D-17 : 탄소저감형 재료로 제작된 영구거푸집의 내화성능평가

김승용,김정수 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2013 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2013 No.-

최근 구조물의 초고층화 추세에 따라 고강도 콘크리트의 사용이 증대되고 있다. 그러나 고강도 콘크리트는 고온에서 부재 표면이 박리 및 탈락하는 폭렬 현상이 발생하는 등 화재안전성이 저하되는 단점이 있는 것으로 보고되고 있다. 이에 고강도 콘크리트의 내화성능 및 잔존내력을 확보하기 위한 방안으로, 탄소저감형 재료(고로슬래그, 제올라이트 등)로 구성된 영구거푸집의 단열성능에 의해 내화성능을 확보할 수 있는 영구거푸집 겸용 내화시스템 기술을 개발하고 있다. 본 기술은 영구거푸집의 단열효과에 의해 화재 발생 시 콘크리트로의 열전달을 적극적으로 차단하여 폭렬을 제어하는 손상저감형 기술로서, 화재 발생 후에도 잔존내력 손실을 최소화하여 구조안전성을 확보할 수 있을 것으로 기대된다. 따라서 본 연구에서는 영구거푸집을 적용한 80MPa 고강도 콘크리트 기둥부재 내화성능평가를 통하여 영구거푸집 겸용 내화시스템의 내화성능을 검증하였다. 공인인증 기관인 한국건설기술연구원에서 KS 2257-7에 의거하여 수행되었으며, Fig. 1과 같이 20mm 영구거푸집을 이용한 600×600×1,500mm 기둥부재를 제작하여 ISO 834-1 표준시간-가열온도 곡선에 따라 3시간 비재하 가열실험을 실시하였다. 80MPa 내화시스템 내화성능평가 결과, 주철근의 평균온도 및 최고온도는 각각 195도, 476도이며, Fig. 2와 같다. 국토해양부 고시에서 제안하고 있는 내화구조 성능기준 538도, 649도를 모두 만족하였다. 또한 내화성능평가 전후 실험체 형상을 비교·분석한 결과, 내화시험 65분 경과시점에서 미세한 폭렬로 인해 영구거푸집의 부분 탈락이 발생하였으나, 내부 콘크리트의 균열 및 파손정도는 매우 미미한 수준으로 내부 콘크리트 및 철근의 구조적 성능에는 큰 문제가 없을 것으로 사료된다. 영구거푸집을 적용한 80MPa 콘크리트 기둥 부재의 내화성능을 평가한 결과, 내화성능 및 단열성능이 우수한 영구거푸집이 외부 고온이 콘크리트 내부로 전달되는 것을 차단함으로 주철근 및 콘크리트의 온도상승을 제어 가능하였으며. 이에 80MPa급 고강도 콘크리트 기둥부재에 대한 화재안전성을 충분히 확보하는 것으로 판단된다.

탄소저감형 재료로 제작된 영구거푸집의 내화성능평가

김승용,김정수 한국폐기물자원순환학회 2013 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2013 No.2

최근 구조물의 초고층화 추세에 따라 고강도 콘크리트의 사용이 증대되고 있다. 그러나 고강도 콘크리트는 고온에서 부재 표면이 박리 및 탈락하는 폭렬 현상이 발생하는 등 화재안전성이 저하되는 단점이 있는 것으로 보고되고 있다. 이에 고강도 콘크리트의 내화성능 및 잔존내력을 확보하기 위한 방안으로, 탄소저감형 재료(고로슬래그, 제올라이트 등)로 구성된 영구거푸집의 단열성능에 의해 내화성능을 확보할 수 있는 영구거푸집 겸용 내화시스템 기술을 개발하고 있다. 본 기술은 영구거푸집의 단열효과에 의해 화재 발생 시 콘크리트로의 열전달을 적극적으로 차단하여 폭렬을 제어하는 손상저감형 기술로서, 화재 발생 후에도 잔존내력 손실을 최소화하여 구조안전성을 확보할 수 있을 것으로 기대된다. 따라서 본 연구에서는 영구거푸집을 적용한 80MPa 고강도 콘크리트 기둥부재 내화성능평가를 통하여 영구거푸집 겸용 내화시스템의 내화성능을 검증하였다. 공인인증 기관인 한국건설기술연구원에서 KS 2257-7에 의거하여 수행되었으며, Fig. 1과 같이 20mm 영구거푸집을 이용한 600×600×1,500mm 기둥부재를 제작하여 ISO 834-1 표준시간-가열온도 곡선에 따라 3시간 비재하 가열실험을 실시하였다. 80MPa 내화시스템 내화성능평가 결과, 주철근의 평균온도 및 최고온도는 각각 195도, 476도이며, Fig. 2와 같다. 국토해양부 고시에서 제안하고 있는 내화구조 성능기준 538도, 649도를 모두 만족하였다. 또한 내화성능평가 전후 실험체 형상을 비교・분석한 결과, 내화시험 65분 경과시점에서 미세한 폭렬로 인해 영구거푸집의 부분 탈락이 발생하였으나, 내부 콘크리트의 균열 및 파손정도는 매우 미미한 수준으로 내부 콘크리트 및 철근의 구조적 성능에는 큰 문제가 없을 것으로 사료된다. 영구거푸집을 적용한 80MPa 콘크리트 기둥부재의 내화성능을 평가한 결과, 내화성능 및 단열성능이 우수한 영구거푸집이 외부 고온이 콘크리트 내부로 전달되는 것을 차단함으로 주철근 및 콘크리트의 온도상승을 제어 가능하였으며. 이에 80MPa급 고강도 콘크리트 기둥부재에 대한 화재안전성을 충분히 확보하는 것으로 판단된다.

ABAQUS를 이용한 CFT기둥의 내화성능에 관한 해석적 연구

황규재,이치형,김해수,윤성기 대한건축학회지회연합회 2010 대한건축학회연합논문집 Vol.12 No.4

본 연구에서는 ABAQUS 프로그램을 이용한 유한요소해석에 의해 콘크리트충전 각형강관(CFT)기둥의 내화성능을 평가하는 것을 목적으로 한다. 과도상태 열전달 해석을 이용한 변수요소의 연구결과를 제시하고, 제시한 변수요소 연구의 정확성을 확인하기 위하여 기존 연구결과들과 비교하였다. 내화피복의 두께, 강재의 두께, 단면의 형상, 콘크리트의 강도 그리고 온도 측정위치 변화와 같은 다양한 변수연구로 내화피복된 CFT기둥의 내화성능을 평가하였다. 연구 결과로, 내화피복의 두께가 두꺼울수록 온도저감효과가 더 크게 나타났다. 그러나, 강재두께와 콘크리트의 강도의 영향은 내화피복된 CFT기둥의 온도변화에 영향을 미치지 못한다.

터널 풍도슬라브에 사용된 내화패널의 적용성에 관한 실험연구

최우진 한국재난정보학회 2023 한국재난정보학회 논문집 Vol.19 No.2

연구목적: 터널에서 발생되는 화재로 인하여 구조물의 피해를 보호하기 위해 적용되는 PSC 슬래브에 부착된 내화패널의 성능을 평가할 목적으로 내화실험을 수행하였다. 연구방법: 내화실험은 RWS 화재 이력곡선 화재시간-온도곡선을 적용하였으며, 한국건설기술연구원(KICT)의 가열로를 이용하여 내화 성능을 평가하였다. 연구결과: 국제터널학회(2004)에서 제시하는 기준으로 내화성능 실험을 실시한 결 과, 내화패널과 콘크리트의 접촉면에서의 최대온도는 콘크리트에 손상을 주는 한계온도(380°C) 이하 였으며, 접촉면과 25mm 이격된 지점에서의 최대온도는 철근에 손상을 주는 한계온도(250°C) 이하로 측정되었다. 실험결과로부터, 내화패널이 30mm두께로 부착된 PSC 슬래브 시험체는 내화성능을 가진 것으로 평가되었다. 결론: 터널이나 지하차도에서의 화재발생시 내화패널을 부착하는 보강방법은 화 재로부터 구조물을 보호할 수 있으며 향후, 내화패널이 부착된 슬래브의 정적 성능시험을 수행하고, Pull-off test와 피로실험을 실시하여 내화패널의 부착성능을 확인하는 것이 필요하다. Purpose: In this study,fire-resistance test were executed to evaluate the effectiveness of the fireproof panel attached to the PSC slab in tunnel. Method: For the fire resistance test, the RWS curve was applied and the furnace of the KICT was used. Result: As a result of the experiment, the maximum temperature measured on the concrete surface of the PSC slab with the fireproof panel was 321.8°C, which was lower than the damage limit temperature of 380°C for concrete. Also, at the t=25mm, the maximum temperature was 35.2°C, which was lower than the damage temperature of steel, 250°C. The use of precast fire resistance panel(t=30mm) improves fire resistance of PSC structures. Conclusion: As a result of the test, a reinforcement method for attached a fireproof panel in case of fire in a tunnel or an underground roadway is provided to protect a structure from fire. In the future, it is necessary to perform the static performance test of the slab to which the fireproof panel is attached, and to confirm the adhesion performance of the fireproof panel by performing the pull-off test and the fatigue test.

모듈러 주택용 강재의 건식피복 내화성능에 관한 실험적 연구

안재홍,여인환,인기호 한국방재학회 2015 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.14 No.-

모듈러 주택은 공장에서 생산되어 현장에서 조립하는 형태로서, 공기 단축, 품질 향상, 비용 절감의 다양한 이점이 있으나, 내화기술 미비 등의 원인으로 국내에서는 아직까지 활성화되지 못하고 있는 상황이다. 내화기술의 경우 국내에서는 모듈러 주택에 적합하도록 개발된 내화구조 기술은 현재까지 부족한 실정이다. 본 연구는 모듈러 주택용 강재의 내화성능 향상을 위한 건식 내화피복 기술 개발을 위한 초기 단계 연구로서 제한된 시험체로 성능평가 및 기술 개발 가능성을 타진하였다. 현재 국내에서 모듈러 주택용 내화기술이 미비하고 내화도료 이외에 별도의 대안이 없는 상황에서, 모듈러 주택 특성을 저해하지 않는 범위에서 경제적이고 제작이 용이한 건식 내화피복 기술은 향후 지속적인 연구를 통하여 최적의 성능조합과 공법 개발이 필요할 것으로 사료된다. 본 연구에서는 성능 향상 인자 중 최소한의 변수를 고려하여 내화성능을 검토하였다. 건식 내화피복 기술은 구성재료의 다양한 조합에 따라 여러 가지 구조가 제시 가능하며, 본 연구에서 제시한 단열재와 방화석고보드 조합으로 그라스울을 사용한 구조의 경우 53분의 내화성능을 확인하였으며, 미네랄울을 사용한 시험체에서 최대 71분의 내화성능을 확보하였으며, 모듈러 주택용 강재의 내화피복기술로 제시한 대안중 미네랄울과 방화석고보드 구조에서 미네랄울의 경우 단열재의 밀도 보다는 최소 75mm이상의 충전 두께를 확보하는 것이 유리할 것으로 사료되며, 건식 내화피복기술 중 방화석고보드의 성능에 따른 초기 30분까지의 초기 온도 상승 억제 구간의 범위를 확대하기 위해서는 최소한 15mm 이상의 방화석고보들 사용하는 것이 유리한 것으로 고찰되었다.

고성능 특수형강의 건축구조물 적용을 위한 내화성능평가

안재권,류은미,조규환,여인환 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.5

내화강은 다른 구조용 강재와 비교하여 상온 특성은 유사하나 고온에서의 강도 유지 성능이 우수하며, 이로 인해 건축물 화재 발생 시에도 주요 구조부재의 하중지지력 유지에 크게 기여할 것으로 기대되어 왔다. 본 연구에서는 최근 국내에서 개발 중인 항복강도 420MPa 급 내화강재의 고온강도 및 고온노출이후 잔존강도에 대한 특성을 일반강재와 비교함으로써 건축구조부재에 대한 내화강의 적용성을 평가하였다. 또한 건축물 기둥부재의 대표적인 단면형태를 대상으로 내화강 및 일반강을 적용한 내화성능평가를 수행하여 실제 구조부재에 있어서의 일반강 대비 내화강의 내화성능 증진 정도를 확인하였다. 소재시험 및 기둥부재 내화성능평가 결과, 내화강의 경우 기존 일반강재에 비해 고온에서도 상당히 높은 강도 수준을 유지하였고, 건축구조부재에 적용한 경우에도 내화시간의 증진이 뚜렷함을 확인하였다.

벽체 구조 내화성능 분류체계 설정을 위한 실험적 연구

최동호,김대회,Choi. Dongho,Kim. Daehoi 한국방재학회 2012 한국방재학회논문집 Vol.12 No.4

건축물은 화재시 그 피해를 최소화하기 위해 건축물 주요 구조부를 일정 수준의 내화구조로 시공하고 있다. 현재 국내에서는 이러한 주요 구조부의 내화성능을 정부에서 확인하여 인정한 법정 내화구조를 규정하고 있으나 외국에 비하여 내화성능 및 구조의 구분없이 일률적으로 내화성능을 규정하고 있으며, 이경우도 규정된 후 상당한 시일이 경과되어 최근에 적용되는 건축재료 및 공법기술을 적절히 수용하지 못하고 있는 실정이다. 이에 따라 현재의 법정내화구조에 대한 성능확인 등을 통한 내화성능을 재설정할 필요가 있으며, 이에 본 연구에서는 국내 법정내화구조중 벽체 구조를 대상으로 내화성능을 평가한 후 각 구조별로 법정내화구조를 세분화한 기초자료를 제시하였다. To minimize the damages under fire conditions in buildings, the main structural members of buildings shall be fire-resistance-rated structural members. The relevant authority specifies the prescriptive fire-resistance-rated structural members which have 3-hour fire rating equally without any classification in building laws at present unlike foreign countries. But, these prescriptive fire-resistance-rated structural members don`t properly reflect the recent construction materials and the technical development of methods of construction as a long time has passed. Consequently, it is needed to specify so that the fire resistance performance of structural members can be departmentalized according to the detail design and applied part and to improve the relevant system based on the test materials of fire-resistance-rated structural members economically and efficiently. This study was intended to give the fundamental materials that prescriptive fire-resistance-rated walls are departmentalized as each structure by evaluating the fire resistance performance of prescriptive fire-resistance-rated walls.

내화유리를 적용한 강재 유리벽의 내화성능 평가

이재승,임현창,양승조 한국구조물진단유지관리공학회 2018 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.22 No.5

방화구획 내 벽체에는 콘크리트, 조립식 패널, 건식벽체 등을 사용한 내화구조가 주로 적용되고 있으나 근래에 들어 시야 확보 및 미적 관점에 대한 관심이 증가하여 유리로 구성된 벽체의 수요가 발생하고 있다. 본 연구에서는 차열 유리를 적용한 스틸 내화벽체에 관한 것으로써 내부 방화구획에 적용 가능한 60분 내화벽체와 외부 벽체 및 커튼월에 적용 가능한 90분 내화벽체에 대하여 내화시험 및 성능분석을 수행 하였다. 시험 결과, 각 시험체의 요구 내화성능을 충족하는 것으로 나타났으며, 추가적으로 유한요소해석을 통한 유리벽체의 내화성능을 평가 하였으며 그 결과 1차적으로 시험체의 내화성능을 예측하는 것이 가능한 것으로 판단되었다. Fireproof structures using concrete, built-up panels and dry walls are usually used in walls inside fire compartments. However, demand for glass walls is emerging due to increase in interest in visibility and external appearance. In this study on steel fire resistance walls using insulation glass, fire resistance tests and performance evaluations were conducted on 60 minute fire resistance walls and exterior walls which could be applied to interior fire compartments and 90 minute fire resistance walls which could be applied to curtain walls. According to the tests, the specimens satisfied the required fire resistance performance. The finite element analysis was conducted after the tests to evaluate the fire resistance performance of the glass walls. The analysis results showed that the preliminary evaluation of fire resistance performance would be feasible.

강구조 건축물의 내화성능설계 평가 프로그램 개발

양승조,이재승,여인환,나옥빈,Yang. Seungcho,Lee. Jae-Sung,Yeo. In-Hwan,Na. Okpin 한국방재학회 2014 한국방재학회논문집 Vol.14 No.3

현재 국내 건축물에 성능적 내화설계를 도입하기 위해서는 실제 건축물에 적용되는 내화성능에 대한 이론식의 신뢰성의 확보와 화재 시 내화성능을 간략하게 평가할 수 있는 내화구조 성능평가에 관한 프로세스의 정립이 필요하다. 본 연구는 이러한 필요성에 근거하여 강구조물에 적용할 수 있는 선진외국의 내화성능설계에 관한 이론들을 분석하고 내화성능 평가 프로세스를 정립하였으며, 이에 근거하여 내화성능 프로그램을 개발하였다. 본 연구에서 제시된 내화성능 평가 프로그램은 강구조물의 내화성능 설계를 위하여 간단하게 적용될 수 있다. To introduce the performance-based fire resistance design for buildings in Korea, it is necessary to secure the reliability of the analytical formulae and to study the computation methods for fire resistance performance for buildings. The purpose of this study is to establish the process of the evaluation tool on the fire resistance performance from analysis for the theories on the fire performance-based designs from advanced countries. The program based on the computation method of fire resistance performance, which is suggested from this study, can be used simply to evaluate the steel structures under a fire.

무내화피복 CFT 공법의 내화성능 확보를 위한 실험적 연구

이지환,한민철 한국건축시공학회 2015 한국건축시공학회지 Vol.15 No.3

본 연구는 3시간 내화성능을 만족할 수 있는 고성능 무내화피복 CFT 기둥 개발을 위한 연구로서, 고로슬래그 미분말 치환율에 따른 성능평가를 실시한 결과 고로슬래그미분말 치환율이 증가함에 따라 내화성능이 개선되는 것을확인 할 수 있었으며, 내화성능을 고려한 CFT 기둥용100MPa 충전콘크리트의 고로슬래그 미분말 적정 사용량은 40%로 나타났다. 이에 따라 고로슬래그 미분말 40% 혼입 100MPa 충전콘크리트를 적용한 CFT 실물 시험체를대상으로 재하하중별 내화시험을 실시한 결과 재하하중이증가함에 따라 내화성능 발현시간이 감소하는 것으로 나타났으며, 재하하중 2,000kN에서는 240분 이상의 내화성능을 나타내었고, 3,000kN에서는 184분, 4,000kN에서는120분의 내화성능을 나타내었다. In this study, tests were carried out to find out a method to ensure the fire resistance performance ofhigh-performance non-refractory coating CFT columns. For the high performance concrete fabrication with 100MPa,blast furnace slag(BS) and steel and nylon fibers were used. It was found that the partial replacement with BSimproved the fire resistance performance of the concrete. Based on the results of lab tests, the large fire test wasconducted. For this test, the CFTs with the size of ∅500×4,200mm and the reinforcement of SS 400 steel wereprepared and they were subjected to a loading condition. It was found that as the level of load increased, the level offire resistance decreased. For example, In with the loading condition of 2000kN the CFT could resist the fire for over240 minutes, whereas, with the loading condition of 3,000kN and 4000kN applying to equivalent CFTs, the resistingtime against fire were 184 minutes, and 120 minutes, respectively.