경량기포 콘크리트를 이용한 석재패널 부착 고강도 RC 기둥의 내화 및 폭렬특성 Properties of the Spalling and Fire Resistance on the High Strength RC Column attached with the Stone Panel Using Lightweight Foamed Concrete원문보기
This study discussed the prevention of the spalling and improvement of the fire resistance performance how to fill up lightweight foamed concrete on high strength RC column attached with the stone panel. The destructive spalling extremely occur caused by sudden high temperature and increased vapor p...
This study discussed the prevention of the spalling and improvement of the fire resistance performance how to fill up lightweight foamed concrete on high strength RC column attached with the stone panel. The destructive spalling extremely occur caused by sudden high temperature and increased vapor pressure corresponding to falling the ston panel at all RC column, and the steel bar is exposed. The stone panel fall off about 30 minutes and spalling occur about 70 minutes on Plan RC column, fire endurance paint, and fire endurance mortar, so it can be confirmed that fire endurance paint and mortar, which is used as fire endurance material, are not effective. In the other side, it can be protected from fire about $120{\sim}140$ minutes when the lightweight foamed concrete is used as fire endurance material. For the weight loss after the fire test, plain is 33, fire endurance paint is 37%, and fire endurance mortar s 40.7%. And W/B 60%-3 is 53.4%, 60%-1.5 is 40.1%,65%-3 is 39.4%, and 65%-1.5% is 47.1. Overall, the weight loss of the plain is lower than that of the lightweight foamed concrete.
This study discussed the prevention of the spalling and improvement of the fire resistance performance how to fill up lightweight foamed concrete on high strength RC column attached with the stone panel. The destructive spalling extremely occur caused by sudden high temperature and increased vapor pressure corresponding to falling the ston panel at all RC column, and the steel bar is exposed. The stone panel fall off about 30 minutes and spalling occur about 70 minutes on Plan RC column, fire endurance paint, and fire endurance mortar, so it can be confirmed that fire endurance paint and mortar, which is used as fire endurance material, are not effective. In the other side, it can be protected from fire about $120{\sim}140$ minutes when the lightweight foamed concrete is used as fire endurance material. For the weight loss after the fire test, plain is 33, fire endurance paint is 37%, and fire endurance mortar s 40.7%. And W/B 60%-3 is 53.4%, 60%-1.5 is 40.1%,65%-3 is 39.4%, and 65%-1.5% is 47.1. Overall, the weight loss of the plain is lower than that of the lightweight foamed concrete.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 석재패널이 부착된 고강도 콘크리트를 사용한 RC 기등에 기존 연구를 통해 개발된 경량기포 콘크리트를 충전하여 내화시험을 실시한 후 폭렬성상 및 질량감소율 등을 검토함으로써, 석재패널로 마감된 고강도 RC 기둥의 폭렬방지 및 내화성능 향상방안을 제시하고자 한다.
본 연구는 석재패널이 부착된 고강도 RC 기등에 경량 기포콘크리트를 충전시켜 폭렬방지 및 내화성능 향상방안을 제시하고자 하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
이에 본 연구팀에서는 우수한 단열성, 경량성 및 시공성을 지닌 경량기포 콘크리트를 석재패널과 콘크리트 구체 사이에 충전하여 폭렬을 방지하는 공법을 개발 중에 있는데, 경량 기포콘크리트의 타설 시의 소포에 의한 체적감소, 과다한 균열 발생과 같은 문제점을 해결한 내화공법용 경량기포 콘크리트의 최적배합비를 결정한바 있다.
제안 방법
내화실험은 한국건설기술연구원의 바닥가열로 내에 모의 구조체를 설치한 후 ISO 834에서 규정된 표준가열곡선으로 3시간 비가력 조건으로 가열을 실시하였다. 이때, RC 기등의 온도 이력을 미리 매립한 열전대를 이용해 1분 간격으로 측정하였으며, 내화시험 후 폭렬여부를 육안으로 관찰하였고, 폭렬발생정도에 따른 질량감소율을 측정하였다.
먼저, 모체 콘크리트의 배합사항으로 W/B 25%의 1수준에 대해 시멘트에 대한 질량비로 FA 20%, SF 10%로 치환하였으며, 목표 슬럼프 700+100mm, 목표 공기량 3.0±1.0%를 만족하도록 배합설계 하였다.
실험변수로 석재패널 부착방법은 기존에 일반적으로 사용되는 건식공법, 건식공법으로 마감한 후 연결철물에 내화페인트 도포 방식, 내화모르타르 피복 방식으로 하며, 선행연구에서 개발된 내화용 경량기포 콘크리트로 충전하는 방식에서 두께 변화 2수준(3, 1.5cm), W/B 변화 2수준(60, 65%)의 총 7수준을 실험계획 하였다.
실험사항으로는 내화시험 후의 폭렬유무, 질량감소율, 온도 이력 등을 측정하도록 하였다.
비가력 조건으로 가열을 실시하였다. 이때, RC 기등의 온도 이력을 미리 매립한 열전대를 이용해 1분 간격으로 측정하였으며, 내화시험 후 폭렬여부를 육안으로 관찰하였고, 폭렬발생정도에 따른 질량감소율을 측정하였다.
대상 데이터
본 실험의 사용재료로 시멘트는 국내산 보통 포틀랜드 시멘트(밀도 3.15g/c此 분말도: 3, 302响g)를 사용하였고, 잔골재는 천연모래와 부순모래를 1:1로 혼합한 혼합모래(밀도: 2.61g/crf, 조립률: 2.7)를 사용하였으며, 굵은골재는 충북 옥산산 20mm 부순 굵은골재(밀도: 2.66g/c此 조립률: 6, 56)를 사용하였다.
본 연구의 실험방법으로 콘크리트의 혼합은 강제식 팬 타입 믹서를 사용하였다. 굳지않은 콘크리트의 실험으로 슬럼프는 KS F 2402, 슬럼프 플로우는 KS F 2594, 단위용적질량과 공기량은 KS F 2421 및 KS F 2409 규정에 의거 측정하였다.
석재패널의 경우 국내산 두께 30mm 화강암 석재패널을 사용하였다.
한편, 내화용 충전재로 사용할 경량기포 콘크리트는 선행연구에서 최적배합(W/B 60-65%, 단위용적질량・450kg/m3, OPC: CKD:극세사=73:18:9)으로 도출된 것을 사용했다.
사용하였다. 굳지않은 콘크리트의 실험으로 슬럼프는 KS F 2402, 슬럼프 플로우는 KS F 2594, 단위용적질량과 공기량은 KS F 2421 및 KS F 2409 규정에 의거 측정하였다. 그림 2는 ISO 834에 규정 된 표준 온도가열곡선을 나타낸 것이다.
성능/효과
1) RC 기등은 모든 수준에서 석재의 탈락으로 인한 급격한 고온과 내부 수증기압으로 심한 파괴폭렬이 일어나 철근이 노출되었다.
2) Plain RC 기둥부재 및 내화도료와 내화모르타르의 경우 30분경에 석재패널이 탈락하였으며, 70분 전후에 폭렬이 발생하여 기존의 내화공법이 실질적으로 효과가 없다는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 경량기포 콘크리트를 내화용 충전재로 사용 시는 충전두께에 따른 차이는 있으나 약 2시간정도의 내화성능은 확보되는 것으로 확인되었다.
3) 내화시험 후의 질량감소율은 Plain RC 기둥부재의 경우 33%, 내화도료 37%, 내화모르타르 40.7%이었으며, 석재패널의 건식접합 후 W/B 60%의 경량기포 콘크리트의 경우는 충전두께 3cm일 때 53.4%, 1.5cm일 때 40.1%, W/B 60%의 경우는 충전두께 3cm일 때 39.4%, 1.5cm일 때 47.1%로 Plain보다 높게 나타났다.
내화시험 후의 질량감소율은 파괴폭렬으로 인해 매우 높게 나타났는데, Plain RC 기둥부재의 경우 33%, 내화도료 33.6% 및 내화모르타르 38%로 유사하게 나타났는데 이는 초기에 폭렬이 발생하였기 때문으로 사료되며, 석재패널의 건식접합 후 W/B 60%의 경량기포 콘크리트의 경우는 충전두께 3cm일 때 53.4%, 1.5cm일 때 40.1%를 나타냈으며, W/B 60%의 경우는 충전두꺼 3cm일 때 39.4%, 1.5cm일 때 47.1%를 나타내어 모두 Plain보다 높게 나타났다. 이는 높은 W/B를 지닌 경 량기포 콘크리트의 수분이 콘크리트의 내부 수증기압을 증가시킨 요인과 경량기포 콘크리트의 그라우팅에 의한 결과로써, 가열 중반까지는 견디다가 고열에 석재가 열화하면서 1000'。가 넘는 극심한 고온에 모체가 노출하게 되어 보다 심한 파괴폭렬이 나타난 것으로 판단된다.
확인할 수 있었다. 또한, 경량기포 콘크리트를 내화용 충전재로 사용 시는 충전두께에 따른 차이는 있으나 약 2시간정도의 내화성능은 확보되는 것으로 확인되었다.
본 연구에 사용된 RC 기등은 전술한 바와 같이 모든 수준에서 정도 및 발생 시기에 차이는 있지만, 폭렬이 발생하였으며, 실험변수에 따른 시험체 중심 및 주근 위치의 온도는 차이를 나타냈다.
석재패 널의 건식접 합에 사용되는 내 화도료와 내 화 모르타르의 경우는 70분 전후에 폭렬이 발생하여 기존의 내화공법이 실질적으로 효과가 없다는 것을 확인할 수 있었다. 내화도료의 경우는 표면부에서 108기C, 주근부에서 1044C까지 상승하여가 열로 내의 온도와 거의 유사하였는데 이는 폭렬로 인해 열전대가 외부로 노출되었기 때문으로 판단된다.
선행연구에서 개발된 내화용 경량기포 콘크리트를 충전한 시험체의 온도이력을 확인해 본 결과, W/B 60%에 충전두께 3cm의 경우는 130분경, 충전두께 1.5cm일 때는 105분경, 그리고 W/B 65%에 충전두께 3cm의 경우는 140분경, 충전두께 1.5cm일 때는 110분경에 주근위치의 온도가 급격히 상승하여 시험체에 폭렬이 발생한 것으로 추정된다. 또한, 경량기포 콘크리트를 충전한 경우는 모두 10001이상에서 폭렬이 발생하였는데, 이러한 고온에서의 폭렬이 다른 수준에 비해 심한 폭렬이 발생한 주된 원인으로 사료된다.
또한, 경량기포 콘크리트를 충전한 경우는 모두 10001이상에서 폭렬이 발생하였는데, 이러한 고온에서의 폭렬이 다른 수준에 비해 심한 폭렬이 발생한 주된 원인으로 사료된다. 이 결과로 미루어볼 때 배합 및 충전두께에 따른 약간의 차이는 있었으나 경량기포 콘크리트를 내화용 충전재로써 사용하였을 시 약 120440분의 내화성능을 확보할 수 있는 것으로 사료되며 경량기포 콘크리트의 충전두께에 따라 3시간의 내화성능도 확보할 수 있을 것으로 사료된다.
후속연구
이상을 종합하면, 석재마감재가 부착된 고강도 RC 기둥의 폭렬방지 및 내화성능 향상을 위해서는 석재패널의 탈락을 방지하여 콘크리트면이 노출되는 것을 방지해야 하며, 요구한 3 시간의 내화성능을 확인하기 위해 경량기포 콘크리트를 내화용 충전재로 하는 경우 적절한 두께의 확보가 필요하며, 이에 대한 추가적인 연구가 요구된다.
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