고온을 받는 고인성·고내화성 시멘트 복합체의 거동

Abstract

본 연구는 위의 폭렬저감 방안 중 네 번째 방법으로서 고인성시멘트 복합체에 내화성능을 향상시킨 고인성·고내화성 시멘트 복합체(Fire Resistance-Engineered Cementitious Composite, 이하 FR-ECC)를 개발하여 이의 내화성능 및 거동특성을 평가하고자 하였다. 이를 위하여 본 연구에서는 직접인장 상태에서 유사변형경화거동 및 분산균열특성 그리고 큰 변형성능을 갖는 ECC에 대하여 내화성능을 향상시킨 FR-ECC를 개발하고, 화재시험을 실시하여 내화거동 특성을 평가하며, 비정상 온도분포해석 기법 및 이의 검증을 위해 FR-ECC에 대한 내화성능에 관한 해석을 실시·분석한 본 연구로 부터 다음과 같은 결론을 얻었다. 1) 본 연구에서 개발된 고인성·고내화성 시멘트 복합체(FR-ECC)의 역학적 특성은 재령 압축강도 30~ 36MPa, 휨강도 11~12MPa, 직접인장강도 3~4MPa로 나타났으며, 직접인장 상태에서 변형률 0.5~3.3%, 유사변형경화 거동 및 다수의 미세균열이 분산하는 특성을 보였다. 2) 터널 등과 같은 토목 구조물에 적용되는 시간가열곡선은 화재 발생 후 초기 온도상승구배가 매우 크기 때문에, PP 섬유를 Vf=1.15% 혼입하여도 폭렬이 발생하였으며, 이러한 이유는 큰 온도상승 구배에 의한 시험체 내부의 공극압 증가속도가 PP 섬유가 용융됨으로써 저감되는 속도보다 빠르기 때문으로 판단되었다. 3) FR-ECC는 PP 섬유 및 PVA 섬유의 혼입율 Vf가 2.0%인 경우 HC(EC1) 시간가열곡선에 의한 내화시험 시 폭렬이 발생하지 않았다. 4) 내화성능을 향상시키기 위한 FR-ECC의 최적배합은 PVA 섬유 또는 PP 섬유 혼입율 Vf=2.0%, 다공성 세라믹재 혼입율 VC=3.6%, 공기량 VA=15%로 하는 경우 역학적 성능을 감소시키지 않으며 우수한 내화성능을 가질 수 있을 것으로 판단되었다. 5) FR-ECC의 열전도율 및 열용량에 대한 온도시간의존성을 고려한 비정상온도분포해석을 통하여 FR-ECC 내에 포함된 수분 및 섬유의 용융에 의한 위상변화가 유발하는 온도 상승 구배의 완화, 수분 이동 및 발산에 의한 급격한 온도증가특성을 구현 검증할 수 있었다.; Concrete tunnel lining must be designed to having the fireproof performance because the lining are sometimes exposed to very high temperature due to traffic accident. Such fire temperature may cause explosion of concrete, or collapse of tunnel structure. The purpose of this study is to obtain the fundamental fireproof behavior of fire resistance-engineered cementitious composites(FR-ECC) under fire temperature in order to use the fire protection material in tunnel lining system. The present study conducted the experiment to simulate fire temperature by employing 2 types of FR-ECC and investigated experimentally the explosion and cracks in heated surface of these FR-ECC. Employed temperature curve were Hydro Carbon(HC, EC1) criterion, which are severe in various criterion of fire temperature. The numerical analysis is carried out the nonlinear transient heat flow analysis and verified against the experimental data. The complex features of behavior in fire conditions, such as thermal expansion, plasticity, cracking or crushing, and material properties changing with temperature are considered. By the use of analytical model, the concrete tunnel subjected to fire loads were analyzed and discussed. With comparison of current concrete materials and FR-ECC, the experimental and analytical results of FR-ECC shows the better fire resistance performance than the other. This study consists of 5 chapters as follows : Chapter 1 : An introduction Chapter 2 : Existing research Chapter 3 : Introduction of experiment , plan for experimental specimens Chapter 4 : Tests results Chapter 5 : FR-ECC's abnormality temperature distribution analysis and verification Chapter 6 : Conclusion The conclusions obtained from the experiment s as follows . (1) Mechanical special of FR-ECC is compressive strength 30 ~ 36MPas, bending strength 11~12MPa, direct tensile strength 3~4MPa, this study showed special quality that strain 0.5~3.3%, similarity strain hardening behaviour and many dispersion of miro crack. (2) Early temperature in the tunnel is very high after fire occurrence so the spalling occurred mix PP fiber Vf = 1.15%. These reason is that the gab pressure increse speed of specimen inside by high temperature rise is due to fast than the reduced speed by PP fiber melting (3) The spalling did not happen by HC(EC1) in case PVA and PP fivers contents Vf are 2.0% in FR-ECC (4) FR-ECC's most suitable mixture to improve fire resident performance is PVA fiber or PP fiber contents Vf = 2.0%, ceramic contents VC = 3.6%, air amount VA = 15% In this case, it will not reduce mechanical performance and may have fire resistance performance. (5) The phase change by melting of included water and fiber could verify sudden temperature increase special quality by down of temperature rise incline, water change and exhalation in FR-ECC through abnormality temperature distribution analysis that consider temperature time dependence about FR-ECC's heat conductivity and thermal capacity.