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문제 정의
- 본 연구는 초고온에서 내열성능이 우수한 알루미노 실리케이트계 내화보드를 고강도 콘크리트에 건식 내화피복 시공함으로써 기존공정에 영향 없이 적용 가능하고 구조체의 폭렬현상을 방지할 수 있는 건식 내화피복 시스템의 내화성능을 평가하였다. 또한 알루미노 실리케이트계 내화보드를 C- STUD를 이용하여 건식 시공한 고강도 콘크리트 폭렬방지 건식 내화피복 시스템의 Mock-up 시험을 통해 그 적용성을 평가하였다.
- 본 연구에서는 고강도 콘크리트 폭렬방지 대책의 일환으로 내화성능 및 현장적용성이 우수한 고품질의 알루미노 실리케이트계 내화보드를 이용하여 고강도 콘크리트에 건식 피복 시공한 부재의 내화성능을 검토하고 건축자재로서의 현장적용성에 대하여 검토하였다.
- 이에 본 연구에서는 내열성능 및 내화성능이 뛰어난 알루미노 실리케이트계 내화보드를 C-STUD를 이용한 건식내화피복 시공을 통해 고강도 콘크리트 폭렬방지 건식 내화피복 시스템의 적용성을 평가하였다.
제안 방법
- Mock-up 시험에 사용된 알루미노 실리케이트계 내화보드의 특성은 표 2에 나타낸 바와 같으며 그림 2와 같은 구조로 적용성 평가를 실시하였다.
- 내열성능이 우수한 알루미노 실리케이트계 내화보드를 C-STUD를 이용하여 건식 내화피복 시공한 고강도 콘크리트의 내화성능 평가 및 현장적용성 평가를 바탕으로 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 본 연구는 초고온에서 내열성능이 우수한 알루미노 실리케이트계 내화보드를 고강도 콘크리트에 건식 내화피복 시공함으로써 기존공정에 영향 없이 적용 가능하고 구조체의 폭렬현상을 방지할 수 있는 건식 내화피복 시스템의 내화성능을 평가하였다. 또한 알루미노 실리케이트계 내화보드를 C- STUD를 이용하여 건식 시공한 고강도 콘크리트 폭렬방지 건식 내화피복 시스템의 Mock-up 시험을 통해 그 적용성을 평가하였다.
- 본 연구에서는 1층의 4개의 고강도 콘크리트 기둥에 대해 알루미노 실리케이트계 내화보드 22.4㎡의 면적으로 Mock -up 시험을 하였고 시공성, 적용성에 대해 평가하였다. 표 7에 Mock-up 시험의 개요를 나타냈다.
- 고강도 콘크리트에 내화성능확보를 위한 공법의 평가는 국토해양부고시 2008-334호(고강도 콘크리트 기둥보의 내화 성능 관리기준)에 의거하여 평가하였으며 판정기준은 KS F 2257-1에서 정하고 있는 표준온도가열곡선에 의한 3시간 내화시험 후에 주철근 평균온도 538℃이하, 주철근 최고온도 649℃이하로 하였다. 본 연구에서는 동일배합 2종의 시험체를 제작하여 내화성능을 시험을 실시하였다.
- 알루미노 실리케이트계 내화보드를 이용한 고강도 콘크리트 폭렬방지 건식 내화피복 시스템의 시공순서는 자재반입→런너가공→스터드가공→바닥 및 슬래브 먹줄메김→런너 및 스터드 설치→내화보드 가공→내화보드 설치 순으로 시공하여 적용성을 평가하였고, 사진 4에 시공순서를 나타내었다.
대상 데이터
- Mock-up 시험동은 2층 구조로 이루어져 있으며 기둥부는 고강도 콘크리트 80MPa로 설계되었고 기둥의 규격은 1000×1000×2,800㎜로 각각 4개부 구조로 되어있다.
- 본 연구에 사용된 시험체는 그림 1과 같이 일반적인 경량 비내력 건식벽체의 시공에 사용되는 C50×45×0.8의 C-STUD와 C×50×42×0.8의 CRUNNER를 스크류로 결합하여 시공하였다.
- 본 연구에서 적용한 알루미노 실리케이트계 내화보드(Alumino Silicate Fire Resistant Board)는 표 1과 같이 알루미노 실리케이트계 무기바인더(Alumino-Silicate Inogarnic Binder)를 기본으로 내화골재를 사용하였고 무기광물 및 알카리 실리케이트계 경화제(Alkali Silicate hardener)를 사용하여 작업성, 경화시간 등을 고려하여 충분한 경화가 이루어질 수 있도록 내화성능을 향상시킨 내화보드를 사용하였다.
- 시험체는 600×600×1500mm의 고강도 콘크리트를 사용한 철근콘크리트 단주에 알루미노 실리케이트계 내화보드를 이용한 고강도 콘크리트 폭렬방지 건식 내화피복 시스템을 적용한 시험체로 고강도 콘크리트의 배합 및 특성은 표 4와 표 5에 나타내었다.
- 알루미노 실리케이트계 내화보드 Mock-up 시험시 내장공 3명, 보통인부 1명이 작업을 하였다. 내장공 3명과 보통인부 1명이 기둥 4면(2EA)을 시공하는데 200분이 소요 되었고, 1시간 작업량으로 계산한 결과 6.
이론/모형
- 고강도 콘크리트에 내화성능확보를 위한 공법의 평가는 국토해양부고시 2008-334호(고강도 콘크리트 기둥보의 내화 성능 관리기준)에 의거하여 평가하였으며 판정기준은 KS F 2257-1에서 정하고 있는 표준온도가열곡선에 의한 3시간 내화시험 후에 주철근 평균온도 538℃이하, 주철근 최고온도 649℃이하로 하였다. 본 연구에서는 동일배합 2종의 시험체를 제작하여 내화성능을 시험을 실시하였다.
성능/효과
- 1) 알루미노 실리케이트계 내화보드를 이용한 건식 내화피복 시스템에 대한 내화시험을 실시한 결과, 국토해양부고시 2008-334호에 의한 성능기준에 대하여 국내 최고등급인 3시간 내화등급을 확보하였다. 또한 시험 후에 시험체의 폭렬현상이나 균열이 관찰되지 않아 내화성능이 상당히우수한 것으로 나타났다.
- 2) 알루미노 실리케이트계 내화보드 Mock-up 시험시 내장공 3명, 보통인부 1명이 작업을 하였다. 내장공 3명과 보통인부 1명이 기둥 4면(2EA)을 시공하는데 200분이 소요 되었고, 1시간 작업량으로 계산한 결과 6.
- 3) 알루미노 실리케이트계 내화보드로 건식 시공을 한 결과, 기존 경량 비내력 건식벽체 시공법과 유사하게 시공되었으며, 알루미노 실리케이트계 내화보드의 시공 시기에 대한 제한이 없고 가공성 및 운반성이 우수하여 공사 일정의 수립이 용이할 것으로 평가된다.
- 4) 알루미노 실리케이트계 내화보드 시공에 사용되는 C-STUD는 후속 작업에 사용되는 석고보드류의 내장 보드의 고정을 용이하게 할 수 있었고, 각종 내장 마감 보드류의 시공 및 부착이 가능하여 후속 공정과의 연계성이 우수한 것으로 나타났다. 이에 따라, 알루미노 실리케이트계 내화보드의 설치시 내장 마감보드 시공과 연계하여 단일 공정으로 관리가 가능할 것으로 판단된다.
- 알루미노 실리케이트계 내화보드 Mock-up 시험시 내장공 3명, 보통인부 1명이 작업을 하였다. 내장공 3명과 보통인부 1명이 기둥 4면(2EA)을 시공하는데 200분이 소요 되었고, 1시간 작업량으로 계산한 결과 6.7㎡를 시공할 수 있는 것으로 계산되었다. 1일(8시간)으로 환산하면 약 54㎡를 시공 할 수 있는 것으로 나타났다.
- 내화성능 시험후 알루미노 실맄케이트계 내화보드는 균열 및 들뜸 현상이 거의 없는 것으로 나타났으며, 알루미노 실리케이트계 내화보드가 콘크리트에 전달되는 열을 지연하고 급격한 온도 상승을 억제하여 콘크리트 시험체 자체는 폭렬현상이나 균열이 관찰되지 않는 등 시험 후 양호한 외관을 나타내어 시험체 A, 시험체 B 모두에서 국토해양부고시2008-334호에 의한 성능기준에 대하여 3시간 내화등급을 확보한 것으로 나타났다.
- 1) 알루미노 실리케이트계 내화보드를 이용한 건식 내화피복 시스템에 대한 내화시험을 실시한 결과, 국토해양부고시 2008-334호에 의한 성능기준에 대하여 국내 최고등급인 3시간 내화등급을 확보하였다. 또한 시험 후에 시험체의 폭렬현상이나 균열이 관찰되지 않아 내화성능이 상당히우수한 것으로 나타났다.
- 또한, 현장에서 필요에 의해 절단 및 타공 등의 가공 작업을 할 경우, 전동 드릴 및 절단기 등의 간단한 기구를 이용하여 용이하게 작업할 수 있는 것으로 나타나 알루미노 실리케이트계 내화보드의 가공성이 우수한 것으로 판단된다.
- 또한, 화재시를 고려하여 1,000℃로 3시간 동안 가열한 후 가열 전후의 시험체 중량변화율을 측정하여, 결과 및 시험체형상을 표 3, 사진 1에 나타내었다. 시험결과에서 볼 수 있듯이 알루미노 실리케이트계 내화보드는 고온에서도 큰 변화가 없어 화재시 우수한 내구성을 보유한 것으로 판단된다.
- 알루미노 실리케이트계 내화보드 시공에 사용되는 C- STUD는 후속 작업에 사용되는 석고보드류의 내장 보드의 고정을 용이하게 할 수 있었고 각종 내장 마감 보드류의 시공 및 부착이 가능하여 후속 공정과의 연계성이 우수한 것으로 나타났다. 이에 따라, 알루미노 실리케이트계 내화보드의 설치시 내장 마감보드 시공과 연계하여 단일 공정으로 관리가 가능한 것으로 예상된다.
- 알루미노 실리케이트계 내화보드는 두께가 12㎜로 방화보드 및 석고보드와 동일한 수준이며 부피비중의 경우, 1.0으로 비교적 낮아 중량이 약 12kg/㎡ 내외이므로 현장에서의 운반 및 취급이 용이한 것으로 나타났다.
- 알루미노 실리케이트계 내화보드의 Mock-up 시험을 실시한 결과, 알루미노 실리케이트계 내화보드는 일반 석고보드와 동일한 작업순으로 시공할 수 있었고 스터드와 런너의 결속 공정 또한 일반 건식 벽체 시공과 동일한 프로세스로 시공이 용이하였으며 알루미노 실리케이트계 내화보드와 스터드와의 결속 상태도 양호하였다. 알루미노 실리케이트계 내화보드를 이용한 고강도 콘크리트 폭렬방지 건식 내화피복 시스템의 소요 인력에 대해 다음 표 8에 나타내었다.
- 이에 알루미노 실리케이트계 내화보드로 건식 시공을 한 결과, 기존 경량비내력 건식벽체 시공법과 유사하게 시공되었으며, 특별한 숙련공이 아닌, 일반적인 내장공이 충분히 작업이 가능한 것으로 평가되었다. 또한 건식 시공법이므로, 시공 시기에 대한 제한이 없어 공사 일정의 수립이 용이할 것으로 평가된다.
후속연구
- 4) 알루미노 실리케이트계 내화보드 시공에 사용되는 C-STUD는 후속 작업에 사용되는 석고보드류의 내장 보드의 고정을 용이하게 할 수 있었고, 각종 내장 마감 보드류의 시공 및 부착이 가능하여 후속 공정과의 연계성이 우수한 것으로 나타났다. 이에 따라, 알루미노 실리케이트계 내화보드의 설치시 내장 마감보드 시공과 연계하여 단일 공정으로 관리가 가능할 것으로 판단된다.
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