2.1.1 재료 및 배합

강도에 따른 비파괴실험 결과값의 경향을 살펴보기 위하 여 공시체의 목표배합강도를 30 MPa과 40 MPa로 달리 갖 게 하였다. 2가지 목표배합강도에 대하여 물-결합재비 (W/B) 를 각각 45%와 30%로 하였고, 플라이애시와 고로슬래그를 각각 15%씩 혼입한 3성분계시멘트와 부순잔골재, 최대크기 25mm의 굵은골재, 혼화제로 AE감수제를 사용하였다. 배합 조건은 Table 1과 같다.

2.1.2 공시체 제작 및 양생

공시체는 KS F 2403에 의하여 φ150 × 300 mm의 실린 더형 압축공시체로 제작하였으며, 각각 90개의 공시체를 만 들었다. 공시체는 타설후 3일안에 탈형하여 20±2℃의 양생 온도로 수중양생을 하였다. 비파괴실험 24시간 전에 20±2℃ 의 공기 중에서 건조시켰다.

2.2.1 충격공진법

공시체의 1차 공명진동수를 얻기 위해 KS F 2437에서 제시 하는 방법에 따라 수행되었다. 충격공진실험은 Fig. 1(a), (b) 와 같이 종진동 (longitudinal mode)과 변형진동 (transverse mode) 2가지 방법이 사용되었다. 공시체에 진동을 주기위해 충격용 강봉으로 KS F 2437에서 지시한 가진위치에 타격을 가 하였다. 충격에 의한 공진 주파수 측정은 PCB PIEZOTRONICS 사의 5Hz~60kHz의 범위를 갖는 센서를 부착하였다.

2.2.2 초음파속도법 (S파, P파)

초음파측정은 KS F 2731에서 제시하는 콘크리트의 초음 파속도법에 따라 측정하였고, 발진자와 수진자가 공시체를 사이에 두고 일직선상에 배치되는 직접법을 사용하였다. 초 음파속도 측정 장비는 초음파를 보내는 송신탐촉자와 초음파 를 받는 수신탐촉자, 파동의 위상차로 속도를 측정할 수 있는 펄스리시버로 구성되어서 Fig. 2의 2(a), (b)와 같이 측정한다. 본 연구에서는 펄스리시버로 MKC NDT사의 Ultracon-170 을 사용하였고 52 kH의 탐촉자를 사용하였다. 시험전에 초 음파의 안정적인 전달을 위해 콘크리트와 탐촉자 사이에 그 리스를 도포하였다.

2.2.3 압축강도측정

압축강도는 위의 비파괴실험이 수행된 후 바로 진행되었 다. Fig. 3과 같이 KS F 2405에서 제시하는 방법에 따라 측 정되었다. 재하속도는 KS에서 제시하는 범위에 맞추어 0.6 MPa/s이 되도록 하였다.

3.1.1 압축강도 측정결과

Table 2는 각 배합⋅재령별 압축강도의 평균값과 표준편 차, 변동계수이다. Mix 30의 변동계수는 4.05~4.58로 ACI 214에서 규정하는 압축강도 분포도 기준가운데 ‘좋음’ (4.0~5.0) 에 해당되는 것으로 나타났다 (^{ACI, 2011}). Mix 40의 경우 변동계수가 3.09~3.60으로 ‘우수함’과 ‘좋음’의 사이에 해당 된다. 이는 Mix 40이 Mix 30에 비하여 안정적으로 측정된 우수한 압축강도값의 분포를 가지고 있음을 나타낸다.

3.1.2 충격공진법 측정 결과

충격공진법을 통해 측정한 공시체의 1차 공명 진동수를 KS F 2437에서 제시하는 식에 대입하여 동탄성계수를 구하 였다. 종진동인 경우는 식 (2)를, 변형진동인 경우는 식 (3) 을 따른다.

여기서, E_dl 은 종진동시의 동탄성계수 (MPa), E_dt 는 변형 진동시의 동탄성계수 (MPa), W 는 공시체의 질량 (kg), f₁ 은 종진동의 1차 공명진동수 (Hz), f₂ 는 변형진동의 1차 공 명진동수 (Hz), L 은 공시체의 길이 (mm), d는 원주공시체 의 지름 (mm), A 는 공시체의 단면적 (mm²), T 는 회전반지 름이다.

동탄성 계수의 계산결과는 Table 3과 4에 나타난 바와 같 다. 먼저, 동탄성계수 측정값의 변동계수는 최소 2.18에서 최 대 5.37로 값을 가져 측정값의 분포가 전체적으로 안정적인 것으로 나타났다. 또한 종진동과 변형진동 간의 변동계수 차 이가 ±0.5 미만의 차이를 보여 진동방법에 따른 측정값의 안 정성 차이는 적은 것으로 나타났다. 다만 동탄성계수 측정값 중 변형진동 Mix 30의 재령 3일 측정값들이 변동계수 5.37 로 상당히 분산되는 것으로 나타났다. 이는 초기재령에서 콘 크리트의 경화가 아직 완전하게 이루어지지 않아서 공시체 의 밀도가 낮기 때문인 것으로 판단된다.

충격공진법 실험결과 값과 실제 압축강도 값을 회귀분석 한 결과는 Fig. 4에 나타나 있으며, 압축강도 추정식은 식 (4)와 (5)와 같다. 종진동이 변형진동의 결정계수값이 비슷하 게 나타나 압축강도 예측에 대한 신뢰도 역시 비슷한 것으로 판단된다.

여기서, f_c는 콘크리트의 압축강도이고 E_dl 와 E_dt 는 각각 종진동과 변형진동으로 수행한 충격공진법으로 구한 동탄성 계수이다.

P파와 S파의 속도측정값에 대한 각 재령별 평균과 변동계 수 값은 Table 5와 6에 나타난 바와 같다. 각 측정값의 변동 계수는 전반적으로 ACI 214R에서 규정된 ‘좋음’과 ‘우수함’ 사이의 값을 나타내었다. P파 변동계수의 최대값은 재령 3일 에 대하여 2.57로 나타났고 최소값은 0.81로 재령 28일에서 가장 낮게 나타났다. S파의 변동계수의 값도 재령 3일에 2.42로 가장 크게 나타났고 최소값은 0.81로 재령 28일에서 가장 낮게 나타나 재령이 높아질수록 변동계수 값이 낮아지 는 동일한 경향을 나타내었다. 즉, 초음파속도의 측정값은 재령이 높아질수록 더욱 밀집되고 안정된 분포를 보이고 있 다. 한편, S파와 P파를 비교 했을 때, S파의 변동계수가 P파 에 비해 더욱 낮게 나타나 S파의 측정값이 더욱 안정적임을 보였다.

배합에 따라서는 Mix 30보다 Mix 40이 더 낮은 변동계수 값을 보이는 것으로 나타났다. 이는 콘크리트가 경화됨에 따 라 조직이 치밀해지고 고밀도화되어 파동이 더욱 안정적으 로 전달되었기 때문으로 판단된다.

앞서 취득한 실험결과 값을 바탕으로 압축강도와 초음파 속도와의 관계를 Fig. 5에 나타냈다. 회귀 분석을 통해 얻은 압축강도의 추정식은 식 (6)~(7)과 같으며 S파의 결정계수가 더 높은 것으로 나타났다.

여기서, f_c는 콘크리트의 압축강도이고 V_p 와 V_s 는 각각 P파와 S파로 수행한 초음파속도법의 초음파속도이다.

3.2.1 변동계수 비교

Fig. 6은 비파괴실험의 변동계수 값들을 비교한 결과이다. 비파괴실험법들 중에서 변동계수 값이 가장 낮은 S파 측정 값의 신뢰성이 가장 높은 것으로 판단되며 동탄성계수의 변 형진동이 가장 불안정한 측정값인 것으로 나타났다.

3.2.2 결정계수 비교

회귀분석에서 두 개의 변수간의 상관성을 나타내는 결정 계수 값은 한 변수의 값을 통해 다른 한 변수의 값을 얼마나 잘 예측할 수 있는가를 나타내며, 결정계수가 높다는 것은 더 높은 신뢰도를 갖고 있다는 것을 의미한다 (^{Ang and Tang, 2007}). 비파괴실험의 결정계수 값들 중 S파를 통한 강도예측 식이 실제강도와 가장 높은 결정계수 값을 가져 가장 높은 신뢰도를 갖는 것으로 판단된다. 또한 P파를 통한 압축강도 예측의 결정계수가 가장 낮아 신뢰도가 가장 낮은 것으로 나 타났다. 변동계수 값을 통해 평가한 측정값의 안정성은 압축 강도 예측의 신뢰성에 영향을 주는 것으로 판단된다.

3.2.3 정규성 검정

통계적 분석값의 신뢰성 검증을 위해 정규성 검정을 수행 하였다. 정규성 검정 방법으로는 일반적으로 사용되어지는 χ²검정을 사용하였다. P-value가 유의수준보다 크고 통계량 이 임계값 이내로 들어올 때 귀무가설이 채택되고 비파괴실 험값은 정규분포를 따른다고 할 수 있다. 실험결과에 대한 정규성 검정결과를 Table 7에 나타냈으며, 각각의 실험값들 은 임계값 (c_{0.95, 4}=9.49)과 유의수준 (α=0.05)에 대한 조건 을 만족하여 정규분포를 따르는 것으로 나타났다.