[논문]강섬유 보강콘크리트의 강섬유 분산이 표면전기저항에 미치는 영향

김성도; 문도영

doi:10.11112/jksmi.2013.17.1.106

강섬유 보강콘크리트의 강섬유 분산이 표면전기저항에 미치는 영향
Effect of Steel Fiber Distribution in Steel Fiber-reinforced Concrete on Surface Electrical Resistivity 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.17 no.1, 2013년, pp.106 - 113

김성도 (경성대학교 토목공학과) , 문도영 (경성대학교 토목공학과)

초록
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콘크리트의 투수성능을 평가하는 여러 가지 비파괴시험방법 중의 하나는 표면전기저항을 측정하는 것이다. 그러나 콘크리트내에 강섬유로 인한 판단의 오류가 발생할 수 있기 때문에 강섬유 보강콘크리트에 본 표면전기저항측정방법을 적용하기에는 한계가 있다. 본 연구에서는 강섬유보강 콘크리트의 강섬유 분산도가 표면전기저항에 미치는 영향을 실험적으로 고찰하였다. 3개의 정방형 및 원형 실험체의 4개면에서의 저항치를 3번 반복하여 측정하였으며, 서로 비교하였다. 측정결과에 의하면, 원형실험체를 이용한 실험결과가 정방형 실험체의 결과에 비하여 강섬유의 영향을 일관되게 나타내고 있는 것으로 확인되었다. 또한, 강섬유의 분산도는 강섬유 혼입량에 비하여 측정결과에 미치는 영향이 미미한 것으로 나타났다. 결론적으로, 표면전기저항측정을 이용한 비파괴 평가법은 0.5%까지의 강섬유를 포함한 SFRC의 투수성 평가에 적용될 수 있는 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

One of feasible non-destructivity test methods for evaluation of concrete permeability is the measurement of surface resistivity. But the application to steel fiber-reinforced concrete has been limited because mis-evaluation could be caused by the steel fibers in concrete. In this study, the effect of fiber distribution on surface electrical resistivity of steel fiber-reinforced concrete was investigated through experimental program. Resistivity was measured three times on four surfaces in three rectangular and circular specimens with 0.5%, 1% and 1.5% steel fibers by volume and compared each other. The results obtained from circular specimens were consistent compared to those from rectangular specimens. And the results demonstrated that the effect of fiber distribution on surface resistivity was not significant compared to that of mixing ratio of steel fibers. In conclusion, this non-destructive testing method using measurement of surface resistivity could be used for SFRC within 0.5% steel fibers by volume.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 강섬유보강 콘크리트에서 강섬유의 배치 및 분산도가 표면전기저항에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 강섬유보강 콘크리트의 강섬유의 배치와 분산도는 동일한 배합이라 할지라도 진동 다짐정도 및 방법, 구조물의 형상 및 타설 위치에 따라 달라질 수 있다.
본 논문에서는 강섬유보강 콘크리트의 강섬유 분산도가 콘크리트 표면전기저항측정치에 미치는 영향을 실험을 통하여 분석하였다. 이 결과는 강섬유보강 콘크리트의 투수성 평가를 위한 콘크리트 표면전기저항 비파괴평가 방법의 적용성을 평가하는 기초자료로서 그 의미가 있다.
또한, 이 보다 더욱 큰 영향을 미치는 인자는 콘크리트의 수분상태이며, 이로 인해 초기치의 150%까지 증가할 수 있다고 제시하였다. 본 논문에서는 수분의 영향을 배제하기 위하여 실험체가 포화상태일때의 표면저항치를 측정하였다. 포화상태를 만들기 위하여 모든 실험체는 타설 후 측정시(재령 28일)까지 수조에서 양생되었다.
본 논문에서는 강섬유보강 콘크리트의 강섬유 분산도가 콘크리트 표면전기저항측정치에 미치는 영향을 실험을 통하여 분석하였다. 이 결과는 강섬유보강 콘크리트의 투수성 평가를 위한 콘크리트 표면전기저항 비파괴평가 방법의 적용성을 평가하는 기초자료로서 그 의미가 있다. 실험결과로부터 획득한 결과를 요약하면 다음과 같다.
그러므로, 본 실험에서는 다양한 혼입률의 강섬유보강 콘크리트의 콘크리트 배치, 실험체의 형상과 측정위치에 따른 표면전기저항을 측정하고 상호 비교하였다. 이 실험적 연구의 결과는 표면전기저항측정방법의 강섬유보강콘크리트 적용성 판단을 위한 기초자료를 제공하는데 그 의미가 있다.

제안 방법

제시된 모든 측정 결과는 3번 측정의 평균값이다. 3개의 동일한 실험체에 대한 평균저항치들을 실험체의 형태별, 측정표면별 평균, 변동계수를 비교, 고찰하였다.
Fig. 1에 표시한 바와 같이 정방형 및 원형 실험체의 4개의 표면을 정의하고, 각 표면에 대한 저항측정치를 비교하였다. 정방형 실험체의 경우 콘크리트 타설면을 S1으로 명명하였으며, 반시계 방향의 순서대로 S2, S3, S4로 하였다.
강섬유는 미리 물에 혼입시켜 섬유간 본드를 제거하여 준비된 상태에서 제일 마지막에 추가하였다. 각 시험체의 타설은 3단으로 나누어 타설하였으며, 각 단계에서 다짐봉을 이용하여 다짐을 시행하였다.
강섬유보강 콘크리트의 강섬유의 배치와 분산도는 동일한 배합이라 할지라도 진동 다짐정도 및 방법, 구조물의 형상 및 타설 위치에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 본 실험에서는 다양한 혼입률의 강섬유보강 콘크리트의 콘크리트 배치, 실험체의 형상과 측정위치에 따른 표면전기저항을 측정하고 상호 비교하였다. 이 실험적 연구의 결과는 표면전기저항측정방법의 강섬유보강콘크리트 적용성 판단을 위한 기초자료를 제공하는데 그 의미가 있다.
본 실험에서 원형실험체와 정방형실험체의 4개 표면에 대한 표면전기저항치를 측정하고 비교하였다. Fig.
원형실험체의 결과에 근거하여 강섬유 혼입량이 표면 전기저항치에 미치는 영향을 분석하였으며, Fig. 4와 같다. 제시된 바와 같이 모든 표면에서의 결과가 매우 유사한 것을 알 수 있으며, 무강섬유 실험체의 표면전기저항치에 대하여 혼입량 0.
1 참조). 정방형 실험체의 4개의 표면과 원형실험체의 원주면 상의 4개 표면에서의 저항측정결과를 상호 비교함으로서, 강섬유의 배치 상태와 분산도의 영향을 분석할 수 있다. 또한, 각 실험체의 동일한 변수에 대하여 3개의 실험체를 제작하였다.
포화상태를 만들기 위하여 모든 실험체는 타설 후 측정시(재령 28일)까지 수조에서 양생되었다. 측정전 측정장비의 검 교정을 완료하고, 이후 수조에서 꺼내진 실험체의 각 표면은 깨꿋한 타월로 물기가 제거된 상태에서 바로 표면저항치의 측정이 이루어졌다. 정방형 및 원형시험체의 측정 위치는 Fig.

대상 데이터

실험체 제작에 사용된 콘크리트는 설계압축강도 24MPa의 콘크리트로서, 배합은 Table 1과 같다. 표면전기저항 측정을 위한 실험체의 제작시 압축강도 측정을 위한 직경 100mm, 높이 200mm의 공시체를 제작하였으며, 28일 재령 후 일축압축강도 실험을 실시하였으며, 압축강도는 31MPa로 나타났다.
콘크리트 실험체는 두가지 형태로 150mm 정방형 실험체와 직경 150mm의 원형 실험체를 제작하였다(Fig. 1 참조). 정방형 실험체의 4개의 표면과 원형실험체의 원주면 상의 4개 표면에서의 저항측정결과를 상호 비교함으로서, 강섬유의 배치 상태와 분산도의 영향을 분석할 수 있다.
실험체 제작에 사용된 콘크리트는 설계압축강도 24MPa의 콘크리트로서, 배합은 Table 1과 같다. 표면전기저항 측정을 위한 실험체의 제작시 압축강도 측정을 위한 직경 100mm, 높이 200mm의 공시체를 제작하였으며, 28일 재령 후 일축압축강도 실험을 실시하였으며, 압축강도는 31MPa로 나타났다.

데이터처리

5% 각각의 혼입률에 대해서 무강섬유 실험체 표면저항치의 50%, 65% 및 70%에 달하는 것으로 나타났다. 본 실험에서 사용된 강섬유보강콘크리트 배합에 대하여 획득한 실험결과의 회귀분석을 하였으며, 강섬유 혼입량(%)에 따른 표면전기저항치를 예측할 수 있는 2차식을 제안하였다.

성능/효과

(1) 정방형 실험체와 원형 실험체의 실험결과, 정방형 실험체는 각 표면마다 저항치의 변동성이 매우 큰 것으로 나타났다. 변동성은 무강섬유 실험체의 경우에는 타설면과 바닥면의 다짐에 의한 공극구조의 차이가 원인이며, 강섬유보강 콘크리트의 경우에는 공극구조의 차이와 함께 바닥면에 강섬유 배치가 몰린 것이 원인으로 판단된다.
(2) 강섬유의 분산도와 콘크리트 배치에 따른 영향을 고찰한 결과, 분산도에 따라 약 0.6kΩ - cm, 콘크리트 배치에 따라 약 0.75kΩ - cm의 표면저항치의 변동이 발생하였으며, 분산도에 따라 38%, 배치에 따라 30%의 영향이 있는 것을 알 수 있다.
(3) 강섬유보강 콘크리트의 강섬유 혼입량이 지배적으로 표면측정치를 감소시키는 것으로 나타났으며, 감소치는 0.5%, 1.0% 및 1.5% 각각의 혼입률에 대해서 무강섬유 실험체 표면저항치의 50%, 65% 및 70%에 달하는 것으로 나타났다. 본 실험에서 사용된 강섬유보강콘크리트 배합에 대하여 획득한 실험결과의 회귀분석을 하였으며, 강섬유 혼입량(%)에 따른 표면전기저항치를 예측할 수 있는 2차식을 제안하였다.
(4) 이상의 결과를 종합할 때, 표면전기저항측정방법을 이용한 강섬유보강콘크리트의 투수성 평가 기준간 민감도는 최소 50% 이상이어야 할 것으로 판단된다. 만일 그 이하의 경우에는 강섬유 분산도와 콘크리트 배치로 인한 저항치의 차이가 강섬유 보강콘크리트 미세구조의 영향을 지배하기 때문에 적정한 판단이 불가능하다.
결과를 살펴보면, 콘크리트 배치의 차이로 인한 저항치의 차이는 0.75kΩ - cm로 강섬유의 분산도에 의한 표면저항치의 차이 0.5kΩ - cm보다 다소 큰 것으로 나타났다.
변동성은 무강섬유 실험체의 경우에는 타설면과 바닥면의 다짐에 의한 공극구조의 차이가 원인이며, 강섬유보강 콘크리트의 경우에는 공극구조의 차이와 함께 바닥면에 강섬유 배치가 몰린 것이 원인으로 판단된다. 따라서, 강섬유가 표면저항치에 미치는 영향을 오류없이 명확하게 판단하기 위해서는 원형실험체의 결과가 유효한 것으로 확인되었다. 또한, 향후 강섬유보강 콘크리트의 표면전기저항측정법을 이용한 투수성 평가방법 도출시 원형실험체이 적용되어야 할 것이다.
3개의 실험체는 별도의 배치에 의해 타설되었다. 따라서, 동일한 배합으로 제작된 실험체이지만 3개의 실험체의 결과를 상호 비교함으로서, 콘크리트 배치의 영향을 분석할 수 있다.
Moon(2012)은 1%~3%의 강섬유콘크리트 정방형 실험체의 표면전기저항 실험과 저항치의 분석을 하였으며, 강섬유 1% 이상의 혼입률에서는 강섬유 혼입으로 인한 저항치의 감소가 다른 영향인자에 비하여 너무 지배적이기 때문에 투수성의 판단 및 평가가 불가능하다는 결론을 제시하였다. 본 실험에서는 0.5%와 1.5%의 강섬유를 포함하고 있는 실험체의 결과를 추가로 고찰하였으며, 역시 0.5% 혼입률이 강섬유보강콘크리트의 투수성능을 평가할 수 있는 상한치에 해당하는 것으로 판단된다. Fig.
서로 다른 배치로부터 타설된 3개의 실험체에 대한 측정결과를 살펴보면, 표면저항치는 0.3kΩ - cm~1.3kΩ - cm의 차이가 발생하며, 변동계수는 3%에서 7%로 전반적으로 정방형 실험체 보다 작은 것으로 나타났다.
Moon(2012)은 강섬유혼입량이 체적비에 대하여 1%~3% 범위일 때, 표면전기저항치에 미치는 영향을 분석하였다. 연구결과에 따르면, 강섬유 혼입량이 2% 이상일 때 표면 전기저항치가 60%~90%까지 감소하였다. 또한, 이 보다 더욱 큰 영향을 미치는 인자는 콘크리트의 수분상태이며, 이로 인해 초기치의 150%까지 증가할 수 있다고 제시하였다.
원형실험체의 결과에 근거하여 각 표면에서의 표면저항치 비교를 통해 강섬유의 배치 및 분산도의 영향을 분석한 결과(Fig. 2 Circular specimens 결과 참고), 이로 인한 표면저항치의 최대변화가 0.6kΩ - cm(강섬유 1.5%혼입)로 나타났다.
5%에서 약 70%의 저항치 감소가 나타났다. 이 결과로 부터 판단할 때, 강섬유의 분산도, 콘크리트 배치의 영향 보다는 강섬유 혼입률의 영향이 지배적인 것을 알 수 있다. Moon(2012)은 1%~3%의 강섬유콘크리트 정방형 실험체의 표면전기저항 실험과 저항치의 분석을 하였으며, 강섬유 1% 이상의 혼입률에서는 강섬유 혼입으로 인한 저항치의 감소가 다른 영향인자에 비하여 너무 지배적이기 때문에 투수성의 판단 및 평가가 불가능하다는 결론을 제시하였다.
이상의 결과를 종합적으로 고려할 때, 표면전기저항치는 콘크리트 타설 조건, 즉 타설 위치와 다짐도에 따른 공극량 및 공극구조 특징을 매우 잘 반영하고 있다고 판단되며, 따라서 무강섬유 콘크리트의 투수성을 평가하는데 유효하게 적용할 수 있는 비파괴 평가방법임을 확인할 수 있다.
4와 같다. 제시된 바와 같이 모든 표면에서의 결과가 매우 유사한 것을 알 수 있으며, 무강섬유 실험체의 표면전기저항치에 대하여 혼입량 0.5%에서 약 50%, 혼입량 1%에서 약 65%, 혼입량 1.5%에서 약 70%의 저항치 감소가 나타났다. 이 결과로 부터 판단할 때, 강섬유의 분산도, 콘크리트 배치의 영향 보다는 강섬유 혼입률의 영향이 지배적인 것을 알 수 있다.
5% 강섬유보강 콘크리트 실험체 결과에서도 동일한 경향이 나타났다. 표면저항치는 강섬유의 혼입량이 증가할수록 감소하며, 바닥면인 S3의 저항치 감소량이 가장 큰 것으로 나타났다.

후속연구

(5) 향후 연구과제로서, 표면전기저항치와 강섬유 보강콘크리트의 RCPT 시험결과 및 미세구조분석결과와의 상호관계를 도출함으로서, 본 전기저항측정방법을 이용한 강섬유보강콘크리트의 투수성의 평가와 기준의 도출이 가능하리라 판단된다.
현재, 강섬유보강 콘크리트의 투수성 평가는 RCP 시험에만 의존하고 있다. 강섬유의 영향을 최소화할 수 있는 표면저항측정방법 및 장비의 개발이 가능하다면, 일반 콘크리트 뿐 아니라 강섬유보강 콘크리트 건설 분야에서도 표면전기저항측정방법의 가능성과 효용성은 더욱 증대될 수 있다.
따라서, 강섬유가 표면저항치에 미치는 영향을 오류없이 명확하게 판단하기 위해서는 원형실험체의 결과가 유효한 것으로 확인되었다. 또한, 향후 강섬유보강 콘크리트의 표면전기저항측정법을 이용한 투수성 평가방법 도출시 원형실험체이 적용되어야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	콘크리트 표면전기저항 측정방법은 무엇인가?	콘크리트 표면전기저항 측정은 콘크리트 구조물의 비파괴시험방법 중 하나로서, 투수성(permeability)을 평가하기 위하여 사용된다. 표면저항 측정결과의 평가수준에 따른 기준치를 살펴보면, 12kΩ - cm 이하이면 투수 성이 매우 높음, 12kΩ - cm ~ 21kΩ - cm 이면 중간, 21kΩ - cm ~ 37kΩ - cm이면 낮음으로 평가하도록 되어있다(Gowers and Millard, 1999). 본 평가방법은 염소이온투과성능(Rapid Chloride Penetration) 실험결과와 매우 일관된 상관관계를 갖는 것으로 연구, 분석되었으며, 미국의 루이지에나주에서는 콘크리트 구조물의 초기평가시 RCP 시험을 표면전기저항 시험으로 대치함으로서, 예산 절감의 큰 효과가 있었음을 보고한바 있다(Rupnow and Icenogle, 2011).
	강섬유보강 콘크리트 투수성 평가를 위하여 표면저항측정방법을 이용한 비파괴 검사법을 적용하기 힘든 이유는?	그러나, 강섬유보강 콘크리트 투수성 평가를 위하여 표면저항측정방법을 이용한 비파괴 검사법을 적용하기에는 매우 중대한 제약이 있다. 전도체인 강섬유가 표면저항치에 영향을 주기 때문에 강섬유보강 콘크리트의 표면저항측정 결과의 판독 및 평가에 오류가 발생할 수 있기 때문이다(Moon, 2012; Moon et al., 2011; So, 2008; So, 2009; Su et al.
	하프셀 방법 등과 비교하여 표면전기저항측정방법은 현장적용측면에서 어떤 장점이 있는가?	본 평가방법은 염소이온투과성능(Rapid Chloride Penetration) 실험결과와 매우 일관된 상관관계를 갖는 것으로 연구, 분석되었으며, 미국의 루이지에나주에서는 콘크리트 구조물의 초기평가시 RCP 시험을 표면전기저항 시험으로 대치함으로서, 예산 절감의 큰 효과가 있었음을 보고한바 있다(Rupnow and Icenogle, 2011). 표면전기저항측정방법은 하프셀 방법 등과 비교할 때, 철근을 노출시킬 필요가 없다는 측면에서 현장적용측면에서 간편하다. 이상과 같이 콘크리트 표면전기저항시험법은 일반콘크리트 투수성 평가에 매우 간편하면서도 효과적인 비파괴 검사법임에 틀림없다.

참고문헌 (10)

Gowers, K. R. and Millard, S. G., "Measurement of concrete resistivity for assessment of corrosion severity of steel using Wenner technique", ACI Materials Journal, vol. 96, No. 5, 1999, pp.536-541.
Lataste, J. F., Behloul, M., Breysse, D., "Characterization of fibres distribution in a steel fibre reinforced concrete with electrical resistivity measurements", NDT&E International, vol. 41, Issue 8, 2008, pp.638-647.

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Moon, D., "Sensitivity of Resistivity Measurement of Steel Fiber-Reinforced Concrete", Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation, vol. 12, No. 5, 2012, pp.53-61.

원문보기 상세보기
Moon, D., Lee, G., Jang, S., Bae, G., "Effect of steel fibers on surface resistivity of steel fiber reinforced concrete for shield segment", Journal of Korean Tunneling and Underground Space Association, vol. 13, No. 6, 2011, pp.557-569.
Roque, R., Kim, N., Kim, B., Lopp, G., Durability of Fiber-Reinforced Concrete in Florida Environments, University of Florida, Tallahassee FL, USA, 2009, pp.84-85.
Rupnow, T. D., Icenogle, P., Evaluation of Surface Resistivity Measurements as an Alternative to the Rapid Chloride Permeability Test for Quality Assurance and Acceptance, Report FHWA/LA.11/479, Louisiana Transportation Research Center, Baton Rouge LA, USA, 2011.
Sengul, O. and Gjorv, O. E., "Effect of embedded steel on electrical resistivity measurements on concrete structures", ACI Materials Journal, vol. 106, No. 1, 2009, pp.11-17.

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So, H. S., "An Experimental Study on the DC Resistivity Technique for the Evaluations of Reinforcement Corrosion Rate in Concrete Structures", Journal of Architectural Institute of Korea, vol. 24, No. 6, 2008, pp.93-100.
So, H. S., "Influence of Environmental Factors and Reinforcing Steel Bars on the Measurement of Concrete Resistivity in RC Structures", Journal of Architectural Institute of Korea, vol. 25, No. 6, 2009, pp.91-98.
Su, J., Yang, C., Wu, W. and Huang, R., "Effect of moisture content on concrete resistivity measurement", Journal of Chinese Institute of Engineers, vol. 25, No. 1, 2002, pp.117-122.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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