Abstract
Concrete tunnel lining must be designed to having the fireproof performance because the lining are sometimes exposed to very high temperature due to traffic accident. Such fire temperature may cause explosion of concrete, or collapse of tunnel structure. The purpose of this study is to obtain the fundamental fireproof behavior of fire resistance-engineered cementitious composites(FR-ECC) under fire temperature in order to use the fire protection material in tunnel lining system. The present study conducted the experiment to simulate fire temperature by employing 2 types of FR-ECC and investigated experimentally the explosion and cracks in heated surface of these FR-ECC. Employed temperature curve were hydro carbon(HC, ECl) criterion, which are severe in various criterion of fire temperature. The numerical analysis is carried out the nonlinear transient heat flow analysis and verified against the experimental data. The complex features of behavior in fire conditions, such as thermal expansion, plasticity, cracking or crushing, and material properties changing with temperature are considered. By the use of analytical model, the concrete tunnel subjected to fire loads were analyzed and discussed. With comparison of current concrete materials and FR-ECC, the experimental and analytical results of FR-ECC shows the better fire resistance performance than the other.
터널 라이닝은 대형 화재 등과 같은 고온에 노출될 경우, 폭렬이 발생하고 이로 인해 급격한 온도 전달 및 내력 저하로 구조체 붕괴의 원인이 될 수 있다는 것이 여러 사례를 통해 보고되고 있다. 본 연구는 터널라이닝의 내화뿜칠 재료로 매우 적합할 것으로 판단되는 고인성 고내화성 시멘트 복합체(FR-ECC)를 개발하고 이의 역학적 특성 및 내화 성능을 평가하고자 하였다. 이를 위하여 FR-ECC에 있어서의 배합 요인을 실험 변수로 내화 시험을 실시하였으며 비정상 온도 분포 해석 기법(nonlinear transient heat flow analysis)을 이용하여 이를 해석적으로 묘사 검증되었다. 또한, 실험 결과를 통해 검증된 해석 기법을 이용하여 터널라이닝에 대한 열전달 해석을 수행하여 FR-ECC를 내화 2차 라이닝재로 이용하는 경우의 거동 특성을 분석하였다. 실험 결과 내화 성능을 향상시키기 위한 FR-ECC의 최적 배합은 PVA 섬유 또는 PP 섬유 혼입률 $V_f=2.0%$, 다공성 세라믹재 혼입률 $V_C=3.6%$, 공기량 $V_A=15%$로 나타났으며, 검증된 비정상 온도 분포 해석 기법을 이용하여 기존 터널에 40mm FR-ECC를 추가 라이닝 한 경우에 대한 해석 결과, 콘크리트 및 철근의 온도 분포가 모두 $350^{\circ}C$ 이내에서 제어되어 터널 내 콘크리트 및 철근에 대한 화재 피해를 방지할 수 있을 것으로 판단되었다.
