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주식회사 국제화건의 시설물유지관리 사업부입니다.
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(주)국제화건의 시설물유지관리 사업부입니다.

FRM 공법

Fire Resistance Mortar

국토해양부 신기술 제 647호 (내화모르타르를 전용스프레이 장비로 타설하고 내화코팅재로 도포하는 콘크리트 구조물 내화공법)
특허 제10-1016156호(내화모르타르를 이용한 콘크리트 구조물의 내화공법)

1. FRM 공법의 개요

기존 구체 콘크리트의 열하부 제거 및 요철을 형성시킴으로서 부착력을 확보하고 바탕면의 먼지 및 이물질을 고압수 세척을 통해 제거한 후 전용장비를 이용하여 내화모르타르를 스프레이 시공한다. 그다음 외부열화인자의 차단 및 미관개선을 위해 내화코팅재로 마감하고 새로운 내화보호층을 형성하여 기존구조물의 내구성 향상 및 재열화를 방지하여 화재 발생 시 폭열을 방지함으로써 기존 구조체의 안전성을 확보한다.

2. FRM 공법의 필요성

대구지하철 중앙로역 화재(2003년), 서울 도시철도 온수역 유치선구간 화재(2005년), 최근의 중동I.C 부천고가교 화재(2010년) 등 구조물의 대형화재는 폭열로 인해 구조체에 손상을 일으켜 강도저하에 따른 붕괴로 인명피해 뿐만 아니라 사회기반시설인 교통망을 장시간 마비시키는 혼란을 초래할 수 있다. 그러므로 국제터널협회 및 유럽, 일본 등에서는 대형 화재사고시 구조물 손상을 최소화하고 인명피해 예방 및 원활한 교통망의 확보차원에서 지하구조물 내화설계기준을 제정하여 운용 중에 있으나 우리나라의 경우 내화에 대한 설계기준이 제정되어 있지 않으므로 해외의 내화법령기준을 참고하여 사용되고 있다.

기존 내화재료의 한계점

기존 내화재료는 내화성능이 떨어져 화재가 발생하면, 균열, 박리, 탈락 및 폭열이 발생해서 구조물 붕괴 등 대형사고 위험에 노출된다.

국내 화재 사례

국외 화재 사례

터널명 Mont Blanc 영불 해협터널 고타르 터널 고타르 터널
장소 프랑스 영국, 프랑스 오스트리아 오스트리아
년도 1999 1996 2001 1997
연장 11.6Km 49.4Km 16.9Km 16.9Km
최고온도 1000℃ / 53시간 1100℃ / 9시간 27시간 30분
구조물 손상 900m구간에서 천정부에 최대 70cm 폭렬 발생되어 라이닝 천정 파괴 2.0km구간 콘크리트 라이닝 박리 300 ~ 500m 범위는 두께 40cm 세그먼트가 아주 심하게 파괴되어 암반 노출 250m 구간 천정부 콘크리트 폭렬로 붕괴 50m 구간의 천정부위에 100㎡ 콘크리트 폭렬 손상 발생

3. FRM 공법의 원리

내화모르타르 및 내화코팅재의 개발

화재로 인한 구조물의 안전성 확보

내화모르타르 전용스프레이 장비

· 섬유뭉침현상 및 노즐막힘현상 방지
· 역학적 성능 및 내구성 증진으로 시공성 확보

내화모르타르 전용스프레이 장비

장비구성 및 특성

내화공법 개발

· 품질을 일정하게 유지하고 리바운드율을 감소시켜 안전성 확보
· 산업부산물 슬래그 미분말, 실리카흄 사용으로 환경친화성 높임
· 내구성확보 통한 유지관리성 재고

설계단계 시공단계 유지관리단계
ISO 및 RABT 내화곡선에 따른 화재실험을 통해서 구조물의 안전성을 확보 각 공정별[내화모르타르, 내화코팅제]로 시공지침서에 따른 품질 확보 물흡수계수시험 등을 통해서 내구성 확보
자중증가에 따른 사하중 설계 반영 품질 및 현장관리를 통한 안전성 확보 내화시험만족으로 화재에 대한 저항성 확보 및 유지관리지침서를 작성해서 안전성 확보

내화기술발전으로 지하구조물의 안전성 향상

현장적용성 보급성 구조적안전성
내화모르타르 및 이중믹싱 장치 개발 내화성능 확보 및 품질만족 내화시험 만족
내화공법 개발 신뢰성 및 공익성 확보 시공지침서 및 내구성 확보

내화성능 확보(RABT-화재곡선 시험)

콘크리트 블록 시험체(1,850 X 1,250 X 300mm)의 표면에 내화모르타르를 도포하여 RABT-화재곡선(Train)에 따른 가열조건으로 170분 내화시험을 실시하여 대상 시험체의 콘크리트 모체표면 온도 및 내부온도를 측정하였다. 표준강도가 27MPa인 콘크리트를 사용하였으며 내화모르타르 도포 두께는 30mm를 적용하였다.

· 시험장소 : 한국건설기술연구원
· 내화모르타르 도포 : FRM30, FRC [30mm 도포]
· 열전대(K-type) 위치 : 시험체 표면, 37.5mm [시험체 표면과 철근사이], 75mm [철근위치]
· 화재곡선 : 한RABT-화재곡선 적용, 170분 가열, 최고온도 1,200℃

시험체 구조 도면

시험체 구조 도면

RABT(Train) 화재곡선 시험 결과

폭열 현상을 발생하지 않았으며 RABT(Train) 화재곡선 시험 결과 계면에서의 최고온도가 228℃로 유럽의 내화기준(콘크리트 계면온도 380℃이하) 및 일본의 내화기준 (콘크리트 계면온도 350℃이하)을 만족하므로 우수한 내화성능을 검증하였다. 시험 완료 후 내화모르타르의 탈락도 발생하지 않아 기존 구조물의 내화 손상의 방지 및 구조적인 안전성에도 기여 하는 것으로 판단된다.

· 한국건설기술연구원 RABT(Train) 화재곡선 시험-시험자 : 이봉재, 기술책임자 : 김홍열

4. FRM 공법의 내용

5. FRM 공법 적용분야

시공순서

내화모르타르 물성

내화모르타르(보수용)

시공순서

내화모르타르 물성

6. 시공사례

7. 특허증