[논문]북한의 시멘트 물성 및 시멘트 산업현황에 관한 연구

백정훈; 박원준; 민태범

doi:10.14190/jrcr.2020.8.1.64

[국내논문] 북한의 시멘트 물성 및 시멘트 산업현황에 관한 연구
Status of Cement Industry and Cement Properties of North Korea 원문보기

Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, v.8 no.1, 2020년, pp.64 - 71

백정훈 (한국건설기술연구원) , 박원준 (강원대학교 건설융합학부 건축공학전공) , 민태범 (성신양회 기술연구소)

초록
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본 연구에서는 대표적인 건설재료인 시멘트를 대상으로 남북한의 시멘트 기준과 성능을 비교 분석하여 북한 시멘트 산업 및 기술 현황을 평가하는 것을 연구의 목적으로 문헌조사와 실험을 병행하였다. 문헌적 연구에서 북한의 시멘트 산업현황과 성능기준에 관한 자료를 통일부의 북한자료센터와 특수자료 취급기관 등을 통해서 수집하여 분석하였다. 이를 토대로 남북한 시멘트의 설비, 분류, 품질기준을 비교하였다. 실험적 연구에서 북한의 시멘트 품질에 관한 조사는 실제 북한의 시멘트를 중국을 통하여 소량 입수하여 물리화학 분석실험을 병행하였고 국내 시멘트와 비교분석을 하였다. 연구결과, 북한 시멘트는 한국 시멘트 보다 품질이 저하되는 것으로 나타났다. 북한 시멘트는 한국 시멘트 보다 C₃S가 낮고 C₂S가 높았으며, 특히 잔사 함량이 월등히 높게 나타났다. 또한 북한 시멘트는 한국의 시멘트보다 약 50% 정도의 압축강도 발현을 하지 못하였다. 이는 북한 시멘트 설비의 낙후 및 전력 문제로 인하여 충분한 온도로 클링커가 소성되지 않았기 때문인 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to evaluate the North Korea cement industry and technology status by comparing and analyzing the cement standards and properties of South and North Korea. In the literature study, data on North Korea's cement industry and standards were collected and analyzed through the Ministry of Unification's North Korea Data Center and other agency. The facilities, classification, and quality standards of South and North Korea cements were compared. In an experimental study, a survey on the quality of cement in North Korea was carried out through physical and chemical analysis experiments by obtaining a small amount of cement from North Korea, and compared with domestic cement. As a result, North Korea cement was of lower quality than South Korean cements. North Korea cement had lower C3S and higher C2S than South Korea cement, especially the residue content was much higher. In addition, North Korea cement had about 50% of the compressive strength of cement in South Korea because the clinker was not fired at a sufficient temperature due to the poor performance of the cement facilities in North Korea.

주제어

표/그림 (13)

표 Table 1. Limestone Mine Status by Region in North Korea
표 Table 2. Major Raw Material Sources in North Korea
표 Table 3. North Korea’s Cement Facilities
표 Table 4. Classification and Standards of Cement
표 Table 5. Comparison of Cement Quality
표 Table 6. Comparison of Cement Chemical Composition and Properties
표 Table 7. Experimental items
표 Table 8. Chemical composition(wt.%)
표 Table 9. Analysis of trace elements of cement
표 Table 10. Result of X-ray analysis
표 Table 11. Physical analysis
표 Table 12. Flow test
표 Table 13. Compressive strength of cement(Unit: MPa)

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 연구에서는 건설분야의 대표적인 건설재료인 시멘트를 대상으로 북한의 시멘트 기준과 원재료 및 산업현황을 분석하여 북한 시멘트의 성능을 평가하는 것을 연구의 목적으로 한다. 이를 통하여 향후 건설분야 남북협력사업의 전략 수립에 기여하고, 남북한 통합 건설재료 기준 등 남북한 건설재료 연구의 초석이 될 것으로 판단한다.
본 연구에서는 북한의 시멘트 산업현황과 북한 시멘트의 특성을 평가하였으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

제안 방법

하지만 북한의 공개된 자료만으로는 기술적 수준을 파악하기가 어려우며, 면밀한 기술적 수준의 분석을 위해서는 실제 공사에 이용되고 있는 기준서나 시방서 등 내부자료를 입수하는 것이 필요하다. 이에 통일부의 북한 자료센터와 특수자료 취급기관 등을 통해서 북한에서 출판한 건설기술 관련 자료를 수집하였으며, 이를 토대로 북한 시멘트의 품질기준을 분석하였다.
또한, 문헌자료를 바탕으로 한 분석은 북한 건설현장의 실태와 괴리가 존재하므로 실제 북한의 시멘트를 중국을 통하여 소량 입수하여 시멘트 물성 평가와 성능분석을 병행하였다.
북한의 시멘트는 중국을 통하여 2019년 4월에 입수하였으며, 시멘트의 제조사와 제조일은 불명확하나 시멘트의 성분조사 결과 입수일로부터 3개월 이전에 생산된 제품으로 사료된다. 평가항목으로는 크게 성분 분석 및 물리적 분석으로 나누어 평가하였다. 또한, 북한에서 건축을 전공했거나 실제 건설현장에서 근무한 탈북자들과의 인터뷰를 통해서 보완작업을 실시하였다.
평가항목으로는 크게 성분 분석 및 물리적 분석으로 나누어 평가하였다. 또한, 북한에서 건축을 전공했거나 실제 건설현장에서 근무한 탈북자들과의 인터뷰를 통해서 보완작업을 실시하였다.
반면에 포틀랜드시멘트와 같이 물과 반응하여 수중에서도 안정된 상태로 경화하고 충분한 강도를 발현하는 시멘트를 수경성시멘트라고 한다. 수경성 시멘트는 이러한 장점 때문에 건축과 토목 분야에서 널리 사용되며, 본 연구에서는 수경성 시멘트로 한하여 비교하였다.
입수한 북한 시멘트의 양이 소량인 관계로 시멘트의 품질시험 중 기본적인 품질항목에 대해 평가하였다. 평가항목으로는 크게 성분 분석 및 물리적 분석 2가지로 나누어 평가하였으며, 각 실험은 KS에 준하여 진행하였다.
실험방법은 회절분석기를 사용하여 각각의 시멘트를 1°/분의 조건으로 측정한 다음 리트벨트법을 베이스로 개발되어 있는 정량분석프로그램을 사용하여 시멘트 주요광물에 대한 정량분석을 실시하였다(Appendix).

대상 데이터

북한의 시멘트는 중국을 통하여 2019년 4월에 입수하였으며, 시멘트의 제조사와 제조일은 불명확하나 시멘트의 성분조사 결과 입수일로부터 3개월 이전에 생산된 제품으로 사료된다. 평가항목으로는 크게 성분 분석 및 물리적 분석으로 나누어 평가하였다.

이론/모형

입수한 북한 시멘트의 양이 소량인 관계로 시멘트의 품질시험 중 기본적인 품질항목에 대해 평가하였다. 평가항목으로는 크게 성분 분석 및 물리적 분석 2가지로 나누어 평가하였으며, 각 실험은 KS에 준하여 진행하였다. Table 7은 실험 항목 및 실험사항에 대해 나타낸 것이다.

성능/효과

Table 6에 한국과 북한의 시멘트 화학성분 기준 및 응결시간 기준을 비교하였다. 한국과 북한 시멘트의 화학적 기준은 동일하나 응결시간 기준 중에 초결시간은 북한 시멘트가 한국의 시멘트에 비해 비교적 빠른 것으로 나타났다. 또한 분말도 기준 또한 한국 시멘트 보다 북한 시멘트가 낮게 설정 되어 있는 것으로 나타났다.
한국과 북한 시멘트의 화학적 기준은 동일하나 응결시간 기준 중에 초결시간은 북한 시멘트가 한국의 시멘트에 비해 비교적 빠른 것으로 나타났다. 또한 분말도 기준 또한 한국 시멘트 보다 북한 시멘트가 낮게 설정 되어 있는 것으로 나타났다.
Table 8은 XRF 분석기기를 통하여 한국과 북한 시멘트의 화학분석 결과를 나타낸 것이다. 분석결과 시멘트의 화학조성의 차이는 크게 상이한 점이 없는 것으로 나타났으나 시멘트의 품질에 가장 영향을 많이 미치는 CaO의 함량은 한국수준 보다 북한이 낮게 나타는 것으로 판단된다. 이와 같은 이유는 한국에서는 시멘트의 원료인 석회석에 대하여 LSF(Lime Saturation Factor) 80%이상인 원료를 사용하고 있으나 북한은 이러한 기준이 없거나 미흡하게 되어 있을 것으로 판단된다.
또한, 북한 시멘트는 Fe₂O₃의 성분이 높게 나타났는데 이는 Fe₂O₃의 함량이 높아질수록 시멘트 Kiln에서의 소성온도를 낮출 수 있는 점을 고려할 때 북한의 시멘트 소성시 사용되는 Kiln 설비의 낙후로 인해 소성온도가 높게 올라가지 않아 Fe₂O₃를 많이 사용하여 Fe₂O₃가 높고 CaO 함량이 낮은 것으로 사료된다. 또한 강열감량 측정결과 KS 기준인 5% 이내에 만족하는 것으로 나타났다. 이는 북한 시멘트가 풍화되지 않고 보관상태가 양호한 것으로 사료된다.
미량성분은 유해물질로서 관리되고 있다. 미량성분 측정 결과 한국의 시멘트는 기준에 만족하는 것으로 나타났다. 그러나 북한 시멘트에서는 카드뮴(Cd)이 기준치 이상으로 측정되었으며 향후 북한 시멘트 활용시 보다 면밀한 분석이 필요할 것으로 판단된다.
실험방법은 회절분석기를 사용하여 각각의 시멘트를 1°/분의 조건으로 측정한 다음 리트벨트법을 베이스로 개발되어 있는 정량분석프로그램을 사용하여 시멘트 주요광물에 대한 정량분석을 실시하였다(Appendix). 분석결과 한국 시멘트에 비해 북한 시멘트는 압축강도 발현에 영향을 가장 많이 미치는 C₃S 함량이 낮은 것으로 나타났다. 그러나 C₂S함량은 높게 나타났다.
Table 12는 유동성 측정결과를 나타낸다. 실험결과 한국 시멘트보다 북한 시멘트가 유동성이 낮게 나타났다. 유동성의 저하는 시멘트 4대 광물 중 C₃A의 함량과 상태에 따라 변화가 된다.
이는 앞서 기술한 바와 같이 북한 시멘트는 잔사가 높고 C3S함량이 낮기 때문에 시멘트로서의 품질이 매우 낮다. 또한 한국 시멘트의 경우 재령 28일 이후 56일 재령에서는 압축강도의 증가폭은 높지 않았으나, 북한 시멘트는 C₂S 함량이 높기 때문에 소정의 재령 이후에 늦게 압축강도가 발현되었으며 한국 시멘트 압축강도 수준에 비하면 약 50%에 미치는 수준이었다.
2. 북한 시멘트 공장 Kiln중 SP 및 NSP방식의 시멘트 설비는 전체 48개의 소성로 중 8개가 있으며 점유율은 16.7%에 불가하다. 그러나 생상점유율은 47.
3. 북한에서의 시멘트 규격은 시멘트 재령 28일 압축강도에 따라 규격을 지정하고 있으며 모든 북한 시멘트의 초기 압축강도 및 재령28일 압축강도 규격은 한국보다 낮게 명시되어있다. 이는 한국보다 W/C가 높기 때문인 것으로 사료된다.
4. 북한 시멘트의 품질 평가 결과 북한 시멘트는 한국 시멘트보다 품질이 저하되는 것으로 나타났다. 북한 시멘트는 한국 시멘트 보다 C₃S가 낮고 C₂S가 높았으며, 이는 북한 시멘트 설비의 낙후 및 전력 문제로 인하여 충분한 온도로 클링커가 소성되지 않았기 때문인 것으로 사료된다.

후속연구

미량성분 측정 결과 한국의 시멘트는 기준에 만족하는 것으로 나타났다. 그러나 북한 시멘트에서는 카드뮴(Cd)이 기준치 이상으로 측정되었으며 향후 북한 시멘트 활용시 보다 면밀한 분석이 필요할 것으로 판단된다. 또한 북한 시멘트의 미량성분에서는 Na₂O, K₂O의 성분이 검출이 되었다.
또한 북한 시멘트에서는 CaO가 측정되었으며, 이는 낮은 소성온도 및 충분한 소성 시간 부족으로 나타나는 현상 또는 Free CaO로 존재하는 것으로 예측할 수 있다. Free CaO는 X선 회절분석기 분석을 통해 분석할 수 없기 때문에 추후 북한 시멘트를 대상으로 에틸렌글리콜법을 통한 Free CaO 평가가 이루어져야 할 것으로 판단된다. 또한 북한 시멘트에서는 한국 시멘트 보다 C₄AF가 높게 나타났다.
이에 본 연구에서는 건설분야의 대표적인 건설재료인 시멘트를 대상으로 북한의 시멘트 기준과 원재료 및 산업현황을 분석하여 북한 시멘트의 성능을 평가하는 것을 연구의 목적으로 한다. 이를 통하여 향후 건설분야 남북협력사업의 전략 수립에 기여하고, 남북한 통합 건설재료 기준 등 남북한 건설재료 연구의 초석이 될 것으로 판단한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	C2S를 사용할때 콘크리트의 특성은?	이러한 관점에서 북한 시멘트가 한국 시멘트보다 C3S가 낮고 C2S가 높은 이유는 북한의 시멘트 설비낙후 및 전력 문제로 인하여 충분한 온도로 Clinker가 소성되지 않았기 때문으로 판단한다. 그리고 C2S가 높으면 초기강도 발현은 늦으나 장기강도가 높게 발현되는 특성이 있다. 또한 북한 시멘트에서는 CaO가 측정되었으며, 이는 낮은 소성온도 및 충분한 소성 시간 부족으로 나타나는 현상 또는 Free CaO로 존재하는 것으로 예측할 수 있다.
	북한에서 고로슬래그는 어디서 공급 받는가?	1억 톤으로 광산에 따라 40∼250년간 사용할 수 있는 규모이다. 고로슬래그의 경우는 황해제철연합기업소, 김책제철연합기업소에서 공급받는 것으로 추정되며 규장암은 평양시 동북리와 평안북도 영변에 분포된 자원을 채취하여 사용한다.
	북한 시멘트의 초기 압축강도 및 재령 28일 압축강도 규격은 한국보다 낮게 명시되는 이유는?	또한 모든 북한 시멘트의 초기 압축강도 및 재령 28일 압축강도 규격은 한국보다 낮게 명시되어 있다. 이는 한국보다 W/C가 높기 때문인 것으로 사료된다. Table 6에 한국과 북한의 시멘트 화학성분 기준 및 응결시간 기준을 비교하였다.

참고문헌 (10)

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Jang, J.C. (2016). Building Construction Handbook. Pyongyang: Industrial Publications [in Korean].
Joo, S.H., Kim, M.R. (2015). 2015 Construction Advisory Panels, Pyongyang: Industrial Publications [in Korean].
KCSC(Korea Construction Standards Center). (2018). KCS 44 55 05: 2018 Cement [in Korean].
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KSA(Korea Standards Association). (2006). North Korean National Standards [in Korean].
LH(Land and Housing Institute). (2017). Trend and Status of Construction and Infrastructure in North Korea, 2017 [in Korean].
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Song, S.S., Jung, J.K. (2014). A study on the collection and administration of electronic publications in north korea, The Journal of Humanities, 36, 295-312 [in Korean].

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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