로마 콘크리트
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1. 개요
로마 콘크리트는 골재와 수경성 모르타르를 사용한 고대 로마의 건축 재료이다. 기원전 2세기 말부터 해안 수중 구조물에 사용되었으며, 서기 64년 로마 대화재 이후 네로 황제 시대에 벽돌 마감 콘크리트 사용을 장려하며 발전했다. 비트루비우스의 저서에 기록된 기술을 통해 석회 모르타르 제조법이 전해지며, 푸졸라나를 활용하여 내구성을 높였다. 로마 콘크리트는 판테온을 비롯한 다양한 건축물에 사용되었으며, 지진에 강한 내진 기술과 재료 배합을 통해 구조적 안정성을 확보했다. 최근에는 로마 콘크리트의 자가 치유 능력과 친환경적인 특성이 재조명되어 현대 건축에 활용하려는 연구가 진행되고 있다.
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콘크리트는 시멘트 등의 결합재로 골재를 결합한 인공 복합재료로, 높은 압축강도와 내구성을 지녀 건축, 토목 공사에 널리 사용되며, 특히 철근콘크리트 형태로 많이 쓰이고, 고대 로마 시대부터 사용되어 왔으며, 포틀랜드 시멘트 발명 후 현대 건설의 필수 재료로 자리 잡았고, 용도와 시공 방법에 따라 다양한 종류가 존재하며, 제조 과정과 환경 및 안전 문제가 중요한 고려 사항이다. - 조적조 - 벽돌
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| 로마 콘크리트 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 명칭 | 로마 콘크리트 |
| 라틴어 명칭 | Opus caementicium (오푸스 카이멘티키움) |
| 영어 명칭 | Roman concrete (로만 콘크리트) |
| 재료 | 석회 포졸란 골재 물 |
| 특징 | |
| 내구성 | 현대 콘크리트보다 뛰어난 내구성을 가짐 |
| 해수 저항성 | 해수 환경에서 더욱 강해지는 특징 |
| 제조 방법 | 뜨거운 혼합 방식으로 제조 |
| 주요 성분 | 칼슘이 풍부한 석회 입자와 포졸란 반응 |
| 역사 | |
| 기원 | 고대 로마 |
| 발명 시기 | 기원전 3세기 이전 |
| 사용 시기 | 기원전 3세기부터 로마 제국 시대에 걸쳐 널리 사용 150년경에 본격적으로 사용 |
| 주요 건축물 | 콜로세움 판테온 로마 욕장 항구 방파제 수도교 |
| 제조 기술 | |
| 핵심 재료 | 석회 (lime) 화산재 (포졸란, pozzolana) |
| 배합 비율 | 석회와 화산재의 혼합 비율이 중요 |
| 골재 | 응회암 화산암 |
| 제조 방법 | 뜨거운 혼합 방식으로 높은 내구성 확보 |
| 포졸란 반응 | 석회와 화산재 간의 화학 반응 장기적인 강도 증가 및 안정성 확보에 기여 |
| 석회 클라스트 | 뜨거운 혼합 과정에서 형성되는 석회 덩어리 균열 발생 시 자기 치유 효과 |
| 현대 연구 | |
| 연구 내용 | 로마 콘크리트의 내구성 비결 규명 |
| 주요 발견 | 석회 클라스트의 역할 뜨거운 혼합 방식의 중요성 |
| 응용 가능성 | 현대 콘크리트 생산에 적용하여 내구성 향상 기대 |
| 참고 자료 | |
| 관련 논문 | MIT News - Riddle solved: Why was Roman concrete so durable? MIT News 기사 |
| 관련 협회 | National Pozzolan Association - The History of Natural Pozzolans National Pozzolan Association 웹사이트 |
2. 역사
비트루비우스는 기원전 25년경 저술한 ''건축 10서''에서 석회 모르타르 제조에 적합한 재료 종류를 구분했다. 구조용 모르타르에 대해 그는 푸졸라나(pulvis puteolanus|푸테올라누스la)를 추천했는데, 이는 나폴리 주변은 갈색-노란색-회색을 띠고 로마 근처에서는 적갈색을 띠는 포추올리 퇴적물에서 나온 화산 모래였다. 비트루비우스는 건물에 사용되는 모르타르의 경우 석회 1: 푸졸라나 3, 수중 작업의 경우 1:2의 비율을 명시했다.[9]
로마인들은 기원전 2세기 말 이전에 해안 수중 구조물, 아마도 바이아에 주변 항구에서 처음으로 수경성 콘크리트를 사용했다.[10] 카이사레아 항구는 대규모 수중 로마 콘크리트 기술 사용의 한 예이며(기원전 22-15년), 이를 위해 막대한 양의 푸졸라나가 푸테올리에서 수입되었다.[11]
서기 64년 로마 대화재 이후 도시 상당 부분이 파괴된 후 로마를 재건하기 위해 네로의 새로운 건축 법규는 벽돌로 마감된 콘크리트를 주로 사용했다. 이것은 벽돌 및 콘크리트 산업 발전을 장려한 것으로 보인다.
2. 1. 초기 발전
비트루비우스는 기원전 25년경 저술한 그의 저서 ''건축 10서''에서 석회 모르타르의 제조에 적합한 재료의 종류를 구분했다. 구조용 모르타르에 대해 그는 푸졸라나(pulvis puteolanus|푸테올라누스la)를 추천했는데, 이는 나폴리 주변 지역에서 갈색-노란색-회색을 띠고 로마 근처에서는 적갈색을 띠는 포추올리의 퇴적물에서 나온 화산 모래였다. 비트루비우스는 건물에 사용되는 모르타르의 경우 석회 1: 푸졸라나 3의 비율을, 수중 작업의 경우 1:2의 비율을 명시했다.[9]
로마인들은 기원전 2세기 말 이전에 해안 수중 구조물, 아마도 바이아에 주변의 항구에서 처음으로 수경성 콘크리트를 사용했다.[10] 카이사레아 항구는 대규모 수중 로마 콘크리트 기술 사용의 한 예이며 (기원전 22-15년), 이를 위해 막대한 양의 푸졸라나가 푸테올리에서 수입되었다.[11]
서기 64년 로마 대화재 이후 도시의 상당 부분이 파괴된 후 로마를 재건하기 위해 네로의 새로운 건축 법규는 벽돌로 마감된 콘크리트를 주로 사용했다. 이것은 벽돌 및 콘크리트 산업의 발전을 장려한 것으로 보인다.
2. 2. 고대 문헌 기록
비트루비우스는 기원전 25년경 저술한 그의 저서 ''건축 10서''에서 석회 모르타르의 제조에 적합한 재료의 종류를 구분했다. 구조용 모르타르에 대해 그는 푸졸라나(pulvis puteolanus|푸테올라누스la)를 추천했는데, 이는 나폴리 주변 지역에서 갈색-노란색-회색을 띠고 로마 근처에서는 적갈색을 띠는 포추올리의 퇴적물에서 나온 화산 모래였다. 비트루비우스는 건물에 사용되는 모르타르의 경우 석회 1: 푸졸라나 3의 비율을, 수중 작업의 경우 1:2의 비율을 명시했다.[9]
로마인들은 기원전 2세기 말 이전에 해안 수중 구조물, 아마도 바이아에 주변의 항구에서 처음으로 수경성 콘크리트를 사용했다.[10] 카이사레아 항구는 대규모 수중 로마 콘크리트 기술 사용의 한 예이며 (기원전 22-15년), 이를 위해 막대한 양의 푸졸라나가 푸테올리에서 수입되었다.[11]
서기 64년 로마 대화재 이후 도시의 상당 부분이 파괴된 후 로마를 재건하기 위해 네로의 새로운 건축 법규는 벽돌로 마감된 콘크리트를 주로 사용했다. 이것은 벽돌 및 콘크리트 산업의 발전을 장려한 것으로 보인다.
3. 재료 특성
로마 콘크리트는 다른 콘크리트와 마찬가지로 골재와 수경성 모르타르로 구성되어 시간이 지남에 따라 굳어지는 특성을 지닌다. 골재는 바위 조각, 세라믹 타일, 석회 덩어리, 철거된 건물 벽돌 잔해 등 다양한 재료로 구성되었으며, 결합재로는 석고와 생석회가 사용되었다. 특히 푸촐란이라 불리는 화산재는 콘크리트를 염수에 강하게 만들었다.[13]
현대 철근 콘크리트는 이산화 탄소 침입에 의한 중성화나 염해로 내부 철근이 녹슬어 강도를 잃고, 수명이 50년에서 100년 정도이다.[26][27][28][29] 반면, 고대 콘크리트는 철근이 없어 중성화되어도 콘크리트 자체의 강도는 수천 년 동안 유지된다. 하지만 무근 콘크리트이므로 굽힘이나 인장력에 약하다는 단점이 있다.
도호쿠 대학의 히사다 마코토 교수는 화산재를 넣은 로마 콘크리트가 치밀해져 내구성이 증가했다고 추측한다.[29] 홋카이도립 종합 연구 기구 북방 건축 종합 연구소의 타니구치 마도카는 골재에 사용된 화산재가 이산화 탄소나 염분의 스며듦을 방해하여 내구 연한을 늘린다고 추측한다.[29]
일본 가고시마 대학의 타케와카 코지는 규슈 남부 화산성 퇴적물인 시라스를 콘크리트 골재로 사용하는 연구를 진행 중이다.[30] 가고시마현 기리시마시에 건설된 마루오 폭포 다리는 기초 부분에 "시라스 콘크리트"를 채용하여 가혹한 환경에도 불구하고 최소 100년은 견딜 것으로 예상된다.[29]
3. 1. 결합재
로마 콘크리트는 다른 콘크리트와 마찬가지로 골재와 수경성 모르타르로 구성되어 있는데, 이는 물과 혼합된 결합재가 시간이 지나면서 굳어지는 것이다. 골재는 바위 조각, 세라믹 타일, 석회 덩어리, 이전에 철거된 건물의 벽돌 잔해 등 다양하게 구성되었다. 로마에서는 쉽게 구할 수 있는 응회암이 종종 골재로 사용되었다.[12]석고와 생석회가 결합재로 사용되었다.[2] 푸촐란 또는 "피트 모래"라고 불리는 화산재는 구할 수 있는 곳에서 선호되었다. 푸촐란은 현대 콘크리트보다 콘크리트를 염수에 더 강하게 만든다.[13] 푸촐란 모르타르는 알루미나와 실리카 함량이 높았다.
2023년 연구에 따르면, 석회 덩어리는 균열로 스며드는 물과 반응하여 반응성 칼슘을 생성하고, 이는 새로운 탄산 칼슘 결정을 형성하여 균열을 다시 메울 수 있게 한다.[14] 이 석회 덩어리는 생석회를 사용한 "핫믹싱" 기술로 생성되었을 가능성이 높다.[1]
콘크리트, 특히 그 응집력을 담당하는 수경성 모르타르는 일종의 구조용 세라믹이었다. 수경성 시멘트의 경화는 재료의 수화와 그 후의 수화 생성물의 화학적 및 물리적 상호 작용에서 비롯되었다. 이는 소석회 모르타르의 경화와는 달랐다. 일단 굳으면 로마 콘크리트는 가소성이 거의 없었지만 인장 응력에 대한 어느 정도의 저항력을 유지했다. 푸졸란 시멘트의 경화는 현대적인 시멘트인 포틀랜드 시멘트의 경화와 공통점이 많다. 로마 푸졸라나 시멘트의 높은 실리카 조성은 슬래그, 플라이 애시, 또는 실리카 흄이 첨가된 현대 시멘트와 매우 유사하다.
카실리아 메텔라 묘의 로마 콘크리트는 칼륨 함량이 더 높은 또 다른 변형으로, "계면 구역을 강화하고 잠재적으로 기계적 성능 향상에 기여하는" 변화를 유발했다.[18]
3. 2. 자가 치유 능력
2023년 연구에 따르면, 이전에는 열악한 집계 기술의 징후로 여겨졌던 석회 덩어리가 균열로 스며드는 물과 반응하는 것으로 밝혀졌다. 이는 반응성 칼슘을 생성하여 새로운 탄산 칼슘 결정을 형성하고 균열을 다시 메울 수 있게 한다.[14] 이 석회 덩어리는 전통적인 소석회가 아닌 생석회를 사용한 "핫믹싱" 기술로 생성되었을 가능성이 가장 높은 취성 구조를 가지고 있어, 균열이 석회 덩어리를 통해 우선적으로 이동하게 함으로써 자체 치유 메커니즘에서 중요한 역할을 할 수 있다.[1]같은 해인 2023년에 발표된 다른 연구에서는, 로만 콘크리트에 포함된 "석회 크러스트"라고 불리는 산화 칼슘의 작은 입자 분석 및 검증 실험을 통해, 로만 콘크리트는 소석회가 아닌 생석회에 물과 화산재 등의 골재를 섞어서 만들어지며, 이때 생성되는 "석회 크러스트"가 수분과 반응하여 균열을 메우는 자기 수복 기능을 가진다는 것이 밝혀졌다.[32]
3. 3. 지오폴리머 반응
다른 콘크리트와 마찬가지로 로마 콘크리트는 골재와 수경성 모르타르로 구성되어 있었다. 이 모르타르는 물과 혼합된 결합재로 시간이 지남에 따라 굳어졌다. 골재는 바위 조각, 세라믹 타일, 석회 덩어리, 이전에 철거된 건물의 벽돌 잔해 등 다양하게 구성되었다. 로마에서는 쉽게 구할 수 있는 응회암이 종종 골재로 사용되었다.[12]석고와 생석회가 결합재로 사용되었다.[2] 구할 수 있는 곳에서는 푸촐란 또는 "피트 모래"라고 불리는 화산재가 선호되었다. 푸촐란은 현대 콘크리트보다 콘크리트를 염수에 더 강하게 만든다.[13] 푸촐란 모르타르는 알루미나와 실리카 함량이 높았다.
2023년 연구에 따르면, 이전에는 열악한 집계 기술의 징후로 여겨졌던 석회 덩어리가 균열로 스며드는 물과 반응한다. 이는 반응성 칼슘을 생성하여 새로운 탄산 칼슘 결정을 형성하고 균열을 다시 밀봉할 수 있게 한다.[14] 이 석회 덩어리는 전통적인 소석회가 아닌 생석회를 사용한 "핫믹싱" 기술로 생성되었을 가능성이 가장 높은 취성 구조를 가지고 있어, 균열이 석회 덩어리를 통해 우선적으로 이동하게 함으로써 자체 치유 메커니즘에서 중요한 역할을 할 수 있다.[1]
푸졸란 시멘트의 경화는 현대적인 포틀랜드 시멘트의 경화와 공통점이 많다. 로마 푸졸라나 시멘트의 높은 실리카 조성은 용광로 슬래그, 플라이 애시, 또는 실리카 흄이 첨가된 현대 시멘트와 매우 유사하다.
로마 '해양' 콘크리트의 강도와 수명은 바닷물이 화산재와 생석회의 혼합물과 반응하여 토버모라이트라는 희귀한 결정을 생성하여 파손에 저항할 수 있다는 데서 비롯된 것으로 이해된다. 바닷물이 로마 콘크리트의 작은 균열 내로 스며들면서 화산암에서 자연적으로 발견되는 필립사이트와 반응하여 알루미늄 토버모라이트 결정을 생성했다. 그 결과는 "인류 역사상 가장 내구성이 뛰어난 건축 자재"의 후보가 되었다. 반대로, 바닷물에 노출된 현대 콘크리트는 수십 년 안에 열화된다.[15][16][17]
카실리아 메텔라 묘의 로마 콘크리트는 칼륨 함량이 더 높은 또 다른 변형으로, "계면 구역을 강화하고 잠재적으로 기계적 성능 향상에 기여하는" 변화를 유발했다.[18]
4. 내진 기술
이탈리아 반도처럼 지진이 자주 발생하는 환경에서 벽돌과 콘크리트는 유연성을 가지도록 만들어졌다. 이는 지진 발생 시 건물 일부가 응력을 수용하기 위해 약간 이동하여 구조물의 전체적인 강도를 높이는 방식이었다. 많은 건물이 다양한 원인으로 심각한 균열을 겪었음에도 오늘날까지 굳건히 서 있을 수 있었던 이유가 바로 이 때문일 것이다.[19]
4. 1. 재료 배합
이탈리아 반도처럼 지진이 자주 발생하는 환경에서 벽과 돔 내부의 간섭과 내부 구조물은 콘크리트 덩어리에 불연속성을 만들었다. 이후 지진 발생 시 건물 일부가 이러한 응력을 수용하기 위해 약간 이동하여 구조물의 전체적인 강도를 높일 수 있었다. 이러한 의미에서 벽돌과 콘크리트는 유연성을 가졌던 것이다. 많은 건물이 다양한 원인으로 심각한 균열을 겪었음에도 불구하고 오늘날까지 굳건히 서 있을 수 있었던 이유가 바로 이 때문일 것이다.[19]
콘크리트의 강도와 안정성을 향상시키는 데 사용된 또 다른 기술은 돔의 재료 배합이었다. 한 예로 로마 판테온이 있는데, 돔 상부의 골재는 가벼운 응회암과 경석을 번갈아 사용하여 콘크리트 밀도가 1350kg/m3이다. 구조물의 기초는 트라버틴을 골재로 사용하여 훨씬 높은 밀도 2200kg/m3를 갖는다.[19]
5. 현대적 활용
2010년 이후 로마 콘크리트에 대한 과학적 연구는 언론과 업계의 주목을 받았다.[20] 기업과 지방 자치 단체는 북미에서 로마식 콘크리트 사용을 탐구하기 시작했는데, 여기에는 화산재를 유사한 특성을 가진 석탄 플라이 애시로 대체하는 것이 포함된다. 플라이 애시를 사용하면 시멘트 사용량 감소로 비용이 절감되고, 낮은 소성 온도와 긴 수명으로 환경 발자국도 줄어든다.[21] 로마 콘크리트는 가혹한 해양 환경에서도 2000년 동안 거의 마모되지 않은 사례가 발견되었다.[22]
2013년, 캘리포니아 대학교 버클리는 초안정 칼슘-알루미늄-규산염-수화물 화합물이 재료를 결합하는 메커니즘을 설명하는 논문을 발표했다.[23] 로마 콘크리트 생산 과정은 현대 콘크리트보다 이산화탄소 배출량이 적다.[24] 로마 건물 벽이 현대 건물 벽보다 두꺼운 이유는 로마 콘크리트가 건설 후 수십 년 동안 강도를 얻기 때문이다.[15]
5. 1. 연구 및 적용
2010년 이후 로마 콘크리트에 대한 과학적 연구는 언론과 업계의 주목을 받았다.[20] 독특한 내구성과 수명, 그리고 환경 발자국 감소로 인해 기업과 지방 자치 단체는 북미에서 로마식 콘크리트 사용을 탐구하기 시작했다. 여기에는 화산재를 유사한 특성을 가진 석탄 플라이 애시로 대체하는 것이 포함된다. 지지자들은 플라이 애시로 만든 콘크리트가 시멘트가 덜 필요하기 때문에 최대 60%까지 비용이 절감될 수 있다고 말한다. 또한 낮은 소성 온도와 훨씬 더 긴 수명으로 인해 환경 발자국도 줄어든다.[21] 가혹한 해양 환경에 노출된 로마 콘크리트의 사용 가능한 예는 거의 또는 전혀 마모 없이 2000년 된 것으로 발견되었다.[22]2013년, 캘리포니아 대학교 버클리는 초안정 칼슘-알루미늄-규산염-수화물 화합물이 재료를 결합하는 메커니즘을 처음으로 설명하는 논문을 발표했다.[23] 생산 과정에서 현대 콘크리트 생산 공정보다 이산화탄소가 적게 대기 중으로 배출된다.[24] 로마 건물 벽이 현대 건물 벽보다 두껍다는 것은 우연이 아니다. 그러나 로마 콘크리트는 건설이 완료된 후 수십 년 동안 강도를 얻고 있었다.[15]
5. 2. 친환경 콘크리트 개발
2010년 이후 로마 콘크리트에 대한 과학적 연구는 언론과 업계의 주목을 받았다.[20] 독특한 내구성과 수명, 그리고 환경 발자국 감소로 인해 기업과 지방 자치 단체는 북미에서 로마식 콘크리트 사용을 탐구하기 시작했다. 여기에는 화산재를 유사한 특성을 가진 석탄 플라이 애시(fly ash)로 대체하는 것이 포함된다. 지지자들은 플라이 애시로 만든 콘크리트가 시멘트가 덜 필요하기 때문에 최대 60%까지 비용이 절감될 수 있다고 말한다. 또한 낮은 소성 온도와 훨씬 더 긴 수명으로 인해 환경 발자국도 줄어든다.[21] 가혹한 해양 환경에 노출된 로마 콘크리트의 사용 가능한 예는 거의 또는 전혀 마모 없이 2000년 된 것으로 발견되었다.[22]2013년, 캘리포니아 대학교 버클리는 초안정 칼슘-알루미늄-규산염-수화물 화합물이 재료를 결합하는 메커니즘을 처음으로 설명하는 논문을 발표했다.[23] 생산 과정에서 현대 콘크리트 생산 공정보다 이산화탄소가 적게 대기 중으로 배출된다.[24] 로마 건물 벽이 현대 건물 벽보다 두껍다는 것은 우연이 아니다. 그러나 로마 콘크리트는 건설이 완료된 후 수십 년 동안 강도를 얻고 있었다.[15]
5. 3. 일본의 연구 및 활용
현대의 철근 콘크리트는 이산화 탄소의 침입에 의한 중성화나 염해로 내부의 철근에 녹이 생겨 점차 강도를 잃어간다. 그 때문에, 일본의 철근 콘크리트 건조물의 수명은 대략 50년에서 100년 정도라고 한다.[26][27][28][29] 반면 고대 콘크리트는 철근이 없어 중성화되어도 콘크리트 자체의 강도는 수천 년 동안 유지된다. 다만, 무근 콘크리트이므로 굽힘이나 인장력에 약하다는 단점이 있다.도호쿠 대학 교수 히사다 마코토는 고대 로마 제국 유적 조사 결과, 화산재를 넣은 콘크리트가 치밀해져 내구성이 증가했다고 추측한다.[29] 또한 불필요하게 된 벽돌을 잘게 부수어 섞어 현대 콘크리트처럼 골재 재활용이 이루어졌다고 생각한다.[29] 홋카이도립 종합 연구 기구 북방 건축 종합 연구소의 타니구치 마도카는 골재에 사용된 화산재가 이산화 탄소나 염분 스며듦을 방해하여 내구 연한을 늘리는 효과가 있다고 추측한다. 실제로 화산재를 섞은 콘크리트는 일반 콘크리트에 비해 이산화 탄소가 철근에 도달하기까지의 기간이 약 1.7배, 염분이 도달하기까지의 기간이 약 1.2배로 연장되는 것이 실험으로 증명되었다.[29]
일본국 내에서도 가고시마 대학의 타케와카 코지가 규슈 남부의 화산성 퇴적물인 시라스를 콘크리트 골재로 사용하는 연구를 하고 있다.[30] 가고시마현기리시마시에 건설된 마루오 폭포 다리 기초 부분에는 "시라스 콘크리트"가 채용되어, 온천 증기, 고온 지열, 강산성 토양 등 가혹한 환경에도 불구하고 설계상 최소 100년은 견딜 것으로 예상된다.[29] 야마구치 대학 공학부 이케다 오사무 명예 교수는 지구 온난화 방지와 광물질 폐기물 처리에 기여하는 지오폴리머 기술의 유용성을 주장한다.[31]
2012년에는 야마시타 야스히로, 노구치 타카후미, 사토 준 등이 연구를 거듭하여 모래나 자갈을 대신하는 미이용 자원 활용, 콘크리트 재활용 프로세스 형성, 장수명 · 다기능 콘크리트 개발 등을 실현하는 환경형 시라스 콘크리트를 완성했다. 이를 사용한 세계 최초의 건축물 "R · 토르소 · C" (2015년)는 다음 상을 수상했다.
| 상 |
|---|
| 2016년 일본 콘크리트 공학회상, 작품상 |
| 2016년 WAN Concrete Award |
| 2017년 미국 콘크리트 학회 프로젝트상 종합 부문 · 최우수상, 저층 건축 부문 1위 |
| 2018년 fib 최우수 작품상 |
6. 시공
로마 콘크리트 시공은 현대와 유사하게 거푸집을 사용했지만, 몇 가지 차이점이 있었다. 현대에는 골재와 모르타르를 섞은 콘크리트를 거푸집에 넣지만, 로마 시대에는 거푸집에 골재를 먼저 채우고 모르타르를 부었다.[33] 이 과정을 반복해 벽이나 기둥을 만들었는데, 모르타르를 먼저 넣었다는 설도 있다.[34]
거푸집 재료는 목재, 돌, 벽돌 등이었다. 돌이나 벽돌 거푸집은 콘크리트가 굳은 후에도 건물과 하나가 되었다. 목재 거푸집은 제거되거나 스투코, 트라버틴 등으로 마감되었다.[35]
6. 1. 거푸집
현대의 콘크리트와 마찬가지로, 거푸집 안에 콘크리트를 타설하는 방식을 사용한다. 현대와 다른 점은, 거푸집 안에 "흘려넣기 전"에 골재와 모르타르를 섞는 것이 아니라, 거푸집 안에 먼저 골재를 투입한 다음 모르타르를 흘려넣어 공기를 빼고 다짐을 한다는 점이다[33]。이 과정을 반복하여 이어치기를 함으로써, 높은 콘크리트 벽·기둥 등을 시공할 수 있다. 이 모르타르와 골재의 투입 순서에 대해, 모르타르를 먼저 투입한다는 설도 있다[34]。거푸집의 재료는 목재인 경우와, 돌이나 벽돌인 경우가 있었다. 돌이나 벽돌을 거푸집으로 사용한 경우, 그것들은 콘크리트 경화 후에 제거되지 않고, 건조물과 일체가 되어 사용되었다. 목재 거푸집의 경우, 그것들은 제거되어 콘크리트 면이 그대로 노출된 채로 완공되는 경우와, 표면에 스투코 마감이나 트라버틴, 투파, 화산 쇄설암 등의 석재 마감 처리가 이루어지는 경우가 있었다[35]。
목재 거푸집은 주로 천장의 볼트부 등의 시공에 사용되었다.
돌이나 벽돌을 거푸집으로 사용하는 경우, 그 쌓는 방식에 따라 각각 명칭이 붙어있다. 2개 이상의 공법을 사용한 경우는 오푸스 믹스텀(opus mixtum)이라고 불리기도 했다.
| 명칭 | 설명 | 예시 이미지 |
|---|---|---|
| 오푸스 콰드라툼(opus quadratum) | 직육면체 돌을 층층이 쌓기 | -- |
| 오푸스 인케르툼(opus incertum) | 불규칙하게 엇갈려 쌓기 | -- |
| 오푸스 레티쿨라툼(opus reticulatum) | 그물눈 모양으로 쌓기 | -- |
| 오푸스 테스타케움(opus testaceum) 또는 오푸스 라테리키움 | 벽돌을 층층이 쌓기 |  |
| 오푸스 스피카툼(opus spicatum) | 지그재그 모양으로 쌓기 |  |
| 오푸스 믹스텀 | 2개 이상의 공법을 함께 사용 | -- |
6. 2. 쌓기 방식
현대의 콘크리트와 마찬가지로, 거푸집 안에 콘크리트를 타설하는 수법을 취한다. 현대와 다른 점은, 거푸집 안에 "흘려넣기 전"에 골재와 모르타르를 섞는 것이 아니라, 거푸집 안에 먼저 골재를 투입한 다음 모르타르를 흘려넣어 공기 빼기 및 다짐을 실시한다는 점이다[33]。이 과정을 반복하여 이어치기를 함으로써, 높은 콘크리트 벽·기둥 등을 시공할 수 있다. 이 모르타르와 골재의 투입 순서에 대해, 모르타르를 먼저 투입한다는 설[34]도 있다.거푸집의 소재는 목재, 돌, 벽돌이 있었다. 돌이나 벽돌을 거푸집으로 사용한 경우, 콘크리트 경화 후에 제거되지 않고 건조물과 일체가 되었다. 목재 거푸집의 경우, 제거되어 콘크리트 면이 그대로 노출된 채로 완공되거나, 표면에 스투코 마감이나 트라버틴, 투파, 화산 쇄설암 등의 석재 마감 처리가 되었다[35]。
목재 거푸집은 주로 천장의 볼트부 시공에 사용되었다.
돌이나 벽돌을 거푸집으로 사용하는 경우, 그 쌓는 방식에 따라 각각 명칭이 붙어있다. 2개 이상의 공법을 사용한 경우는 오푸스 믹스텀(opus mixtum)이라고 불렸다.
| 쌓기 방식 | 설명 |
|---|---|
| 오푸스 콰드라툼(opus quadratum) | 직육면체 돌을 층층이 쌓는 방식 |
| 오푸스 인케르툼(opus incertum) | 불규칙한 돌을 엇갈려 쌓는 방식 |
| 오푸스 레티쿨라툼(opus reticulatum) | 돌을 그물눈 모양으로 쌓는 방식 |
| 오푸스 테스타케움(opus testaceum) 또는 오푸스 라테리키움 | 벽돌을 층층이 쌓는 방식 |
| 오푸스 스피카툼(opus spicatum) | 벽돌을 지그재그 모양으로 쌓는 방식 |
7. 주요 건축물
판테온은 로마 콘크리트 건축으로 유명하다. 로마 콘크리트는 판테온 외에도 플라비우스 원형 경기장(콜로세움), 카라칼라 욕장, 막센티우스 바실리카, 트라야누스 시장, 로마의 수도교와 도수로, 분수 시설(카스텔룸 아쿠아에) 등의 구조물, 아우렐리아누스 성벽(로마 시가지를 둘러싼 방어벽) 등에도 사용되었다.
7. 1. 판테온
로마의 판테온은 로마 콘크리트 건축으로 유명하며, 내경 43m, 천창의 지름은 9m인 거대한 건축물이다. 기원전 25년에 창건된 후 화재로 소실되었고, 하드리아누스 황제 시대에 다른 형태로 재건되었다.판테온에 사용된 재료는 단층 로마 콘크리트가 아니라, 위로 갈수록 가벼워지는 6층 구조로 되어있다.[36]
7. 2. 기타 건축물
로마 콘크리트는 거대 건축물 외에도 고대 로마 각지의 소규모 건축물에도 사용되었다.- 플라비우스 원형 경기장(콜로세움)
- 카라칼라 욕장
- 막센티우스 바실리카
- 트라야누스 시장
- 로마의 수도교와 도수로, 분수 시설(카스텔룸 아쿠아에) 등의 구조물
- 아우렐리아누스 성벽(로마 시가지를 둘러싼 방어벽)
8. 성능
현대의 철근 콘크리트는 이산화 탄소 침투에 의한 중성화나 염해로 내부 철근이 녹슬어 점차 강도를 잃는다. 일본의 철근 콘크리트 건조물 수명은 대략 50년에서 100년 정도이다.[26][27][28][29] 반면 고대 콘크리트는 철근이 없어 중성화되어도 콘크리트 자체 강도는 수천 년 동안 유지된다. 다만, 무근 콘크리트이므로 굽힘이나 인장력에는 약하다.
도호쿠 대학 히사다 마코토 교수는 고대 로마 제국 유적 조사 결과, 화산재를 넣은 콘크리트가 치밀해져 내구성이 증가했다고 추측한다.[29] 또한 불필요한 벽돌을 잘게 부수어 섞어 골재를 재활용했다.[29] 홋카이도립 종합 연구 기구 북방 건축 종합 연구소 타니구치 마도카는 골재에 사용된 화산재가 열화 원인인 이산화 탄소나 염분 침투를 막아 내구 연한을 늘리는 효과가 있다고 추측한다. 실제로 화산재를 섞은 콘크리트는 일반 콘크리트보다 이산화 탄소가 철근에 도달하는 기간이 약 1.7배, 염분 도달 기간이 약 1.2배 길다는 것이 실험으로 증명되었다.[29]
일본국 가고시마 대학 타케와카 코지는 규슈 남부 화산성 퇴적물인 시라스를 콘크리트 골재로 활용하는 연구를 한다.[30]
가고시마현기리시마시 마루오 폭포 다리 기초 부분에는 "시라스 콘크리트"가 사용되었는데, 온천 증기, 고온 지열, 강산성 토양 등 가혹한 환경에도 설계상 최소 100년은 견딜 것으로 예상된다.[29] 야마구치 대학 공학부 이케다 오사무 명예 교수는 지구 온난화 방지와 광물질 폐기물 처리에 기여하는 지오폴리머 기술의 유용성을 강조한다.[31]
2012년 야마시타 야스히로, 노구치 타카후미, 사토 준 등은 모래나 자갈 대신 미이용 자원 활용, 콘크리트 재활용 프로세스 형성, 장수명·다기능 콘크리트 개발 등을 실현하는 환경형 시라스 콘크리트를 완성했다.
이를 사용한 세계 최초 건축물 "R · 토르소 · C" (2015년) 수상 내역은 다음과 같다.
- 2016년 일본 콘크리트 공학회상 작품상
- 2016년 WAN Concrete Award
- 2017년 미국 콘크리트 학회 프로젝트상 종합 부문 최우수상, 저층 건축 부문 1위
- 2018년 fib 최우수 작품상
2023년, 로만 콘크리트에 포함된 "석회 크러스트" (산화 칼슘 작은 입자) 분석 및 검증 실험 결과, 로만 콘크리트는 소석회가 아닌 생석회에 물과 화산재 등 골재를 섞어 만들며, 이때 생성되는 "석회 크러스트"가 수분과 반응하여 균열을 메우는 자기 수복 기능을 가진다는 사실이 발표되었다.[32]
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