[국내논문]콘크리트 압축강도 추정을 위한 반발도법과 초음파속도법의 최소시험횟수에 관한 연구 A Study on the Minimum Number of Rebound Number Test and Pulse Velocity Method for Estimating Compressive Strength of Concrete원문보기
비파괴 검사에 의한 콘크리트 압축강도 시험법 중에서 반발도법과 초음파 속도법은 가장 널리 사용되는 방법이다. 그러나 국내에서 사용되고 있는 비파괴 강도 시험법은 대부분이 외국의 시험법을 적용하고 있어서 국내의 콘크리트 구조물에 직접 적용하는 데는 무리가 따른다고 할 수 있다. 반발도법의 경우, 일본건축학회 등의 제안에 자라 20개의 타격점을 표준으로 채택하고 있으나 표준편차에 대한 고려를 하지 않고 있는 실정이다. 또한, 초음파 속도법에 의한 시험은 압축강도를 추정하는데 필요한 측정횟수의 규정이 없다 따라서 본 연구에서는 카이검증을 이용하여 비파괴 검사법에 의한 콘크리트 압축강도의 타격횟수의 신뢰도를 검토하고 최소시험 횟수를 제안하였다. 그 결과, 반발도법과 초음파 속도법으로 추정한 콘크리트 압축강도 값이 만족할 만한 신뢰범위에 들기 위한 최소시험횟수는 각각 11회와 7회로 분석되었다. 다만, 실구조물의 품질변동을 고려하여 이상치의 결측처리와 시험군의 격자 배열을 전제로 한다면, 반발도법은 국내의 관행에 따라 20회로, 음파 속도법은 9회로 규정하는 것이 바람직하다고 판단된다.
비파괴 검사에 의한 콘크리트 압축강도 시험법 중에서 반발도법과 초음파 속도법은 가장 널리 사용되는 방법이다. 그러나 국내에서 사용되고 있는 비파괴 강도 시험법은 대부분이 외국의 시험법을 적용하고 있어서 국내의 콘크리트 구조물에 직접 적용하는 데는 무리가 따른다고 할 수 있다. 반발도법의 경우, 일본건축학회 등의 제안에 자라 20개의 타격점을 표준으로 채택하고 있으나 표준편차에 대한 고려를 하지 않고 있는 실정이다. 또한, 초음파 속도법에 의한 시험은 압축강도를 추정하는데 필요한 측정횟수의 규정이 없다 따라서 본 연구에서는 카이검증을 이용하여 비파괴 검사법에 의한 콘크리트 압축강도의 타격횟수의 신뢰도를 검토하고 최소시험 횟수를 제안하였다. 그 결과, 반발도법과 초음파 속도법으로 추정한 콘크리트 압축강도 값이 만족할 만한 신뢰범위에 들기 위한 최소시험횟수는 각각 11회와 7회로 분석되었다. 다만, 실구조물의 품질변동을 고려하여 이상치의 결측처리와 시험군의 격자 배열을 전제로 한다면, 반발도법은 국내의 관행에 따라 20회로, 음파 속도법은 9회로 규정하는 것이 바람직하다고 판단된다.
Among non-destructive tests for compressive strength, rebound number test and pulse velocity test are the most widely used methods. However, the non-destructive tests mostly used in Korea was developed by foreign country. Therefore, it is unreasonable to directly apply them to concrete structures in...
Among non-destructive tests for compressive strength, rebound number test and pulse velocity test are the most widely used methods. However, the non-destructive tests mostly used in Korea was developed by foreign country. Therefore, it is unreasonable to directly apply them to concrete structures in Korea. In accordance with the suggestion of Institute of Architecture in Japan for rebound number test, a compressive strength is calculated by the mean value of 20 hit points without being considered standard deviation. Furthermore, there is no regulation on the number of measurements required for measuring compressive strength by pulse velocity test. This study, therefore, reviewed the rebound number test and pulse velocity test by chi-square, and suggested the minimum number of each test. As a result, the minimum number that falls within range of reliability for rebound number test and pulse velocity test are 11 and 7, respectively. If abnormal values are processed as missing and test groups are assumed to be arrayed in cross by considering changes in quality of actual concrete structures, 20 times and 9 times are appropriate for rebound number test and pulse velocity test, respectively.
Among non-destructive tests for compressive strength, rebound number test and pulse velocity test are the most widely used methods. However, the non-destructive tests mostly used in Korea was developed by foreign country. Therefore, it is unreasonable to directly apply them to concrete structures in Korea. In accordance with the suggestion of Institute of Architecture in Japan for rebound number test, a compressive strength is calculated by the mean value of 20 hit points without being considered standard deviation. Furthermore, there is no regulation on the number of measurements required for measuring compressive strength by pulse velocity test. This study, therefore, reviewed the rebound number test and pulse velocity test by chi-square, and suggested the minimum number of each test. As a result, the minimum number that falls within range of reliability for rebound number test and pulse velocity test are 11 and 7, respectively. If abnormal values are processed as missing and test groups are assumed to be arrayed in cross by considering changes in quality of actual concrete structures, 20 times and 9 times are appropriate for rebound number test and pulse velocity test, respectively.
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문제 정의
본 연구에서는 카이검증을 이용하여 국내 여건에 맞는 콘크리트 구조물의 압축강도 추정을 위한 대표적 시험 방법의 신뢰도를 검토하고 최소시험횟수를 제안하였다.
비파괴 검사법의 강도추정에 대한 신뢰도를 확보할 수 있는 최소시험횟수의 산정을 위해, 본 연구에서는 동일한 배합의 콘크리트 실험체를 강도시험용과 비파괴 검사용으로 구분 제작하여 재현성을 확보함은 물론, 대상 검사법의 지표 항목에 대하여 다수의 실증 데이터를 구할 수 있도록 하였다.
본 실험에서는 원주형 공시체 및 코어 채취 시편의 강도를 기지의 값으로 하고, 타격횟수에 대한 빈도 분포로부터 강도추정치의 신뢰도를 검증하며, 아울러 평균 타격값에 대한 이상치의 취급수준을 결정하는데 목적을 두었다.
그러므로 철근의 간섭을 전제로 한 시험이 필수적이라 할 수 있다. 따라서 본 실험에서는 초음파 속도 시험시 철근의 간섭이 무시될 수 없는 수준인 경우를 설정하고, 보정절차 등을 인용하여 철근에 의한 시험값의 변동정도와 실제로 가장 많이 이용되는 보정방법의 적합성을 검증하고자 하였다.
본 논문에서는 콘크리트 압축강도 추정을 위한 비파괴 검사법 중 현재까지 다수의 연구가 수행되고, 외국 일부에서 이미 규격화되어 있는 반발도 시험 초음파 속도 시험의 측정값에 대하여 그 신뢰도를 검토하고 적정시험 횟수를 제안하였다. 각 비파괴 검사 항목에 대한 실험결과를 토대로 얻은 결론은 다음과 같다.
제안 방법
반발도는 탄성계수와 비례관계에 있고, 강도는 탄성계수와 관계가 있으므로 이에 의해 반발도와 압축강도의 관계식을 이용하여 압축강도를 추정할 수 있다. 압축강도의 추정은 반발도를 타격방향에 따라 보정한 기준 반발도와 압축강도의 상관관계식을 이용하여 압축강도를 추정한다. 다음의 식들은 현재 국내의 안전진단 전문기관에서 통상적으로 적용하는 반발도를 이용한 압축강도 추정식이다.
그러나 다른 비파괴 실험에 비해서 원리에 대한 인식이 뚜렷하면 강도추정이 정확해질 수 있는 방법이기도 하다. 초음파 속도법 역시 최소시험횟수의 산출을 위해서는 시험값이 정규분포에 따르고 있는지를 우선적으로 검토해보아야 하므로, 반발도법과 동일한 방식으로 측정군의 카이검증을 수행하였다.
대상 데이터
본 실험에 사용한 시멘트는 KS L 5201 규정에 적합한 S사 제품의 보통 포틀랜드 시멘트이며, 굵은골재는 최대 치수 25mm의 쇄석골재를 잔골재는 비중이 2.4인 세척해사를 사용하였다. 철근은 D13mm의 이형철근으로 콘크리트 타설 직전에 녹, 불순물, 기름 성분, 산화철 피막 등이 제거되도록 철근 표면을 전동식 와이어 브러쉬 및 No.
4인 세척해사를 사용하였다. 철근은 D13mm의 이형철근으로 콘크리트 타설 직전에 녹, 불순물, 기름 성분, 산화철 피막 등이 제거되도록 철근 표면을 전동식 와이어 브러쉬 및 No. 1000 샌드페이퍼로 연마한 후, 아세톤으로 깨끗이 닦아 사용하였다.
실험에 사용된 콘크리트의 배합조건은 건축 구조물에 일반적으로 이용되는 설계기준강도 21 MPa를 채택하였으며, 실험의 실용성을 고려하여 D사의 현장플랜트 생산(레디믹스트) 콘크리트를 사용하여 제작하였다.
콘크리트의 목표 슬럼프는 18cm이며, 목표 공기량은 4.5%로 하였다. Table 1은 실험에 사용한 콘크리트의 배합비이다.
1은 반발도 측정을 위해 사용한 시험체의 형상을 나타낸 것이다. 그림의 우측 단부에서 20cm 떨어진 위치의 3곳에서 코어를 채취하였고, 타격점은 상호간 간격을 10cm로 하여 직교되는 곳으로 하였다.
성능/효과
그 결과로 압축강도로 환산하였을 경우에도 가장 적은 편차를 나타내며, 평균값 부근에서 집중적으로 분포되고 있었다.
카이검증 결과, 관측군과 정규분포값간에는 자유도 8에서 유의수준 5%의 x2값 15,507보다 적은 값으로 나타나 초음파 속도 측정치가 정규분포를 따른다고 분석할 수 있다. 초음파 속도 시험값의 측정치가 정규분포 N(μ,σ2)에 따르는 경우, 최소분산불편추정량을 이용하여 최소필요측정횟수를 추정할 수 있다.
7은 초음파 속도법의 최소필요 측정 횟수를 분석한 것이다. 분석결과, 최소필요측정회수의 평균값은 7회 정도로 산출되었다. 현재까지 초음파 속도 결과치를 이용하여 압축강도를 추정하는데 필요한 측정횟수의 규정은 없는 실정이다.
분석결과는 BS에서 제시하는 방식이 상대적으로 신뢰도가 높음을 알 수 있었다. 측정기기 메이커가 제시하는 방식은 콘크리트의 품질수준에 대한 정확한 지표가 없으며, Ls/L가 작은 경우에 적용할 수 있는 방법이어서 철근수가 2, 3인 경우는 보정계수의 산출이 불가하였다.
이상의 실험결과에서와 같이 초음파 속도는 철근의 간섭에 의한 영향이 크며, 그 영향 정도는 BS에서 제시하는 보정계수 산출방식을 적용하는 것이 타당한 것으로 검토되었다.
2) 콘크리트의 압축강도를 반발도법에 의해 검사하는 경우, 시험대상 부위에서 테스트 해머의 타격회수는 11회 이상이 되어야 평균강도의 재현이 가능한 것으로 나타나 ASTM C865의 규정횟수 10회를 따르는 것은 무리가 있음을 알 수 있었다. 따라서 국내에서 통상적으로 적용되는 20회의 샘플링 수준으로 반발도 시험횟수를 확대하고, 표준편차를 벗어나는 값은 버리도록 처리하는 것이 바람직하다고 생각된다.
3) 초음파 속도법은 시험대상 부위에서 7회 이상의 시험값을 확보하는 것이 압축강도 추정을 위해 필요하며, 이상치의 결측처리와 시험군의 격자배열을 전제로 한다면 9회 정도로 시험횟수를 규정하는 것이 바람직하다고 판단된다.
4) 초음파 속도 시험을 불가피하게 철근이 배근된 부근에서 수행할 경우 파 경로 부근에 위치한 철근의 영향을 보정해야 하는데, 본 연구에서의 검증결과 BS 1881 : Part 203 방식에 의해 보정계수를 산출하는 것이 유효한 방법임을 확인하였다.
후속연구
판단된다. 다만, 실구조물의 품질변동을 고려하여 이상치의 결측처리와 시험군의 격자배열을 전제로 한다면 9회 정도로 시험횟수를 정하는 것이 바람직할 것이다.
1) 본 연구의 검증수단으로 채택한 최소분산불편추정 방법에 의해 실구조물의 최소필요 측정횟수를 사전에 조사함으로서 구조물의 품질변동수준을 파악하는데도 응용할 수 있을 것으로 사료된다.
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