고대 로마 시작 근대 영국 완성
토목공학이 발전하게 된 여러 이유 중에 하나는 인간이 목표로 하는 구조물을 완성시킬 수 있도록 재료를 개발해 왔었다는 점이다.
가장 흔하게 사용할 수 있었고 지금도 사용하고 있는 재료는 돌이다.
피라미드과 같은 구조물도 돌로 만들어진 것이지만 이것에 대해서는 아직도 어떻게 만들어질 수 있었던가는 불가사의이다.
지금의 인간과 같은 신체 조건을 갖춘 고대의 인간들이 이루어 놓은 석조물 중에는 기원전 2000년경에 크레타 섬의 미노아 문명시절에 처음으로 구조물에 석회를 사용한 적이 있다고 한다.
기원 전 3세기 가량 로마사람들이 만든 가장 주목할 만한 구조물은 서기 126년에 완공된 로마의 판테온 돔이었다.
이 돔은 지간이 43m인데 19세기까지만 해도 이 지간을 넘는 구조물이 없었다.
아직도 이 돔의 안쪽에서는 깬돌을 골재로 하고 거푸집의 흔적을 볼 수 있는 것으로 미루어 볼 때 지금의 콘크리트의 시초가 아닌가 추축된다.
콘크리트가 본격적으로 개발된 시기는 1800년대 이후이다.
개발동기를 나름대로 살펴보면 시대적인 요구가 뒷받침하고 있다.
서양의 역사를 살펴보면 르네상스 시대의 문명이 꽃 피우고 이어서 영국에서 시작된 산업혁명은 산업시설의 확충과 사회기반 시설의 건설을 새로이 필요하게 되었다.
1789년의 프랑스 대혁명은 왕정이 봉괴되고 시민이 주도하는 사회로의 변화를 초래했다.
산업혁명과 프랑스 대혁명은 유럽전체의 산업화와 민주화를 촉진 시키는 계기가 되었다.
왕족과 귀족이 사회를 지배하던 시절에 궁전, 교회, 성당을 짓는다거나 성을 쌓는 일과 같이 돌의 사용은 군사용이거나 지배계급층의 주거용, 종교시설로 제한되어 있었다.
또한 구조물을 위한 돌의 사용은 장비가 지금처럼 발달되지 않은 시설에 당연히 많은 인력을 필요로 했다.
그러므로 일반 시민들이 자신들을 위하여 돌을 사용 사용한다는 것은 상상할 수도 없었다.
무게가 많이 나가는 바위를 보통사람들이 혼자 다룰 수는 없기 때문에 작은 돌을 뭉쳐서 사용하는 방법을 생각해 내지 않을 수 없었을 것이다.
거기에 필요한 것이 바로 돌을 서로 붙이게 하는 풀이다.
이 풀이 시멘트라고 하는 것인데 진흙과 석회석이 이 풀의 주원료가 된다.
우리나라에서도 오래전부터 석회석과 진흙을 사용해서 돌담을 쌓는데 몰탈처럼 사용해 왔다. 전통한옥의 벽체는 주로 진흙으로 하고 석회를 바른 것이다.
영국의 기술자인 스미튼(john Smeaton)이 서기 1800년께 영국의 남쪽 해안에 에디스톤 등대를 설계하는 중에, 물속에서 굳어져서 물에 녹지도 않을 것이라는 시멘트를 만드는 방법을 알게 됐다.
구운 석회암과 진흙을 섞은 것을 이용할 수 있음을 알아냈지만 그는 과거 로마시대의 방식대로 돌아가서 몰탈을 바른 돌을 쌓는 것으로 하였다.
그 이듬해에 많은 사람들이 스미튼이 사용하는 재료를 이용하였지만, 똑같은 채석장에서 석회암과 진흙을 구하기가 어려워 그것을 사용하는데는 지극히 제한적일 수 밖에 없었다.
1824년에 Joseph Aspdin이 다른 곳에서 구한 진흙과 석회암을 갈아낸 것을 썩혀서 그것들을
가마에서 구워서 시멘트를 만들어 냈다.
이것이 영국의 남부에 있는 포틀랜드 섬에서 나는 고품질의 석회석인 포틀랜드 돌과 닮았기 때문에 그 제품을 포틀랜드 시멘트라고 이름을 지었다.
1828년에 Brunel도 이 시멘트를 사용해서 테임즈강 밑으로 지나는 터널의 벽돌 라이닝에 사용된 몰탈을 만들었고 1835년에는 교량의 콘크리트 교각을 만드는데도 사용하였다.
당시에는 시멘트를 사용하는 중에 때로는 혼합물이 과열되어서 단단한 덩어리가 되어 쓸모없다고 생각해서 그냥 버리는 수도 있었다.
1845년에 I.C. Johson은 가장 좋은 시멘트는 이 단단한 덩어리를 갈아서 만들어진다는 것을 알아냈다.
이것이 바로 지금의 포틀랜드 시멘트이고 콘크리트가 본격적으로 개발되기 시작하게 된 결정적인 계기가 됐다.
기껏해야 사람 주먹만한 돌로 사람 마음대로 쓰기 편하게 모양을 내서 커다란 돌덩어리를 만들어 냈다는 것은 대단한 일이었을 것이다.
그래도 돌은 압축재료이다.
지간이 길어지면 휨이 커지고 인장도 생기게 되는데 시멘트도 돌로 만들어진 것이므로 돌로만 이루어진 콘크리트가 인장에 제대로 견디기는 어렵다.
필요는 방법을 낳게 마련이다. 무엇으로 콘크리트의 약점을 보완할 것인가는 해결하기 어려운 문제는 아니었을 것이다.
이후 콘크리트의 단점을 잘 보완해주는 재료가 철이라는 것도 알게 되었다.[에너지단열경제]안조영 기자
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