{{위키데이터 속성 추적}}
'''포틀랜드 시멘트'''({{llang|en|Portland cement}}), '''OPC'''({{llang|en|Ordinary Portland Cement}})는 주성분인 [[석회]], [[실리카]], [[알루미나]] 및 [[산화철]]을 함유하는 원료{{Sfn|Michael S. Mamlouk |John P. Zaniewski|2016|p=240}}를 적당한 비율로 충분히 혼합하고, 그 일부가 용융하여 소결된 [[클링커]]에 [[석고]]를 첨가해 분말로 한 것이다.<ref>{{웹 인용|제목=한국산업표준|url=http://standard.ats.go.kr/code02/user/0B/03/SerKS_View.asp?ks_no=KSL5201#|날짜=2011-12-23|저자=|출판사=국가표준인증종합정보센터|확인날짜=2012-06-08}}{{깨진 링크|url=http://standard.ats.go.kr/code02/user/0B/03/SerKS_View.asp?ks_no=KSL5201 }}</ref>{{Sfn|Michael S. Mamlouk |John P. Zaniewski|2016|p=239}}
오늘날 쓰이고 있는 보통 [[시멘트]] 형태이며, 전 세계적으로 [[콘크리트]], [[모르타르]], [[스투코]]와 [[그라우트]] 등의 기본 재료로 널리 쓰인다.
[[파일:Uacs-Waggon-02.jpg|섬네일|400px|시멘트 운반 전용 알루미늄 사이로가 얹힌 화물 철도]]

== 역사 ==
[[1824년]] [[영국]]의 벽돌공 조지프 아습딘(Joseph Aspdin, 1779 ~ 1855)이 “인조석 제조법의 개량”으로 특허를 얻어 포틀랜드 시멘트란 이름을 붙인 것에서 유래하였다.
당시 건축용 석재로 쓰이던 [[영국]] 남단부의 [[포틀랜드섬]]의 석회석인 포틀랜드 석재(Portland stone)의 색이 회백색으로 비슷해서 포틀랜드 시멘트란 이름을 붙였다.<ref name=co>{{서적 인용 ||제목=최신 콘크리트공학|연도= |출판사=한국콘크리트학회}}</ref>{{Sfn|Michael S. Mamlouk |John P. Zaniewski|2016|p=238}}

=== 특허 ===
이 특허는 [[석회석]]을 분쇄한 후 구워서 [[생석회]]로 만들어 일정한 비율로 [[점토]]를 섞고 물을 넣어 미분쇄하여 건조한 것을 다시 [[소성로]]에 넣어, 석회석 중의 [[탄산가스]]가 완전히 없어질 때까지 800 °C까지 [[소성]]하여 [[클링커]]로 만든 다음 미분쇄하여 [[시멘트]]를 만드는 공법이다.
이렇게 하면 과거의 석회 [[모르타르]] 또는 천연 시멘트보다 균질이면서 고강도를 발휘할 수 있어 널리 보급되었다.
그러나 아습딘의 특허 제품은 소성온도가 낮아 [[클링커]]의 품질이 좋지 못해서, [[1845년]] 이삭 존슨(Issac Johnson)은 소성온도를 높게 유지하는 조건을 밝힘으로써 근대 포틀랜드 시멘트로 개량했다.<ref>{{서적 인용|저자1=한국콘크리트학회 |제목=최신콘크리트공학 |날짜=2005 |isbn=8970866655 |쪽=14}}</ref>

=== 변천 ===
초기에 생산되었던 포틀랜드 시멘트의 품질은 현대에까지 많은 변화가 있었다. [[1840년]]에는 재령 28일 압축강도가 5 [[MPa]] 정도였으나, 1880년대 후반에는 화학성분의 관리와 입자의 미분말화에 따라 10 ~ 20 [[MPa]] 정도로 높아졌다.
그 후 1900년대에 들어 회전로에 소성하게 됨에 따라 25 ~ 30 [[MPa]] 정도로 높아졌으며, 1950년대에는 SP(suspension preheater), NSP(new suspension preheater)를 중심으로 폐회로분쇄에 따라 압축강도가 35 ~ 65 [[MPa]]로 크게 증진되었다.<ref name=co/>
[[파일:Cement bags.jpg|섬네일|쌓여있는 25 kg 단위 포장 시멘트]]
== 성분 ==
전형적인 포틀랜드 시멘트의 화학성분은 CaO 60 ~ 67 %, SiO<sub>2</sub> 17 ~ 25 %, AI<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 3 ~ 8 %, Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.5 ~ 6 %, MgO 0.1 ~ 4.0 %, NaO+K<sub>2</sub>O 0.2 ~ 1.3 %, SO<sub>3</sub> 1 ~ 5 % 의 범위를 갖고 있으며, [[에라이트(Alite)]], [[벨라이트(Belite)]], [[알루미네이트(Aliminate)]],<ref group="주">알루미네이트는 실리케이트에 비해 빠른 수화반응을 한다. 알루미네이트의 수화반응 속도를 조절하기 위해 섞는 것이 [[석고]]이다. 석고가 용액 속에서 [[황산염]] 이온을 생성, 알루미네이트의 용해성을 떨어뜨리는 원리로 반응속도를 조절한다.{{Sfn|Michael S. Mamlouk |John P. Zaniewski|2016|p=242}}</ref> [[페라이트(Ferrite)]]의 클링커 광물로 이루어져 있고, 미량 성분으로 알칼리(알칼리 서페이트, NaSO<sub>4</sub>, K<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>), 유리석회 등 몇 개의 다른 상이 있다.

지구에 있는 원소 구성으로 본 시멘트의 주성분(O<sub>2</sub>, Si, Al, Fe, Ca)은 약 91 %에 상당하고 미량성분(Na, K, Mg, H, S)까지 포함하면 약 99 %까지 늘어난다. 따라서 포틀랜드 시멘트는 지구에서 가장 풍부한 원소를 활용하여 제조되는 결합재이다.<ref name=co/> 한편 미량성분이라고 해서 중요치 않은 것이 아니다. 예컨대 미량 성분 중 하나인 [[산화나트륨]], [[산화칼슘]]은 [[알칼리염]]으로써 [[알칼리 골재 반응]]을 일으키는 원인이 되므로 주의깊게 살펴보아야 한다.{{Sfn|Michael S. Mamlouk |John P. Zaniewski|2016|p=240}}

'''포틀랜드 시멘트의 주요 성분'''
{| class="wikitable"
|-
! 화합물 !! 화학식 !! 시멘트 산업에서 사용하는 약자 !! 일반적인 중량 범위(%) !! 비고
|-
| 규산 3석회 || 3CaO·SiO<sub>2</sub> || C<sub>3</sub>S || 45-60 || 물과의 빠른 반응. 시멘트 페이스트의 종결 시간과 초기강도 발현에 영향{{Sfn|Michael S. Mamlouk |John P. Zaniewski|2016|p=244}}
|-
| 규산 2석회 || 2CaO·SiO<sub>2</sub> || C<sub>2</sub>S || 15-30 || 많이 포함되면 콘크리트 극한강도 상승{{Sfn|Michael S. Mamlouk |John P. Zaniewski|2016|p=243}}
|-
| 알루민산 3석회 || 3CaO·Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> || C<sub>3</sub>A || 6-12 || 물과의 빠른 반응, 많은 열 발생시킴.{{Sfn|Michael S. Mamlouk |John P. Zaniewski|2016|p=242}}
|-
| 철알루민산 4석회 || 4CaO·Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>·Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> || C<sub>4</sub>AF || 6-8 ||
|}
:C : [[산화 칼슘|산화칼슘]]
:S : [[이산화규소]]
:A : [[산화알루미늄]]
:F : [[산화철]]

== 종류 ==
=== 한국산업표준 ===
[[한국산업표준]] KS L 5201 포틀랜드 시멘트의 종류
{| class="wikitable"
|-
! 구분 !! 종류 !! 비고
|-
| 1 종 || 보통 포틀랜드 시멘트 || 
|-
| 2 종 || 중용열 포틀랜드 시멘트 ||
|-
| 3 종 || 조강 포틀랜드 시멘트 ||
|-
| 4 종 || 저열 포틀랜드 시멘트 ||
|-
| 5 종 || 내황산염 포틀랜드 시멘트 ||
|}

* 저알칼리형 포틀랜드 시멘트의 전 알칼리 함량 % = 0.6 이하
:R<sub>2</sub>O = Na<sub>2</sub>O + 0.658 K<sub>2</sub>O
:여기서,
:::R<sub>2</sub>O: 시멘트 중의 전 알칼리 질량 %
:::Na<sub>2</sub>O: 시멘트 중의 산화나트륨 질량 %
:::K<sub>2</sub>O: 시멘트 중의 산화칼륨 질량 %

* [[한국산업표준]]에 따라 40 kg 단위로 포장한다.

=== ASTM ===
미국의 ASTM 기준에 따르면 포틀랜드 시멘트는 다음과 같이 구분한다.{{Sfn|Michael S. Mamlouk |John P. Zaniewski|2016|p=251}}
{| class="wikitable"
|-
! 종류 !! 이름 !! 비고
|-
| 1종 || 보통 || * 가장 많이 사용
|-
| 2종 || 중용 내황산염 || * 두 번째로 많이 사용.<br>* 1종에 비해 황산염 저항성을 키우기 위해 C<sub>3</sub>A 함유량 낮춤
|-
| 3종 || 조강 || * 1종과 화학적 조성 비슷하나 3종이 비표면적이 훨씬 큼
|-
| 4종 || 저열 || * 수화속도 제한을 위해 C<sub>3</sub>S, C<sub>3</sub>A 함유량 제한
|-
| 5종 || 고 내황산염 || * 1종에 비해 황산염 저항성을 키우기 위해 C<sub>3</sub>A 함유량 낮춤
|}

위 비고에 따라 종별 조성물 비율과 분말도를 살펴보면 다음과 같다. 붉은색 칠한 부분이 종별로 확인할 수 있는 특징적인 성분변화값이다.{{Sfn|Michael S. Mamlouk |John P. Zaniewski|2016|p=253}}
{| class="wikitable"
|-
! rowspan="2" | 종류 !! colspan="4" | 최대 조성물 비율(%) !! rowspan="2" | Blaine 분말도(m<sup>2</sup>/kg)
|-
| C<sub>3</sub>S || C<sub>2</sub>S || C<sub>3</sub>A || C<sub>4</sub>AF
|-
| 1종 보통 || 55 || 19 || 10 || 7 || 370
|-
| 2종 중용 내황산염 || 51 || 24 || style="color:red;background-color:#ffffcc;"| 6 || 11 || 370
|-
| 3종 조강 || 56 || 19 || 10 || 7 || style="color:red;background-color:#ffffcc;"| 540
|-
| 4종 저열 || style="color:red;background-color:#ffffcc;"| 28 || 49 || style="color:red;background-color:#ffffcc;"| 4 || 12 || 380
|-
| 5종 고 내황산염 || style="color:red;background-color:#ffffcc;"| 38 || 43 || style="color:red;background-color:#ffffcc;"| 4 || 9 || 380
|}

== 같이 보기 ==
* [[분말도]]

== 내용주 ==
<references group="주"/>

== 각주 ==
{{각주}}

== 참고 문헌 ==
* {{서적 인용 |저자1= Michael S. Mamlouk |저자2 = John P. Zaniewski|제목=실험과 함께하는 건설재료학 |날짜=2016 |출판사=동화기술 |isbn=9788942590896 |ref=harv}}

{{전거 통제}}

[[분류:시멘트]]
[[분류:건축재료]]
[[분류:건설재료학]]
[[분류:포틀랜드섬]]
[[분류:19세기 발명품]]