철근 콘크리트 화재에 따른 구조물의 방법 및 보수, 보강방법

1. 개 요

시설물에서 화재가 발생할 경우 보통건물의 화재온도는 700~1200℃에 이른다. 이에 노출된 콘크리트, 강재 등 주요 구조재료의 물리적, 화학적 변화를 유발하여 부재변형, 파손 등의 손상을 유발하며, 심하면 건축물이 붕괴되기도 한다. 이러한 화재피해 시설물의 피해, 손상 양상은 일반적인 경우와 많이 다르므로 그 특성을 감안한 진단이 필요하다.

2, 화재로 인한 피해

1) 콘크리트 구조물의 수명 단축

2) 강재의 강도 상실

3) 마감재의 파손

4) 인명, 재산상의 손실

3. 화재의 지속시간에 따른 콘크리트의 파손 깊이

※ 500℃ 이내이면 재사용 가능함

화재지속지간(DIN4102에 따른 보통 콘크리트의 화재지속시간)에 따른 파손깊이

? 80분 후 (800℃) : 0 ~ 5mm 깊이 손상유발

? 90분 후 (1,000℃) : 15 ~ 25mm 깊이 손상유발

? 180분 후 (1,100℃) : 30 ~ 50mm 깊이 손상유발

4. 콘크리트 강도와 화재온도

성능저하 형태	성능저하 현상	대책의 원칙
콘크리트의 변색·균열	가열 온도변화에 의한 변색 및 균열이 발생	- 화재의 경우 대책으로는 보강을 전제로 할 필요가 있다. 또한 표층의 화재에 의한 피해에 대하여는 보수대책을 선정한다. - 약화된 콘크리트는 제거한다. - 콘크리트가 중성화된 부분도 제거한다. 콘크리트 가열온도가 200℃를 넘으면 품질저하가 진행되고 500℃에 달하면 1/2까지 현저히 저하한다.
콘크리트의 폭렬	고온가열에 의해 약화된 표면이 박리하면 내부에서 생긴 수증기압에 의해 폭렬이 발생
콘크리트의 강도 저하 및 중성화	가열에 의한 시멘트 경화체가 변질하고 강도저하와 중성화가 발생
내부철근의 성능저하	가열에 의해 변질하여 내부철근과 PC강재의 성능저하	- 보통 콘크리트 구조물의 화재는 내부강재의 가열변질 이전에 콘크리트 자체 열화가 먼저 발생한다. 내부강재의 가열온도가 500~600℃이하는 강재변질이 발생한다.

5. 조사 및 평가방법

화재피해 시설물의 안전진단 절차는 일반적인 경우와 유사하나, 화재 피해 시설물에 있어서 고려되어야 할 주요 조사항목은 다음과 같다.

구 분		내 용	비 고
기본조사	화재 이력, 크기 추정	- 발생원인, 경과시간, 확대경로, 가연물량 등 조사? 화재 크기(온도, 시간 등)를 추정함	목격자 진술 경찰, 소방자료 보험사 자료 등
	피해범위 및 손상정도 판단	-피해 범위, 손상 정도에 따라 세부 조사계획을 정함 - 손상내용 : 콘크리트 부재의 슌열, 박리, 박락, 들뜸, 변색, 변형, 좌굴, 철근노출, 강재변형 유무 등 - 고온에 콘크리트 노출시 철근과 콘크리트간 부착력이 급격히 저하됨
현장 비파괴 조사	결합, 손상조사	- 부재, 부위별 손상 상태를 정밀조사하여 손상정도, 범위를 확정하고 도면자료화 함 - 비구조체, 설비, 마감 등의 손상상태를 조사함으로써 해당 구간 구조체의 손상 정도를 간접 평가하는 자료로 활용할 수 있음	화재피해등급 1~3등급 또는 1~5등급 등으로
	변위변형 조사	- 화재시 수평부재의 처짐, 변형 발생가능성이 크므로 정밀 조사함 - 비화재부도 열팽창에 의한 손상가능성이 있으므로 이를 확인함
	콘크리트 강도	- 비파괴시험 : 슈미트햄머, 초음파 등을 사용 (단, 건전부 또는 화재손상이 경미한 부위에 한해 적용함) - 파괴(CORE)시험 : 손상 등급별, 부재로 1SET(3개) 이상 재취 (단, 슬래브 등 단주의 경우 제외할 수 있음)	새장비 1:1이상
	콘크리트 중성화	- 부재별로 중성화 깊이를 확인하여 손상깊이를 결정함 - 콘크리트가 열기 500℃ 이상에서 중성화로 변함
	기타 각종조사	- 상기 외의 조사항목 및 방법은 일반적인 경우와 동일하게 진행함 - 화해부위와 건전부 조사결과를 비교분석, 전후의 상태를 판단함
각종 재료시험	콘크리트 강도	- 코아채취 및 의뢰시험(의뢰전 이물질 제거, 중성화 시험)
	콘크리트 강도	- 철근 : 손상등급별로 인장시험편 채취(직경별로 1SET 이상) - 강재 : 상동(용접전달시는 열손상을 감안하여 충분한 동일하게 크기로 함)	1SET : 3개

6. 콘크리트 구조물의 보수 및 보강공법

1) 보수공법

- 국부치환공법

콘크리트를 국부적으로 제거한 후 무기질, 유기물 접착제를 이용하여 치환하는 공법

손상 번위가 작고 경미할 때 사용

- 표면처리공법

균열선을 따라 콘크리트 표면에 시멘트 페이스트로 피막을 형성하는 공법

균열폭 0.2MM 이하의 경미한 균열보수에 사용

- 충전공법

균열부위를 V-cut하고 수지나 팽창성 모르타르를 충전, 경화 후 표면을 그라인딩

균열의 폭이 적고 주입이 곤란한 경우에 구조체의 강도 회복을 위해 사용

- 주입공법

균열선을 따라 10-30cm 간격으로 주입용 파이프 설치 후 저점성 에폭시 수지 주입

균열펴면뿐 아니라 내부까지 충전시키는 공법

- BIGS공법

고무 튜브에 압력을 가하여 균열 심층부까지 충전 주입하는 공법

균일한 압력관리 용이

- POST-Stress(Tension)에 의한 방법

P.C강재를 사용하여 열화된 빔에 Stress를 동입하고 인장응력을 감소시켜 균열을 축소 시킬 뿐만 아니라

압축력을 주어 구조물의 내하력을 증진

-박리 및 표면붕괴에 대한 보수공법

Jacketing : 열화된 부분에 거푸집을 넣고 새로운 콘크리트로 타설하여 열화된 부분을 보강하는 공법

공기 연행 Mortar : 침식에 의한 박리가 생긴 표면보수에 유효함

프리팩트콘크리트

새로운 콘크리트로 대체

2) 보강공법

- 강판부착공법

부재치수가 작은 구조의 국부보강공법

균열부위에 강판을 대고 앙카로 고정, 접촉 부위를 에폭시 수지로 접착

- Pre-stress 공법

균열의 직각방향으로 PC강선을 배치하여 긴장시키는 방법

구조체의 균열이 깊을 때 사용하여 주입공법과 병용

- 강재 앙카공법

꺽쇠형 앙카를 균열을 기로질러 설치하여 보강하는 방법

시멘트 또는 수지 모르타르를 Leg에 주입 정착

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117-3-4 철근콘크리트 구조물의 화재에 따른 구조물의 건전성 평가 방법 및 보수․보강대책에 대��