FRCM으로 보강된 RC구조물의 화재 안전성에 관한 연구
A Study on Fire Safety of Reinforced Concrete Beams Strengthened by FRCM
0
조회
0
다운로드
0
인용
0
참고문헌
키워드
초록
고온의 화재에 노출된 터널 내 콘크리트는 폭렬로 인해 박락되게 된다. 충돌 또는 화재와 같은 외부위험으로부터 주철근을 보호하고 있는 콘크리트 커버의 박락은 주철근의 급격한 온도 상승을 일으키며 이는 철근의 응력 손실로 귀결된다. 결국 손상된 콘크리트와 응력이 손실된 강재는 제 역할을다 할 수 없게 되며, 구조물의 파괴로 이어지게 된다. 따라서 화재로 인한 철근콘크리트 구조물의피해를 최소화하기 위하여 내화재료와 같은 보호용 재료개발에 많은 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 열 전도성이 낮고 충분한 부착강도 및 압축강도를 발현할 수 있는 폴리머 혼입 시멘트계매트릭스와 열 전이성이 낮아 내화성이 우수한 Basalt 섬유를 사용한 내화용 복합체의 내화성능을평가하고자 한다. 내화성능을 실험적으로 평가하기 위하여 5분 이내 최대온도 1,200℃까지 가열할수 있는 RABT-ZTV 화재시나리오를 적용하였으며 보강 두께(20mm, 30mm, 40mm)에 따른 복합체의내화성능을 평가하기 위하여 콘크리트 깊이 방향으로 K 타입 열전대를 설치하여 콘크리트, 주철근및 내화용 시멘트 매트릭스 내부 수열온도를 측정하였다. 실험결과 개발된 폴리머 혼입 시멘트계매트릭스는 400℃이상의 온도에서 내부 잉여수의 기화로 발생한 공극압 및 열응력에 의해 균열이발생하였고, 균열로 인한 매트릭스의 초기 박락이 발생하였다.
Abstract
A concrete lining of a tunnel is spalled due to increasing internal air pressure when exposed to a prolonged fire caused by a car accident. The spalled-off concrete pieces expose steels to high temperature, which leads to their stress loss and eventually the collapse of a tunnel could be collapsed due to the deterioration of concrete and steel. Therefore, a fireproofing material should be applied to protect concrete lining and steel from high temperature. This paper selected a cementitious matrix with EVA polymer and a basalt fiber as the fireproofing materials and evaluated their fire-resistant performance by the RABT-ZTV fire loading tests using a liquefied petroleum gas(LPG). Their levels of depths are used as a test variable(20mm, 30mm or 40mm), and the interior temperatures of concrete, steel, and the cementitious matrix are obtained from embedded K-type thermocouples. Failure mechanism and thermal results of the interior concrete and cementitious matrix are discussed in detail.
참고문헌 (37)
- Ahn, Tae Song, "Needs of Fireproofing for Tunnel", Magazine of the Korea Concrete Institute, 19(1), pp.12~14 (2007)[DOI]
- Al-Salloum, A. Yousef, "Experimental and Numerical Study for the Shear Strengthening of Reinforced Concrete Beams Using Textile Reinforced Mortar", Journal of Composites for Construction, 16(1), pp.74~90 (2012)[DOI]
- Babaeidarabad, Saman, "Flexural Strengthening of RC Beams with an Externally Bonded Fabric-reinforced Cementitious Matrix", Journal of Composites for Construction, 18(5), pp.1~117 (2014)[DOI]
- Consolazio, Gary, R., "Measurement and Prediction of Pore Pressures in Saturated Cement Mortar Subjected to Radiant Heating", Materials Journal, 95(5), pp.525~536 (1998)[DOI]
- Gonzalez-Libreros, J. H., "State of Research on Shear Strengthening of RC Beams with FRCM Composites", Journal of the Construction and Building Materials, 149, pp.444~458 (2017)[DOI]
- 한병찬, "쉴드 터널용 프리캐스트 세그먼트 콘크리트 라이닝의 내화성능", 대한토목학회논문집(국문), 34(1), pp.95~105 (2014), 대한토목학회[DOI]
- Han, Min Cheol, "Investigation of Spalling Mechanism in High Strength Concrete", Magazine of the Korea Concrete Institute, 19(1), pp.94~100 (2007)[DOI]
- 홍창우, "플라이애쉬를 이용한 라텍스개질 콘크리트의 기초물성 연구", 대한토목학회 논문집A, 26(1A), pp.205~211 (2006), 대한토목학회
- 홍건호, "재하상태를 고려한 RC 보의 에폭시 주입 보수공법의 적용성 평가", 콘크리트학회 논문집, 16(1), pp.88~93 (2004), 한국콘크리트학회
- 홍건호, "벨크로를 이용한 FRP 플레이트 보강공법의 시공공법 개선", 한국구조물진단유지관리공학회 논문집, 12(6), pp.225~232 (2008), 한국구조물진단유지관리공학회
- Hwang, Eui Hwan, "The Strength and Durability of Polymer-Cement Mortars", Applied Chemistry for Engineering, 5(5), pp.786~794 (1994)[DOI]
- 주현진, "친수성 에폭시를 사용하여 FRP 시트로 보강된 슬래브의 휨거동 평가", 콘크리트학회 논문집, 28(1), pp.85~94 (2016), 한국콘크리트학회[DOI]
- Jun, Zhang, "Optimizing Design of High Strength Cement Matrix with Supplementary Cementitious Materials", Journal of the Construction and Building Materials, 120, pp.123~136 (2016)[DOI]
- Jung, Kyu San, "Prediction of Flexural Capacity of RC Beams Strengthened in Flexure with FRP Fabric and Cementitious Matrix", International Journal of Polymer Science, 2015, pp.1~11 (2015)[DOI]
- Kang, Beung Hee, "Properties of High-heated Concrete", Magazine of the Korea Concrete Institute, 14(2), pp.17~23 (2002)[DOI]
- 강용학, "고온에 노출된 초고강도 콘크리트의 압축특성", 콘크리트학회 논문집, 26(3), pp.377~384 (2014), 한국콘크리트학회[DOI]
- 김행준, "강판으로 휨 보강한 철근콘크리트 보의 파괴거동에 관한 연구", 박사, 토목공학, pp.2005
- 김흥열, "터널화재시 콘크리트 라이닝의 폭렬 및 화재손상에 관한 실험적 연구", 한국화재소방학회 논문지, 23(3), pp.110~120 (2009), 한국화재소방학회
- 김형준, "화재시 콘크리트 요소 폭렬영향성 고찰", 한국화재소방학회 논문지, 21(2), pp.54~63 (2007), 한국화재소방학회
- 김주형, "플라이애시 종류에 따른 플라이애시 모르타르의 특성에 대한 연구", 한국건설순환자원학회 논문집, 4(4), pp.439~445 (2016), 한국건설순환자원학회[DOI]
- Kim, Sung Won, "Experimental Study on Bond Flexural Behavior of RC Members Using CFRP-bar NSM System", Ph.D., pp.2015
- Ko, Hunebum, "Development of Simplified Bond Stress-slip Model for Bonded FRP-Concrete Interfaces", Construction and Building Materials, 68, pp.142~157 (2014)[DOI]
- Ko, Man Chun, "Mechanical Characteristics of FRCM Mortar for Strengthening RC Structures", Master’s, pp.2015
- 고경택, "팽창재와 수축저감제를 사용한 고성능 콘크리트의 수축 특성", 대한토목학회 논문집A, 26(4A), pp.787~794 (2006), 대한토목학회
- Lee, Su Gyu, "Flexural Behavior of RC Slabs Strengthened in Flexure with Basalt Fabric Reinforced Cementitious Matrix", Advances in Materials Science and Engineering, 2018, pp.1~12 (2018)[DOI]
- Medeiros, M. H. F., "Influence of EVA and Acrylate Polymers on Some Mechanical Properties of Cementitious Repair Mortars", Journal of the Construction and Building Materials, 23(7), pp.2527~2533 (2009)[DOI]
- 문광균, "자연재해로 손상된 구조물을 보강하기 위한 폴리머 시멘트 매트릭스의 특성", Crisisonomy, 14(3), pp.91~102 (2018), (사)위기관리이론과실천[DOI]
- Oh, Byung Hwan, "A Study on the Strength and Mechanical Characteristics of Normal and High Strength Fly-Ash Concrete", Journal of the Korea Concrete Institute, 3(2), pp.87~95 (1991)[DOI]
- Ombres, Luciano, "Flexural Analysis of Reinforced Concrete Beams Strengthened with a Cement Based High Strength Composite Material", Composite Structures, 94(1), pp.143~155 (2011)[DOI]
- Paik, Min Su, "The Study on the Strength Properties of High Volume Fly-Ash Concrete", Journal of the Korea Institute of Building Construction, 2(4), pp.169~176 (2002)[DOI]
- Park, Hae Geun, "Evaluation of Fire Safety and Countermeasure of Tunnel Concrete Sturcture", Magazine of the Korea Concrete Institute, 16(1), pp.74~79 (2004)[DOI]
- Park, Hyung Jung, "Concrete Cover & Fire Resistance", Magazine of the Korea Concrete Institute, 11(4), pp.25~31 (1999)[DOI]
- 박종필, "콘크리트용 고성능 수축저감제 개발에 대한 기초적 특성", 한국산학기술학회논문지, 16(6), pp.4298~4307 (2015), 한국산학기술학회[DOI]
- Sim, Jong Sung, "Characteristics of Basalt Fiber as a Strengthening Material for Concrete Structures", Composites Part B: Engineering, 36(6-7), pp.504~512 (2005)[DOI]
- 송형수, "폴리머가 프리믹스 타입의 모수용 모르타르의 성질에 미치는 영향", 한국구조물진단유지관리공학회 논문집, 10(4), pp.153~159 (2006), 한국구조물진단유지관리공학회
- 송형수, "혼화재료가 보수용 폴리머 시멘트 모르타르의 성질에 미치는 영향", 한국구조물진단유지관리공학회 논문집, 11(1), pp.85~94 (2007), 한국구조물진단유지관리공학회
- Triantafillou, Thanasis C., "Shear Strengthening of Reinforced Concrete Members with Textile Reinforced Mortar(TRM)", Materials and Structures, 39(1), pp.93~103 (2006)[DOI]