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문제 정의
- 본 연구에서는 연재 많이 사용되고 있는 50 MPa 고강도 콘크리트에 대해서 섬유혼입공법을 적용하여 국토해양부 시행령에 따라 내화시험을 실시하여 폭렬발생여부, 철근과 콘크리트의 온도분포를 통해 내화성능을 평가하고자 한다. 폭렬을 방지할 수 있는 경제적인 최적의 섬유혼입량을 검증하기 위하여 2가지 다른 배합으로 내회시험제릃 제작하여 내화시험을 실시하였다.
제안 방법
- 40 ~100MPa의 다양한 고강도 콘크리트 배합에 적용한 시험체를 제작하여 가열재하 방법으로 압축강도, 탄성계수, 비열 등의 열적특성을 평가·분석하였으며, 80 MPa 고강도 콘크리트 기둥에 대한 비재하 및 재하시험을 실시하였다(김흥열 등, 2007; 염광수 등, 2009a; 염광수 등, 2009b).
- 섬유혼입공법을 적용한 50 MPa의 고강도 콘크리트의 내화시험을 표준화재조건에 노출시킨 내화시험방법(KS F 2257-1)에 따라 내화시험을 실시하였다. ISO-834 표준화재 가열곡선을 적용하였으며, 180분간 비재하 내화시험을 실시하였다. Fig.
- 본 연구는 2가지 비율로 섬유 혼입공법을 사용한 설계강도 50MPa의 고강도 콘크리트로 총4기의 시험체를 제작한 후 내화실험을 실시하여 폭렬발생여부, 종방향철근과 콘크리트의 온도분포, 섬유혼입비에 따른 내화성능을 평가하였다.
- 본 연구에서는 고강도 콘크리트의 폭렬방지와 온도제어를 위해 폴리프로필렌섬유와 강섬유를 2가지 배합으로 혼입하였다 .사용된 각각의 섬유 특성을 Table 1에 정리하였다.
- 본 연구에서는 현재 많이 사용되고 있는 50 MPa 고강도 콘크리트에 대해서 국토해양부 시행령에 따라 서로 다른 섬유혼입량을 투입한 4기의 시험체를 제작하여 ISO 834 표준내화곡선에 따라 180분 비재하 내화시험을 실시하였다.
- 시험체의 높이 1/2지점에 설치한 열전대에서 표면으로부터 60 mm지점과 단면중심부 75 mm)에서 의 콘크리트온도를 측정하였다. Fig.
- 2는 종방향철근과 콘크리트에 설치한 열전대의 위치로써, 규정에 따라 각각 2기씩 모서리와 중앙부 철근의 내부온도를 측정하기 위하여 직경 3 mm, 깊이 5 mm의 구조멍을 뚫어 철근내부에 열전대를 삽입하였다. 콘크리트 내부의; 온도분포를 측정하기 위하여 표면으로부터 깊이 60 mm와 시험체 중심부(175 mm)에 각각 2기의 열전대를 설치하였다.
- 본 연구에서는 연재 많이 사용되고 있는 50 MPa 고강도 콘크리트에 대해서 섬유혼입공법을 적용하여 국토해양부 시행령에 따라 내화시험을 실시하여 폭렬발생여부, 철근과 콘크리트의 온도분포를 통해 내화성능을 평가하고자 한다. 폭렬을 방지할 수 있는 경제적인 최적의 섬유혼입량을 검증하기 위하여 2가지 다른 배합으로 내회시험제릃 제작하여 내화시험을 실시하였다.
대상 데이터
- 섬유혼입 후 목표강도를 50MPa로 설정하여 Table 2와 같이 배합하였다. 결합재료는 A사의 1종 보통포틀랜드 시멘트(결합제비율 95%)와 플라이애쉬(결합재비율 5%)를 사용하였다. 잔골재는 비중 2.
- 국토해양부 시행령에 따라 제작된 시험체는 높이 1,524 mm, 한면의 길이가 350 mm인 정사각형단면으로 총 4기의 동일한 기둥시험체를 제작하였다. 직경 22 mm인 8개의 종방향 철근(longitudinal reinforcement)과 직경 10 mm인 띠철근(tie bar)을 300 mm 간격으로 배근하였으며, 사용된 철근의 항복강도는 420 MPa이다.
- 시험체 제작에 사용된 섬유혼입 고강도 콘크리트는 E레이콘사 oo공장에서 생산하였으며, 생산 후 측정한 슬럼프 플로우와 공기량, 28일 압축강도는 Table 3에 정리하였다.
- 잔골재는 비중 2.6, 조립률 2.8의 세척사를 사용하였으며, 최대치수 20 mm, 비중 2.65의 굵은골재를 사용하였다.
- 국토해양부 시행령에 따라 제작된 시험체는 높이 1,524 mm, 한면의 길이가 350 mm인 정사각형단면으로 총 4기의 동일한 기둥시험체를 제작하였다. 직경 22 mm인 8개의 종방향 철근(longitudinal reinforcement)과 직경 10 mm인 띠철근(tie bar)을 300 mm 간격으로 배근하였으며, 사용된 철근의 항복강도는 420 MPa이다. Fig.
- 65의 굵은골재를 사용하였다. 혼화제는 고성능 감수제인 폴리카르본산(Polycarboxylate)계를 동일하게 1.4% 사용하였다.
이론/모형
- 섬유혼입공법을 적용한 50 MPa의 고강도 콘크리트의 내화시험을 표준화재조건에 노출시킨 내화시험방법(KS F 2257-1)에 따라 내화시험을 실시하였다. ISO-834 표준화재 가열곡선을 적용하였으며, 180분간 비재하 내화시험을 실시하였다.
성능/효과
- 1) 내화시험 후 모든 시험체에 폭렬은 발생하지 않았으며, 폭렬방지에 요구되는 주섬유인 폴리프로필렌섬유의 경제적인 최적의 흔입량은 콘크리트 단위용적당 0.57 kg이상으로 검증되었다.
- 180분의 내회시험 후 외관조사를 통해 배합이 다른 2 그룹의 모든 시험체에 폭렬이 발생하지 않았음을 확인하였다. 따라서, 고강도 콘크리트의 폭렬을 억제하기 위해서는 폴리프로필렌섬유의 혼입여부가 중요한 요인으로 기존 연구결과(N ishida et al.
- 2) 콘크리트 내부에 설치한 열전대에서 측정한 온도분포에서, 각 Group별 60 mm지점의 평균옹도는 478℃와 439℃이며, 175 mm지 점의 평균온도는 172℃와 166℃로 측정되었다.
- 0℃ 이다. 모든 시험체에서 모서리철근과 중앙철근의 평균온도차가 148~172℃로 상당히 크다는 점을 확인할 수 있다. 모서리철근의 온도가 높은 이유는 한쪽 면에서 열에너지가 유입되는 중앙철근보다 열에너지가 양쪽면에서 동시에 유입되었기 때문에 중앙철근의 온도상승이 지연되었다고 판단된다.
- 0℃이며, 철근의 총 평균온도는 542℃이다. 모든 시험체에서 열 에너지의 유입이 많은 모서리철근의 온도가 옾았으며, 중앙철근의 평균온도차가 148- 172℃로 상당히 크다는 점을 확인하였다. 섬유혼입량에 따른 종방향철근의 온도분포를 비교한 결과, 모서리철근의 경우 섬유혼입량이 적은 Group A가 12℃ 높았지만, 오히려 중앙철근의 온도는 19℃가 낮아 섬유혼입량에 따른 차이는 없다고 판단된다.
- , 1995; Atkinson, 2004)와 일치하였다. 본 실험을 통해 폭렬을 방지하기 위한 폴리프로필렌섬유의 최소함유량은 콘크리트 단위용적당 0.57 kg 이상으로 증명되었다.
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