석재의 성질 및 품질관리

석재 개요

석재란 건축재료로 사용하는 천연적인 암석 및 가공한 암석의 총칭이며, 인조석은 천연석재와 유사하게 인공적으로 성형시킨 재료이다.

고대인들은 암석의 중량감과 장중함으로 고인돌, 선돌(영국의 스톤헨지) 등 각종 거석구조물을 축조하였고 이집트와 그리스, 로마에서는

대규모 채석과 가공 및 시공법의 발달로 거대한 신전과 구조물을 석재로 건축하였다. 이후 석재는 목재, 점토벽돌과 함께 구조재로서 사용되었으나 19세기 이후 철강과 콘크리트가 구조재로 폭넓게 사용되면서 현재는 기초나 내·외장재로 사용되고 있다.

석재의 품질관리

-백화-

모르타르 중의 수산화칼슘 성분이 용출되어 대기 중의 탄산가스와 결합하여 탄산칼슘으로 되어 석재를 오염시킨다.

빗물 처리가 불충분한 경우 : 석재면과 다른 마감재가 만나는 경우 모르타르면 보다 우수가 침입하기 쉽다. 이런 경우 우수가 석재 배면으로 이동하지 않도록 검토해야 한다.

줄눈 폭이 작은 경우 : 줄눈 폭이 지극히 작은 경우 그 부분에 충분한 충진이 되지 않아 충진을 해도 완전한 줄눈 충진이 되지 않아 줄눈으로부터 침수된다.

줄눈시공이 불충분한 경우 : 줄눈 깊이가 균일하지 않으면 줄눈 위에 공극이나 줄눈균열이 생겨 우수가 침입한다.

석재 배면으로부터의 누수에 의한 경우 : 옥상방수의 치켜올림 부분에 결함이 생겨 그곳으로부터 우수가 석재 배면으로 침투하거나 벽에 매설된 배관의 결함으로 누수가 발생할 수 있다.

-석재의 보존과 청소-

석재를 잘 보존하기 위해서는 구성성분의 용출이나 반응을 일으키는 대기오염 물질 또는 대기 중의 산류와의 반응을 억제해야 하며, 이끼 등 유기물의 발생도 방지해야 한다. 석재 표면은 가공 후 운반, 공사장의 보관 시 흙 등으로 오염될 수 있고, 공사 후 시간의 경과와 함께 대기 중의 오염물질, 즉 대지 중에 떠다니는 먼지, 매연, 금속가루 등이 부착하여 화강석을 구성하는 장석, 석영, 운모의 각 성분의 경계면에 존재하는 미세한 균열부에 끼어 있어 고착화함으로써 더러워진다.석재의 세정에는 염산, 비화수소산 등이 같이 사용되는 경우가 있지만 석재 광택이 감퇴 되고 새시(sash)와 다른 금속부재나 인체의 영향 등 결점이 많으므로 사용하기 바람직하지 않다. 대기오염에 의한 더러움은 세척액을 잘 선택하여 사용하면 장석, 석영, 운모를 약10µ ~20µ 정도 표면을 용해시켜 층상의 생성물을 형성시킴으로써 이것을 고압수의 분무로 세정하여 제거할 수 있으나, 실리콘 실링재에서 배어나온 더러움을 모두 제거하기에는 현재의 약품으로는 어려운 점이 있다. 실링재로 인한 오염은 대기 중의 오염물질로 인해 재차 더러워지므로 보수의 주기는 5~7년이 바람직하며, 실리콘 실링재 자체 오염을 방지하기 위해서는 줄눈에 폴리설파이드계를 도포하는 것이 효과적이다.

 

1) 석재의 장점

석재는 불연성으로 압축강도가 크며, 내구성, 내수성 및 내마모성이 우수한 재료이며 종류가 다양하고 외관이 장중, 미려하며 치밀한 것은 갈면 광택이 나는 특징이 있다.

2) 석재의 단점

석재의 단점으로는 인장강도가 압축강도의 1/20~1/40 내외로 취도계수가 크고, 장대재를 얻기가 어려운 문제가 있다. 또한 밀도가 크고 가공성이 불량하며 내화성이 약한 것이 단점으로 지적된다.

 

3) 석재의 성질

화학적 성질

동결융해나 우수 중의 탄산가스, 염산 또는 황산류에 의해 석재조직에 발생된 침식과 산류를 함유하고 있는 수분의 흡수작용에 의해 발생된 팽창수축의 반복 작용으로 장기간 노출된 부분이 침해를 입는다. 석재를 구성하고 있는 조암광물 중에서 특히 장석이나 방해석은 주성분인 칼슘이 산류를 함유하고 있는 물과 공기에 의해 침해되어 파괴가 발생될 수가 있다. 석재는 산화작용이나 융해작용에 의해서 조직이 파괴된다.

①    산화작용

건축물에 쓰이는 석재의 대부분은 공기 중의 탄산, 약한 염산 또는 황산류에 의해 생긴 침식과 이들 산류를 포함한 물의 흡수에 의한 팽창수축이 반복되어 긴 세월 동안에 걸친 침해를 받는다. 조암광물 중에서 장석, 방해석 등은 그 주성분이 되는 칼슘이 공중의 산류를 포함한 공기나 물에 침해되어 붕괴되므로 모암파괴를 유발할 수 있다.

②    융해작용

주로 빗물에 의한 산화로 융해되는데 이것은 공기의 오염도와 밀집한 관계가 있다. 또 산류를 취급하는 곳에서는 바닥재로 내산성이 부족한 석재의 사용을 피해야 한다. 일반적으로 규산분을 많이 함유한 석재는 내력이 크고 석회분을 포함한 것은 내산성이 적으므로 대리석, 사문암, 백운암 등을 외장재로 사용하는 것은 좋지 않다.

 

물리적 성질

①    흡수율

석재의 흡수율은 풍화, 파괴, 내구성에 큰 관계가 있다. 또 흡수된 양은 석재 분자간의 공극에 침입하므로 그 공극률을 알 수 있다. 흡수율이 크다는 것은 다공성이라는 것을 나타내며, 대체로 동해나 풍화를 받기 쉽다는 것을 의미한다.

②    선팽창계수

조암광물의 선팽창계수는 광물성분에 따라 다르고 그 결정도 다르기 때문에, 암석이 온도의 변화에 의해 신축할 때 암석의 내부에 매우 복잡하게 응력이 생기며 이것이 암석 붕괴의 원인이 된다.

③    밀도

석재의 밀도는 암석을 구성하고 있는 광물질의 종류, 성질, 공극의 정도에 따라 달라지며 암석의 강도는 밀도에 비례하므로 밀도로 강도나 내구성 등의 판단할 수 있다. 일반적으로 암석의 밀도는 겉보기 밀도를 말하며 조직이 치밀한 암석의 밀도는 2.0~3.0, 공극이 많은 암석은 2.0 이하이다.

④    경도

암석의 경도는 압축강도와 상관성을 가지고 있으며, 경도가 크면 가공하기 어려우나 내마모성이 커서 바닥재나 외장재로 사용하기 좋다.

⑤    내화성

석재는 불연재료이나 석재 중 조암광물의 종류에 따라 화열에 접할 경우 열팽창이 각각 다르므로 차이에 기인한 내부응력 발생에 의해 저하될 수 있다. 온도상승에 의해 강도저하가 크지 않은 것은 안산암, 사암, 응회암 등이고 반대로 강도저하가 큰 것은 화강암, 석회암, 대리석 등이다. 화강암은 보통 500~600°C 이상에서 구성 조암광물인 석영분의 팽창으로 조직이 파괴된다. 대리석이나 석회암에서는 700°C에서 주성분인 CaCO3의 열분해에 의한 강도저하가 발생한다.

역학적 성질

①    탄성계수

석재 중에서 현무암, 경질사암과 같이 일정한 응력까지는 응력-변형률 곡선이 거의 훅의 법칙(Hook’s Law)에 따라 영계수(Young’s Modulus)가 가장 일정한 것과 화강암, 사암 등과 같이 훅의 법칙을 따르지 않고 응력의 증가와 함께 영계수의 값이 증가하는 것이 있다.

②    강도

석재의 강도는 압축강도가 가장 크고 인장, 휨 및 전단 강도는 압축강도에 비하여 매우 작다. 그러므로 석재의 강도라 하면 보통 압축강도를 말한다. 따라서 석재를 구조용으로 사용할 경우 압축력을 받는 부분에 사용해야 한다. 석재의 압축강도는 중량이 클수록, 공극률이 작을수록, 구성입자가 작을수록 크고, 결정도와 그 결합상태가 좋을수록 크다. 또한 함수율의 영향을 받으며 함수율이 높을수록 강도가 저하한다.