PURPOSES: Knowing the scope of deterioration of the concrete slab around spalling is important in determining the size of the partial-depth repair. The change in the material properties of the concrete slab, according to the severity of spalling and distance from spalling, is analyzed herein by performing non-destructive and destructive tests at the field and in the laboratory. METHODS: The test slabs were determined by finding spallings with high or medium severity. The relative elastic modulus was measured near the spalling, far from spalling, and around the slab center using an impact echo equipment. The core specimens were obtained at the measurement positions. An absorption test was performed for the core specimens, while the impact echo and dynamic modulus tests were performed for the upper and lower parts of the core specimens under dry or saturated conditions. A compressive strength test was also performed for the upper and lower parts of the core specimens. RESULTS : The absorption coefficient, relative elastic modulus, relative dynamic modulus, and relative compressive strength worsened as the measurement position became closer to the spalling distress and top of the slab. The worse material properties were measured for the spalling with a higher severity. The moisture condition of the specimens scarcely affected the material properties. CONCLUSIONS : The impact echo test results obtained at the field showed a high correlation with the results of the absorption, impact echo, dynamic modulus, and compressive strength tests performed in the laboratory. Accordingly, a quicker and a more convenient nondestructive soundness evaluation of concrete pavements is expected to be realized using the field impact echo test method.

PURPOSES: Spalling is one of the primary problems that lead to the damage of concrete pavements. The purpose of the study is to analyze the impact range of spalling that occurred in an area of concrete pavement by applying a variety of nondestructive and destructive testing methods. METHODS: Spalling of the concrete pavement was categorized into four different sizes, 0 cm, 7.5 cm, 15 cm, and 30 cm. Nondestructive and destructive tests were performed at the point of spalling and 1 m away, respectively, and the obtained results were compared. The nondestructive tests included the electrical resistance test and the ultrasonic velocity test as well as strength tests by Schmidt hammer and concrete tester. The destructive tests included the direct compressive strength test and the chloride content test using field cored specimens. The test results helped in the analysis of the correlation between the current spalling damage condition and the expected damage acceleration. RESULTS: Based on the present study, the repair area and depth of spalling for a partial depth repair was suggested. It was also shown that the size of the spalling is highly correlated with the chloride content and the electrical resistance of the concrete pavement. CONCLUSIONS: The degree of spalling deterioration was found to be highly correlated with the chloride content and electrical resistance of the concrete pavement and based on the results, the extent of repair could be determined more quantitatively.

본 논문에서는 1편에서 얻어진 온도분포와 박리시간이력을 이용하여 지하박스구조물의 열응력을 산정하고 이에 기반한 열모멘트를 산청하였다. 또한 이때의 온도분포를 바탕으로 구조물의 열적비선형성을 고려한 극한모멘트를 산정하여 구조물의 내하력을 산정하였다. 그 결과 상부슬래브의 부모멘트 구간은 단면의 온도경사에 의해서 발생하는 열모멘트에 의해 지배받는 것으로 나타났다. 반면 정모멘트 구간은 박리에 의해 화염에 노출된 철근의 항복응력에 의해 지배받는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 전력구나 공동구와 같은 지하 콘크리트박스구조물의 화재발생시 온도분포와 박리거동에 대한 수치해석을 수행하였다. 해석에 사용된 온도장은 터널화재에 사용하는 화재곡선을 기본으로 하고 화재시 내부공간에 대한 열유체해석을 수행하여 온도분포를 결정하였다. 박리거동은 탈수화도를 따라 콘크리트의 온도가 기준값에 도달하였을때 발생하는 것으로 하였다. 이때 박리가 일어난 요소를 제거하고 경계조건과 요소망을 재생성하여 해석을 반복수행하였다. 3개의 화재 시나리오에 따라 해석을 수행하였고, 해석결과는 각 시나리오별로 타당한 박리거동을 보여주었다. 각 시나리오에 따른 구조물의 내하력은 본 논문의 2편에서 산정되었다.

본 연구에서는 비정질강섬유의 혼입이 초고강도콘크리트의 폭렬특성에 미치는 영향이 실험적으로 검토되었다. 콘크리트는 압축강도 100과 150 MPa의 초고강도콘크리트가 사용되었다. 폴리프로필렌섬유는 0.15 vol%, 비정질강섬유는 0.3 및 0.5 vol%가 혼입되었다. 시험체는 콘크리트의 압축강도와 섬유혼입 조건에 따라 6수준이 제작되었고, ISO-834 가열곡선에 의해 가열되었다. 결과로써 폴리프로필렌섬유와 비정질강섬유가 혼입된 초고강도콘크리트의 폭렬제어에 있어서는 용융된 폴리프로필렌섬유가 형성하는 공극네트워크를 통해 수증기가 이동하는 효과가 지배적인 것으로 나타났다. 또한, 비정질강섬유 0.3v ol% 혼입률에서는 폭렬제어에 큰 영향을 미치지 않지만, 0.5 vol%의 비정질강섬유가 혼입될 경우에는 수증기가 이동할 수 있는 균열의 발생이 억제됨으로써 콘크리트 폭렬의 원인으로 지적되고 있는 수분막힘층(moisture clog)가 형성될 가능성이 높은 것을 확인할 수 있었다.

As a result of evaluating the spalling properties using a restrained ring-type concrete specimen, in the case of rapid heating, the water vapor pressure rapidly rise and the surface spalling is repeated. In the case of low-speed heating, The water vapor pressure accumulated in the concrete exceeded the limit, and explosive spalling occurred inside.

To evaluaiton of heat history and spalling of concrete conlmn exposed to high temperature, □300×300×H450mm Specimen was used. fiber condition is Nylon 0.15vol.%, Polypropylene 0.1vol.% and steel fiber 0.3vol.%. The type of find aggregates are silica sand, wash sand and slag sand.

본 연구는 고강도 콘크리트의 복합유기섬유 혼입률 변화 및 ISO와 RABT의 가열온도곡선 변화에 따른 내화시험을 실시한 후 폭렬방지성상 및 잔존압축강도 특성 등을 분석한 것으로, 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 복합유기섬유 혼입 콘크리트의 기초적 특성으로 유동성은 섬유혼입률이 증가할수록 직선적으로 저하하는 경향이었고, 공기량은 약간의 증가 또는 감소의 경향은 있었으나 큰 차이 없었으며, 28 일 압축강도는 완만한 감소경향을 나타내었다. 내화특성으로, RABT 가열온도곡선의 경우는 ISO 가열온도곡선에 비해 복합유기섬유 혼입률이 많은 범위까지 폭렬양상을 나타내었으나, 주로 박리폭렬일뿐 내부까지 극심한 폭렬양상은 발생하지 않았다. 결국 W/B 25%인 고강도 콘크리트의 경우 ISO 가열온도곡선은 섬유의 혼입률 0.04%이상에서, RABT 가열온도곡선의 경우는 섬유의 혼입률 0.10%이상에서 폭렬이 방지되는 것으로 나타났다. 가열온도곡선 변화에 따른 질량감소율은 폭렬이 방지된 경우 ISO 가열온도곡선은 7%전후, RABT 가열온도곡선은 9%전후로 나타났다. 가열온도곡선변화에 따른 잔존압축강도율은 폭렬이 방지된 경우 ISO 가열온도곡선은 50%~60%, RABT 가열온도곡선은 30%~35%를 나타내었다.

본 연구는 화재시 고강도 콘크리트의 폭렬발생에 대한 영향요인을 검토한 것으로써, 폭렬에 직접적인 상관관계에 있는 물-결합재비, 공기량 및 함수율 등을 PP섬유의 혼입률과 함께 변화시켜 실험을 실시하였다. 실험결과 유동특성은 섬유의 혼입률이 0.05 vol.% 증가함에 따라 약 11%정도 감소하는 것으로 나타났고, 공기량이 10%인 경우는 다량의 AE제 사용에 기인하여 섬유의 혼입률과 상관없이 거의 유사한 유동성을 나타냈다. 강도특성으로는 W/B 15, 25 및 35%일 경우 100, 80 및 60 MPa이상으로써 고강도 범위로 나타났으며, 공기량 변수의 경우는 H-air가 L-air에 비해 약 1/2배 정도로 낮게 나타났다. 폭렬특성으로는 KS F 2257-1에 규정되어 있는 표준가열곡선에 의해 1시간 내화시험을 실시한 결과, W/B는 고강도로 W/B가 낮을수록 심하게 발생하는데, 15%를 제외한 모든 경우에서 전반적으로 PP섬유의 혼입률 0.10 vol.%에서 폭렬이 방지되는 것으로 나타났고, 공기량을 10%로 많이 함유하는 시험체와 완전건조 시킨 시험체는 0.05 vol.% 혼입시에도 폭렬현상이 발생하지 않는 것으로 나타났다.

고강도 콘크리트(HSC)는 화재 시 폭렬현상과 함께 부재가 취성적인 거동을 하게 되는 단점을 지니고 있다. 폭렬현상은 화재 시 100℃이상에서 부재내부의 수분 증발로 인하여 발생한 수증기가 수밀한 콘크리트에 갇혀 발생한다. 따라서 콘크리트 강도가 증가 할수록 수밀성이 높아져 폭렬의 정도가 심해진다. 콘크리트의 폭렬을 제어할 수 있는 방안으로는 폴리프로필렌 섬유(PP섬유)를 혼입하는 방법이 가장 효율적인 것으로 보고 되었다. 본 연구에서는 콘크리트 강도와 PP섬유 함유량을 변수로 하는 기둥 실험체에 대한 내화실험과 잔존강도실험을 수행하여 폭렬현상을 관찰하고 잔존강도를 측정하였다. 그 결과 콘크리트 강도가 60MPa에서 85MPa로 증가할 때 기둥 실험체의 잔존 축 강도는 10%증가하였다. 또한, PP섬유 함유량이 0%에서 0.2%까지 증가 할수록 잔존 축강도비는 68%에서 85%까지 증가하였으나, PP섬유 함유량이 0.2%이상에서는 잔존강도의 증가가 거의 나타나지 않았다.

고온에 노출된 고강도 콘크리트의 폭렬저감대책으로서 폴리프로필렌 섬유를 콘크리트에 혼입함으로써 취성적 파괴를 방지할 수 있는 것으로 보고 되었다. 그러나 초고강도 콘크리트 배합시 다량으로 혼입되는 PP섬유는 시공성을 저하시키는 원인이 된다. 또한 초고강도 콘크리트의 강도발현을 위하여 필수적으로 사용되는 실리카흄은 콘크리트의 수밀성을 높여 폭렬현상이 더욱 심하게 발생할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 고강도 콘크리트에서 실리카흄이 폭렬에 미치는 영향과 초고강도 콘크리트의 시공성을 확보하기 위하여 PP섬유를 대신하여 PP분말 및 PVA의 내화성능을 실험을 통하여 관찰함으로써 초고강도 콘크리트의 내화성능확보를 위한 기초 자료를 제시하였다.

고강도 콘크리트는 구조적인 장점에도 불구하고 화재 시 폭렬과 함께 취성적인 파괴를 나타내는 단점으로 인하여 내화설계 시 주의하여 사용하여야 한다. 고강도 콘크리트의 폭렬제어를 위하여 폴리프로필렌 섬유(PP섬유)의 혼입이 가장 효율적인 것으로 여러 연구결과를 통하여 보고 되었으나, 이들은 대부분 콘크리트 공시체를 대상으로 한 내화실험의 결과로서 최적의 PP섬유 혼입량에 대한 부재수준의 연구는 매우 부족한 실정이다. 본 연구에서는 고강도 콘크리트 기둥의 내화설계를 위한 최적의 PP섬유 혼입량을 제시하기 위하여 콘크리트 강도와 PP섬유의 혼입량을 변수로 하는 기둥부재의 내화실험 및 잔존강도 실험을 수행하였으며, 실험결과 콘크리트 강도가 증가 할수록 기둥 실험체의 잔존 축강도비는 증가하였으며, PP섬유 혼입량을 0%에서 0.2%까지 증가 시킬수록 기둥의 잔존 축강도비가 증가하는 것으로 나타났다. 따라서 최적의 PP섬유 혼입량으로서 0.2%가 적절할 것으로 판단된다.