고강도 콘크리트 폭렬

폭렬이란

고강도 콘크리트 폭렬은 화재 가열 시 표면이 급격히 박리·비산하는 현상이다.

치밀한 고강도 콘크리트는 내부 증기가 빠져나가기 어려워 폭렬이 현저하다.

설계기준강도 50MPa 이상은 내화성능을 따로 관리하는 대상이다.

발생 메커니즘

가열되면 표층의 수분이 증발하고, 수증기가 온도 구배를 따라 내부로 이동한다.

저온부에서 수증기가 응축되어 포화 영역이 생기면 기공압이 급격히 오른다.

동시에 표면 열팽창이 열응력을 만들고, 두 힘이 인장강도를 넘으면 표면이 떨어진다.

이를 식으로 쓰면 총 응력이 인장강도 f_t를 넘는 순간 폭렬이 된다.

일반 콘크리트와 비교

두 콘크리트를 같은 기준으로 비교하면 차이가 분명하다.

고강도 콘크리트는 조직이 치밀해 수증기 배출에 대한 저항이 크다.

그래서 같은 온도에서도 내부 증기압이 빠르게 올라 폭렬 위험이 높다.

대책으로는 섬유 혼입과 피복 보강이 함께 필요하다.

폭렬 방지 대책

폭렬 방지의 재료 대책으로 폴리프로필렌 등 유기섬유를 혼입한다.

섬유는 고온에서 녹고 기화하면서 공극을 남긴다.

이 공극이 미세 통로가 되어 수증기를 밖으로 빼내고 내부 증기압을 낮춘다.

다만 과도하게 섞으면 강도와 작업성이 떨어지므로 배합 설계로 검증해야 한다.

내화성능 관리 기준

국내에서는 고강도 콘크리트의 내화성능을 관리기준으로 따로 관리한다.

설계기준강도 50MPa 이상이 관리대상이며, 기둥과 보에 적용한다.

판정은 주철근 온도로 하며, 평균 538℃ 이하, 최고 649℃ 이하여야 한다.

시험체는 기둥형으로 2개 이상 두고, 시험성적서 유효기간은 3년이다.

직접 풀기

이제 방금 배운 원리를 직접 적용해 보자.

폴리프로필렌 섬유를 섞는 이유를 골라 보자.

정리

정답은 섬유가 녹고 기화하며 남긴 공극으로 수증기를 배출하기 위해서다.

폭렬은 수증기압과 열응력이 콘크리트 인장강도를 넘을 때 일어난다.

시험에서는 원인, 영향인자, 대책, 내화성능 관리를 함께 묶어 쓴다.