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J. Korean Soc. Hazard Mitig. > Volume 17(6); 2017 > Article
화재피해를 입은 콘크리트의 강도수준별 내화특성 피해 진단⋅평가에 관한 실험적 연구: 중성화 깊이를 중점으로

Abstract

Concrete is known to be seriously deteriorated by high temperature, so rapid diagnosis and evaluation of buildings damaged by fire are required. Especially, the depth of carbonation is considered to be a simple, but very important factor for predicting the hydrothermal state of concrete structures in case of fire. However, evaluation of carbonation depth by phenolphthalein solution is underestimated and accurate heated temperature estimation is required. In this study, we quantitatively analyze the depth of carbonation due to heat of structures damaged by fire. Even a trace amount of Ca(OH)2 is influenced by the phenolphthalein solution to measure the depth of carbonation, and more accurate estimation of the heated temperature is required. It is necessary to continuously analyze the durability damage caused by the pores generated by melting the PP fiber after the fire.

요지

콘크리트는 고온에 의한 열화현상이 심각한 것으로 알려져 있으므로 화재피해 건축물에 대한 신속한 진단⋅평가가 요구된다. 특히, 열에 의한 중성화 깊이는 화재시 콘크리트 구조물의 수열상태를 유추할 수 있는 간단하지만 매우 중요한 인자로 평가되고 있으나 페놀프탈레인 용액에 의한 중성화 깊이 평가는 과소평가되어 정확한 수열온도의 추정이 요구된다. 본 연구에서는 화재피해를 입은 구조물의 열에 의한 중성화 깊이를 정량적으로 분석하고자 한다. 페놀프탈레인 용액에 의한 중성화 깊이 측정에 미량의 Ca(OH)2일지라도 영향을 미쳐 더욱 정밀한 수열온도 추정이 요구된다. 섬유혼입공법 적용 고강도 콘크리트는 화재 후 PP섬유가 용융되어 생성된 공극으로 발생하는 내구성 피해에 대한 지속적인 연구 및 분석이 필요할 것으로 판단된다.

1. 서론

국내에서 발생한 여러 화재사례들 중 60% 이상이 건축물에 대한 화재가 차지하고 있다. 최근 국내의 경우 2010년 부산 골든스위트 화재, 2015년 의정부 아파트 화재 및 2016년 쌍문동 아파트 화재사건 등이 발생하였으며, 해외의 경우에도 2010년 상하이 쟈오조우루 아파트 화재, 최근의 런던 그렌펠 타워 및 하와이 고층 아파트 화재사건 등이 발생하여 건축물 화재에 대한 국내외 관심이 증대되고 있다.
일반적으로 콘크리트는 다른 구조재료에 비해 현저히 낮은 열전도율과 열확산계수로 인해 대표적인 내화구조재료로서 인식되어 왔으나 화재시 콘크리트 내부온도가 600°C 이상이 되면 급격한 재료물성의 내력저하가 발생하여 고온에 의한 열화현상이 심각한 것으로 알려져 있다(Spicer et al., 1998). 또한 콘크리트의 내구성에 영향을 미치는 여러 열화인자 중 화재는 단시간에 심각한 피해를 주므로 화재피해 건축물에 대한 신속한 진단⋅평가 절차를 거쳐 재사용 여부를 결정하는 것이 무엇보다 중요하다(Kim, 2014).
화재피해 진단⋅평가는 일반적으로 1차 간편 조사, 2차 정밀 조사로 나누어 실시하며, 1차 간편 조사의 경우 육안관찰 및 간단한 비파괴 측정을 통해 콘크리트 균열 발생 여부 및 균열 폭과 깊이, 부재의 변형, 철근의 노출상태 등을 판단한다. 2차 정밀 조사는 역학적 시험 및 미세구조분석 등 정밀하고 정량적인 분석이 이루어지며 반발경도시험 및 미세구조분석, 중성화 깊이를 측정한다(Kwon, 2004). 특히, 열에 의한 중성화 깊이는 화재지속시간 및 규모와 밀접한 관련이 있다. 즉, 화재피해를 받은 콘크리트는 500 ~ 580°C의 온도에서 콘크리트 중의 Ca(OH)2이 열분해하여 알칼리성이 감소하는 화학적 피해를 입는다(Korea Concrete Institute, 2004; Architectural Institute of Japan, 2004). 이러한 중성화의 영향으로 발생하는 콘크리트 구조물의 열화는 주로 철근부식에 의한 성능저하로 이어져 콘크리트 구조물의 내구수명 뿐 아니라 안전에도 영향을 미친다. 한편, 화재 후 건축물의 재사용에 관한 대부분의 평가기준은 콘크리트 표면 상태에 기초한 지표를 사용하고 있으며, 이는 화재 당시 콘크리트 표면의 온도 추정은 가능하나 화재지속시간에 따른 콘크리트의 내부 손상을 판단하기는 쉽지 않다(Yim, 2017). 따라서 열에 의한 중성화 깊이는 화재시 콘크리트 구조물의 수열상태를 유추할 수 있는 간단하지만 매우 중요한 인자로 평가되고 있다.
일본건축학회의 「건물의 화해진단 및 보수⋅보강 방법 지침(안)」에 따르면 수열온도가 500°C를 초과하는 부분을 판단하기 위해 주로 페놀프탈레인 용액에 의한 중성화 깊이 측정으로 잔존내구성을 평가하고 있다. 그러나 페놀프탈레인 용액에 의한 중성화 깊이 평가는 콘크리트의 수열온도가 500°C가 초과하였음에도 불구하고 미량의 Ca(OH)2에 의해 발색이 되어 중성화 깊이를 과소평가하는 것으로 보고되고 있다(Architectural Institute of Japan, 2004; Yim, 2017; Korea Concrete Institute, 2002; Kwon and Ryu, 2015; Ryu et al., 2015). 따라서 화재피해가 발생한 콘크리트 구조물의 보수⋅보강을 위해서는 깊이별 수열온도의 정확한 추정이 요구된다.
본 연구에서는 강도별 범용적인 콘크리트 배합을 대상으로 화재피해를 입은 구조물의 열에 의한 중성화 깊이를 정량적으로 분석하기 위해 KS F 2257에 따른 3시간 내화시험 및 온도별 가열실험을 진행하였다.

2. 실험계획 및 방법

2.1 실험계획

본 연구의 콘크리트 배합사항은 Table 1과 같으며, 단주시험체 및 원주형 시험체에 대한 실험인자 및 수준은 각각 Tables 23과 같다. 대상 콘크리트의 설계기준강도는 24, 40, 60, 80 MPa로 하였으며, 24 MPa과 40 MPa은 고로슬래그 미분말(이하 BS)과 플라이애시(이하 FA)를 치환한 3성분계 배합으로 설정하였다. 한편, 60 MPa 급은 BS 20%, FA 15%를 치환한 3성분계와 BS 30%를 치환한 2성분계의 2개 수준으로 설정하였으며, 80 MPa 급은 BS 30%를 치환한 2성분계 배합으로 설정하였다. 또한 대표적인 고강도 콘크리트의 내화공법인 섬유혼입공법을 적용하였으며 PP섬유의 경우 중량비로 60 MPa 급에는 1.0 kg/m3, 80 MPa 급에는 1.5kg/m3를 혼입하여 단주시험체(600×600×1,500 mm) 및 원주형 시험체(Φ100×200 mm)를 제작하였다. 단주시험체의 제원은 Fig. 1과 같
Table 1
Mix Proportion of Concrete
Series (MPa) W/B.(%) S/a (%) W (kg/㎥) Weight (kg/㎥) PP Fiber (kg/㎥)
OPC BS FA S G
24 55.3 53.9 177 180 96 44 987 845 -
40 37.8 53.8 170 351 45 54 942 810 -
60A 32.1 44.8 180 365 112 84 725 893 1.0
60B 29.8 43.3 172.5 406 174 - 705 922 1.0
80 22.9 43.2 165 504 216 - 660 870 1.5

※ BS: Blast furnace slag, FA: Fly ash, G: Gravel, S: Sand

Table 2
Experimental Factors and Levels (column)
factors levels
fire resistance curing condition atmospheric curing
fire test KS F 2257
carbonation depth KS F 2596
fine structure SEM, X-RD, TG-DTA
Table 3
Experimental Factors and Levels (cylinder
factors levels
Basic properties curing condition atmospheric curing
compressive strength 7, 28, 91, 182 Days
mechanical properties mass reduction rate residual strength heating temperature (°C) control
200
400
600
800
heating time (hour) 2
fine structure SEM, X-RD
Fig. 1
Column Specifications
KOSHAM_17_06_019_fig_1.gif
측정항목은 단주시험체의 경우 3시간 내화시험에 따른 주철근의 온도이력, 열에 의한 중성화 깊이 및 깊이별 미세구조분석을 통해 내화특성을 평가하였다. 또한 원주형 시험체의 경우 재령별 압축강도 및 온도별 전기로 가열실험 후 균열성상 관찰 및 질량감소율, 잔존압축강도를 측정하여 미세구조분석과의 상관성을 정량적으로 비교⋅분석하였다.

2.2 사용재료

본 실험에 사용된 시멘트는 국내 S사의 제품으로 KS L 5201(포틀랜드 시멘트)에 적합한 보통 포틀랜드 시멘트(1종)를 사용하였다. 또한 고로슬래그 미분말은 국내 B사 제품으로 KS F 2563(콘크리트용 고로슬래그 미분말)에 적합한 3종을 사용하였으며, 플라이애시는 국내 G사 제품으로 KS L 5405(플라이애시)에 적합한 2종을 사용하였다. 각각의 특성은 Tables 45에 나타낸 바와 같다. 섬유는 국내 N사의 Polyproplene 섬유를 사용하였으며 특성은 Table 6과 같다.
Table 4
Physical and Chemical Properties of OPC
Physical properties Chemical proportion (%)
Density (g/cm3) Blaine (cm2/g) Ignition loss (%) SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3
3.14 3,149 0.79 22.0 5.27 3.44 63.4 2.13 1.96
Table 5
Physical and Chemical Properties of Mineral Admixture
Type Density (g/cm3) Activity factor (%) Component Ignition loss (%) Blaine (cm2/g)
Age 7d Age 28d Age 91d
BS 2.89 86.9 110 111 MgO SO3 0.75 4,231
FA 2.20 - 90 96 CaO SiO2 2.8 3,707
Table 6
Properties of PP Fiber
Length (mm) Diameter (μm) specific gravity melting point (°C) tensile strength (MPa)
6.0 20 0.91 160 ~ 170 500 이상

2.3 단주시험체 3시간 내화시험

단주시험체를 대상으로 Fig. 2와 같이 KS F 2257(시간-온도 표준 곡선)에 의거한 3시간 내화시험을 실시하였다. 내화시험 종료 후 열에 의한 중성화 깊이 및 미세구조분석을 실시하였다. 중성화 깊이 측정 방법 및 미세구조분석 시료 채취는 Fig. 3과 같다.
Fig. 2
Standard Time-temperature curve (KS F 2257)
KOSHAM_17_06_019_fig_2.gif
Fig. 3
Depth of Carbonation, Sampling
KOSHAM_17_06_019_fig_3.gif

2.4 원주형 시험체 전기로 가열실험

원주형 시험체를 대상으로 역학적 특성 및 미세구조분석을 실시하기 위해 온도별(200, 400, 600, 800°C) 전기로 가열실험을 진행하였다. 승온 속도는 KS F 2257(Fig. 2 참조)에 따른 초기 승온 조건에 해당하는 40°C/min으로 설정하였다. 또한 가열온도 지속시간은 2시간으로 설정하였으며, 기존 연구결과와 같이 원주형 시험체의 설정온도가 중심부에 도달하기까지 2시간이 소요되는 결과를 참조하였다(Kang, 2014). 가열 후 상온에서 자연냉각 시켰으며, 잔존 압축강도를 측정한 시험체를 대상으로 표면에서 중심까지의 중간부인 깊이 2.5 cm 부근의 미세구조분석을 실시하기 위하여 시료를 채취하였다.

3. 실험결과 및 고찰

3.1 단주시험체(600×600×1,500 mm)

3.1.1 주철근 온도이력

국토교통부 고시 기준에서는 50 MPa 이상의 고강도 콘크리트를 적용한 기둥, 보 부재의 경우 주철근 온도가 평균 538°C, 최대 649°C를 넘지 않도록 규정하고 있다. 이에 따라 3시간 내화시험에 따른 주철근(표면으로부터 5 cm깊이)의 온도이력을 확인하였다. 주철근 온도이력은 Fig. 4와 같다.
Fig. 4
Longitudinal Steel Temperature History
KOSHAM_17_06_019_fig_4.gif
온도이력 평가 결과, 80 MPa급을 제외한 모든 시험체가 온도판정조건을 만족하였다. 일반적으로 80 MPa급 시험체는 섬유혼입량에 관계없이 KS F 2257 3시간 내화시험 조건하에서 피복두께를 40 mm로 설정한 경우 자체 열전도율에 의해 온도판정조건을 만족하기 어려운 것으로 알려져 있다.

3.1.2 열에 의한 중성화 깊이

페놀프탈레인 용액에 의한 중성화 깊이는 Table 7과 같다. 중성화 깊이 측정결과, 모든 시험체가 압축강도와 상관없이 37~40 mm로 유사하게 나타났다. 한편, 기존연구(Ryu et al., 2015)에 따르면 Ca(OH)2이 완전히 열분해 하는데 소요되는 온도 및 가열시간은 500°C에서 3시간, 600°C에서 2시간, 700°C에서 1시간 이상 지속적으로 가열해야 하는 것으로 나타났다. 이에 따라 상기 주철근의 온도이력(Fig. 4 참조)에 의하면 60A를 제외한 모든 시험체가 주철근(표면으로부터 5 cm)의 최고 온도가 600°C 이상을 받았음에도 불구하고 완전히 열분해되지 않은 미량의 Ca(OH)2이 존재하여 페놀프탈레인 용액이 반응함으로써 중성화 깊이가 40 mm에 그친 것으로 판단된다.
Table 7
Carbonation Depth
Series (MPa) 24 40
carbonation depth KOSHAM_17_06_019_fig_5.gif
39mm
KOSHAM_17_06_019_fig_6.gif
38mm
series (MPa) 60A 60B
carbonation depth KOSHAM_17_06_019_fig_7.gif
37mm
KOSHAM_17_06_019_fig_8.gif
40mm
Series (MPa) 80
carbonation depth KOSHAM_17_06_019_fig_9.gif
40mm

3.1.3 미세구조분석 결과(SEM, X-RD, TG-DTA)

SEM 측정결과는 Table 8과 같으며 표면으로부터 3, 5, 7 cm 깊이의 시료를 1,000배율로 측정하였다.
Table 8
SEM Measurement Result (x1,000)
section 24 40 60A 60B 80
3 m KOSHAM_17_06_019_fig_10.gif KOSHAM_17_06_019_fig_11.gif KOSHAM_17_06_019_fig_12.gif KOSHAM_17_06_019_fig_13.gif KOSHAM_17_06_019_fig_14.gif
5 m KOSHAM_17_06_019_fig_15.gif KOSHAM_17_06_019_fig_16.gif KOSHAM_17_06_019_fig_17.gif KOSHAM_17_06_019_fig_18.gif KOSHAM_17_06_019_fig_19.gif
7 m KOSHAM_17_06_019_fig_20.gif KOSHAM_17_06_019_fig_21.gif KOSHAM_17_06_019_fig_22.gif KOSHAM_17_06_019_fig_23.gif KOSHAM_17_06_019_fig_24.gif
SEM 분석 결과, 모든 시험체가 수열온도에 의한 미세균열이 표층부일수록 많이 관찰되었다. 이는 가열온도에 따른 화학적 변화 및 탈수 현상에 영향을 받은 것으로 판단된다. PP섬유를 혼입하지 않은 24, 40 MPa의 깊이 5, 7 cm 시료에서 완전히 열분해 되지 않은 미량의 Ca(OH)2이 확인되었다. 또한 PP섬유가 혼입된 60, 80 MPa의 경우 모든 깊이에서 PP섬유가 완전히 용융된 것을 확인하였다. 이는 깊이 7cm까지 PP섬유의 용융점인 160~170°C 이상의 수열온도를 받은 것으로 판단된다.
X-RD 분석은 Table 9와 같이 수화생성물 및 반응생성물의 주요피크 지표에 따라 실시하였으며, 그 결과는 Fig. 5와 같다.
Table 9
Hydration and Reaction Production Key Indicators
SiO2 Silicon Oxide (Quartz)
Ca(OH)2 Portlandite
SiO2 Silicon Oxide (Feldspar)
CaCO3 Calcium Carbonate (Calcite)
CaO Calcium Oxide
Fig. 5
X-RD Measurement Result
KOSHAM_17_06_019_fig_25.gif
모든 시험체가 깊이 3 cm 시료를 제외한 깊이 5 cm와 깊이 7 cm 시료에서는 시멘트 수화생성물인 Ca(OH)2이 미량 검출되는 것을 확인하였다. 깊이 5cm 시료의 경우 주철근(표면으로부터 5 cm 깊이)의 온도이력과 비교한 결과, Fig. 4의 온도이력에서 알 수 있듯이 깊이 5 cm 시료가 500°C 이상에서 약 40분동안 가열되었음에도 불구하고 Ca(OH)2이 검출되었다. 이는 상기 언급한 기존(Ryu et al., 2015)의 연구와 유사한 경향으로 500°C 이상의 고온을 받았음에도 불구하고 Ca(OH)2이 검출된 것은 Ca(OH)2이 완전히 열분해하기 위한 일정 소요시간을 경과하지 않았기 때문으로 판단된다.
Ca(OH)2의 존재 여부를 열분해 반응의 흡열피크로써 파악하기 위해 TG-DTA를 실시하였다. TG-DTA 분석 결과는 Figs. 6~10과 같다.
Fig. 6
TG-DTA Measurement Result (24MPa)
KOSHAM_17_06_019_fig_26.gif
Fig. 7
TG-DTA Measurement Result (40MPa)
KOSHAM_17_06_019_fig_27.gif
Fig. 8
TG-DTA Measurement Result (60MPa-A)
KOSHAM_17_06_019_fig_28.gif
Fig. 9
TG-DTA Measurement Result (60MPa-B)
KOSHAM_17_06_019_fig_29.gif
Fig. 10
TG-DTA Measurement Result (80MPa)
KOSHAM_17_06_019_fig_30.gif
흡열피크는 깊이 7 cm > 5 cm > 3 cm 순으로 크게 나타났으며, 모든 시험체에서 유사한 경향이 나타났다. 또한 깊이 5 cm 시료(주철근) 기준으로 40 MPa의 흡열피크가 가장 크게 나타났으며, 60 B의 흡열피크가 가장 작게 나타났다. 따라서 X-RD 분석결과와 유사하게 모든 시험체가 깊이 3 cm 시료에서는 Ca(OH)2의 열분해에 의한 흡열피크가 거의 나타나지 않았으며, 깊이 5 cm와 7 cm 시료에서 Ca(OH)2의 존재를 확인하였다.

3.2 원주형 시험체(Φ100×200 mm)

3.2.1 압축강도

재령별 압축강도 측정결과는 Fig. 11과 같다. 재령 7일의 경우 시험체 제작시 여건상 익일 탈형까지 혹서의 날씨(평균 30°C)에 기중 방치하여 모든 시험체가 목표 강도의 80% 이상 만족하는 것으로 나타났다. 재령 28일의 경우 모든 시험체가 설계기준강도를 만족하였다. 또한 60 B가 동일 설계기준강도인 60 A에 비해 압축강도가 높은 것으로 나타났다. 이는 기존연구에 따라 고로슬래그 미분말의 치환율이 30%인 60 B가 20%인 60 A보다 고로슬래그 미분말의 혼입이 상대적으로 많아 장기압축강도가 더욱 증가한 것으로 판단된다(Hwang and Lin, 1986).
Fig. 11
Compressive Strength
KOSHAM_17_06_019_fig_31.gif

3.2.2 질량감소율

전기로 가열실험을 통해 온도별(200, 400, 600, 800°C) 가열실험 전후의 질량을 측정하여 질량감소율을 평가하였다. 그 결과는 Fig. 12와 같다.
Fig. 12
Mass Loss Rate
KOSHAM_17_06_019_fig_32.gif
24 MPa과 40 MPa의 경우 모든 온도에서 Eurocode의 질량감소율과 유사한 경향이 나타났으나 PP섬유가 혼입된 시험체의 경우 200~400°C에서 PP섬유가 용융됨에 따라 질량이 급격히 감소됨으로써 Eurocode의 결과를 상회하는 것으로 나타났다(Eurocode 2, 2004; Eurocode 4, 2004). 또한 고강도 콘크리트의 경우 미세조직이 치밀하여 절건상태로 도달하기 위해서는 일반적으로 장시간이 소요되나 PP섬유가 용융되어 생성된 공극의 연결 통로에 내부의 수분증발을 유도하여 질량감소율이 더욱 증가한 것으로 판단된다.

3.2.3 잔존압축강도

온도별 전기로 가열실험을 실시한 시험체를 대상으로 잔존압축강도를 평가하였으며, 잔존압축강도 및 잔존압축강도율은 각각 Figs. 1314와 같다.
Fig. 13
Residual Strength
KOSHAM_17_06_019_fig_33.gif
Fig. 14
Residual Strength Rate
KOSHAM_17_06_019_fig_34.gif
잔존압축강도 측정 결과, 0 ~ 200°C 구간의 경우 모든 시험체의 압축강도가 10 ~ 20% 감소한 것으로 나타났으나 200 ~ 400°C 구간의 경우 PP섬유를 혼입한 시험체는 약 35%로 급격한 감소가 나타났다. 이는 PP섬유의 용융으로 인해 미세공극이 생성되어 압축강도가 급격히 감소한 것으로 판단된다.
잔존압축강도율 분석결과, 24 및 40 MPa의 경우 400°C 이상부터 압축강도율이 급격히 감소하는 것으로 나타났으며, 이는 200°C 이상에서 수분의 증발 및 골재의 팽창, 시멘트 페이스트 부분의 수축으로 인한 것으로 판단된다. 한편 PP섬유가 혼입된 시험체의 경우 200°C 이상부터 압축강도율이 급격히 감소하는 것으로 나타났으며, 이는 섬유가 용융되어 생성된 미세공극의 증가로 인해 압축강도율이 급격히 감소한 것으로 판단된다.

3.2.4 미세구조분석(X-RD, SEM)

온도별 전기로 가열실험 종료 후 표면에서부터 2.5 cm 깊이의 시료를 채취하여 미세구조분석을 실시하였다. X-RD와 SEM 분석결과(x100)는 각각 Fig. 15Table 10과 같다.
Fig. 15
X-RD Measurement Result
KOSHAM_17_06_019_fig_35.gif
Table 10
SEM Measurement Result (x100)
section 24 40 60A 60B 80
200°C KOSHAM_17_06_019_fig_36.gif KOSHAM_17_06_019_fig_37.gif KOSHAM_17_06_019_fig_38.gif KOSHAM_17_06_019_fig_39.gif KOSHAM_17_06_019_fig_40.gif
400°C KOSHAM_17_06_019_fig_41.gif KOSHAM_17_06_019_fig_42.gif KOSHAM_17_06_019_fig_43.gif KOSHAM_17_06_019_fig_44.gif KOSHAM_17_06_019_fig_45.gif
600°C KOSHAM_17_06_019_fig_46.gif KOSHAM_17_06_019_fig_47.gif KOSHAM_17_06_019_fig_48.gif KOSHAM_17_06_019_fig_49.gif KOSHAM_17_06_019_fig_50.gif
800°C KOSHAM_17_06_019_fig_51.gif KOSHAM_17_06_019_fig_52.gif KOSHAM_17_06_019_fig_53.gif KOSHAM_17_06_019_fig_54.gif KOSHAM_17_06_019_fig_55.gif
X-RD 분석 결과, 200°C와 400°C의 경우 모든 시험체에서 Ca(OH)2이 검출되었으나 600°C와 800°C의 경우 Ca(OH)2이 검출되지 않았다. 이는 500°C 이상의 수열온도에 의해 Ca(OH)2이 열분해하여 검출되지 않은 것으로 판단된다.
SEM 분석 결과, 모든 시험체가 400°C 이상에서 미세조직의 균열이 나타났으며, 600°C 이상에서는 조직의 융해현상이 나타났다. 또한 PP섬유를 혼입한 시험체는 400°C 이상에서 PP섬유가 모두 용융되어 미세공극이 형성되었다. 따라서 질량감소율 및 잔존압축강도의 결과를 뒷받침하는 근거로 판단된다.

4. 결론

  • (1) 단주시험체를 대상으로 3시간 내화시험을 실시한 결과, 주철근온도이력에 따라 5cm 깊이에서 500°C 이상의 수열온도를 받았음에도 불구하고 중성화 깊이가 5 cm에 미치지 못하는 것으로 나타났다. 이는 미세구조분석 결과, 미량의 Ca(OH)2이 존재하여 페놀프탈레인 용액에 의해 발색된 것으로 판단된다. 따라서 미량의 Ca(OH)2일지라도 페놀프탈레인 용액에 의한 중성화 깊이 측정에 영향을 미치는 것으로 판단된다.

  • (2) 원주형 시험체를 대상으로 온도별 전기로 가열실험을 실시한 결과, 400°C 이상에서는 미세구조의 균열이 발생하며 PP섬유가 용융된 것으로 나타났다. 또한 600°C 이상에서 Ca(OH)2이 완전히 열분해된 것으로 나타났다. 이에 따라 400°C에서 질량감소율 및 잔존압축강도가 급격히 감소하였으며, 특히 섬유혼입공법이 적용된 시험체의 경우 PP섬유의 용융으로 인해 생성된 공극이 잔존압축강도에 심각한 영향을 미치는 것으로 판단된다.

향후 화재피해를 입은 콘크리트 구조물의 진단⋅평가에 있어서 페놀프탈레인 용액에 의한 중성화 깊이 평가는 Ca(OH)2의 열분해 소요시간을 고려하지 않아 과소평가된 것으로 더욱 정밀한 수열온도의 추정이 요구된다. 섬유혼입공법이 적용된 고강도 콘크리트의 경우는 화재 후 PP섬유가 용융되어 생성된 공극으로 발생하는 내구성 피해에 대한 지속적인 연구 및 분석이 필요할 것으로 판단된다.

감사의 글

본 연구는 국토교통부 도시건축연구사업의 연구비지원(17AUDP-B100356-03)에 의해 수행되었습니다.

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