고온을 받은 콘크리트의 특성변화 및 손상도 평가에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

경제가 성장함에 따라 인구의 증가 및 시설의 도시화 현상은 건물이 고층화 및 대형화 되고, 그에 따라 화재발생의 빈도가 높아지고 그 규모는 대형화되는 추세며 이에 따른 물질적 피해와 인명피해도 크게 발생하고 있는 실정이다.
화재피해 콘크리트 건축물의 손상도 평가는 재료강도의 내력저하와 부재강성변화에 의한 사용성 저하, 균열이나 중성화 등에 의한 내구성 저하의 관점에서 평가할 수 있으며, 이 중 내력저하는 구조물의 안전과 직접적인 관련이 있는 가장 중요한 평가항목이기 때문에 강도저하정도의 파악은 화재 후의 재사용 여부와 그 보수？보강법의 검토에 대한 중요한 판단 자료가 된다.
화재피해 콘크리트 건축물의 손상도 평가를 위해서, 육안관찰과 슈미트 해머나 초음파를 이용한 비파괴 검사와 현장에서 채취된 코아 샘플의 압축강도 실험으로 강도저하를 확인하고, 페놀프탈레인 시약에 의한 중성화 실험에 의해 손상깊이를 추정한다. 그러나 이와 같은 기존 손상도 평가방법으로는 명확한 손상깊이를 추정하기가 어렵고 엔지니어는 보수적인 판정을 하고 이로 인해 불필요한 보수？보강 비용이 든다. 이에 합리적인 보수？보강방법과 나아가 해체 시의 정확한 판단과 결과에 대한 신뢰도 제고를 위해서는 정량적인 손상도 분석 및 평가가 필요하다.
따라서 본 연구에서는 고온에 노출된 콘크리트의 특성변화 및 손상도 평가 연구를 위해, 먼저 선행연구의 고찰을 통해 주된 평가지표를 결정하였고 평가지표별 고온특성변화를 실험과 해석방법에 의해 규명하여, 그 결과를 반영한 정량적 손상도 평가방법과 평가모델식을 제시하였다.
본 연구를 수행하여 얻은 결론을 요약하면 아래와 같다.
(1) 공시체절단법에 의해 손상깊이에 따른 흡수율과 잔존인장강도의 변화는 일관된 경향을 나타내고 있어 본 평가방법은 일면가열조건 부재에 적용하여 수열온도 예측을 통해 손상깊이 추정을 위한 평가방법으로 활용할 수 있을 것이다.
(2) 색조분석법에 의해 손상깊이에 따른 색조분석 결과, 명도값이나 채도값에 비해 색상값의 변화가 가열면에서 부터 멀어질수록 작아지는 일관된 경향을 나타내고 있어 상대색상값을 측정하여 고온에 노출된 부재의 수열온도를 예측하여 손상깊이의 추정이 가능할 것이다.
(3) 고온에 노출된 콘크리트는 대기중에 기건상태로 방치하는 것보다 최소 7일 정도의 습윤상태에 노출시키는 것으로도 10%이상의 압축강도가 복원되고 있음이 확인되어, 화재 후 손상부재에 적절한 수분공급을 통해 콘크리트의 강도복원도를 확인하여 손상도 평가가 이루어져야 한다.
(4) 콘크리트의 열특성계수 중, 밀도는 열전도특성에 영향이 작으므로 상수값을 사용하여도 무방하나, 비열과 열전도계수는 온도모델식 적용여부에 따라 부재 내부온도 차이가 크므로 해석 시 이에 대한 고려가 필요하다.
(5) 온도변화에 따른 중량감소는 해석방법을 이용하여 잘 예측할 수 있고, 상온에 시험체의 초기 자유수의 질량에 따라 중량감소는 차이가 크게 발생한다.
(6) 색상변화, 중량감소율 및 잔존압축강도 관계는 정량적인 온도모델식으로 제안할 수 있어 고온을 받은 콘크리트의 손상도 평가에 사용할 수 있을 것이다.