화재시 발생되는 고온은 고강도 콘크리트의 시멘트 매트릭스와 골재간의 결함을 가져오게 되며, 또한 폭렬현상의 주원인이 된다. 그 동안 고강도 콘크리트의 내화성능을 개선하기 위한 다수의 재료적 보강과 공법연구가 이루어져 왔으나 이는 60MPa급 이하의 콘크리트에 국한되거나 비용 상승의 부담 등으로 성능 개선에 있어 한계점을 나타내었다. 따라서 근본적인 고강도 콘크리트 내화성능 개선방안으로 재료 자체적인 메커니즘 개선을 통하여 그 이상의 강도를 갖는 콘크리트의 고온시 내구성 증진방안이 고려되어 왔다. 콘크리트의 내화특성 개선을 재료 자체적으로 확보하기 위해서는 다양한 기능성 소재의 기여가 필요할 것이다. 본 연구에서는 80MPa급 고강도 콘크리트의 내화성능 개선 소재들의 최적 조성비를 찾기 위해 주요 혼화재인 실리카흄 대신 내화성능을 갖고 있는 ...
화재시 발생되는 고온은 고강도 콘크리트의 시멘트 매트릭스와 골재간의 결함을 가져오게 되며, 또한 폭렬현상의 주원인이 된다. 그 동안 고강도 콘크리트의 내화성능을 개선하기 위한 다수의 재료적 보강과 공법연구가 이루어져 왔으나 이는 60MPa급 이하의 콘크리트에 국한되거나 비용 상승의 부담 등으로 성능 개선에 있어 한계점을 나타내었다. 따라서 근본적인 고강도 콘크리트 내화성능 개선방안으로 재료 자체적인 메커니즘 개선을 통하여 그 이상의 강도를 갖는 콘크리트의 고온시 내구성 증진방안이 고려되어 왔다. 콘크리트의 내화특성 개선을 재료 자체적으로 확보하기 위해서는 다양한 기능성 소재의 기여가 필요할 것이다. 본 연구에서는 80MPa급 고강도 콘크리트의 내화성능 개선 소재들의 최적 조성비를 찾기 위해 주요 혼화재인 실리카흄 대신 내화성능을 갖고 있는 메타카올린으로 대체하여 콘크리트의 내화성능 확보 효과를 우선적으로 기대하였다. 또한, 폐타이어칩과 폴리프로필렌섬유의 혼입으로 기존 폴리프로필렌섬유가 갖고 있던 콘크리트 매트릭스 내의 수증기를 배출하는 네트워크 메커니즘에 폐타이어칩의 터미널 공극형성을 통한 수증기압 분산과 이를 중심으로 미세균열을 유도하는 두 이종섬유간의 시너지 효과를 이용하고, 강섬유의 사용으로 폭렬로 인한 매트릭스의 결함으로부터 발생되는 균열들 사이의 응력전달에 대한 다리효과(bridge effect)와 섬유 뽑힘(pull-out)의 인성 부여를 통하여 폭렬부위의 탈락을 방지하는 기능을 도입한 후, 화해에 저항하는 복합적 효과의 전체적 기여도를 분석하고, 그 결과를 토대로 실용적인 배합수준을 도출하고자 하였다. 본 연구는 직교배열표에 의하여 실험 인자를 계획하고 ANOVA의 일반선형모델(General linear model)로 각 인자들의 기여도를 평가하며, 반응표면 분석(Response surface analysis)을 이용하여 내화보강 인자와 측정 결과값의 함수관계를 추정하는 한편, 이를 모델링 한 후에 반응량을 예측 및 해석하여 최적 반응조건(최적 배합)을 결정하는 방법으로 진행하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. 첫 번째로, 80MPa급 고강도 콘크리트의 내화특성을 배합재료 자체로 개량하고자 메타카올린, 폐타이어칩, 폴리프로필렌섬유, 강섬유 등을 내화보강 인자로 선정한 후, 4인자 3수준 직교배열표에 의한 ANOVA 분석을 수행한 결과, 기본물성 특성과 내화특성 간의 기여도는 상호 보완적인 작용을 하는 것으로 확인되었다. 두 번째로, 반응표면 분석을 통해 도출한 내화보강 인자의 최적조건은 메타카올린을 실리카흄 대신 80% 수준으로 용적치환하고, 폐타이어칩은 잔골재 대신 3% 수준으로 용적치환하는 경우와 폴리프로필렌섬유를 전체용적에 대하여 0.2% 수준으로 첨가하는 한편, 강섬유를 혼입하지 않는 것이 비교적 유리한 것으로 분석되었으며, 이 경우 고강도 콘크리트의 기초특성과 내화특성을 고루 만족할 수 있는 것으로 검토되었다. 마지막으로, 내화성능 분석결과는 보강인자로 설정한 인자가 서로 물성특성에 있어서 상호보완적인 작용이 이루어짐을 알 수 있었으며, 보강인자 모두 내화특성 개선 효과가 있음을 확인할 수 있었다.
화재시 발생되는 고온은 고강도 콘크리트의 시멘트 매트릭스와 골재간의 결함을 가져오게 되며, 또한 폭렬현상의 주원인이 된다. 그 동안 고강도 콘크리트의 내화성능을 개선하기 위한 다수의 재료적 보강과 공법연구가 이루어져 왔으나 이는 60MPa급 이하의 콘크리트에 국한되거나 비용 상승의 부담 등으로 성능 개선에 있어 한계점을 나타내었다. 따라서 근본적인 고강도 콘크리트 내화성능 개선방안으로 재료 자체적인 메커니즘 개선을 통하여 그 이상의 강도를 갖는 콘크리트의 고온시 내구성 증진방안이 고려되어 왔다. 콘크리트의 내화특성 개선을 재료 자체적으로 확보하기 위해서는 다양한 기능성 소재의 기여가 필요할 것이다. 본 연구에서는 80MPa급 고강도 콘크리트의 내화성능 개선 소재들의 최적 조성비를 찾기 위해 주요 혼화재인 실리카흄 대신 내화성능을 갖고 있는 메타카올린으로 대체하여 콘크리트의 내화성능 확보 효과를 우선적으로 기대하였다. 또한, 폐타이어칩과 폴리프로필렌섬유의 혼입으로 기존 폴리프로필렌섬유가 갖고 있던 콘크리트 매트릭스 내의 수증기를 배출하는 네트워크 메커니즘에 폐타이어칩의 터미널 공극형성을 통한 수증기압 분산과 이를 중심으로 미세균열을 유도하는 두 이종섬유간의 시너지 효과를 이용하고, 강섬유의 사용으로 폭렬로 인한 매트릭스의 결함으로부터 발생되는 균열들 사이의 응력전달에 대한 다리효과(bridge effect)와 섬유 뽑힘(pull-out)의 인성 부여를 통하여 폭렬부위의 탈락을 방지하는 기능을 도입한 후, 화해에 저항하는 복합적 효과의 전체적 기여도를 분석하고, 그 결과를 토대로 실용적인 배합수준을 도출하고자 하였다. 본 연구는 직교배열표에 의하여 실험 인자를 계획하고 ANOVA의 일반선형모델(General linear model)로 각 인자들의 기여도를 평가하며, 반응표면 분석(Response surface analysis)을 이용하여 내화보강 인자와 측정 결과값의 함수관계를 추정하는 한편, 이를 모델링 한 후에 반응량을 예측 및 해석하여 최적 반응조건(최적 배합)을 결정하는 방법으로 진행하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같다. 첫 번째로, 80MPa급 고강도 콘크리트의 내화특성을 배합재료 자체로 개량하고자 메타카올린, 폐타이어칩, 폴리프로필렌섬유, 강섬유 등을 내화보강 인자로 선정한 후, 4인자 3수준 직교배열표에 의한 ANOVA 분석을 수행한 결과, 기본물성 특성과 내화특성 간의 기여도는 상호 보완적인 작용을 하는 것으로 확인되었다. 두 번째로, 반응표면 분석을 통해 도출한 내화보강 인자의 최적조건은 메타카올린을 실리카흄 대신 80% 수준으로 용적치환하고, 폐타이어칩은 잔골재 대신 3% 수준으로 용적치환하는 경우와 폴리프로필렌섬유를 전체용적에 대하여 0.2% 수준으로 첨가하는 한편, 강섬유를 혼입하지 않는 것이 비교적 유리한 것으로 분석되었으며, 이 경우 고강도 콘크리트의 기초특성과 내화특성을 고루 만족할 수 있는 것으로 검토되었다. 마지막으로, 내화성능 분석결과는 보강인자로 설정한 인자가 서로 물성특성에 있어서 상호보완적인 작용이 이루어짐을 알 수 있었으며, 보강인자 모두 내화특성 개선 효과가 있음을 확인할 수 있었다.
The high temperature caused by fire is provoking defects of the cement matrix and aggregates of high-strength concrete and is also standing as the main cause of spalling. Numerous researches have been conducted to develop material reinforcement and techniques to improve the fire-resistance performan...
The high temperature caused by fire is provoking defects of the cement matrix and aggregates of high-strength concrete and is also standing as the main cause of spalling. Numerous researches have been conducted to develop material reinforcement and techniques to improve the fire-resistance performance of high-strength concrete but these researches remained limited to concrete with compressive strength below 60MPa or faced limitations due to the increase of costs required to improve the relevant performances. Accordingly, a new approach is today being adopted to enhance fundamentally the material characteristics of high-strength concrete through the improvement of its material properties so as to strengthen the fire-resistance performance over a higher range of strength. Securing improved fire resistance characteristics of concrete by means of the material itself requires the contribution of multi-functional materials. This study focused primarily on securing fire resistance performance of concrete by replacing silica fume, a major admixture used in high-strength concrete, by meta-kaolin, known to exhibit remarkable fire-resistance, so as to find out the optimal material combination improving the fire resistance performance of 80MPa-class high-strength concrete. Moreover, waste tire chips were mixed with polypropylene fibers. Former polypropylene fibers are providing a percolated network mechanism exhausting the vapor inside the concrete matrix. The mixing of waste tire chips enables to obtain synergy effect between these two different fibers by dispersing the vapor through the creation of terminal pores in the network mechanism and inducing the development of micro-cracks at these pores. Steel fibers were introduced to exploit their functions preventing spalling through the bridging effect and toughness of fiber pull-out on the stress transfer between the cracks occurring at the spalling-induced defects of the matrix. Finally, the contribution and composite effect on the resistance to fire of the fibers were analyzed and the corresponding results were exploited to derive practical mix proportions. This study proceeded to find the optimum mixing rate of a high strength concrete with 80MPa of compressive strength using meta-kaolin, waste tire chips, polypropylene, and steel fiber together for improvement of fire resistance performance. To estimate of optimum mixing rate, the orthogonal array method was used to plan the factors(slump flow, air content, compressive and flexural strength, steel bar temperature and concrete spalling volume) of high strength concretes and experiment was executed. Then the functional relationship of each factor was valuated by general linear model of ANOVA and functional relation between the factors and the data was estimated using response surface analysis. The optimum mixing rate was computed as 80% replacement of silica fume volume by meta-kaolin, 3% replacement of fine aggregates volume by waste tire chips and 0.2% additive rate of polypropylene fiber without steel fiber to the total mixed volume with this modeling of the functional relationship.
The high temperature caused by fire is provoking defects of the cement matrix and aggregates of high-strength concrete and is also standing as the main cause of spalling. Numerous researches have been conducted to develop material reinforcement and techniques to improve the fire-resistance performance of high-strength concrete but these researches remained limited to concrete with compressive strength below 60MPa or faced limitations due to the increase of costs required to improve the relevant performances. Accordingly, a new approach is today being adopted to enhance fundamentally the material characteristics of high-strength concrete through the improvement of its material properties so as to strengthen the fire-resistance performance over a higher range of strength. Securing improved fire resistance characteristics of concrete by means of the material itself requires the contribution of multi-functional materials. This study focused primarily on securing fire resistance performance of concrete by replacing silica fume, a major admixture used in high-strength concrete, by meta-kaolin, known to exhibit remarkable fire-resistance, so as to find out the optimal material combination improving the fire resistance performance of 80MPa-class high-strength concrete. Moreover, waste tire chips were mixed with polypropylene fibers. Former polypropylene fibers are providing a percolated network mechanism exhausting the vapor inside the concrete matrix. The mixing of waste tire chips enables to obtain synergy effect between these two different fibers by dispersing the vapor through the creation of terminal pores in the network mechanism and inducing the development of micro-cracks at these pores. Steel fibers were introduced to exploit their functions preventing spalling through the bridging effect and toughness of fiber pull-out on the stress transfer between the cracks occurring at the spalling-induced defects of the matrix. Finally, the contribution and composite effect on the resistance to fire of the fibers were analyzed and the corresponding results were exploited to derive practical mix proportions. This study proceeded to find the optimum mixing rate of a high strength concrete with 80MPa of compressive strength using meta-kaolin, waste tire chips, polypropylene, and steel fiber together for improvement of fire resistance performance. To estimate of optimum mixing rate, the orthogonal array method was used to plan the factors(slump flow, air content, compressive and flexural strength, steel bar temperature and concrete spalling volume) of high strength concretes and experiment was executed. Then the functional relationship of each factor was valuated by general linear model of ANOVA and functional relation between the factors and the data was estimated using response surface analysis. The optimum mixing rate was computed as 80% replacement of silica fume volume by meta-kaolin, 3% replacement of fine aggregates volume by waste tire chips and 0.2% additive rate of polypropylene fiber without steel fiber to the total mixed volume with this modeling of the functional relationship.
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