고로 슬래그 미분말 혼입 고강도 콘크리트 구조 부재의 내화성능 평가에 관한 실험적 연구

Abstract

오늘날 건설구조물의 대형화ᆞ와 초고층화, 장스팬화로 인해 60 MPa 이상 고강도 콘크리트의 사용이 증가하고 있다. 60 MPa 초과하는 콘크리트에서는 특수한 배합 재료를 필요로 하며, 최근들어 발생되는 레미콘 원재료 파동(시멘트 및 부순골재) 상황에서는 생산 및 수급이 매우 어려운 상황이다. 앞서 언급한 특수 재료로는 실리카퓸, 양질의 골재(20 mm, 13 mm) 등이 필수로 필요로 하나 본 연구에서는 고강도 콘크리트의 재료 수급 및 생산이 어렵다는 현 상황에 대응하여 일반 원재료로 생산이 가능한 60 MPa이상 고강도 내화 콘크리트 배합설계를 목표로 하여 25 mm 골재, 부순모래, 고로슬래그 미분말로 이루어진 일반적인 레미콘 재료로 (60, 70, 80) MPa의 배합을 도출해 내었다. 또한 기존 80 MPa 이상의 배합에서 21.0 % 미만의 낮은 물비와 점성으로 인해 발생되는 생산 문제를 해결하고자 설계 재령 28일을 56일로 변경함에 따라 21.0 %를 초과하는 배합에서 설계강도를 확보하였으며, 생산성 및 워커빌리티, 압송성을 확보하는 결과를 도출하였다. 관련 법규상 50 MPa를 초과하는 콘크리트의 적용은 내화성을 확보해야 하기 때문에 내화 성능 인증을 위하여 Nilon, PP(Poly Propylene), PET 3가지 섬유를 비교하여 배합에 적용하였으며, 70 MPa 초과 배합에서는 Nilon 섬유만이 제조사의 사용량에 의거 앞서 언급한 압송성, 생산성, 굳지 않은 콘크리트 규격에 합당한 결과치를 만족하였으며, Nilon 섬유를 사용한 내화 콘크리트 배합이 법규에 따른 내화 인증에 성공하였다. 또한 내화성능의 구조적 특성을 알아보기 위해 최근 건물에 주로 사용되는 RC(철근 콘크리트 구조), SRC(철골-철근 콘크리트 구조), 박스 내부에 콘크리트를 충전한 CFT columm) 3가지 구조를 70 MPa 동일 강도 배합으로 가열 실험을 진행하였으며, 그에 따른 특성을 확인하였다. 따라서, 일반 레미콘 생산 재료를 이용하여 고강도 콘크리트를 배합설계하고, Mock-Up 기둥 시험체를 타설 후 KS F 2257-1, 건축부재의 내화시험방법-일반요구사항에 의거한 내화 인증 시험을 진행하여 내화 콘크리트의 구조체 내화성능을 검증한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

1) (60∼80) MPa 고강도 레미콘 생산 재료에서 수급이 용이한 일반 레미콘 생산 재료인 시멘트, 고로슬래그만, 25 mm 부순골재, 부순 잔골재를 사용하여 배처 플랜트 생산이 가능한 고강도 내화 콘크리트 배합설계를 완성하였다.

2) 배처 플랜트 생산에 따른 콘크리트의 압축 강도의 경우 (60, 70) MPa 및 80 MPa 모두 재령 28일에 목표한 압축 강도에 도달하였다.

3) 내화시험 결과 W/B가 낮을수록 주철근 온도가 높아지는 경향성을 보였음. 내화시험 후 육안검사에서 모든 배합에서 폭열 현상이 발생하지 않았고, 내부 철근의 형태도 변형되지 않았다.

4) 구조부재별 내화시험 결과 피복두께 40 mm의 S-Column에서 주철근 평균 온도가 통과기준보다 높게 나타났다. 이는 사각형의 철골 튜브가 매립된 구조로 열전도율이 높은 것이 원인인 것으로 보이며, 피복두께를 50 mm로 증가하였을 때 기준에 부합하였다.