KR101988775B1 - 폭열 방지용 콘크리트 배합물 및 콘크리트 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폭열 방지용 콘크리트 배합물 및 상기 배합물로 된 콘크리트 구조물을 제공하는 것으로서, 본 발명에 의해 제공되는 콘크리트 배합물은 시멘트, 잔골재, 굵은골재, 소화약제 및 물을 포함한다.

Description

폭열 방지용 콘크리트 배합물 및 콘크리트 구조물{CONCRETE FORMULATION FOR PREVENTION OF SPALLING AND CONCRETE STRUCTURE MANUFACTURED THEREFROM}

본 발명은 콘크리트 구조물에 화재가 발생하였을 경우, 고열에 노출된 콘크리트 표면이 손상되어 갈라지고 깨지거나 조각으로 떨어져 나가 파괴되는 이른바 폭열현상(Spalling)을 방지하기 위한 특수 콘크리트 개발에 관한 것이다.

콘크리트 표면이 화재 등으로 인해 고온에 노출된 경우, 그 콘크리트 표면이 박리되거나 비산해서 단면결손이 발생하는 현상을 폭열현상이라 한다. 이러한 폭열현상은, 도 1에 개념적으로 나타내었으나, 콘크리트 내부 수분이 고열에 의해 수증기로 팽창하여 외부로 빠져나가지 못해 내부압력이 증가하여 수증기 폭발이 일어나 발생하는 것이다.

특히, 제철소는 설비들이 놓여있는 공장 내 구조물 등 수많은 건축물이 존재하며, 제철공정의 특성상 고열의 제품취급, 다량의 가스발생과 에너지 사용, 대형설비 및 중장비 운영 등으로 상시 화재와 폭발의 위험이 존재한다. 실제로 매년 화재, 폭발로 인한 손실이 발생하고 있으며, 그 중 콘크리트로 이루어진 건축물이 대다수이다.

따라서, 이러한 건축물에 화재가 발생하는 경우에는 폭열현상의 위험성이 높으며, 폭열발생시 건축물의 내력저하 등으로 2차적인 대형피해가 일어날 우려가 크다.

이와 같은 폭열 현상을 방지하기 위하여 여러 가지 방법이 개발되었으며, 그 대표적인 것으로서, 콘크리트의 온도 상승을 억제하여 폭열을 예방하는 방법이 있다. 구체적으로는 도 2에 나타낸 바와 같이, 콘크리트 표면을 내화도료 등으로 피복처리하여 고열로부터의 콘크리트의 온도상승을 억제하는 기술이다. 이러한 기술은 콘크리트 표면에 단열 모르타르나 내화 도료를 도포하거나, 또는 단열판을 부착하는 방법 등을 들 수 있다.

상기 내화도료 등에는 내화성분이 함유되어 있으며, 이러한 내화성분은 고온에서 팽창하여 보호층을 형성함으로써 콘크리트 표면에 직접적인 열전달을 차단하는 기능을 제공하여 콘크리트의 온도 상승을 억제한다. 그러나, 콘크리트 양생기간, 내화도료의 피복처리에 많은 시간이 소요되며, 시공비, 유지관리비 등이 요구되어 비용적 부담이 크다.

한편, 비산억제를 통한 폭열 예방 기술이 있다. 이러한 기술은 고열에 의해 콘크리트 내부에서 발생되는 수증기에 의한 고압을 견디기 위해 보강재를 사용하여 콘크리트의 인장력을 높임으로써 콘크리트의 변위, 탈락을 억제하는 방법이 있다. 예를 들어, 도 3에 나타낸 바와 같이, 메탈라스(Metal Lath) 또는 탄소섬유, 유리섬유 등으로 된 섬유 시트를 주 철근 둘레에 시공하는 방법 등이 있다. 도 4에 메탈라스를 시공한 구체적인 예를 촬영하여 나타내었다.

나아가, 내부 수증기압을 배출시켜 폭열을 예방하는 기술이 있다. 예를 들어, 콘크리트 제조시 유기섬유 등을 혼입하여 고열에 콘크리트가 노출되는 경우 혼입된 상기 유기섬유가 콘크리트 내부에서 녹아 공극을 형성하도록 하여 내부에 발생된 고압의 증기를 배출함으로써 폭열을 방지하는 방법이다. 이와 같은 기술을 개념적으로 도 5에 나타내었었다.

그러나, 상기 콘크리트에 배합된 유기질 섬유는 약 160℃ 이상의 고온에서 용융되는 것이 사용되고 있는데, 물의 기화온도보다 높아 수증기압이 배출되는 속도가 느리다는 문제가 있다.

이에, 화재 노출시 종래 방법의 장점을 유지하면서도 폭열 현상을 보다 효과적으로 방지할 수 있고, 비용적 측면에서도 저렴한 새로운 폭열 방지 기술이 요구된다.

이에 본 개발명세서는 폭열방지용 특수 콘크리트를 개발하여, 향후 건축물의 신설, 보수시 화재폭발에 대한 안전성을 높이고, 피해를 최소화 하기 위함이다.

본 발명은 폭열 방지용 콘크리트 배합물에 대한 것으로서, 상기 콘크리트 배합물은 시멘트, 잔골재, 굵은골재 및 물을 포함하며, 상기 물은 소화약제를 포함하며, 상기 소화약제는 물과 소화약약 합계 중량 100%에 대하여 1 내지 6중량% 포함하는 것인 콘크리트 배합물.

상기 소화약제는 포소화약제, 침윤식소화약제 또는 이들의 혼합물일 수 있다.

상기 포소화약제는 단백포, 불화단백포, 수성막포, 내알코올형포 및 합성계면활성제포로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 콘크리트 배합물로부터 제조된 콘크리트 구조물을 제공한다.

본 발명에 따르면, 콘크리트 구조물에 대한 화재시 구조물의 온도를 급격히 저감시킬 수 있으며, 나아가, 수증기의 흐름 및 배출을 유도할 수 있어 폭열을 억제할 수 있다.

도 1은 화재 발생시 콘크리트 구조물의 폭열 발생 매커니즘을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 종래 폭열 방지를 위한 내화도료 또는 내화피복을 적용한 콘크리트 구조물을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 종래 폭열시 콘크리트 일부의 비산을 억제하기 위한 콘크리트 구조물을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 종래 메탈라스를 적용한 콘크리트 구조물의 내부를 촬영한 도면이다.
도 5는 종래 폭열 방지를 위하여 유기섬유가 배합된 콘크리트 구조물에서의 수증기 배출에 의한 폭열 방지를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 콘크리트 구조물 내에 소화약제를 포함함에 따른 폭열 방지 메카니즘을 개략적으로 나타내는 도면이다.

본 발명은 기존의 콘크리트의 성분을 개선하여 콘크리트의 본래의 강성을 최대한 유지하면서도 화재발생시 폭열 현상을 효과적으로 방지할 수 있는 콘크리트를 제공하고자 한다.

본 발명에서 제공되는 콘크리트 배합물은 일반적인 콘크리트 조성을 갖는 것으로서, 시멘트, 잔골재 및 굵은골재를 포함하는 골재 및 물을 포함하는 것으로서, 필요에 따라 기타 첨가제를 포함하는 것을 말하며, 그 구체적인 함량비는 특별히 한정하지 않는다.

본 발명은 상기와 같은 콘크리트 배합물에 소화약제(extinguishing agent)를 포함한다. 본 발명에 있어서, 상기 소화약제는 일반적으로 화재 진압에 사용되는 것으로서, 연소물을 냉각, 질식 또는 두 가지를 중복한 효과에 의하여 불을 끌 수 있는 것을 말한다.

이와 같은 소화약제를 포함함으로써 콘크리트 구조물이 화재 등으로 인해 고온에 노출되는 경우 상기 소화약제의 냉각 기능에 의해 구조물을 냉각시킴으로써 수증기의 발생을 억제할 수 있다. 나아가, 상기 콘크리트 내부에 존재하던 소화약제가 고온에서 소화에 참여함으로써 콘크리트 내부에 기공을 제공하게 되며, 화제에 의해 생성된 수증기가 상기 소화약제에 의해 생성된 기공을 통해 서서히 배출되도록 함으로써 폭열을 방지할 수 있다.

상기 소화약제는 연소물의 냉각 및 질식 중 적어도 하나의 기능을 갖는 것이라면 본 발명에서 적합하게 사용할 수 있는 것으로서, 특별히 한정하지 않는다. 예를 들면, 단백포(protein foam), 불화단백포(fluoroprotein foam), 수성막포(aqueous film forming foam), 내알코올형포(alcohol resistant foam), 합성계면활성제포(synthetic surface active foam) 등의 포소화약제일 수 있다. 또한, 음이온계 설페이트를 주원료로 포함하는 침윤식 소화약제를 사용할 수도 있다. 본 발명에 있어서, 상기 소화약제는 콘크리트 배합물에 단독으로 배합될 수 있음은 물론, 2 이상이 함께 배합될 수 있다.

상기 단백포는 단백질 가수분해 생성물 및 제1철염을 포함하는 것으로서, 내열성 및 분해성이 뛰어나며, 포의 안전성이 크고, 가격이 저렴하다. 상기 불화단백포는 상기 단백포와 불소계 계면활성제를 포함하는 소화약제로서, 내화성 및 내유성이 우수하며, 유동성이 뛰어나 소화 속도가 빠른 특성을 갖는 것이다.

한편, 수성막포는 불소계 계면활성제를 포함하는 것으로서, 보존성, 내약품성 및 유동성이 우수한 특성을 갖는 소화약제이다. 또한 상기 내알코올형포는 금속비누 지방산, 에탄올 아민복염 및 상기 단백포 소화약제를 포함하는 것으로서, 내화성이 우수한 특성을 갖는 소화약제이다. 나아가, 상기 합성계면활성제포는 탄화수소나 염화계면활성제 또는 베타인계 계면활성제를 기재로 하는 소화약제로서, 소화속도가 빠르며, 팽창범위가 넓으며, 기포수가 우수하고, 유동성이 우수한 특성을 갖는 것이다.

상기 소화약제는 콘크리트 배합물에 있어서 물에 혼합하여 콘크리트 배합물에 포함될 수 있다. 상기한 바와 같이, 상기 소화약제는 물에 혼합하여 용액상태로 제조한 후에 상기 콘크리트 배합물에 첨가할 수 있다. 용액상태로 하는 것이 소화약제를 콘크리트 배합물에 고르게 분산시키는데 바람직하다. 다만, 상기 소화약제를 분말형태로 시멘트 또는 골재와 혼합한 후에 물을 배합하여 콘크리트 배합물을 제조할 수도 있는 것으로서, 특별히 한정하지 않는다.

상기 소화약제는 물과 소화약제를 포함하는 소화약제 함유 수 100중량%에 대하여, 1 내지 6중량%의 함량으로 포함되는 것이 바람직하다. 1중량% 미만이면 소화 효과(특히, 유류화재)가 충분하지 않고, 연소물의 냉각 효과가 불충분하여 폭열현상을 충분히 억제하지 못한다. 한편, 상기 소화약제는 그 첨가량이 높을수록 폭열현상 억제에는 바람직하지만, 가격이 상승하여 비경제적인바, 6중량% 이하로 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명과 같이 소화약제를 포함하는 콘크리트 배합물을 이용하여 콘크리트를 시공한 경우에는 콘크리트의 콘크리트 구조물의 온도를 저감하여 수증기 발생을 억제함은 물론, 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 콘크리트 내부에 존재하던 소화약제가 고온에서 녹거나 소화에 참여함으로써 콘크리트 내부에 기공을 제공하게 되며, 수증기가 상기 기공을 통해 흘러 배출됨으로써 폭열을 방지할 수 있다.

도 6을 참조하면, 소화약제를 포함하지 않는 경우(도 6의 좌측)에는 고온 노출에 의해 생성된 수증기가 배출되지 못하여 수증기압이 급격히 증가하게 되어 폭열이 발생하나, 소화약제를 포함하는 경우에는 화제 발생으로 인해 고온에 조출됨으로써 소화약제가 녹아 기공을 형성하고, 이로 인해 수증기의 이동 및 배출을 가능하게 하여 폭열을 방지할 수 있는 것이다.

따라서, 본 발명에서 제공된 바와 같이 소화약제를 포함하는 콘크리트 배합물을 사용하여 콘크리트 구조물을 형성하는 경우에는 화재 발생시에 상기 소화약제의 빠른 냉각효과로 인해 수증기 생성을 억제할 수 있으며, 나아가 급격한 수증기압 생성을 방지하여 콘크리트 내부의 팽창을 감소시킬 수 있어, 구조물의 폭열을 방지할 수 있으며, 이로 인해 안정성을 확보할 수 있다.

Claims (4)

1. 시멘트, 잔골재, 굵은골재 및 물을 포함하는 콘크리트 배합물에 있어서, 상기 물은 침윤식 소화약제를 포함하며, 상기 침윤식 소화약제는 물과 침윤식 소화약제의 합계 중량 100%에 대하여 2 내지 5중량% 포함하는 것인 콘크리트 배합물.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항의 콘크리트 배합물로부터 제조된 콘크리트 구조물.

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