학술논문
고성능 콘크리트의 내화특성에 미치는 사용재료의 영향 / The Effect of Materials of on Fire Resistance of High Performance Concrete
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Korean
Abstract
This study, a research to analyze the factors that used materials affect the spalling and fire resistance of high performance concrete, was intended to contribute to the establishment of plan for the improvement of the fire resistance safety of high performance concrete for high story building concretes by analyzing the basic properties and fire resistance characteristics of 80MPa class high performance concrete by the cement type change, cement fineness, admixture type, coarse aggregate type, fine aggregate type and fineness modulus, and various organic fiber type and length, and the study results can be summed up as follows:1) As a result of analyzing fire resistance characteristics by PP fiber mixing ratio change with emphasis on cement type and fineness change, first off in the case of cement type, spalling was prevented at all the PP fiber mixing ratios with AL, at ratio of 0.05% or above with OPC, and at 0.1% or above with HP and LP. In the case of fineness change, identifying clear trend was difficult, but largely, the coarser the aggregate and the less the fineness, fire resistance was improved more.2) As a result of analyzing the change in PP fiber mixing ratio with focus on admixture type change, granular and powder SF demonstrated severe failure spalling regardless of PP fiber mixing ratio and turned out to be the least advantageous admixture, but other substituted admixtures, 1st class all at 0.05% or above PP fiber mixing ratio, were shown to be prevented from spalling.3) As a result of analyzing the effects of aggregate type, fine aggregates demonstrated partial peeling spalling at all mixtures but showed good spalling preventing performance at 1st class of spalling at all ratio of PP fiber mixing ratio 0.0% or above largely, and coarse aggregates were shown to be prevented from spalling regardless of aggregate type at PP fiber 0.10% or above.4) As for the effects by fiber types, first off at same aspect ratio, NY fiber mixture was shown to be prevented from spalling at all the mixed proportioning for 0.05% or above, indicating the most outstanding spalling prevention performance among other fibers, followed by PP and PVA in sequential order.5) As for the PP fiber's spalling characteristic by the aspect ratio change, PP and PVA were shown to be prevented from spalling with higher fiber aspect ratio. But in the case of NY fiber, the characteristic was better as aspect ratio goes up so that spalling was prevented even at mixing ratio of 0.05% for 750(m) and 1000(l), however in case of 1580 or above, more severe spalling occurred due to unsmooth fiber dispersibility.6) As for the fire resistance characteristics by PP fiber length combination change and mixing ratio change, same length and same material fibers were negligibly affected by length combination change. As for the fire resistance characteristics by composite organic fiber and mixing ratio change, NY+PP was shown to be prevented all from spalling at 0.05% of fiber mixing ratio, indicating the best characteristics among other composite fiber combinations.In conclusion, as for the effects of used materials on the fire resistance characteristics of high performance concrete, with cement, AL was the best; with admixture, SF was the most disadvantageous; with aggregates, no significant effect existed; and fiber affected very significantly. In particular, in the case of fiber, NY fiber which is thin in diameter was advantageous, and if economic benefit and construction feasibility etc are considered, NY+PP produces the best result, so it was shown that in the case of high performance concrete of 80MPa class, W/B 25%, spalling may be prevented with fiber amount 1/2 the case of using only existing PP fiber at 0.05% mixing ratio.
본 연구는 고성능 콘크리트의 폭렬 및 내화성에 미치는 사용 재료 영향 요인을 분석하기 위한 연구로써 80 MPa 급 고성능 콘크리트에 사용 재료로써 시멘트의 종류 변화, 시멘트 분말도, 혼화재의 종류, 굵은 골재 종류, 잔골재 종류 및 조립률, 각종 유기 섬유의 종류 및 길이 조합에 따른 콘크리트의 기초적 특성 및 내화특성을 분석함으로써 초고층 콘크리트용 고성능 콘크리트의 내화안전성 향상 방안 수립에 기여 하고자 하였는데 그 결과를 요약하면 다음과 같다.1) 시멘트 종류 및 분말도 변화를 중심으로 PP 섬유 혼입율 변화에 따른 내화특성의 분석으로, 먼저 시멘트 종류의 경우 AL은 모두 폭렬이 방지되는 것으로 나타났고, OPC는 PP 섬유 혼입율 0.05 %이상에서, HP 및 LP의 경우 0.1 %이상에서 폭렬이 방지 되었다. 한편, 분말도 변화의 경우는 확실한 경향을 찾기는 곤란하였지만 대체적으로 분말도가 작은 굵은 입자일수록 내화성이 향상되었다.2) 혼화재 종류 변화를 중심으로 한 PP 섬유 혼입율 변화에 따른 내화특성으로, 입상 및 분체상의 SF는 PP 섬유 혼입율에 관계없이 모두 심한 파괴 폭렬이 발생하여 가장 불리한 혼화재인 것을 알 수 있었지만, 여타의 혼화재를 치환한 경우는 PP 섬유 혼입율 0.05 % 이상에서 공히 1등급으로 폭렬이 방지되는 것으로 나타났다.3) 골재 종류의 영향으로 먼저 잔골재의 경우 모든 배합에서 일부 박리 폭렬이 발생하였으나 전반적으로 PP 섬유 혼입율 0.05 % 이상에서 모두 폭렬등급 1등급으로 양호한 폭렬방지성능을 나타내었고, 굵은골재 종류에 따라서는 PP 섬유 0.10 %이상에서 골재 종류에 관계없이 모두 폭렬이 방지되는 것으로 나타났다.4) 섬유의 종류의 영향으로 먼저, 동일한 형상비에서는 NY 섬유를 혼입한 경우 0.05 %이상 혼입된 모든 배합에서 폭렬이 방지 되는 것으로 나타나 여타의 섬유 중 가장 우수한 폭렬 방지 성능을 나타내었고, 다음으로 PP, PVA의 순이었다.5) PP 섬유의 형상비 변화에 따른 폭렬 특성은 PP 및 PVA의 경우 섬유의 형상비가 커 질수록 폭렬이 방지 되는 것으로 나타났다. 그러나 NY 섬유의 경우는 형상비가 커질수록 양호하여 750(m) 및 1000(l)에서 혼입율 0.05 %에서도 폭렬이 방지되는 가장 양호한 결과를 나타내었으나 1580 이상으로 커진 경우에는 원활하지 못한 섬유의 분산성에 기인하여 오히려 더욱 심한 폭렬이 발생하였다.6) PP 섬유 길이 조합 변화 및 혼입율 변화에 따른 내화특성은 동일직경, 동일재질의 섬유는 길고 짧은 조합변화에 따른 영향이 적은 것으로 나타났다. 복합 유기 섬유 및 혼입율 변화에 따른 내화특성은 NY+PP의 경우 섬유 혼입율 0.05 %에서도 모두 폭렬이 방지되는 것으로 나타나 여타의 복합 섬유 배합 중 가장 양호하게 나타났다.이상을 종합할 때 고성능 콘크리트의 내화 특성에 미치는 사용재료의 영향으로는 시멘트에서는 AL에서 가장 양호하였고, 혼화재는 SF에서 가장 불리하며, 골재는 큰 영향이 없고, 섬유는 그 영향이 매우 중요하게 영향이 미침을 알수 있었다. 특히 섬유의 경우는 섬유의 직영이 가는 NY섬유에서 유리한데, 경제석 및 시공성 까지도 복합하여 고려하면 NY+PP 일때 가장 양호한 결과 이었는데, W/B 25 %인 80 MPa급 고성능 콘크리트의 경우 0.05 %를 혼입율로 기존의 PP섬유만 이용하는 경우의 1/2 섬유량으로 폭렬이 방지될 수 있음을 알 수 있었다.
본 연구는 고성능 콘크리트의 폭렬 및 내화성에 미치는 사용 재료 영향 요인을 분석하기 위한 연구로써 80 MPa 급 고성능 콘크리트에 사용 재료로써 시멘트의 종류 변화, 시멘트 분말도, 혼화재의 종류, 굵은 골재 종류, 잔골재 종류 및 조립률, 각종 유기 섬유의 종류 및 길이 조합에 따른 콘크리트의 기초적 특성 및 내화특성을 분석함으로써 초고층 콘크리트용 고성능 콘크리트의 내화안전성 향상 방안 수립에 기여 하고자 하였는데 그 결과를 요약하면 다음과 같다.1) 시멘트 종류 및 분말도 변화를 중심으로 PP 섬유 혼입율 변화에 따른 내화특성의 분석으로, 먼저 시멘트 종류의 경우 AL은 모두 폭렬이 방지되는 것으로 나타났고, OPC는 PP 섬유 혼입율 0.05 %이상에서, HP 및 LP의 경우 0.1 %이상에서 폭렬이 방지 되었다. 한편, 분말도 변화의 경우는 확실한 경향을 찾기는 곤란하였지만 대체적으로 분말도가 작은 굵은 입자일수록 내화성이 향상되었다.2) 혼화재 종류 변화를 중심으로 한 PP 섬유 혼입율 변화에 따른 내화특성으로, 입상 및 분체상의 SF는 PP 섬유 혼입율에 관계없이 모두 심한 파괴 폭렬이 발생하여 가장 불리한 혼화재인 것을 알 수 있었지만, 여타의 혼화재를 치환한 경우는 PP 섬유 혼입율 0.05 % 이상에서 공히 1등급으로 폭렬이 방지되는 것으로 나타났다.3) 골재 종류의 영향으로 먼저 잔골재의 경우 모든 배합에서 일부 박리 폭렬이 발생하였으나 전반적으로 PP 섬유 혼입율 0.05 % 이상에서 모두 폭렬등급 1등급으로 양호한 폭렬방지성능을 나타내었고, 굵은골재 종류에 따라서는 PP 섬유 0.10 %이상에서 골재 종류에 관계없이 모두 폭렬이 방지되는 것으로 나타났다.4) 섬유의 종류의 영향으로 먼저, 동일한 형상비에서는 NY 섬유를 혼입한 경우 0.05 %이상 혼입된 모든 배합에서 폭렬이 방지 되는 것으로 나타나 여타의 섬유 중 가장 우수한 폭렬 방지 성능을 나타내었고, 다음으로 PP, PVA의 순이었다.5) PP 섬유의 형상비 변화에 따른 폭렬 특성은 PP 및 PVA의 경우 섬유의 형상비가 커 질수록 폭렬이 방지 되는 것으로 나타났다. 그러나 NY 섬유의 경우는 형상비가 커질수록 양호하여 750(m) 및 1000(l)에서 혼입율 0.05 %에서도 폭렬이 방지되는 가장 양호한 결과를 나타내었으나 1580 이상으로 커진 경우에는 원활하지 못한 섬유의 분산성에 기인하여 오히려 더욱 심한 폭렬이 발생하였다.6) PP 섬유 길이 조합 변화 및 혼입율 변화에 따른 내화특성은 동일직경, 동일재질의 섬유는 길고 짧은 조합변화에 따른 영향이 적은 것으로 나타났다. 복합 유기 섬유 및 혼입율 변화에 따른 내화특성은 NY+PP의 경우 섬유 혼입율 0.05 %에서도 모두 폭렬이 방지되는 것으로 나타나 여타의 복합 섬유 배합 중 가장 양호하게 나타났다.이상을 종합할 때 고성능 콘크리트의 내화 특성에 미치는 사용재료의 영향으로는 시멘트에서는 AL에서 가장 양호하였고, 혼화재는 SF에서 가장 불리하며, 골재는 큰 영향이 없고, 섬유는 그 영향이 매우 중요하게 영향이 미침을 알수 있었다. 특히 섬유의 경우는 섬유의 직영이 가는 NY섬유에서 유리한데, 경제석 및 시공성 까지도 복합하여 고려하면 NY+PP 일때 가장 양호한 결과 이었는데, W/B 25 %인 80 MPa급 고성능 콘크리트의 경우 0.05 %를 혼입율로 기존의 PP섬유만 이용하는 경우의 1/2 섬유량으로 폭렬이 방지될 수 있음을 알 수 있었다.