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콘크리트는 불에 타지 않지만, 고온에 오래 노출되면 내부 시멘트 수화물의 화학적 분해로 인해 압축 강도가 크게 떨어집니다. 화재 후에는 콘크리트 표면 색으로 손상 정도를 1차 판단할 수 있으며, 이후 정밀 진단을 거쳐 보수·보강 여부를 결정합니다.

콘크리트는 시멘트, 모래, 골재, 물의 혼합물로, 금속이나 목재와 달리 연소하지 않는 무기질 재료입니다. 철근콘크리트에서 콘크리트는 피복재 역할도 해, 내부 철근에 열이 전달되는 속도를 늦춰줍니다. 그러나 일정 시간 동안 불에 강할 뿐, 영구적인 것은 아닌데요. 콘크리트가 고온의 불에 오래 노출되면 내부에서 급격한 화학적 변화가 일어나며 압축강도가 저하됩니다.

통상 100~300℃ 환경에서는 결합수가 증발하며 미세균열이 시작되고, 500℃ 이상에 도달하면 강도 발현의 핵심 성분인 수산화칼슘 Ca(OH)₂이 산화칼슘CaO과 물H₂O로 열분해되면서 페이스트 조직이 탈수·수축하여 붕괴하기 시작합니다. 아울러 570℃ 부근에서는 골재의 주성분인 석영이 전이 과정을 거치며 급격히 부피를 팽창시켜 시멘트 페이스트와의 결합력을 상실하게 됩니다. 한국화재보험협회가 35MPa급 콘크리트를 실험한 결과를 보면, 이처럼 화학적·물리적 붕괴가 겹치는 500℃ 이상부터 압축강도가 급격히 저하돼 700℃에 도달하면 상온 강도의 50% 이하로 떨어질 수 있습니다.

고강도·고밀도 콘크리트는 고온에 장시간 노출되면 폭렬현상이 발생하는데요. 폭렬현상이란 콘크리트 표면이 폭발적으로 깨져 나가는 현상을 말합니다. 콘크리트 내부의 수분이 수증기로 기화되는데, 조직이 치밀한 고강도 콘크리트에서는 이 수증기가 밖으로 빠져나가지 못해 내부 증기압이 계속 상승하다 결국 터지는 원리입니다. 폭렬현상은 주로 400℃ 전후에서 빈번하게 발생하는 것으로 나타났습니다.

그렇다면 화재를 겪은 콘크리트가 얼마나 손상됐는지 어떻게 알 수 있을까요? 색깔로 구분이 가능합니다. 콘크리트는 고온에 노출되면 온도 구간별로 표면 색이 달라지는데요, 300℃까지는 색 변화가 거의 없지만, 300~600℃에서는 골재 내 철 성분의 산화 반응으로 인해 분홍빛이나 복숭아색으로, 600~900℃에서는 수산화칼슘 분해 및 페이스트 탈수로 인해 밝은 회색으로, 900℃를 넘어서면 담황색으로 변합니다. 전문가들은 이런 색 변화를 화재 피해 정도를 가늠하는 1차 지표로 활용하며, 이후 정밀 진단을 거쳐 보수·보강 여부를 판단합니다.

특히 고층 건축물이나 터널에 고성능 콘크리트 활용이 늘면서, 폭렬현상을 막고 내화성능을 높이기 위한 기술적 대처가 중요해지고 있습니다. 가장 효과적이고 널리 검증된 방법은 PP(폴리프로필렌) 섬유를 혼입하는 것입니다. 화재 시 PP 섬유가 녹는점(약 160~170℃)을 지나며 녹아 없어지고, 이로 인해 형성된 미세한 통로(공극)가 수증기 탈출 경로가 되어 내부 증기압 상승을 막아주는데요. 2020년 한국건설순환자원학회의 한 논문에 따르면, PP 섬유를 0.1%만 혼입하여도 300℃까지 폭렬이 발생하지 않고, 0.4% 이상 혼입하면 가열온도 900℃까지 폭렬이 발생하지 않는 것으로 나타나기도 했습니다. 이 밖에 구조적으로는 내화 모르타르나 내화 보드를 덧대는 내화피복 시공을 통해 콘크리트 표면의 온도 상승 속도를 늦추는 방법도 함께 활용됩니다.