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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 건축물 마감 재료로 주로 사용하는 드라이비트 및 스톤코트를 구성으로 한 재료의 외부화염에 의한 화재 개연성과 화재 확산형태를 살펴봄으로써 화재패턴에 필요한 온도특성과 소손형태로부터 화재조사에 기초자료를 제공하는데 의의를 두었다.
제안 방법
- 가열방법으로는 각 재료의 외벽에 10 cm 이격하여 5분간 가스토치로 가열하고, 재료 외벽 화염부 접촉부의 시간대별 온도를 측정하였다. 실험 횟수는 실험에 앞서 예비실험으로부터 기초 데이터를 확보하고 이를 토대로 본 실험 3회를 수행하였다.
- 본 연구에서는 건축물 외장재로 주로 드라이비트를 기본구성으로 한 시료를 제작하여 발화열원으로 가스토치와 분전반 외부화염으로 한정하여 온도상승 특성과 소손패턴에 대하여 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
- 소손패턴 분석을 위하여 연소 후 변색흔이 나타나는 20초, 120초, 300초 시간경과에 대한 패턴을 분석하였다. 외부화염에 의한 건축외장재 연소 실험에 관한 연구를 위한 실험시료는 내벽 바깥쪽에 스티로폼, 유리섬유, 접착제, 마감재로 Fig.
- 실험 횟수는 실험에 앞서 예비실험으로부터 기초 데이터를 확보하고 이를 토대로 본 실험 3회를 수행하였다. 실험 결과로는 내부 단열재(스티로폼)의 온도 측정, 화재개연성과 발화온도 측정, 내부 단열재에서 확산되는 소손패턴을 분석하였다. 열원으로는 가스토치와 분전반 외부화염으로 한정하여 외부화염에 대한 화재온도와 소손패턴을 분석하였다.
- 가열방법으로는 각 재료의 외벽에 10 cm 이격하여 5분간 가스토치로 가열하고, 재료 외벽 화염부 접촉부의 시간대별 온도를 측정하였다. 실험 횟수는 실험에 앞서 예비실험으로부터 기초 데이터를 확보하고 이를 토대로 본 실험 3회를 수행하였다. 실험 결과로는 내부 단열재(스티로폼)의 온도 측정, 화재개연성과 발화온도 측정, 내부 단열재에서 확산되는 소손패턴을 분석하였다.
- 실험 결과로는 내부 단열재(스티로폼)의 온도 측정, 화재개연성과 발화온도 측정, 내부 단열재에서 확산되는 소손패턴을 분석하였다. 열원으로는 가스토치와 분전반 외부화염으로 한정하여 외부화염에 대한 화재온도와 소손패턴을 분석하였다.
- 13에는 드라이비트에 내벽에는 석고보드를 부착한 재료의 온도곡선을 나타내었다. 재료 E의경우는 기존 점화방법과 달리 일반 화재상황을 고려하여 (A)와 같이 샌드위치판넬 외부에 전기분전반 내부의 가연물(종이, 합성수지 등)에 가스토치로 점화 후 뚜껑을 닫은 후 연소상황을 측정하여 온도변화를 측정하였다. 온도측정 시간은 900초 까지 연장하여 측정하였다.
대상 데이터
- 4의 (B)와 같이 제작하였다. 고정틀은 실험시료를 올려놓기 위한 용도로 사용되었으며, 화원은 부탄을 연료로 사용하는 가스토치, 전기 분전반 내부 화염을 사용하였다.
- 온도를 측정하기 위한 열전대는 4조의 K-Type형 열전대로서 가스연소기구 화구, 샌드위치 패널 심재 내부, 샌드위치패널 상부 강판, 대기온도 측정용으로 사용하였으며, 열전대의 직경은 0.15 mm를 사용하였다.
- 소손패턴 분석을 위하여 연소 후 변색흔이 나타나는 20초, 120초, 300초 시간경과에 대한 패턴을 분석하였다. 외부화염에 의한 건축외장재 연소 실험에 관한 연구를 위한 실험시료는 내벽 바깥쪽에 스티로폼, 유리섬유, 접착제, 마감재로 Fig. 4의 (B)와 같이 제작하였다. 고정틀은 실험시료를 올려놓기 위한 용도로 사용되었으며, 화원은 부탄을 연료로 사용하는 가스토치, 전기 분전반 내부 화염을 사용하였다.
- 원인은로는 오토바이 키박스를 가열하면서 배선이 녹아 합선되어 불이 일어난 것으로 추정되었다.
- Table 1에는 대봉 그린아파트 화재 피해상황을 나타내었다. 화재가 발생한 건물의 CCTV를 분석한 결과 화재발생 행위는 오토바이 운전자가 키박스를 녹이기 위해 라이터를 사용하였고, 이후 해당 오토바이에서 불길이 일어나 옆의 다른 오토바이로 옮겨 붙으며 건물 전체로 번져나간 사실이 확인된 화재이다.
- 화재재현 실험을 위한 시료 준비는 Table 2와 같이 A~E의 5종 재료를 제작하였으며, 시료의 크기는 Fig. 4의 (A)와 같이 가로 30 cm × 세로 50 cm × 두께 5 cm로 제작하였으며, 시료는 내벽 대리석 시공에 외부 드라이비트 마감 3 mm, 미장스톤 마감 4 mm, 내벽 샌드위치패널에 단열재 시공 없이 드라이비트 3 mm, 내벽 샌드위치패널에 단열재 시공한 드라이비트 3 mm, 내벽 석고보드 드라이비트 3 mm를 준비하였다.
성능/효과
- 1) 내벽 대리석에 드라이비트 3 mm로 마감을 한 경우 20초에 화염접촉부의 온도가 690℃, 내부 단열재의 온도는 98℃로 확인되었다. 5분간 가열 시 화염접촉부에서 900℃, 내부 단열재의 온도는 254℃인 것을 확인할 수 있었다.
- 2) 내벽 대리석에 미장스톤 4 mm로 마감을 한 경우 20초에 화염접촉부의 온도는 747℃, 내부 단열재의 온도는 49℃로 나타났다. 5분간 가열하였을 경우에는 화염접촉부에서 1,019℃, 내부 단열재의 온도는 237℃로 나타났다.
- 11에는 샌드위치판넬 외부에 단열재와 드라이비트를 부착한 재료의 온도곡선을 나타내었다. 20초 경과 시 화염접촉부 온도는 995℃, 내부 단열재의 온도는 288℃로 A~E 재료 가운데 온도가 상대적으로 가장 높은 것으로 나타났으며, 120초 경과하면서 화염접촉부 온도는 1005℃, 내부달열재 온도는 363℃까지 상승하였으며, 300초 경과 시 에는 내부 단열재 온도가 422℃ 까지 증가하는 것으로 나타났다. 상대적으로 내부 단열재 온도가 가장 낮은 (E)재료의 온도와 비교하여 동일한 화염접촉 시간대 대비 4.
- 3) 샌드위치판넬에 단열재 부착없이 드라이비트 3mm로 마감을 한 경우 2분에 화염접촉부의 온도는 1,064℃, 내부 단열재의 온도는 142℃로 나타났다. 5분간 가열하였을 경우에는 화염접촉부에서 1,078℃, 내부 단열재의 온도는 352℃로 나타났다.
- 외벽을 가열한 지 20초에 화염접촉부 온도는 901℃, 내부 단열재 온도는 51℃로 측정되었으며, 120초 경과 후 화염접촉부 온도는 1,064℃, 내부 단열재 온도는 142℃로 측정되었다. 300초 동안 가스토치로 가열할 경우 화염접촉부의 최고온도는 1,078℃, 내부 단열재 최고온도는 352℃로 측정되었으며, A와 B재료 보다 상대적으로 온도가 높은 것으로 나타났다. 이에 대하여 Table 5에 나타내었다.
- 4) 샌드위치 판넬에 단열재를 부착하고 드라이비트 3 mm로 마감을 한 경우 2분에 화염접촉부의 온도는 995℃, 내부 단열재의 온도는 286℃로 나타났다. 5분간 가열하였을 경우에는 화염접촉부에서 1,005℃, 내부 단열재의 온도는 363℃로 나타났다.
- 5) 내벽 석고보드에 드라이비트 3 mm로 마감을 한 경우 화염접촉부의 온도는 3분에 218℃, 10분에 618℃, 15분에 569℃, 내부 단열재의 온도는 3분에 29℃, 10분에 263℃, 15분에 149℃로 나타났다.
- 1) 내벽 대리석에 드라이비트 3 mm로 마감을 한 경우 20초에 화염접촉부의 온도가 690℃, 내부 단열재의 온도는 98℃로 확인되었다. 5분간 가열 시 화염접촉부에서 900℃, 내부 단열재의 온도는 254℃인 것을 확인할 수 있었다.
- 6) 소손패턴으로는 건축외장 마감재인 드라이비트, 미장스톤 외벽이 화염에 노출된 부분은 연소 및 탄화되어 하소현상(부서지는 현상)이 나타났으며, 하소가 심할수록 열에 대한 노출의 영향이 크다는 것으로 추측할 수 있다.
- 7) 내부 단열재 스티로폼은 자기소화성을 가진 난연성 원료로 생산되어 급격한 연소는 없었으나 화염의 지속적인 노출과 열에 의해 연소 및 용융이 계속 진행됨을 확인 할 수 있었다.
- 5분간 가열하였을 경우에는 화염접촉부에서 1,078℃, 내부 단열재의 온도는 352℃로 나타났다. 따라서 샌드위치 판넬 벽면에 부착한 드라이비트 마감재는 건물 내부 샌드위치판넬 내부 벽까지 고열과 화염이 전파되어 건물 내부 화재로 이어질 수 있음을 알 수 있었다.
- 화재원인은 용접작업 부주의에 의한 실화로 추정되며, 지하 1층 냉장실에 출입문을 설치하기 위해 벽체패널에 문틀로 사용할 사각형 파이프를 고정시키는 작업 중 용접을 완료한 부위에서 연기와 불꽃이 발생하였고, 용접작업 시 피접물이 빨갛게 달아올랐다는 작업자의 증언과 철의 온도상승에 따른 색상변화를 검토한 결과 피접물의 온도범위는 700-900℃로 추정되었다. 벽체패널로 사용된 샌드위치패널의 구조는 패널 절단작업자의 진술에 따라 추정해 보았을 때 양쪽 면이 두께 0.5㎜ 강판으로 되어 있고, 내부는 단열재인 우레탄폼과 글라스울로 구성되어 있는 것으로 확인되었다.
- 20초 경과 시 화염접촉부 온도는 995℃, 내부 단열재의 온도는 288℃로 A~E 재료 가운데 온도가 상대적으로 가장 높은 것으로 나타났으며, 120초 경과하면서 화염접촉부 온도는 1005℃, 내부달열재 온도는 363℃까지 상승하였으며, 300초 경과 시 에는 내부 단열재 온도가 422℃ 까지 증가하는 것으로 나타났다. 상대적으로 내부 단열재 온도가 가장 낮은 (E)재료의 온도와 비교하여 동일한 화염접촉 시간대 대비 4.85배 온도가 높은 것으로 나타났다. 상세한 온도는 Table 6에 나타내었다.
- 8에 나타내었다. 소손패턴을 살펴보면, 20초 경과 시 마감재가 탄화 및 소락되었으며, 300초 경과 후 미장스톤의 탄화흔이 확인되었다. 배면의 소손형태는 (C)와 같이 나타났으며, (A)재료의 배면 소손형태와는 다소 차이를 보이는 것으로 나타났는데 주성분과 구성성분에 따른 온도차이가 발생함으로 인해 연소 후 (D)와 같은 소손형태를 보였다.
- 600초 경과 후(D) 화염접촉부의 온도는 618℃, 내부 단열재 온도는 263℃로 측정되었다. 시간을 900초 까지 연장시 화염접촉부 온도는 시간에 비례하여 계속 온도가 상승하는 것으로 나타났으나, 단열재 내부 온도는 600초 까지는 263℃까지 상승하는 경향을 보이다가 900초에서는 149℃로 온도가 감소하는 것으로 나타났다. 온도 측정 결과에 대하여는 Table 7에 나타내었다.
- 2의 (A)는 화재현장에서 촬영된 부분 연소된 샌드위치패널이다. 용접작업자의 증언과 용접작업의 위험성 및 피접물인 벽체패널(샌드위치패널)의 화재 취약성을 검토한 결과 용접 시 발생한 4,000℃ 이상의 아크열에 의해 피접물(사각파이프, 앵글, 패널 절단부 마감형강)이 700~900℃까지 가열되어 샌드위치패널 내부의 우레탄폼이 고온의 피접물 및 용접불티에 의해 착화된 것으로 확인되었다. Fig.
- 화재원인은 용접작업 부주의에 의한 실화로 추정되며, 지하 1층 냉장실에 출입문을 설치하기 위해 벽체패널에 문틀로 사용할 사각형 파이프를 고정시키는 작업 중 용접을 완료한 부위에서 연기와 불꽃이 발생하였고, 용접작업 시 피접물이 빨갛게 달아올랐다는 작업자의 증언과 철의 온도상승에 따른 색상변화를 검토한 결과 피접물의 온도범위는 700-900℃로 추정되었다. 벽체패널로 사용된 샌드위치패널의 구조는 패널 절단작업자의 진술에 따라 추정해 보았을 때 양쪽 면이 두께 0.
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