건축 방화재료 불연재료의 종류

 

건축 방화재료의 하나인 불연재료는 시멘트 모르터, 콘크리트, 석면 슬레이트, 회반죽, 벽돌, 점토, 철강, 알루미늄, 유리 등과 같은 연소하지 않는 건축자재를 말합니다. 이와 같은 불연재료가 건축물에 화재가 났을 경우 어떤 온도에도 같은 성질과 같은 상태를 유지해야 하는 것을 말하는 것은 아닙니다. 어떤 것은 화재가 났을 때 빨리 가열온도가 올라가서 녹거나 해를 입어 금이 가는 것도 존재합니다.

 

내화재료란 일반적으로 불연재료라 불리는 것 중에서도 높은 온도에서 열적 성질이 뛰어나고 내력의 저하와 큰 변형을 갖지 않는 소위 내화성능이 우수한 재료를 말합니다. 구조재료로 콘크리트와 석재, 벽돌등이 내화재료에 해당됩니다. 철강재료는 고층건축에 자주 이용되지만 400도부터 강도와 탄성이 저하되고 500~600도부터 급격히 상태가 변화되기 때문에 내화재료라고 말하기는 어렵습니다. 화재가 났을 때 무피복 철골건축물의 경우 피해를 굉장히 크게 입습니다. 따라서 금속재료는 불연재료라고 말하기는 하지만 내화재료로 구분되지는 않습니다.

 

불연재료에는 금속재료, 시멘트 모르터 및 콘크리트, 석재, 요업제품, 내화피복재료 등이 있습니다.

 

금속재료

 

불연재료로서의 금속재료는 가볍고 강도가 크며 탄성과 함께 마모성, 충격에 뛰어나고 성형과 가공이 용이합니다. 하지만 건축적인 용도로의 사용은 제한적입니다. 단열성과 내화성 등이 부족한 경우도 있지만 구조용 금속부재에 무기질 내화피복재를 사용하거나 내화판으로 피복하면 내화성능은 충분히 증가할 수 있습니다.

 

동재

 

동은 구조재료로 넓게 이용되며 용융점이 아주 높아 화재중 부재의 용융은 거의 없지만 500~600도가 될 경우 강도와 탄성이 급격히 감소합니다. 따라서 구조재료로서 이용은 할 수 없습니다. 동재를 구조부재로 이용하고 불의 열을 차단하기 위해 내화피복 공법을 이용하여야 합니다. 철근콘크리트 구조에 있어서는 단면의 주근을 한계온도 이하로 하기 때문에 고온도에 따른 열전도율이 비교적 적은 콘크리트 피복 두께를 늘리기도 합니다.

 

알루미늄

 

알루미늄은 경금속재료로 사용되는 용도가 아주 많습니다. 압출성형이 용이하기 때문에 복잡한 단면도 쉽게 제작할 수 있어서 건자재와 외장재로 많이 사용합니다. 수성과 차음성이 좋습니다. 단열성능이 나쁘고 용융점이 낮아 내화성은 부족합니다. 따라서 무기질 단열재료를 덧붙여 단열성을 보완하기 위해 복합알루미늄 패널을 만들어 사용하기도 합니다.

 

스테인레스 스틸

 

스테인레스 스틸은 외장재로 이용할 때 내후성이 뛰어납니다. 하지만 가공이 비교적 어렵고 강도와 표면경도가 큰 편입니다. 알루미늄판과 같이 단열성과 내화성이 약해서 단열재료를 덧붙여 사용하거나 내화성을 가진 층을 쌓아 내화벽판 등을 만들어 사용합니다.

 

시멘트 모르터 및 콘크리트

 

시멘트 모르터와 콘크리트는 일반적으로 내화성이 크고 골재의 성질에 따라 성격이 많이 달라집니다.

 

강도와 탄성

 

콘크리트는 일반적으로 가열온도가 올라가면 강도가 감소됩니다. 가열온도 500도 이상으로 냉각되면 수일이 지나서 균열이 생기기 때문에 구조용 콘크리트로 사용되기 어려워집니다. 보통 이용되는 강모래와 강자갈로 만들어진 콘크리트는 500도 이내로 가열됐을 때 강도와 탄성의 자연회복이 현저해 재사용이 가능한 것도 많습니다.

 

열전도율 및 온도전도율

 

콘크리트와 시멘트 모르터는 온도가 높을 때 내부 조직의 변화가 복잡해서 열전도율을 측정하기 어렵지만 일정 온도에서 장시간 가열할 경우 여러 가지 결과를 얻을 수 있습니다. 특히 시멘트 모르타르의 경우 일반적으로 단열성이 크고 열전도율과 온도전도율이 큽니다.

 

열팽창

 

시멘트 모르타르와 콘크리트에 포함되는 시멘트 풀과 골재는 높은 온도에서 열팽창 성질이 전혀 달라집니다. 시멘트풀은 60~80도를 정점으로 수축되고 골재는 대체로 팽창을 계속하는 것이 많습니다. 즉 시멘트 풀과 골재는 서로 팽창정도가 다르기 때문에 콘크리트의 온도상승과 함께 부착성이 감소해 조직은 이완되고 콘크리트의 탄성과 강도는 감소합니다. 콘크리트는 작은 팽창률을 가지고, 비교적 작은 온도 전도율을 가지기 때문에 내화구조용의 재료로서 유리한 점이 많습니다.

 

석재

 

석재는 조암광물이 석재의 종류에 따라 팽창계수가 틀리기 때문에 석재의 종류에 따라 내화성의 차이가 큽니다.

 

화강암

 

화강암은 건축용으로 널리 이용되며 비교적 단단하고 내구성이 큽니다. 함유된 석영이 575도부터 팽창변화를 시작하기 때문에 급격한 팽창에 의해 조직이 이완될 수 있습니다. 따라서 내화력은 약한 편입니다.

 

대리석

 

대리석의 주성분인 탄산석회가 700~1000도 사이일 때 탄산가스가 나와 생석회가 되고 고온에서는 분체화하는 경향이 있습니다. 특히 비교적 낮은 가열온도에서 열응력에 의해 균열이 생기고 표면이 변질되어 순백색이 되어 장식재로써의 가치를 잃게 됩니다.

 

응회암

 

응회암 또는 석영을 포함하지 않은 사암은 일반적으로 불의 열에 강합니다. 안산암은 고온에서 열팽창이 작기 때문에 콘크리트용 골재로 사용하며 내화성능이 큽니다.

 

 

요업제품과 유리

 

벽돌

 

벽돌은 불의 열을 막는 차단성이 높고 일반적으로 두께가 두껍습니다. 높은 온도에서도 강도가 크고 온도가 식은 후에도 내력이 강합니다.

 

타일

 

타일은 방화용이나 내화용의 피복재로 사용됩니다. 타일은 내화성분이 크지만 타일을 벽면에 붙일 때 사용하는 접착제 부분이 열을 버티지 못해 타일이 떨어져 나가는 경우가 많습니다.

 

유리

 

유리는 불연재입니다. 화재 시 생기는 열 응력으로 균열이 발생하기 때문에 깨지기 쉽습니다. 따라서 문의 경우 방화성을 높이기 위해 망입유리를 사용하여 화재가 났을 때 유리가 깨져 사방으로 퍼지지 않도록 합니다.

 

내화피복 재료

 

내화피복재료는 구조물에 사용되는 강재의 온도가 300~500도 내외로 유지될 수 있도록 하고 부재가 열로 인해 크게 변형되거나 휘어지는 것을 막기 위해 강재의 표면에 피복해서 강재가 불의 열로 피해를 입지 않도록 보호하는 재료입니다. 이러한 내화피복 재료는 경량이고 지진이 났을 때도 부재나 이음 부분이 변형 없이 잘 버틸 수 있어야 하며 벗겨지거나 떨어지지 않아야 합니다. 열차단 능력이 크고 3~4시간의 긴 시간에도 불에 견딜 수 있는 기능을 가져야 합니다. 내화피복 공법에는 콘크리트 타설, 미장, 성형판붙임 등이 있습니다.