화재에 노출된 콘크리트의 골재 종류에 따른 역학적 특성 평가

Evaluation of Mechanical Properties of Concrete Exposed to Fire Temperatures According to Aggregate Type

콘크리트는 낮은 열전도율과 높은 비열로 인해 화재에 견딜 수 있는 능력이 높다고 알려져 있다. 하지만 콘크리트는 화재의 지속적인 노출과 콘크리트 구성 재료들의 물리적 및 화학적 열화로 인해 역학적 특성이 저하한다. 또한, 콘크리트를 구성하고 있는 재료 특성 및 형태, 양 등에 따라 역학적 특성이 변화한다. 최근 산업 부산물을 활용하기 위한 연구가 지속되고 있으며, 그중 석탄재를 활용한 경량콘크리트에 관한 연구가 지속해서 수행되고 있다. 하지만 경량콘크리트가 화재에 노출될 때 역학적 특성 저하 정도 및 보통콘크리트의 차이에 관한 연구가 미흡하여 골재 종류에 따라 역학적 특성 평가를 진행할 필요가 있다고 판단된다. 이에 따라 본 연구에서는 화재에 노출된 콘크리트의 골재 종류에 따른 역학적 특성에 대한 평가를 진행하였다. 콘크리트는 보통골재(화강암)과 경량골재(석탄재 골재)를 활용하여 목표강도는 30, 45 그리고 60 MPa로 설정한 후 Cylinder 시험체를 제작하였다. 또한 고온에 콘크리트를 노출하기 위해 1 ℃/min의 가열속도로 가열을 진행하였으며, 평가항목의 경우 압축강도를 측정하였다. 목표강도 30 MPa에서 보통콘크리트가 상온에서는 유사한 강도를 나타냈지만, 700 ℃에서는 경량콘크리트가 보통콘크리트에 비해 약 두 배 높은 강도를 나타냈다. 목표강도 45 MPa에서 상온과 700 ℃ 모두 보통 및 경량콘크리트에 압축강도가 유사한 것을 보였다. 목표강도 60 MPa에서 보통콘크리트가 경량콘크리트에 비해 상온에서는 경량콘크리트의 강도가 보통콘크리트의 강도에 비해 27% 낮은 것을 확인할 수 있으며, 700 ℃에서 는 보통콘크리트가 경량콘크리트에 비해 16% 높은 압축강도를 나타냈다. 이러한 결과를 통해 보통 및 경량골재 를 활용한 콘크리트는 설정한 목표강도에 모두 도달한 것을 확인할 수 있었으며, 상온에서 발현되는 압축강도는 목표강도가 낮을수록 보통골재와 경량골재를 활용한 콘크리트의 차이가 적다는 것을 확인할 수 있다. 고온에 노출될 시 보통콘크리트에 비해 경량콘크리트가 강도 저하율이 낮아지는 것을 확인할 수 있었다. 이는 경량골재 내부 공극으로 인해 고온에 노출된 콘크리트 팽창이 저하하여 잔존 역학적 특성에 저하율이 보통골재 콘크리트 에 비해 낮은 것으로 판단된다.