KR20080114501A - 재하조건 콘크리트 폭렬실험장비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 재하조건 하에서의 콘크리트 폭렬실험을 하기 위한 장비에 관한 것으로서, 일면에 시편(10)이 위치하는 가열로 본체(30)와, 상기 가열로 본체(30)에 화염을 공급하는 가열어셈블리(50)와, 상기 시편(10)에 재하조건을 형성하는 재하어셈블리(60)와, 기입력된 화재조건에 따라 상기 가열어셈블리(50)를 제어하는 제어부(110)를 포함한다. 이와 같이 구성되는 본 발명에 의하면, 재하상태의 시편에 대한 화재실험이 가능하므로 다양한 화재조건에 따른 폭렬실험을 할 수 있고, 다수개의 온도센서에 의한 온도데이터를 기반으로 가열어셈블리를 제어하므로 정확한 실험이 가능한 이점이 있다.
재하조건, 가열로 본체, 콘크리트 폭렬, 제어부

Description

재하조건 콘크리트 폭렬실험장비{Equipment for Testing a Spalling Failure of a Concrete under the Condition Applying a Load}
본 발명은 재하조건 콘크리트 폭렬실험장비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 재하조건에서 열을 가했을 때의 콘크리트 구조물의 손상도를 측정할 수 있는 재하조건 콘크리트 폭렬실험장비에 관한 것이다.
일반적으로 폐쇄된 콘크리트 구조물에서 발생하는 화재는 콘크리트 구조물에 커다란 피해를 가할 수 있다. 특히, 지하공간과 같은 밀폐공간에서 발생하는 화재는 화재발생 후 수 분 이내에 온도가 1000°C이상 상승하여 장시간 고온이 계속되는 특성을 가진다. 이 경우, 콘크리트 구조물의 시공재료인 콘크리트 손상을 발생시키는 폭렬현상(spalling failure)이 발생한다.
폭렬현상이란, 콘크리트에 400°C 이상의 고열이 지속적으로 가해지는 경우 콘크리트 내부의 수분이 빠져나오지 못하다가 폭발하듯 터져나와 콘크리트 표면을 손상시키고 내부의 철근이 그대로 녹아서 구조물이 쉽게 붕괴되는 것을 의미한다.
콘크리트 구조는 재료 특성상 낮은 열전도율과 비연소성을 가지므로 일반적으로 내화성능(fire resistance)을 갖고 있다고 여겨지나, 화재와 같은 급격한 고온 노출상황에서는 콘크리트 표면으로부터 발생하는 폭렬로 인한 급격한 구조성능저하가 발생한다.
따라서, 콘크리트의 폭렬현상을 규명하고, 콘크리트 구조물의 내화성을 평가하기 위하여 유럽 등 각국에서는 다양한 화재온도곡선을 구비하여 평가기준으로 삼고 있다. 이러한 콘크리트의 특성을 판단하기 위한 화재온도곡선으로는 표준화재곡선(ISO), Hydrocarbon 곡선, RWS곡선, Modify Hydrocarbon곡선 등이 있다.
도 1에는 종래 기술에 의한 폭렬실험장비가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 프레임 내부의 정반(1)의 상면에 시편(3)이 안착되어 있고, 상기 시편(3)의 둘레에는 피복부(5)가 위치한다. 상기 피복부(5)는 내부에 가해지는 열이 외부로 방출되지 않도록 하는 역할을 한다.
상기 피복부(5)에는 다수개의 가열코일(7)이 구비된다. 상기 가열코일(7)은 상기 시편(3)에 열을 가하는 역할을 한다. 그리고, 상기 시편(3)의 상부에는 흡기구(9)가 구비되어 열을 가하는데 필요한 공기를 공급한다.
그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에 의한 폭렬실험장비에서는 다음과 같은 문제점이 있다.
일반적으로, 화재가 발생하는 장소에 위치한 콘크리트는 하중이 가해지는 재하조건 상에서 가열된다. 재하조건 상태에 있는 콘크리트의 폭렬과정은 재하조건 상태가 아닌 콘크리트와 현저하게 다른 특성을 가진다. 따라서, 종래의 폭렬실험장 비에는 재하상태를 형성할 수 없는 문제점이 있다.
그리고, 상기에서 언급한 바와 같이, 콘크리트의 폭렬현상을 규명하기 위한 화재온도곡선이 매우 다양함에 반해, 종래의 폭렬실험장비는 다양한 화재온도곡선에 따른 조건을 구현할 수 없으므로 정확한 실험이 불가능하다는 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 폭렬실험 상에 재하조건을 추가할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 화재실험을 정확하게 하도록 하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명의 재하조건 콘크리트 폭렬실험장비는 일면에 위치하는 시편을 가열하기 위한 연소챔버가 내부에 형성된 가열로 본체; 상기 가열로 본체의 내부에 화염을 공급하기 위한 가열어셈블리; 상기 시편에 재하상태를 형성하는 재하어셈블리;및 상기 가열로 본체의 일측에 구비되고, 이미 입력된 화재조건에 따라 상기 가열어셈블리를 제어하는 제어부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 재하어셈블리는 상기 가열로 본체의 일측면에 구비되는 정반; 상기 정반의 상면에 안착되고, 내부에 상기 시편이 안착되는 케이스;및 상기 케이스에 안착된 시편에 하중을 가하는 재하유닛을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 재하어셈블리는 상기 시편을 이동시키기 위한 이동 프레임과, 상기 이동 프레임의 상면에 구비되는 이동레일을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 재하유닛은 유니버셜 테스트 장치(UTM)로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 케이스는 상기 시편의 상면에 지지되어 상기 재하유닛에 의해 가해지는 하중을 상기 시편의 상면에 전달하는 상부 가압대; 상기 시편의 하면을 지지하고 상기 하부 지지대에 가해지는 하중을 상기 정반에 전달하는 하부 지지대;및 상기 시편을 상기 가열로 본체의 일측면에 밀착시키는 압착바를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 케이스는 상기 상부 가압대의 수직위치를 조정하기 위한 가압대 위치조정부와, 상기 하부 지지대에 가해지는 하중을 상기 정반에 전달하는 하부 하중 전달부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 케이스는 상기 케이스의 내면에 구비되어 상기 시편을 이동시키기 위한 레일과, 상기 레일의 수직위치를 조절하는 레일 수직위치 조정부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 시편을 상하로 이동시키기 위한 이동 도르레와, 상기 이동 도르레를 지지하기 위한 도르레바를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 가열로 본체는 상기 가열로 본체 내부에 설치되는 다수개의 온도센서를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제어부는 상기 온도센서에서 각각 측정된 온도데이터를 기반으로 상기 가열어셈블리를 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명의 상기 가열어셈블리는 상기 가열로 본체의 내부를 가열하는 하나 이상의 메인버너; 상기 가열로 본체의 내부에 냉각용 공기를 공급하는 냉각 송풍기;및 상기 가열로 본체의 내부에 연소용 공기를 공급하는 공기공급 송풍기를 포함 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 가열로 본체는 상기 가열로 본체 내부를 관찰할 수 있는 관측경과, 상기 가열로 본체의 일면을 선택적으로 개폐시키는 개폐도어를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 재하조건 콘크리트 폭렬실험장비 제어방법은 재하상태의 콘크리트 폭렬현상을 관찰하기 위해 재하조건 콘크리트 폭렬실험장비를 제어하는 방법에 있어서, 상기 폭렬실험장비에 화재조건을 입력하는 화재조건 입력단계; 상기 폭렬실험장비에 입력된 화재조건에 따라 상기 폭렬실험장비의 가열어셈블리를 제어하는 가열어셈블리가동 제어단계;및 상기 폭렬실험장비의 온도센서에 의해 측정된 온도에 따라 상기 가열어셈블리를 제어하는 온도제어단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 화재조건 입력단계는 상기 폭렬실험장비의 재하유닛을 이용하여 시편에 화재조건에 따른 하중을 인가하는 단계와, 상기 폭렬실험장비의 제어부에 화재조건에 따른 온도조건을 입력하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 가열어셈블리가동 제어단계는 화재조건에서의 최고온도를 일정하게 유지하되 상기 최고온도에 이르는 시간을 변경하도록 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명의 가열어셈블리가동 제어단계는 화재조건에서의 최고온도에 이르는 시간을 일정하게 유지하되 상기 최고온도를 변경하도록 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명의 온도제어단계는 상기 폭렬실험장비의 내부에 설치된 다수개의 온도센서에 의한 온도데이타를 기반으로 기입력된 화재조건을 유지하도록 상기 가열 어셈블리를 제어하는 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명에 의한 재하조건 콘크리트 폭렬실험장비에 의하면, 재하상태의 시편에 대한 화재실험이 가능하므로 다양한 화재조건에 따른 폭렬실험을 할 수 있고, 다수개의 온도센서에 의한 온도데이터를 기반으로 가열어셈블리를 제어하므로 정확한 실험이 가능한 이점이 있다.
이하에서는 본 발명에 의한 재하조건 콘크리트 폭렬실험장비의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 2 내지 도 6에는 본 발명에 의한 재하조건 콘크리트 폭렬실험장비의 바람직한 실시예가 도시되어 있다.
도시된 바에 따르면, 시편(10)을 가열시키기 위한 각종 구성요소들이 설치되는 베이스(21)가 구비된다. 상기 베이스(21)에는 별도의 이동롤러(23)가 구비되어 상기 베이스(21)가 이동될 수 있다.
상기 베이스(21)의 상면에는 가열로 본체(30)가 구비된다. 상기 가열로 본체(30)의 내부에 화염이 분사되어 상기 가열로 본체(30)의 일측에 설치된 시편(10)이 가열된다.
상기 가열로 본체(30) 내부에는, 도 5에 도시된 바와 같이 연소챔버(31)가 형성된다. 상기 연소챔버(31)에는 아래에서 설명할 메인버너(51)에 의해 화염이 공급된다.
상기 연소챔버(31)의 내부 표면에는 내화재(33)가 피복되어, 상기 연소챔버(31) 내부를 1,000°C 이상으로 가열하더라도 견딜 수 있도록 구성된다. 그리고, 상기 가열로 본체(30) 외부에는 단열처리가 되어 있어 외부의 작업자가 상기 연소챔버(31) 내의 열에 의해 영향을 받지 않고 일할 수 있도록 구성된다.
상기 가열로 본체(30)의 일면에는 상기 시편(10)이 대향하며 위치하는 개구부(35)가 형성된다. 상기 연소챔버(31) 내의 화염이 상기 개구부(35)를 통해 상기 개구부(35)의 외측면에 위치한 시편(10)을 가열한다.
그리고 상기 가열로 본체(30)의 내부에서 상기 개구부(35)가 형성된 면의 반대면에는 연소창(37)이 형성된다. 상기 연소창(37)을 통해 상기 메인버너(51)에서 발생된 화염이 상기 가열로 본체(30)로 유입된다.
상기 연소창(37)이 형성된 상기 가열로 본체(30)의 일면에는 상기 가열로 본체(30) 내부를 관찰하기 위한 관측창(39)이 더 형성된다. 상기 관측창(39)에는 관측경(39')이 구비되어 상기 관측경(39')을 통해 관측자가 상기 시편(10)의 폭렬현상을 관측할 수도 있고, 상기 가열로 본체(30) 내부의 변화를 촬영할 수 있는 캠코더와 같은 별도의 촬영장치가 더 구비되어 상기 시편(10)의 폭렬현상을 촬영할 수도 있다.
상기 가열로 본체(30)의 전면 또는 후면에는 개폐도어(41)가 구비된다. 상기 개폐도어(41)를 통해 상기 연소챔버(31) 내부에 잔존하는 콘크리트 파편과 같은 이 물질을 제거할 수 있다.
상기 연소챔버(31) 내부에는 상기 연소챔버(31) 내부의 온도를 측정하기 위한 다수개의 온도센서(43)가 구비된다. 상기 온도센서(43)는 1000°C 이상의 고온에서도 견딜 수 있는 고온용 온도센서로 구성된다. 그리고, 상기 온도센서(43)는 상기 연소챔버(31)의 각 부분에 설치될 수 있으나, 상기 연소창(37)에서 분사되는 화염의 온도를 직접적으로 측정하기 위해 상기 연소챔버(31)의 내부중앙에 설치되고, 상기 개구부(35) 근방에서의 화염 온도를 측정하기 위해 상기 개구부(35)에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 온도센서(43)는 아래에서 설명할 케이스(73) 내부에도 설치된다. 상기 케이스(73) 내부에 설치되는 온도센서(43)는 상기 케이스(73) 내부의 온도를 측정하여 상기 케이스(73) 내부의 온도가 250°C 이상이 되면 아래에서 설명할 제어부(110)가 안전상의 이유로 가열유닛(50)의 동작을 정지시킨다.
상기 가열로 본체(30)의 상면에는 상기 연소챔버(31) 내에서 발생하는 폐가스 등을 배출하기 위한 배출덕트(45)가 구비된다. 상기 배출덕트(45)를 통해 배출되는 폐가스는 별도로 정화되어 외부로 배출될 수 있다.
상기 가열로 본체(30)의 일측에는 상기 연소챔버(31) 내로 화염을 방사하기 위한 가열어셈블리(50)가 구비된다. 상기 가열어셈블리(50)에는 하나 이상의 메인버너(51)가 구비되고, 추가적으로 보조버너가 더 구비될 수도 있다. 그리고, 상기 가열로 본체(30)의 일측방에는 상기 연소챔버(31) 내에 냉각용 공기를 주입할 수 있는 냉각 송풍기(blower)(53)가 더 구비된다.
상기 메인버너(51)는 아래에서 설명할 제어부(110)에 의해 상기 가열로 본체(30) 내부온도를 급격히 상승시키는데 사용되며, 연소 반응속도가 빠르고 노내 열전달 효율이 큰 노즐 믹스 타입(Nozzle mix type)의 고속버너를 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 메인버너(51)에 의해 발생된 화염은 상기 냉각 송풍기(53)에서 발생된 공기와 혼합되어 상기 가열로 본체(30) 내부로 주입됨으로써 상기 연소챔버(31) 내의 온도가 조절된다.
상기 가열어셈블리(50)에는 공기공급 송풍기(54)가 더 구비된다. 상기 공기공급 송풍기(54)는 상기 연소챔버(31) 내에 연소를 위한 공기를 공급하는 역할을 한다.
상기 메인버너(51)는 연료 공급관(55)에 의해 연료 공급탱크(도시되지 않음)와 연결되어 LPG와 같은 연료를 공급받는다. 그리고, 상기 메인버너(51)에는, 도 4에 도시된 바와 같이 별도의 온도게이지(57) 및 압력게이지(59)가 구비되어 상기 메인버너(51)의 작동상태를 알 수 있다.
또한, 상기 메인버너(51)에는 상기 가열부 본체(30) 내부로 공급되는 화염에 믹싱된 공기의 양을 알 수 있는 공기포함량 게이지(59')가 별도로 더 구비될 수 있다.
상기 가열부 본체(30)의 개구부(35) 방향 측면에는 상기 가열부 본체(30)에 의해 가열될 시편(10)에 하중을 가하는 재하어셈블리(60)가 구비된다. 상기 재하어셈블리(60)에는 이동가능하게 구성되는 이동 프레임(61)이 구비된다.
상기 이동 프레임(61)의 상면에는 상기 시편(10)을 이동시킬 수 있는 이동레 일(63)이 구비된다. 상기 이동레일(63)은 아래에서 설명할 케이스(73) 내의 레일(75)과 연결되어 상기 시편(10)을 상기 케이스(73) 내부로 이동시킬 수 있다.
상기 시편(10)은 상기 이동 프레임(61)에 고정되어 설치되거나 상기 가열부 본체(30)의 일측방의 지면에 설치될 수 있는 이동 도르레(65)에 의해 상하로 이동될 수 있다. 상기 이동 도르레(65)는 도르레 바(67)에 의해 지지되어 상기 시편(10)을 상하 방향으로 이동시킬 수 있다.
상기 가열부 본체(30)의 개구부(35) 방향 측방에는 상기 시편(10)을 지지하기 위한 정반(71)이 구비된다. 상기 정반(71)의 상면에는 케이스(73)가 안착된다. 상기 케이스(73)는 양측면이 개구되어 상기 시편(10)이 내부에 안착될 수 있도록 형성된다. 상기 케이스(73)는 외부로 열을 발산시키지 않도록 내화재로 구성될 수 있다.
상기 케이스(73)의 내부 바닥면에는 상기 시편(10)을 이동시키기 위한 레일(75)이 구비된다. 상기 레일(75)은 상기 이동 프레임(61)의 이동레일(63)과 연결되어 상기 이동 프레임(61) 상면에 안착된 시편(10)을 상기 케이스(73) 내부로 이동시킬 수 있다.
상기 레일(75)의 하면에는 상기 레일(75)의 수직위치를 조절할 수 있는 레일 수직위치 조정부(76)가 더 구비될 수 있다. 상기 레일 수직위치 조정부(76)를 조절하여 상기 레일(75)의 수직위치를 조절함으로써 상기 이동 프레임(61)의 이동레일(63)의 수직위치와 일치시킬 수 있다.
상기 케이스(73)의 내측면에는 상기 시편(10)을 상기 개구부(35) 방향으로 밀착시키기 위한 압착바(77)가 구비된다. 상기 압착바(77)는 상기 케이스(73)의 양 측면에 각각 구비되고, 나사결합에 의해 회전하면서 상기 시편(10)의 일측면을 가압하여 상기 시편(10)을 상기 개구부(35)에 완전히 밀착시키도록 구성될 수 있다.
상기 케이스(73) 내에는 상기 시편(10)의 상하면에 밀착되는 상부 가압대(81)와 하부 지지대(83)가 구비된다. 상기 상부 가압대(81)는 상기 케이스(73)의 내부 천장에 설치되어 상기 시편(10)의 상면을 가압하여 상기 시편(10)을 고정시키는 역할을 한다. 그리고, 상기 상부 가압대(81)의 상면에 구비되는 가압대 위치조정부(85)가 나사결합에 의해 회전하면서 상기 상부 가압대(81)의 상하 위치를 조정할 수 있다.
상기 하부 지지대(83)는 상기 케이스(73) 내의 레일(75)에 안착되어 이동될 수 있도록 레일 이동부(87)를 포함하며, 상기 하부 지지대(83) 상면에 상기 시편(10)을 안착시켜 이동시켜 상기 케이스(73) 내로 상기 시편(10)을 이동시킬 수 있다.
그리고, 상기 하부 지지대(83)가 상기 상부 가압대(81)와 수직 일직선 상에 위치하는 상기 케이스(73)의 바닥면에는 상기 하부 지지대(83)에 가해지는 하중을 상기 정반(71)에 전달하기 위한 하부 하중 전달부(89)가 구비된다.
또한, 상기 상부 가압대(81)의 상면에는 상부에 구비된 재하유닛(100)에 의해 가해지는 하중을 전달하기 위한 상부 하중 전달부(90)가 구비된다. 상기 재하유닛(100)은 본 발명의 폭렬실험장비의 구조에 맞도록 설계된 별도의 기계구성을 가질 수 있으나 이에 한정되지 않고, 일반적으로 사용되는 유니버셜 테스트 장 치(Universial Test Machine, UTM)가 사용될 수도 있다.
상기 가열로 본체(30)의 일측방에는 상기 가열어셈블리(50)를 제어하기 위한 제어부(110)가 구비된다. 상기 제어부(110)는 상기 가열로 본체(30)의 내부에 구비된 온도센서(43)에 의해 측정된 온도데이터를 기반으로 미리 입력된 온도곡선을 추종하도록 상기 가열어셈블리(50)를 제어한다.
상기 제어부(110)는 상기 메인버너(51)와 냉각 송풍기(53) 등을 총괄적으로 제어한다. 상기 가열로 본체(30)의 내부에는 상기 메인버너(51)에서 발생된 화염이 상기 냉각 송풍기(53)에서 발생된 바람과 혼합되어 공급되므로, 상기 제어부(110)는 상기 메인버너(51)의 화력과 상기 냉각 송풍기(53)의 배출풍속 등을 조절하여 미리 입력된 온도곡선을 유지한다.
이하에서는 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 재하조건 콘크리트 폭렬실험장비의 작용을 상세하게 설명한다.
먼저, 시편(10)의 폭렬 테스트를 하기 위해서는 상기 시편(10)을 가열로 본체(30)의 케이스(73) 내부로 이동시켜야 한다. 상기 시편(10)은 도르레바(67)에 구비된 이동 도르레(65)를 이용하여 상기 이동 프레임(61)의 상면에 안착될 수 있다.
상기 이동 프레임(61)의 상면에는 하부 지지대(83)가 이동레일(63)에 안착되어 있으므로 상기 하부 지지대(83)의 상면에 시편(10)을 안착시킨다. 그리고, 상기 이동 프레임(61)을 정반(71)에 안착된 케이스(73)의 일면에 이동시킨다.
상기 케이스(73) 내부에 구비된 레일(75)은 레일 수직위치조정부(76)에 의해 상하위치가 조정되어 상기 이동 프레임(61)의 이동레일(63)과 동일한 수직위치를 유지하도록 한다.
상기 레일(75)와 이동레일(63)이 조정되면, 상기 시편(10)이 안착된 하부 지지대(83)를 이동시켜 상기 시편(10)을 상기 케이스(73) 내부로 이동시킨다. 그리고, 상기 케이스(73)의 내부 천장에 구비된 상부 가압대(81)를 이동시켜 상기 시편(10)의 상면을 가압하여 고정시킨다. 그리고, 상기 케이스(73) 측면에 구비된 압착바(77)를 회전시켜 상기 시편(10)을 상기 가열로 본체(30)의 개구부(35) 방향으로 밀착시킨다.
상기 시편(10)이 고정되면, 상기 케이스(73)의 외부에 구비된 재하유닛(100)을 작동시켜 상기 시편(10)에 하중을 가한다. 상기 시편(10)에 재하조건이 성립되면, 상기 제어부(110)에 측정하고자 하는 온도곡선 상태를 입력하여 폭렬실험을 시작한다.
일반적으로 콘크리트 폭렬실험에 사용되는 주요 화재곡선으로는 ISO, Hydrocarbon, RWS, Modify Hydrocarbon 곡선 등이 있다. ISO 온도곡선은 표준화재곡선으로서 화재지속시간에 제한이 없으며 최대온도는 1000°C이다. Hydrocarbon 온도 곡선은 석유원료 화재와 같은 상황에 적용되는 곡선으로서 화재하중은 200kw/m2 이며 최대온도 1100°C까지 탄화수소 곡선을 사용한다.
그리고, RWS 온도곡선은 화재하중이 300MW인 조건에서 발생하는 화재 시나리오를 가정한 화재곡선으로서 화재지속시간은 120분으로서 5분 이내에 1100°C에 도달하고 한 시간 후에는 최고 온도인 1350°C에 도달 후 2시간 후에는 1200°C를 유 지한다.
Modify Hydrocarbon 온도곡선은 온도상승비율을 조정한 곡선으로서 345kw/m2의 화재하중조건에서 급격한 초기 온도상승에서의 콘크리트 재료 상의 열충격 효과를 분석하기 위한 화재곡선이며, 5분 이내에 1100°C에 도달하고 한 시간 후에는 최고 온도인 1300°C에 도달한다.
본 발명의 폭렬실험장비는 상기에서 언급된 화재곡선을 모두 구현할 수 있다. 상기 제어부(110)는 사용자에 의해 입력된 화재곡선의 특성에 따라 가열어셈블리(50)를 제어할 수 있다.
상기 제어부(110)는 상기 가열로 본체(30) 내부에 구비된 온도센서(43)를 통해 상기 메인버너(51) 및 냉각 송풍기(53)를 제어한다. 상기 온도센서(43)는 상기 연소챔버(31)의 중앙지점과 상기 개구부(35) 근방에 구비되고, 상기 제어부(110)는 두 개의 온도센서(43)에서 측정된 온도데이터를 기반으로 가열어셈블리(50)를 제어한다.
구체적으로 설명하면, 상기 메인버너(51)에 의한 화염 온도와 상기 개구부(35) 근방의 온도차가 있는 경우, 상기 냉각 송풍기(53)가 바람을 덜 제공하도록 제어하여 상기 개구부(35) 근방의 온도를 높일 수 있다. 또한, 상기 개구부(35) 근방의 온도가 설정된 온도보다 높은 경우, 상기 냉각 송풍기(53)에서 바람을 더 제공하도록 제어하여 상기 개구부(35) 근방의 온도를 낮출 수 있다.
또한, 화염이 콘크리트에 직접 분사되는 경우 콘크리트 폭렬현상이 촉진되어 원하고자 하는 화재조건을 구현할 수 없으므로, 상기 가열로 본체(30) 내부에 공급되는 화염이 상기 시편(10)에 직접적으로 분사되지 않고 산란되도록 하는 것이 중요하다. 그러므로, 상기 메인버너(51)에 의한 화염과 냉각 송풍기(53)에 의한 바람을 적절히 믹싱하여 상기 가열로 본체(30) 내부에 공급하여 화염이 시편(10)에 직접 닿지 않고 균일한 온도가 유지되도록 한다.
보충적으로, 상기 제어부(110)는 보조버너 등을 제어하여 상기 연소챔버(31) 내의 온도를 제어할 수도 있다. 상기 제어부(110)는 입력된 화재곡선을 추종하도록 지속적으로 상기 가열어셈블리(50)를 제어할 수 있다.
도 7에는 상기 제어부(110)에 의해 메인버너(51)의 가열속도를 조절하여 화재강도를 다르게 실험한 화재곡선이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 소정온도(약 1350°C)까지 도달하기 위해 소요된 시간을 달리하여 실험을 할 수 있으므로 온도변화 시간에 따른 콘크리트 구조체의 변형상태를 확인할 수 있다.
도 8에는 상기 제어부(110)에 의해 메인버너(51)의 화력을 조절하여 화재강도는 동일하나 최고온도를 다르게 실험한 화재곡선이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 동일시간 동안 가열되는 최고온도가 상이하도록 실험을 할 수 있으므로 서로 다른 최고 온도 상태에서의 콘크리트 구조체의 변형상태를 확인할 수 있다.
상기에서 검토한 바와 같이, 본 발명의 폭렬실험장비는 다양한 상태에서의 온도변화곡선을 구현할 수 있고, 재하유닛(100)에 의해 콘크리트 구조체에 재하상태를 구현할 수 있으므로 다양한 형태의 화재곡선을 구현할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주에서, 당업계의 통상의 지 식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 후술하는 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 재하조건 콘크리트 폭렬실험장비에 의하면 다음과 같은 이점이 있다.
가열로 본체의 일측방에 구비된 재하유닛에 의해 시편에 재하상태를 구현할 수 있으므로 기존의 화재곡선에서 요구하는 재하조건을 충족시키면서 실험을 할 수 있으므로 다양한 형태의 화재실험을 할 수 있는 이점이 있다.
또한, 제어부는 다수개의 온도센서를 통해 메인버너와 냉각 송풍기를 전체적으로 제어하여 상기 가열로 본체에 가해지는 화염 상태를 제어할 수 있으므로 측정하고자 하는 화재곡선을 지속적으로 추종하여 정확한 실험이 가능한 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 콘크리트 폭렬실험장비를 보인 부분단면도.
도 2는 본 발명에 의한 재하조건 콘크리트 폭렬실험장비의 바람직한 실시예를 보인 정면도.
도 3은 본 발명에 의한 재하조건 콘크리트 폭렬실험장비의 후면 일부를 보인 부분후면도.
도 4는 본 발명에 의한 재하조건 콘크리트 폭렬실험장비의 일측면을 보인 측면도.
도 5는 본 발명에 의한 재하조건 콘크리트 폭렬실험장비의 가열로 본체 내부를 보인 부분사시도.
도 6은 본 발명에 의한 재하조건 콘크리트 폭렬실험장비의 재하어셈블리를 보인 사시도.
도 7은 본 발명에 의한 재하조건 콘크리트 폭렬실험장비를 이용하여 동일한 최고온도에 이르는 시간을 변경한 실험조건을 보인 그래프.
도 8은 본 발명에 의한 재하조건 콘크리트 폭렬실험장비를 이용하여 동일한 시간 내에서 최고온도를 변경한 실험조건을 보인 그래프.
*도면의 주요부분에 대한 설명*
30: 가열로 본체 39': 관측경
41: 개폐도어 43: 온도센서
50: 가열어셈블리 51: 메인버너
53: 냉각 송풍기 60: 재하어셈블리
61: 이동프레임 63: 이동레일
73: 케이스 77: 압착바
81: 상부 가압대 83: 하부 지지대
85: 가압대 위치 조정부 89: 하부 하중 전달부
90: 상부 하중 전달부 100: 재하유닛
110: 제어부

Claims (17)

  1. 일면에 위치하는 시편을 가열하기 위한 연소챔버가 내부에 형성된 가열로 본체;
    상기 가열로 본체의 내부에 화염을 공급하기 위한 가열어셈블리;
    상기 시편에 재하상태를 형성하는 재하어셈블리;및
    상기 가열로 본체의 일측에 구비되고, 이미 입력된 화재조건에 따라 상기 가열어셈블리를 제어하는 제어부를 포함하는
    재하조건 콘크리트 폭렬실험장비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 재하어셈블리는
    상기 가열로 본체의 일측면에 구비되는 정반;
    상기 정반의 상면에 안착되고, 내부에 상기 시편이 안착되는 케이스;및
    상기 케이스에 안착된 시편에 하중을 가하는 재하유닛을 포함하는
    재하조건 콘크리트 폭렬실험장비.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 재하어셈블리는
    상기 시편을 이동시키기 위한 이동 프레임과,
    상기 이동 프레임의 상면에 구비되는 이동레일을 포함하는
    재하조건 콘크리트 폭렬실험장비.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 재하유닛은
    유니버셜 테스트 장치(UTM)로 구성되는
    재하조건 콘크리트 폭렬실험장비.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 케이스는
    상기 시편의 상면에 지지되어 상기 재하유닛에 의해 가해지는 하중을 상기 시편의 상면에 전달하는 상부 가압대;
    상기 시편의 하면을 지지하고 상기 하부 지지대에 가해지는 하중을 상기 정반에 전달하는 하부 지지대;및
    상기 시편을 상기 가열로 본체의 일측면에 밀착시키는 압착바를 포함하는
    재하조건 콘크리트 폭렬실험장비.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 케이스는
    상기 상부 가압대의 수직위치를 조정하기 위한 가압대 위치조정부와,
    상기 하부 지지대에 가해지는 하중을 상기 정반에 전달하는 하부 하중 전달부를 포함하는
    재하조건 콘크리트 폭렬실험장비.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 케이스는
    상기 케이스의 내면에 구비되어 상기 시편을 이동시키기 위한 레일과,
    상기 레일의 수직위치를 조절하는 레일 수직위치 조정부를 포함하는
    재하조건 콘크리트 폭렬실험장비.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 시편을 상하로 이동시키기 위한 이동 도르레와,
    상기 이동 도르레를 지지하기 위한 도르레바를 포함하는
    재하조건 콘크리트 폭렬실험장비.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 가열로 본체는
    상기 가열로 본체 내부에 설치되는 다수개의 온도센서를 포함하는
    재하조건 콘크리트 폭렬실험장비.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 온도센서에서 각각 측정된 온도데이터를 기반으로 상기 가열어셈블리를 제어하는
    재하조건 콘크리트 폭렬실험장비.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 가열어셈블리는
    상기 가열로 본체의 내부를 가열하는 하나 이상의 메인버너;
    상기 가열로 본체의 내부에 냉각용 공기를 공급하는 냉각 송풍기;및
    상기 가열로 본체의 내부에 연소용 공기를 공급하는 공기공급 송풍기를 포함하는
    재하조건 콘크리트 폭렬실험장비.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 가열로 본체는
    상기 가열로 본체 내부를 관찰할 수 있는 관측경과,
    상기 가열로 본체의 일면을 선택적으로 개폐시키는 개폐도어를 포함하는
    재하조건 콘크리트 폭렬실험장비.
  13. 재하상태의 콘크리트 폭렬현상을 관찰하기 위해, 상기 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 의한 재하조건 콘크리트 폭렬실험장비를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 폭렬실험장비에 화재조건을 입력하는 화재조건 입력단계;
    상기 폭렬실험장비에 입력된 화재조건에 따라 상기 폭렬실험장비의 가열어셈블리를 제어하는 가열어셈블리가동 제어단계;및
    상기 폭렬실험장비의 온도센서에 의해 측정된 온도에 따라 상기 가열어셈블리를 제어하는 온도제어단계를 포함하는
    재하조건 콘크리트 폭렬실험장비 제어방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 화재조건 입력단계는
    상기 폭렬실험장비의 재하유닛을 이용하여 시편에 화재조건에 따른 하중을 인가하는 단계와,
    상기 폭렬실험장비의 제어부에 화재조건에 따른 온도조건을 입력하는 단계를 포함하는
    재하조건 콘크리트 폭렬실험장비 제어방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 가열어셈블리가동 제어단계는
    화재조건에서의 최고온도를 일정하게 유지하되 상기 최고온도에 이르는 시간을 변경하도록 제어하는
    재하조건 콘크리트 폭렬실험장비 제어방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 가열어셈블리가동 제어단계는
    화재조건에서의 최고온도에 이르는 시간을 일정하게 유지하되 상기 최고온도를 변경하도록 제어하는
    재하조건 콘크리트 폭렬실험장비 제어방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 온도제어단계는
    상기 폭렬실험장비의 내부에 설치된 다수개의 온도센서에 의한 온도데이타를 기반으로 기입력된 화재조건을 유지하도록 상기 가열어셈블리를 제어하는
    재하조건 콘크리트 폭렬실험장비 제어방법.
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