• 제목/요약/키워드: Explosive Spalling

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Investigation of the effect of internal curing as a novel method for improvement of post-fire properties of high-performance concrete

  • Moein Mousavi;Habib Akbarzadeh Bengar
    • Computers and Concrete
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    • 제33권3호
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    • pp.309-324
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    • 2024
  • Internal curing, a widely used method for mitigating early-age shrinkage in concrete, also offers notable advantages for concrete durability. This paper explores the potential of internal curing by partial replacement of sand with fine lightweight aggregate for enhancing the behavior of high-performance concrete at elevated temperatures. Such a technique may prove economical and safe for the construction of skyscrapers, where explosive spalling of high-performance concrete in fire is a potential hazard. To reach this aim, the physico-mechanical features of internally cured high-strength concrete specimens, including mass loss, compressive strength, strain at peak stress, modulus of elasticity, stress-strain curve, toughness, and flexural strength, were investigated under different temperature exposures; and to predict some of these mechanical properties, a number of equations were proposed. Based on the experimental results, an advanced stress-strain model was proposed for internally cured high-performance concrete at different temperature levels, the results of which agreed well with the test data. It was observed that the replacement of 10% of sand with pre-wetted fine lightweight expanded clay aggregate (LECA) not only did not reduce the compressive strength at ambient temperature, but also prevented explosive spalling and could retain 20% of its ambient compressive strength after heating up to 800℃. It was then concluded that internal curing is an excellent method to enhance the performance of high-strength concrete at elevated temperatures.

뿜칠피복재를 사용한 고강도 콘크리트 부재의 내화피복두께에 관한 실험적 연구 (An Experimental Study on the Fireproof Covering Thickness of High Strength Concrete Members with Spray Coating)

  • 이태규
    • 한국화재소방학회논문지
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    • 제24권4호
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    • pp.41-46
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    • 2010
  • 고강도 콘크리트는 대형 사회기반 구조물로서 많이 활용되고 있다. 고강도 콘크리트는 우수한 재료적 성능과 내구성을 확보하고 있지만 반면에 화재에 대한 급작스러운 폭렬현상으로 인하여 구조적인 문제를 야기시키기도 한다. 따라서 본 연구에서는 콘크리트 피복두께에 추가하여 내화피복재를 사용함으로써 내화피복두께에 따른 콘크리트의 내화성능을 평가하고 최적의 내화피복두께를 산정하는 실험적 연구를 수행하였다. 내화피복재를 10mm 간격으로 증가시키면서 실험을 수행한 결과 콘크리트의 내화성능이 크게 향상됨을 볼 수 있었으며, 최적의 내화피복두께는 약 1~3mm로 산정되었다. 또한 폭렬에 의하여 급작스러운 콘크리트 내부의 온도상승 이후 기화열에 의한 열손실로 완만하게 온도가 상승되는 현상이 실험적으로 관측되었다. PP 섬유는 약 $200^{\circ}C$ 부근에서 용해되어 고온에서는 빈 채널만 남게 되므로 내부 증기압을 저감시켜주는 역할도 관측되었다.

폴리프로필렌 섬유를 혼입한 폴리머 시멘트 모르타르의 폭렬특성에 관한 연구 (A Study on the Spalling Properties of Polymer Modified Cement Mortar Using Polypropylene Fiber)

  • 김민성;심상락;류동우
    • 한국건축시공학회지
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    • 제20권4호
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    • pp.305-311
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    • 2020
  • 기존 폴리머 시멘트 모르타르(PCM)는 일반적인 시멘트 모르타르에 비해 부착강도, 휨강도, 내약품성 등의 성능을 향상시킬 수 있어 철근콘크리트(RC)구조물의 보수·보강 시 폭넓게 사용하고 있다. 하지만 PCM은 화재와 같은 고온 환경에서 폭렬발생 가능성이 높아 구조안전성에 문제를 발생시킨다. 본 연구에서는 폭렬저감 PCM 개발을 목적으로 폴리머 혼입률(2%, 4%, 6%), PP 섬유길이(6mm, 12mm, 6+12mm), PP 섬유혼입률(0.05 Vol%, 0.1 Vol%)을 실험인자로 선정하여 전기로 가열실험(600℃, 800℃)을 진행하였다. 폭렬특성을 비교분석한 결과 폴리머 혼입률이 6% 이상인 경우에는 섬유혼입에 따른 폭렬저감 효과를 기대할 수 없었다.

고온 및 하중에 따른 섬유혼입 콘크리트의 잔존역학적 특성에 관한 연구 (A Study on the Residual Mechanical Properties of Fiber Mixed Concrete with High Temperature and Load)

  • 윤대기;김규용;최경철;이태규;구경모;김홍섭
    • 한국건축시공학회:학술대회논문집
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    • 한국건축시공학회 2011년도 추계 학술논문 발표대회
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    • pp.119-120
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    • 2011
  • Recently, the effects of high temperature and fiber content on the residual mechnical properties of high-strength concrete were experimentally investigated. In this paper, residual mechanical properties of concrete with water to cement (w/c) ratios of 55%, 42% and 32% exposed to high temperature are compared with those obtained in fiber reinforced concretes of similar characteristics with the ranging of 0,05% to 0,20% polypropylene (PP) fibers by volume of concrete, and considered factors include pre-load levels (20% and 40% of the maximum load at room temperature). Outbreak time and water contents were tested and were determined the compressive strength. In the result, it is showed that to prevent the explosive spalling of 50MPa grade concretes exposed to high temperature need more than 0.05Vol.% PP fibers. Also, the cross-sectional area of PP fiber can influence on the residual mechanical properties and the spalling tendency of fiber reinforced concrete exposed to high temperature. Especially, the external loading increases not only the residual mechanical properties of concrete but also the risk of spalling and the brittle tendency.

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고강도콘크리트용 내화피복재로 활용하기 위한 경량모르타르의 역학적 성상 (Study on the Mechanical Properties of Lightweight Mortar for Fire Protection Covering Material in High Strength Concrete)

  • 임서형;유석형;문종욱
    • 한국화재소방학회논문지
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    • 제25권5호
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    • pp.8-13
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    • 2011
  • 고강도 콘크리트는 화재 시 고온에 노출되어 폭렬현상이 발생된다. 폭렬은 철근노출과 함께 구조부재의 단면을 감소시키며, 이로 인하여 구조적 거동에 심각한 문제를 발생시킨다. 본 연구의 목적은 이러한 고강도 콘크리트의 내화피복재로 활용하기 것으로 퍼라이트와 폴리프로필렌 섬유로 경량모르타르를 제조하여 그 역학적 성상을 파악하는데 있다. 이에 따른 실험인자로는 물시멘트비, 골재시멘트비, 폴리프로필렌 섬유 첨가량이다. 연구결과 퍼라이트와 폴리프로필렌 섬유를 첨가함으로서 모르타르의 공극구조를 변화시킬 수 있었으며, 단위중량을 감소시킬 수 있었다. 또한, 고강도 콘크리트의 내화피복재로서 경량모르타르를 사용할 수 있는 가능성을 확인하였다.

알파형 반수석고를 혼입한 시멘트 압출 패널의 내화특성 (Fire-Resistance Property of Cement Extruding Panel Mixed with Alpha-Hemihydrate Gypsum)

  • 최덕진;이민재;신상철;김기석;김진만
    • 한국건축시공학회:학술대회논문집
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    • 한국건축시공학회 2011년도 추계 학술논문 발표대회
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    • pp.109-110
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    • 2011
  • Gypsum is an important building material used to provide fire resistance to constructions by reducing their temperature rises. As the hardened gypsum is exposed to fire, evaporation of both the free water and the chemical bond water is easier than that in the cement extruding panel. The purpose of this study is to investigate the utilizability of alpha-hemihydrate gypsum to prevent spalling failure of cement extruding panel exposed to fire. This paper reports the fire-resistance property of a controled general cement extruding panel(C100), and gypsum-cement extruding panels(C50A50, A100) according to replacement ratio of alpha-hemihydrate gypsum. As a results, it is found that A100 and C50A50 are more effective to prevent the explosive spalling failure under standard fire condition than C100.

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ECC로 피복된 고강도콘크리트의 폭렬저감 및 열적특성에 관한 실험적 연구 (Fire Resistant Performance of Anti-Spalling ECC Layers in High-Strength Concrete Structures)

  • 이재영;권영진
    • 한국건축시공학회:학술대회논문집
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    • 한국건축시공학회 2008년도 춘계 학술논문 발표대회
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    • pp.199-202
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    • 2008
  • The purpose of this study is to obtain the fundamental fire resistance performance of engineered cementitious composites(ECC) under fire temperature in order to use the fire protection material in high-strength concrete structures. The present study conducted the experiment to simulate fire temperature by employing of ECC and investigated experimentally the explosion and cracks in heated surface of these ECC. In the experimental studies, 3 HSC specimens are being exposed to fire, in order to examine the influence of various parameters(such as depth of layer=20, 30, 40mm; construction method=lining type) on the fire performance of HSC structures. Employed temperature curve were ISO 834 criterion(3hr), which are severe in various criterion of fire temperature in building structures. The numerical regressive analysis and proposed equation to calculate ambient temperature distribution is carried out and verified against the experimental data. By the use of proposed equation, the HSC members subjected to fire loads were designed and discussed.

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고온에 노출된 고강도 콘크리트 기둥의 수치해석 (Numerical analysis of high-strength concrete exposed elevated temperature)

  • 서연주;홍성걸
    • 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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    • 한국콘크리트학회 2005년도 봄학술 발표회 논문집(II)
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    • pp.21-24
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    • 2005
  • A computational analysis of hygro-thermal and mechanical behaviour of concrete column at high temperature is presented. The objective of this study is to develop a finite difference model that simulates coupled heat and transport phenomena in reinforced concrete structures exposed to rapid heating conditions such as fires. The theoretical basis for the integrated finite difference method is presented to describe a powerful numerical technique for solving of fluid flow in porous media. The numerical results predict the phenomena of 'moisture clog' and the explosive spalling of concrete under fire. The investigations show that high-strength concrete(HSC) and normal-strength concrete(NSC) exposed to high temperature have different pore pressure buildup dependent on porosity, permeability and moisture contents. HSC has more possibility than NSC on spalling.

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섬유혼입공법을 적용한 고강도콘크리트 기둥의 비재하 내화시험 (Fire Test of Fiber Cocktail Reinforced High Strength Concrete Columns without Loading)

  • 염광수;전현규;김흥열
    • 콘크리트학회논문집
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    • 제21권4호
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    • pp.465-471
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    • 2009
  • 화재시 고강도콘크리트의 폭렬현상을 막고 내부철근 온도의 상승을 억제하기 위하여 폴리프로필렌섬유와 강 섬유를 동시에 사용하는 섬유혼입공법을 제안하였다. 섬유혼입공법을 40~100 MPa 고강도콘크리트 배합에 적용하여 가 열재하방법으로 열적특성을 평가한 후 내화성능을 평가하기 위하여 구조부재에 내화시험을 실시하였다. 2기의 기둥시 험체를 제작하여 ISO 834 표준내화곡선에 따라 180분 비재하 내화시험을 실시하였다. 폭렬은 발생하지 않았으며, 표면 부의 색은 분홍색을 띤 회색으로 변했다. 깊이 60 mm부터 내부 콘크리트의 온도가 급감하였으며, 60분 가열 후 온도구 배는 보통콘크리트보다 5배 적은 2.2oC/mm로 측정되었다. 180분 내화시험 후의 최종온도는 모서리철근이 488.0oC, 중앙 철근이 350.9oC이며, 철근의 총 평균온도는 419.5oC이다. 모서리철근과 중앙철근의 평균온도차는 137.1oC였다. 가열 후 100~150oC부근에서 콘크리트와 철근의 온도상승추세가 변하는데 이는 강섬유와 폴리프로필렌섬유를 혼입한 콘크리트의 온도구배가 낮고, 철근으로의 수분이동과 내부 수분의 막힘현상, 그리고 수분의 기화열 때문이다.

금속 Al분말 첨가 Castable 내화물의 특성 (Properties of Castable REfractories Containing Metallic Al Powder)

  • 김효준;김인술;이상완
    • 한국세라믹학회지
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    • 제27권7호
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    • pp.877-882
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    • 1990
  • Effects of metallic Al powder addition on basic and thermal properties of castable refractories were investigated. Generally, low grade prooperties were obtained by metallic Al powder addition with the increase of temperature, comparing with those of non-addition of Al powder. Especially, Al addtion showed severe shrinkage, corrosiion and low strength above 1000$^{\circ}C$. As a result of Al addition, lower strength of and higher corrosion resistance were shown for 2% addition, but it was reversed for above 4% addition. It was found that Al addition was excellent in the explosive spalling test regardless of Al quantity.

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