스폴콘-화이버
- 고강도, 고성능콘크리트에서의 폭열발생 기구 (Mechanism)
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최근에는 건축구조물들이 초고층화, 대규모화되면서 (초)고강도 및 고성능콘크리트의 사용이 증가추세에 있습니다.
고강도, 고성능콘크리트는 내외부 조직이 치밀하여 화재발생시 고열을 받게 되면 콘크리트내에 존재하는 물, 공기등이 팽창하여 수증기압이 발생하고 이러한 내부 수증기압은 콘크리트의 인장강도를 초과하면 콘크리트 구조체에서 심한 폭음과 함께 박리 및 탈락하는 폭열현상이 발생하게 됩니다.
이러한 폭열현상은 피복콘크리트가 결손되고 철근이 노출되며 철근이 고온을 받게 되면 구조부재는 치명적인 내력저하로 건축구조물의 붕괴원인이 되기도 합니다.
또한 이러한 폭열현상은 일반적인 건축구조물에 적용하고 있는 내화규정(ISO834곡선) 및 내화개념 (고강도 콘크리트의 내화대책)과 달리, 도로터널 및 지하구조물(지하철등)에 적용되는 내화개념(일반강도 콘트리트에서 급격한 온도상승 조건의 내화대책)은 상당히 다르며, 폐쇄된 공간인 터널 및 지하철등에서 화재가 발생할 경우, 일반강도의 보통콘크리트라 하여도 밀폐된 공간에 위치하고 있어
급격한 온도상승 (1,000℃이상)등으로 폭렬현상이 발생하게 되며, 이는 구조체의 강도저하는 물론 붕괴 및 인명피해 뿐만 아니라 교통지연, 복구에 따른 비용등의 경제적, 사회적으로 큰 손실을 발생시킵니다.
따라서 고강도, 고성능 콘크리트부재 및 도로터널, 지하철구조물등은 내화구조상 반드시 해결되어야만 하는 문제점으로 지적되고 있습니다.
당사는 이러한 콘크리트의 폭열현상을 PP Fiber등의 내열성이 작은 섬유를 일정량 혼입 해 줌으로써 방지할 수 있는 “스폴콘-화이버” 를 개발, 양산화하고 있습니다.
- 고성능 고강도 콘크리트의 폭열현상은 W/C가 작고 내부조직이 치밀할수록, 압축강도가 클수록 심하게 발생합니다.
또한 “스폴콘-화이버” 혼입량이 적정량 이하일때도 폭열현상이 발생합니다.
- 고성능 고강도 콘크리트의 폭열현상은 W/C가 작고 내부조직이 치밀할수록, 압축강도가 클수록 심하게 발생합니다.
- 폭열방지 대책 및 스폴콘-화이버의 작용
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내화성 확보 및 폭열방지를 위한 기존방법등을 열거하면
- ① 마감재로 내화도료등을 피복하여 화재시 고온차단
- ② 철근의 피복두께를 충분히 한다.
- ③ 내화성이 높은 골재사용(함수율이 낮은 골재사용)
- ④ 콘크리트 표면을 회반죽등의 단열제로 보호
- ⑤ 박리, 탈락 방지를 위하여 메탈라스등으로 고정시킴
- ⑥ 콘크리트 내부 수증기압이 발생하지 않도록 빠른시간내에 수증기의 이동을 가능하게 한다.
상기 대책 중 가장 간편하고, 저렴하며 효과적인 방안으로는 “⑥의 경우”로 콘크리트내 내열성이 작은 PP섬유, PVA섬유, Nylon섬유등의 유기질 단섬유를 혼입하면 화재시 섬유가 고온에 녹아 내부수증기압을 효과적으로 배출할 수 있는 통로를 형성하여 폭열이 방지됩니다.
따라서 고강도 및 고성능 콘크리트의 폭열현상을 PP섬유등의 내열성이 작은 Fiber를 일정량 콘크리트에 혼입해 줌으로써 방지될 수 있습니다.
- 스폴콘-화이버의 물성(Physical properties)
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구분 Polypropylene Polyvinyl alcohol Nylon 용 점(℃) 160~170 이하 160~250 이상 215~230 이상 비중 0.91 1.2 이상 1.1이상 탄성계수(MPa) 3,000~7,000 11,000~37,000 3,500~5,000 인장강도(MPa) 260~710 이상 770~1,200 765~918 인장신도(%) 5~21 3~15 8~25 산/알카리저항성 매우높음(불활성) 높음(불활성) 매우높음(불활성) 섬유직경(㎛) 25~40 8~16 15~30 섬유길이(㎜) 3~19 3~19 3~19
- 내열성이 작은 유기질섬유순 ①PP섬유(170℃이하 〉 ②PVA섬유(200℃내외) 〉③나일론섬유(220℃내외)
- 스폴콘-화이버 혼입율에 따른 굳지않은 콘크리트의 특성
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- 슬럼프 및 슬럼프 풀로우 : “스폴콘-화이버” 혼입율 증가에 따라 슬럼프 및 슬럼프 풀로우 저하에 영향을 미치며, 0.3%이상 혼입율에서는 급격한 유동성 저하가 나타납니다.
- 공기량 : “스폴콘-화이버” 혼입율이 증가할수록 공기량증가에 영향을 미치나 큰차이는 나지 않습니다.
- 스폴콘-화이버 혼입율에 따른 경화 콘크리트의 특성
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- 압축강도 : W/B별 “스폴콘-화이버” 혼입율이 0.2%까지는 압축강도에 별다른 영량을 미치지 않으나 0.2%이상 혼입율이 증가할수록 압축강도저하에 영향을 미치나 큰 차이는 나지 않습니다. 또한 화재를 상정한 내화시험 실시 후의 잔존압축강도는 강도에 따라 다소차이는 있으나 “스폴콘-화이버” 무혼입일때는 20%이하로 크게 저하되며, “스폴콘-화이버” 0.1%이상 혼입율증가에 따라 65%(±20%)전후로 측정됩니다.
- 휨․인장강도 :
“스폴콘-화이버” 혼입율이 증가할수록 휨․인장강도는 다소 증가합니다.(8~12%향상)
또한 내화시험 실시후의 잔존 휨․인장강도율은 “스폴콘-화이버” 무혼입인 경우 모두 폭열하여 강도측정이 불가하였으나, “스폴콘-화이버” 0.1%이상 혼입한 경우 잔존 휨․인장강도율은 45%전후로 측정됩니다.
- 물시멘트비에 의한 길이변화는 “스폴콘-화이버” 혼입 및 무혼입 모두 큰 차이가 없으며, 단위 용적중량율은 “스폴콘-화이버” 혼입율 증가에 따라 다소 저하됩니다.
- 스폴콘-화이버가 혼입된 고강도 콘크리트의 가열시험 및 결과
가열시험
- 가열시험 전후의 투수량 시험
“스폴콘-화이버” 무혼입과 혼입한 투수시험체를 제작하여 화재전후의 투수시험결과에서 “스폴콘-화이버” 무혼입과 혼입한 것의 투수량 차이는 화재전과 비교하여 화재후가 현저하게 증가하는 것으로 나타나며, 이는 화재시 고온에서 녹은 “스폴콘-화이버”가 내부 수증기압을 외부로 방출하는 통로가 됨을 입증하는 것으로 투수압에 의한 물의 투수량이 현저하게 증가된 것으로 분석됩니다. 따라서 “스폴콘-화이버”는 화재시 내부 수증기압을 외부로 방출시키는 통로역할을 하여 폭열방지에 효과적인 역할을 합니다.
- 온도상승에 따른 중량 변화
“높은 온도에 콘크리트가 노출되었을 때 폭열현상은 콘크리트 단면내 온도차와 콘크리트 공극내 존재하는 공기, 수증기, 물 등이 높은 온도에서 발생되는 공극압(pore pressure)이 원인이며, 이러한 공극압을 빠른시간내 배출시켜주기 위하여 “스폴콘-화이버”가 사용됩니다. “스폴콘-화이버”의 융점은 170℃이하로 온도가열 증가에 따라 중량변화가 일어나는데 특히 250℃부터 급격한 중량손실이 일어나며, 이러한 중량손실위치(섬유가 녹은 위치)가 관로가 되어 내부 수증기압을 빠른시간내 외부로 배출시켜 폭열을 방지하는 역할을 하게됩니다.
폭열 특성
고강도 콘크리트의 폭열은 가열을 시작한지 곧바로 나타나기 시작하며, 30분이 경과하면서 거의 발생하지 않습니다. 또한 고강도 콘크리트의 폭열현상은 압축강도가 클수록(W/B가 작고, 내부구조가 치밀할수록) 콘크리트가 떨어져나가는 양이 급속하게 증가하며, 따라서 고강도 콘크리트에서 압축강도가 클수록 “스폴콘-화이버” 혼입량을 증가시켜 사용하여야 하며, 화이버혼입량이 증가할수록 콘크리트가 떨어져 나가는 양이 급속하게 줄어듭니다. 이는 “스폴콘-화이버”가 화재시 녹아 내부 수증기압을 외부로 원활히 방출시켜주는 통로역할을 하여 폭열방지에 효과적인 역할을 하기 때문입니다.
- 가열시험 전후의 투수량 시험
- 스폴콘-화이버의 사용용도 및 사용효과
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- 고강도, 고성능 콘크리트에서의 화재발생시 폭렬 방지 효과 및 잔존 압축, 휨․인장강도율 증가
- 도로터널의 라이닝 콘크리트 및 지하구조물 (지하철등) 등의 폭열방지 효과
- 기 설치된 구조물의 보수, 보강 및 내화성능 향상을 위한 내화 모르터에 혼입사용. (고인성 내화보수모르터르)
- 콘크리트의 취성거동을 연성거동으로 유도 및 인장저항 능력증대, 국부적인 균열의 생성 및 성장 억제 (충격, 파손에 대한 저항력 증대, 구조물의 휨인성증대 효과)
- 스폴콘-화이버 사용 및 혼합방법 : 레미콘 Batch plant의 콘베어 혹은 믹서드럼에 해당량을 직접 투입, 혼합사용
- 스폴콘-화이버 포장단위 : 기본포장단위 : 0.9kg/포, 1kg/포, 20kg/Box
그 외 사용자의 주문요청 및 Batch plant 믹서 용량에 따라 별도 포장, 출고함
