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복합섬유가 혼입된 고강도 콘크리트의 고온가열에 따른 성능 평가
Performance Evaluation of High Strength Concrete with Composite Fibers in Accordance with High Temperature 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.19 no.6, 2015년, pp.63 - 71  

김승기 (금오공과대학교 일반대학원 건축공학과) ,  김우석 (금오공과대학교 건축학부)

초록
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본 연구는 섬유를 혼입한 고강도 콘크리트의 온도 변화에 따른 내화특성 분석에 관한 연구로 고강도 콘크리트에 고온이 가해질 경우 발생되는 폭렬현상에 대하여 방지효과가 있는 것으로 알려져 있는 하이브리드섬유와 강섬유를 함께 혼입하여 만든 복합섬유를 사용하여 온도 변화($100{\sim}800^{\circ}C$)에 따른 고강도 콘크리트의 내화특성 및 역학적 메커니즘을 분석하였다. 또한 본 논문에서는 고강도 콘크리트 구조물에서 가장 문제가 되는 폭렬현상을 막는 대책 중의 하나인 섬유 혼입을 통한 방법을 사용하여 SEM 및 XRD 분석 등의 방법으로 고온을 받은 고강도 콘크리트의 열적 특성 및 역학적 특성을 규명하고자 하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The objective of the present study is to investigate how elevated temperature ranging from $100^{\circ}C$ to $800^{\circ}C$ as well as room temperature affects the variation of mechanical properties of high strength concrete ($over\;f_{ck}=60MPa\;grade$). In this exp...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이 두 섬유는 단일 섬유로 사용하였을 때도 폭렬방지에 효과적이지만 두 섬유를 함께 혼입하여 사용할 경우 단일로 사용할 때보다 낮은 혼입률에서 폭렬이 방지되는 연구결과가 있다. 따라서 본 연구에서는 복합섬유를 폭렬방지를 위해 사용하고 이에 더해 콘크리트의 휨강도 및 휨인성 등의 증진에 효과가 있는 강섬유를 추가로 혼입하여 고강도 콘크리트의 고온가열 시 특성변화에 대한 연구를 진행하고자 한다.
  • 본 연구에서는 섬유가 혼입된 60 MPa급 고강도 콘크리트의 고온 가열 시 콘크리트의 역학적 특성변화에 대해 조사하였다. 실험에 사용한 콘크리트 배합비는 Table 1과 같다.
  • 본 연구에서는 하이브리드 섬유와 강섬유를 혼입한 고강도 콘크리트의 내화실험 후의 열적, 역학적 특성에 대한 연구를 진행하였으며 실험결과를 통해 다음과 같은 결론을 얻었다
  • 선행논문들의 분석 결과, 단일로 섬유를 사용하였을 때보다 복합섬유를 사용하였을 때 폭렬방지 및 내화성능 향상에 효과적인 결과를 나타내었다. 이에 본 연구에서는 기존에 폭렬방지에 효과적이라고 알려진 PP섬유, NY섬유와 콘크리트의 휨성능을 향상시키고 PP섬유와 함께 사용할 때 열특성을 향상시킬 수 있는 강섬유를 함께 혼입하여 성능 향상과 고온을 받은 고강도 콘크리트의 성능 예측을 위한 기초자료로 활용하고자 한다.
  • 고강도 콘크리트를 사용한 건물에 화재가 발생하면 콘크리트 표면에 균열, 박리 등이 발생하며 심한 경우 폭렬(spalling)현상이 발생한다. 이와 관련하여 본 연구에서는 고강도 콘크리트의 폭렬을 방지하는 방법 중의 하나인 콘크리트 내부에 섬유를 혼입하는 방법에 대한 연구를 진행하려 한다. 섬유를 혼입하여 폭렬을 방지하는 방법에 대한 연구는 국내·외에서 많은 연구가 진행되고 있다(Kodur and Sultan, 2003; Behnood and Ghandehari, 2009; Han et al.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
콘크리트의 폭렬방지에 효과적인 섬유에는 무엇이 있는가? , 2014). 많은 섬유들 중 폭렬방지에 효과적인 섬유로는 폴리프로필렌(이하 PP) 섬유와 나일론(이하 NY) 섬유가 있다. 이 두 섬유는 단일 섬유로 사용하였을 때도 폭렬방지에 효과 적이지만 두 섬유를 함께 혼입하여 사용할 경우 단일로 사용할 때보다 낮은 혼입률에서 폭렬이 방지되는 연구결과가 있다.
고강도 콘크리트를 사용한 건물은 화재 발생 시 무엇이 발생하는가? 최근 건축물들이 초고층화, 대형화되는 추세에 따라 고강도 콘크리트의 수요가 증가하고 있는데, 고강도 콘크리트의 사용을 위해 고강도콘크리트의 장점뿐만 아니라 취약한 부분을 개선하는 연구에 대해서도 활발히 진행되고 있다. 고강도 콘크리트를 사용한 건물에 화재가 발생하면 콘크리트 표면에 균열, 박리 등이 발생하며 심한 경우 폭렬(spalling)현상이 발생한다. 이와 관련하여 본 연구에서는 고강도 콘크리트의 폭렬을 방지하는 방법 중의 하나인 콘크리트 내부에 섬유를 혼입하는 방법에 대한 연구를 진행하려 한다.
하이브리드 섬유와 강섬유를 혼입한 고강도 콘크리트의 내화 실험 후의 열적, 역학적 특성에 대한 본 연구에서, SEM 분석 결과 고온에서 섬유가 녹으면서 어떤 역할을 하는 것을 확인할 수 있었는가? (4) SEM 분석결과 고온에서 섬유가 녹으면서 수분이 빠져나가는 통로(path)역할을 하는 것을 확인할 수 있었다. 200°C 와 300°C의 SEM분석사진을 살펴보면 섬유의 용융점을넘는 온도임에도 해당 섬유가 녹지 않은 것을 관찰 할 수있는데, 이에 대한 원인은 목표온도에서 1시간 유지하는 것으로 공시체 중심까지 동일한 온도에 도달하지 못한 것이거나, 선행논문에서 나타난 PP섬유와 강섬유를 함께 사용할 때 PP섬유만을 사용한 경우보다 낮은 온도분포를 보이는 것 때문인 것으로 판단된다.
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참고문헌 (15)

  1. Behnood, A., and Ghandehari, M. (2009), Comparison of Compressive and Splitting Tensile Strength of High-Strength Concrete with and without Polypropylene Fibers Heated to High Temperature, Fire Safety Journal, 44, 1015-1022. 

  2. Han, M. C., and Choi, H. K. (2011), The Effect on Mechanical Properties and Micro-structure of High Strength Concrete at Elevated Temperature, Journal of Architectural Institute of Korea, 27(3), 123-130. 

  3. Han, C. G., and Kim, W. K. (2009), An Experimental Study on the Curing Method and PP Fiber Mixing Ratio on Spalling Resistance of High Strength Concrete, Journal of the Korea Institute of Building Construction, 9(6), 113-119. 

  4. Han, C. G., Kim, S. S., Kim, S. S., and Pei, C. C. (2008), Spalling Prevention of High Strength Concrete Due to Hybrid Organic Fiber and Different Lengths of Polypropylene Fibers, Journal of Architectural Institute of Korea, 24(2), 61-68. 

  5. Jang, K. H., Pei, C. C., Jin, H. L., Jee, S. W., Yang, S. H., and Han, C. G. (2007), The fire resistance properties of the high strength concrete with various contents of nylon and polypropylene fibers, Proceeding of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, 11(1), 311-314. 

  6. Kang, Y. H., Kang, C. H., Choi, H. G., Shin, H. J., and Kim, W. J.(2014), Compressive Properties of Ultra High Strength Concrete Exposed to High Temperature, Journal of the Korea Concrete Institute, 26(3), 377-384. 

  7. Kim, W. S., Kang, T. H.-K., and Kim, W. J. (2014), State-of- Art Research and Experimental Assessment on Fire-Resistance Properties of High Strength Concrete, Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, 18(3), 28-39. 

  8. Kim, W. S., Kim, S. K., Lee, H. J., Lee, H. S., Kang, Y. H., and Kim, W. J. (2014), A Study of Characteristic Change of High Strength Concrete with Hybrid Fibers & Steel Fibers at High Temperature, Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, 26(2), 435-436. 

  9. Kim, H. Y., Seo, K. W., Lee, W. J., Kim, N. H., and Park, C. G. (2004), Effect of fiber blending on material property of hybrid fiber reinforced concrete, Proceedings of the Korea Concrete Institute, 16(2), 349-352 

  10. Kim, J. H., Shin, Y. S., Moon, K. H., Park, C. G., and Kim, J. S. (2011), Fire Resistance Performance of High Strength Concrete Column with Hybrid Fiber Reinforcement, Journal of Architectural Institute of Korea, 27(5), 85-92. 

  11. Kodur, V., and Sultan, M. A. (2003), Effect of Temperature on Thermal Properties of High-Strength Concrete, Journal of Materials in Civil Engineering, 15(2), 101-107. 

  12. Lee, H. S., Kang, Y. H., Kim, W. S., and Kim, W. J. (2014), Mechanical properties of high strength concrete mixed with hybrid fibers under high temperature, Proceeding of the Korea Concrete Institute, 26(2), 355-356. 

  13. Park, J. M. (2009), An Experimental Study about Fire Resistance Characteristics of High Strength Concrete with Polypropylene Fiber and Steel Fiber, Master thesis, Konkuk Univ., Dept. of Architectural Engineering. 

  14. Reis, M., Neves, I., Tadeu, A., and Rodrigues, J. (2001), High-Temperature Compressive Strength of Steel Fiber High-Strength Concrete, Journal of Materials in Civil Engineering, 13(3), 230-234. 

  15. Yoon, M. H., Kim, G. Y., Lee, T. G., Shin, K. S., Lee, W. J., and Lee, J. H. (2012), Spalling properties of ultra high strength concrete according to the melting and vaporization point of mixed fiber, Proceedings of the Korea Concrete Institute, 24(1), 865-866. 

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