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문제 정의
- 그러므로, 본 연구에서는 고성능 콘크리트의 화재시 폭열방지를 목적으로 유리섬유, 탄소섬유 및 메탈라스 등 횡 구속재료의 변화에 따른 강도특성 및 화재를 상정한 내화시험 후의 폭열방지성능을 검토하므로써, 향후 고성능콘크리트의 폭열방지에 한 참고자료로 제시하고자 한다.
- 본 연구는 화재시 횡구속재료의 변화에 따른 고성능콘크리트의 폭열방지성능에 관한 기초적 연구로서 압축강도 및 화재를 상정한 내화시험 후 폭열특성에 관한 실험 결과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
- 같다. 즉, 실험요인으로 W/B는 플라이애시를 20% 치환한 30, 40%의 2수준에 대하여 횡구속을 하지 않은 플레인과 횡구속재로 유리섬유, 탄소섬유 및 메탈라스로서, 메탈라스는 눈금크기와 두께별 규격에 따라 총 6배 치를 실험 계획하였다. 이때, 목표 유동성은 고유동 콘크리트 범위인 60±5cm, 목표 공기량은 4.
- 즉, 실험요인으로 W/B는 플라이애시를 20% 치환한 30, 40%의 2수준에 대하여 횡구속을 하지 않은 플레인과 횡구속재로 유리섬유, 탄소섬유 및 메탈라스로서, 메탈라스는 눈금크기와 두께별 규격에 따라 총 6배 치를 실험 계획하였다. 이때, 목표 유동성은 고유동 콘크리트 범위인 60±5cm, 목표 공기량은 4.5±1.5%를 만족하도록 배합설계 하였다.
- 굳지않은 콘크리트의 실험으로 슬럼프는 KS F 2402, 슬럼프플로우는 슬럼프 측정이 끝난 후 최대직경과 이에 직교하는 직경의 평균치로 하였으며, 공기량 및 단위용적중량은 KS F 2421 및 KS F 2409에 의거 실시하였다. 경화 콘크리트의 압축강도는 KS F 2405에 의거 실시하였고, 내화시험은 한국 건설기술연구원의 바닥용 내화시험 가열로 내에 각 공시체를 수직으로 배치한 후, KS F 2257에서 규정하는 표준가열 곡선으로 1시간 가열을 실시하는 것으로 계획하였으나, 공시체의 폭열에 의한 가열로의 이상발생으로 40분만 가열하였다(그림 1). 내화시험후 폭열여부는 육안으로 관찰하여 조사하였고, 중량감소율은 내화시험 전후의 중량을 측정하여 구하였다.
- 경화 콘크리트의 압축강도는 KS F 2405에 의거 실시하였고, 내화시험은 한국 건설기술연구원의 바닥용 내화시험 가열로 내에 각 공시체를 수직으로 배치한 후, KS F 2257에서 규정하는 표준가열 곡선으로 1시간 가열을 실시하는 것으로 계획하였으나, 공시체의 폭열에 의한 가열로의 이상발생으로 40분만 가열하였다(그림 1). 내화시험후 폭열여부는 육안으로 관찰하여 조사하였고, 중량감소율은 내화시험 전후의 중량을 측정하여 구하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용한 시멘트는 국내산 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였고, 골재로서 잔골재는 충북 청원군 부강산 강모래, 굵은골재는 경기도 퇴촌산 20mm 부순 굵은 골재를 사용하였다. 혼화재로 플라이애시는 분급 정제된 보령 화력산을 사용하였고, 혼화제로 고성능감수제는 국내산 J사의 폴리칼본산계, AE제는 나프탈린계를 사용하였는데 각 재료의 물리적 성질은 표 3~6과 같다.
- 사용하였다. 혼화재로 플라이애시는 분급 정제된 보령 화력산을 사용하였고, 혼화제로 고성능감수제는 국내산 J사의 폴리칼본산계, AE제는 나프탈린계를 사용하였는데 각 재료의 물리적 성질은 표 3~6과 같다. 횡 구속 재로 유리섬유, 탄소섬유 및 메탈라스는 국내산으로 각 재료의 물리적 성질은 표 7과 같고, 메탈라스 종류별 눈금 크기와 두께는 표 8과 같다.
- 본 연구의 실험방법으로 콘크리트의 혼합은 강제식 팬믹서를 사용하였다. 굳지않은 콘크리트의 실험으로 슬럼프는 KS F 2402, 슬럼프플로우는 슬럼프 측정이 끝난 후 최대직경과 이에 직교하는 직경의 평균치로 하였으며, 공기량 및 단위용적중량은 KS F 2421 및 KS F 2409에 의거 실시하였다.
이론/모형
- 사용하였다. 굳지않은 콘크리트의 실험으로 슬럼프는 KS F 2402, 슬럼프플로우는 슬럼프 측정이 끝난 후 최대직경과 이에 직교하는 직경의 평균치로 하였으며, 공기량 및 단위용적중량은 KS F 2421 및 KS F 2409에 의거 실시하였다. 경화 콘크리트의 압축강도는 KS F 2405에 의거 실시하였고, 내화시험은 한국 건설기술연구원의 바닥용 내화시험 가열로 내에 각 공시체를 수직으로 배치한 후, KS F 2257에서 규정하는 표준가열 곡선으로 1시간 가열을 실시하는 것으로 계획하였으나, 공시체의 폭열에 의한 가열로의 이상발생으로 40분만 가열하였다(그림 1).
성능/효과
- W/B별 슬럼프플로우는 목표 유동성인 60±5cm를 만족하였고, 공기량도 목표공기량을 만족하였다. 이때, 단위용적 중량은 공기량과 반대경향으로 나타났다.
- 먼저, 재령 28일 압축강도는 W/B 30%의 경우 600 kgf/cm2 이상, W/B 40%의 경우 400kgf/cm2 이상의 고강도로 나타났다. 또한, 유리섬유 탄소섬유 및 메탈라스 규격변화에 따른 압축강도는 유리섬유보다 탄소섬유일 경우가 높게 나타났고, 메탈라스의 경우는 두께가 증가할수록 횡 구속력 증대에 기인하여 압축강도가 다소 증가하는 것으로 나타났다.
- 나타났다. 또한, 유리섬유 탄소섬유 및 메탈라스 규격변화에 따른 압축강도는 유리섬유보다 탄소섬유일 경우가 높게 나타났고, 메탈라스의 경우는 두께가 증가할수록 횡 구속력 증대에 기인하여 압축강도가 다소 증가하는 것으로 나타났다.
- 먼저, W/B별 횡구속하지 않은 플레인의 경우는 모두 형체를 알아볼 수 없을 정도로 심한 파괴폭열을 일으켰고, 유리섬유 및 탄소섬유로 횡구속한 경우는 플레인과마찬가지로 전부 심한 파괴폭열이 일어났는데, 이는 온도가 높아짐에 따라 고온에 견디지 못하고 콘크리트와의 부착력 저하로 폭열에 의해 섬유가 찢어지거나 벗겨져 구속력을 상실하는 것으로 폭열방지에 큰 효과가 없는 것으로 나타났다. 반면에 메탈라스로 횡구속한 경우는 W/B 40%의 Ml을 제외하고 대부분 박리폭열로서 형체를 유지하고 있어, 메탈라스 횡구속에 의한 폭열방지성능을 확인 할 수 있었다.
- 먼저, 잔존압축강도율은 플레인, 유리섬유 및 탄소섬유로 횡구속한 경우 거의 대부분 폭열을 일으켜 압축강도 측정이 불가능하였고, 메탈라스로 횡구속한 경우는 메탈라스 두께가 증가할수록 공시체의 횡구속력 증가에 의한 폭열방지 효과로 잔존압축강도가 증가하는 것으로 나타났는데, 메탈라스 M3 및 M4의 경우는 가열전과 비교하여 80% 전후로 높은 잔존압축강도율을 나타내었다.
- 먼저, 섬유로 횡구속하지 않은 플레인과 유리섬유 및 탄소섬유의 경우는 형체를 찾아볼 수 없을 정도의 심한 파괴 폭열로 인하여 중량감소율이 45 ~55%로 크게 나타난 반면, 메탈라스로 횡구속한 경우는 대부분 박리 폭열로서 메탈라스의 두께가 증가할수록 중량감소율이 적게 나타났다.
- 1) 경화콘크리트의 특성으로 압축강도는 유리섬유, 탄소섬유 및 메탈라스로 횡구속 했을 경우 약간 증가하는 것으로 나타났다. 횡구속재별 압축강도는 유리섬유, 탄소섬유로 횡구속한 경우 메탈라스 M4 (두께 1.
- 나타났다. 횡구속재별 압축강도는 유리섬유, 탄소섬유로 횡구속한 경우 메탈라스 M4 (두께 1.6mm) 의 압축강도와 비슷한 것으로 나타났고, 또한 메탈라스의 규격변화에서는 두께가 증가할수록 메탈라스의 횡 구속력 증대로 다소 증가하는 경향이 나타났다.
- 2) 내화시험 후 폭열특성으로, 횡구속하지 않은 플레인의경우 모두 심한 파괴폭열을 일으켰고, 유리섬유, 탄소섬유로 횡구속한 경우는 섬유가 고온에 녹거나 혹은 부착력 저하 등에 기인된 횡구속력의 상실로 거의 대부분 심한 파괴폭열을 유발하여 폭열방지의 효과는 크지 않은 것으로 분석된다. 그러나, 메탈라스로 횡 구속한 경우에는 메탈라스 두께가 두꺼울수록 폭열방지 효과가 우수한 것으로 나타났다.
- 않은 것으로 분석된다. 그러나, 메탈라스로 횡 구속한 경우에는 메탈라스 두께가 두꺼울수록 폭열방지 효과가 우수한 것으로 나타났다.
- 3) 화재시험후 잔존압축강도율로서, 플레인, 유리섬유 및 탄소섬유로 횡구속한 경우는 심한 파괴폭열이 일어나 압축강도의 측정이 불가능하였으나, 메탈라스의 규격변화에 따른 잔존압축강도는 메탈라스의 두께가 증가할수록 횡구속에 의한 폭열방지효과에 기인하여 증가하였고, 특히 메탈라스 M3, M4는 80% 전후의 높은 잔존 강도율을 나타내었다.
- 이상을 종합하면, 유리섬유 및 탄소섬유의 횡구속에 의한 폭열방지 효과는 없는 것으로 나타났으나, M3 이상의 메탈라스로 횡구속된 고성능 콘크리트는 화재시 폭열방지성능이 우수함을 확인할 수 있었다.
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