초록 ▼

이 연구 개발의 최종 목표는 초음파펄스속도법을 이용하여 하중 또는 환경적 요인으로 손상된 콘크리트의 역학적 특성을 평가하는 비파괴 기법에 대한 이론적 기반을 구축하는 것이고, 하중의 작용 및 성능 저하를 받아 내부 결함이 발생한 콘크리트의 역학적 특성 연구 및 콘크리트의 내부결함 탐지 및 해석 기법 연구, 반복하중을 받아 발생하는 손상의 누적 정도 평가 기법 연구, 콘크리트의 습윤상태/강도수준/재령/혼화재료 종류별 전파 특성 연구를 수행하였다.
1차년도 연구는 콘크리트를 통과하는 초음파 펄스 전달의 이론 연구 및 문헌 조사를

이 연구 개발의 최종 목표는 초음파펄스속도법을 이용하여 하중 또는 환경적 요인으로 손상된 콘크리트의 역학적 특성을 평가하는 비파괴 기법에 대한 이론적 기반을 구축하는 것이고, 하중의 작용 및 성능 저하를 받아 내부 결함이 발생한 콘크리트의 역학적 특성 연구 및 콘크리트의 내부결함 탐지 및 해석 기법 연구, 반복하중을 받아 발생하는 손상의 누적 정도 평가 기법 연구, 콘크리트의 습윤상태/강도수준/재령/혼화재료 종류별 전파 특성 연구를 수행하였다.
1차년도 연구는 콘크리트를 통과하는 초음파 펄스 전달의 이론 연구 및 문헌 조사를 통한 경향 파악과 기초 실험이었다. 연구 목적을 달성하기 위해 충분한 자료 조사와 이론 연구가 수행 되었으며, 시편을 제작하여 기초 실험연구가 수행되었다. 2차년도는 재령 및 하중이력에 따른 콘크리트의 초음파 속도 및 주파수 영역 신호의 분석에 대한 실험 및 이론 연구였으며, 시편을 제작하여 콘크리트의 초음파 속도 및 주파수 분석을 실시하였다. 초음파 속도는 하중이력에 따라 감소하는 경향을 보였고 주파수 영역 신호는 초음파 속도의 감소 경향보다 응력에 더 정확하게 측정할 수 있다는 성과를 얻었다. 3차년도에는 콘크리트의 골재치수별 전파특성 평가 및 경량 골재를 사용한 콘크리트의 전파 특성 평가 연구가 수행되었다. 시편을 제작하여 콘크리트의 초음파 속도 및 주파수 분석을 실시하였는데, 골재 치수의 변화는 초음파 속도의 차이를 반영하지 않으며, 최대 주파수는 초음파 속도의 변화와 상관없이 응력에 더 정확한 영향을 받음을 확인할 수 있었다. 또한 경량 골재 치환율에 따른 초음파 속도는 경량 골재 치환율에 따라 변화가 생겼고, 최대 주파수는 초음파 속도의 변화와 상관없이 응력에 따라 변화함을 확인했다. 4차년도에는 혼합 시멘트 콘크리트의 치환율과 GEOPOLYMER 콘크리트의 초음파 속도 및 주파수 변화 분석에 대한 실험 및 이론 연구를 수행하였다. 혼합 시멘트 콘크리트의 초음파 속도 및 주파수 분석을 실시하였으며, 초음파 속도가 재료의 차이와 치환율의 차이에 따라 다르게 측정됨을 확인하였다. 또한 혼화 재료별로 볼때, 플라이애시-고로슬래그-실리카 흄 순으로 초음파 속도가 적게 측정되었으며, 그 원인은 시편의 밀도의 크고 작음에 따라 변화함을 확인하였다. 5차년도에는 초고성능 콘크리트와 지오폴리머 콘크리트의 초음파 속도 및 주파수 변화 분석에 대한 실험 및 이론 연구가 수행되었다. 시편을 제작하여 콘크리트의 초음파 속도 및 주파수 분석을 실시하였으며, 초음파 속도가 재료의 차이에 따라 다르게 측정됨을 확인하였다. 또한 최대 주파수는 초음파 속도의 변화와 상관없이 응력에 따라 변화함을 확인하였다. 이 실험을 통해 초음파속도 및 최대주파수가 초고성능 콘크리트 또는 지오폴리머 콘크리트의 손상을 판단함에 있어 유효 인자를 확인하였다.
초음파속도법을 사용하는 콘크리트의 강도 추정방법은 현재 확실한 이론적 기반이 부족한 상태로 안전진단 및 구조물 평가 등의 실무에 사용되고 있으나 이 연구를 통하여 콘크리트 내부의 초음파 전파특성을 구명하여 그 기술에 대한 명확한 이해와 적용방안이 확립될 것으로 기대된다. 따라서, 콘크리트 비파괴 검사 분야의 연구수준을 제고할 것으로 기대되며, 콘크리트 구조물의 정확한 성능 평가 및 잔존 수명 예측을 함으로써 구조물의 보수 보강 및 재건설 시기를 보다 합리적으로 결정하여 국가 예산 절감에 기여할 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 콘크리트 구조물의 사용연한을 증가시켜 구조물의 폐기 및 신설에 따른 환경 피해를 저감하는데 기여할 수 있을 것이다.
또한 이 연구 결과를 바탕으로 균열 폭에 따른 초음파속도의 변화와 균열 깊이의 측정, 균열에 따른 주파수 및 동탄성계수의 변화 등을 추가로 연구할 필요가 있다. 또, 자기치유 콘크리트의 경우, 균열의 회복에 따른 초음파 속도의 변화와 초음파 속도를 이용한 균열 깊이의 회복, 주파수와 동탄성계수의 변화 측정에 이 연구의 성과를 적용할 수 있다. 자기치유 콘크리트는 현재 평가기준이 없기 때문에 연구결과 및 연구 방법 등을 적용하여 추가연구를 통해 평가기준제안 추진이 가능하다. 하중 작용에 따른 초음파 특성의 변화와는 다른 초음파 특성이 측정될 것이며 그 특성들을 연구하여 실제 구조물에 쓰일 콘크리트에 적용할 수 있도록 일반화하는 연구와 같이 진행할 수 있을 것으로 기대된다.