불이야기(1)

구조이야기 넷, 불이야기(1) 화재시의 사용온도에 따른 변색

화재가 발생하면 건축물에 어떠한 영향을 미칠까? 목재로 지어진 구조물은 미관상 뛰어난 재료이기 때문에 나무를 노출시켜 시공하는 경우가 일반적이다. 따라서 목구조는 화재에 대한 뚜렷한 대책이 없다. 화재를 예방하기 위해서는 항상 조심하는 수밖에 없으며 화재시에 피해를 최소화기 위해 소화기를 비치하는 등의 적절한 소방대책을 마련하거나 내장재를 불연, 내화재료로 사용하여 피해를 줄이는 수밖에 없다.

요즈음의 구조물은 대개의 경우 철근콘크리트구조나 철골구조로 시공하는데 철근콘크리트구조인 경우에는 콘크리트 피복이 불로부터 어느 정도까지는 지켜주며 철골구조일 경우에는 내화 피복재를 사용하여 불로부터 구조물을 보호해 준다. 가장 많이 사용하는 철근콘크리트구조의 콘크리트 피복은 불에 타지 않은 재료이므로 불로부터 일정한 시간동안 구조물을 보호해준다. 그래서 피복두께에 따라 2-3시간 이상을 심각한 재앙으로부터 지켜주게 된다. 그러한 콘크리트도 화재온도와 화재에 노출시간에 따라 견딜 수 있는 한계가 있다. 화재온도가 300℃정도일 때에는 콘크리트의 강도의 감소는 미비하나 500。c이상이 되면 콘크리트의 강도가 반으로 줄게 되며 콘크리트의 탄성계수도 반이하로 줄게 된다. 콘크리트 강도가 반으로 준다는 것은 10개층을 지지하고 있는 기둥이 5개층 정도만 지지할 수 있다는 것을 의미한다. 심각한 피해가 예상되며 또 탄성계수가 반으로 된다는 것은 특히 보와 바닥판의 처짐이 2배나 증가되며 많은 균열이 예상된다.

그러면 화재온도를 어떻게 알 수 있을까? 화재가 났을 때 화재온도를 측정할 수는 없는 노릇이 아닌가? 그것은 화재가 진압된 후 콘크리트의  표면 상태에 따라 예측할 수가 있다. 화재온도가 300℃이하일 경우에는 구조물 표면에는 그을음 정도만 부착이 되어 구조물이 피해가 크게 되지 않을 것이며, 300-600℃일 경우에는 콘크리트 표면이 핑크색으로, 600-950℃까지는 회백색, 950℃이상의 경우에는 담황색으로, 그 이상 1200℃가 되면 콘크리트가 용융되게 될 것이다. 또한 화재온도가 300℃이상이 되면 구조체의 단면내의 급격한 온도차에 의해 폭렬현상이 있게 된다. 폭렬현상이라는 것은 구조물 표면이 폭파되듯이 튕겨 떨어져 나가는 현상을 말한다. 이러한 여러 가지의 현상을 종합하여 화재온도를 예상할 수 있으며 피해를 예측하여 피해복구를 수행할 수 있게 될 것이다.

피해복구는 화재온도 예측에 따라 기둥주위 인접한 부분에 슬래브나 보와 같은 수평부재인 경우에는 처짐이 제일 많이 예상되는 중앙부에 동바리를 받쳐 놓는 것이 일시적이지만 안전진단을 하여 보수·보강을 할 때까지는 매우 효과적이다. 왜냐하면 불에 노출되면 콘크리트와 철근은 모두 강도가 저하되지만 콘크리트는 1년 정도의 시간이 지나면 원래 강도의 90%정도까지는 회복되는 특성을 가지고 있기 때문이다. 따라서 화재가 진압된 후 아니면 진압되는 도중이라도 심각한 건물의 붕괴를 방지하기 위해서는 이러한 불의 성질을 알아 조치하여야겠다.