<  서 문  >
   본 강좌에서는 콘크리트용 원재료에서부터 콘크리트의 특성, 특수 콘크리트, 레미콘 품질관리에 이르는 여러 부분을 집필하였지만, 콘크리트의 유동성 관련 레올로지(Rheology) 부분은 집필하지 못하였다.
따라서 이번부터 몇 회는 경상국립대학교의 한동엽 교수가 미국에서 레올로지 분야로 박사학위 취득 후 10여 년간 대학에서 해당 분야를 연구하고 있음에 공동저자로 하여 그 부분을 소개해 보고자 한다.
<한천구>

서언
콘크리트는 경화된 상태로 구조물을 구성하는 재료로 강도, 내구성 등이 주된 요구성능이 된다. 그러나 콘크리트는 현장에서 시공함에 따라 그 시공 정도가 구조체의 물성을 결정하는 반제품이므로 시공연도(Workability)로 대변되는 굳지 않은 콘크리트 물성도 무시할 수 없는 성능이다.
콘크리트의 시공연도는 굳지 않은 콘크리트의 많은 성능을 한꺼번에 나타내는 정성적 표현이지만, 흔히 정량적 요소인 유동성과 동일한 개념으로 받아들여지는 경우가 많다. 그러나, 콘크리트의 유동성이 좋은 경우에 시공연도 또한 좋다고 규정할 수 없는 부분도 있어, 이를 동일시 하기에는 어려움이 있다. 그럼에도 불구하고 콘크리트의 유동성은 시공연도를 결정짓는 가장 중요한 요소이므로 본 고에서부터 몇 회는 콘크리트의 유동성 및 그와 연관된 물성을 고찰해 본다.
콘크리트 유동성 발현 조건
콘크리트는 시멘트, 물, 잔·굵은골재 및 혼화재료를 기본으로 한다. 이 중에서 시멘트와 물이 혼합된 것을 시멘트 풀(Cement paste)이라 하고, 시멘트 풀에 잔골재가 혼합된 것을 모르타르(Mortar), 여기에 굵은골재까지 포함되면 콘크리트(Concrete)라 한다. 그런데, 콘크리트는 구성하는 모든 재료가 균일하게 혼합된 상태로 유동 상태에서 소성 상태를 거쳐 경화되어야 한다. 이는 굳지 않은 콘크리트가 이동하는 과정인 유동성 발현 상황에서도 마찬가지이다. 그러므로 콘크리트의 유동성을 구성하는 요소는,
  1) 굳지 않은 콘크리트의 이동(유동성), 
  2) 혼합된 재료의 분리 저항
이 되어야 한다. 이 중에서 콘크리트의 유동성 발현은 콘크리트를 구성하는 재료 중에서 유동을 유발하는 재료에 의하는데, 이는 곧 배합수(물)이다. 즉, 기본적으로 콘크리트의 유동성을 유발하는 것은 물로써 이 물의 양이 콘크리트의 유동성을 결정한다. 즉, 콘크리트의 배합요소 중 총 배합에서 물이 차지하는 양인 단위수량이 콘크리트의 유동성에 직접적인 영향을 미치게 된다.

콘크리트의 재료분리 저항 조건
위에서 알아본 바와 같이 콘크리트의 유동성의 조건은 배합수이다. 그러나 동시에 ‘콘크리트’로서의 유동성을 확보하기 위해서는 콘크리트를 구성하는 재료들이 혼합된 상태로 유동해야 하기 때문에 <사진 1>과 같이 재료분리를 일으키지 않고 적절한 재료분리 저항 성능이 필요하다. 여기에 관여하는 재료가 시멘트, 잔골재라고 할 수 있다.

<사진 1> 콘크리트 유동성 발현과 재료분리 

먼저, 시멘트는 물과 혼합하면 시멘트 풀이 된다. 물의 점성은 1mPa·s로 매우 낮다. 그러나 여기에 시멘트 분말이 혼합되면 꽤 높은 점성을 얻게 되는데, 여기서 얻어지는 점성은 시멘트 분말의 형상, 입도, 그리고 <그림 1>과 같이 부피분률(액체 내의 분체량)에 의해 결정된다. 그러므로 시멘트 페이스트는 점성을 얻게 되는데, 이를 통해 시멘트 페이스트의 유동속도가 느려지지만, 모르타르에 있어서 모래가 분리되는 것을 막아 준다. 즉, 모르타르는 시멘트 페이스트에 모래가 섞여 있다는 개념으로 이해된다.

<그림 1> 현탁액의 점성 결정요소(부피분율/입도)
: 증가하는 부피분율에 따른 점도 증가는 물 - 시멘트 페이스트 – 모르타르 – 콘크리트의 순으로 증가되는 입자로 볼 수 있다. 

더 나아가 모래입자를 포함하는 모르타르는 시멘트 페이스트보다 높은 점성을 갖게 되는데, 이는 콘크리트에서 자갈이 분리되는 것을 막을 수 있다. 즉, 콘크리트는 모르타르에 굵은 골재가 섞여 있다는 개념으로 이해된다. 여기에서 콘크리트의 배합 중 잔골재율이 콘크리트의 재료분리를 저감하는 데에 직접적인 영향을 미친다.

콘크리트 배합과 유동성
위에서 언급한 두 가지 배합요소인 콘크리트의 단위수량과 잔골재율은 콘크리트의 유동성에 영향을 미치는 중요한 요소이다. 그러나, 콘크리트 배합은 이 외에도 많은 요소들이 있어 단순히 단위수량과 잔골재율 만으로 유동성이 결정되는 것은 아니다. 그럼에도 불구하고 이 두 가지 요소는 이후 콘크리트의 유동성을 논의하는 데에 가장 핵심이 되는 요인이다. 
콘크리트의 유동성을 표현하는 방법에 있어서 필자는 <그림 2>와 같이 “유동성 요소를 이용하여 반유동성 요소를 운반하는 것”이라는 표현을 사용하고자 한다. 즉, 콘크리트의 유동성은 반유동성 요소인 골재(특히, 자갈)를 유동성 요소인 시멘트 페이스트(혹은 모르타르)로 운반하는 것이다. 즉, 절대용적법을 바탕으로 물시멘트비가 고정된 조건에서 단위수량의 증가는 시멘트 페이스트의 양을 증가시키면서 총 골재량을 감소시키게 된다. 이는 유동성 요소를 증가시키면서 반유동성 요소를 감소시키는 결과로 이어져 콘크리트의 유동성을 증가시키게 되는 것이다.

<그림 2> 콘크리트를 유동시키는 요인과 유동되는 요인
: 유동성이 좋은 모르타르가 유동성이 없는 자갈을 이동시키는 형상