KR100592043B1 - 화재시 폭열을 방지하고 내화 성능을 향상시킨 ｒｃ기둥부재의 제조방법 및 이 방법을 시용하여 제조되는ｒｃ 기둥부재 - Google Patents

화재시 폭열을 방지하고 내화 성능을 향상시킨 ｒｃ기둥부재의 제조방법 및 이 방법을 시용하여 제조되는ｒｃ 기둥부재 Download PDF

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Abstract

고유동 및 고내구성을 갖는 고성능 콘크리트를 사용하는 대형, 초고층 건축물에서 화재시 폭열을 방지하고 잔존강도를 높혀주어 내화 성능을 향상시킨 RC 기둥부재의 제조방법 및 이 방법을 시용하여 제조되는 RC 기둥부재가 개시된다. 본 발명에 따르면, 고성능 콘크리트를 사용한 RC 기둥부재는 화재시 내부 수증기압에 의해 폭열이 발생하고, 고온에 의한 내부 균열에 의해 잔존강도가 크게 저하하기 때문에, 화재시 폭열을 방지하고, 구조부재의 잔존강도를 향상시키기 위한 방안으로 RC 기둥부재를 단목방향으로 절곡한 메탈라스로 횡구속한 후 내열성이 적은 합성섬유를 혼입한 고성능 콘크리트를 타설하므로써, 화재시 섬유가 녹은 자리로 내부 수증기압을 방출시켜 폭열을 방지함과 함께 메탈라스 횡구속에 의해 RC 기둥부재의 잔존내력을 증진시켜 내화성능을 향상시킨다.

Description

화재시 폭열을 방지하고 내화 성능을 향상시킨 ＲＣ 기둥부재의 제조방법 및 이 방법을 시용하여 제조되는 ＲＣ 기둥부재{method of producing of Reinforced Concrete(RC) column for preventing spalling and improving fire endurance and Reinforced Concrete(RC) column using above method}
도 1은 본 발명에 사용되는 메탈라스의 구조를 보여주기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 사용되는 메탈라스 부재와 철근이 결속된 상태를 보여주기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 RC 기둥부재의 제조방법을 보여주기 위한 도면이다.
도 4는 고성능 콘크리트를 사용한 RC 기둥부재의 플레인 시험체와 PP섬유 혼입 시험체 및 본 발명에 의하여 제조된 시험체에 대하여 화재를 상정한 3시간 내화시험후의 모습을 나타낸 사진이다.
도 5는 고성능 콘크리트를 사용한 RC 기둥부재의 플레인 시험체와 PP섬유 혼입 시험체 및 본 발명에 의하여 제조된 시험체에 대하여 화재를 상정한 3시간 내화시험후의 압축강도 및 잔존 압축강도율을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명에 의하여 제조되는 RC 기둥부재에서 폭열 현상을 방지하는 메커니즘을 나타내는 모식도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 장목방향 20 : 단목방향
40 : 메탈라스 100 : 횡구속부재
110 : 메탈라스부재 120 : 주철근
130 : 대근(Hoop) 200 : 거푸집
본 발명은 화재시 내화 성능을 향상시킨 RC 기둥부재의 제조방법 및 이 방법을 시용하여 제조되는 RC 기둥부재에 관한 것으로, 특히 고성능 콘크리트를 사용한 RC 기둥부재의 폭열방지 뿐만 아니라 잔존내력을 증진시켜 내화 성능을 향상시키기 위한 RC 기둥부재의 제조방법 및 이 방법을 시용하여 제조되는 RC 기둥부재에 관한 것이다.
일반적으로 철근콘크리트(Reinforced Concrete : 이하 RC라함)구조는 포틀랜드 시멘트와 골재 및 물이 일정한 비율로 배합되어 이루어진 콘크리트에 철근이 보강되어 경화(硬化)되면서 하중을 지지할 수 있도록 만들어진 구조체를 말한다. 이와 같은 RC구조는 경제성, 시공성, 내구성, 조형성등의 장점이 뛰어난 구조재료로서의 적합성이 인정되어 각종 건축물을 위시하여 교량, 항만 및 해양구조물, 지하구조물 등에 널리 사용되고 있다.
또한, 최근에는 건축 구조물이 초고층화, 대형화되고 있어 고강도 및 고성능 콘크리트의 사용이 증가하고 있는 데, 고성능 콘크리트는 화재시 발생하는 폭열등 에 취약하다. 고성능 콘크리트는 큰 압축강도와 양호한 내구성을 발휘하도록 제조되는 데, 이러한 성능을 충족시키기 위하여 콘크리트 구조체의 내부 조직이 치밀하게 구성된다. 그러므로 화재시 발생하는 갑작스런 고온현상을 나타내는 폭열현상이 콘크리트 구조체 내부로 전달되면 내부 수증기압이 발생하고, 콘크리트 구조체 내부에서 발생된 내부 수증기압이 콘크리트의 인장강도를 초과하면 심한 폭음과 함께 콘크리트의 구조체에서는 박리 및 탈락 현상이 발생된다. 고성능 콘크리트를 사용한 건축물에서 화재시 갑작스런 고열을 받게 되어 부재표면이 심한 폭음과 함께 박리 및 탈락하는 현상을 이른바 폭열현상이라 하며, 폭열현상으로 인하여 보강된 철근까지 노출되면 주요 구조부재의 내력저하로 건축 구조물이 붕괴까지도 초래될 수 있다.
이와 같은 폭열현상으로 인한 콘크리트 구조체의 손상정도는 낮은 물시멘트비로 강도가 크고, 내부 조직이 치밀한 고성능 콘크리트일수록 더 크게 된다.
그러므로, 최근의 고성능 콘크리트를 사용하여 건축되는 초고층, 대형화된 건축물의 RC 기둥과 같은 주요 구조부재에는 화재시의 폭열 방지와 함께 잔존내력을 증진시키기 위한 방안이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 필요성에 부응하기 위하여 발명된 것으로, RC 기둥부재의 제조시에 보강되는 철근에 일정 규격의 메탈라스를 장방형 또는 원형으로 형성시킨 메탈라스부재를 결속한 다음, 내열성이 적은 일정량의 합성섬유를 혼입한 고성능 콘크리트를 타설하므로써, 화재시 섬유가 녹은 자리로 내부 수증기압 을 방출시켜 폭열을 방지함과 함께 메탈라스부재에 의해 RC 기둥부재의 잔존내력을 증진시키는 RC 기둥부재의 제조방법을 제공하는 데 제 1 목적이 있다.
본 발명의 제 2 목적은 상기한 RC 기둥부재의 제조방법에 의하여 제조되는 공장이나 현장에서 제작된 RC 기둥부재를 제공하는 것이다.
상기의 제 1 목적을 수행하기 위한 본 발명은,
RC 기둥의 외형과 같은 형상을 지니도록 일정 규격의 메탈라스를 단목방향으로 절곡하여 메탈라스 부재를 형성시키는 단계;
형성된 메탈라스 부재를 RC기둥에 보강되는 철근과 단단히 횡으로 결속하여 횡구속부재를 형성시키는 단계; 그리고,
형성된 횡구속부재의 외측으로 거푸집을 형성하고, 거푸집내에 내열성이 적은 일정 규격의 합성섬유를 일정량 혼입한 고성능 콘크리트를 타설하는 단계를 포함한다.
또한, 상기의 제 2 목적을 수행하기 위한 본 발명은,
RC 기둥의 내부에 눈금크기가 단목 6∼30mm, 장목 15∼60mm이고, 두께가 1.2∼5.0mm로 이루어진 메탈라스를 RC기둥의 외형과 같은 형상을 지니도록 절곡시켜 주철근 및 대근의 외측에 횡으로 결속시켜 형성된 횡구속부재를 형성한 다음 상기 횡구속 부재의 내측 및 외측에 직경 0.05∼0.10mm, 길이 15∼50mm의 규격을 갖는 폴리프로필렌 섬유가 체적비로 0.10∼0.30% 혼입된 고성능 콘크리트를 타설하고, 경화시켜 공장이나 현장에서 제작된 RC 기둥부재인 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부된 도면중 도 1은 본 발명에 사용되는 메탈라스의 구조를 보여주기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명에 사용되는 메탈라스 부재와 철근이 결속된 상태를 보여주기 위한 도면이다. 또한, 도 3은 본 발명에 따른 RC 기둥부재의 제조방법을 보여주기 위한 도면이고, 도 4는 고성능 콘크리트를 사용한 RC 기둥부재의 플레인 시험체와 PP섬유 혼입 시험체 및 본 발명에 의하여 제조된 시험체에 대하여 화재를 상정한 3시간 내화시험후의 모습을 나타낸 사진이다.
도 5는 고성능 콘크리트를 사용한 RC 기둥부재의 플레인 시험체와 PP섬유 혼입 시험체 및 본 발명에 의하여 제조된 시험체에 대하여 화재를 상정한 3시간 내화시험후의 압축강도 및 잔존 압축강도율을 나타낸 그래프이고, 도 6은 본 발명에 의하여 제조되는 RC 기둥부재에서 폭열 현상을 방지하는 메커니즘을 나타내는 모식도이다.
본 발명에 따른 RC 기둥부재는 도 1에서 보는 바와 같이 RC 기둥의 형태에 따른 외형을 지니도록 일정규격의 메탈라스(40)를 단목방향(20)으로 절곡하여 메탈라스 부재를 형성한 다음, 도 2에서 보는 바와 같이 형성된 메탈라스 부재(110)를 주철근(120)과 대근(130)이 결합된 철근배근 표면에 결속선 및 용접 등을 이용하여 단단히 결속하여 횡구속부재(100)를 형성시킨 다음, 도 3에서 보는 바와 같이 횡구속부재(100)의 외부에 거푸집(200)을 설치하고 거푸집(200)내에 내열성이 적은 일정량의 합성섬유를 혼입한 고성능 콘크리트를 타설함으로서 제조된다.
여기서, 본 발명에 따른 RC 기둥부재에 사용되는 메탈라스(40)는 도 1에서 보는 바와 같이 눈금크기가 단목방향 6∼30mm, 장목방향 15∼60mm이고, 두께가 1.2∼5.0mm로 이루어 진 것을 사용한다. 메탈라스(40)의 눈금크기가 너무 적은 경우에는 콘크리트의 타설이 용이하지 않고, 눈금 크기가 너무 큰 경우에는 폭열방지 및 내화성능 향상의 효과가 적으며, 메탈라스(40)의 두께가 너무 적은 경우에는 폭열방지 및 내화성능 향상의 효과가 적으며, 메탈라스(40)의 두께가 너무 큰 경우에는 메탈라스 부재(110)의 형성이 어렵기 때문에 상기의 범위내의 눈금크기 및 두께를 가진 메탈라스(40)를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 메탈라스 부재(110)가 주철근(120)과 대근(130)에 의하여 횡으로 결속된 횡구속부재(100)의 외측에 형성된 거푸집(200)에 투입되는 고성능 콘크리트에 포함되는 합성섬유는 폴리프로필렌(PP)섬유로 직경 0.05∼0.10mm, 길이 15∼50mm로 콘크리트 체적의 0.10∼0.30%를 혼입하여 제조한다. 합성섬유의 직경 및 길이가 너무 길거나 혼입률이 많은 경우에는 고성능 콘크리트의 혼합 및 타설이 용이하지 않고, 합성섬유의 직경 및 길이가 너무 적거나 혼입률이 낮은 경우에는 폭열방지 및 내화성능 향상의 효과가 적기 때문에 상기의 범위내의 합성섬유의 직경, 길이 및 혼입률을 갖는 것이 바람직하다.
이와 같이 제조되는 본 발명에 따른 RC기둥부재는 화재의 발생시에는 도 6에서 보는 바와 같이 열에 의하여 합성섬유가 녹은 공간으로 콘크리트의 내부 수증기압을 방출시켜 폭열을 방지함과 함께 메탈라스 부재(110)와 철근(120)이 결속된 횡구속부재(100)에 의하여 RC 기둥부재의 잔존내력을 증진시켜 내화 성능을 향상시킨 다.
이와 같이 제조되는 본 발명에 따른 RC 기둥부재의 화재시 폭열방지 및 내화성능을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 4는 고성능 콘크리트를 사용한 RC 기둥부재의 플레인 시험체 및 고성능 콘크리트에 PP섬유를 혼입한 시험체 및 본 발명에 따라 RC 기둥부재의 형태에 따라 절곡된 메탈라스 부재(110)를 주철근(120)과 대근(130)에 의하여 횡으로 결속된 횡구속부재(100)에 PP섬유가 혼입된 고성능콘크리트를 타설한 시험체에 대하여 화재를 상정한 3시간 내화시험 후의 모습을 나타낸 것으로, 플레인은 심한 파괴폭열로 철근이 노출되었으나, PP섬유 혼입한 시험체 및 본 발명에 따라 제조되는 RC 기둥부재의 시험체는 폭열이 방지되었다.
도 5는 도 4와 동일한 시험체 즉, RC 기둥부재의 플레인 시험체 및 고성능 콘크리트에 PP섬유를 혼입한 시험체 및 본 발명에 따라 RC 기둥부재의 형태에 따라 절곡된 메탈라스 부재(110)를 주철근(120)과 대근(130)에 의하여 횡으로 결속된 횡구속부재(100)에 PP섬유가 혼입된 고성능콘크리트를 타설한 시험체에 대하여 화재를 상정한 3시간 내화시험 후 압축강도 및 잔존 압축강도율을 나타낸 것이다. 먼저, 고성능 콘크리트와 철근만으로 이루어진 플레인 시험체는 잔존 압축강도율이 20% 전후로 나타났고, PP섬유를 일정비율 혼입한 시험체에서는 PP섬유에 의해 폭열이 방지되었으나, 잔존 압축강도율이 30% 전후로 나타난 반면 본 발명에 따라 메탈라스 부재와 철근을 결속시킨 결속부재에 PP섬유가 혼입된 시험체는 폭열방지와 함께 잔존 압축강도율이 50% 전후로 크게 증진되어 내화성능이 우수함을 알 수 있다.
이와 같은 결과는 본 발명에 따른 RC 기둥부재에서 화재의 발생시에 콘크리트에 혼입한 PP섬유가 고온에서 녹고, 녹은 공간을 통하여 내부 수증기압의 효과적으로 배출됨에 의한 응력완화와 메탈라스 부재와 철근의 횡구속력이 내부 수증기압보다 크게 작용하여 폭열을 방지하고, 아울러, 메탈라스 부재와 철근의 횡구속력이 고온에 의한 팽창압을 구속하여 RC 기둥부재의 잔존내력을 증진시켜 내화성능이 향상됨을 알 수 있다.
이상에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 RC 기둥부재는 초고층 건축물에 이용한다면 평상시 건조 및 자기수축 저감에 의한 균열방지와 압축강도증진, 지진시 전단력 보강 뿐만아니라 화재시 폭열방지와 함께 잔존내력을 크게 증진시켜 내화성능 향상에 우수한 효과가 있음을 알 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. ⅰ) RC 기둥의 외형과 같은 형상을 지니도록 일정 규격의 메탈라스(40)를 단목방향(20)으로 절곡하여 메탈라스 부재(110)를 형성시키는 단계;
    ⅱ) 상기 단계에서 형성된 메탈라스 부재(110)를 주철근(120)과 대근(130)이 결합된 철근배근 표면에 결속시켜 횡구속부재(100)를 형성시키는 단계; 그리고,
    ⅲ)상기 단계에서 형성된 횡구속부재(100)의 외측으로 거푸집(200)을 형성하고, 상기 거푸집(200)내에 내열성이 적은 일정 규격의 합성섬유를 일정량 혼입한 고성능 콘크리트를 타설하는 단계를 포함하는 화재시 폭열을 방지하고 잔존강도를 높혀주므로서 내화 성능을 향상시킨 RC 기둥부재의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 ⅰ단계에서 상기 메탈라스(40)는 눈금크기가 단목방향 6∼30mm, 장목방향 15∼60mm이고, 두께가 1.2∼5.0mm로 이루어 진 것을 특징으로 하는 화재시 폭열을 방지하고 내화 성능을 향상시킨 RC 기둥부재의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 ⅲ단계의 상기 합성섬유는 폴리프로필렌 섬유로 구성되고, 직경 0.05∼0.10mm, 길이 15∼50mm의 규격을 갖으며, 투입되는 콘크리트 체적의 0.10∼0.30% 혼입하는 것을 특징으로 하는 화재시 폭열을 방지하고 내화 성능을 향상시킨 RC 기둥부재의 제조방법.
  4. RC 기둥의 내부에 눈금크기가 단목 6∼30mm, 장목 15∼60mm이고, 두께가 1.2∼5.0mm로 이루어진 메탈라스(40)를 상기 RC기둥의 외형과 같은 형상을 지니도록 절곡시켜 주철근(120) 및 대근(130)의 외측에 결속되어 횡구속부재(100)를 형성한 다음, 상기 횡구속부재의 내측 및 외측에 직경 0.05∼0.10mm, 길이 15∼50mm의 규격을 갖는 폴리프로필렌 섬유가 체적비로 0.10∼0.30% 혼입된 고성능 콘크리트를 타설하고, 경화시켜 공장이나 현장에서 제작된 화재시 폭열을 방지하고 내화 성능을 향상시킨 RC 기둥부재.
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KR102125818B1 (ko) 2019-06-28 2020-06-24 한국건설기술연구원 폭열저항을 개선한 고성능 섬유보강 시멘트 복합재료 조성물 및 그 제조 방법

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