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권영진 교수, 고강도 콘크리트 폭렬현상 저감방안 제시폭렬억제형 피복콘크리트로 폭렬현상 방지할 수 있어최근 초고층 건물에 대한 화재 안전성이 시급히 요구되고 있는 가운데 호서대학교 권영진 교수가 고강도 콘크리트의 내화특성을 고려한 해석과정을 거쳐 폭렬 저감방안을 강구해야 한다고 주장해 귀추가 주목된다.
지난 15일 한국화재소방학회 추계학술논문발표회에서 호서대학교 권영진 교수는 ‘고강도 콘크리트 구조내화설계 지침의 제정 배경 및 고찰’이라는 주제를 통해 고강도 콘크리트에 대한 성능 내화설계 및 지침이 마련되어 있지 않아 관련법규 및 제도가 정비되어야 한다고 밝혔다. 고강도 콘크리트 폭렬현상은 400°c 이상의 고열에서 폭발하는 현상으로 일반 콘크리트는 내부수분이 수증기로 변해 입자사이로 빠져나와 천천히 떨어지는 반면 고강도 콘크리트는 입자가 촘촘해 수증기가 빠져나오지 못하다 폭발하듯 터져 나와 한꺼번에 떨어져 나가는 현상을 말한다. 폭렬현상을 통해 철근이 열에 그대로 노출되어 녹아버리면서 구조물이 쉽게 붕괴하게 되는데 911테러로 인해 미국 뉴욕의 110층 세계무역센터(wtc) 쌍둥이 빌딩이 붕괴된 것이 대표적인 사례로 볼 수 있다. 권 교수는 “고강도 콘크리트의 응력과 변형곡선은 일반강도 콘크리트에 비해 가파르게 최대 응력에 도달하며 최대 응력 이후에 있어서도 가파른 하강을 보여 고강도 콘크리트의 취성적 특성을 보였다”고 내화특성에 따른 고온에 노출된 고강도 콘크리트의 역학 결과를 밝혔다. 일반강도 콘크리트에 비해 최대 응력 이후에 잔존 에너지가 적기 때문에 쉽게 붕괴될 수 있다는 것이 권 교수의 주장이다. 권 교수는 또 “투수성이 낮은 고강도 콘크리트는 높은 인장강도에도 불구하고 일반강도 콘크리트에 비해 폭렬이 발생되기 쉬워 가열되는 동안 더 높은 수증기압이 형성되며 콘크리트 표면 가까이에서 수증기압의 최대값이 발생해 얇은 단면의 콘크리트가 화재시 폭렬에 취약하다”고 설명했다. 권 교수는 그동안 연구결과들을 토대로 실무에서 실용적으로 활용할 수 있는 폭렬 저감방안으로 표층부의 온도상승ㆍ온도구배 저감방안, 수증기압 저감/수분이동을 용이하게 하는 방안, 폭렬억제형 피복콘크리트 이용방안, 폭렬에 의한 콘크리트의 비산을 방지하는 방안 등을 소개했다. 표층부의 온도상승ㆍ온도구배 저감 방안은 내화재를 구조재의 표면에 피복하여 내부의 온도상승을 제어하는 공법으로 구조부재의 온도제어를 통한 폭렬대책이 가장 우수하지만 공사비의 증가와 추가공정이 요구된다. 이와 함께 폭렬억제형 피복콘크리트 이용 방안은 중심부만 고강도 콘크리트를 사용하고 피복부분은 폭렬이 발생하지 않는 동일 강도급의 재료로 치환하는 공법으로 구조부재의 온도제어를 통한 폭렬 대책이 가장 우수한 것으로 나타났다. 권 교수는 제시한 폭렬현상 저감방안에 대해 “각기 장단점을 내포하고 있어 상황에 따라 탄력적으로 적용해야 하며, 향후 고강도 콘크리트의 역학적 성상을 고려하여 단점을 보완하고 추가적인 대책을 수립할 수 있도록 많은 연구가 필요하다”고 설명했다. <저작권자 ⓒ FPN(소방방재신문사ㆍ119플러스) 무단전재 및 재배포 금지>
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