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문제 정의
- 그러므로 본 연구에서는 석유화학제품이나 화학물질로 이루어진 급가열성 물질이 연소 할 때의 화재를 상정한 독일의 RABT(Richtlinien fur die Ausstatung und den Betrieb won Straβ entunneln) 가열온도 곡선을 적용하여 유기섬유의 혼입방식, 스프레이 방식, 내화보드 부착방식 등의 폭렬방지공법에 따른 내화 특성을 검토하므로써, 고강도 콘크리트의 효율적인 내화안정성에 기여하고자 한다.
- 본 연구에서는 RC 기등의 폭렬방지를 위하여 유기 섬유의 혼입방식, 스프레이 방식, 내화보드 부착방식 등 폭렬방지공법에 따른 내화특성을 검토하였는데, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
가설 설정
- 1) 여기서, Me 메탈라스, T는 메탈라스 두께를 나타낸 것이다.
제안 방법
- 내화공법 변화에 따른 내화시험은 시험체를 Fig. 1 과 같이 철근배근 후 실험계획에 따라 Fig. 2와 같이시험체 제작 후, 각 시험체 종류별로 한국건설기술연구원의 바닥용 가열로내에 수직으로 배치하여 놓고, Fig. 3과 같은 RABT 가열온도곡선에 따라 실시하였다. 내화시험 후 시험체의 폭렬여부는 육안으로 조사하였으며, 질량감소율은 내화시험 전후 각 시험체의 질량을 측정하여 백분율로 구하였다.
- 3과 같은 RABT 가열온도곡선에 따라 실시하였다. 내화시험 후 시험체의 폭렬여부는 육안으로 조사하였으며, 질량감소율은 내화시험 전후 각 시험체의 질량을 측정하여 백분율로 구하였다.
- 10%의 3수준으로 변화시켜 총 7수준을 실험계획하였다. 또한, 시리즈 n 에서는 스프레이 방식으로, 플레인 콘크리트를 모재 콘크리트로 하고, 여기에 뿜칠재 변화로써 PP섬유 1.0% 혼입 및 횡구속재 두께 0.6 T(이하 P1M6), PVA섬유 1.0% 혼입 및 횡구속재 두께 0.6 T(이하 V1M6), NY섬유 1.0% 혼입및 횡구속재 두께 0.6 T(이하 N1M6), NY섬유 1.0% 혼입 및 횡구속재 1.6 T(이하 N1M16)를 동시에 사용한 총 4수준을 실험계획 하였다.
- 실험사항으로, 굳지않은 콘크리트에서는 슬럼프, 공기량을 측정하고, 경화 콘크리트에서는 계획된 재령에서 압축강도, 내화시험후의 폭렬유무 및 질량감소율을 측정하도록 하였다.
- 이때 배합사항으로, 플레인 콘크리트는 목표 슬럼프 150 ± 25mm, 목표 공기량 4.5±1.5%가 만족되도록 배합설계한 다음 실험변수별 동일한 배합조건을 적용하였다.
- 2와 같다. 즉, 콘크리트의 내화성능 실험계획으로 설계기준강도 50MPa를 가정하여 W/B는 34% 의 1수준에 대하여, 섬유를 혼입하지 않은 것을 플레인 배합으로 하고, 여기에 먼저 시리즈 I에서는 유기섬유의 혼입방식으로, 폴리프로필렌섬유(이하 PP섬유), 폴리비닐알코올섬유(이하 PVA섬유), 나일론섬유 (이하 NY섬유)의 3수준, 섬유의 혼입율로는 0, 0.05, 0.10%의 3수준으로 변화시켜 총 7수준을 실험계획하였다. 또한, 시리즈 n 에서는 스프레이 방식으로, 플레인 콘크리트를 모재 콘크리트로 하고, 여기에 뿜칠재 변화로써 PP섬유 1.
- 한편, 시리즈 Ⅲ에서는 보드방식으로서, 플레인 콘크리트에 마감재 부착공법변화로서, 통상적인 접합방식에 의한 건식공법(이하 DCM), 건식공법으로 마감한 후 연결철물에 내화페인트를 도포하는 방법(이하 DCM-P), 연결철물에 내화모르터로 피복하는 방법 (이하 DCM-M), 마감재와 모재 사이를 경량기포 콘크리트로 그라우트하는 방법(이하 DCM-L)의 총 4수준을 실험계획 하였다.
대상 데이터
- 골재로써 잔골재는 국내 P사산부순 잔골재와 천연 잔골재를 1:1로 혼합한 잔골재를 사용하였고, 굵은골재는 국내 P사산 20mm 부순 굵은골재를 사용하였는데, 그 물리적 성질은 Table 4와 같다. 혼 화제로 고성능 감수제는 국내산 B사의 폴리칼본산계, AEe 는 국내 N사산을 사용하였는데, 그 물리적 성질은 Table 5와 같다.
- 폭렬방지용 유기섬유로서 PP섬유, PVA섬유, NY섬유는 국내산 S사산 제품을 사용하였고, 횡구속재로서 메탈라스는 국내산 Z사산 제품을 사용하였는데, 그 물리적 성질은 각각 Table 6, 7과 같다. 또한, 마감재 부착에 사용한 재료로서 건식공법에 사용되는 연결철물(L-50x50x4)은 국내에서 시판되는 석공사용을 사용하였고, 내화페인트 및 내화모르터는 국내산 K사산을 사용하였으며, 경량기포 콘크리트의 배합사항은 Table 8과 같다.
- 본 실험에 사용한 시멘트는 국내산 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였는데, 그 물리적 성질은 Table 3과 같다. 골재로써 잔골재는 국내 P사산부순 잔골재와 천연 잔골재를 1:1로 혼합한 잔골재를 사용하였고, 굵은골재는 국내 P사산 20mm 부순 굵은골재를 사용하였는데, 그 물리적 성질은 Table 4와 같다.
- 혼 화제로 고성능 감수제는 국내산 B사의 폴리칼본산계, AEe 는 국내 N사산을 사용하였는데, 그 물리적 성질은 Table 5와 같다. 폭렬방지용 유기섬유로서 PP섬유, PVA섬유, NY섬유는 국내산 S사산 제품을 사용하였고, 횡구속재로서 메탈라스는 국내산 Z사산 제품을 사용하였는데, 그 물리적 성질은 각각 Table 6, 7과 같다. 또한, 마감재 부착에 사용한 재료로서 건식공법에 사용되는 연결철물(L-50x50x4)은 국내에서 시판되는 석공사용을 사용하였고, 내화페인트 및 내화모르터는 국내산 K사산을 사용하였으며, 경량기포 콘크리트의 배합사항은 Table 8과 같다.
이론/모형
- 경화 콘크리트의 실험으로, 압축강도는 0 100x200 mm 공시체를 KS F 2403 규정에 의거 제작하여 계획된 재령에서 KS F 2405 규정에 의거 측정하였다.
- 굳지않은 콘크리트의 실험으로, 슬럼프는 KS F 2402, 공기량은 KS F 2421의 규정에 의거 실시하였다. 경화 콘크리트의 실험으로, 압축강도는 0 100x200 mm 공시체를 KS F 2403 규정에 의거 제작하여 계획된 재령에서 KS F 2405 규정에 의거 측정하였다.
성능/효과
- 섬유를 무혼입한 플레인 콘크리트는 목표 공기량을 만족하는 것으로 나타났고, 섬유의 종류에 따라서는,먼저 PP섬유와 PVA섬유는 저하하는 것으로 나타난 반면, "섬유의 경우는 혼입율 0.05 %까지는 저하하다가 그 이상 혼입 할 경우 오히려 약간 증가하여 전체적으로는 큰 변화가 없는 경향을 나타내었다.
- 2) 경화 콘크리트의 특성으로, 압축강도는 28일 재령에서 50 MPa이상으로 섬유의 혼입율이 증가할수록 약간 크게 나타났다.
- 3) 내화시험후 폭렬특성으로, 먼저 유기섬유 혼입방식의 경우는 PVA섬유를 제외한 PP섬유, NY섬유는 혼입율 0.05%이상에서 폭렬이 발생하지 않는 것으로 나타났다.
- 4) 스프레이 방식의 경우는 실험계획한 모든 마감재 부분에서 부분적인 박리현상이 발생하였을 뿐, 모재 콘크리트는 폭렬이 발생하지 않고 본래의 형상을 그대로 유지하는 것으로 나타났다.
- 5) 보드방식의 경우는 보편적인 DCM을 제외한 DCM-P, DCM-M, DCM-L의 경우 모두 폭렬이 발생하지 않고 본래의 형상을 그대로 유지하였다.
- 6) 질량감소율은 플레인 콘크리트 및 폭렬이 발생하지 않은 DCM 시험체를 제외한 모든 내화공법변화에 따라서 공히 8%미만으로 비교적 양호하게 나타났다.
- 먼저 뿜칠특성으로, 18mm두께 뿜칠시 시공성은 섬유종류의 경우 PVA, NY, PP섬유의 순서로 섬유 길이가 짧을 수록 양호하였다. 특히, PP섬유의 경우는길이가 19mm로 메탈라스 0.
- 먼저, 섬유를 무혼입한 플레인 콘크리트는 목표 슬럼프를 만족하는 것으로 나타났고, 섬유의 혼입율 변화에 따라서는 혼입율 0.05% 이상에서 모두 슬럼프가 크게 저하하는 것으로 나타났다. 섬유종류에 따라서는 친수성인 NY섬유를 혼합한 경우 가장 양호하였고, 그 다음으로 PP섬유, PVA섬유의 순으로 슬럼프가 저하하였다.
- 섬유의 종류변화에 따른 28일 압축강도는 공히 플레인에 비해 다소 증가하는 것으로 나타났는데, 즉 PVA섬유가 가장 크게 나타났고, 그 다음으로 PP섬유, NY섬유의 순이었다. 이는 콘크리트중 공기량과 섬유와 콘크리트와의 부착력 증대에 기인한 것으로 분석된다.
- 이상을 종합하여 볼 때 고강도 콘크리트의 폭렬방지공법으로는 유기섬유 혼입방식, 스프레이 방식, 보드방식이 가능 할 수 있는데 구조물환경, 시공 용이성등을 종합적으로 판단한 후 최적의 방법을 선택하면 고강도 콘크리트의 내화안전성을 용이하게 확보할 수있을 것으로 판단된다.
- 전체적으로, 내화보드 부착법 변화에 따라서는 DCM 을 제외한 여타의 방법이 모두 양호한 것으로 나타났지만, 시공성까지 고려하면 DCM-P의 경우 가장 양호한 것으로 판단된다.
- 전체적으로, 스프레이 방식의 경우 섬유종류 및횡구속재 변화에 따라서 모두 폭렬방지에 양호한 성능이 있는 것으로 나타났지만, 마감재의 시공성까지도 고려하면 V1M6의 경우 가장 우수한 것으로 사료된다.
- 짧을 수록 양호하였다. 특히, PP섬유의 경우는길이가 19mm로 메탈라스 0.6 T의 장목길이인 13.3mm보다 길어 부착성이 매우 불량하지만, 메탈라스 1.6 T의 경우는 단목 길이가 24mm로서 모든 섬유의 길이보다 큼에 따라 부착성능이 비교적 좋은 편이었다.
- 폭렬시험 직후 질량감소율은 스프레이 방식으로 P1M6, N1M6, V1M6, N1M16의 경우 각각 5.6%, 5.6%, 5.8%, 6.4%로 매우 작게 나타나 폭렬방지에 우수한성능이 있는 것으로 분석되었다.
- 폭렬시험 직후 질량감소율은 플레인의 경우 12.8 %로 비교적 크게 나타났고, 섬유의 종류변화에 따라서는 PVA, PP, NY섬유의 순으로 폭렬이 방지된 경우는 약 7% 전후를 나타내었다.
- 폭렬시험직후 질량감소율은 먼저, DCM의 경우 11.7% 로 크게 나타났으나, DCM-P, DCM-M, DCM-L의경우는 각각 5.1%, 4.8%, 4.7%로 폭렬방지에 양호한 성능이 있는 것으로 분석되었다.
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