이 연구에서는 화재피해를 입은 콘크리트의 수열온도 추정방법 중 일반적으로 널리 사용되고 있는 콘크리트 변색상태 판별법의 문제점을 분석하기 위하여 Table 2와 같은 배합의 콘크리트 시험체를 제작하여 재료가열시험을 실시 한 후, 냉각된 시험체를 대상으로 표면 색조분석을 실시하고자 하였다. 콘크리트 재료가열시험은 Table 3과 같이 4가지의 설계압축강도를 갖는 콘크리트 공시체를 대상으로 7가지의 목표가열온도를 설정하여 실시하였다. 가열속도는 5 °C/min으로 설정하였으며, 가열로의 내부 평균온도가 목표가열온도에 도달 한 후 2시간 동안의 가열 지속시간을 두고 종료하였으며, 가열이력곡선을 Fig. 2에 나타내었다. Figs. 2(a) 및 (b)의 시험체는 온도측정 장비의 오작동으로 인하여 온도측정이 조기에 종료되어 냉각 시간동안의 온도이력 일부가 누락되었다.

일반적으로 사용되고 있는 콘크리트 표면 변색상태 판별법은 평가자의 육안을 통하여 이루어지는 분석법으로써, 평가자의 주관적인 견해로 인한 오판 및 정량적인 분석결과 확보의 어려움 등의 문제점이 있다. 따라서 이 연구에서는 가열 후 상온상태까지 냉각된 콘크리트 실험체를 대상으로 변색상태 분석을 위하여 분광광도계를 사용하여 정량적인 색조분석을 수행하였다. 분광광도계는 정량적인 색상성분 분석을 통하여 도장, 문화재복원 분야를 비롯한 다양한 분야에서 널리 사용되고 있는 장비로써 특정 색상을 대상으로 표색계의 다양한 구성요소에 대한 정량적인 측정값을 제공할 수 있다(Lee et al., 2006; Lee, 2014). 이 연구에서는 분광광도계의 측정방법에 따라 측정대상에 장비를 밀착하여 측정 시 외부 조도에 영향을 받지 않도록 콘크리트 공시체의 평평한 부분인 상단부를 대상으로 색조분석을 실시하였다. Fig. 3은 다양한 목표온도에 노출된 콘크리트 실험체 표면의 색상성분을 L*a*b* 표색계 성분으로 나타낸 색조분석 결과로써, 노출온도에 따라 각기 다른 측정값을 나타내는 것을 확인할 수 있다. Fig. 4에서 확인할 수 있듯이 L*a*b* 표색계에서 L*값은 명도를 나타내는 지수로써, 0 (Black) 부터 100 (White)까지의 수치로 나타낸다. a*, b*값은 색상과 채도를 나타내는 지수로써, 각각 –60 (a*: Green, b*: Blue) ~ +60 (a*: Red, b*: Yellow) 값 범위로 나타낼 수 있다. 다만, Fig. 3에서 확인할 수 있듯이 화재노출온도에 따라 콘크리트 표면의 표색계 성분 값이 뚜렷한 경향성을 나타내지 않는 것을 확인할 수 있다. Figs. 3의 (a)~(e)에서 b* 지수 데이터는 L*, a*지수와는 다르게 상대적으로 고온에 노출 될수록 지수값이 상승하는 경향을 나타내고 있으나, Fig. 5에서 확인할 수 있듯이 화재에 손상된 실험체의 표면 색상이 화재손상을 입지 않은 실험체와 비교하였을 때 500 °C 이상의 고온 실험체 표면의 색상변화가 어떻게 발생되었는지 육안으로 판단하기 매우 어려운 상태라는 것을 확인할 수 있다. 이와 같은 실험 및 측정결과는 Table 1에서 제시된 핑크색을 띄는 수열온도 범위(300~600 °C)와는 크게 다른 결과로써, 육안조사를 통하여 일반적으로 사용되고 있는 콘크리트 변색상태 판별법이 실제 화재피해를 입은 콘크리트의 수열온도 추정방법으로써 적절하지 않다는 것을 반증하고 있다. 또한, Fig. 3에 따라 b* 지수값을 활용하여 수열온도를 추정하는 방법은 국내의 콘크리트 배합에서 일반적으 로 사용되는 시멘트 대체 재료인 플라이 애쉬 및 고로슬래그 함유량에 따라 표면색상변화가 전혀 다르게 나타날 수 있다 더불어, 이 연구에서 사용하였던 분광광도계는 슈미트해머, 초음파속도 측정기와 같이 일반적으로 안전진단과정에서 사용되는 장비가 아닌 관계로 화재피해 건축물을 진단하는 과정에서 장비의 유무에 따라 수열온도 추정이 불가능 할 수 있다는 문제점이 있다. Fig. 6은 Fig. 3에 나타낸 각 실험체 표면의 색상 성분에 따라 발생된 콘크리트 표면 빛 반사율을 나타낸 것으로써, 가시광선 파장범위 중 550 nm 및 740 nm에서 측정된 반사율이다. 콘크리트 압축강도에 따라 화재노출온도가 상승할수록 상대적으로 반사율이 높아지는 것을 확인할 수 있다. 여기에서 550 nm의 파장은 가시광선 스펙트럼 중에서 노란색에 가까운 파장이며, 740 nm의 파장은 가시광선 스펙트럼 중에서 붉은 색에 가까운 파장이다. Fig. 3에서 각 실험체의 a*, b* 지수값이 동일하게 뚜렷한 경향성을 나타내고 있지 않지만, 두 성분값 모두 수열온도에 따라 상대적으로 증가함에 따라 Fig. 6과 같은 빛 반사율결과가 나올 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 즉, Fig. 6은 혼화재가 사용되지 않은 콘크리트가 고온에 노출 될수록 노란색 영역의 파장 및 붉은색 영역의 파장에서 빛 반사율이 높아진다는 것을 나타내고 있는 것으로써, 고온에 노출 될수록 Table 1과는 다르게 붉은색 영역의 파장 변화가 상대적으로 큰 것을 확인할 수 있다. 따라서 Fig. 6은 Table 1에 근거하여 수열온도를 추정하는 것이 적절하지 않음을 재차 확인할 수 있는 분석결과로써, 실무에서 빈번하게 적용되고 있는 육안검사를 통한 수열온도 추정방법의 개선이 반드시 필요하다는 것을 확인할 수 있었다.

Fig. 6은 Fig. 3에 나타낸 각 실험체 표면의 색상 성분에 따라 발생된 콘크리트 표면 빛 반사율을 나타낸 것으로써, 가시광선 파장범위 중 550 nm 및 740 nm에서 측정된 반사율이다. 콘크리트 압축강도에 따라 화재노출온도가 상승할수록 상대적으로 반사율이 높아지는 것을 확인할 수 있다. 여기에서 550 nm의 파장은 가시광선 스펙트럼 중에서 노란색에 가까운 파장이며, 740 nm의 파장은 가시광선 스펙트럼 중에서 붉은 색에 가까운 파장이다. Fig. 3에서 각 실험체의 a*, b* 지수값이 동일하게 뚜렷한 경향성을 나타내고 있지 않지만, 두 성분값 모두 수열온도에 따라 상대적으로 증가함에 따라 Fig. 6과 같은 빛 반사율결과가 나올 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 즉, Fig. 6은 혼화재가 사용되지 않은 콘크리트가 고온에 노출 될수록 노란색 영역의 파장 및 붉은색 영역의 파장에서 빛 반사율이 높아진다는 것을 나타내고 있는 것으로써, 고온에 노출 될수록 Table 1과는 다르게 붉은색 영역의 파장 변화가 상대적으로 큰 것을 확인할 수 있다. 따라서 Fig. 6은 Table 1에 근거하여 수열온도를 추정하는 것이 적절하지 않음을 재차 확인할 수 있는 분석결과로써, 실무에서 빈번하게 적용되고 있는 육안검사를 통한 수열온도 추정방법의 개선이 반드시 필요하다는 것을 확인할 수 있었다.