유기 섬유 혼입 고강도 콘크리트 부재의 평가 방법에 따른 내화성능 변화에 관한 연구 The Variations on The Fire Resistance of High Strength Concrete Column Incorporating Organic Fiber with Assessment Methods원문보기
내화 성능은 화재에 견디는 부재의 능력을 나타내는 하나의 척도이다. 콘크리트 기둥에서 내화성능은 많은 요인에 영향을 받는데, 주요 인자로는 강도, 밀도, 수분 상태, 화재 강도, 기둥의 크기 및 형상, 철근 상세, 하중 상태 및 골재 형태 등이 있다. 그런데, 고강도 콘크리트는 보통강도 콘크리트에 비하여 폭렬이 쉽게 발생하는 것으로 알려져 있다. 그리고 화재 시 고강도 콘크리트 기둥의거동은 이러한 폭렬에 큰 영향을 받는다. 따라서 폭렬제어를 위하여 PP섬유를 혼입하는 방법이 연구되고 있고 건설현장에서 성공적으로 적용되고 있다. 그런데 이러한 고강도 콘크리트의 내화 특성 향상뿐만 아니라 고강도 콘크리트 기둥의 내화 성능 평가 방법의 정립 또한 중요한 문제라고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 폭렬이 제어된 고강도 콘크리트 기둥에 대하여 내화 성능 평가 방법에 따라 그 성능의 변화 양상에 대하여 연구를 수행하였다.
내화 성능은 화재에 견디는 부재의 능력을 나타내는 하나의 척도이다. 콘크리트 기둥에서 내화성능은 많은 요인에 영향을 받는데, 주요 인자로는 강도, 밀도, 수분 상태, 화재 강도, 기둥의 크기 및 형상, 철근 상세, 하중 상태 및 골재 형태 등이 있다. 그런데, 고강도 콘크리트는 보통강도 콘크리트에 비하여 폭렬이 쉽게 발생하는 것으로 알려져 있다. 그리고 화재 시 고강도 콘크리트 기둥의거동은 이러한 폭렬에 큰 영향을 받는다. 따라서 폭렬제어를 위하여 PP섬유를 혼입하는 방법이 연구되고 있고 건설현장에서 성공적으로 적용되고 있다. 그런데 이러한 고강도 콘크리트의 내화 특성 향상뿐만 아니라 고강도 콘크리트 기둥의 내화 성능 평가 방법의 정립 또한 중요한 문제라고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 폭렬이 제어된 고강도 콘크리트 기둥에 대하여 내화 성능 평가 방법에 따라 그 성능의 변화 양상에 대하여 연구를 수행하였다.
Fire resistance is a measure of the ability of building element to resist a fire. For concrete columns, the fire resistance depends on many factors, including strength, density, and moisture content of concrete, fire intensity, column size and shape, reinforcement detail, loading condition, and aggr...
Fire resistance is a measure of the ability of building element to resist a fire. For concrete columns, the fire resistance depends on many factors, including strength, density, and moisture content of concrete, fire intensity, column size and shape, reinforcement detail, loading condition, and aggregate type etc. However, it is well-known that the high strength concrete (HSC) is more susceptible to spalling than normal strength concrete (NSC) and the behaviour of HSC column exposed to fire is significantly affected by the spalling. Recently, as one of the measures to reduce the spalling of HSC, incorporating polypropylene(PP) fiber has been investigated and successfully used in construction fields. However, the establishment of assessment method on the fire resistance of HSC column is very important as well as the improvement of fire performance of HSC. In this study, the variations on the fire resistance of HSC column with assessment methods was studied for the columns controlled the concrete spalling by PP fiber.
Fire resistance is a measure of the ability of building element to resist a fire. For concrete columns, the fire resistance depends on many factors, including strength, density, and moisture content of concrete, fire intensity, column size and shape, reinforcement detail, loading condition, and aggregate type etc. However, it is well-known that the high strength concrete (HSC) is more susceptible to spalling than normal strength concrete (NSC) and the behaviour of HSC column exposed to fire is significantly affected by the spalling. Recently, as one of the measures to reduce the spalling of HSC, incorporating polypropylene(PP) fiber has been investigated and successfully used in construction fields. However, the establishment of assessment method on the fire resistance of HSC column is very important as well as the improvement of fire performance of HSC. In this study, the variations on the fire resistance of HSC column with assessment methods was studied for the columns controlled the concrete spalling by PP fiber.
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문제 정의
본 연구에서는 내화 성능 평가 방법에 따라 유기 섬유를 혼입하여 폭렬이 제어된 고강도 콘크리트 기둥의 내화 성능 변화에 대하여 살펴보았으며, 결론은 다음과 같다.
이와 같이 고강도 콘크리트에 대한 폭렬 저감 등의 내화 성능 향상에 대한 연구와 더불어 중요한 상항으로서는 부재의 적절한 내화 성능 방법의 정립이라고 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 유기 섬유 등을 혼입하여 콘크리트의 폭렬이 제어된 고강도 콘크리트 기둥에 대하여 내화 성능 평가 방법에 따라 그 성능이 어떻게 변화양상을 파악하여, 향후에 보다 개선된 평가 방법 정립을 위한 기초 자료를 제시하고자 한다.
이론/모형
이와 같이 재하가열시험방법을 사용하여 기둥의 내화성능을 평가하는 KS F 2257-7의 내화 성능 기준은 KS F 2257-1 "건축 부재의 내화 시험 방법-일반 요구 사항“에 따르게 되어 있다.
성능/효과
1) 비재하가열시험법에 의한 내화 성능 평가 시, 내화 성능은 최대온도보다는 평균온도로 결정되는 것으로 나타났다.
120-500 시험체와 150-500 시험체를 비교해보면, 온도 기준에 따른 내화 성능이 크게 증가하는 것으로 나타났다. 피복이 40mm인 경우 2시간 내화 등급이 나타났지만, 피복이 70mm로 증가를 하면 3시간 내화 등급이 확보되는 것으로 나타났다.
2) 기둥 변위기준과 주철근 온도기준에 따라 내화 성능을 평가한 결과, 온도기준에 따른 평가 방법은 기둥의 내화 성능을 과소 평가하는 것으로 나타났다.
3) 비재하가열시험에 의한 내화 성능 평가 시, 3시간 내화 등급을 확보하기 위한 최적의 피복 두께는 40~70mm 사이에 존재하는 것으로 나타났다.
기둥 수축량을 기준으로 하는 재하가열시험과 온도를 기준으로 하는 비재하가열시험에 따른 내화성능을 비교해보면 그 차이가 큰 것으로 나타났다. 120-305 시험체의 경우, 기둥 수축량 기준으로는 176분, 온도기준으 로는 114분으로 약 62분 차이가 나타났다.
표 2에 나타낸 바와 같이 국내 비재하가열시험방법에 의한 온도 기준인 평균 538℃, 최대 649℃에 대한 각각의 내화 성능을 비교해보면, 최대 온도를 기준으로 한 내화 성능이 약간 큰 것으로 나타났지만, 거의 유사한 것으로 나타났다. 따라서 본 연구의 범위 내에서 고강도 콘크리트 기둥에서 폭렬 거의 발생하지 않는다면, 내화 성능은 주철근의 평균 온도에 의해 결정된다고 판단된다. 그리고 우리 나라와 일본의 온도 기준에 의한 내화 성능을 비교해 보면, 우리나라 평가 방법에 따른 내화 성능이 높은데, 이는 물론 온도기준이 일본은 500℃, 우리나라는 538℃이기 때문이다.
이는 우리나라 기둥 수축량 기준으로는 2시간 내화 등급, 온도기준으로는 1시간 내화 등급을 가지는 것으로 평가되었지만 일본 온도기준 으로는 1시간 내화 등급을 가지는 것으로 나타났다. 또한 120-500 시험체의 경우 기둥 수축량 기준으로는 240분 이상, 온도기준으로는 145분으로서, 우리나라 기준으로서 각각 3시간 내화 등급, 2시간 내화 등급을 가지는 것으로 평가 되었다. 그러나 일본 온도 기준으로는 1시간 내화 등급을 가지는 것으로 나타났다.
표 2에 나타낸 바와 같이 국내 비재하가열시험방법에 의한 온도 기준인 평균 538℃, 최대 649℃에 대한 각각의 내화 성능을 비교해보면, 최대 온도를 기준으로 한 내화 성능이 약간 큰 것으로 나타났지만, 거의 유사한 것으로 나타났다. 따라서 본 연구의 범위 내에서 고강도 콘크리트 기둥에서 폭렬 거의 발생하지 않는다면, 내화 성능은 주철근의 평균 온도에 의해 결정된다고 판단된다.
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