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콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute v.24 no.2, 2012년, pp.173 - 183   피인용횟수: 2
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유기섬유의 용융 및 기화에 따른 초고강도 콘크리트의 폭렬 특성 평가
Evaluation on Spalling Properties of Ultra High Strength Concrete with Melting and Vaporization of Fiber

김규용    (충남대학교 건축공학과   ); 최경철    (충남대학교 건축공학과   ); 이주하    (삼성물산(주) 건설부문   ); 이승훈    (삼성물산(주) 건설부문   ); 이태규    (충남대학교 건축공학과  );
  • 초록

    최근 고강도 콘크리트의 폭렬현상에 관한 메커니즘의 연구와 더불어 폭렬을 방지하는 방법으로써 섬유혼입에 의한 콘크리트의 수증기압을 낮추는 방법이 선호되고 있는 실정이다. 주로 단일 형태의 폴리프로필렌 섬유를 혼입하여 폭렬을 저감하는 방법들이 사용하고 있으나 초고강도 콘크리트 영역에서는 실제로 급격하게 온도가 상승하는 경우에 있어서 폭렬 및 급격한 수증기 팽창압을 고려할 수 없다는 점을 들 수 있다. 따라서 이 연구에서는 콘크리트 내부온도상승조건에 따라 섬유의 용융점에 따른 공극의 형성 및 폭렬의 상관성을 분석하고자 하였으며, W/B 12.5%의 초고강도 콘크리트를 대상으로 용융점이 다른 PE섬유, PP섬유, 나일론섬유를 각각 0.15vol%, 0.25vol% 혼입하여 폭렬 성상, 수증기압, 시차열 중량 분석, 해석적 검토를 행하였다. 실험 결과, 동일 섬유 혼입률 조건에서 섬유의 용융점이 낮더라도 초고강도 콘크리트에서는 섬유의 기화에 의한 섬유의 중량손실이 발생하지 않으면 초기 폭렬의 방지가 어렵고, 가열시간 10분 전후의 빠른 공극을 형성하는 섬유가 폭렬의 방지에 효과적인 것으로 나타났다.


    Recently, experimental studies to prevent explosive spalling based on spalling mechanism and addition of Polypropylene fiber in high strength concrete (HSC) are performed actively. However, with respect to ultra high strength concrete (UHSC), its compact internal structure is more difficult release vapor pressure at rapid rising temperature compared to HSC. Therefore, in this study, an experiment was conducted to evaluate spalling properties of UHSC using ${\Box}$ $100mm{\times}100{\times}H200mm$ rectangular specimen according to ISO-834 standard fire curve. With respect melting point of fiber, three fiber types of Polyethylene, Polypropylene, and Nylon fibers with melting temperature of $110^{\circ}C$ , $165^{\circ}C$ , and $225^{\circ}C$ , respectively, were considered. Mixed fiber of 0.15% and 0.25% of concrete volume was used to consider spalling properties based on water vapor pressure release. Then, TGDTA test on fiber and FEM analysis were performed. The results showed that it is difficult to prevent initial spalling without loss of fiber mass even if fiber melting temperature is low. Also, in preventing thermal spalling, fiber that melts to rapidly create porosity within 10 minutes of fire is more effective than that of low melting temperature property of fiber.


  • 주제어

    폭렬 메커니즘 .   폭렬 저감 .   수증기압 .   용융점 .   초기 폭렬.  

  • 참고문헌 (16)

    1. Kalifa, P., Menneteau, F. D., and Quenard, D., "Spalling and Pore Pressure in HPC at High Temperatures," Cement and Concrete Research, Vol. 30, No. 12, 2000, pp. 1915-1927. 
    2. 류동우, "콘크리트중의 열수분 동시이동을 고려한 수분분포 예측모델," 대한건축학회 논문집(구조계), 25권, 6호, 2009, pp. 115-122. 
    3. 송훈, 형원길, 도정윤, 소양섭, "고강도 실리카퓸 콘크리트의 압축강도와 함수율에 따른 폭렬 성상," 대한건축학회 논문집(구조계), 20권, 9호, 2004, pp. 111-117. 
    4. Ko, J. W., Ryu, D. W., and Noguchi, T., "The Spalling Mechanism of High-Strength Concrete under Fire," Magazine of Concrete Research, Vol. 63, No. 5, 2011, pp. 357-370. 
    5. Hertz, K. D., "Limits of Spalling of Fire-Exposed Concrete," Fire Safety Journal, Vol. 38, No. 2, 2003, pp. 103-116. 
    6. Fu, Y. and Li, L., "Study on Mechanism of Thermal Spalling in Concrete Exposed to Elevated Temperature," Materials and Structures, Vol. 44, No. 1, 2011, pp. 361-376. 
    7. Phan, L. T., "High-Strength Concrete at High Temperature- An Overview," Utilization of High Strength/High Performance Concrete, 6th International Symposium, Proceedings, Vol. 1, 2002, pp. 501-518. 
    8. Anderberg, Y., Fire Safety Design, "Spalling Phenomena of HPC and OC," NIST Workshop on Fire Performance of High Strength Concrete, 1997, pp. 1-5. 
    9. Kim, G. Y., Kim, Y. S., and Lee, T. G., "An Experimental Study on the Explosive Spalling Properties of High Strength Concrete with Contents of Fiber and Prestresed," 9th International Symposium on fiber Reinforced Polymer Reinforcement for Concrete Structures (FRPRCS-9), Sydney Australia, 2009, pp. 128-133. 
    10. 한천구, 한민철, 김원기, 이주선, "고강도 콘크리트의 폭렬방지에 미치는 혼화재 및 PP 섬유의 영향," 대한건축학회 논문집(구조계), 25권, 11호, 2009, pp. 105-111. 
    11. 한천구, 양성환, 한민철, 송용원, "PP와 NY섬유의 형상비 및 혼입률 변화에 따른 고강도 콘크리트의 폭렬방지특성," 대한건축학회 논문집(구조계), 24권, 7호, 2008, pp. 69-76. 
    12. Zeiml, M., Leithner, D., Lackner, R., and Mang, H. A., "How to Polypropylene Fibers Improve the Spalling Behavior of in-Situ Concrete," Cement and Concrete Research, Vol. 36, No. 5, 2006, pp. 929-942. 
    13. 김영선, "섬유를 혼입한 고강도 철근콘크리트 기둥의 내화특성 평가에 관한 연구," 충남대학교 학위청구논문, 박사학위, 2010, pp. 95-105. 
    14. 원종필, 장창일, 김흥열, 김완영, "폴리프로필렌섬유 혼입률에 따른 고강도콘크리트 기둥부재의 폭렬 및 내부온도 분포특성," 콘크리트학회 논문집, 20권, 6호, 2008, pp. 821-826. 
    15. Kalifa, P., Chn, G., and Gall, C., "High-Temperature Behaviour of HPC with Polypropylene Fibres from Spalling to Microstructure," Cement and Concrete Research, Vol. 31, No. 10, 2001, pp. 1487-1499. 
    16. Comite Europeen de Normalisation (CEN), prENV 1992-1-2: Eurocode 2: Design of Concrete Structures, Part 1-2: Structural Fire Design, CEN/TC 250/SC 2, 1993, pp. 59-62. 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (2)

    1. Lim, Seo-Hyung 2012. "Properties of Temperature History of Lightweight Mortar for Fire Protection Covering Material in High Strength Concrete" 한국화재소방학회 논문지= Fire Science and engineering, 26(6): 45~50     
    2. Lim, Seo-Hyung 2014. "Study on the High Temperature Properties of Fireproof Mortar Using Various Types of Fine Aggregate" Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, 2(2): 100~106     

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