콘크리트는 일반적으로 내화성능이 내재되어 있다고 여겨지나, 이것은 화재시 콘크리트의 낮은 열전달 특성으로 인해 폭렬이 일어나지 않는다는 것을 전제한 것이다. 그러나, 최근의 화재사고사례를 분석한 결과 콘크리트 폭렬이 구조물에 미치는 영향은 심대한 것을 알 수 있다. 따라서, 본 연구는 콘크리트 폭렬에 관한 선진 연구 성과의 이론적 고찰 및 실험결과의 분석 검토를 토대로 국내에 상대적으로 미흡한 화재시 콘크리트의 거동특성 및 폭렬현상을 체계적으로 규명하였다. 또한, 본 연구를 통해 화재조건에서의 성능 설계법을 제시할 수 있는 콘크리트 폭렬 기초연구자료를 제시하고자 한다. 폭발성 폭렬현상은 고온 영역 하에서 공극압력이 상승하게 되어 단면을 감싸는 인장응력보다 박리되고자 하는 압력이 커지게 되어 $200^{\circ}C{\sim}400^{\circ}C$에서 발생하게 된다. 폭렬에 직접적인 원인이 되는 요소는 수분함유량, 공극(수증기에 의한) 압력, 변형에 의한 응력변화(하중비), 가열비(화재강도) 등으로 할 수 있다.
콘크리트는 일반적으로 내화성능이 내재되어 있다고 여겨지나, 이것은 화재시 콘크리트의 낮은 열전달 특성으로 인해 폭렬이 일어나지 않는다는 것을 전제한 것이다. 그러나, 최근의 화재사고사례를 분석한 결과 콘크리트 폭렬이 구조물에 미치는 영향은 심대한 것을 알 수 있다. 따라서, 본 연구는 콘크리트 폭렬에 관한 선진 연구 성과의 이론적 고찰 및 실험결과의 분석 검토를 토대로 국내에 상대적으로 미흡한 화재시 콘크리트의 거동특성 및 폭렬현상을 체계적으로 규명하였다. 또한, 본 연구를 통해 화재조건에서의 성능 설계법을 제시할 수 있는 콘크리트 폭렬 기초연구자료를 제시하고자 한다. 폭발성 폭렬현상은 고온 영역 하에서 공극압력이 상승하게 되어 단면을 감싸는 인장응력보다 박리되고자 하는 압력이 커지게 되어 $200^{\circ}C{\sim}400^{\circ}C$에서 발생하게 된다. 폭렬에 직접적인 원인이 되는 요소는 수분함유량, 공극(수증기에 의한) 압력, 변형에 의한 응력변화(하중비), 가열비(화재강도) 등으로 할 수 있다.
Concrete is generally accepted to have good inherent fire resistance. It mainly relies on the assumption that concrete has low heat-transfer characteristic and spatting does not occur during the course of a fire. However, the significant numbers of fire accidents have shown in recent years that inci...
Concrete is generally accepted to have good inherent fire resistance. It mainly relies on the assumption that concrete has low heat-transfer characteristic and spatting does not occur during the course of a fire. However, the significant numbers of fire accidents have shown in recent years that incidence of spatting has caused sever damages to many structures. This review has systematically investigated the behaviour of concrete in fire, including phenomenon of spatting, with respect to the theorical consideration and experimental results. Explosive spatting is caused by the build-up of water vapor pressure in concrete subjected to increasing temperatures. When this pressure exceeds the tensile strength of the concrete over a fire-exposed area, explosive spatting can result in a typical temperature range between $200^{\circ}C\;and\;400^{\circ}C$. The major functions are known to be moisture content, pore pressure, load ratio, and heating regime.
Concrete is generally accepted to have good inherent fire resistance. It mainly relies on the assumption that concrete has low heat-transfer characteristic and spatting does not occur during the course of a fire. However, the significant numbers of fire accidents have shown in recent years that incidence of spatting has caused sever damages to many structures. This review has systematically investigated the behaviour of concrete in fire, including phenomenon of spatting, with respect to the theorical consideration and experimental results. Explosive spatting is caused by the build-up of water vapor pressure in concrete subjected to increasing temperatures. When this pressure exceeds the tensile strength of the concrete over a fire-exposed area, explosive spatting can result in a typical temperature range between $200^{\circ}C\;and\;400^{\circ}C$. The major functions are known to be moisture content, pore pressure, load ratio, and heating regime.
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문제 정의
이론적 고찰 및 실험결과 분석 . 검토를 토대로 국내에 상대적으로 미흡한 화재시 콘크리트의 거동특성 및 폭렬현상을 체계적으로 규명하고, 국내 폭렬관련내화실험 수행에 관한 향후과제 및 연구방향을 제안하여 성능적 분석수행기술과 화재조건에 따른 대응설계지침 및 기법마련을 위한 기초자료를 제시하고자 한다.
그러므로 콘크리트 폭렬요인들의 영향성 분석을 수행하여 관련 인자들과 폭렬특성의 상관관계를 고찰하고자 한다. 콘크리트 폭렬 요인은 콘크리트 자체의 재료적 특성인 골재특성, 투수성, 수분함유량, 물시멘트비, 재령, 실험체 크기 및 인장강도 등이 있으며, 콘크리트 고온 가열시에 유발되는 수증기압력, 공극압력 등이 있다.
그러므로, 본 연구에서는 콘크리트 폭렬의 선진외국의 이론적 고찰 및 실험결과 분석 . 검토를 토대로 국내에 상대적으로 미흡한 화재시 콘크리트의 거동특성 및 폭렬현상을 체계적으로 규명하고, 국내 폭렬관련내화실험 수행에 관한 향후과제 및 연구방향을 제안하여 성능적 분석수행기술과 화재조건에 따른 대응설계지침 및 기법마련을 위한 기초자료를 제시하고자 한다.
본 연구에서는 콘크리트의 폭렬 현상에 대하여 발생 과정과 원인을 문헌을 통하여 고찰하였다. 콘크리트의 폭렬 발생원인은 구성 재료의 열-수 역학적 상호작용에 의해 발생하며 , 그 종류는 크게 Progress Spalling 과 Explosive Spalling으로 분류된다.
가설 설정
콘크리트에 적용된 골재에 따라 폭렬특성 비교 실험을 실시한 결과, 열팽창 계수가 큰 규산질 골재 콘크리트가 석회질 골재 콘크리트보다 폭렬이 더 잘 발생하는 경향을 갖는다고 강도의 경우엔 규산질 골재 콘크리트가 탄산염 골재 콘크리트보다 비열이 작기 때문에 폭렬현상이 더 잘 발생하는 경향을 나타내게 된다.12) 그러나, 폭렬현상은 여러가지 요인에 의해 복합적으로 영향을 받기 때문에 골재 종류 한 가지 변수가 폭렬현상을 유발하는 절대적인 요인은 될 수 없다고 사료된다.
제안 방법
Kalifa는 폭렬 발생의 주 원인인 콘크리트의 공극압력 측정을 주 목적으로 실험을 실시하였으며, 이를 위해 콘크리트 내부의 열 분포 . 압력 분포 .
있다. 본 장에서는 먼저 콘크리트의 열적 특성을 살펴보고, 폭렬 발생 원인과 폭렬발생 메카니즘을 분석하여, 이를 기반으로 여러가지 폭렬 발생 요인들의 영향성 평가수행의 이론적 배경을 구축하고자 한다.
이러한 고찰결과를 토대로 향후 효율적인 콘크리트내부의 공극압력 측정방안을 강구하여 폭렬현상의 열적 특성과 연계된 상관관계를 실험적 . 수치 해석적으로 규명할 필요성이 있으며, 고온에서의 정확한 콘크리트의 재료적 특성에 대한 연구를 기반으로 수치해석 예측기법의 개발이 필요하다.
대상 데이터
중량 손실을 실험 변수로 설정하였다.23)시편 실험은 고강도 (M100)와 일반강도 콘크리트(M30)로 분리하여 실험을 실시하였으며 그 주 내용은 Table 3과 같다. 최대 공극압력은 HSC(고강도 콘크리트)가 낮은 투수성으로 인해 NSC(일반 강도 콘크리트) 보다 크게 발생하였고, HSC가 NSC보다 가열면 기준으로 약 20mm 정도 깊은 부위에서 최대 공극압력이 측정되었다.
성능/효과
23)시편 실험은 고강도 (M100)와 일반강도 콘크리트(M30)로 분리하여 실험을 실시하였으며 그 주 내용은 Table 3과 같다. 최대 공극압력은 HSC(고강도 콘크리트)가 낮은 투수성으로 인해 NSC(일반 강도 콘크리트) 보다 크게 발생하였고, HSC가 NSC보다 가열면 기준으로 약 20mm 정도 깊은 부위에서 최대 공극압력이 측정되었다. 이를 토대로 분석해보면 단면결손에 의한 구조 손상 규모는 HSC 가 NSC보다 높다고 판단되며, 폭렬 현상은 HSC가 NSC보다 약간 낮은 온도에서 발생하게 된다.
후속연구
화학적 변화성상을 면밀하게 고찰할 필요성이 있다. 일정한 온도조건에서의 화학적 작용을 분석하여 수분조건 및 변화성상고찰을 토대로 온도에 따른 열적특성을 규명할 수 있으며, 고온영역 물성변화를 토대로 강도변화 및 구조적 특성변화를 고찰할 수 있는 토대를 마련할 수 있다고 사료된다
수치 해석적으로 규명할 필요성이 있으며, 고온에서의 정확한 콘크리트의 재료적 특성에 대한 연구를 기반으로 수치해석 예측기법의 개발이 필요하다. 향후 이를 기반으로 구조적 측면에서의 폭렬 영향성 평가를 수행하여 단면결손으로 인한 구조적 불안정성을 예측하고, 제어할수 있는 방안에 대한 연구가 진행되어야 할것이다.
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