[논문]공용중 교량 비파괴시험 결과에 기반한 경험적 콘크리트 압축강도 추정방법의 제안

오홍섭; 오광진

doi:10.11112/jksmi.2016.20.4.111

공용중 교량 비파괴시험 결과에 기반한 경험적 콘크리트 압축강도 추정방법의 제안
An Empirical Estimation Procedure of Concrete Compressive Strength Based on the In-Situ Nondestructive Tests Result of the Existing Bridges 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.20 no.4, 2016년, pp.111 - 119

오홍섭 (경남과학기술대학교 토목공학과) , 오광진 (한국시설안전공단 건설안전본부 건설평가실)

초록
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반발경도법과 복합법에 의한 현장비파괴 시험과 코어강도의 평가는 노후화된 구조물의 상태평가를 위하여 가장 효과적인 방법이다. 그러나 비파괴 시험방법의 불확실성과 함께 재료의 재령, 탄산화와 코어채취시의 물리적 손상 등에 의하여 현장강도 추정시의 정밀도를 낮추는 요인으로 작용하게 된다. 본 연구에서는 106개 교량에서 수집된 268개의 비파괴시험결과와 코어압축강도 결과를 사용하여 현장 압축강도 추정방법을 제시하고자 하였다. 코어강도의 신뢰도를 높이기 위하여 수정계수를 적용하고자 하였으며, 노후콘크리트의 반발경도에 영향을 미치는 탄산화 또는 재령에 의한 수정계수를 적용하여 현장 강도 추정결과의 신뢰도를 높이고자 하였다. KISTEC의 제안 추정식과 수정계수를 적용한 경우 기존의 추정방법과 비교하여 신뢰도가 높아지는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

Rebound hammer test, SonReb method and concrete core test are most useful testing methods for estimate the concrete compressive strength of deteriorated concrete structures. But the accuracy of the NDE results on the existing structures could be reduced by the effects of the uncertainty of nondestructive test methods, material effects by aging and carbonation, and mechanical damage by drilling of core. In this study, empirical procedure for verifying the in-situ compressive strength of concrete is suggested through the probabilistic analysis on the 268 data of rebound and ultra-pulse velocity and core strengths obtained from 106 bridges. To enhance the accuracy of predicted concrete strength, the coefficients of core strength, and surface hardness caused by ageing or carbonation was adopted. From the results, the proposed equation by KISTEC and the estimation procedures proposed by authors is reliable than previously suggested equation and correction coefficient.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 Table 2의 재령계수와 Kim et al.(2009)이 제안한 식(4)의 계수와 함께 식(11)의 계수를 적용하여 현장 측정된 반발경도 수정계수의 정확도를 평가하고자 하였다. 이때 탄산화에 의한 반발경도의 영향은 Breccolotti et al.
본 연구는 현장시험결과를 바탕으로 탄산화 및 코어손상도 반영을 위한 수정계수와 현장압축강도 추정절차를 제시하였다.
기존의 많은 연구들이 현장 비파괴시험결과를 활용하여 콘크리트 강도를 추정하고자 하였으나, 재령, 탄산화, 시험방법 차이 등으로 인하여 추정결과의 신뢰도가 낮아 활용도가 작았다. 본 연구에서는 교량에 대하여 수행된 현장 비파괴검사결과를 사용하여 기존에 제안된 재령 또는 탄산화의 영향을 반영하고 코어 강도 특성을 적용하여 비파괴 검사에 의한 현장 콘크리트 강도 추정시 신뢰도를 높일 수 있는 경험적 기법을 제안하고자 한다.
본 연구에서는 국내에서 수행된 106개 교량 안전진단 결과로부터 114개 상부구조와 154개 하부구조의 반발경도, 초음파속도와 코어강도 측정결과를 분석하고자 하였다. 대상교량 위치는 강상 78개, 육상 25개 및 해상 3개였으며, 대상 교량 상부구조와 하부구조형식은 Fig.

가설 설정

이때 탄산화에 의한 반발경도의 영향은 Breccolotti et al.(2013) 의 연구결과와 같이 탄산화 깊이 15 mm까지 탄산화 영향이 발생하는 것으로 가정하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 국내에서 수행된 106개 교량 안전진단 결과로부터 114개 상부구조와 154개 하부구조의 반발경도, 초음파속도와 코어강도 측정결과를 분석하고자 하였다. 대상교량 위치는 강상 78개, 육상 25개 및 해상 3개였으며, 대상 교량 상부구조와 하부구조형식은 Fig. 2에 나타내었다.
기타교량으로 육교 4개소와 철도교 5개소에 대한 결과가 포함되어 있다. 대상교량에서 가장 오래된 교량은 1900년 완공된 한강철도교이며, 도로교의 경우에는 1937년 준공된 한강대교였다. Fig.

이론/모형

탄산화 또는 재령에 의한 수정계수를 적용하지 않은 반발 경도법과 복합법(SonReb)에 의한 추정압축강도와 코어강도와의 관계를 도시하였다. 국내에서 많이 사용되고 있는 MRSJ (1958), AIJ(1983)와 KRISS(1999)의 추정강도는 KISTEC(2014) 과 Kim et al(2002)의 식과 비교하여 분산은 작으나 전반적인 경향이 맞지 않는 것으로 나타났으며, SonReb법의 경우에도 전체적으로 AIJ(1983)와 RILEM(1980)의 제안식의 분석과 신뢰도가 상대적으로 낮은 것으로 분석되었다.

성능/효과

1) 106개의 대상교량은 공용연한과 위치가 다양하게 분포되어 있어 압축강도 추정시 충분한 다양성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 콘크리트 압축강도가 10~40 MPa 로 분포되어 있어 코어 채취시의 손상 및 표면반발도 변화 정도가 적절히 반영될 수 있을 것으로 판단된다.
2) 현장 코어 강도 분석결과 압축강도에 따라 수정계수를 달리 적용하는 것이 합리적인 것으로 판단되며, 낮게 설정되어 있는 설계기준강도보다는 요구압축강도 또는 배합강도와 비교하는 것이 시설물의 상태를 보다 정확하게 평가할 수 있는 것으로 분석되었다.
4) 재령 또는 탄산화 등에 의한 콘크리트 표면 경화도의 영향을 고려한 수정계수의 경우, 기존의 제안식들에서 AIJ의 계수는 적합하지 않은 것으로 분석되었으며, 강도에 따라 탄산화 깊이를 고려한 Breccolotti et al.(2013)의 수정계수가 보다 정확하게 추정할 수 있는 것으로 나타났다.
(2013)의 재령계수를 적용할 경우의 결정계수가 높아지는 것으로 분석되었으며, 추정식의 경우에는 KRISS(1999)와 KISTEC(2014) 의경우가 정확도가 다른 식에 비하여 높은 것으로 분석되었다. 강도비의 평균과 표준편차를 고려할 경우에도 KISTEC(2014)의 반발경도법 및 복합법의 제안추정식의 정확도가 다른 추정식과 비교하여 상대적으로 높게 분석되었다.
국내 제안 계수의 경우 지역적 특성만을 반영하고 있기 때문에 동일한 공용연수를 갖는 경우에는 동일한 탄산화 깊이를 갖는 것으로 예측되었으며 전체적으로 탄산화 깊이가 작게 예측되었다. 이에 반하여 강도의 영향이 반영된 식(9)는 동일한 공용연한 20년의 교량에 대해서도 현장 압축강도가 18~48 MPa로 변화함에 따라 탄산화 깊이를 61.
탄산화 또는 재령에 의한 수정계수를 적용하지 않은 반발 경도법과 복합법(SonReb)에 의한 추정압축강도와 코어강도와의 관계를 도시하였다. 국내에서 많이 사용되고 있는 MRSJ (1958), AIJ(1983)와 KRISS(1999)의 추정강도는 KISTEC(2014) 과 Kim et al(2002)의 식과 비교하여 분산은 작으나 전반적인 경향이 맞지 않는 것으로 나타났으며, SonReb법의 경우에도 전체적으로 AIJ(1983)와 RILEM(1980)의 제안식의 분석과 신뢰도가 상대적으로 낮은 것으로 분석되었다.
2와 ACI 318-05의 배합강도 또는 요구평균압축강도(f_cr)에 대한 코어 강도의 비를 도시하였다. 수정전 강도의 경우 설계기준강도와 비교하였을 때 하부구조와 상부구조의 코어압축강도의 평균이 각각 1.5와 1.35인데 반하여 요구평균압축강도와 비교할 경우에는 각각 1.05와 1.0정도로 변화되었으며, 표준편차 또한 줄어드는 것으로 나타났다. 따라서 현장코어의 강도 상태를 평가하기 위해서는 코어강도에 수정계수를 적용한 후 설계기준강도(f_ck)가 아닌 설계요구강도(f_cr)와 비교하는 것이 실제 구조물의 시공상태를 평가하는 목적에 부합하는 것으로 판단된다.

후속연구

위에 언급된 노후콘크리트의 코어 손상과 탄산화깊이 등의 영향을 콘크리트 압축강도 추정에 반영할 수 있다면 추정강도의 신뢰성을 높일 수 있을 것으로 판단된다. 일반적으로 탄산화가 진행되면 콘크리트 표면경화 속도가 강도발현속도에 비하여 빨라지게 됨에 따라 탄산화 깊이가 깊어질수록 반발 경도보다 압축강도 증가정도가 낮아지게 된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	현장 콘크리트 압축강도 평가 방법 중 코어강도 평가의 단점은?	그러나 현장 콘크리트 압축강도 평가는 반발경도법 또는 초음파법 등의 비파괴검사방법을 주로 사용하고 있으며, 일부 부재에 대하여 코어강도 평가 등과 같은 부분파괴검사를 같이 수행하고 있다. 콘크리트 시설물의 코어강도는 현장 강도를 평가할 수 있기 때문에 신뢰도는 높으나 구조물에 손상을 줄 위험이 있기 때문에 주요부재에 대해서는 평가하기 어려운 경우가 많다. 이에 반하여 스프링에 의한 타격에너지를 이용하여 콘크리트 표면 경도로부터 강도를 추정하는 반발경도법은 시험법이 단순하고 적용성이 높으나, 재령, 탄산화, 습윤상태 등의 현장과 재료 상태에 영향을 많이 받는다(Breccolotti et al.
	콘 크리트 압축강도 평가가 중요한 이유는?	이와 같은 시설물들은 균열 등에 대한 외관조사와 함께 비파괴검사를 포함한 정기 적인 점검과 진단을 수행하고, 사용성능을 평가하고 있다. 콘 크리트 압축강도는 시설물의 안전도뿐만 아니라 처짐 및 진동 등의 사용성에도 영향을 미치기 때문에 점검시마다 정확 하게 평가하는 것이 중요하다. 콘크리트 압축강도는 사용기간, 즉 일정재령 이후에도 점진적으로 변화하며, 사용환경에 따라서도 영향을 받게 된다.
	콘크리트 압축강도에 영향을 끼치는 요소는?	콘 크리트 압축강도는 시설물의 안전도뿐만 아니라 처짐 및 진동 등의 사용성에도 영향을 미치기 때문에 점검시마다 정확 하게 평가하는 것이 중요하다. 콘크리트 압축강도는 사용기간, 즉 일정재령 이후에도 점진적으로 변화하며, 사용환경에 따라서도 영향을 받게 된다.

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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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