고성능 콘크리트 폭열현상

1. 고성능 콘크리트 폭열현상의 정의

고성능 콘크리트의 폭열은 화재 시 콘크리트 표면이 폭발적으로 탈락하는 현상

 

2. 고성능 콘크리트 폭열 발생 메카니즘

1. 표면건조: 표면의 수분이 급격히 증발하여 건조 상태가 됨
2. 수분이동: 모세관 현상에 의해 수분이 이동함
3. 수분층 형성: 콘크리트 내부에 수분층(moisture clog)이 형성됨
4. 증기압 발생: 수분이 기화하면서 내부 공극에 증기압 발생
5. 인장강도 초과: 콘크리트 내부에 미세 균열이 발생하기 시작
6. 폭열 발생: 콘크리트 표면이 폭발적으로 탈락하며 내부 노출

3. 화재가 콘크리트 구조물에 미치는 영향

1. 물리적 영향

• 폭렬현상으로 인한 단면 손실 및 구조 성능 저하
• 콘크리트 강도 저하
• 철근 노출로 인한 내화성능 급격한 저하

1. 화학적 영향

• 중성화 현상 발생: Ca(OH)2 + 화재 → CaO + H2O
• 콘크리트의 알칼리성 저하로 철근 부식 가능성 증가

4. 내화성능 확보 기술[표,수,비,피]

표층의 온도상승 억제: 내화모르타르, 내화보드, 내화도료, 내화뿜칠재 등을 이용한 피복

수증기압 저감: 합성섬유(PP, 나일론 등) 혼입: 0.1-0.15vol% 이상

비산 방지: 와이어메쉬, 메탈라스 등 설치

피복 콘크리트 치환: 내화성 영구거푸집 등 사용

5. 내화성능 확보를 위한 가이드라인

설계기준강도별 내화공법 적용 방안:

• 50-60MPa: 합성섬유 0.5-1.0kg/m³ 혼입, 피복두께 50mm 이상
• 60-80MPa: 합성섬유 1.0kg/m³ 혼입, 피복두께 50mm 이상
• 80-100MPa: 합성섬유 1.5kg/m³ 혼입, 피복두께 50mm 이상 또는 내화피복공법 적용

내화피복공법:

• 내화도료: 시공 두께 4mm 이상, 무기계 내화도료 사용
• 내화뿜칠: 시공 두께 15mm 이상, 고밀도 또는 일반 밀도 재료 사용
• 방화석고보드: 15mm(시공두께 30mm), 기둥 모서리 보강 필요

6. 결론 및 향후 전망

고성능 콘크리트의 내화성능 확보는 구조물의 안전성과 내구성에 중요한 요소

합성섬유 혼입과 내화피복 등의 기술을 통해 3시간 이상의 내화성능을 확보할 수 있으며,

향후에는 폭렬 억제형 피복 콘크리트 치환 방안 등 새로운 기술 개발과 함께, 비용 효율성과 시공성을 개선하는 연구가 필요할 것으로 보임