고강도 콘크리트 폭렬

폭렬의 정의

고강도 콘크리트 폭렬은 화재 때 콘크리트 표면이 떨어져 나가는 현상이다.

원인은 콘크리트 내부 수증기압과 열응력이 함께 작용하는 것이다.

핵심 키워드는 폭렬, 수증기압, 열응력이다.

이 주제는 제101회 3교시 3번과 제89회 4교시 6번에 출제되었다.

폭렬 발생 원리

폭렬은 가열 속도가 빠르면 표층 수분이 증기로 바뀌면서 시작된다.

증기는 바깥으로 빠져야 하는데 공극이 조밀하면 내부로 밀려 응축한다.

응축 속도가 배출 속도를 앞지르면 공극압이 상승한다.

여기에 표면 열팽창 응력이 더해져 인장강도를 넘으면 표층이 박리된다.

고강도와 보통강도 비교

폭렬은 조직이 치밀한 고강도 콘크리트에서 위험이 크다.

고강도 콘크리트는 공극이 적어 수증기가 빠져나가기 어렵다.

보통강도 콘크리트는 공극이 많아 배출이 비교적 원활하다.

그래서 보통강도와 같은 피복 기준으로는 안전이 보장되지 않는다.

폭렬 방지 대책

폭렬 대책은 증기 배출 통로를 만들거나 온도 상승을 늦추는 방향이다.

대표적인 방법은 폴리프로필렌 섬유 혼입이다. 가열 시 섬유가 녹아 수증기 통로가 생긴다.

피복두께를 확보하면 철근 온도 상승은 늦출 수 있으나 폭렬 자체는 막지 못한다.

보호 피복재는 표면 온도 상승을 억제하지만 최종 마감재는 시험에서 제외된다.

세 대책은 병행 적용이 원칙이다. 한 가지만으로는 폭렬을 막기 어렵다.

시험 판정 기준

국내 관리 기준은 고강도 콘크리트 기둥·보의 내화성능 관리기준이다.

설계기준강도 50MPa 이상이면 관리대상 콘크리트가 된다.

시험에서는 주철근 평균 538℃, 최고 649℃ 이하여야 적합하다.

이 수치는 판정 기준이므로 폭렬 온도 기준으로 혼동하면 안 된다.

정리

정리하면 폭렬은 수증기압과 열응력이 함께 작용해 생긴다.

고강도 콘크리트는 치밀한 공극 때문에 위험이 크다.

방지에는 섬유 혼입과 내화 시험 확인을 함께 적용한다.

답안에는 원인, 대책, 기준 수치를 함께 쓴다.