초록 ▼

본 연구에서는 매립형 압전센서를 이용한 콘크리트의 재료 특성 평가기술을 개발하고자 하였다. 이를 위해 콘크리트 재료 내부에 압전센서를 매립함으로서 응결 이전의 조기재령에서의 재령특성 뿐만 아니라 동일 센서를 이용하여 장기재령에의 재료 특성 모니터링이 가능하였다.
본 연구는 압전센서의 전기-역학적 임피던스를 이용하여 시멘트계 재료의 재료 특성을 파악하고자 하는 것으로, 세부적으로는 시멘트 페이스트, 모르타르, 콘크리트 재료의 응결 특성과 응결 이후의 재료특성 모니터링을 다루었다. 시멘트의 응결과정은 일련의 화학반응으로 구성되어

본 연구에서는 매립형 압전센서를 이용한 콘크리트의 재료 특성 평가기술을 개발하고자 하였다. 이를 위해 콘크리트 재료 내부에 압전센서를 매립함으로서 응결 이전의 조기재령에서의 재령특성 뿐만 아니라 동일 센서를 이용하여 장기재령에의 재료 특성 모니터링이 가능하였다.
본 연구는 압전센서의 전기-역학적 임피던스를 이용하여 시멘트계 재료의 재료 특성을 파악하고자 하는 것으로, 세부적으로는 시멘트 페이스트, 모르타르, 콘크리트 재료의 응결 특성과 응결 이후의 재료특성 모니터링을 다루었다. 시멘트의 응결과정은 일련의 화학반응으로 구성되어 있기 때문에, 이 화학반응에 영향을 미치는 시멘트의 구성성분, 시멘트의 양, 시편의 크기, 물-시멘트비, 사용골재, 혼화재료 등에 따라 응결속도는 현저하게 변화된다. 따라서 본 연구에서는 각 시멘트계 재료에서 응결에 영향을 미치는 인자들을 반영하여 기존 실험방법과의 비교분석을 통해 본 실험방법의 유효성을 평가한다.
1차년도에서는 기초 실험의 일환으로 사용되는 PZT 센서의 EMI 신호특성을 평가하였다. 시멘트 페이스트에 매립된 PZT 센서의 수화시간에 따른 EMI 신호의 거동 특성을 파악하였고, PZT 센서의 매립시 발생할 수 있는 합선(short-circuit) 현상을 방지하는 방법에 대해 검토하였다. 이를 통해 시멘트계 재료에 효율적으로 적용할 수 있는 민감도가 높은 PZT 센서의 종류, 크기, 코팅재료 등을 선정하였다.
2차년도에서는 선정된 PZT 센서를 이용하여 시멘트, 모르타르, 콘크리트의 응결 특성을 평가하고자 하였다. 시멘트 페이스트의 물-시멘트비, 시편의 크기(size effect), 응결조절제 종류에 따른 응결 특성을 PZT의 EMI 신호를 이용하여 검토하였다. 모르타르에서는 응결에 영향을 미치는 물-시멘트비, 잔골재의 최대크기, 잔골재량에 따른 응결 특성을 PZT의 EMI 신호의 거동을 이용하여 검토하며, 이를 기존 실험방법인 관입 저항시험과 비교분석을 실시하였다. 최종적으로 콘크리트에 매립된 PZT의 EMI 신호를 이용한 응결 특성을 파악하여, 콘크리트로부터 모르타르를 추출하여 응결 특성을 파악하는 관입저항시험과 비교분석을 실시하였다.
3차년도에서는 PZT 센서를 이용하여 시멘트계 재료의 장기재령에서의 재료적 특성을 평가하였다. 물-시멘트비를 달리한 시멘트 페이스트에 PZT 센서를 매립하여 PZT 센서의 EMI의 장기적인 거동을 모니터링하였으며, 이를 이용하여 재령에 따른 시멘트 페이스트의 압축강도와의 상관관계를 분석하였다. 또한 PZT 센서가 매립된 시멘트 페이스트 시편에 인위적인 하중을 가하여 시멘트 페이스트의 손상정도를 파악하였다.
본 연구과제의 결론은 다음과 같다.
1) 시멘트계 재료에 매립된 PZT 센서의 EMI 공진피크의 경우 수화가 진행됨에 따라 피크의 크기가 급격히 감소하였으며, 특정시간이후 상대적으로 완만한 감소를 나타냈다. 이후 공진피크는 육안으로 확인할 수 없었다. 공진주파수의 경우, 수화초기에는 큰 변화가 없었으나, 특정시점부터 고주파수 영역으로 이동하는 현상을 나타냈다. 기존 표준실험과 비교시 공진주파수의 이동시점은 초결시점에 해당되며, 공진피크의 소멸시점은 종결시점에 해당되는 것을 알 수 있었다.
2) 응결 이후 장기재령에서의 시멘트계 재료에 매립된 PZT센서의 EMI는 새로운 공진피크가 발생하며, 시간에 따라 공진피크의 크기는 증가하며 저주파대역으로 이동하는 경향을 나타냈으며 이는 시멘트계 재료의 강도와 밀접한 상관관계를 나타냈다. 또한 PZT 센서가 매립된 시멘트계 재료에 인위적인 손상을 가할경우 공진피크의 크기가 감소하면서 고주파대역으로 이동하는 현상을 나타냈으며, 손상의 정도가 클수록 공진피크의 거동 폭이 커지는 것을 알 수 있었다.
이를 통해 시멘트계 재료에 매립된 PZT센서의 EMI 거동을 통해서 현장에 적용되는 시멘트계 재료의 직접적인 응결상태 및 장기재령에서의 재료특성을 효율적으로 모니터링하는 것이 가능하다고 판단된다.