반면, 유럽과 중국 등은 강도 기준에 따라 시멘트를 세분화해 사용하고 있다. 국내의 경우 사실상 42.5MPa 단일 등급 체계로 운영되고 있어 다양한 콘크리트 성능 요구에 대응하는 데 한계가 있다는 지적도 나온다.

건설업계에서는 32.5MPa, 52.5MPa 등 시멘트 강도 등급을 추가로 규격화할 경우, 콘크리트 강도에 맞는 적정 단위시멘트량 확보와 함께 과다 사용이나 품질 저하 문제를 줄일 수 있을 것으로 보고 있다.​​​​​​