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[국내논문] 화재피해 콘크리트의 수열온도에 따른 강도 및 색상 변화 연구
A Study on the Variation of Strength and Color According to Heated Temperatures of Fire­Damaged Concrete 원문보기

Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, v.8 no.3, 2020년, pp.325 - 332  

최광호 (남서울대학교 건축공학과)

초록
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화재피해 콘크리트 구조물의 안전진단 시, 기존 내구성 평가 방법으로는 고온으로 인한 강도감소 및 재료의 변화 등을 정량화하기가 어렵다. 특히, 두께별 손상도가 다른 공시체의 압축강도를 부재의 압축강도 저하의 대표 값으로 사용하고 있어 콘크리트의 깊이에 따른 손상도 변화를 반영하지 못하고 있다. 이 연구에서는 고온에 노출된 콘크리트의 손상깊이를 정량적으로 평가하기 위하여 400℃-800℃ 온도로 콘크리트 공시체를 전면 가열과 일면 가열 조건으로 가열실험을 수행하였다. 가열 후 전면 가열 공시체의 압축실험과, 일면 가열 공시체를 고온 노출면부터 20mm두께의 절편을 만든 후 각각에 대해 쪼갬 인장실험과 색조분석을 실시하였다. 실험결과, 공시체 절편의 쪼갬 인장강도로부터 산정된 압축강도 감소율이 전면 가열공시체의 압축강도 값과 평균 10% 이내로 나타났고, 색조분석 결과 400℃-600℃에서 빨강 색상, 700℃이상에서는 회색계열로 변색되는 일관적인 색상 값이 관찰된 바, 이 연구에서 제안한 기법은 수열온도의 추정과 콘크리트 잔존 압축강도와 손상깊이를 합리적으로 평가할 수 있는 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In the safety diagnosis of fire-damaged concrete structures, it is difficult to evaluate the strength and changes in materials due to high temperatures with the existing durability analysis method. In particular, the compressive strength of specimen with different damage levels by thickness is used ...

주제어

표/그림 (19)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이 연구에서는 고온에 노출된 콘크리트의 손상깊이 평가를 위하여, 공시체의 압축실험과 고온 노출면부터 20mm두께로 잘려진 절편들에 대하여 쪼갬인장실험과 색조분석을 수행하였다. 이를 통해 수열온도 추정 및 잔존 압축강도를 평가하였으며 이 연구의 범위 내에서는 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • 2009). 이 연구에서는, 화재로 고온에 노출된 콘크리트 부재의 손상깊이를 정량적으로 평가하기 위하여, 수열 온도, 색상변화 그리고 강도감소를 지표로 설정하고, 수열 온도별 색조분석과 압축강도 잔존률을 평가하기 위해 코아 공시체에 대한 직접 압축강도 실험과 공시체 절편에 대한 쪼갬 인장강도 실험 기법을 제안하고, 고온 특성변화를 고찰함으로써 화재 피해 콘크리트 건축물의 내구성 향상 및 지속가능성을 높이고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
수열온도 추정 및 잔존 압축강도를 평가한 결론은? 1) 고온 수열 공시체의 압축실험 결과, 상온의 57MPa 대비 잔존 압축강도비가 400℃에서 58%, 500℃에서 44%로 나타났으며, 600℃이상에서는 급격히 줄어들었다. 또한, 각 온도별 실험값 모두 BS 8110의 잔존 압축강도비 와 비교할 때 상한값 아래로 25% - 30% 차이를 보였다. 2) 공시체 절편의 쪼갬인장강도로부터 산정된 압축강도는 수열면에 가까운 순서대로 낮게 나타났다. 또한, 절편 실험체의 압축강도 감소율이 고온에 전면 노출된 공시체 값과 평균 10%이내로, 화재 후 콘크리트 부재의 손상도 평가 시, 공시체 절편에 대한 쪼갬 인장강도 분석이 손상깊이를 판정할 수 있는 합리적인 기법이 될 수 있음을 확인하였다. 3) 색조분석 결과, 수열면의 색상각은 400℃-600℃에서 75°정도의 빨강 색상인 반면 700℃이상 고온에서는 83°의 회색으로 변색되었다. 수열면에서 멀어질수록 400℃-500℃ 경우 상온 색상인 회색계열 색상으로 변하지만, 600℃-800℃의 고온 시는 여전히 빨강 색상을 띄는 것으로 나타났다. 이와 같이, 본 연구에서 적용된 색조분석 방법은 수열온도별 압축강도 저감정도를 평가하기 위한 비파괴방법으로 활용할 수 있을 것이다.
화재로 인해 고온에 노출된 콘크리트가 상온에서의 노후화 건축물의 성능저하와는 양상이 다른 이유는? 화재로 인해 고온에 노출된 콘크리트는 수열온도에 따라 재료 및 구조성능이 함께 변화되어 균열 및 압축강도 저하는 물론 색상 변화까지 발생하기 때문에 상온에서의 노후화 건축물의 성능저하와는 양상이 다르다. 일반적으로 화재로 손상된 콘크리트 재료나 건축물에 대한 손상도 평가는 상온 시의 내구성 평가와 마찬가지로, 육안관찰과 슈미트 해머나 초음파를 이용한 비파괴 검사, 현장에서 채취된 코아 공시체에 대한 압축강도와 페놀프탈레인 시약에 의한 변화로서 손상 깊이를 평가한다(Colombo and Felicetti 2007).
화재로 손상된 콘크리트 재료나 건축물에 대한 손상도 평가는 어떻게 하는가? 화재로 인해 고온에 노출된 콘크리트는 수열온도에 따라 재료 및 구조성능이 함께 변화되어 균열 및 압축강도 저하는 물론 색상 변화까지 발생하기 때문에 상온에서의 노후화 건축물의 성능저하와는 양상이 다르다. 일반적으로 화재로 손상된 콘크리트 재료나 건축물에 대한 손상도 평가는 상온 시의 내구성 평가와 마찬가지로, 육안관찰과 슈미트 해머나 초음파를 이용한 비파괴 검사, 현장에서 채취된 코아 공시체에 대한 압축강도와 페놀프탈레인 시약에 의한 변화로서 손상 깊이를 평가한다(Colombo and Felicetti 2007). 하지만, 화재피해 진단 시 이와 같은 내구성 평가 방법만으로는 부재 내부의 수열온도 변화와 고온에 의한 화학적 변화 및 색상 변화 등을 정량화하기가 어려워, 고온에 따른 성능저하 평가는 상온 시의 내구성 진단 평가에 보정치를 부여하는 구조 엔지니어의 주관적 판단에 의존하고 있는 실정이다.
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참고문헌 (7)

  1. Arioz, O. (2007). Effect of elevated temperatures on properties of concrete, Fire Safety Journal, 42(8), 516-522. 

  2. BSI Eurocode 2. (2004). Design of Concrete Structures-part 1-2 : General Rules - Structural Fire Design, 19-59. 

  3. Choi, K.H., Lee, J.W., Hong, K.P. (2006). A experimental study on the evaluation of deteriorated concrete member exposed one side at high temperature, Journal of the Korea Concrete Institute, 18(3), 431-438 [in Korean]. 

  4. Choi, K.H., Lee, J.W., Hong, K.P. (2009). Material property change in concrete exposed to high temperature, Journal of Asian Architecture And Building Engineering, 8(1), 175-182 [in Korean]. 

  5. Colombo, M., Felicetti, R. (2007). New NDT techniques for the assessment of fire-damaged cconcrete structures, Fire Safety Journal, 42(6-7), 461-472. 

  6. Short, N.R., Purkiss, J.A., Guise, S.E. (2001). Assessment of fire damaged concrete using colour image analysis, Construction and Building Materials, 15(1), 9-15. 

  7. Yuzer, N., Akoz, F., Ozturk, L.D. (2004). Compressive strength-color change relation in mortars at high temperature, Cement and Concrete Research, 34(10), 1803-1807. 

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