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제안 방법
- 따라서, 이 연구에서는 외부적 요인 중 가열 속도와 내부적 영향으로서 압축강도를 실험변수로 설정하였다. 이에 따른 콘크리트 폭렬 현상과 수증기압력의 영향을 평가하기 위하여 다양한 압축강도 레벨의 콘크리트를 대상으로 폭렬 특성, 폭렬 발생과 내부 수증기압력의 관계 및 수증기압력의 발생과 열팽창 변형의 관계를 평가하였다.
- 따라서, 이 연구에서는 외부적 요인 중 가열 속도와 내부적 영향으로서 압축강도를 실험변수로 설정하였다. 이에 따른 콘크리트 폭렬 현상과 수증기압력의 영향을 평가하기 위하여 다양한 압축강도 레벨의 콘크리트를 대상으로 폭렬 특성, 폭렬 발생과 내부 수증기압력의 관계 및 수증기압력의 발생과 열팽창 변형의 관계를 평가하였다.
- 가열속도에 의한 콘크리트 내부의 수증기압력을 평가하기 위해 가열조건은 급속조건인 ISO-834 표준가열곡선과 1℃/min의 저속조건으로 설정하였다. 저속가열조건은 RILEM TC 129-MHT “Part 3-Compressive strength for service and accident conditions”에 따라 100 mm 직경의 콘크리트 시험체가 20℃ 미만의 내·외부 온도 차이를 갖도록 설정하였다.
- 또한, 고온가열에 따른 폭렬 현상에 대한 내부적 요인인 압축강도의 영향을 평가하기 위해 콘크리트의 강도수준은 W/B 55%의 일반강도부터 W/B 40%, 33%, 23%, 18%의 고강도영역에 이르기까지 다섯 수준으로 설정하였으며, W/B 33% 이하의 고강도 콘크리트는 강도증진을 위하여 실리카퓸을 각각 시멘트 대비 5%, 16%, 23% 첨가하였다.
- 평가 항목으로는 콘크리트 압축강도 및 가열속도에 따른 폭렬 성상, 중량손실률, 내부 수증기압력, 가열 중 열팽창 변형을 평가였다.
- 제작된 콘크리트 시험체는 탈형 후 7일간 수중양생을 실시하였으며 이후 20±3℃, RH 50±5%의 항온항습조건에서 56일간 기건 양생하였다.
- 제작된 콘크리트 시험체는 탈형 후 7일간 수중양생을 실시하였으며 이후 20±3℃, RH 50±5%의 항온항습조건에서 56일간 기건 양생하였다. 또한 가열시험 전 상면은 콘크리트용 연마기를 이용해 평활하게 마감한 후 가열실험을 실시하였다.
- 이 연구에서 사용한 가열장치는 전기저항에 의해 가열되는 가열코일을 이용하여 콘크리트 시험체를 가열하는 방식이며, 온도컨트롤러에 의해 최대온도 및 온도상승속도 제어가 가능하도록 하였다. 가열방법은 Fig.
- 이 연구에서 사용한 가열장치는 전기저항에 의해 가열되는 가열코일을 이용하여 콘크리트 시험체를 가열하는 방식이며, 온도컨트롤러에 의해 최대온도 및 온도상승속도 제어가 가능하도록 하였다. 가열방법은 Fig. 2에 나타낸 바와 같이 가열속도에 의한 콘크리트의 폭렬 및 내부 수증기압력을 평가하기 위하여 급속가열조건으로 ISO834 표준가열속선과 저속가열조건으로 1℃/min의 가열방법을 설정하였으며 최고온도를 ISO-834 표준가열곡선에 준하여 50분간 가열한 886℃로 설정하였다.
- 3에 나타낸 바와 같이 가열로 상·하부에 설치되어 있는 LVDT에 의해 측정되었다. 시험체의 축변형은 직경 10 mm의 석영관에 의해 가열로 외부에 설치된 LVDT에 전달되도록 하였으며 하중과 변형데이터는 데이터로거 및 프로그램에 의해 1초 간격으로 기록하였다.
- 콘크리트 시험체로부터 금속관이 인발되는 것을 방지하기 위해 매립되는 부분을 말단에서 90°각도로 굴곡하여 제작하였다.
- 따라서 수증기의 응결문제를 해결하기 위해 Fig. 4의 하단에 나타낸 방법과 같이 상온에 노출되는 금속관에 연질의 가열코일을 감싸 재가열을 실시하였다. 또한 코일을 glass wool로 감싼 후 알루미늄 테이프로 접착시켜 단열을 실시하여 노출부의 재가열 후에도 열손실이 최소화되도록 하였다.
- 4의 하단에 나타낸 방법과 같이 상온에 노출되는 금속관에 연질의 가열코일을 감싸 재가열을 실시하였다. 또한 코일을 glass wool로 감싼 후 알루미늄 테이프로 접착시켜 단열을 실시하여 노출부의 재가열 후에도 열손실이 최소화되도록 하였다.
- 또한, 콘크리트가 경화되기 전에 골재나 페이스트의 유입에 의해 금속관의 입구가 폐쇄되는 문제를 방지하기 위해서 용융점 62~65℃의 파라핀계 물질을 이용하여 Fig. 6과 같이 금속관을 사전에 폐쇄시키는 방법을 사용했다. 이 파라핀계 물질이 가열 중 수증기압력의 발생시점 이전에 용융되어 관의 입구를 개방시킴으로써 수증기의 배출이 원활하게 이루어질 수 있도록 하였다.
- 6과 같이 금속관을 사전에 폐쇄시키는 방법을 사용했다. 이 파라핀계 물질이 가열 중 수증기압력의 발생시점 이전에 용융되어 관의 입구를 개방시킴으로써 수증기의 배출이 원활하게 이루어질 수 있도록 하였다. 콘크리트 시험체로부터 금속관이 인발되는 것을 방지하기 위해 매립되는 부분을 말단에서 90°각도로 굴곡하여 제작하였다.
- 8에 나타냈다. 폭렬 발생에 영향을 미치는 표면부 30 mm 위치의 온도에 따른 수증기압력을 평가하였다. 급속가열을 경우 가열이 시작됨과 동시에 수증기압력이 발생하기 시작하여 100℃ 이후에 급격히 상승해 약 200℃에서 가장 높은 압력값을 나타냈다.
- 저속가열조건은 RILEM TC 129-MHT “Part 3-Compressive strength for service and accident conditions”에 따라 100 mm 직경의 콘크리트 시험체가 20℃ 미만의 내·외부 온도 차이를 갖도록 설정하였다.
대상 데이터
- 압축강도 및 가열속도에 따른 콘크리트 내부의 수증기 압력을 평가하기 위한 시험체는 가로와 세로, 각각 100×100 mm의 단면에 높이 200 mm의 각주형으로 제작하였다.
- 또한, 압축강도를 평가하기 위한 콘크리트 시험체는 KS F 2403“콘크리트의 강도시험용 시험체 제작방법”에 준하여 100×200 mm의 크기로 제작하였다.
- 9 g/cm3, 분말도 6000~7000 cm2/g의 고로슬래그 미분말을 사용하였다. 또한 혼화제로 폴리카르본산계 고성능 감수제를 사용하였다.
- 수증기의 압력을 측정하기 위한 수증기가 외부로 배출되기 위한 금속관을 매립하였다. 금속관(내경 1 mm, 외경 2 mm)은 내열성이 우수한 SUS304 재질을 사용하였다.
- 이 연구에 사용된 재료는 Table 2에 나타낸 바와 같다. 시멘트 분말도 3200 cm2/g, 밀도 3.15 g/cm3의 1종 보통포틀랜드시멘트를 사용하였으며, 고강도 콘크리트 배합에 있어서는 강도증진을 위하여 밀도 2.5 g/cm3, 분말도 200,000 cm2/g의 실리카퓸과 밀도 2.9 g/cm3, 분말도 6000~7000 cm2/g의 고로슬래그 미분말을 사용하였다. 또한 혼화제로 폴리카르본산계 고성능 감수제를 사용하였다.
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