시멘트의 주성분인 규산칼슘 화합물이 수화 반응의 화학적 원리는 무엇인가요?

Question

건축 공사장에서 액체 상태로 부어놓은 시멘트와 콘크리트는 시간이 지나면 수분이 증발해서 마르는 것이 아니라 물과 결합하여 바위처럼 단단해집니다. 시멘트의 주성분인 규산칼슘 화합물이 수화 반응의 화학적 원리는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

질문하신 내용처럼, 시멘트가 굳는 과정은 수분이 공기 중으로 날아가는 건조 현상이 아니라 물 분자가 시멘트 입자와 화학적으로 결합하여 새로운 고체 결정으로 변하는 수화 반응입니다. 액체 상태였던 물 분자가 고체 화합물의 결정수 형태로 갇히게 되는 것입니다. 시멘트의 주성분인 규산칼슘 화합물이 어떻게 물과 결합하여 바위처럼 단단해지는지 그 화학적 과정을 설명해 드릴게요.

시멘트의 주성분인 규산삼칼슘과 규산이칼슘이 물과 만나면 발열을 동반한 결정화가 진행되는데, 이때 액체였던 물 분자는 고체 화합물의 결정수로 편입되어 규산칼슘 수화물과 수산화칼슘을 생성합니다. 이 중 핵심 생성물인 규산칼슘 수화물은 미세한 섬유 모양으로 자라나 입자와 골재 사이의 빈 공간을 빽빽하게 채웁니다. 이 조직들이 서로 강하게 얽히고 물리면서 바위와 같은 단단한 압축 강도를 발현하게 됩니다. 동시에 생성된 수산화칼슘은 내부를 강알칼리성으로 유지해 철근의 부식을 막아줍니다. 결국 섞여 있던 물이 공기 중으로 사라지는 것이 아니라, 단단한 고체 조직의 일부로 완전히 변환되면서 시멘트가 굳어지는 것입니다.