차량화재 실험 논문번역(한국어 원본)본 연구는 차량화재실험을 통해 실제 화재곡선을 도출하였고, 실제 도출된 곡선과 ISO834곡선을 이용하여 슬래브내화실험을 실시하였다. 그것을 통해 차량화재를 입은 슬래브는 폭렬과 균열 등이 발생하여 많은 위험성이 제기 되는 것으로 평가 분석되었다.
결국 폭렬이라는 위험성이 도출되어 재료적 요인인 압축강도와 함수율, 실라카흄과 PP섬유의 각각 연관성을 알아보았고, 구속적 요인인 전체가열과 부분가열, 휨부재에 따른 각각 폭렬특성을 분석하였다. 또한 성능적내화설계를 위한 열적특성을 실험하여 열전도해석을 실시하였다. 이상의 결과의 구체적인 내용을 살펴보면 다음과 같다.
1. 차량화재를 입은 슬래브의 내화특성
1) 중형급 차량에 대하여 연소실험을 실시한 결과, 최대발열량 3.5MW와 최고온도 1357℃가 측정되었으며 최대온도값을 변환하여 화재가혹도 510을 도출하였다.
2) 실대형 슬래브실험체 3개를 제작하여 표준가열곡선과 차량화재곡선에 대한 내화실험을 실시한 결과, 현재 적용되고 있는 철근의 최고수열온도 649℃에 대하여 표준가열곡선 화재시 91분에 650℃, 차량화재곡선 화재시 75분에 649.5℃가 측정되어 주차장 차량화재시 철근의 변형이 16분 빠르게 진행되어 구조물 내화성능의 문제가 나타났다.
3) 비가열시험체와 화재피해 이후 시험체의 재하실험을 실시한 결과, 비가열시험체를 기준으로 표준가열곡선 화재를 입은 시험체는 96%로 내하력이 감소하였고, 차량화재가열곡선 화재를 입은 시험체는 83%로 내하력이 크게 감소하였으며, 지하주차장 화재 시 슬래브 구조물의 안전성 확보가 필요할 것으로 판단된다.
2. 재료적 폭렬영향인자 분석
(1) 압축강도와 함수율에 따른 영향분석
1) 콘크리트 압축강도가 21 MPa 급의 보통강도 콘크리트는 KS F 2257 화재하중에 대한 가열시간, 양생방법 및 함수율에 관계없이 초기 30분간 폭렬이 발생하지 않았으며, 콘크리트 압축강도가 50～80 MPa 급의 고강도콘크리트는 폭렬의 발생여부 및 정도에 있어 함수율이나 강도와의 상관성을 찾을 수 없었으며, 오히려, 콘크리트 재료가 가지고 있는 폭렬시작 시점에서의 결함(Initial imperfection) 요인이 더욱 중요한 변수가 된다고 판단되었다.
2) 압축강도가 100 MPa급의 고강도콘크리트는 3 % 이상의 함수율 상태에서 심각한 폭렬이 발생하였으며, 완전붕괴한 경우도 관찰되었으며, 압축강도·가열시간·함수율이 증가할수록 폭렬발생 및 폭렬현상이 증대되는 경향이 나타났으며, 압축강도 및 함수율에 따른 폭렬발생영역은 압축강도 50～100 MPa의 경우 함수율 3 % 이하, 100 MPa이상의 경우는 1 % 이하로 제어할 겨우 폭렬현상이 발생하지 않을 것으로 판단된다.
3) 가열시간에 따른 폭렬 정도는 초기 15분 및 30분에서 유사하게 나타났으며, 이를 통해 콘크리트의 폭렬은 초기 15분 이내에서 대부분 발생함을 알 수 있었고, 화재초기 콘크리트의 잔존강도율은 15분시 약 80 % 이상의 높은 잔존강도율을 나타냈다. 반면, 30분 가열후의 잔존강도율은 15분가열후 보다 약 30 % 정도 낮게 측정되었으며, 이러한 경향은 고강도화 될수록 증대되는 경향을 보였다. 또한, 공극구조에 대한 분석 결과 고강도화 될수록 공극이 세공화됨으로써 탈수현상이 지연되었으며, 이러한 원인으로 인한 수분의 위상변화에 따른 폭렬압 증가는 고강도콘크리트의 심각한 폭렬에 대한 원인중 하나가 될 것으로 판단되었다.
(2) 실리카흄과 PP섬유에 따른 영향분석
1) 실리카흄이 있고 PP섬유가 0.5%(Yes Silica Fume PP 0.5%, 이하 SF 0.5) 의 경우 최대감소율을 보이고 NSF 1.5의 경우 최소감소율을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 또한 SF 0.5를 제외하고 SF는 NSF에 비해 비교적 큰 압축강도 감소율을 보였으며, SF의 경우에는 SF 1.5를 제외한 나머지에서 NSF에 비해 비교적 압축강도가 크게 나타난 것을 볼 수 있었다. 그러나 NSF에 비해 폭렬이 적게 발생되었다.
2) 실리카흄이 있는 것이 없는 것에 비하여 폭렬이 적게 발생하였으며, 특히 NSF중에서는 NSF0이 DS+PR으로 가장 폭렬에 크게 미치는 것으로 나타났다. 또한 SF3과 NSF3은 폭렬이 발생되지 않았다.
3) 가열 전후 공극량이 가장 큰 것은 NSF0이었고, NSF0이 폭렬이 가장 많이 발생하였다. 그러므로 공극량 차이가 클수록 폭렬이 크게 발생되는 것을 알 수 있었으며, 대체적으로 공극량차이가 많을수록 폭렬이 많이 발생되었다. 일반강도 콘크리트에 비하여 초고강도콘크리트는 100(mm)에서 현저히 증가하는 것을 알 수 있었다.
3. 구속조건에 따른 폭렬영향인자 분석
(1) 벽체가열실험 |
차량화재 실험 논문번역(영어 번역본)This study derived an actual fire curve through a vehicle fire test, and used the derived curve and ISO834 curve to conduct the slab fire resistance test. As a result it was found that slabs exposed to vehicle fire will develop explosive fractures and cracks, and pose a great deal of risks.
After all, they are exposed to the risk of explosive fracture, examined the correlation among material factors, such as compressive strength, moisture content, silica fume and PP fiber, and analyzed the explosive fracture characteristics according to restrictive factors, such as total heating, partial heating and flexural members. Also, this study tested thermal properties for the performance-based fire-resistant design, and conducted heat conduction analysis. The specifics of the above results are described below:
1. Fire-resistant properties of slabs exposed to vehicle fire
1) A combustion experiment was conducted for mid-size cars, and the maximum heating value was 3.5MW, and the maximum temperature was 1357℃. The maximum temperature was converted to derive a fire severity of 510.
2) Three real-scale slab specimens were made, and fire resistance experiments were conducted with regard to the standard heating curve and automobile fire curve. With regard to the current maximum heated temperature of steel reinforcement 649℃, 650℃ was measured at 91 minutes in case of the standard heating curve fire, and 649.5℃ was measured at 75 minutes in case of the vehicle fire curve fire. In a parking lot vehicle fire, the steel reinforcement was deformed 16 minutes faster, revealing a problem with the fire-resistance performance of the structure.
3) A load test was conducted for the non-thermal specimens and the specimen exposed to fire. The results showed that the load-bearing capacity of the specimens exposed to the standard heating curve fire was reduced to 96% as compared to the non-thermal specimens, and the load-bearing capacity of the specimens exposed to the vehicle fire heating curve fire was greatly lowered to 83%, and it is deemed necessary to secure the safety of the slab structure in case of an underground parking lot fire.
2. Analysis of the material factors affecting the explosive fracture
(1) Analysis of effects depending on the compressive strength and moisture content
1) When it comes to the concrete of ordinary strength, whose concrete compressive strength is 21 MPa, no explosive fracture took place in the first 30 minutes regardless of the heating time, curing method and moisture content of KSF 2257 fire load, and high-strength concrete, whose concrete compressive strength is 50～80MPa, was not correlated with moisture contents or strength in terms of occurrence and degree of explosive fractures. Rather, the initial imperfection of the concrete at a time when the explosive fracture begins was believed to be a more important variable.
2) High-strength concrete, whose compressive strength is 100MPa, had a serious explosive fracture when the moisture content was 3% or more, and completely collapsed in some cases. As the compressive strength and heating time·moisture content increased, the occurrence and degree of explosive fracture increased. If the moisture content is 3% or less when the compressive strength is 50~100MPa, and the moisture content is 1% or less when the compressive strength is 100MPa or higher, it is deemed that explosive fractures will occur.
3) The degree of explosive fracture according to heating time was similar at the initial 15 minutes and 30 minutes, and it was found that most of the explosive fracture of concrete occurs in the first 15 minutes, and the rate of residual strength of concrete in the initial part of fire was quite high above 80% at 15 minutes. Meanwhile, the rate of residual strength after 30 minutes of heating was about 30% lower than after 15 minutes of heating, and this tendency was reinforced as the strength increased. Also, the pore structure was analyzed, and the result showed that, as the strength increased, the pores became smaller and dehydration was delayed, and the phase shift of moisture due to this reason led to the increase of the explosive fracture pressure was thought to be one of the causes of a serious explosive fracture in high-strength concrete.
(2) Analysis of the effects of silica fume and PP fiber
1) If there is silica fume, and PP fiber is 0.5% (Yes Silica Fume PP 0.5%, hereinafter referred to as SF 0.5), the reduction ratio was the greatest, and in case of NSF 1.5, the reduction ratio was the smallest. Also, except SF 0.5, SF showed a relatively greater reduction of compressive strength than NSF, and except SF 1.5, SF showed a relatively greater compressive strength than NSF. However, SF had fewer explosive fractures than NSF.
2) SF had fewer explosive fractures than NSF, and particularly NSF0 was DS+PR and had the greatest effect on explosive fractures. Also, SF3 and NSF3 had no explosive fracture.
3) NSF0 had the greatest porosity before and after heating, and NSF0 had most explosive fractures. Accordingly, as the difference in porosity increases, more explosive fractures occur, and in general, as the difference in porosity grows, there were more explosive fractures. Explosive fractures markedly increased at 100(mm) in super-high-strength concrete, rather than concrete of ordinary strength.
3. Analysis of factors affecting explosive fractures depending on constraints
(1) Wall heating test |
