콘크리트의 관리(고성능콘트리트+폭열현상+Mechanism)

□ 폭열현상 - Spalling failure (Explosive fracture)

 ○ 콘크리트 부재가 화재 가열을 받아 표층부가 소리를 내어 박리할 때 등의 급격한 파열 현상. 콘크리트 부재의 내화 성능을 나쁘게 하는 중요한 요인이다.

1. 원인: 콘크리트는 수화반응을 통하여 강도발현을 한다. 과정에서 불필요한 잉여수가 내부에 남게 되는데 그런 수분이 사고/화재 등에 의한 급격한 온도 변화에 의해 기화되면서 높은 압력이 발생하며 콘크리트가 내부에서 터져나가게 된다.

<폭열 Mechanism>

2. 화재로 인한 콘크리트의 변화 과정(수분)

<화재(열)가 콘크리트에 미치는 변화>

 가. 콘크리트에 적절한 가열을 통해 잉여수 즉, 자유 공극수를 제거할 수 있으면 고품질 콘크리트를 만들 수 있을 것이다.

 나. 하지만 콘크리트는 재료적 특성상 열전도율이 매우 낮기에 쉽지 않은 작업이다.

 다. 또한, 수분이 사라지면 이전에 말했던 자가치유력이 사라진다는 것도 문제이다.

 라. 아무튼 콘크리트의 수분은 '양날의 검'이다.

 

3. 폭열 현상의 발생 과정

<폭열현상의 발생>

 가. 폭열 현상의 발생 과정은 화재/사고로 인하여 콘크리트에 열응력이 가해지고 그로 인해 수분이 증발하다가 못 빠져나가서 '펑' 터지며 박리현상이 일어나는 것이다.

 나. 위의 폭열 현상의 메커니즘의 삼박자가 골고루 맞아야 발생할 수 있는 것인데 한 번 일어나면 대참사가 일어난다.

 다. 왜냐, 고강도 콘크리트가 사용된 구조물은 대규모 구조물이므로 인구 밀집도가 어마어마하게 높은 곳이다.

 라. 예전 미국 세계무역센터 쌍둥이 빌딩과 같은 곳 말이다...▶◀

 

4. 폭열 현상의 대책
  가. 재료:  분말도 낮은 시멘트 사용 지양, 양호한 입도의 골재 사용
  나. 배합: AE감수제 사용, W/B↓, 단위수량↓
  다. 시공: 강화섬유 첨가 시공, 내화성능↑, 양생기간 동안 품질을 유지하면서 내부 수분이 최소화될 수 있도록 체계적인 습도 조절 필요

  라. 화재, 고온에 대한 즉각적인 대처: Srpinkler, 화재진압설비 등

폭열현상에 대해서는 열응력에 의해 콘크리트가, 구조물이 파괴되는 것이 문제이다. 라는 관점과 고성능 콘크리트의 특성상 고수밀화로 인하여 내부  수분 증발이 힘들어지는 것이 문제라는 재료와 관리의 문제로 보는, 두 가지 이론으로 나뉜다.

 

첫 번째의 경우는 콘크리트/구조물 자체를 더 튼튼하게 만들려는 방법을,
두 번째의 경우는 재료 자체의 함수율을 낮추는 경우로 시공에서부터 철저한 관리를 하는 것이다.

 

위의 폭열 Mechanism에서 하나의 원인만 제거하면 폭열현상은 발생하지 않으니 그런 관점에서 해당 현장에서 조금 더 접근성이 좋은 방식으로 접근하면 좋을 것이다.

 

□ 마무리

 ○ 근본적인 원인부터 제거하자

 사실 재료 자체의 관리보다 스프링클러 설치라든지 화재진압설비 설치를 통해 급격한 온도상승을 막자는 방법이 더 우세한 것 같으나, 전기차 화재만 보아도 그런 부분에 대한 기술은 아직 부족한 것 같아 논외로 하고 싶다.

 

 전기차 한 대에 화재가 발생하면 필요 수량이 11만 리터라고 한다. 그에 반해 우리나라 기준으로 소방차 한 대가 가지고 다니는 수량은 1만 리터가 되지 않는다. 약 3000리터라고 한다. 근본적인 원인이 제거되어야 할 것이다.