본문 바로가기
건축이야기

고강도 콘크리트의 폭렬현상

by 왔썹 2021. 3. 28.

철근콘크리트는 내화성능이 우수한 재료로 알려져 있으나, 이는 철골 재료에 대한 상대적인 평가이며, 재료의 고강도화가 진행되면서 폭렬현상이 발생하여 부재단면의 손실이 발생하는 등 더 이상 우수한 내화재료라 하기 어렵다.

 

 

폭렬현상

화재 시 철근과 콘크리트 각 재료의 상변화가 일어나며 성능은 저하되게 되며, 특히 55 Mpa이상의 고강도 콘크리트의 경우, 폭렬현상이라는 상대적 취약점이 일어나는데, 이는 고온에 노출된 콘크리트 부재의 표면이 박락되는 현상으로, 폭탄과 같이 강렬히 발생되기도 한다.

폭렬현상

시멘트 페이스트

콘크리트는 골재와 시멘트 페이스트로 나뉠 수 있는데, 각각의 열팽창률이 달라 재료의 분리가 발생할 수 있으며, 시멘트 페이스트 내의 칼슘 실리케이트 하이드레이트와 수산화칼슘이 고온에 의하여 분리되며, 또 다른 재료분리가 발생할 수 있다. 수산화칼슘은 분리되며, 수분을 배출하는데, 이는 기존의 자유수 외에 수분 함유량을 더욱 늘리게 되며, 폭렬현상의 조건을 형성시킨다. 폭렬현상은 부재 내부 온도가 300℃에 도달하면 발생하는데, 이때의 공극압은 8 MPa이며, 콘크리트의 인장강도보다 크다. 고강도 콘크리트에서 폭렬현상이 두드러지는 이유는 더욱 조밀한 구성으로 부재 내 수분 이동이 불가하며, 물의 상변화로 인한 수증기의 팽창으로 부재 내부 압력이 급격히 증가하기 때문이다.

 

 

골재

폭렬현상은 골재의 종류에 영향을 크게 받는데, 콘크리트에 사용되는 골재는 크게 규산질과 석회질로 나뉠 수 있으며, 폭렬현상은 석회질 골재에 비해 규산질 골재에서 보다 잘 일어난다. 이는 규산질 골재가 석회질 골재에 비하여 열 팽창계수가 크고, 열 용량은 적기 때문에 골재의 탈수 반응 및 분리 현상을 일으키는데 더 적은 에너지가 요구되기 때문이다.

발생 영역

고강도 콘크리트의 폭렬현상은 부재의 압축 영역에서 주로 나타나는데, 이는 인장 영역에서는 미세균열의 발생으로 인하여 균열이 인장영역이 수증기가 이동할 수 있는 모세관 역할을 하게 됨으로써 높아지는 공극압을 감소시키는 역할을 하게 때문에 인장 영역에서 공극압이 콘크리트의 인장강도를 넘어가는 것을 어느 정도 방지 하기 대문이며, 이런 미세균열의 작용은 폭렬 저감을 위하여 사용되는 섬유보강 콘크리트에서의 폴리프로필렌 섬유의 작용가 유사한 점이 있다. 반면에 압축 영역에서는 높은 공극압과 압축 응력의 증가로 폭렬현상이 발생하며, 단면손실로 인하여 부재의 강성 저하가 일어난다.

 

 

 

폭렬현상 방지대책

폭렬현상을 방지하기 위하여 사용되는 방법은 내화성 무기질 단열판을 콘크리트 면 외부에 설치하여 내화성능을 보강해 주는 방법과 폴리프로필렌 섬유를 혼입 하는 방법이 있다.

내화 단열판 시공의 경우, 단열판이 부재로의 열전달을 방지하고자 하는 것으로, 20㎜~50㎜의 시공 두께가 발생함으로 인하여 내부 공간이 감소하게 되는 점과 단열판이 훼손되었을 경우 등을 주의하여야 한다. 폴리프로필렌 섬유 혼입의 경우, 화재 시 섬유가 용융되며, 인장 부재의 미세균열과 같은 역할을 함으로써 공극압을 낮추는 방법으로 폭렬현상을 방지한다.

 

'건축이야기' 카테고리의 다른 글

고강도 콘크리트  (0) 2021.03.29
화재시 철근과 콘크리트의 성질 변화  (0) 2021.03.29
철근콘크리트의 부착력  (0) 2021.03.28
공사비의 개념 및 산정방법  (0) 2021.03.25
지오폴리머 콘크리트  (0) 2021.03.23

댓글0