[논문]반발 경도법 및 충격반향기법을 이용한 콘크리트 슬래브의 압축강도 비교에 관한 연구

홍성욱; 조영상

초록
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최근 구조물이 노후화되면서 기존 구조물과 시공품질을 관리하는 비파괴검사 평가의 요구가 증가되고 있다. 콘크리트 구조물의 압축강도 추정의 중요성이 건설업계에서 또한 점차적으로 증대되고 있는 실정이고, 시공관리와 품질관리에 있어서 중요한 요소이다. 본 연구는 콘크리트의 압축강도를 비교하기 위한 비파괴 검사법 중 슈미트해머 시험과 충격반향기법을 이용하여 수행되었다. 콘크리트 압축강도와 슈미트해머에 의한 반발경도 값과 충격반향기법 실험결과와의 관계를 알아내는데 초점을 두었으며, 콘크리트의 압축강도와 반발경도 값은 밀접한 관계가 있음을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

As infrastructures are being deteriorated, nondestructive evaluation of existing structures and construction quality control are increasingly demanded. The importance of predicting compressive strength of concrete structure is also gradually increasing in construction industry. The estimation of con...

As infrastructures are being deteriorated, nondestructive evaluation of existing structures and construction quality control are increasingly demanded. The importance of predicting compressive strength of concrete structure is also gradually increasing in construction industry. The estimation of concrete compressive strength is a critical factor of the construction management and quality control. This study has been conducted using Schmidt hammer test and Impact echo method, which are nondestructive test methods for the comparison of the concrete compressive strength. It is focusing to examine the relationship between compressive strength of concrete and rebound number by Schmidt hammer test result by Impact echo method. It was found that concrete compressive strength and rebound number have a close correlation.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서 슈미트해머를 이용한 반발경도법과 응력 파를 이용한 비파괴 검사법인 충격반향기법(Impact Echo Method)을 이용하여 반발경도와 압축강도와의 비교, 응력파와 압축강도의 비교를 통해서 반발 경도와 응력 파와의 상관관계를 알아내는 연구를 수행하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구의 목적은 비파괴 시험의 대표적인 반발 경도법 (Schmidt Hammer), 충격반향기법 (Impact Echo Method)을 이용하여 압축강도의 비교, 분석을 통해서 신뢰성의 검증과 반발경도와 응력파 속도와의 상관관계를 알아내는 것이다.

제안 방법

각 강도별 실험체를 시험하기 위하여 평탄한 면을 선정하고 Fig. 5와 같이 실험체 위에 표시하고 슈미트 해머로 타격하여 반발경도 R 값을 측정하였다.
형상 및 강성, 콘크리트의 습윤 상태, 조골재, 시멘트, 몰드, 탄산화 등의 영향도 받는다. 따라서 반발도 R값을 보정해주고, 보정된 R값을 이용해서 압축강도를 추정한다. 다음은 국내에서 많이 인용되는 콘크리트의 압축강도 추정 식이다.
3에서 보는바와 같이 동적 신호분석기 (Dynamic Signal Analyzer) 는 HP사의 35670A 를 사용하여 데이터를 취득하였으며 이 장비는 채널 수가 2개이며 양 채널 동시사용 시 분석 가능한 주파수의 범위는 60μHz 에서 50KHz 이며 한 채널만으로 할 경우에는 100KHz까지 가능하다. 또한 디지털 샘플링과 고속 푸리에 변환(FFT) 연산 알고리즘을 사용하여 주파수 특성 함수를 실시간으로 처리가 가능하다. 그리고 사용한 가속도계는 주파수 범위가 0.
본 연구에서 설계기준강도 18, 21, 24, 27, 30, 35, 40, 50, 60MPi 인 총 9개의 배합비 (Table 1)로 제작된 실험체에 비파괴 실험을 하였다. 비파괴 시험은 반발 경도법 (Rebound Method)과 충격반향기법 (Impact Echo Method)으로 실험하여 압축강도를 비교하였다.
압축강도 시험은 슬래브 모의부재 실험체에 코어를 3개씩 채취하여 슬래브 모의부재강도와 압축강도 시험용 공시체 강도를 비교하였다.(Fig.
충격반향기법과 압축강도실험에서 취득한 결과를 토대로 P파 속도에 따른 압축강도관계를 재령 일에 따라 정리하였다. Fig.

대상 데이터

공시체 강도를 비교하였다.(Fig. 11) 압축강도는 재령 16시간, 20시간, 24시간, 2일, 3일, 7일, 28일에 대하여 데이터를 취득하였다. 강도별로 압축강도를 시험한 결과를 재령일에 따라 분석하여 Fig.
또한 디지털 샘플링과 고속 푸리에 변환(FFT) 연산 알고리즘을 사용하여 주파수 특성 함수를 실시간으로 처리가 가능하다. 그리고 사용한 가속도계는 주파수 범위가 0.5Hz에서 10000Hz인PGB사의 모델명 352C₆₆ 이다. 실험에서 필요로 하는 Data 수집범위는 0 — 50/100KHZ로적합한 감진기이다.
본 연구는 Fig. 3에서 보는바와 같이 동적 신호분석기 (Dynamic Signal Analyzer) 는 HP사의 35670A 를 사용하여 데이터를 취득하였으며 이 장비는 채널 수가 2개이며 양 채널 동시사용 시 분석 가능한 주파수의 범위는 60μHz 에서 50KHz 이며 한 채널만으로 할 경우에는 100KHz까지 가능하다. 또한 디지털 샘플링과 고속 푸리에 변환(FFT) 연산 알고리즘을 사용하여 주파수 특성 함수를 실시간으로 처리가 가능하다.
5Hz에서 10000Hz인PGB사의 모델명 352C₆₆ 이다. 실험에서 필요로 하는 Data 수집범위는 0 — 50/100KHZ로적합한 감진기이다. 그 외에 신호처리기 (Signal Conditioner) 와 Coax Cable 이 사용되었다.

이론/모형

Fig. 7과 같이 실험체 위에 표시를 하여 비파괴검사기법 중 하나인 충격반향기법을 이용하여 콘크리트의 강도 추정 실험을 수행하였다.
경화 콘크리트의 압축강도는 『KS F 2405 콘크리트의 압축강도 시험방법』에 준하여 실시하였다® 압축강도 시험을 실시하기 위해 연마기(Fig. 4(a))를사용하여 공시체의 상면을 평활하게 연마하여 사용하였다.
실험체에 비파괴 실험을 하였다. 비파괴 시험은 반발 경도법 (Rebound Method)과 충격반향기법 (Impact Echo Method)으로 실험하여 압축강도를 비교하였다.
비파괴시 험용 실험체에 충격반향기법 (Impact echo method)을 적용하여 압축파 속도를 구하였다.(Fig.

성능/효과

1) 반발경도법으로 보통콘크리트의 압축강도와 반발 경도(R)값을 통한 압축강도추정식의 신뢰성을 확인할 수 있으나 고강도 콘크리트로 갈수록 오차율이 커지는 것을 알 수 있다. 슈미트해머 시험의 신뢰성 확보를 위하여 충격반향기법을 병행한 고강도 콘크리트의 압축강도 추정식에 대한 연구가 필요하다고 사료된다.
2) 충격반향기법을 통해서 알아낸 압축파 속도는 비선형적인 상관관계를 나타낸다. 속도가 증가할수록 압축강도는 비선형적으로 증가한다.
또한, 반발경도(R)값을 압축강도 추정식을 이용해서 구한 강도 값과 실제 UTM 측정기로 측정한 실제 강도 값과는 18MPa, 21MPa, 27MPa, 3GMPa는 10翎/cm² 미만의 차이를 보여주며, 24MPa는 一25.54翎/cm², 35MPi는 一36.52 kg/cm², 40MPi 는 一 22.42 kg/cm², 50MPi는 一 50.46 kg/cm², 60MPi는 52.44kg/cm² 의 차이를 보여준다.
14에 나타내었다. 반발경도 값이 증가함에 따라 P파 속도가 증가하는 상관관계를 알 수 있었으며, 반발 경도와 Vp 와의 관계를 식⑺과 같이 도출할 수 있었다.
압축강도의 경우 타설 후 재령 28일까지 급격한 강도발현을 보인 후 점점 강도증가가 완만해진다. 재령 2년이 경과된 실험체의 측정값에서 강도의 증가를 보이나, 그 값은 18MPa는 4%, 21』洌는 4.7%, 24』Ri는 4%, 27MPa는 5.4%, 30』Ri는 2.4%, 35MPi는 4.4%, 40MPi는 5%, 50MPi는 3.9%, 60MP1 는 3.6%의 증가를 보이면서 강도의 증가가 모두 5%이내의 적은 수치이다.

후속연구

3) 슈미트해머시험의 반발경도(R)값과 충격 반향 기법의 압축파 속도의 상관관계는 식(7)과 같이 도출할 수 있었으며, 추후 추가적인 연구 및 실험을 통해서 신뢰도를 높이는 검증이 필요하다고 판단된다.
것을 알 수 있다. 슈미트해머 시험의 신뢰성 확보를 위하여 충격반향기법을 병행한 고강도 콘크리트의 압축강도 추정식에 대한 연구가 필요하다고 사료된다.

참고문헌 (11)

한국콘크리트학회, '콘크리트 구조물의 비파괴검사 및 안전진단', 한국콘크리트학회 제2회 기술강좌, I-1-II-51, 1993
대한건축학회, '건축물의 안전진단과 보수, 보강', 대한건축학회 세미나 논문집, 1993, pp. 11-72
홍성욱, 'Impact Echo Method를 이용한 콘크리트 구조물의 결함탐사 및 인공신경망 적용에 관한 연구' 석사학위논문, 한양대학교, 2005
김무한, 최세진, 김용로, 장종호, 김재환, 윤종기, '비파괴시험에 의한 고강도콘크리트 강도추정식 제안 및 현장적용성 평가에 관한 연구', 대한건축학회논문집, 제20권, 제2호, 2004, pp. 55-62
임서형, 강현식, 지남용, '비파괴 시험에 의한 콘크리트의 압축강도 추정에 관한 연구', 대한건축학회논문집, 제18권, 제8호, 2002, pp. 51-58
황민영, 이광열, 구본희, 김형균, '건축재료 및 안전진단시험', 보성각, 2002, pp. 173-785
김진욱, '슈미트해머 타격법에 의한 콘크리트 압축강도식 추정', 석사학위논문, 인천대학교, 2003호, 1984
KS F 2405 : 콘크리트의 압축강도 시험방법
Y. S. Cho, 'Non-destructive testing of high-strength concrete using spectral analysis of surface waves, NDT & E International', 36, 2003, pp. 229-235

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Nicholas J. Carino, The Impact-Echo Method : An Overview, Contribution of National Institute of Standards and Technology
Ohtsu, M., Watanabe, T., 'Stack imaging of spectral amplitudes based on impact-echo method for flow detection', NDT&E International, V. 35, Issue 3, Apr. 2002, pp. 189-196

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