[국내논문]배합요인 및 건조상태 변화에 따른 PP섬유 혼입 고강도 콘크리트의 폭렬특성 Spalling Properties of the High Strength Concrete Containing PP Fiber Subjected to Fire Mixture Factors and Drying Condition원문보기
본 연구는 화재시 고강도 콘크리트의 폭렬발생에 대한 영향요인을 검토한 것으로써, 폭렬에 직접적인 상관관계에 있는 물-결합재비, 공기량 및 함수율 등을 PP섬유의 혼입률과 함께 변화시켜 실험을 실시하였다. 실험결과 유동특성은 섬유의 혼입률이 0.05 vol.% 증가함에 따라 약 11%정도 감소하는 것으로 나타났고, 공기량이 10%인 경우는 다량의 AE제 사용에 기인하여 섬유의 혼입률과 상관없이 거의 유사한 유동성을 나타냈다. 강도특성으로는 W/B 15, 25 및 35%일 경우 100, 80 및 60 MPa이상으로써 고강도 범위로 나타났으며, 공기량 변수의 경우는 H-air가 L-air에 비해 약 1/2배 정도로 낮게 나타났다. 폭렬특성으로는 KS F 2257-1에 규정되어 있는 표준가열곡선에 의해 1시간 내화시험을 실시한 결과, W/B는 고강도로 W/B가 낮을수록 심하게 발생하는데, 15%를 제외한 모든 경우에서 전반적으로 PP섬유의 혼입률 0.10 vol.%에서 폭렬이 방지되는 것으로 나타났고, 공기량을 10%로 많이 함유하는 시험체와 완전건조 시킨 시험체는 0.05 vol.% 혼입시에도 폭렬현상이 발생하지 않는 것으로 나타났다.
본 연구는 화재시 고강도 콘크리트의 폭렬발생에 대한 영향요인을 검토한 것으로써, 폭렬에 직접적인 상관관계에 있는 물-결합재비, 공기량 및 함수율 등을 PP섬유의 혼입률과 함께 변화시켜 실험을 실시하였다. 실험결과 유동특성은 섬유의 혼입률이 0.05 vol.% 증가함에 따라 약 11%정도 감소하는 것으로 나타났고, 공기량이 10%인 경우는 다량의 AE제 사용에 기인하여 섬유의 혼입률과 상관없이 거의 유사한 유동성을 나타냈다. 강도특성으로는 W/B 15, 25 및 35%일 경우 100, 80 및 60 MPa이상으로써 고강도 범위로 나타났으며, 공기량 변수의 경우는 H-air가 L-air에 비해 약 1/2배 정도로 낮게 나타났다. 폭렬특성으로는 KS F 2257-1에 규정되어 있는 표준가열곡선에 의해 1시간 내화시험을 실시한 결과, W/B는 고강도로 W/B가 낮을수록 심하게 발생하는데, 15%를 제외한 모든 경우에서 전반적으로 PP섬유의 혼입률 0.10 vol.%에서 폭렬이 방지되는 것으로 나타났고, 공기량을 10%로 많이 함유하는 시험체와 완전건조 시킨 시험체는 0.05 vol.% 혼입시에도 폭렬현상이 발생하지 않는 것으로 나타났다.
This paper is to investigate the affecting factors on spalling of the high strength concrete including W/B, air content and moisture condition as well as PP fiber contents subjected to fire. An increase with 0.05% of PP fiber resulted in a reduction of slump flow by as much as 11%. Ten percent of ai...
This paper is to investigate the affecting factors on spalling of the high strength concrete including W/B, air content and moisture condition as well as PP fiber contents subjected to fire. An increase with 0.05% of PP fiber resulted in a reduction of slump flow by as much as 11%. Ten percent of air contents due to excessive amounts of AE agent does not lead to variance of slump flow, regardless of PP fiber content. For the effect of the compressive strength, high strength concrete with 15, 25 and 35% of W/B gained 60 MPa~100 MPa of the compressive strength. High strength concrete with H-air had half of compressive strength of that with L-air due to large amount of air. Fire test was conducted in accordance with KS F 2257-1 for 1 hour. Spalling did not occur with all specimens containing more than 0.10% of PP fiber except those with 15% of W/B. Moreover, it is interesting to note that the specimens with more than 10% of air content and with oven dried condition, respectively, had no spalling even if the content of PP fiber is 0.05 vol.%.
This paper is to investigate the affecting factors on spalling of the high strength concrete including W/B, air content and moisture condition as well as PP fiber contents subjected to fire. An increase with 0.05% of PP fiber resulted in a reduction of slump flow by as much as 11%. Ten percent of air contents due to excessive amounts of AE agent does not lead to variance of slump flow, regardless of PP fiber content. For the effect of the compressive strength, high strength concrete with 15, 25 and 35% of W/B gained 60 MPa~100 MPa of the compressive strength. High strength concrete with H-air had half of compressive strength of that with L-air due to large amount of air. Fire test was conducted in accordance with KS F 2257-1 for 1 hour. Spalling did not occur with all specimens containing more than 0.10% of PP fiber except those with 15% of W/B. Moreover, it is interesting to note that the specimens with more than 10% of air content and with oven dried condition, respectively, had no spalling even if the content of PP fiber is 0.05 vol.%.
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문제 정의
그러므로, 본 연구에서는 고강도 콘크리트를 대상으로 폭렬에 직접적인 영향을 미치는 물-결합재비, 공기량 등 배합요인 및 함수율 등 건조상태의 변화와 동시에 PP섬유 혼입률을 변화시켜 내화시험을 계획함으로써 각 영향요인에 따른 폭렬특성에 대하여 검토하고자 한다.
「05-CCT-D11, 고성능. 다기능 콘크리트의 개발 및 활용기술」지원으로 수행되었으며, 이에 감사한다.
본 연구는 고강도 콘크리트의 기초적 특성 및 폭렬 에 미치는 영향요인으로써 W/B, 공기량 및 함수율에대해 검토하였는데, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
15 vol. %로변화시켜 총 27배치를 실험계획 하였다.
05 vol.%인 경우를 플레인 배합으로 하고, 목표 슬럼프플로우 650±100 mm를 만족하도록 배합설계 하였다. 실험변수로써 물-결합재비는 15, 25 및 35%의 3수준, 공기량은 1.
내화시험은 한국건설기술연구원의 보바닥 가열로 내에 공시체를 일정간격으로 배치하고, Fig. 1과 같이KS F 2257-1에서 규정하는 표준가열곡선에 의거하여 1시간 가열을 실시하였다. 또한 내화시험 후 공 시체의 폭렬여부는 육안으로 관찰 하였고, 질량감소율은 내화시험 전후 각 시험체의 질량을 측정한 다음 백분율로 환산하여 구하였으며, 폭렬등급은 질량감소율을 기준으로 비폭렬~1/4은 폭렬-1등급, 1/4~2/4는 폭렬-2등급, 2/4~3/4는 폭렬-3등급, 3/4~4/4는 폭렬 -4등급 등 총 4개의 등급으로 분류하여 측정하였다.
1과 같이KS F 2257-1에서 규정하는 표준가열곡선에 의거하여 1시간 가열을 실시하였다. 또한 내화시험 후 공 시체의 폭렬여부는 육안으로 관찰 하였고, 질량감소율은 내화시험 전후 각 시험체의 질량을 측정한 다음 백분율로 환산하여 구하였으며, 폭렬등급은 질량감소율을 기준으로 비폭렬~1/4은 폭렬-1등급, 1/4~2/4는 폭렬-2등급, 2/4~3/4는 폭렬-3등급, 3/4~4/4는 폭렬 -4등급 등 총 4개의 등급으로 분류하여 측정하였다.
%인 경우를 플레인 배합으로 하고, 목표 슬럼프플로우 650±100 mm를 만족하도록 배합설계 하였다. 실험변수로써 물-결합재비는 15, 25 및 35%의 3수준, 공기량은 1.0±1.0, 3.0±1.0 및 10.0 ±1.0%의 3수준 그리고 함수율 변화는 양생방법을 달리하여 재령 7일까지 수중양생한 후 재령 28일까지 온도 20±2℃, 습도 60%의 실험실에서 기중양생한 시험체(S-cur)를 표준으로하고, 표준으로 양생한 시험체를 건조로에서 100C 로 가열시켜 24시간동안 건조시킨 시험체를 완전건조①-cur), 그리고 재령 28일까지 수중에서 양생한 시험체를 습윤(M-cur)으로 구분하여 3수준으로 계획하였다. 각 영향요인의 변화에 따라 PP섬유의 혼입률을 0.
실험사항으로, 굳지 않은 콘크리트에서는 슬럼프 플로우, 슬럼프플로우 500 mm도달시간, 공기량을 측정하고, 경화 콘크리트에서는 계획된 재령에서 압축강도 및 인장강도를 측정하며, 내화시험후 폭렬유무, 폭렬등급, 질량감소율을 측정하는 것으로 하였다.
대상 데이터
경화 콘크리트의 실험으로 압축강도 및 인장강도는 0100x200 mm 공시체를 제작하여, 계획된 재령에서 KS F 2403 및 KS F 2423에 의거 실시하였다.
본 실험에 사용한 시멘트는 국내산 보통 포틀랜드시멘트를 사용하였고, 골재는 충남 조치원산의 부순 굵은 골재와 조치원산 부순모래 및 천연모래를 6:4의 비율로 혼합한 혼합잔골재를 사용하였다. 혼화 재료로써 플라이애시는 국내 H사, 실리카퓸은 국내 G사 보급품을 사용하였고, 고성능 감수제는 국내산 B사의 폴리 칼본산계, AE제는 국내 N사의 음이온계를 사용하였으며, 폭렬방지용 유기섬유로는 국내 S사의 PP 섬유를 사용하였다.
혼화 재료로써 플라이애시는 국내 H사, 실리카퓸은 국내 G사 보급품을 사용하였고, 고성능 감수제는 국내산 B사의 폴리 칼본산계, AE제는 국내 N사의 음이온계를 사용하였으며, 폭렬방지용 유기섬유로는 국내 S사의 PP 섬유를 사용하였다. 각 재료의 물리적 성질은 Table 3~7과 같다.
이론/모형
본 연구의 실험방법으로 콘크리트의 혼합은 강제식 팬 타입 믹서를 사용하여 혼합하였고, 굳지 않은 콘크리트의 실험으로 슬럼프 플로우는 KS F 2594, 슬럼프 플로우 500 mm도달 시간은 JSCE의 SCC 성능평가 기준을 참고하여 측정하였으며, 공기량은 KS F 2421의 규정에 의거 실시하였다.
성능/효과
1 vol.% 이하에서 모두 JSCE의 규정을 만족하는 것으로 나타났고, 그 이상에서는 H-air를 제외하고 모두 상회하였다.
05 vol.% 증가함에 따라 유동성이 약 11~17%정도 저감된 것으로 섬유 혼입에 따른 급격한 유동성 저하 현상을 확인할 수 있었다.
05 vol.% 혼입한 경우는 약 2 0~40%의 질량감소율로 폭렬 1~2등급을 기록하였으며, 표면 박리폭렬 및 폭렬이 발생하지 않은 여타의 시험체는 질량감소율 약 8%~10%로 양호한 성능을 나타내었다.
15 vol.%까지 혼입한 경우를 제외하고는 모두 3.0±1.0% 범위내의 공기량을 나타냈고, 공기량 변화에서는 1.0±1.0%, 3.0±1.0% 및 10.0±1.0%의 목표 범위를 모두 만족하는 것으로 나타났다.
10 vol.%이상 혼입한 시험체는 공기량 조건에 관계없이 폭렬 1등급의 양호한 폭렬방지 성능을 발휘 하였다
1) 굳지않은 콘크리트의 특성으로 먼저, W/B 및 공기량의 영향요인에 따라서는 전반적으로 섬유의 혼입률이 증가함에 따라 유동성은 감소하였지만, 공기량의 변수에서 10%의 경우는 섬유의 혼입률과 관계없이 유동성의 저하가 발생하지 않았다. 공기량은 유동성 결과에 따라서 많은 영향을 받았는데, 섬유 혼입률 증가에 따라 공기량이 다소 증가하는 것으로 나타났다.
2) 경화 콘크리트 특성으로, 모든 시험체에서 섬유 혼입률이 증가할수록 강도는 약간 증가 혹은 감소하는 경향을 나타냈으나 큰 차이는 없는 것으로 나타났다. 공기량 변수에서 공기량 10%인 경우의 압축강도는 약 50% 감소하였다.
3) 폭렬특성으로는 W/B는 고강도로 W/B가 낮을수록 심하게 발생하는데, 15%를 제외한 모든 경우에서 전반적으로 PP섬유의 혼입률 0.10 vol.%이상에서 폭렬이 방지되는 것으로 나타났고, 공기량 10%와 같이 공기량을 많이 함유하는 시험체와 완전건조 시켜 함수율이 낮은 시험체는 0.
4) 내화시험에 따른 질량감소율은 폭렬이 발생하면 10~95%의 큰 질량 감소율이 나타내었고, 폭렬이방지 되어도 고온에 의한 콘크리트 내부 수분의 증발 및 화학적 변화에 의해 약 8~10%의 질량감소율이 나타났다.
Photo 2는 공기량의 영향에 대한 폭렬성상 및 폭렬등급을 나타낸 것으로써, 공기량이 많은 공시체의 경우 AE제에 의한 연행 공극(Entrained air) 형성이 증대되어 공극 연속구조에 따른 수증기 배출 통로 생성에 기인하여 폭렬이 방지 되는 것으로 나타났고, PP섬유의 혼입률이 증가함에 따라서는 섬유에 의한 내부 수증기 압력이 저하되어 폭렬현상이 방지되는 것으로 나타났다. 또한 PP섬유 를 0.
W/B 15%, 25% 및 35%에서 압축강도는 재령 28일에서 약 100, 80 및 60 MPa이상의 고강도를 나타내었고, 인장강도의 경우는 W/B 변화에 따라 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 또한, 실험결과 인장강도의 압축강도에 대한 비율은 W/B 15%일때 약 6%, W/B 25%일때 약 8% 및 W/B 35%일때 약 9%로써, W/B가 작을수록 작아지는 것을 확인할 수 있었다.
공기량 변화에 따른 유동 특성으로는 전반적으로 섬유의 혼입률이 증가할수록 유동성은 감소하는 경향을 나타내었는데, 공기량 10%에서는 다량의 AE 제 사용에 기인하여 플로우 저하가 거의 없는 것으로 나타났다.
공기량은 유동성 결과에 따라서 많은 영향을 받았는데, 섬유 혼입률 증가에 따라 공기량이 다소 증가하는 것으로 나타났다.
것으로 나타났다. 또한, 실험결과 인장강도의 압축강도에 대한 비율은 W/B 15%일때 약 6%, W/B 25%일때 약 8% 및 W/B 35%일때 약 9%로써, W/B가 작을수록 작아지는 것을 확인할 수 있었다.
한편, 섬 유 혼입률 변화에 따라서는 큰 차이를 나타내지 않았 으나 H-air 시험체의 경우는 최대 8 MPa 정도 증가하는 것으로 나타났다. 인장강도의 경우도 압축강도와 유사한 경향을 나타내었는데, 공기량이 작은 경우가 높은 인장강도를 발현하였으며, 압축강도에 대한 인장 강도율은 H-air의 경우가 낮은 압축강도의 영향으로 여타의 경우보다 약 2%정도 큰 것으로 나타났다.
Photo 3은 함수율의 영향에 대한 폭렬특성을 나타낸 것이다. 전반적으로, 함수율이 작을수록 폭렬방지 현상이 뚜렷하게 나타났는데, D-cur의 경우 모든 시 험체에서 폭렬이 방지되는 것으로 나타났고, M-cur의 경우는 높은 함수율에 기인하여 PP 섬유를 0.15 vol.% 혼입한 경우에도 일부 표면에서 박리가 일어난 것을 확인할 수 있었다.
% 혼입하였을 경우 L-air는 85 MPa, H-air는 41 MPa로 2배 이상의 차이가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 한편, 섬 유 혼입률 변화에 따라서는 큰 차이를 나타내지 않았 으나 H-air 시험체의 경우는 최대 8 MPa 정도 증가하는 것으로 나타났다. 인장강도의 경우도 압축강도와 유사한 경향을 나타내었는데, 공기량이 작은 경우가 높은 인장강도를 발현하였으며, 압축강도에 대한 인장 강도율은 H-air의 경우가 낮은 압축강도의 영향으로 여타의 경우보다 약 2%정도 큰 것으로 나타났다.
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