티타늄 금속을 활용한 화재피해 건축물의 콘크리트 수열온도 추정 방법 개발 :Development of Method for Estimating Concrete Hydrothermal Temperature of Fire-Damaged Building Structures by using Titanium Metal

심상락

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자료유형: 학위논문

저자정보: 심상락 (대진대학교, 대진대학교 대학원)

지도교수: 류동우

발행연도: 2018

저작권: 대진대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수16

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2018

티타늄 금속을 활용한 화재피해 건축물의 콘크리트 수열온도 추정 방법 개발

심상락 건축공학과 2018.01 학위논문

2017

화재피해를 받은 콘크리트의 깊이별 수열온도 추정에 관한 실험적 연구

심상락 , 류동우 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2017.05 학술대회자료

2016

화재피해를 받은 콘크리트 구조물의 수열온도 예측 간이측정방법 개발에 관한 실험적 연구

심상락 , 류동우 대한건축학회 학술발표대회 논문집 2016.10 학술대회자료

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연평균 40,000건 이상의 화재사고가 발생하는 가운데 건축물에서 발생하는 화재는 전체 화재의 60% 이상을 차지하고 있다. 최근 국내의 경우 2015년 의정부 아파트 화재, 2017년 제천 스포츠센터 화재, 동탄 주상복합 화재, 2018년 밀양세종병원 및 세브란스병원 화재 등이 발생하였으며, 해외의 경우 런던 그렌펠 타워 화재, 하와이 고층 아파트 화재 및 러시아 쇼핑몰 화재 등이 발생하여 건축물 화재에 대한 국내외 관심이 증대되고 있다.
건축물을 구성하고 있는 구조 부재로 널리 사용되고 있는 콘크리트는 일반적으로 다른 구조재료에 비해 현저히 낮은 열전도율과 열확산계수로 인해 대표적인 내화구조재료로서 인식되어져 왔으나 600℃ 이상의 고온을 받으면 급격히 내력이 저하하는 등 고온에 의한 열화현상이 심각한 것으로 알려져 있다. 특히, 콘크리트가 화재에 노출될 경우에는 부재의 폭렬 또는 피복콘크리트 박리에 의해 주철근이 노출되는 등의 직접적인 손상을 유발하며 보의 변형, 기둥의 좌굴, 열팽창에 의한 전단균열 등의 추가적인 피해가 발생하게 되어 구조안전성이 심각하게 저하하게 된다.
또한 콘크리트는 500 ~ 580℃ 이상의 온도영역에서는 Ca(OH)2이 CaO와 H2O로 열분해 되는 현상(열에 의한 중성화)이 진행되어 내구성이 현저히 저하하는 것으로 알려져 있다. 일본건축학회에서는 건축물에 화재가 발생한 경우 화재피해를 입은 건축물에 대한 피해유형을 가장 영향이 큰 성능항목으로 구분지어 구조안전성, 내화성, 내구성, 사용성, 기타사항 등으로 분류하고 있다. 화재피해를 입은 건축물의 진단·평가를 실시하는 경우에는 예비조사, 1차 간편조사 및 2차 정밀조사로 나누어 화재피해 등급을 판정하고 있으며 화재피해 진단 결과는 화재피해를 입은 건축물의 재사용성 가부의 판단 및 재사용할 경우 보수·보강방법의 검토시 기초자료가 되기 때문에 정량적으로 화재피해 등급을 판정하는 것이 중요하다.
이에 본 연구에서는 화재피해를 입은 철근콘크리트조 건축물의 수열온도를 신속·정확하면서도 간편하게 추정할 수 있는 방법을 개발하기 위하여 티타늄 금속의 고온변색특성을 활용하였다. 티타늄 금속의 콘크리트 매립시 수열온도 추정가능성을 확인하기 위하여 콘크리트 실험체를 제작하여 전기로 가열실험을 진행하였으며, 현장 적용성을 평가하기 위해 티타늄 금속을 매립한 단주시험체(600×600×1,500mm)를 제작하여 ISO 834 표준 화재시간-가열온도 곡선에 의한 3시간 내화시험을 실시하여 콘크리트의 깊이별 수열온도를 추정방법을 개발하였다.

Fire accidents are occurring an annual average of more than 40,000 cases and in particular, fire on buildings accounts for more than 60% of the total fire accidents. In recent years, in the case of Korea, apartment building fire in Uijeongbu in 2015, sports center fire in Jecheon and high-rise apartment building fire in Dongtan in 2017, and Sejong Hospital fire and Severance Hospital fire in Milyang in 2018 have occurred. In the case of overseas, Grenfell Tower fire in London, high-rise apartment building fire in Hawaii and shopping mall fire in Russia have occurred. As a result of such accidents, building fire is getting lots of the public''s attention.
Building material concrete, which takes up the highest ratio among structural materials for buildings, has been considered as a representative fire resistant material due to a very low heat conductivity and thermal diffusivity compared to other structural materials in general. However, its resisting force is found to be drastically decreased under a high temperature of 600℃ or more, showing that a degradation phenomenon gets severe by high temperatures. In particular, when concrete is exposed to fire, direct damage such as an exposure of main reinforcements occurs due to the explosion of members or the delamination of concrete cover. Additional damage such as the deformation of beams, the buckling of columns, and shear cracks by thermal expansion can occur, lowering structural safety.
In addition, in the case of concrete, thermal decomposition of Ca(OH)2 occurs at the temperature range of 500 ~ 580℃, and the durability of concrete is found to be drastically decreased due to neutralization by heat. Accordingly, the Architectural Institute of Japan defines the damage types of fire-damaged buildings as the most influential performance item and classifies it into structural safety, fire resistance, durability, usability and other. When diagnosing and evaluating fire-damaged buildings, a preliminary investigation, primary simple investigation and secondary detailed investigation are conducted to determine the grade of fire damage. The result of fire damage diagnosis can be used to determine the reuse of fire-damaged buildings, In case of reusing the buildings, the result is used as a basic data in reviewing a repair and reinforcement method, so the grade of fire damage should be determined quantitatively.
In this study, the high temperature discoloration characteristics of Titanium metal are used to estimate the hydrothermal temperature of fire-damaged reinforced concrete structure conveniently in a fast and accurate way. To check the possibility of estimating hydrothermal temperatures when burying Titanium metal in the concrete material, concrete specimens were produced and an electric furnace-heating test was conducted. To evaluate onsite applicability, Titanium metal-buried column (600×600×1,500mm) were produced and a 3-hour thermal resistance test was conducted according to ISO 834 standard fire time-temperature curve, and a hydrothermal temperature estimation method by the depth of concrete was developed.

#콘크리트 #콘크리트 화재 #콘크리트 수열온도 #수열온도 추정

제 1 장 서 론 1
1.1 연구 배경 및 목적 1
1.2 연구 범위 및 방법 3
제 2 장 이론적 고찰 7
2.1 콘크리트의 고온 특성 7
2.1.1 물리적 특성 7
2.1.2 화학적 특성 14
2.1.3 역학적 특성 24
2.2 화재피해를 입은 철근콘크리트조 건축물의 진단·평가 30
2.2.1 국내 30
2.2.2 국외 31
제 3 장 티타늄 금속의 고온변색특성 40
3.1 실험개요 40
3.2 색조분석법 42
3.3 대기 중에서의 티타늄 금속 고온변색특성 45
3.3.1 승온조건에서의 티타늄 금속 고온변색특성 45
3.3.2 항온조건에서의 티타늄 금속 고온변색특성 54
3.4 촬영기기의 종류에 따른 티타늄 금속 변색특성 비교·분석 65
3.4.1 실험방법 65
3.4.2 실험결과 65
3.5 수열온도 추정 메커니즘 개발 69
3.5.1 실험계획 및 방법 69
3.5.2 수열온도 추정 메커니즘 69
3.6 소 결 71
제 4 장 티타늄 금속의 변색특성을 활용한 콘크리트중의 수열온도 추정 73
4.1 실험개요 73
4.2 전기가열로 실험에 의한 콘크리트 중의 수열온도 추정 73
4.2.1 실험방법 73
4.2.2 실험결과 78
4.3 수평가열로 실험에 의한 콘크리트 중의 수열온도 추정 86
4.3.1 실험방법 86
4.3.2 실험결과 96
4.4 소 결 114
제 5 장 결 론 116
참고문헌 119
Abstract 124

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