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KR100704849B1 - Reinforced concrete fireproof structure through partial coating - Google Patents

Reinforced concrete fireproof structure through partial coating Download PDF

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KR100704849B1
KR100704849B1 KR1020050055600A KR20050055600A KR100704849B1 KR 100704849 B1 KR100704849 B1 KR 100704849B1 KR 1020050055600 A KR1020050055600 A KR 1020050055600A KR 20050055600 A KR20050055600 A KR 20050055600A KR 100704849 B1 KR100704849 B1 KR 100704849B1
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concrete
fireproof
concrete member
longitudinal
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박찬규
이승훈
김규동
김규용
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삼성물산 주식회사
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Abstract

본 발명은 철근콘크리트 부재의 내화성능 저하가 모서리 길이방향 철근의 급격한 온도 상승에 기인한다는 것을 확인하고 철근콘크리트 부재 모서리만의 부분적인 내화피복을 통해 경제적이면서도 효율적으로 내화성능을 증진시킨 부분피복을 통한 철근콘크리트 내화구조에 관한 것이다.The present invention confirms that the deterioration of the fire resistance of the reinforced concrete member is due to the rapid temperature rise of the reinforcement of the longitudinal edge of the reinforced concrete member, and through partial partial coating that economically and efficiently enhances the fire resistance through the partial fireproof coating of the corner of the reinforced concrete member only. The present invention relates to a reinforced concrete fireproof structure.

본 발명은 각형으로 설계 시공되는 철근콘크리트 부재에서 각형의 모서리 주위에만 부분적으로 내화재가 피복되는 부분피복을 통한 철근콘크리트 내화구조를 제공한다. 상기 철근콘크리트 부재가 콘크리트의 설계 압축강도가 40MPa 이상인 고강도 콘크리트로 배합설계되는 경우에 상기 고강도 콘크리트에는 유기섬유가 혼입되도록 배합설계되는 것이 바람직하며, 상기 내화재는 각형의 모서리로부터 철근콘크리트 부재의 가열시험 후 길이방향 균열이 발생하는 지점 이상까지 피복되도록 한다. 특히, 본 발명은 철근콘크리트 부재가 철근콘크리트 사각기둥으로 철근의 피복두께가 40㎜로 설계되는 경우에 사각기둥의 네 모서리로부터 각각 100㎜ 이상의 너비로 내화재가 피복되는 철근콘크리트 내화구조를 제안하며, 이때 상기 내화재는 2㎜이상 5㎜이하의 두께로 피복되는 것으로도 충분하다. The present invention provides a reinforced concrete fireproof structure through a partial coating in which the refractory material is partially coated only around the corners of the square in the reinforced concrete member designed to be square. When the reinforced concrete member is designed to be mixed with high-strength concrete having a compressive strength of 40 MPa or more, the high-strength concrete is preferably designed to mix with the organic fiber, and the refractory material is heated to test the reinforced concrete member from the corners of the square. Afterwards, cover to the point where longitudinal cracking occurs. Particularly, the present invention proposes a reinforced concrete fireproof structure in which a fireproof material is coated with a width of 100 mm or more from four corners of a square pillar when the reinforced concrete member is designed with a reinforced concrete square pillar having a thickness of 40 mm. At this time, it is sufficient that the fireproof material is coated with a thickness of 2 mm or more and 5 mm or less.

철근콘크리트, 종방향 철근, 온도, 내화, 부분피복, 모서리 Reinforced Concrete, Longitudinal Reinforcing Bar, Temperature, Fireproof, Partially Coated, Edge

Description

부분피복을 통한 철근콘크리트 내화구조{Fire resisting structure by the partial covering of reinforced concrete}Fire resisting structure by the partial covering of reinforced concrete}

도 1a 및 도 1b는 가열시험에 사용된 기둥 시험체의 단면도(1a) 및 횡방향 배근상세도(1b)이다1A and 1B are a cross-sectional view 1a and a lateral rectus detail 1b of a column test specimen used in a heating test.

도 2는 표준 화재곡선과 시험체에 가해진 실제 가열곡선과의 비교그래프이다.2 is a comparison graph between the standard fire curve and the actual heating curve applied to the test body.

도 3은 3시간 가열시험 후 가열로 내부 모습 사진이다.Figure 3 is a picture of the inside of the furnace after the heating test for 3 hours.

도 4a 내지 도 4c는 내화재 두께에 따른 온도 이력 그래프로서 표면부(4a), 모서리 종방향 철근(4b), 중간 종방향 철근(4c)의 온도 이력 그래프이다.4A to 4C are graphs of temperature history according to the thickness of the refractory material and are graphs of temperature history of the surface portion 4a, the edge longitudinal bars 4b, and the intermediate longitudinal bars 4c.

도 5는 가열 3시간 후 외기에 의한 열전달율과 모서리 종방향 철근과의 상관그래프이다.5 is a graph of the correlation between the heat transfer rate by the outside air and the edge longitudinal reinforcing bar after 3 hours of heating.

도 6a는 단면 크기 500x500mm 기둥의 3시간 가열 후 종방향 균열 발생 모습 사진이다.Figure 6a is a photograph of the appearance of the longitudinal crack after 3 hours of heating of the cross section size 500x500mm pillar.

도 6b는 단면 크기 305x305mm 기둥의 3시간 가열 후 종방향 균열 발생 모습 사진이다.Figure 6b is a photograph of the appearance of longitudinal cracking after 3 hours of heating the cross section size 305x305mm column.

도 7은 본 발명의 일실시예로 내화재가 부분 피복된 철근콘크리트 기둥의 단면도이다.7 is a cross-sectional view of a reinforced concrete column partially coated with a refractory material in one embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

C: 콘크리트 F: 내화재C: concrete F: fireproof material

R: 주철근 S: 띠철근R: Cast bar S: Band bar

D: 내화피복너비D: fireproof coating width

본 발명은 부분피복을 통한 철근콘크리트 내화구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철근콘크리트 부재의 내화성능 저하가 모서리 길이방향 철근의 급격한 온도 상승에 기인한다는 것을 확인하고 철근콘크리트 부재 모서리만의 부분적인 내화피복을 통해 경제적이면서도 효율적으로 내화성능을 증진시킨 부분피복을 통한 철근콘크리트 내화구조에 관한 것이다.The present invention relates to a reinforced concrete fireproof structure through partial coating, and more particularly, it is confirmed that the degradation of the fire resistance of the reinforced concrete member is due to the rapid temperature rise of the longitudinal longitudinal reinforcement, and partially fired only the reinforced concrete member edge The present invention relates to a reinforced concrete fireproof structure through partial coating, which has improved fire resistance performance economically and efficiently through coating.

콘크리트와 철근이 높은 온도에 노출되면 강도와 탄성계수가 감소하는데, 탄성계수는 온도가 높아질수록 지속적으로 감소하며, 그 결과 철근콘크리트 부재가 화재 등에 의한 높은 온도에 노출되면 내력이 감소하게 된다. 철근콘크리트 부재에서 철근은 대부분 부재 단면에서 비교적 표면 가까이에 위치하기 때문에 장시간 화재에 노출되면 철근의 온도가 매우 높아지게 마련이며, 그 결과 철근의 강도와 탄성계수가 크게 감소하게 된다. 이는 철근콘크리트 부재 내부에 상대적으로 강도 손실이 적은 콘크리트 부분이 많이 존재함에도 불구하고 철근의 내력 저하에 의한 철근콘크리트 부재의 파괴로 이어질 수 있다. 이로써, 철근콘크리트 부재에서 철근의 온도는 매우 중요한 요소 중에 하나가 되는 것이다. When concrete and rebar are exposed to high temperatures, the strength and modulus of elasticity decrease. The modulus of elasticity continues to decrease with increasing temperature. As a result, the strength of the reinforced concrete member is reduced when exposed to high temperatures due to fire. In the reinforced concrete member, most of the rebar is located relatively close to the surface in the cross section of the member, so that the temperature of the rebar is very high when exposed to a fire for a long time. This may lead to the destruction of the reinforced concrete member due to the decrease in the strength of the reinforcing bar, although there are many concrete parts having a relatively low strength loss inside the reinforced concrete member. Thus, the temperature of the rebar in the reinforced concrete member is one of the very important factors.

철근콘크리트 부재가 높은 온도에 노출되면 그 내력은 감소하며, 이때 이러한 내력이 일정 기준 이상을 유지하는 시간을 내화성능이라고 한다. 일반적으로 내화성능은 1시간, 2시간 및 3시간으로 구분되며, 특히 철근콘크리트 기둥은 건축 구조물에서 주요 부재이기 때문에 그 위치별로 차이가 있지만 보통 3시간 내화성능을 가지도록 설계된다. 철근콘크리트 기둥의 내화성능을 평가하는 방법은 크게 2가지로 나누어진다.When the reinforced concrete member is exposed to a high temperature, its strength decreases. At this time, the time at which the strength remains above a certain standard is called fire resistance. In general, fire resistance is divided into 1 hour, 2 hours, and 3 hours. In particular, reinforced concrete columns are designed to have fire resistance of 3 hours, although they are different depending on their location because they are the main members of a building structure. There are two ways to evaluate the fire resistance of reinforced concrete columns.

첫 번째 방법은 KS F 2257-1에 나타나 있는 바와 같이 기둥에 일정한 하중을 가하고 가열시험을 실시하여 기둥의 수축정도를 측정하여 평가를 하는 방법으로, 축방향 수축한계와 최대 축방향 수축률 2가지를 측정하여 기준값 내에 드는 시간까지를 내화성능으로 규정하고 있다. The first method is to evaluate the contraction degree of the column by applying a constant load to the column and conducting a heating test as shown in KS F 2257-1. Fire resistance is defined as the time measured and within the reference value.

두 번째 방법은 KS F 2257-7에 간단히 언급되어 있지만 일본에서 많이 시행되고 있는 비가력 가열시험으로서 철근콘크리트 기둥 내 종방향 철근의 온도가 500℃를 넘지 않는 시간까지를 내화성능으로 규정하는 방법이다. The second method is briefly mentioned in KS F 2257-7, but it is a non-heating heating test that is widely used in Japan. It is a method of defining the fire resistance performance until the temperature of the longitudinal rebar in the reinforced concrete column does not exceed 500 ℃. .

상기 첫 번째 방법은 사용된 종방향 철근의 온도가 판정의 기준이 되지 않으 며 그 시험방법도 번거롭기 때문에 일본에서는 종방향 철근의 온도기준을 바탕으로 한 두번째 시험방법이 내화성능 평가방법으로 많이 이루어지고 있는 실정이다.In the first method, since the temperature of the used longitudinal bar is not a criterion for determination and the test method is cumbersome, in Japan, the second test method based on the temperature standard of the longitudinal rebar is made of a fire resistance evaluation method. There is a situation.

내화성능 평가결과에 따라 철근콘크리트 부재의 내화성능을 향상시키는 방법은 첫째 콘크리트 피복을 증진시키는 방법, 둘째 높은 온도에 저항성능이 있는 내화판을 기둥의 표면에 덧붙이는 방법, 셋째 내화성능이 우수한 내화재료를 표면 전면에 도포하는 방법 등으로 구분할 수 있다.According to the results of the evaluation of fire resistance, the method of improving the fire resistance of reinforced concrete members is as follows: 1) to improve the concrete cover; 2) to add a fireproof plate resistant to high temperatures to the surface of the column; and 3) to fire resistance with excellent fire resistance. It can be divided into a method of applying the material to the entire surface.

상기의 첫 번째 방법은 기둥의 단면이 너무 커져 가용 공간이 줄어드는 단점이 있는데, 예를 들면 일본 가지마(鹿島) 건설에서 개발한 철근콘크리트 기둥의 콘크리트 피복두께는 72mm로서 일반적인 피복두께인 40mm보다 32mm나 증가시켰다. 이 경우 기둥의 폭은 64mm(32+32)나 커지기 때문에 콘크리트 사용량도 증가할 뿐만 아니라 기둥 사이의 거리도 짧아져 가용면적이 줄어들며, 건축물의 자중이 증대하는 문제가 있다. 두 번째 및 세 번째 방법은 기둥 전면에 내화재로 피복하기 때문에 경제성이 떨어진다는 단점이 있다.The first method has the disadvantage that the cross section of the pillar is too large and the available space is reduced. For example, the concrete covering thickness of the reinforced concrete column developed by Kajima Construction in Japan is 72 mm, which is 32 mm higher than the general coating thickness of 40 mm. Increased. In this case, the width of the column is 64mm (32 + 32), which increases, so that not only concrete use is increased but also the distance between the pillars is shortened, thus reducing the available area and increasing the weight of the building. The second and third methods have a disadvantage in that economic efficiency is reduced because the front of the pillar is coated with a fireproof material.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하고자 안출된 것으로서, 각형으로 설계 시공되는 철근콘크리트 부재에서 시험을 통해 철근콘크리트 부재의 내화성능 저하가 모서리 길이방향 철근의 급격한 온도 상승에 기인한다는 것을 확인하고 철근콘크리트 부재 모서리 주위에만 부분적으로 내화피복함으로써 경제적이면서도 효 율적으로 내화성능을 증진시키도록 한 부분피복을 통한 철근콘크리트 내화구조를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to improve the above-mentioned conventional problems, it is confirmed that the degradation of the fire resistance performance of the reinforced concrete member due to the rapid temperature rise of the reinforcement of the reinforcement concrete member through the test in the reinforced concrete member designed in a square The purpose of the present invention is to provide a reinforced concrete fireproof structure through partial coating, which is economically and efficiently improving fire resistance by partially fireproof coating only around the edges of concrete members.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 각형으로 설계 시공되는 철근콘크리트 부재에서 각형의 모서리 주위에만 부분적으로 내화재가 피복되는 부분피복을 통한 철근콘크리트 내화구조를 제공한다. 상기 철근콘크리트 부재가 콘크리트의 설계 압축강도가 40MPa 이상인 고강도 콘크리트로 배합설계되는 경우에 상기 고강도 콘크리트에는 유기섬유가 혼입되도록 배합설계되는 것이 바람직하며, 상기 내화재는 각형의 모서리로부터 철근콘크리트 부재의 가열시험 후 길이방향 균열이 발생하는 지점 이상까지 피복되도록 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a reinforced concrete fireproof structure through a partial coating in which the refractory material is only partially coated around the corners of the square in the reinforced concrete member designed in a square. When the reinforced concrete member is designed to be mixed with high-strength concrete having a compressive strength of 40 MPa or more, the high-strength concrete is preferably designed to mix with the organic fiber, and the refractory material is heated to test the reinforced concrete member from the corners of the square. Afterwards, cover to the point where longitudinal cracking occurs.

특히, 본 발명은 철근콘크리트 부재가 철근콘크리트 사각기둥으로 철근의 피복두께가 40㎜로 설계되는 경우에 사각기둥의 네 모서리로부터 각각 100㎜ 이상의 너비로 내화재가 피복되는 철근콘크리트 내화구조를 제안하며, 이때 상기 내화재는 2㎜이상 5㎜이하의 두께로 피복되는 것으로도 충분하다.Particularly, the present invention proposes a reinforced concrete fireproof structure in which a fireproof material is coated with a width of 100 mm or more from four corners of a square pillar when the reinforced concrete member is designed with a reinforced concrete square pillar having a thickness of 40 mm. At this time, it is sufficient that the fireproof material is coated with a thickness of 2 mm or more and 5 mm or less.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and preferred embodiments.

본 발명은 화재시 각형 철근콘크리트 부재에서 모서리에 위치한 길이방향 철근의 온도가 급격하게 상승하여 내화성능을 충족시키지 못하다는 것을 확인하고 그 상승을 억제하기 위하여 내화재를 모서리에만 부분적으로 피복함으로써 경제적이면 서도 효율적으로 내화성능을 증진시킬 수 있도록 하는 데 기술적 특징이 있다. 즉, 표준 화재 가열곡선으로 3시간 가열하여도 철근콘크리트 부재 내 모든 길이방향 주철근의 온도가 500℃를 넘지 않도록 하여 3시간 내화 성능을 가장 효율적으로 획득하도록 하는 것이다. 여기서 길이방향이라 함은 철근콘크리트 부재에서 주철근이 배근되는 방향으로, 철근콘크리트 기둥의 경우에는 종방향이 될 것이다. 본 발명에서 사용되는 내화재는 일반적으로 화재시 철골의 보호를 위해서 사용되는 통상의 내화재를 사용할 수 있다. The present invention is economical by confirming that the temperature of the longitudinal reinforcing bars located at the corners of the rectangular reinforcement concrete member suddenly rises in the event of fire and does not satisfy the fire resistance and partially covers the refractory material only at the corners to suppress the rise. There are technical features to make it possible to efficiently improve the fire resistance. In other words, even when heated for 3 hours with a standard fire heating curve, the temperature of all the longitudinal cast iron in the reinforced concrete member does not exceed 500 ℃ to achieve the most efficient three-hour fire resistance performance. Here, the longitudinal direction is the direction in which the reinforcing steel reinforcement in the reinforced concrete member, in the case of the reinforced concrete column will be in the longitudinal direction. As the refractory material used in the present invention, it is generally possible to use a conventional refractory material used for protection of steel frame in case of fire.

한편, 콘크리트는 내부에 수분이 급격한 온도상승이 있을 때면 수증기가 되어 콘크리트 중의 틈새로 빠져나오게 되며 빠져나오는 속도보다 수증기 발생속도가 빠르면 증기압이 발생하게 되는데 이러한 증기압은 콘크리트 표면이 폭발하듯이 떨어져 나오는 폭열(spalling)현상을 일으키는데, 폭열현상은 콘크리트 피복을 조기에 탈락시켜 곧바로 종방향 철근이 높은 온도에 노출되게 하여 철근콘크리트 부재가 빠른 시간에 붕괴되는 원인이 된다. 따라서, 철근콘크리트 부재가 콘크리트의 설계 압축강도 40MPa 이상인 고강도 콘크리트로 배합설계되는 경우에는 상기 고강도 콘크리트에 유기섬유를 혼입하여 배합설계하도록 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 통상적으로 보통강도 콘크리트에서는 폭열이 발생하지 않는데, 고강도 콘크리트에서는 폭열현상이 쉽게 발생하기 때문이다. On the other hand, concrete becomes water vapor when there is a sudden temperature rise inside the concrete and escapes into the gaps in the concrete. When the steam generation rate is faster than the exiting speed, steam pressure is generated. Spalling is caused by the premature dropping of concrete cladding, which causes the longitudinal rebar to be exposed to high temperatures, causing the reinforced concrete member to collapse quickly. Therefore, when the reinforced concrete member is designed to be mixed with high strength concrete having a concrete compressive strength of 40 MPa or more, it is preferable to mix the organic fiber in the high strength concrete and mix the designed design. This is because the thermal explosion usually does not occur in normal strength concrete, because the thermal phenomenon easily occurs in high strength concrete.

즉, 고강도 콘크리트는 시멘트와 플라이 애쉬, 슬래그 또는 실리카흄 등으로 구성되는 분체 재료에 물, 잔골재, 굵은 골재와 유동성을 증진시키는 고성능 감수 제를 첨가시켜서 제조되는 것으로, 콘크리트 표준 시방서에 따르면 구조물을 설계시 사용하는 압축강도 수준이 40MPa 이상일 때 고강도 콘크리트로 규정되는데, 콘크리트 강도가 높아질수록 내부의 공극이 적어 발생하는 공극압(주로 수증기압)을 유효하게 배출시키지 못하기 때문에 고강도 콘크리트에서는 일반 콘크리트에 비하여 폭열현상이 쉽게 발생하게 된다. 이에, 고강도 콘크리트에서는 이러한 폭열현상이 예방되도록 유기섬유를 콘크리트 내에 혼입시키고 있는 것이다. 유기섬유는 폭열이 발생하기 전에 녹기 때문에 이렇게 유리섬유가 녹은 통로는 공극압(주로 수증기압)이 유효하게 배출되는 통로가 되어 폭열현상을 미연에 방지한다.In other words, high-strength concrete is manufactured by adding water, fine aggregates, coarse aggregates, and high performance water reducing agents to improve fluidity to powder materials composed of cement and fly ash, slag, or silica fume. When the level of compressive strength used is over 40MPa, it is defined as high-strength concrete.The higher the concrete strength, the less porosity in the interior, which effectively prevents the discharge of voids (mainly water vapor pressure). This happens easily. Therefore, in high-strength concrete, organic fibers are incorporated into concrete to prevent such thermal expansion. Since the organic fibers are melted before the thermal explosion occurs, the passage in which the glass fibers are melted becomes a passage through which the void pressure (mainly water vapor pressure) is effectively discharged, thereby preventing the thermal explosion phenomenon.

본 발명은 철근콘크리트 부재에서 내화재가 콘크리트 내부의 온도 상승에 미치는 영향을 파악한 후 이를 바탕으로 적절한 내화재 두께와 피복위치를 선정한 결과 완성되었다.The present invention was completed as a result of determining the appropriate fireproof thickness and coating location based on this after grasping the effect of the refractory material on the rise of temperature in the concrete in the reinforced concrete member.

[실시예] EXAMPLE

1. 시험체의 제작1. Preparation of test body

콘크리트 시험체는 도 1a와 도 1b에 나타낸 바와 같이 500mm×500mm×800mm로 비교적 큰 단면을 가지도록 설계를 하였다. 종방향 철근은 8D25로, 띠철근은 D10으로 배근하였다. 그리고 순피복은 40mm로서 일반적으로 현장에 적용되는 값을 사용하였다. 이는 통상적인 철근콘크리트 기둥 설계에 따른 것이다. 단면 내 각 위치에서 온도를 측정하기 위하여 총 5개의 센서를 설치하였으며, 이 중 2개는 종방향 철근에 직경 2mm의 구멍을 뚫어 온도 감지부분이 종방향 철근의 중심부에 위 치하도록 하였다. 온도센서 직경은 1.6mm이고, 온도감지부분은 센서 끝에서 4mm에 해당한다.The concrete specimens were designed to have a relatively large cross section of 500 mm x 500 mm x 800 mm, as shown in Figures 1a and 1b. Longitudinal reinforcement bars were reinforced to 8D25 and band reinforcements to D10. The net cover was 40mm and the value used in the field was generally used. This is according to the conventional reinforced concrete column design. A total of five sensors were installed to measure the temperature at each location in the cross section, two of which drilled a 2 mm diameter hole in the longitudinal bars, so that the temperature sensing part was located at the center of the longitudinal bars. The temperature sensor diameter is 1.6mm and the temperature sensing part is 4mm from the sensor end.

콘크리트 배합비는 표 1에 나타낸 바와 같으며, 폭열현상을 방지하기 위하여 PP(폴리프로필렌)섬유(길이 6mm, 직경 46㎛)를 0.2vol.% 혼입하였다.Concrete mixing ratio is as shown in Table 1, in order to prevent thermal expansion phenomenon PP (polypropylene) fiber (length 6mm, diameter 46㎛) 0.2vol.% Was mixed.

[표 1] 콘크리트 배합비[Table 1] Concrete mixing ratio

물결합재비 W/B(%)Water Binder Ratio W / B (%) 잔골재율 S/a(%)Fine Aggregate S / a (%) unit weight(kg/m3)unit weight (kg / m 3 ) 고성능감수제 SP(%)High Performance Reducer SP (%) 물 (W)Water (W) 시멘트 (C)Cement (C) 실리카흄 (SF)Silica fume (SF) 플라이애쉬 (FA)Fly Ash (FA) 잔골재 (S)Fine Aggregate (S) 굵은골재 (G)Coarse aggregate (G) 2525 4242 165165 515515 4646 9999 629629 878878 2.02.0

콘크리트 부재는 콘크리트 타설 후 기건 양생을 실시하였으며, 내화재 두께에 따른 종방향 철근의 온도 변화를 파악하기 위하여 재령 18일 경과 후 뿜칠 내화재로 피복하였다. 실험변수로서 내화재의 두께를 0, 10, 20, 30mm로서 선택하였으며, 내화재는 기둥의 측면에만 도포하였고, 상면과 하면에는 도포하지 않았다. 그리고 재령 35일이 경과한 시점에 가열시험을 실시하였으며, 이때의 압축강도는 80.8MPa로서 매우 높은 압축강도를 나타내어 고강도 콘크리트에 해당하였다.The concrete members were air cured after the concrete was poured and coated with the refractory material to be sprayed after 18 days of age in order to grasp the temperature change of the longitudinal rebar according to the refractory thickness. As the experimental variable, the thickness of the fireproof material was selected as 0, 10, 20, 30mm, and the fireproof material was applied only to the side of the pillar, but not on the upper and lower surfaces. In addition, the heating test was carried out at 35 days of age, and the compressive strength at this time was 80.8 MPa, indicating a very high compressive strength, which corresponds to high strength concrete.

가열시험시 콘크리트 부재 하면에는 암면시트 50mm 한 장을 깔았고, 상면에는 두장을 덮어 가열로(加熱爐) 안의 열이 가능한 내화재가 도포된 측면으로 유입되도록 하였다. 로(爐)안의 가열 온도는 ISO-KS 규격의 표준 시간-가열 온도 곡선에 맞추었으며, 3시간 동안의 실제 가열온도 곡선은 도 2에 나타낸 바와 같다. ISO-KS 표준 시간-가열 온도 곡선은 각종 재료 및 부재의 내화 성능을 평가하는데 사용되는 기준 값이다. 도 3은 3시간 가열시험 직후 가열로 내부 사진이다.During the heating test, 50mm of rock wool sheets were laid on the lower surface of the concrete member, and two sheets were covered on the upper surface to allow the heat into the side coated with the refractory material capable of heat in the heating furnace. The heating temperature in the furnace was fitted to the standard time-heating temperature curve of the ISO-KS standard, and the actual heating temperature curve for 3 hours is shown in FIG. 2. The ISO-KS standard time-heat temperature curve is a reference value used to evaluate the fire resistance performance of various materials and members. 3 is a picture of the inside of the furnace immediately after the heating test for 3 hours.

2. 가열시험 후의 온도 이력2. Temperature history after heating test

도 4a, 도 4b 및 도 4c는 내화재 두께에 따른 각 지점별 온도 이력 곡선을 나타낸 것이다. 각각의 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 콘크리트 표면에 10mm의 내화피복을 하여도, 콘크리트 표면 및 종방향 철근의 온도가 급격하게 감소하는 것으로 나타났다. Figures 4a, 4b and 4c shows the temperature hysteresis curve for each point according to the thickness of the refractory material. As can be seen from each figure, even if the fire-resistant coating of 10mm on the concrete surface, the temperature of the concrete surface and the longitudinal reinforcing bar was found to decrease rapidly.

한편, 내화피복을 하지 않은 경우에, 3시간 경과 후 양모서리 사이 중앙부 종방향 철근은 500℃를 넘지 않는 반면, 모서리에 위치하는 종방향 철근은 약 140분이 경과하는 시점부터 500℃를 상회하여 약 600℃까지 온도가 증가하는 것으로 나타났다. 이와 같이 모서리 종방향 철근의 온도가 높은 이유는 모서리 양면에서 열을 받은데 기인한 것으로 보인다. On the other hand, when fireproof coating is not performed, the longitudinal longitudinal reinforcing bars between the two edges after 3 hours do not exceed 500 ° C, while the longitudinal reinforcing bars located at the corners exceed 500 ° C from about 140 minutes later. The temperature was found to increase to 600 ° C. The reason why the temperature of the longitudinal longitudinal rebars is high seems to be caused by heat from both sides of the edge.

3시간 가열 후 내화재 두께에 따른 모서리 종방향 철근의 온도를 정리하면 표 2에 나타낸 바와 같다. 표 2에서 알 수 있는 바와 같이 모서리 종방향 철근이 3시간 가열 후 약 600℃까지 증가를 하기 때문에 3시간 내화 성능을 만족하지 못한다. 따라서 적절한 두께의 내화재를 설치하여야 하는 것으로 나타났다.After heating for 3 hours the temperature of the edge longitudinal reinforcement according to the thickness of the refractory material is summarized in Table 2. As can be seen from Table 2, the edge longitudinal reinforcing bar is increased to about 600 ℃ after 3 hours heating does not satisfy the 3 hours fire resistance performance. Therefore, it was found that a fireproof material of appropriate thickness should be installed.

[표 2] 내화피복두께에 따른 모서리 종방향 철근 온도[Table 2] Edge longitudinal rebar temperature according to fireproof thickness

내화피복두께(mm)Fireproof Coating Thickness (mm) 3시간 경과 후 모서리 종방향 철근 온도(℃)Edge longitudinal rebar temperature (° C) after 3 hours 00 598598 1010 317317 2020 238238 3030 166166

상기의 시험 결과에 기초하여 모서리 종방향 철근 온도가 3시간 가열 후 500℃를 만족시키는 최적의 내화 피복두께를 산정하기 위하여 외기에 의한 콘크리트 표면에서의 열전달율(air convection coefficient)이라는 변수를 도입하였다. 이는 콘크리트 내부의 철근의 온도는 콘크리트 표면에서 일어나는 열전달율의 함수이기 때문이다. 이 때 내화재를 고려한 콘크리트의 열전달율은 식(1)에 나타낸 바와 같이 정의된다. On the basis of the above test results, a variable called air convection coefficient at the concrete surface by the outside air was introduced in order to calculate the optimum fire-resistant coating thickness at which the edge longitudinal rebar temperature satisfies 500 ° C after 3 hours of heating. This is because the temperature of the reinforcing bars in the concrete is a function of the heat transfer rate that occurs on the concrete surface. At this time, the heat transfer rate of concrete considering fireproof material is defined as shown in equation (1).

Figure 112005034156648-pat00001
Figure 112005034156648-pat00001

여기서, di는 내화재의 두께, λi는 내화재의 열전도율을 나타낸다. 본 발명에서 내화재의 열전도율 0.04kcal/(㎡℃hr)를 사용하였다. 3시간 가열 후 모서리 종방향 철근의 온도와 식(1)로 계산된 열전달율과의 관계는 도 5에 나타낸 바와 같으며, 최적의 회귀분석 식은 하기 식(2)에 나타낸 바와 같다.Here, d i represents the thickness of the refractory material, and λ i represents the thermal conductivity of the refractory material. In the present invention, a thermal conductivity of 0.04 kcal / (m 2 ° C hr) of the refractory material was used. After heating for 3 hours, the relationship between the temperature of the edge longitudinal reinforcement and the heat transfer rate calculated by Equation (1) is shown in FIG. 5, and the optimal regression equation is shown in Equation (2) below.

Figure 112005034156648-pat00002
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여기서, ha는 열전달율이다. 식(2)에 근거하여 모서리 종방향 철근의 온도가 500℃에 해당하는 내화재 두께를 산정하면 약 2mm이며, 안전율을 고려하여 400℃에 해당하는 두께는 5mm 정도가 된다.Where h a is the heat transfer rate. Based on Equation (2), the thickness of the fire resistant material corresponding to the temperature of the longitudinal edge of the reinforcing bar is about 5 mm, and the thickness corresponding to 400 ° C. is about 5 mm in consideration of the safety factor.

상기의 시험결과로부터 (1)모서리 사이의 중앙부 종방향 철근은 내화재가 없더라도 3시간 가열 후에도 500℃를 넘지 않으며, 모서리에 위치한 중앙부 종방향 철근만 500℃를 넘는다는 사항, (2)3시간 가열시험에서 종방향 철근의 온도가 500℃를 넘지 않도록 하는 내화재의 두께는 수 mm로 매우 얇다는 사항을 확인할 수 있다. 결국, 내화재는 모서리에 부분적으로 도포되는 것만으로도 효과적이게 되며, 그 두께도 일반 철골에서 사용되는 두께 30~40mm가 필요하지 않다는 결론에 이르게 된다.From the above test results, (1) the middle longitudinal rebars between the edges do not exceed 500 ℃ even after 3 hours of heating, even if there is no fireproof material, and only the central longitudinal bars located at the corners exceed 500 ℃, (2) heating for 3 hours The test confirms that the thickness of the refractory material, such that the longitudinal rebar temperature does not exceed 500 ° C, is very thin, several mm. After all, the refractory material is effective only by applying a partial coating at the corners, and the thickness also leads to the conclusion that the thickness of 30 to 40 mm used in general steel is not necessary.

3. 가열시험 후의 철근콘크리트 부재 모습3. Reinforced concrete member after heating test

도 6a와 도 6b는 3시간 가열 후의 기둥의 모습을 나타낸 것이다. 도 6a와 도 6b에서 알 수 있는 바와 같이 가열시험시에 기둥에는 종방향으로 균열이 발생하는 것으로 나타났다. 도 6a는 두께 500mm(콘크리트피복 40㎜), 도 6b는 두께 305mm(콘크리트피복 40㎜)의 기둥에 해당하며, 이들 기둥에서 종방향 균열은 두께 500mm 기둥의 경우에는 두께의 1/5지점, 두께 305mm 기둥의 경우에는 두께의 1/3지점에서 발생하였다. 이는 기둥 두께에 관계없이 모서리에서 약 100mm 지점에 종방향 균열이 발생함을 알 수 있다.6A and 6B show the state of the column after 3 hours of heating. As can be seen in Figures 6a and 6b it was found that the cracks in the longitudinal direction during the heating test. FIG. 6A corresponds to a column of thickness 500 mm (concrete coating 40 mm) and FIG. 6B corresponds to a column of thickness 305 mm (concrete coating 40 mm), in which longitudinal cracking is 1/5 of the thickness, in the case of a 500 mm thickness column. In the case of a 305 mm column, it occurred at one third of the thickness. It can be seen that longitudinal cracking occurs about 100 mm from the edge regardless of the column thickness.

종방향 균열은 기둥 모서리 부근의 온도가 다른 곳보다 상대적으로 높기 때문에 온도차에 의해 발생한 것이며, 균열이 발생한 위치는 온도가 매우 높은 곳과 낮은 곳의 경계선에 해당한다. 즉, 기둥 모서리에서 균열이 발생한 곳까지는 온도가 높은 곳, 나머지 구간(중앙 부근)은 온도가 상대적으로 낮은 구간으로 분류되는 것이다. 상기한 바와 같이 온도가 상대적으로 낮은 중앙부에 위치한 종방향 철근의 온도는 3시간 가열에도 500℃를 넘지 않았다. 따라서 모서리에서 균열이 발생하는 곳까지 내화재를 피복하면 비록 양 모서리에서 열을 받더라도 모서리 부분의 온도가 크게 상승하지 않으며, 모서리 부분의 종방향 철근의 온도를 저감할 수 있을 것이다. Longitudinal cracks are caused by temperature differences because the temperature near the edge of the column is relatively higher than elsewhere, and the location of the crack corresponds to the boundary between the very high and low temperatures. In other words, the area where the temperature is high from the edge of the column to the crack is generated, and the remaining sections (near the center) are classified into relatively low temperatures. As described above, the temperature of the longitudinal reinforcing bars located at the relatively low central temperature did not exceed 500 ° C. even when heated for 3 hours. Therefore, if the fireproofing material is covered to the place where the crack occurs at the edges, even if heat is applied at both edges, the temperature of the edge portion does not increase significantly, and the temperature of the longitudinal reinforcement of the edge portion may be reduced.

상기한 시험결과 따라 도 7과 같이 종방향 철근(주철근, R)과 띠철근(S)이 배근되고 콘크리트(C) 피복된 사각형의 철근콘크리트 기둥에 내화재(F)를 모서리에만 부분적으로 피복하여 내화구조로 완성할 수 있다. 즉, 철근콘크리트 기둥의 모서리에서 100mm(내화피복너비, D)까지 네 귀퉁이에 내화재(F)를 피복하는 것이다.According to the above test results, as shown in FIG. 7, the longitudinal reinforcing bars (R) and the band reinforcing bars (S) are reinforced and partially coated with the refractory material (F) on the corners of the concrete (C) -coated rectangular reinforced concrete column. I can finish it in a structure. That is, the fireproof material (F) is coated at four corners from the edge of the reinforced concrete column to 100 mm (fireproof coating width, D).

내화재의 피복방안으로서 여러 가지가 생각될 수 있는데, 첫째, 내화 도료를 얇게 바르는 방법, 둘째, 내화재를 도포하지 않고 내화 성능이 우수한 판이나 시트(sheet)을 덧붙이는 방법 등이 예측된다.Various methods can be considered as a coating method of a fireproof material. First, a method of thinly applying a fireproof paint, and a second method of adding a plate or sheet having excellent fire resistance without applying a fireproof material are predicted.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 철근콘크리트 부재의 모서리 주위에만 부분적으로 내화피복하는 것만으로 부재 전체의 내화성능을 향상시킬 수 있는 바, 철근콘크리트 구조를 경제성 및 효율성 면에서 이점이 있는 내화구조로 완성할 수 있게 된다.According to the present invention as described above, it is possible to improve the fire resistance performance of the entire member only by partially refractory coating only around the corners of the reinforced concrete member bar, the reinforced concrete structure is completed in a fire resistant structure having advantages in terms of economic efficiency and efficiency You can do it.

Claims (5)

각형으로 설계 시공되는 철근콘크리트 부재에서,In the reinforced concrete member designed in square shape, 각형의 모서리 주위에만 부분적으로 내화재가 피복되는 것을 특징으로 하는 부분피복을 통한 철근콘크리트 내화구조.Reinforced concrete fire-resistant structure through partial coating, characterized in that the refractory material is only partially coated around the corners of the square. 제1항에서,In claim 1, 상기 철근콘크리트 부재가 콘크리트의 설계 압축강도가 40MPa 이상인 고강도 콘크리트로 배합설계되는 경우에 상기 고강도 콘크리트에는 유기섬유가 혼입되는 것을 특징으로 하는 부분피복을 통한 철근콘크리트 내화구조. Reinforced concrete fire-resistant structure through the partial coating, characterized in that the organic concrete is mixed in the high-strength concrete when the reinforced concrete member is designed to be mixed with high-strength concrete having a compressive strength of 40MPa or more of concrete. 제1항 또는 제2항에서,The method of claim 1 or 2, 상기 내화재는 각형의 모서리로부터 철근콘크리트 부재의 가열시험 후 부재의 길이방향 균열이 발생하는 지점 이상까지 피복되는 것을 특징으로 하는 부분피복을 통한 철근콘크리트 내화구조.The refractory material is a reinforced concrete refractory structure through the partial coating, characterized in that the coating of the reinforcement from the corner of the square to the point where the longitudinal crack of the member after the heating test of the reinforced concrete member. 제3항에서,In claim 3, 상기 철근콘크리트 부재는 철근콘크리트 사각기둥으로 철근의 피복두께가 40㎜로 설계되는 경우에, 사각기둥의 네 모서리로부터 각각 100㎜ 이상의 너비로 내화재가 피복되는 것을 특징으로 하는 부분피복을 통한 철근콘크리트 내화구조.When the reinforced concrete member is designed with a reinforced concrete square pillar, the thickness of the reinforcing steel is 40 mm, the fire resistant concrete is reinforced by partial coating, characterized in that the fire resistant material is coated with a width of 100 mm or more from each of the four corners of the square pillar. rescue. 제4항에서,In claim 4, 상기 내화재는 2㎜이상 5㎜이하의 두께로 피복되는 것을 특징으로 하는 부분피복을 통한 철근콘크리트 내화구조.Reinforced concrete fire-resistant structure through the partial coating, characterized in that the fire-resistant material is coated with a thickness of 2mm or more and 5mm or less.
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