본 연구는 잔골재 및 혼화재 종류, W/C에 따른 콘크리트의 폭열성상 및 압축강도 초음파속도 등의 공학적 특성을 검토함으로서 폭열 방지 및 화재 피해를 입은 콘크리트 구조물의 재사용과 보수보강, 안전도평가 등에 기초적인 자료를 제시하고자 한다. 폭열성상을 살펴보면, 잔골재에 따라서는 바다모래를 사용한 경우 폭열이 발생하지 않았거나 약간의 폭열이 나타나는 정도이나 재생잔골재나 부순모래를 사용한 경우에는 폭열이 심하게 나타났다. 또한 혼화재 종류에 따라서는 대체로 유사한 폭열성상을 나타내었다. 한편, W/C 30.5%의 고강도 영역에서는 대부분 폭열하였으나 W/C 55%의 보통강도 영역에서는 대부분 폭열하지 않았다. 잔존 압축강도는 W/C 55%의 경우 평균 45%로 나타났으며, W/C 30.5%의 경우에는 평균 64％로 나타났다. 초음파속도는 잔골재 종류 및 W/C, 가열시간에 따라 다르게 나타났으며, 가열 후 3개월이 가열 후 1개월보다 약 1.3∼8.4%의 초음파속도 회복을 보였다.
본 연구는 잔골재 및 혼화재 종류, W/C에 따른 콘크리트의 폭열성상 및 압축강도 초음파속도 등의 공학적 특성을 검토함으로서 폭열 방지 및 화재 피해를 입은 콘크리트 구조물의 재사용과 보수보강, 안전도평가 등에 기초적인 자료를 제시하고자 한다. 폭열성상을 살펴보면, 잔골재에 따라서는 바다모래를 사용한 경우 폭열이 발생하지 않았거나 약간의 폭열이 나타나는 정도이나 재생잔골재나 부순모래를 사용한 경우에는 폭열이 심하게 나타났다. 또한 혼화재 종류에 따라서는 대체로 유사한 폭열성상을 나타내었다. 한편, W/C 30.5%의 고강도 영역에서는 대부분 폭열하였으나 W/C 55%의 보통강도 영역에서는 대부분 폭열하지 않았다. 잔존 압축강도는 W/C 55%의 경우 평균 45%로 나타났으며, W/C 30.5%의 경우에는 평균 64％로 나타났다. 초음파속도는 잔골재 종류 및 W/C, 가열시간에 따라 다르게 나타났으며, 가열 후 3개월이 가열 후 1개월보다 약 1.3∼8.4%의 초음파속도 회복을 보였다.
The purpose of this study is to present data for the reusing, rehabilitation and estimation of safety of RC structure damaged by fire, and for the prevention of explosive spatting by investigation the properties of explosive spalling, compressive strength and ultrasonic pulse velocity according to k...
The purpose of this study is to present data for the reusing, rehabilitation and estimation of safety of RC structure damaged by fire, and for the prevention of explosive spatting by investigation the properties of explosive spalling, compressive strength and ultrasonic pulse velocity according to kinds of fine aggregate, admixture and water-cement ratios. In explosive spalling properties with kinds of aggregate, explosive spalling does not appear or little at surface in the case of used sea sand, but the case of using recycled sand or crushed sand is worse and worse. Property with the kind of admixture does not appear specially. And high strength concrete with W/C 30.5% was taken spalling, but 55% does not appear. It is found that residual compressive strength after exposed at high temperature showed 45％ in W/C 55%, and 64％ in W/C 30.5％ of its original strength averagely. Ultrasonic pulse velocity is different with kinds of aggregate. W/C. and heating time. When 3 month age after heating ultrasonic pulse velocity is recovered abut 1.3％～8.4％ of its 1 month age after heating.
The purpose of this study is to present data for the reusing, rehabilitation and estimation of safety of RC structure damaged by fire, and for the prevention of explosive spatting by investigation the properties of explosive spalling, compressive strength and ultrasonic pulse velocity according to kinds of fine aggregate, admixture and water-cement ratios. In explosive spalling properties with kinds of aggregate, explosive spalling does not appear or little at surface in the case of used sea sand, but the case of using recycled sand or crushed sand is worse and worse. Property with the kind of admixture does not appear specially. And high strength concrete with W/C 30.5% was taken spalling, but 55% does not appear. It is found that residual compressive strength after exposed at high temperature showed 45％ in W/C 55%, and 64％ in W/C 30.5％ of its original strength averagely. Ultrasonic pulse velocity is different with kinds of aggregate. W/C. and heating time. When 3 month age after heating ultrasonic pulse velocity is recovered abut 1.3％～8.4％ of its 1 month age after heating.
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문제 정의
따라서 본 연구는 고온을 받은 콘크리트의 공학적특성의 검토 및 각종 콘크리트의 폭열 성상에 관한 실험적 연구를 통해서 화재 피해를 입은 철근 콘크리트구조물의 정확한 진단과 보수공법에 관한 기초 자료를 제시하고 아울러 화재를 입은 콘크리트구조물의 성능저하진단 및 보수에 관한 규정의 마련에 지표로 활용하고자 한다.
제안 방법
가열된 공시체는 Fig. 2와 같이 외관상 비폭열을 NON(Non spalling), 국부폭열 및 박리폭열을 DEL (Delamination), 파괴폭열 및 단면방향의 점진폭열을 DES(Destruction)로 나누어 콘크리트의 폭열성상을 검토하였다. 또한 초음파속도는 영국 C.
그러므로 본 연구에서는 물시멘트비 55%와 30.5%의 일반강도영역과 고강도 영역으로 나누어 잔골재 및 혼화재 종류에 따라 Table 1과 같이 실험 계획 및 배합을 설정하였다. 측정 항목으로는 폭열성상 및 압축강도를 측정하고 대표적인 비파괴 시험 방법인 초음파속도를 측정하였다.
본 연구에 사용된 시험체는 Table 1과 같이 콘크리트를 배합하여 0 10X20cm의 원주형 시험체를 제작·성형하여 24시간 후 탈형하고 20±3℃, RH 60%의 대기중에서 28일간 기건양생을 실시한 다음 바닥용 내화시험 가열로를 사용하여 KS F 2257 건축 구조 부재의 내화 시험 방법에 준하여 표준 가열곡선에 따라 각각 30분, 60분 가열하여, 폭열성상을 관찰하고 초음파속도, 압축강도 등의 공학적 특성을 가열 전 및 가열 후 재령 1개월과 3개월에 각각 측정하였다.
5%의 일반강도영역과 고강도 영역으로 나누어 잔골재 및 혼화재 종류에 따라 Table 1과 같이 실험 계획 및 배합을 설정하였다. 측정 항목으로는 폭열성상 및 압축강도를 측정하고 대표적인 비파괴 시험 방법인 초음파속도를 측정하였다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 재료는 콘크리트용 혼화재로서 현재 가장 일반적으로 사용되고 있는 플라이 애시 및 고로슬래그 미분말을, 대표적인 잔골재로서 인천산 세척사와 향후 사용량이 증가할 것으로 주목받고 있는 재생모래 및 부순모래를 사용하였고 그 물리적 성질eTable 2와 같다.
이론/모형
2와 같이 외관상 비폭열을 NON(Non spalling), 국부폭열 및 박리폭열을 DEL (Delamination), 파괴폭열 및 단면방향의 점진폭열을 DES(Destruction)로 나누어 콘크리트의 폭열성상을 검토하였다. 또한 초음파속도는 영국 C.N.S Electronics 사의 Pundit를 사용하여 측정하였고, 압축강도는 비폭열시험체를 기준으로 KS F 2405 콘크리트의 압축 강도시험 방법에 준하여 측정하였다.
성능/효과
1) 폭열성상의 경우, 잔골재에 따라서는 바다모래를 사용한 경우가 폭열에 가장 안정하였다. 재생골재를 50% 혼입한 경우에도 유사한 성상을 보였으며, 부순모래 및 재생골재만을 사용한 경우 폭열에 가장 취약한 것으로 나타났다.
2) 혼화재 종류에 따라서는 대체로 유사한 폭열성상을 나타내었으며 고강도영역에서 30분 가열시에는 무혼입의 경우가 혼입의 경우보다 다소 안정하게 나타났으나, 30분 이상의 가열에서는 혼화재료를 첨가한 경우의 폭열성상이 양호하게 나타났다.
3) W/C에 따라서는 30.5%의 고강도 영역에서 대부분 폭열이 발생하였으나 55%의 보통강도 영역에서는 폭열이 나타나지 않았으므로 고강도 영역의 콘크리트를 사용할 경우에는 반드시 폭열에 대한 고려가 필요하다.
30분 가열 후 3개월 경과시 W/C 55%의 잔존 압축강도율은 45.5%, 평균 압축강도는 149kg/cm2로 나타나 W/C 30.5%에서의 잔존 압축강도율 64.2%, 평균 압축강도 356kg/cm2보다 낮게 나타났다.
4) 압축강도는 30분 가열시 재생잔골재 및 부순모래만을 사용한 경우가 바다모래를 사용한 경우에 비하여 잔존 압축강도율이 낮게 나타났으나 바다모래 50%를재생 잔골재로 대체한 경우에는 바다모래만을 사용한 경우에 비하여 양호하게 나타나고 있어 재생잔골재나 부순모래를 사용할 때는 일정비율 이상의 천연골재를 사용하는 것이 화재에 보다 안정적인 것으로 사료된다.
5) 또한 W/C에 따라서는 30.5%의 고강도 영역에서 잔존 압축강도율 및 잔존 압축강도가 55%에 비하여 모두 높게 나타나고 있어 고강도 콘크리트의 화재피해는 폭열이 주 요인인 것으로 판단된다.
7) 잔골재 종류 및 혼화재 종류에 따라 가열 후 3개월의 초음파속도가 가열후 1개월보다 약 1.3~8.4% 높게 나타나고 있어 가열후 재령 경과에 따라 초음파속도가 회복되는 것으로 판단된다.
또한 잔존 압축강도는 L 및 RS50에서 각각 171kg/cm2와 170kg/cm2 가장 높게 나타났다. CS는 149kg/cm2, SS는 136kg/cm2로 측정되었으며 RS의 경우 119kg/cm2로 나타나재생 잔골재만을 사용한 콘크리트를 구조물에 적용할 경우 화재에 취약할 것으로 판단되어 일정비율을 바다모래 등으로 대체하여 사용하는 것이 합리적일 것으로 판단된다. 또한 잔골재의 입도와 화재 후의 잔존 압축강도는 유의할만한 경향을 보이지 않았다.
9는 30분 가열 후 1개월 및 3개월 경과시의 가열시간에 따른 초음파 속도를 나타낸 것으로서 30분가열 후 재령에 따른 잔골재 및 혼화재 종류별 초음파속도를 나타낸 것으로서 모든 배합에서 초음파속도의 회복을 보이고 있다. W/C 55%의 경우 평균 5.4%, W/ C 30.5%에서는 평균 3.4%의 회복을 보이고 있으며 잔골재의 종류에 따라서는 RS의 경우 8.4%로 가장 크게 나타나고 있으며 SS에서는 7.0%, L과 RS50은 각각 4.7%와 4.9%로 나타났다. 또한 CS의 경우 2.
9%로 나타났다. 또한 CS의 경우 2.1%로 가장 적은 회복을 보이고 있으며, 혼화재료의 종류별로는 BFS 4.1%, FA 1.3%의 초음파속도 회복을 보이고 있다.
CS는 149kg/cm2, SS는 136kg/cm2로 측정되었으며 RS의 경우 119kg/cm2로 나타나재생 잔골재만을 사용한 콘크리트를 구조물에 적용할 경우 화재에 취약할 것으로 판단되어 일정비율을 바다모래 등으로 대체하여 사용하는 것이 합리적일 것으로 판단된다. 또한 잔골재의 입도와 화재 후의 잔존 압축강도는 유의할만한 경향을 보이지 않았다.
또한 바다모래 50%를 재생 잔골재로 대체한 경우에는 바다모래만을 사용한 경우와 유사한 폭열 성상을 나타내었다. 부순모래 및 재생 잔골재만을 사용한 경우는 바다모래를 사용한 경우에 비하여 폭열에 대해 안정하지 못한 것으로 나타났으며 가열시간이 경과할수록 폭열상태가 심해지는 것으로 나타났다 .
잔골재의 종류별로는 RS5O의 경우 잔존 압축강도율이 58.4%로 가장 높게 나타났으며 L 및 SS는 각각 48.4%와 47.5%, CS는 44.7%로 나타났고, RS의 경우 28.5%로 가장 낮은 결과를 보였다. 또한 잔존 압축강도는 L 및 RS50에서 각각 171kg/cm2와 170kg/cm2 가장 높게 나타났다.
재생골재를 50% 혼입한 경우에도 유사한 성상을 보였으며, 부순모래 및 재생골재만을 사용한 경우 폭열에 가장 취약한 것으로 나타났다.
혼화재 종류에 따른 잔존 압축강도율은 FA 65.2%, BFS 67.6%로 59.7%를 나타낸 무혼입의 경우에 비하여 높게 나타났으나 잔존 압축강도에 있어서 FA 363 kg/cm2, BFS 365 kg/cm2, PL 341 kg/cnf로 측정 되어 잔존압축강도 및 잔존압축강도율은 혼화재 종류에 영향을 받지 않는 것으로 나타났다.
후속연구
6) 초음파속도는 잔골재 종류 및 혼화재 종류, 가열시간에 따라 다르게 나타나고 있어 보다 정확한 화재피해 조사 및 진단을 위해서는 사용재료에 대한 사전조사가 반드시 필요할 것으로 사료된다.
참고문헌 (10)
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日本コンクリ一ト工學協會, コンクリ一ト診斷技術'01[基礎編] (2001)
김무한 외, '화재피해를 입은 콘크리트의 물성변화에 관한 실험적연구', 한국화재·소방학회 추계학술논문발표회 논문집, pp. 10-14(2002)
김무한 외, '잔골재 및 혼화재 종류에 따른 콘크리트의 폭열 성상에 관한 연구' 한국콘크리트학회 가을 학술발표회논문집, 제15권, 제2호, pp.667-670(2003)
김무한 외, '화재로 인해 성능저하된 콘크리트의 물성변화에 관한 실험적 연구', 한국구조물진단학회 학술발표논문집, 제7권, 제2호, pp.241-244(2003. 11)
김무한 외, '고강도 콘크리트의 압축강도 추정을 위한 비파괴시험식에 관한 연구', 한국구조물진단학회 학술발표논문집, 제6권, 제1호, pp.67-72(2002. 5)
김무한 외, '화재에 의해 성능저하된 콘크리트 구조물의 진단 및 보수공법에 관한 연구' 한국화재. 소방학회춘계학술논문발표회논문집, pp.230-235(2002).
권영진 외, '화재피해를 입은 콘크리트 구조물의 수열온도 평가에 관한 문헌적 고찰', 한국화재·소방학회 추계학술논문발표회논문집, pp.297-301(2002)
권영진, '화재피해를 입은 철근 콘크리트 구조물의 조사, 평가 및 리헤빌리테이션 방안', 한국화재·소방학회 하계 심포지움, pp.1-24(2002)
T. D. Lin, R. I. Zwiers, R. G. Burg, T. T. Lie, and R. J. McGrath, 'Fire Resistance of Reinforced Concrete Columns', Portland Cement Association, PCA R&D Serial Nos. 1870 and 1871(1992)
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