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섬유혼입공법을 적용한 고강도콘크리트 기둥의 비재하 내화시험
Fire Test of Fiber Cocktail Reinforced High Strength Concrete Columns without Loading 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.21 no.4, 2009년, pp.465 - 471  

염광수 (GS건설(주) 기술연구소 연구개발팀) ,  전현규 (GS건설(주) 기술연구소 연구개발팀) ,  김흥열 (한국건설기술연구원 화재및설비연구센터)

초록
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화재시 고강도콘크리트의 폭렬현상을 막고 내부철근 온도의 상승을 억제하기 위하여 폴리프로필렌섬유와 강 섬유를 동시에 사용하는 섬유혼입공법을 제안하였다. 섬유혼입공법을 40~100 MPa 고강도콘크리트 배합에 적용하여 가 열재하방법으로 열적특성을 평가한 후 내화성능을 평가하기 위하여 구조부재에 내화시험을 실시하였다. 2기의 기둥시 험체를 제작하여 ISO 834 표준내화곡선에 따라 180분 비재하 내화시험을 실시하였다. 폭렬은 발생하지 않았으며, 표면 부의 색은 분홍색을 띤 회색으로 변했다. 깊이 60 mm부터 내부 콘크리트의 온도가 급감하였으며, 60분 가열 후 온도구 배는 보통콘크리트보다 5배 적은 2.2oC/mm로 측정되었다. 180분 내화시험 후의 최종온도는 모서리철근이 488.0oC, 중앙 철근이 350.9oC이며, 철근의 총 평균온도는 419.5oC이다. 모서리철근과 중앙철근의 평균온도차는 137.1oC였다. 가열 후 100~150oC부근에서 콘크리트와 철근의 온도상승추세가 변하는데 이는 강섬유와 폴리프로필렌섬유를 혼입한 콘크리트의 온도구배가 낮고, 철근으로의 수분이동과 내부 수분의 막힘현상, 그리고 수분의 기화열 때문이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

To prevent the explosive spalling of the high strength concrete and control the rise of temperature in the steel rebar during fire, a fiber cocktail method has been proposed simultaneously with the use of polypropylene and steel fiber. After applying the fiber cocktail (polypropylene and steel fiber...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구에서는 폴리프로필렌 섬유와 강섬유를 혼입한 고강도 콘크리트 기등의 내화성능을 검증하기 위하여 2 기의 동일한 기둥 시험체를 제작하여 ISO 834 표준 내화 곡선에 따라 180분 비재하 내화시험을 실시하였다.
  • 이 연구는 섬유 혼입 공법을 사용한 설계 강도 80 MPa의 고강도 콘크리트로 제작한 기 등에 대한 비재하 내화실험을 실시하여 내화성능을 평가하기 위한 것으로, 콘크리트 내의 온도구배 (temperature gradient)와 온도분포, 종방향 철근 중심부의 온도분포 등을 측정하였다.
  • 이에 대한 후속 연구인 본 연구에서는 섬유 혼입 공법을 적용한 고강도콘크리트 기 등에 대한 비재하 내화시험을 실시하여 콘크리트내의 온도구배 (temperature gradient) 와 온도분포, 종방향철근 중심부의 온도분포, 그리고 폭렬발생여부 등의 내화성능을 평가하고자 한다.

가설 설정

  • 이러한 수분의 이동과 막힘현상으로 철근의 온도가 일시적으로 상승하지 못하는 현상이 일어나게 된다.16) 폴리프로필렌섬유가 녹은 통로로 수증기가 빠져나가지 못하게 되면 내부 공극압에 의해 폭렬이 발생해서 철근의 온도가 수분 막힘현상과 기화열에도 불구하고 급격히 상승하게 된다.
  • 1) 50 MPa 이상의 고강도콘크리트 사용이 빈번한 국내의 경우도 이에 대한 대책이 필요하게 되어 고강도 콘크리트의 내부 종 방향 철근에 대하여 온도로 내화성능을 평가하는 관리기준을 신설하게 되었다.2) 이 기준을 만족하기 위해서는 고강도 콘크리트의 폭렬억제 뿐만 아니라 내부 철근 온도의 상승을 억제해야 한다. 이러한 고강도콘크리트의 화재 시 폭렬을 막기 위하여 다양한 연구가 진행되고 있으며, 폴리프로필렌(polypropylene) 섬유3, 4) 또는 강섬유5-7)를 사용한 많은 연구가 수행되어 폭렬제어성능을 입증하였다.
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참고문헌 (16)

  1. Ali, F., “Is High Strength Concrete More Susceptible to Explosive Spalling than Normal Strength Concrete in Fire?,” Fire and Materials, Vol. 26, 2002, pp. 127-130 

  2. 국토해양부 고시, 고강도콘크리트 기둥·보의 내화성능 관리기준, 제2008-334호, 2008, pp. 1-8 

  3. Nishida, A., Ymazaki, N., Inoue, H., Schneider, U., and Diederichs, U., “Study on the Properties of High-Strength Concrete with Short Polypropylene Fibre for Spalling Resistance,” Proceedings of International Conference on Concrete under Severe Conditions. CONSEC'95, Vol.2, Sapporo, Japan, 1995, pp. 1141-50 

  4. Atkinson, T., “Polypropylene Fibers Control Explosive Spalling in High-Performance Concrete,” Concrete, Vol. 38, No. 10, 2004, pp. 69-70 

  5. Purkiss, J. A., “Steel Fibre Reinforced Concrete at Elevated Temperatures,” International Journal of Cement Composites and Lightweight Concrete, Vol. 6, No. 3, 1984, pp. 179-184 

  6. Lie, T. T. and Kodur, V. K. R., “Thermal and Mechanical Properties of Steel-Fibre-Reinforced Concrete at Elevated Temperatures,” Canadian Journal of Civil Engineering, Vol. 23, 1996, pp. 511-517 

  7. Suhaendi, S.L. and Horiguchi, T., “Effect of Short Fibers on Residual Permeability and Mechanical Properties of Hybrid Fibre Reinforced High Strength Concrete after Heat Eposition,” Cement and Concrete Research, Vol 36, 2006, pp. 1672-1678 

  8. 김흥열, 채한식, 전현규, 염광수, “Fiber Cocktail을 혼입한 고강도콘크리트의 고온시 압축강도 특성 및 모델 제시에 관한 실험적 연구,” 한국콘크리트학회 학술발표논문집, 19권, 2호, 2007, pp. 605-608 

  9. 김흥열, 채한식, 전현규, 염광수, “Fiber Cocktail을 혼입한 고강도콘크리트의 고온시 탄성계수 특성 및 모델 제시에 관한 실험적 연구,” 한국콘크리트학회 학술발표논문집, 19권, 2호, 2007, pp. 609-612 

  10. 김흥열, 채한식, 전현규, 염광수, “Fiber Cocktail을 혼입한 고강도콘크리트의 고온시 변형특성 및 모델 제시에 관한 실험적 연구,” 한국콘크리트학회 학술발표논문집, 19권, 2호, 2007, pp. 877-880 

  11. Poon, C. S., Shui. Z. H., and Lam., L., “Compressive Behavior of Fiber Reinforced High-Performance Concrete Subjected to Elevated Temperatures,” Cement and Concrete Research, Vol. 34, No. 12, 2004, pp. 2215-2222 

  12. 한국콘크리트학회, “콘크리트구조설계 기준,” 한국콘크리트학회, 2003, pp. 121-122 

  13. Yuzer, N., Akoza, F., and Ozturkb, L., “Compressive Strength-Color Change Relation in Mortars at High Temperature,” Cement and Concrete Research, Vol. 34, No. 10, 2004, pp. 1803-1807 

  14. Concrete Center, Concrete and Fire, The Concrete Center, 2004, 4 pp 

  15. 원종필, 장창일, 이상우, 김흥열, 김완영, “하이브리드 섬유보강 고강도콘크리트 기둥부재의 내화성능,” 콘크리트학회 논문집, 20권, 6호, 2008, pp. 827-832 

  16. Chung, J. H. and Consolazio, G. R, “Numerical Modeling of Transport Phenomena in Reinforced Concrete Exposed to Elevated Temperatures,” Cement and Concrete Research, Vol. 35, 2005, pp. 597-608 

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