보고서 정보
주관연구기관 |
충남대학교 Chungnam National University |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2013-04 |
과제시작연도 |
2012 |
주관부처 |
교육과학기술부 Ministry of Education and Science Technology(MEST) |
등록번호 |
TRKO201300034832 |
과제고유번호 |
1345174423 |
사업명 |
중견연구자지원 |
DB 구축일자 |
2013-12-21
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키워드 |
산업부산물.고강도콘크리트.폭렬.역학적특성.내화성능.재하·가열시험.화재.압축강도.탄성계수.industrial by-product.high strength concrete.explosive spalling.mechanical properties.fire resistance properties.loading and heating test.fire.compressive strength.elastic modulus.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201300034832 |
초록
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연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 재하 및 가열을 동시에 실시할 수 있는 시험장치를 사용하여 산업부산물을 활용한 고강도콘크리트의 폭렬 및 고온특성 즉, 고온에서의 압축강도, 인장강도, 탄성계수, 크리프, 열팽창계수 등을 다양한 시험방법에 의해 평가함으로서 (초)고강도콘크리트의 열적특성데이터를 구축하고자 하며, 이를 기반으로 산업부산물을 활용한 (초)고강도콘크리트의 내화시험방법을 제안하고자 한다. 또한, 구축된 열적특성 데이터를 이용하여 고온에서의 각 역학적특성에 대한 모델식에 의해 내화설계 및 열적거동 예측모델을 제안한 후
연구의 목적 및 내용
본 연구에서는 재하 및 가열을 동시에 실시할 수 있는 시험장치를 사용하여 산업부산물을 활용한 고강도콘크리트의 폭렬 및 고온특성 즉, 고온에서의 압축강도, 인장강도, 탄성계수, 크리프, 열팽창계수 등을 다양한 시험방법에 의해 평가함으로서 (초)고강도콘크리트의 열적특성데이터를 구축하고자 하며, 이를 기반으로 산업부산물을 활용한 (초)고강도콘크리트의 내화시험방법을 제안하고자 한다. 또한, 구축된 열적특성 데이터를 이용하여 고온에서의 각 역학적특성에 대한 모델식에 의해 내화설계 및 열적거동 예측모델을 제안한 후, 최종적으로 (초)고강도콘크리트를 사용한 구조부재의 내화 성능평가 기법 개발을 목표로 하고 있다.
연구결과
본 연구에서는 이론 및 실험적 연구를 수행하여 체계적인 콘크리트의 고온특성 시험방법을 구축하였다. 이 방법을 활용하여 굵은골재 및 콘크리트 압축강도 등 다양한 변수에 대하여 다수의 내화시험을 실시하였다. 그 결과로 국내뿐만 아니라 국외에서도 보고사례가 적은 재하하중 조건을 고려한 콘크리트의 고온특성에 대한 기초데이터를 확보할 수 있었으며, 이를 통해 콘크리트의 고온강도 및 강성, 변형특성에 대한 수학적 모델을 도출하였다.
또한, 본 연구에서는 차세대 건설재료로서의 가능성을 확인하기 위해 산업부산물을 활용한 초고성능시멘트 복합체의 배합을 도출하였다. 고유동 및 고강도 콘크리트의 경우 내부의 조직이 치밀한 것이 특징이므로 가열시 발생할 수 있는 폭렬인자에 대하여 검토하였다. 이에 따라 콘크리트의 폭렬현상은 형상, 가열속도, 콘크리트의 압축강도에 영향을 받는 것으로 나타났다. 초고성능시멘트 복합체의 초고층구조물의 적용가능성을 검토하기 위하여 초고층건축의 핵심요소기술 중, 크리프 특성을 검토하여 수식화하였으며 크리프에 의한 압축파괴 및 내력한계온도를 실험적으로 제시하였다.
본 연구에서 구축된 데이터 및 수학적 모델의 적용성을 검토하기 위하여 부재단위실험을 진행하였다. 전단계에서 도출한 초고성능시멘트 복합체를 활용한 모의부재 가열시험을 통해 초기내력을 유지하기 위해 유기섬유 및 강섬유를 이용한 최적의 복합섬유 혼입율을 도출하였고, 산업부산물의 적극적 활용을 위해 슬래그잔골재의 사용을 검토하였다. 또한, 수학적 모델과 온도분포해석을 활용해 콘크리트 기둥부재의 극한내력 및 유효단면적의 감소를 가열시간에 따라 예측하는 것이 가능하였다. 최종적으로 화재에 노출된 콘크리트 기둥의 내력산정 방법 및 수학적 모델을 도출하였으며, 고강도 콘크리트를 사용한 구조부재의 내화성능평가 기법을 제안할 수 있었다.
연구결과의 활용계획
화재시 및 화재후의 고강도콘크리트 구조물의 온도분포와 열적거동 해석을 위한 재료 모델과 변형모델을 제안함으로서 콘크리트의 강도 및 사용재료에 따른 구조부재의 화재 안전성 평가자료로서 활용이 가능하며, 고강도콘크리트의 열적특성 평가방법으로 사전재하시험, 사전비재하시험, 사전재하 잔존강도, 사전비재하 잔존강도 시험 방법 등을 정량적으로 제안함으로서 내화시험의 표준화사업의 열적특성평가방법 기준을 위한 기초데이터 구축된다. 이로 인해 고강도콘크리트 구조물의 화재에 대한 거동의 해석, 목표로 하는 내화성능설계의 자유도를 향상시킬 수 있어, 화재시 실구조부재의 안전성 확보를 위해 활용 가능하다.
Abstract
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Purpose&contents
In this study, It is evaluating about explosive spalling and properties of concrete to use industrial by-product at high temperature using experiment equipment that can execute loading and heating at the same time. In other words, It is to construct data of thermal property in (
Purpose&contents
In this study, It is evaluating about explosive spalling and properties of concrete to use industrial by-product at high temperature using experiment equipment that can execute loading and heating at the same time. In other words, It is to construct data of thermal property in (ultra)high compression concrete by evaluating by various method of test about compressive strength , tensile strength, elastic modulus, creep, thermal expansion coefficient, bond strength of steel and so on under the high temperature condition. and based on it, It is to suggest test of method in (ultra)high compression concrete using small specimen. Also, It is to suggest fire resisting design and estimating model of temperature behavior by model formula of mechanical properties at high temperature using constructed data of temperature properties. Finally, It is to develop method of performance evaluating of structural elements using (ultra)high compression concrete.
Result
To evaluate fire resistance efficiency of element using high compression concrete at fire, it is to need evaluating about mechanical properties and explosive spalling properties of concrete, such as compressive strength , tensile strength, elastic modulus, thermal expansion coefficient, creep and bond strength of steel according to heating temperature. And based on fundamental data base, it is to need estimating temperature behavior of high compression concrete elements.
Among this, KS and ISO test method used in domestic is generally kind of transient test. It is method that expose the specimen in standard fire condition using actual elements heating furnace and test result decide fire resistance grade according to time that satisfy prescribed performance standard. But, Test of actual elements has difficult problems in equipment and cost and it only get result data about single testing level. Also, It is difficult to evaluate fire resistance properties of concrete column using other materials. Therefore, for free fire resistance design of high strength concrete elements, it need to set up performance data of high strength concrete to have high temperature, to predict heating behavior of elements and to establish evaluation method about fire resistance performance
In this study for examine explosive spalling mechanism and fire resistance performance evaluation method of high strength concrete to use industrial by-product, after evaluate about various factor as test method, material property, mixing property and structure modification property at 20℃(normal temperature), 100, 200, ……, 800 and 900℃ by applying industrial by-product, it will present model about material and structure modification property for evaluation fire resistance property of high strength concrete. Finally, it will develop fire resistance evaluation method of high strength reinforced concrete by experimental data base and analytical model.
Expected Contribution
It is possible to use as fire safety evaluation data of structure elements according to strength and material of concrete by proposing material and structure modification model for analysis of temperature distribution heating behavior of high strength concrete on and after fire.
Foundation data will be built for fire resistance evaluation method standard by proposing pre-loading test, pre-unloading test, pre-loading tressed residual strength, pre-unloading tressed residual strength as fire resistance property evaluation method. It is possible to use for confirmed safety of actual elements on fire by improving free grade of fire resistance performance design.
목차 Contents
- 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
- 목 차 ... 3
- 연구계획 요약문 ... 4
- 연구결과 요약문 ... 5
- 한글요약문 ... 5
- SUMMARY ... 6
- 연구내용 및 결과 ... 7
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 9
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 69
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 70
- 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 71
- 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 78
- 8. 참고문헌 ... 78
- 9. 연구성과 ... 80
- 10. 기타사항 ... 84
- [별첨1] 대 표 연 구 성 과 ... 85
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