Fire Resistance Performance Test of High Strength Concrete by Type of Mineral Admixture

(1)

J. Korea Inst. Build. Const., Vol. 15, No. 6

http://dx.doi.org/10.5345/JKIBC.2015.15.6.597

www.jkibc.org

혼화재 종류에 따른 고강도 콘크리트의 내화성능 평가

Fire Resistance Performance Test of High Strength Concrete by Type of Mineral Admixture

권 기 석

¹¹⁾

류 동 우

^2*

Kwon, Ki-Seok

¹

Ryu, Dong-Woo

^2*

Architectural Engineering, Hanyang University, Ansan-si, Gyeonggi-do, 15588, Korea

¹

Department of Architectural Engineering, Daejin University, Pocheon-si, Gyeonggi-do, 11159, Korea

²

Abstract

The method of concrete mix design used in this study aims to achieve the identical specified design strength, applying different types and replacement ratio of mineral admixtures and afterwards, fire tests were conducted using the standard time-temperature curve specified in the ASTM E119 to identify the influences of the types of mineral admixtures on the fire resistance performance of high strength concrete(HSC). The least spalling was observed in the test specimen containing blast furnace slag as a partial replacement of cement, while the most significant spalling phenomena were observed in the blast furnace slag test specimen that silica-fume was added in. In particular, the reasonable volume of spalling was observed when solely replaced by silica fume. However, the influence of the cement replacement by silica fume and blast furnace slag on the increases of spalling can be explained through blocked pores by the fine particles of silica fume, leading to decreases in permeability.

Keywords : high strength concrete, spalling, high temperature, fire resistance, mineral admixtures

1. 서 론

1.1 연구의 배경 및 목적

일반적으로 콘크리트는 압축강도가 증가할수록 조직구조 가 밀실해지기 때문에 화재 시 수증기압 증가로 인한 폭렬현 상이 발생하기 쉽다. 폭렬현상은 부재 단면에 심각한 단면결 손을 초래하게 되고, 철근이 노출되는 등 구조물의 내력저하 에 치명적인 문제점을 유발하게 된다[1]. 이에 따라 선행 연 구자들은 고강도 콘크리트의 내화성능 확보를 위해 콘크리

Received : August 3, 2015

Revision received : October 26, 2015 Accepted : November 12, 2015

* Corresponding author : Ryu, Dong-Woo

[Tel: 82-31-539-1949, E-mail: [email protected]]

ⓒ2015 The Korea Institute of Building Construction, All rights reserved.

트 배합 시 폴리프로필렌섬유 또는 강섬유 등을 혼입한 섬유 혼입공법이나, 내화보드 및 판넬, 뿜칠 등을 적용한 내화피 복 공법에 관한 다수의 연구[2,3,4]를 진행하였다.

그러나, 이러한 기존 연구는 내화성능 확보에 초점이 맞 추어져 있어 기본적으로 콘크리트 배합에 따른 고강도 콘 크리트의 내화성능 평가에 관한 연구, 즉 콘크리트 배합에 사용되는 혼화재료의 종류별 단독 및 복합치환에 따른 고 강도 콘크리트의 내화성능 평가에 관한 연구는 많지 않은 실정이다.

따라서, 본 연구에서는 해외에서 건설예정 중인 원자로 구 조물을 모사하여 각 혼화재별 단독 및 복합 치환율 변화가 고강도 콘크리트의 내화성능에 미치는 영향을 검토하고자 ASTM E119[5]에 따른 내화시험을 통하여 내화성능 평가를 진행하였다.

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Fire Resistance Performance Test of High Strength Concrete by Type of Mineral Admixture

Structural member Location Maximum

temperature℃(℉) Wall/partitions

(bearing and nonbearing) Unexposed side

Average

Single point 139(250)*

181(325)*

Steel columns Average

Single point 538(1000)

649(1200) Floor/roof

assemblies and loaded beams Unexposed side

Average Single point Steel beam Average Single point Prestressing steel Reinforcing steel Open-web steel joists

139(250)*

181(325)*

593(1100) 704(1300) 426(800) 593(1100) 593(1100) Steel beams/girders(not loaded) Average

Single point 538(1000)

649(1200)

*Maximum temperature cited refers to the maximum temperature rise above initial conditions.

Table 1. ASTM E119 Temperature endpoint criteria[6]

1.2 연구의 방법 및 절차

본 연구에서는 고강도 콘크리트의 폭렬현상에 영향을 미 치는 주요 인자로써 압축강도 및 함수율, 공극구조(MIP)를 분석하여, 고강도 콘크리트 시험체의 내화성능 평가에 관한 기초자료로 활용하고자 하였다.

내화시험은 콘크리트 가열이면과 주철근에 열전대를 설치 하여 온도를 측정하였으며, 내화시험 종료 후 육안관찰을 통 해 폭렬상태 및 철근 노출 등을 조사하였다.

2. 실험계획 및 방법

2.1 내화시험 방법

ASTM E119에서는 벽과 슬래브, 보, 기둥의 내화시험방 법을 제시하고 있다. 그 중 벽은 내력벽과 비내력벽으로 분 류하고 있고, 이는 하중재하 여부에 따라 구분된다.

내화시험은 Figure 1에 나타낸 표준 시간-온도 곡선에 의해 진행되며, 벽부재의 경우 3시간 동안 실시한다.

벽부재의 내화성능 평가기준은 Table 1에 나타낸 바와 같 이 가열이면의 측정온도가 평균 139℃(250℉), 최고 181℃

(325℉)를 초과하지 않도록 규정하고 있으며, 가열면으로부 터 화염이나 가스의 통과가 없어야 함을 명시하고 있다. 또한 내화시험 종료 후 호스스트림 테스트(Hose stream test)를 실시하고, 이 때 분무하는 물이 벽을 통과하지 않아야 한다.

한편, 국내에서는 내화성능 관리기준으로써 2008년에 국 토교통부 고시 기준을 제정하였으며, 50MPa 이상의 고강도 콘크리트를 적용한 기둥, 보 부재의 경우 주철근의 온도가 평균 538℃, 최고 649℃를 넘지 않도록 규정하고 있다.

본 연구에서는 벽부재를 가정한 ASTM E119에 따른 내 화시험을 3시간동안 실시하였으며, 내화시험 시 주철근 온 도를 함께 측정하여 국토교통부 고시 기준에서 제시하고 있 는 기둥 부재를 가정한 추가적인 분석을 실시하였다.

Figure 1. Standard time-temperature curve

[5]

2.2 시험체 제작

ASTM E119에서는 내력벽부재의 가열면적을 최소 9.3m²이상으로 명시하고 있으나, 본 시험체는 Figure 2에 나타낸 바와 같이 원전구조물 격납건물의 벽체를 모사한 것 으로써 편의상 Small size의 시험체로 제작하였다. 이 때, 최대한 실물 부재와 동일한 조건을 구현하고자 실제 사용되 는 크기의 철근을 사용하였으며, 양생방법은 봉합양생을 실 시하였다.

(3)

Specimens Replacement ratio (%) W/B

(%) Water

(kg/m³) Binder

(kg/m³) Cement (kg/m³) BS

(kg/m³) FA

(kg/m³) SF (kg/m³) G

(kg/m³) S (kg/m³)

BS FA SF

56MPa (8 000 psi)

SF5 0 0 5 34 155 456 433 0 0 23 1097 676

F25 0 25 0 34 155 456 342 0 114 0 1083 668

S50 50 0 0 34 155 456 228 228 0 0 1092 673

S65SF5 65 0 5 34 155 456 137 296 0 23 1084 668

70MPa (10 000 psi)

SF5 0 0 5 28 155 554 526 0 0 28 1044 643

F25SF5 0 25 5 28 155 554 388 0 138 28 1020 629

S45SF5 45 0 5 28 155 554 277 249 0 28 1032 636

S65SF5 65 0 5 28 155 554 166 360 0 28 1027 633

※ BS : Blast furnace slag, FA : Fly ash, SF : Silica fume, G : Gravel, S : Sand

Table 2. Mix proportion of high strength concrete Figure 2. Specimen of small size for actual size

시험체 제원은 Figure 3에 나타낸 바와 같이 500×500×

150㎜ 크기로 제작하였다. 또한, 철근배근은 주철근 D32, 띠 철근 D19를 사용하였으며, 피복두께는 51㎜로 하였다.

Figure 3. Detail of specimen

도를 측정하였다. 열전대는 Figure 4에 나타낸 바와 같이 가 열이면 중앙부 1개소, 주철근 2개소에 K-type 열전대를 설 치하였다.

Thermocouple of unexposed surface

Thermocouple of Main reinforced bar

Figure 4. Installation of thermocouple

2.3 콘크리트 배합

본 연구에서는 동일 설계기준 강도를 목표로 혼화재의 종류 및 치환율을 달리하여 콘크리트 배합설계를 실시하였으며, 사 용된 고강도 콘크리트 배합을 Table 2에 나타내었다. 또한 Table 3, Table 4에 나타낸 바와 같이 콘크리트 배합에 사용 된 시멘트는 보통 보틀랜드 시멘트(1종)를 사용하였고, 혼화 재는 범용적으로 많이 사용되고 있는 고로슬래그(3종)와 플라 이애시(2종), 실리카흄(Grade 940U)을 사용하였다. 배합강 도는 56MPa(8,000psi), 70MPa(10,000psi)급으로써 물결 합재비는 각각 34, 28%이며, 단위수량은 155kg/m³으로 고 정하였으며, 총 8개 배합에 대한 내화시험을 진행하였다.

고강도 콘크리트 시험체의 내화시험 재령은 91일이며, 콘 크리트 타설 직후 Figure 5에 나타낸 바와 같이 봉합양생을 실시하였다. 또한, 고강도 콘크리트 시험체 제작 시 별도의 시험체를 제작하여 동일한 조건으로 봉합양생을 실시하였으

(4)

며, 내화시험 재령인 91일에 압축강도 및 함수율을 측정하 였다.

Physical properties Chemical proportion(%)

DensityIgnition loss(%)

Insoluble matter

(%)

^SiO² Âl²Ô³ ^Fe²Ô³ ^{CaO MgO SO}³ 3.14 0.5～1.3 0.2～0.9 21.0～22.5 4.5

～6.0 2.5

～3.5 63.0

～66.0 0.9

～3.3 1.0

～2.0

Table 3. Physical and chemical properties of OPC

Type Density(g/cm³)

Activity factor(%)

component Ignition loss(%) specific surface area (cm²/g) Age7d Age

28d Age 91d

Fly ash 2.20 - 90 96 CaO, SiO2 2.8 3,707

BS 2.90 74 109 114 MgO, SO3 0.33 4,317 Silica

(940U)fume 0.34 - - - SiO2 1.12 217,000

Table 4. Physical and chemical properties of mineral admixture

Figure 5. High strength concrete specimens

2.4 폭렬특성 평가방법

폭렬특성 평가방법은 기본적으로 육안관찰을 실시하여 콘 크리트 폭렬깊이 및 면적, 철근의 박락여부 등을 관찰하였 다. 폭렬 깊이는 시험체 중심부를 지나는 수직선 위 10개 지점의 깊이를 측정하였으며, 최대 폭렬깊이와 평균 폭렬깊 이를 산출하였다. 또한, 폭렬면적은 I사의 화상분석 프로그

램을 사용하여 가열면적 대비 폭렬면적을 백분율로 정량화 하였다.

Figure 6. Fire resistance test

3. 실험결과 및 고찰

3.1 경화 콘크리트의 기초적 특성

3.1.1 압축강도

Figure 7, Figure 8은 고강도 콘크리트 시험체의 재령 91일 압축강도를 나타낸 것이다. 56MPa급 시험체의 모든 시험체는 목표 압축강도를 만족하는 것으로 나타났다. 플라 이애시를 25% 치환한 F25 시험체의 압축강도는 약 70MPa 로 가장 높은 것으로 나타났으며, 다음으로 SF5>S65SF5

>S50 순인 것으로 나타났다. 그러나 F25 시험체를 제외한 3개 배합의 압축강도의 강도편차는 5MPa 이내로 측정되어 유사한 수준인 것으로 나타났다.

3.1.2 함수율

내화시험에 앞서 폭렬현상의 주요 영향인자인 함수율을 측 정한 결과를 다음 Figure 9, Figure 10에 나타냈다. 56MPa 급 시험체의 경우 최대 4.08%, 최소 3.25%인 것으로 나타났 으며, 평균적으로 3.82%의 수분을 포함하고 있는 것으로 나 타났다. 한편, 70MPa급 시험체의 경우 최대 3.41%, 최소 2.71%인 것으로 나타났으며, 평균적으로 3.12%의 수분을 포함하고 있는 것으로 나타나 56MPa급 시험체와 0.7%의 함 수율 차이를 보였다.

(5)

Figure 9. Moisture contents of high strength concrete (56MPa) Figure 10. Moisture contents of high strength concrete (70MPa)

Figure 11. pore distribution of high strength concrete (56MPa) Figure 12. pore distribution of high strength concrete (70MPa)

3.2 육안관찰

다음 Table 5는 육안관찰 결과로써 Figure 6에 나타낸 바와 같이 내화시험을 실시한 후, 폭렬성상, 깊이, 면적을 나타낸 것이다. 56MPa급 전 배합에서 폭렬현상이 나타났으 며, 특히 S65SF5 시험체의 경우 시험체 중심부의 폭렬 깊이 가 142.9㎜ 인 것으로 나타나 가장 많은 양의 폭렬이 발생하

였다. 한편, 고로슬래그를 치환한 S50 시험체의 경우 폭렬 량이 현저하게 적은 것으로 나타나 고강도 콘크리트의 혼화 재로써 고로슬래그를 치환할 경우 내화성능이 개선되는 것 으로 판단된다. 그러나 고로슬래그를 65%와 실리카흄 5%를 치환한 S65SF5 시험체의 경우 가장 많은 양의 폭렬현상이 발생하였다. 이는 S50 시험체보다 함수율이 낮음에도 불구

(6)

56MPa 70MPa

§ Specimen : SF5

§ Spalling area : 99.46%

§ Ave. spalling depth : 19.1㎜

§ Max. spalling depth : 42.9㎜

§ Specimen : SF5

§ Specimen : F25

§ Specimen : F25SF5

§ Specimen : S50

§ Specimen : S45SF5

Table 5. Spalling properties after fire resistance test

하고 Figure 11에 나타낸 바와 같이 분말도가 매우 큰 실리 카흄을 5% 추가 치환함으로써 S50보다 밀실한 공극구조를 형성하여 폭렬량이 증가한 것으로 판단된다.

한편, 70MPa급 시험체의 육안관찰결과, 폭렬 깊이 및 면

적, 철근의 노출상태 등으로 미루어 볼 때 S65SF5 시험체의 폭렬량이 가장 많은 것으로 나타났으며, S45SF5>F25SF5

>SF5의 순으로 나타났다. 실리카흄 5%와 고로슬래그를 치 환한 S65SF5, S45SF5 시험체를 비교해 본 결과, 고로슬래

(7)

139℃

(a) 56MPa

139℃

(b) 70MPa Figure 13. Temperature history of high strength concrete (Unexposed surface)

538℃

649℃

(a) 56MPa

538℃

649℃

(b) 70MPa Figure 14. Temperature history of high strength concrete (Main reinforced bar)

그의 치환율이 증가할수록 폭렬량이 증가하는 경향을 나타냈 다. 이는 Figure 12에 나타낸 바와 같이 실리카흄과 고로슬 래그를 함께 사용하는 경우, 고로슬래그의 치환율이 증가할 수록 상대적으로 100nm 이상의 큰 공극이 감소하고, 10∼

30nm 크기의 미세공극이 증가함에 따라 상대적으로 치밀한 공극구조를 형성하여 폭렬량이 증가하는 것으로 판단된다.

3.3 온도이력

3.3.1 이면온도

Figure 13은 고강도 콘크리트 시험체의 이면온도 이력을 나타낸 것이다. 최고온도를 기준으로 하는 경우 56MPa급 시험체 중 SF5, F25, S50 시험체가 온도판정조건을 만족하 였으며, 70MPa급 시험체의 경우 SF5 시험체만이 온도판정 조건을 만족하였다.

56MPa급 시험체의 경우, Figure 13-(a)에 나타낸 바와 같이 내화시험 초기에는 모든 시험체가 유사한 온도이력을 보였으나, 시험시작 40분경과 후 S65SF5 시험체의 온도가 급격히 상승하는 것을 알 수 있었다. 이는 콘크리트의 폭렬 에 의한 단면결손으로 인해 이면온도가 급격히 상승한 것으 로 판단된다.

70MPa급 시험체의 경우 56MPa급 시험체와 마찬가지로 내화시험 초기에 동일한 온도이력을 보였으나, SF5 시험체 를 제외한 모든 시험체에서 약 40분 경과 후 콘크리트 표면 에 폭렬이 발생함에 따라 이면온도가 급격히 증가하였다. 그 러나 단면결손의 정도가 상이함에 따라 온도상승의 기울기 차이를 보였으며, 온도상승율이 가장 높은 시험체는 S65SF5이며, 다음으로 S45SF5>F25SF5>SF5순인 것으로 나타났다.

(8)

3.3.2 주철근온도

다음 Figure 14에 콘크리트 시험체의 주철근 온도를 나 타내었다. 56MPa급 시험체 중 F25, S50 시험체가 국토교 통부 고시기준의 기둥부재 온도판정조건(평균 538℃, 최고 649℃)을 만족하였으며, 70MPa급 시험체의 경우는 모든 시험체가 온도판정조건을 만족하지 못했다.

내화시험 초기에는 동등한 온도이력을 보였으나, 시험시 작 약 30분경과 후 S65SF5 시험체의 온도가 급격히 상승하 였으며, 40분 경과 후 SF5, F25, S50의 순으로 주철근온도 가 완만하게 높아지는 경향을 나타내었다. 특히 고로슬래그 를 치환한 S50 시험체의 경우, 내화시험 개시 후 약 30분에 서 40분사이 주철근의 온도가 정체되는 현상이 뚜렷하게 나 타났다. 이는 콘크리트의 표면부로부터 밀려들어온 시험체 내 결합수가 액상에서 수증기로 기화하면서 생기는 잠열에 의한 현상인 것으로 판단된다.

70MPa급 시험체의 경우 내화시험 초기에 전 배합에서 동 일한 경향의 온도이력을 보였다. 그러나 약 40분이 경과하 는 시점에서 SF5 시험체를 제외한 전 배합에서 급격한 온도 상승을 나타내었으며, 약 50분 경과 후에는 최고 700℃의 온도 편차를 보였다. 이는 내화시험 개시 후 약 30분 경과 시점에서 S65SF5, S45SF5, F25SF5의 순으로 폭렬이 발 생한 것으로 판단되며 51㎜ 깊이까지 폭렬이 일어난 것을 나타낸다.

한편 SF5 시험체의 경우는 급격한 온도 상승은 발생하지 않았으나, 완만하게 증가하여 최종적으로 평균 주철근온도 가 600℃를 상회하는 결과를 나타내어 온도판정기준을 만족 하지 못하였다.

4. 결 론

본 연구에서는 혼화재의 종류 및 치환율이 고강도 콘크리 트의 내화성능에 미치는 영향을 검토하고자 ASTM E119에 따른 내화시험을 진행하였으며, 그 결과를 다음과 같이 정리 하였다.

1) 육안관찰 결과 56MPa급 시험체의 경우, S65SF5 시 험체의 폭렬깊이가 142.9㎜로 나타나 폭렬량이 가장 많은 것으로 나타났으며, 다음은 SF5, F25, S50의 순 으로 나타났다.

2) 특히, S50의 경우 고로슬래그를 50% 치환함으로써 폭

렬량이 현저히 감소하였으나, 고로슬래그를 65% 치환 한 S65SF5 시험체의 경우 고로슬래그의 혼입량이 더 많았음에도 불구하고 실리카흄 5%를 추가 치환함에 따라 가장 많은 폭렬량을 보였다.

3) 70MPa 시험체의 경우에도 S65SF5 시험체가 폭렬량이 가장 많은 것으로 나타났으며, 그 다음으로 S45SF5, F25SF5, SF5의 순으로 나타났다.

4) 고로슬래그를 치환하는 경우, 폭렬량이 현저히 감소 할 수 있으나, 실리카흄을 추가적으로 치환하는 경우, 미 세한 실리카흄 입자가 공극을 밀실하게 채움으로써 폭 렬량이 증가하는 것으로 판단된다.

5) 가열이면의 온도이력을 분석한 결과, 56MPa급 시험체 에서는 SF5, F25, S50 시험체가 온도판정조건을 만족 하였으며, 70MPa급 시험체의 경우 SF5 시험체만이 온도판정도건을 만족하였다.

6) 주철근 온도이력을 분석한 결과, 56MPa급 시험체의 경우 F25, S50 시험체가 온도판정조건을 만족하였으 며, 70MPa급 시험체의 경우 모든 시험체가 온도판정 조건을 만족하지 못하는 것으로 나타났다.

요 약

본 연구에서는 동일 설계기준 강도를 목표로 혼화재의 종 류 및 치환율을 달리하여 콘크리트 배합설계를 실시하였으 며, 이에 따른 혼화재의 종류가 고강도 콘크리트의 내화성능 에 미치는 영향을 검토하고자 ASTM E119의 표준가열온도 곡선에 따른 내화시험을 실시하였다. 그 결과, 고로슬래그를 치환하는 경우 폭렬량이 현저히 저감되는 것으로 나타났으 며, 실리카흄을 추가하여 치환하는 경우 폭렬량이 가장 많은 것으로 나타났다. 특히 실리카흄을 단독으로 치환하는 경우 비교적 양호한 폭렬량을 나타냈으나, 고로슬래그와 함께 치 환한 시험체의 경우 분말도가 높은 실리카흄이 공극을 밀실 하게 함으로써 수증기압의 증가로 인해 폭렬량이 증가한 것 으로 판단된다. 또한, 실리카흄을 5% 치환한 시험체의 경우, 고로슬래그 치환율이 증가함에 따라 상대적으로 큰 공극량 은 감소하고 미세공극량이 증가함으로써 폭렬량 또한 증가 하는 결과를 나타냈다.

키워드 : 고강도 콘크리트, 폭렬, 고온, 내화, 혼화재

(9)

1. Song H, Ko JW, Shinichi S. Thermal properties and explosive spalling for high strength concrete. Magazine of the Korea Concrete Institute. 2008 Sep;20(5):26-32

2. Han CG, Pei CC, Lee JS, Lee CY. Fire resistant properties of the RC columns applying various spalling prevention methods.

Journal of The Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection. 2009 May;13(3):119-26

3. Youm KS, Jeon HK, Kim HY. Fire Test of Fiber Cocktail Reinforced High Strength Concrete Columns without Loading. Magazine of the Korea Concrete Institute. 2009 Jul;21(4):465-71 4. Park KH, Kim HY, Kim HJ, Kwon KH. Experimental Study

for Fire Resistance and Heat Transfer Properties on the Compressive Strength of High-Strength Concrete Column.

Journal of Korea Society of Hazard Mitigation. 2012 Dec;12(6);53-9

5. ASTM international. Standard Test Methods for Fire Tests of Building Construction and Materials. ASTM E119-14. 2014.

6. National Fire Protection Association. Standard Methods of Tests of Fire Resistance of Building Construction and Materials. from ASTM E119-14. 2006:4-299

7. Chan YN, Luo X, Sun W. Compressive strength and pore structure of high-performance concrete after exposure to high temper- ature up to 800℃. Cement and Concrete Research. 2000 Feb;30(2):247-51

8. Kalifa P, Menneteau FD, Quenard D. Spalling and pore pressure in HPC at high temperatures. Cement and concrete research.

2000 Dec;30(12):1915-27

9. Poon CS, Azhar S, Anson M, Wong YL. Comparison of the strength and durability performance of normal- and high-strength poz- zolanic concretes at elevated temperatures. Cement and Concrete Reasearch. 2001 Sep;31(9):1291-300

10. Han CG, Hwang YS, Yang SH, Gowripalan N. Performance of spalling resistance of high performance concrete with poly- propylene fiber contents and lateral confinement. Cement and Concrete Research. 2005 Sep;35(9):1747-53

Fire Resistance Performance Test of High Strength Concrete by Type of Mineral Admixture

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Fire Resistance Performance Test of High Strength Concrete by Type of Mineral Admixture

권 기 석

류 동 우

Kwon, Ki-Seok

Ryu, Dong-Woo

Architectural Engineering, Hanyang University, Ansan-si, Gyeonggi-do, 15588, Korea

Department of Architectural Engineering, Daejin University, Pocheon-si, Gyeonggi-do, 11159, Korea

Abstract

Keywords : high strength concrete, spalling, high temperature, fire resistance, mineral admixtures

1. 서 론

1.1 연구의 배경 및 목적

Received : August 3, 2015

Revision received : October 26, 2015 Accepted : November 12, 2015

* Corresponding author : Ryu, Dong-Woo

[Tel: 82-31-539-1949, E-mail: [email protected]]

ⓒ2015 The Korea Institute of Building Construction, All rights reserved.

Table 1. ASTM E119 Temperature endpoint criteria[6]

1.2 연구의 방법 및 절차

2. 실험계획 및 방법

2.1 내화시험 방법

Figure 1. Standard time-temperature curve

2.2 시험체 제작

Table 2. Mix proportion of high strength concrete Figure 2. Specimen of small size for actual size

Figure 3. Detail of specimen

Figure 4. Installation of thermocouple

2.3 콘크리트 배합

(%)

Table 3. Physical and chemical properties of OPC

Table 4. Physical and chemical properties of mineral admixture

Figure 5. High strength concrete specimens

2.4 폭렬특성 평가방법

Figure 6. Fire resistance test

3. 실험결과 및 고찰

3.1 경화 콘크리트의 기초적 특성

3.1.1 압축강도

3.1.2 함수율

Figure 9. Moisture contents of high strength concrete (56MPa) Figure 10. Moisture contents of high strength concrete (70MPa)

Figure 11. pore distribution of high strength concrete (56MPa) Figure 12. pore distribution of high strength concrete (70MPa)

3.2 육안관찰

Table 5. Spalling properties after fire resistance test

(a) 56MPa

(b) 70MPa Figure 13. Temperature history of high strength concrete (Unexposed surface)

(a) 56MPa

(b) 70MPa Figure 14. Temperature history of high strength concrete (Main reinforced bar)

3.3 온도이력

3.3.1 이면온도

3.3.2 주철근온도

4. 결 론

요 약

키워드 : 고강도 콘크리트, 폭렬, 고온, 내화, 혼화재

1. Song H, Ko JW, Shinichi S. Thermal properties and explosive spalling for high strength concrete. Magazine of the Korea Concrete Institute. 2008 Sep;20(5):26-32

2. Han CG, Pei CC, Lee JS, Lee CY. Fire resistant properties of the RC columns applying various spalling prevention methods.

Journal of The Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection. 2009 May;13(3):119-26

3. Youm KS, Jeon HK, Kim HY. Fire Test of Fiber Cocktail Reinforced High Strength Concrete Columns without Loading. Magazine of the Korea Concrete Institute. 2009 Jul;21(4):465-71 4. Park KH, Kim HY, Kim HJ, Kwon KH. Experimental Study

for Fire Resistance and Heat Transfer Properties on the Compressive Strength of High-Strength Concrete Column.

Journal of Korea Society of Hazard Mitigation. 2012 Dec;12(6);53-9

5. ASTM international. Standard Test Methods for Fire Tests of Building Construction and Materials. ASTM E119-14. 2014.

6. National Fire Protection Association. Standard Methods of Tests of Fire Resistance of Building Construction and Materials. from ASTM E119-14. 2006:4-299

7. Chan YN, Luo X, Sun W. Compressive strength and pore structure of high-performance concrete after exposure to high temper- ature up to 800℃. Cement and Concrete Research. 2000 Feb;30(2):247-51

8. Kalifa P, Menneteau FD, Quenard D. Spalling and pore pressure in HPC at high temperatures. Cement and concrete research.

2000 Dec;30(12):1915-27

9. Poon CS, Azhar S, Anson M, Wong YL. Comparison of the strength and durability performance of normal- and high-strength poz- zolanic concretes at elevated temperatures. Cement and Concrete Reasearch. 2001 Sep;31(9):1291-300

10. Han CG, Hwang YS, Yang SH, Gowripalan N. Performance of spalling resistance of high performance concrete with poly- propylene fiber contents and lateral confinement. Cement and Concrete Research. 2005 Sep;35(9):1747-53

11. Ghan YN, Peng GF, Anson M. Residual strength and pore struc-

ture of high-strength concrete and normal strength concrete

after exposure to high temperatures. Cement and Concrete

Composites. 1999;21(1):23-7