로마 콘크리트는 어떻게 수천 년을 견뎠나? 1,900년 된 화장실에서 찾은 단서

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하드리아누스 빌라의 1,900년 된 공동 화장실 시료는 기존의 포졸란 반응뿐 아니라 장기간의 탄산화도 내구성에 기여했음을 보여줌
대기 중 이산화탄소가 콘크리트의 칼슘 화합물과 반응하면 단단한 방해석(calcite) 이 생성돼 작은 균열과 기공을 메움
복원이나 변형이 거의 없었던 화장실 좌석 아래 시료를 현미경·X선·화학 분석으로 조사한 결과, 방해석이 주요 결합재로 확인됨
2023년 연구가 생석회에서 남은 칼슘 침전물과 물의 반응에 따른 자가 복구를 다뤘다면, 이번 연구는 탄산염의 핵심 역할을 뒷받침함
전 세계 이산화탄소 배출량의 약 8% 를 차지하는 콘크리트 생산에 이 내구성 원리를 적용하면 환경 부담이 적고 오래가는 건설 재료 개발에 도움을 줄 수 있음

1,900년간 보존된 콘크리트 분석

이탈리아에는 약 2,000년을 견딘 콘크리트 건물·도로·수로가 남아 있지만, 현대 콘크리트는 일반적으로 약 100년 안에 부서짐
기존에는 화산재가 석회·물과 반응하는 포졸란 반응이 로마 콘크리트의 긴 수명을 만든 핵심 과정으로 여겨졌음
연구진은 로마에서 동쪽으로 약 17마일 떨어진 UNESCO 세계유산 하드리아누스 빌라의 공동 화장실을 조사함
- 복원될 이유가 거의 없는 화장실은 현대인의 손을 거치지 않은 원래 상태의 콘크리트를 연구할 기회를 제공함
- 화장실 좌석 아래에서 시료를 채취해 고성능 현미경, X선 스캔, 화학 조성 분석을 수행함
시료에서는 예상대로 화산재·석회·물이 결합한 흔적이 발견됐지만, 기공과 균열을 자세히 살펴보니 칼슘·탄소·산소로 구성된 방해석이 주요 결합재였음
대기 중 이산화탄소와 콘크리트 속 칼슘 화합물이 반응하는 탄산화 과정에서 탄산칼슘이 풍부한 방해석이 생성됨
- 방해석은 작은 균열과 기공을 메워 구조물을 시간이 지날수록 강화하고 손상 부위를 스스로 봉합하게 함
- 연구 결과는 7월 8일 학술지 Science Advances에 게재됨

2023년 연구는 로마 콘크리트 제조 과정에서 생석회 반응이 남긴 칼슘 침전물에 주목했음
- 이 침전물은 빗물 같은 물과 반응해 다시 결정화되면서 틈을 채울 수 있음
이번 결과는 탄산염이 부차적인 성분이 아니라 콘크리트 내부에서 역동적으로 작용하는 핵심 요소라는 해석을 강화함
콘크리트는 세계에서 가장 많이 소비되는 재료 중 하나이며, 생산 과정에서 전 세계 온실가스 배출량의 약 8% 에 해당하는 이산화탄소를 배출함
UN에 따르면 2050년에 존재할 건물의 약 절반은 아직 건설되지 않았기 때문에 탄소 발자국이 작은 건설 재료 개발이 중요함
로마 콘크리트의 장기 탄산화와 균열 봉합 원리를 이해하면 내구성이 높고 환경 부담이 적은 현대 인프라용 콘크리트 개발에 활용할 수 있음