콘크리트 평가

목차

1. 콘크리트 내에서의 초음파 전달 시간을 측정하는 방법 2. 초음파의 전달 속도를 구하는 공식 3. 콘크리트 압축 강도를 구하는 공식 4. 복합법(조합법)에 의한 압축 강도 추정 5. 콘크리트 크랙의 깊이를 측정하는 방법

1. 콘크리트 내에서의 초음파 전달 시간을 측정하는 방법

대칭법	표면법	사각법	사각법

콘크리트에서의 초음파 전달 시간을 측정하는 방법에는 크게 대칭법(직접법)과 표면법(간접법) 그리고 사각법(반간접법)이 있으며 검사물의 상황에 따라 적정한 방법을 선택해야 합니다.

가능한 경우라면 대칭법을 사용하는 것이 바람직하며 가장 정확한 측정 결과를 기대할 수 있습니다. 대칭법의 경우 초음파가 콘크리트의 내부를 관통하여 전체 콘크리트의 물성치가 측정되며 탐촉자의 방향도 서로 마주보는 위치이므로 초음파가 가장 잘 전달되는 이점을 가지고 있습니다.

불가피하게 표면법을 사용해야 하는 경우, 재료의 종류, 배합, 함수율 등 여러 가지 원인으로 변동이 나타날 수 있으며 보편적으로 Vd = 1.05Vi ~ 1.15Vi 사이에 있다고 경험적으로 보고되어 있으며 정량적인 콘크리트에서는 다음과 같은 근사적인 관계가 있다고 알려져 있습니다.

대칭법에 의한 초음파속도 (mm/μsec) = 1.05 x

표면법에 의한 결과는 대칭법보다 정확도가 떨어짐을 고려해야 하며, 코아 채취 후 초음파법을 실시하여 코아 압축 강도 시험 결과와 상호 비교, 보완하는 것이 바람직합니다.

2. 초음파의 전달 속도를 구하는 공식

A. 직접법

속도 (mm/μsec) = /

콘크리트를 직접법으로 검사하는 경우 최소한 10cm 이상의 간격에서 검사하는 것이 권장됩니다. 예를 들어, 20cm 간격에서 측정된 값이 60μsec인 경우 음속은 3,330m/s가 됩니다. Ultracon-170의 경우 거리를 입력하면 자동으로 음속을 표시하므로 그 숫자를 읽으면 됩니다.

B. 간접법

속도 (mm/μsec) = / x 1.05

간접법으로 측정하는 경우, 가급적 50cm 이상의 거리에서 측정하는 것이 권장됩니다. 대부분의 경우 초음파 탐촉자의 중심에서 다른 탐촉자의 중심까지의 거리를 기준으로 하고 측정값을 얻은 후 위의 공식처럼 1.05를 곱합니다. 예를 들어, 50cm 간격에서 측정된 값이 160.5μsec인 경우 전달 거리를 전달 시간으로 나눈 후 1.05를 곱해주면 3,271 m/s의 음속을 구할 수 있습니다. 이 경우도 Ultracon-170의 경우 하늘색 바탕의 간접법 모드에서 거리를 입력하면 자동으로 음속을 표시하므로 그 숫자를 읽으면 됩니다.

부득이하게 검사 거리가 500mm 이내라면, 초음파 탐촉자의 표면에서 초음파가 송신되는 지점과 수신되는 지점을 찾아내어 그 만큼의 거리를 보정해 주어야 합니다.

간접법의 경우, 초음파가 옆방향으로 진행하기 때문에 직접법으로 캘리브레이션하여 간접법을 적용할 경우의 탐촉자의 하우징을 통과하는 시간을 보정해 주어야 합니다. 아래의 그림과 같이 검사하고자 하는 거리가 200mm라면 각각의 탐촉자에서 대략 탐촉자 중심보다 8~10mm 안쪽이 되는 지점을 기준점으로 보정할 때 정확한 측정에 근접하게 됩니다. 측정하고자 하는 거리가 200mm라면 7~8mm 정도를 보정할 수 있고 측정 거리가 길어질수록 보정 거리는 짧아지며 500mm 이상의 거리에서는 앞에 설명된 것처럼 탐촉자의 중앙을 송수신점으로 설정하면 기준점이 가장 근사하게 조정됩니다.

간접법으로 검사할 때 얼마만큼의 거리를 보정할 것인가는 검사물의 표면 상태, 사용하는 카플런트, 초음파 탐촉자에 따라 달라질 수 있으므로 검사물과 적용점, 카플런트의 종류 등을 선정한 후 재현성과 직선성을 확인한 후 검사하는 것이 바람직합니다.

3. 콘크리트 압축 강도를 구하는 공식

콘크리트의 압축 강도를 구하는 공식은 각 지역마다 모래 및 자갈의 특성이 다르므로 계산 공식도 달라지게 됩니다. 일반적으로 많이 사용되는 아래의 공식을 참조하시기 바랍니다. 이 중에서도 대부분의 경우 일본건축학회식(Fc = 215Vp - 620)이 사용됩니다.

초음파의 전달 속도(Vp, km/sec) :

● 일본건축학회식 : Fc = 215 x Vp - 620

콘크리트 압축 강도(kg/cm2) =

● J.Pyszniak의 추정식: Fc = 92.5 x Vp2 - 508 x Vp + 782

콘크리트 압축 강도(kg/cm2) =

● 김무한, 윤서천, 오상근의 추정식: Fc = 316 x Vp - 1194

콘크리트 압축 강도(kg/cm2) =

● 서울, 경기, 강원 지역: Fc = 152 x Vp - 383.9

콘크리트 압축 강도(kg/cm2) =

● 충청 지역: Fc = 255.6 x Vp - 784.0

콘크리트 압축 강도(kg/cm2) =

● 호남 지역: Fc = 152.7 x Vp - 375.4

콘크리트 압축 강도(kg/cm2) =

● 영남 지역: Fc = 216.9 x Vp - 634.4

콘크리트 압축 강도(kg/cm2) =

초음파의 전달 속도(Vp, km/sec) :

슈미트 햄머에 의한 보정 반발 강도(Ro) :

● RILEM CNDT 소위원회 공동 실험 결과 제안식: Fc = 8.2 x Ro + 269 x Vp - 1094

콘크리트 압축 강도(kg/cm2) =

● RILEM식: log10Fc = 0.01149 x Ro + 0.3794 x Vp - 0.4332

콘크리트 압축 강도(kg/cm2) =

4. 복합법(조합법)에 의한 압축 강도 추정

복합법이란 비파괴검사 방법 중 2가지 이상의 결과를 이용, 상호 보완하여 콘크리트의 품질 상태를 추정하는 방식으로서, 가장 일반적인 방법으로는 반발경도법과 초음파 탐사법을 이용한 조합법이 있습니다. 복합법을 현장 구조물에 적용하는 데에는 콘크리트 강도 추정을 위한 각 비파괴 시험 방법들이 그러하듯이 콘크리트 배합 조건, 사용 이력 및 현장 상태, 사용자의 전문성 등에 따라 압축 강도와의 관계에 많은 영향을 미치므로 한계가 있다는 점을 인지해야 합니다. 일본건축학회의 "콘크리트 강도 추정을 위한 비파괴 시험 방법 메뉴얼"에 의하면, 복합법에 의한 압축 강도의 추정은 100kg/cm2 이상 600kg/cm2 이하의 콘크리트에 대해서만 적용하며, 재령이 3개월 이상인 콘크리트에서의 반발도(R)는 실측치의 0.9배로 하고 초음파 속도(Vp)는 직접법에 의한 측정값만을 사용하도록 하고 있으므로 표면법에 의한 Vp를 사용할 경우에는 보완하여 사용하여야 합니다. 복합법 중 가장 일반적인 방법인 반발 경도법과 초음파 탐사법을 이용한 조합법으로 분석한 결과는 각 측정분과 평균 강도를 도출합니다. 따라서, 설계 기준 강도와 비교하여 전체적으로 시설물의 강도에 문제 여부가 판단되며, 각 시설물 별 추정 압축 강도를 표로 정리하면 파악이 쉽습니다.

5. 콘크리트 크랙의 깊이를 측정하는 방법

균열의 심도를 측정하기 위해서는 기본적으로 송·수신자의 배치를 균열 부근 동일면에 설치하나, 검출파의 종류(종파, 횡파, 표면파)와 검출 항목(전파 시간, 주파수, 위상 등)에 따라 많은 방법이 있습니다. 아래 수식은 대표적인 균열 심도 측정법입니다.

A. Tc - To 법

종파용 송·수신자를 균열의 개구부를 중심으로 등간격 L/2로 설치하였을 때, 균열 선단부를 회절한 초음파의 전달 시간 Tc와 균열이 없는 부분에서의 송·수신자의 거리 L에서의 전파 시간 To로부터 균열의 심도를 구하는 방법입니다.

심도 = x { ( / )2 - 1 }1/2 / 2

B. T법

종파용 송신자를 고정하고 종파용 수신자를 일정 간격으로 이동시킬 때의 전파 시간의 관계로부터 균열의 위치에서의 불연속 시간 t를 도면상에서 구하여 균열의 심도를 구합니다.

a :

t :

L1 (송신자에서 균열까지의 거리) :

심도 = t x cot(a) x (t x cot(a) + 2 x L1) / [2 x (t x cot(a) + L1)]

C. BS-408에서 규정한 방법

균열의 개구부를 중심으로 종파용 발신자와 수신자를 150mm와 300mm 간격으로 배치한 때의 각 전파 시간을 활용하여 균열의 심도를 구하는 방법입니다.

150mm 간격 시의 전파 시간(t1) :

300mm 간격 시의 전파 시간(t2) :

심도 = 150 * [( 4 x t12 - t22 ) / ( t22 - t12 )]1/2

t1 : 150mm 간격에서의 전파 시간	t2 : 300mm 간격에서의 전파 시간

균열로부터 송·수신자까지의 거리는 진동자의 중심까지의 거리가 아니고, 균열로부터 가까운 진동자 끝단까지의 거리입니다. 이 때, 보다 정밀한 측정값을 구하기 위해서는 탐촉자 내부에서 지연되는 초음파 전달 시간을 빼주어야 합니다. 하지만 대부분 콘크리트의 경우, 감쇄에 의하여 끝단에서 나오는 신호는 수신하지 못하는 경우가 있으므로 측정 거리가 가까운 경우나 감쇄가 심하지 않은 재질이 아닌 경우는 진동자의 중심에서 중심까지 측정하는 것이 안정되고 확실한 방법이 될 수 있습니다.

D. BS-408 수정법

균열 개구부를 중심으로 종파용 발신자와 수신자를 임의의 간격 a(a1)와 보다 거리가 먼 na(a2) 간격으로 초음파 탐촉자를 배치한 때의 각 전파 시간을 활용하여 균열의 심도를 구하는 방법으로서, 보다 정확한 수치를 기대할 수 있습니다.

a : 임의의 간격	na : 보다 넓은 임의의 간격

탐촉자 배치

간격 a1의 거리(a1) :

간격 a2의 거리(a2) :

간격 a1에서의 전파 시간(t1) :

간격 a2에서의 전파 시간(t2) :

심도 = [( t12 x a22 - t22 x a12 ) / ( t22 - t12 )]1/2