이번 포스팅에서는 구조물의 건전성을 지키면서 콘크리트 강도를 측정하는 혁신적인 방법, 슈미트 해머에 대해 알아보겠습니다. 슈미트 해머는 콘크리트 강도를 비파괴적으로 평가하고 품질을 관리하는 핵심 도구 중 하나입니다.
비파괴 시험은 구조물의 안정성 및 신뢰성 평가에 필수적입니다. 콘크리트의 압축강도는 구조물의 품질과 내구성을 평가하는 데 중요한 지표 중 하나이며, 이를 파괴하지 않고 측정하는 연구는 1930년대 후반부터 시작되었습니다. 슈미트 해머를 비롯한 다양한 비파괴 시험법은 콘크리트 강도 측정을 위해 사용되며, 이를 통해 구조물의 건전성을 보호하고 지속 가능한 건축물을 구축하는데 기여합니다.
이제 슈미트 해머를 비롯한 비파괴 시험법의 세계로 더 깊이 파고들어보겠습니다. 이 글에서 다룰 다양한 비파괴 시험법을 통해 구조물의 안전성과 지속 가능성을 높이는 방법에 대해 알아보겠습니다. 계속해서 함께해 주세요!
목 차
슈미트 해머에 의한 콘크리트 강도의 비파괴 시험 목적
구조물을 파괴하지 않고 슈미트 해머로 콘크리트 표면을 타격하여 해머의 반발 정도로 콘
크리트 압축강도를 추정하여 콘크리트 품질관리를 한다.
시험 방법
시료 및 시험체의 준비
- 측정할 콘크리트 구조물의 표면을 연삭재로 갈아서 기포나 부착물을 없앤다.
- 측정할 곳을 3cm의 간격으로 표시한다.
반발 경도의 측정
- 해머의 타격봉 끝을 콘크리트 표면의 측점에 대고 눌러 타격한다.
- 멈춤 단추를 눌러 눈금 지침을 멈추게 한다.
- 지침이 가리키는 눈금을 읽는다.
- 위와 같은 방법으로 20점 이상 측정하여 평균한 값을 그곳의 반발경도 R로 한다.이때, 차이가 평균값의 20%이상이 되는 값이 있으며 계산에서 빼 버린다.
시험 장비
- 슈미트 해머
- 큰자
- 분필
- 측정할 공시체
시험시 주의사항
구조체 콘크리트에서의 측정시에는 피 측정부의 콘크리트두께가 10cm 이상되는 지점을 선정한다. 10cm의 이하의 경우에는 타격 시 피 측정부의 진동 등으로 타격에너지가 산란되어 반발도가 급격히 감소한다. 또한 보, 기둥 등의 우각부에서의 측정 시에도 평면부와는 반발도가 차이가 있으므로 최소3-6cm 이격된 개소에서 측정하도록 한다. 측정개소는 많을수록 유리하다.
콘크리트 공시체를 강도측정대상으로 할 때는 그 한 변의 길이가 20cm이상인 것을 사용하고 측면을 타격 시에는 햄머가 면에 직각이 되도록 주의한다. 공시체를 타격 시에는 압축강도기등으로 공시체를 완전히 고정하고 타격에너지가 산란되지 않도록 한다.
슈미트 해머에 의한 콘크리트 강도의 비파괴 시험 이론
비파괴 시험
- 콘크리트 구조물의 신뢰성,안정성,유지관리 및 기존 콘크리트의 품질관리 및 내구성에 대한 문제점 발생
- 시공 중이거나 사용중인 구조물의 안정성 및 신뢰성에 대한 객관적인 지표로써 콘크리트 구조물의 압축강도는 콘크리트 품질과 특성 및 구조적 판단에 대한 기본적인 파라미터
- 따라서 구조물을 파괴하지 않고 콘크리트의 강도측정에 대한 연구가 1930년 후반부터 시작됨
- 일반적인 콘크리트 비파괴 시험으로 강도 측정하는 방법은 반발경도법,초음파속도법,충격파법,복합법 등이 있음
- 콘크리트 비파괴 시험
비파괴 시험법의 종류 및 특성
비파괴 시험이라 함은 재료나 제품 또는 구조물 등의 검사에 있어 시험 대상에 대한 손상
없이 조사 대상물의 성질, 상태 또는 내부구조를 알아보기 위한 조사법 전체를 가리킨다.
현재까지 개발되어 콘크리트에 적용되는 비파괴 시험법은 적용 목적에 따라 크게 두 가지
분류될 수 있다.첫째는 콘크리트의 강도 추정을 목적으로 하는 비파괴 시험 방법이며, 둘
째는 콘크리트의 강도 이외의 물성 또는 내부상태를 조사하기 위한 목적을 가진 비파괴 시
험 방법이 있다.또한 적용방법에 따라 국부파괴법, 접촉식 및 비접촉식법으로 나눌 수 있
다.
관입저항법
총을 사용하여 탐침을 콘크리트 내에 관입 시킨 후 침투 깊이를 측정함으로써 콘크리트의
압축강도 및 균질성을 평가하는 방법이다. 장비가 간단하여 작동하기 쉬우므로 적은 훈련으
로도 현장에서 쉽게 사용할 수 있고, 시험체에 손상을 입히지 않는다는 장점이 있으나, 정
확한 콘크리트 강도를 제시하지 않을 수 있고 탐침을 제거하기 어려워 콘크리트 표면에 손
상이 남을 수 있다는 단점이 있다.
인발법 (Pull-Out Test)
머리부분을 크게 한 기구를 콘크리트에서 뽑아내는데 필요한 힘을 측정함으로써 콘크리트의
압축 또는 인장강도를 알 수 있는 방법이다. 이 방법은 현장 의뢰인에 의해서도 쉽게 사용
될 수 있다는 장점이 있으나 시공 중에 일반 시험기구를 사전에 삽입해 넣어야 하고 뽑혀진
콘크리트 덩어리에 대한 최소한의 보수가 필요하다는 단점이 있다.
내시경법
육안만으로는 볼 수 없는 구조물의 내부를 유연한 광학섬유, 렌즈, 조명기기로 이루어진
내시경 장비를 이용하여 관찰하는 방법으로 균열이나 천공 구멍에 삽입되어 접안경을 통해
콘크리트의 균열·공극 또는 골재 부착상태 등을 조사할 수 있다. 이 방법은 장비의 취급과
작동이 쉽고 멀리 떨어진 조사 대상의 경우에도 선명한 영상을 제공하며 카메라를 연결해
사진을 찍을 수도 있고 호스가 유연하므로 여러 방향을 볼 수 있다는 장점이 있다. 그러나
장비가 고가이고 만족스러운 결과를 얻기 위해서는 대상물에 많은 천공이 필요하다는 단점
이 있다.
접촉식 방법
가장 널리 사용되고 있는 비파괴 시험법은 조사대상물을 손상시키지 않고 표면에서만 접촉
함으로써 대상물의 강도 또는 균질성·균열·공극 등의 물성을 간접적으로 예측해 내거나, 내
부 상태를 조사해 내는 시험법들이다.
표면 타격법
스프링 힘을 받는 측정봉이 콘크리트 표면을 타격한 후 튕겨진 거리를 측정함으로써 콘크리
트의 강도 또는 균질성을 평가할 수 있는 방법으로서 장비가 가볍고 다루기 쉬우나 결과 값
이 콘크리트의 표면조건에 많은 영향을 받으므로 정확한 강도 예측치를 주지 못하는 단점이
있다. 대표적인 예로서는 슈미트 해머 시험법을 들 수 있다.
초음파법
모든 파는 매질의 밀도에 따라 그 전달 속도가 다르다는 원리를 이용한 방법으로써 콘크리
트 표면에 위치한 발진자에서 발신된 초음파가 콘크리트 매질을 통해 인접한 수진자로 되돌
아오는 시간을 측정함으로서, 콘크리트의 균질성·품질·압축강도·탄성계수 등을 예측하는 방
법이다. 장비가 비교적 싸고 작동하기는 쉬우나, 발진자 및 수진자와 해석이 어려워 전문
기술과 훈련이 필요하다. 또 밀도·골재량· 수분량의 변화와 철근의 존재가 결과값에 영향
을 미친다는 단점이 있다.
자기법
콘크리트에 매입되어 있는 철근은 자기장에 영향을 미친다는 원리를 이용해 철근의 피복두
께· 크기· 위치 등을 탐지하는데 사용되는 방법이다. 휴대가 가능하여 철근의 시공정밀도
를 검사하거나, 콘크리트에 배치된 철근을 탐지해 콘크리트 코아 채취위치를 결정하는데 널
리 사용되고 있다. 그러나 철근이 과다 배치되거나 철근 망이 있는 경우에는 해석하기 힘들
고 그 결과 값을 신뢰할 수 없다.
전위법
철근과 콘크리트간의 전위차를 측정하여 전위도를 작성함으로써 철근의 부식 정도를 평가하
는 시험으로서, 장비의 휴대가 가능하여 야외 측정이 쉽고 신뢰성 있는 정보를 제공한다는
장점이 있다.
그러나 반드시 철근에 접근해야만 한다는 어려움과 시험체의 염분량과 온도에 따라 결과 값
이 변할 수 있다는 단점이 있다.
AE법 (Acoustic Emission)
균열의 성장 또는 소성변형이 일어나는 동안 발생되는 급격한 에너지 발산으로 음파가 발생
하는데, 이 음파를 대상 구조물의 표면에 설치된 센서를 통하여 포착함으로서, 구조물의 거
동을 감시하는 방법으로 재하시험시 병용에 좋고 파괴 가능한 지역에의 설치가 가능하며,
장비를 휴대하고 작동하기 편리하다는 장점이 있다. 그러나 장비를 운용하기에 비용이 많
이 들고 구조물에 가해지는 하중으로 인해 균열이 성장할때만 적용 할 수 있으며 시험을 계
획하고 결과 값을 해석하기 위해 광범위한 지식이 필요하므로 전문가가 필요하다는 단점이
있다. 현재까지는 실험실에서의 적용만으로 한정되어 있을 뿐 실적이 부족한 상황이어서
더 많은 연구가 필요한 방법이다.
전자파법
콘크리트 내력·공극·박리 또는 구조체의 두께를 검사하는 방법으로 깊이에
관계없이 조사대상의 한쪽 면만 노출되어도 시험이 가능하다. 그리고 조사단면에서 얻어내
는 화상을 기록으로 남길 수 있다는 장점이 있으나 장비가 고가이고 철근이 존재하면 공극
의 발견가능성이 매우 줄어들며, 시험절차가 아직 개발중이라는 단점이 있다. 이 방법은 일
명 Radar법이라고도 불린다.
적외선법
구조물에서 발산하는 적외선을 탐지하여 콘크리트 내의 균열·박리·내부공극 등을 알아내는
방법이다. 콘크리트의 결함을 찾아내는데 비교적 정확한 방법으로 넓은 지역에도 빠르게
적용할 수 있다는 장점이 있으나, 특별한 전문 기술과 고가 장비를 필요로 하는 단점이 있
다. 이 방법은 표면과 내부의 온도차가 높을 때에 특히 효과적이다.
방사선법
X선 또는 Υ선 등의 방사선의 흡수율은 시험체의 두께와 밀도에 영향을 받는다는 원리에 근
거해 철근의 상태·위치·크기와 콘크리트의 밀도·건전성·단면재질·두께 등을 조사하는 방법
이다. 내적 결함을 찾을 수 있고 광범위한 재료에 적용이 가능하며 영구자료가 필름에 보
관되고 장비 휴대가 가능하다는 장점이 있다. 그러나 장비가 고가이고 X선 또는 Υ선 등의
방사선 발사장치의 안전성에 대한 신뢰성 확보 문제 및 반드시 조사대상물의 양쪽에서 접근
해야 한다는 점, 그리고 방사선을 이용해서 얻은 결과에 대한 판독 전문가를 필요로 한다는
단점이 있다.
공진법
두 반사면 사이에서 공진 조건을 일으켜 현장에서 공극과 박리를 발견하는데 사용한다. 콘
크리트의 내부를 빠르고 쉽게 조사할 수 있고 얼마간의 깊이까지도 관통 가능하지만 음파의
범위에서 작동하므로 초음파에 관한 해결책이 없다는 점과 아직 개발중이라는 단점이 있다.
분석
설계기준강도는 F_ck=18Mpa입니다. 이값과 비교하면 강도가 19.591Mpa로 더 크게 나왔습니다. 이에대해 분석하자면, 슈미트해머를 이용한 콘크리트 강도 측정에서 영향 인자는, 타격방향(각도), 타격횟수, 타격 위치(부재), 콘크리트 재령, 단위시멘트량,골재의종류, 표면의 상태, 탄산화의 정도, 양생 등에 영향을 받는다.
압축강도가 크게 나올때
- 표면에 골재가 많이 있는 경우
- 완전히 건조되어 있는표면
- 콘크리트 재령기간이 길 경우
압축강도가 작게 나올때
- 표면에 수분을 함유하고 있을 경우
- 양생이 잘 되지 않은부분
위에 같은 상황들을 분석해보면 압축강도가 크게 나온이유는
- 골재가 많이 있는부분에 슈미트 해머를 측정
- 배합설계 및 배합때 단위수량이 계획된것보다 적게 들어가서 강도가 커졌다.
- 연삭재를 이용하여 콘크리트 구조물의 표면을 갈아서 기포나 부착물을 없애는 과정을 생략 하였는데, 이것도 오차의 한 원인으로 볼 수 있다.
마치는 글
이번 실험은 콘크리트의 비파괴 시험중의 하나인 슈미트 해머에 의한 반발 경도법을 실시했다. 이전 시간에 배합 설계 및 공시체 만들기에 이은 실험이다. 28일 전에 미리 만들어 놓은 공시체를 가지고 실험에 임했다. 28일 전에만 하더라도, 물컹물컹 했던 공시체가 어느덧 단단히 굳어 있는 것을 확인했다. 신기하기도 하고, 항상 접하는 콘크리트가 이렇게 만들어 지는 것을 눈으로 볼 수 있었다. 이 공시체에 분필로 3*3센티미터로 긋고 교점에다 슈미트 해머로 20번을 측정한 후 이 값을 평균 해서 우리는 반발정도를 이용하여 콘크리트의 압축강도를 추정할 수 있었다.
이렇게 비파괴 시험은 기존의 콘크리트 구조물의 압축 강도를 측정함으로써 이 구조물이 내구성이 튼튼한지 아니면 보수를 해야 하는지를 파괴를 하지 않아도 간단하게 측정할 수 있다.
기회가 된다면 다른 비파괴 시험(초음파속도법, 복합법, 충격파법 등)을 이용해서, 이번 실험의 결과와 비교도 해보고 싶다. 또한 W/C를 달리해서 압축 강도가 어떻게 변화하는지도 알아 보고 싶다.