시멘트란 무엇일까? 시멘트의 유해성?

시멘트란

 

건물을 짓는데 들어가는 혼합물로서 건축계의 필수요소. 현대에 들어와서는 단순히 집을 짓는 재료를 넘어 시멘트 벽화, 시멘트 두상 등 예술작품의 재료로까지 사용되며 사랑받고 있다. 하지만 동시에 아토피나 새집 증후군의 대표적인 원인으로 손꼽히기도 한다. 한자로는 양회(洋灰)라고도 한다.

시멘트는 "잘려진 돌" 또는 "부서진 돌"한마디로 짱돌을 의미하는 라틴어 Cementum에서 유래한 말이며, 19세기 후반부터는 "다른 물질과 결합하는 것"이란 의미로도 사용되어 왔다.

오늘날 우리나라에서 일반적으로 사용되는 시멘트는 포틀랜드 시멘트(Portland Cement)인데 넓은 의미로서의 시멘트는 "물을 섞어 반죽하였을 때 경화하는 무기접착재료(Inorganic Cementing Material)"를 의미한다. 대한민국 공업규격 중 포틀랜드 시멘트(KS L 5201)에 대한 규정에 따르면

포틀랜드 시멘트는 주성분인 석회, 실리카, 알루미나 및 산화철을 함유하는 원료를 적당한 비율로 적절히 혼합하여 그 일부가 용융하여 소결된 클링커에 적당량의 석고를 가하여 분말로 한 것이다. 다만 KS L 5210(고로슬래그 시멘트)에서 규정한 슬래그나 KS L 5401(포틀랜드 포졸란 시멘트)에서 규정한 포졸란, 또는 KS L 5405(플라이 애시)에서 규정한 플라이 애시 및 기타 첨가제등을 5% 이내에서 혼합 분쇄 또는 단독분쇄 후 혼합할 수 있다.

라고 규정되어 있다.

 

시멘트의 역사

 

시멘트가 인간 사회에 등장한 것은 약 5000여년 전이며, 시멘트를 사용한 공사로서 지구상에 현존하는 최초이자 최고의 것으로는 고대 이집트의 피라미드 유적이 제일 유명하다. 이때 사용한 시멘트는 주로 석회 (주성분 탄산칼슘)와 석고 (주성분 황산칼슘)였다.

이후 고대 그리스, 고대 로마에서는 석회에 모래를 혼합한 모르타르를 사용했으며, 나아가 여기에 화산재 성분을 첨가하면 수경성의 더 단단한 모르타르가 된다는 것을 발견했다. 이 시기에는 포졸란 석회를 소성하기 위하여 수직형로를 사용했다는 기록이 있다. 석회와 화산재를 이용하는 방법을 최초로 발견한 것이 누구였는지는 알려져있지 않으나, 고대 크레타의 미노스 문명에서도 그러한 시멘트를 사용한 것으로 여겨지는 증거가 나온다. 하지만 보다 본격적으로 활용되기 시작한 것은 고대 마케도니아에서 부터였으며, 산토리니섬에서 채취된 화산재를 주로 사용했다. 이러한 방식의 "포졸라나 시멘트"와 이를 이용한 콘크리트는 고대 로마시대에 이르러 한층 더 광범위화게 사용되어 판테온,콜로세움 그리고 수도교등 로마시대를 대표하는 여러 대형 건축물들의 주재료로 사용되었다. '포졸란'이라는 단어 역시 당시 시멘트 원료로 쓸 화산재를 채취되던 주요 산지의 하나였던 나폴리, 베수비오 화산 인근의 포추올리 지방의 지명에서 유래한 것. 당시엔 석회에 화산재를 섞어 바닷물로 반죽하는 방식을 사용했는데, 이런 식으로 만든 로마시대의 시멘트 방파제는 2000년이 지나도 유지될 정도로 견고하다.

이러한 포졸라나 시멘트 기술은 서로마 제국의 멸망 이후 상당부분 쇠퇴하게 된다. 건축술을 포함하여 로마시대의 기술과 문화 상당부분을 이어받은 동로마 제국에서조차, 서로마 제국 멸망 이전처럼 시멘트와 콘크리트를 직접 건축물의 '구조재'로 사용하는 건축술은 쇠퇴했고, (온전한 '포졸라나 시멘트'라기 보다는) 석회 모르타르 혼합물을 건축물의 외장재나 벽돌이나 석재를 붙이는 용도 등에 활용하는 정도였다.  중세시대의 서유럽에서도 로마시대의 시멘트 기술이 계속 보존되었다고 입증할만한 문헌자료는, 1414년 로마시대의 시멘트 제조법을 담은 문서가 재발견 되기 이전까지는 존재하지 않는다. 그러나 명시적인 문헌상의 자료가 없음에도 불구하고, 중세 서유럽에서도 일부 석공들이나 군사 기술자들은 여전히 같은 혹은 유사한 방식으로 만들어진 수경성 모르타르를 수로나 요새, 항구와 조선소 등의 건설에 사용한 것으로 여겨지기도 한다. 또한 애초 이런 방식의 시멘트의 핵심이 화산재라는 자연적으로 얻어지는 특수한 재료의 활용에 있었던만큼, 독일의 라인란트 지역 같은 곳에서는 역시 인근 지역에서 얻어지는 화산토('트래스Trass')를 이용하여 만들어진 로마시대의 '포졸란 시멘트'와 비슷한 수경성 모르타르가 지속적으로 사용되었다고 한다.

동양에서도 석회를 구워 건축 자재로 사용했다. 중국 명나라 말기의 학자 송응성(1587-1648)이 남긴 천공개물(天工開物)에서는 "석회는 불로 태워 만드니 청색이 가장 좋고, 황백색이 그 다음이다. 질이 가장 좋은 것을 광회라 하고, 가장 나쁜 것은 요재회라 부른다"고 쓰여있다. 조선시대에도 석회 수요가 많아 궁궐이나 관아, 무덤을 만들 때 썼다. 충북 보은군에는 조선시대 때 석회를 만들던 가마가 무더기로 발굴되기도 했다.

아무튼 로마시대 이후 과거의 시멘트에 관한 기술이 얼마나 보존되고 지속적으로 활용되었는가의 문제와는 별도로, 시멘트가 다시 건축과 건설의 주 재료로 부상하는 것은 1700년대 중엽에 들어 근대적인 방식의 대규모의 산업적인 시멘트 제조법이 연구되기 시작하면서 비로서 이루어졌다.

1756년 영국의 존 스미턴(John Smeaton)은 에디스톤(Eddystone) 등대 건설공사를 할 때 수중공사에 적합한 시멘트를 만들고자 석회, 화산재등을 검토하였으며, 이에 점토분이 있는 석회석을 소성하면 좋다는 수경성 석회(Hydraulic Lime)를 발명하였으나 석회에 점토분을 혼합하면 좋은 효과가 나는 이유는 밝히지 못했다.

다시 40년후인 1796년 영국의 제임스 파커(James Parker)에 의하여 점토질 석회석을 더 높은 온도로 소성하면 보다 좋은 시멘트가 된다는 것을 발견하게 되었으며, 이 시멘트와 물을 5:2의 비율로 혼합하면 1시간 이내에 응결 경화되는 급결성 시멘트를 발명하여 이를 후에 로만 시멘트(Roman Cement)라 부르게 되었다.

1811년 영국의 프로스트(Frost, j.)는 석회와 점토를 2:1 비율로 섞어 시멘트를 제조하여 Frost Cement라 하였으며, 1818년 프랑스의 루이스 조제프 비카트(Vicat, L. J.)는 석회석과 점토질 암석을 혼합, 소성하여 인공포졸란(천연시멘트)을 발명하였다.

1824년에는 영국의 연와공 조지프 애스프딘(Aspdin.J.)이 석회석과 점토를 혼합하고 융제(Flux)를 사용해서 융점을 낮추어 제조하는 시멘트를 만드는 방법을 발명하여 특허를 얻었다. 이 시멘트가 영국의 포틀랜드 섬에서 산출되는 석재와 그 색이 비슷하다 하여 포틀랜드 시멘트(Portland Cement)라 명명하였다 한다. 이것이 바로 오늘날 한국에서 일반적으로 이야기하는 시멘트의 기원이 되었다.

이후 1851년 런던 공업박람회에서 그 품질의 우수성이 널리 알려지자 그 후 시멘트 제조방법이 전세계로 전해지게 되었고, 19세기 후반에 들어와 시멘트 공업은 영국을 넘어 세계 각국에서 그 형태를 갖추게 되었다.

1862년에는 독일에서 고로 슬래그를 혼합한 고로 슬래그 시멘트가 제조되어 혼합 시멘트 제조의 시초가 되었다.

1867년 프랑스에서 콘크리트가 처음 발명되었다.

1907년 경 프랑스와 미국에서 석회석과 보크사이트(Bauxite)를 원료로 하는 알루미나 시멘트가 제조되었으며, 1936년에는 시멘트의 수축성을 보상하는 팽창 시멘트가 발명되는 등 20세기에 들어와 시멘트의 종류도 다양화하기 시작했다.

각국의 시멘트 제조연대는 영국 1825년, 프랑스 1846년, 독일 1855년, 미국 1871년, 일본 1873년이며, 한국은 개화기 시절 서양인들이 들여와서 건축 재료로 쓰다가 1919년 일본 오노다(小野田)시멘트에 의하여 건설된 평안남도 승호리 공장에서 생산한것이 처음이다.

지하 자원이 많지 않은 한국에 그나마 많이 매장되어 있는 자원이 석회석이라, 60년대부터 당시 국가산업으로 육성되어 현대시멘트, 쌍용양회, 한일시멘트, 성신양회, 고려시멘트, 한라시멘트 등이 설립되었고, 세계 7대 시멘트 생산국이자 5대 시멘트 소비국이다.

관동지방 영동지방 등지에 시멘트공장 많이 있다 도담역,입석리역,쌍룡역,삼화역,삼척역,옥계역 화차들이 시멘트 싣는 모습도 있다.

 

시멘트의 유해성

 

21세기 들어 웰빙시대를 맞이하면서 시멘트의 유해성에 대한 논란이 드세게 일고 있기도 하다. 때문에 황토흙 등의 대체제로 지어진 건축물들이 선호되는 듯. 특히 한국의 경우는 타국에 비해 시멘트의 유해성에 문제가 좀 많다고 하여 논란의 여지가 있다.

 

한국에서 생산되고 있는 시멘트는 철강슬래그, 소각재, 슬러지, 폐타이어, 폐고무, 폐유, 폐농약, 폐세정액, 염색공단 슬러지, 화학성분 폐슬러지, 하수슬러지, 소각재, 폐발전기, 철강석슬러그, 폐반도체 등을 원료로 하는 지정폐기물을 일부 원료로 사용했던 시멘트인데 이 시멘트의 사용 이후 아토피, 후두암등의 질환이 급증하고 있다고 주장한다. 다만 2011년 폐기물관리법 시행규칙 개정으로 보조연료로 폐타이어, 폐섬유, 폐목재, 폐합성수지, 폐합성고무, 분진 6종으로 제한하고 유해물질이 적게 함유한 경우로 제한했다.

이 부분에서 이야기를 하자면 대부분 시멘트 공정상의 연료로 사용되며, 원료로 사용되는 석탄재는 단순히 섞는수준이 아니라 화학성분에서 필요한 성분을 위해 완전 연소를 하며 시멘트를 만들어내는 것이며 샘플링을 통해 일정 품질 이상 충족을 해야만 판매가 가능하다. 어느곳에선 사용되고 나오는 폐자재나 찌꺼기 일수 있지만 어느곳에선 그게 원료가 될수도 있는법이다. 산소가 O2면 이산화 탄소는 CO2 처럼 탄소 하나 붙었다고 전혀 다른 성질을 보이는 것처럼 석탄회에서 천연자원 점토를 대체하여 원소를 화학적으로 결합하는 것이다.

국내에 넘치는 쓰레기를 재활용하라고 허가해줬더니 일본에서 주는 쓰레기 부담금을 목적으로 일본에서 대량으로 수입해다 쓰고 있는 상황. 특히 후쿠시마 원자력 발전소 사고 이후에도 일본산 쓰레기를 여전히 수입 중 이다. - 단어가 참 악의적인데 정확히 일본산 석탄회, 타이어 수입이다. 석탄이 무슨 농수산물도 아니고.. 일본에서는 게다가 석탄이 모자라 수입까지 해서 석탄발전에서 소각하고 나온 석탄재를 한국에서 처리비를 받고 점토를 대신해 원료로 사용하는거다. 원료을 구입해야하는 마당에 돈을 받고 원료를 사올수 있는 거고,,그리고 타이어는 쉽게말해 땔감이다. 폐타이어는 수요처가 많아 국내 물량으론 모자라 일본뿐 아니라 세계 각지에서 돈주고 구입해온다. 일본산이라고 하여 최근 이슈가 되었고 수입량에 전량 방사능 검사를 실시중이다. 시멘트 업계에서도 국내산으로 점차 대체 중이다.

서울시에서도 방사능 역학조사를 진행한 것 같다.

그동안 시멘트 소성로 보조 연료로 사용하는 폐기물에 대해서 지정폐기물 사용 금지와 중금속 규제기준을 업체의 자발적 협약에 맡겼으나 돈 앞에서 업체들이 지킬 리 없었고 결국 2011년 폐기물 관리법 시행령이 개정되면서 지정폐기물 사용금지 및 중금속 규제기준이 법제화됐다.

감사원에서도 재활용이 아닌 쓰레기 소각이라고 지적한 것을 환경부가 법을 바꿔서 재활용이라고 부르고 있다. 외국에서도 쓰레기가 들어간 시멘트를 사용한다고 하지만 규제도 외국이 훨씬 강한데다가 외국 사람들도 쓰레기가 들어간 시멘트의 사용에 반대하고 있다.

또한 쓰레기 시멘트에 대해서는 외국에서도 국민들이 시위하고 반대하는 등의 반응이 매우 나쁘다. 그나마 외국 쓰레기 시멘트는 각종 규제들이 강해서 사용량이나 들어가는 물건들이 제한되어 있지만. 한국의 경우에는 외국과 비교하기도 민망할 정도로 규제가 널널하다. 참조할만한 글 아래 반론에 적혀있는 일부 내용에 대한 재반론도 포함되어 있다. 또한 일본 등에서 들여오는 각종 폐기물의 수입에서의 검사도 완전 엉터리로 되고 있다. 이는 지금도 마찬가지이다.

 

그에대한 반론

 

과거 논란이 된 중국산 시멘트 벽돌과 국산 시멘트벽돌을 각각 어항에 넣어 금붕어 생존여부를 알아보는 금붕어 실험의 경우 악의적인 왜곡이 들어가 있다. 정상적인 시멘트는 PH 11-12의 강알칼리이며 이정도 강염기에서 물고기는 당연히 살 수 없다. 반면에 중국산 시멘트 벽돌은 PH가 낮은 슬래그 시멘트류여서 물고기가 생존했던 것이다. 반박 실험에서도 추가로 실험한 국산 슬래그 시멘트에서 물고기는 생존했고 중금속인 6가 크롬을 첨가한 수조도 생존했다. 즉 물고기의 생존 여부는 알카리성에 따른 결과 일뿐 시멘트 유해성과는 무관한 잘못된 실험이다.

위에서 폄하한 '쓰레기 시멘트'는 전세계적으로 친환경 시멘트로 분류한다. 철강슬래그, 화력발전소 소각재는 각각 철광석과 유연탄에서 각각 주성분이 빠져나가고 남은 찌꺼기로 성분 자체는 석회석 등 원료 가루에 가깝다. 나머지 '쓰레기'들은 주로 석회석을 굽는 생산로의 보조연료로 사용되는데 워낙 온도가 높기 때문에 다이옥신 등 어지간한 유해성분은 다 소각되어버린다. 왜 이러한 시멘트가 친환경으로 분류되냐면 원재료인 석회석 처리시 화학작용 등으로 인해 이산화탄소 발생량이 매우 높기 때문에 온실가스 방지차원에서 조금이라도 이를 대체할 수 있는 재료가 들어가면 그러한 평가를 받게 되는 것이다. 대체량만큼 탄소배출권도 확보할 수 있다.

일본에서도 저러한 쓰레기를 많이 재활용하고, 또 각 시멘트사가 홍보자료로도 사용하는데 그럼에도 불구하고 우리나라로 넘어오는 이유는 일본 건설 경기가 완전 죽어버린 영향이 크다. 연간 1억톤씩 만들던게 최근에는 5천만톤 수준으로 줄어들었으니.

 

 

성분실험은 분명히 한국산 시멘트가 문제가 많아보이지만 이건 슬러지 문제가 아니다. 시멘트 성분중 슬러지가 차지하는부분은 1~3%로 소량인데다가, 시멘트 협회에서 밝힌 자료에 의하면 슬러지를 넣지 않고 시멘트를 만들어도 중금속 함량은 똑같다. 문제는 한국의 토양에 중금속과 방사성 물질 함량이 높다. 어떻게 시멘트를 만들건 한국에서 만들어지는 시멘트는 중금속과 방사성 물질 함량이 높을 수밖에 없다. 따라서 시중에서 구할 수 있는 임의의 국산 시멘트를 채취하여 실험실에서 측정해보면 당연하다는 듯이 라돈 가스를 뿜뿜한다. 참고로 라돈은 폐암 발암물질로 담배에 이어 2위에 랭크되어 있으며, 흡연자의 경우 라돈가스에 노출되면 폐암 발생률이 9배나 더 높다.

특히 일본산 폐자재의 수입량을 보면 2013년 156만 톤인데 그 중 134만 톤이 시멘트 부원료로 쓰이는 석탄재이다. 반면 국내 화력 발전소에서 나오는 석탄재는 2010년 835만톤 중 525만톤인 63%만 재활용되고 나머지는 매립되는 상태였다. 최근 기술 개발등으로 다시 재활용률이 상승하고 있지만 기존에 발전사들이 무상 제공하던 석탄재를 가공하여 유상판매사업을 하는 반면 일본은 건설침체와 대지진 후 화력발전 증가로 석탄재 처리를 위해 처리비용까지 시멘트 업계에 지불하기 때문에 경제적 이득을 목적으로 수입하는 것이다.