1. 서 론

공동주택의 안전 점검 항목 중 콘크리트 압축강도는 건축구조 안전에 중요한 요소이다. 최근 건축물의 고층화, 대형화, 복잡화 및 비정형화와 더불어 건축물의 노후화로 인한 리모델링으로 구조물의 품질관리 중요성이 강조되어 구조물의 안전진단 및 상태평가에 대한 관심이 증가하고 있다^{(Lee and Yun, 2019)}. 콘크리트 구조물들은 준공 직후부터 열화가 시작되어 정해진 사용수명이 점점 줄어들어 내구성과 구조안전성이 감소하기 때문에 진단 및 유지관리는 시공 과정과 준공 이후 전사용주기에 걸쳐 필수적으로 수행되어야 한다^{(Lee et al., 2015)}. 구조물의 진단 및 평가를 위한 검사법에는 파괴시험과 비파괴시험이 있다. 파괴시험은 철근 절단, 단면 손실 등의 손상을 주어 치명적인 문제점을 초래할 수 있다^{(Kim et al., 2006)}. 또한, 콘크리트 구조물의 경우 코어채취가 가능한 부위로는 슬래브나 벽 등 구조체의 일부에 한정되고 채취개수에도 한계가 있다^{(Lee and Choi, 2004)}. 비파괴검사법은 구조물에 문제점이 발생하였을 때 구조체 내부를 평가하기 위해 부재의 절단 및 코어를 채취하는 파괴검사법과 다르게 초음파, 전자기, 열 등을 사용하여 파괴 없이 구조체의 압축강도, 내부의 결함 존재 유무, 응력 상태, 재질 변화 등을 평가할 수 있다^{(Hong et al., 2017)}. 기존의 압축강도 시험은 파괴시험이기에 비파괴검사법은 조기에 구조적 손상을 감지할 수 있는 장점이 있어 콘크리트 구조물의 고가의 보수비용을 절감할 수 있다는 점에서 관심이 높아지고 있다(Ashish et al., 2021). 비파괴검사법에는 초음파속도법, 충격반향기법, 반발경도법 등 다양한 방법이 있는데 그 중 초음파속도법은 한국 규준인 KS F 2731이 있고, 실무에 보급되어 있는 장비로서 현장 적용성이 좋은 검사법이다^{(Hong et al., 2018)}. 초음파 속도법은 사용의 간편성, 비용의 절감, 구조물에의 적용성 등 많은 장점을 가지고 있기 때문에 미국, 영국, 일본을 비롯한 RILEM(국제구조재료시험연구기관연합)에서 초음파속도법에 의한 콘크리트 강도추정을 위한 규정을 마련하여 콘크리트 품질관리에 이용하고 있다^{(Won et al., 2000)}. 초음파속도법은 매질을 통과하는 음파의 속도와 탄성물성치 사이의 관계를 이용하여 콘크리트 부재의 압축강도를 평가한다^{(Shin et al., 2014)}. 균질한 고체의 초음파 펄스 속도(UPV)는 물리적 및 기계적 특성과 쉽게 관련될 수 있다^{(Bogas et al., 2013)}. 하지만 건축물에 적용 시 콘크리트의 재질은 공통적으로 구성분자가 크고 밀도가 불균일하기 때문에 정확한 추정을 위해 여러 방향에 대한 고려가 반드시 필요하다^{(Hong and Cho, 2011)}. 공동주택의 경우 사람의 실거주 및 코어시험 시 일어나는 분진 및 소음 등으로 인하여 비파괴검사를 진행하기 어려워 공용부 및 지하 주차장에서 매번 점검이 이루어지며, 저가 수주로 인한 콘크리트 면의 실험이 아닌 마감재 위에서 실험을 진행하여 부실점검이 발생할 수 밖에 없는 실정이다. 또한 강도 추정을 위한 제안식들은 시험조건과 환경의 차이에 따라 변동폭이 크고, 동일한 측정값을 나타내더라도 제안식 마다 그 편차가 커 정확한 강도 추정이 어려워 사용에 어려움을 겪고 있는 실정이다^{(Kim et al., 2007)}. 이에 공동주택에 주로 사용되는 마감재를 선정하여 마감재를 제거하지 않고 직접 마감재에 비파괴검사법을 활용하여 마감재 종류에 따른 콘크리트 압축강도 비교 평가를 하고자 한다.

2. 실험계획 및 방법

3. 실험결과

마감재 종류에 따른 콘크리트의 압축강도와 추정압축강도를 비교 평가하기 위해 초음파속도를 측정한 초음파속도 평균값을 구한 결과 UFC는 3784.67m/s, SFC1는 3979m/s, SFC2는 3916.67m/s, PFC는 3890.67m/s, WFC1은 4028.67m/s, WFC2는 4096.33m/s, WFC3는 4318.5m/s로 Fig. 3과 같이 나타났다.

압축강도는 초음파속도를 측정하고 추정압축강도를 도출한 후 측정하였으며 그 결과는 Fig. 4에 나타내었다. UFC는 20.17MPa, SFC1은 17.91MPa, SFC2는 17.92MPa, PFC는 18.50MPa, WFC1은 16.48MPa, WFC2는 19.04MPa, WFC3는 21.97MPa로 나타났다.

측정한 초음파속도는 일본건축학회 압축강도 추정식을 통하여 추정 압축강도를 도출하였다. 추정압축강도와 압축강도를 비교한 오차율의 평균값은 Table 3에 나타냈다.

추정강도의 평균값 결과 UFC는 19.37MPa, SFC1은 23.55MPa, SFC2는 22.2MPa, PFC는 21.65MPa, WFC1은 24.6MPa, WFC2는 26.06MPa, WFC3는 30.83MPa로 나타났다. 추정강도와 압축강도를 비교하여 도출된 오차율의 평균값 결과 UFC는 3.9%, SFC1은 35.44%, SFC2는 14.73%, PFC는 17.24%, WFC1은 52.71%, WFC2는 41.76%, WFC3는 40.47%로 나타났다.

일본재료학회 압축강도 추정식에 측정한 초음파속도를 대입하여 추정압축강도를 도출하였다. 추정압축강도와 압축강도를 비교한 오차율의 평균값은 Table 4과 같이 나타났다.

추정강도의 평균값 결과 UFC는 27.46MPa, SFC1은 29.48MPa, SFC2는 28.83MPa, PFC는 28.56MPa, WFC1은 29.99MPa, WFC2는 30.69MPa, WFC3는 33.01MPa로 나타났다. 추정강도와 압축강도를 비교하여 도출된 오차율의 평균값 결과 UFC는 36.25%, SFC1은 70%, SFC2는 46.3%, PFC는 54.64%, WFC1은 88.1%, WFC2는 66.64%, WFC3는 50.31%로 나타났다.

측정한 초음파속도는 한전기술연구소 압축강도 추정식을 통하여 추정압축강도를 도출하였다. 추정압축강도와 압축강도를 비교한 오차율의 평균값은 Table 5과 같이 나타났다. 도출된 추정강도의 평균값 결과 UFC는 17.64MPa, SFC1은 24.23MPa, SFC2는 22.1MPa, PFC는 21.23MPa, WFC1은 25.85MPa, WFC2는 28.14MPa, WFC3는 35.67MPa로 나타났다. 추정강도와 압축강도를 비교하여 도출된 오차율의 평균값 결과 UFC는 12.51%, SFC1은 39.03%, SFC2는 15.37%, PFC는 15.01%, WFC1은 59.06%, WFC2는 53.37%, WFC3는 62.58%로 나타났다.

선행연구^{(Kim et al., 2016)}의 압축강도 추정식에 측정한 초음파속도를 대입하여 추정압축강도를 도출하였다. 추정압축강도와 압축강도를 비교한 오차율의 평균값은 Table 6과 같이 나타났다. 도출된 추정강도의 평균값 결과 UFC는 9.63MPa, SFC1은 20.7MPa, SFC2는 17.17MPa, PFC는 15.67MPa, WFC1은 23.49MPa, WFC2는 27.35MPa, WFC3는 39.99MPa로 나타났다. 추정강도와 압축강도를 비교하여 도출된 오차율의 평균값 결과 UFC는 52.28%, SFC1은 18.09%, SFC2는 21.67%, PFC는 17.41%, WFC1은 41.33%, WFC2는 49.61%, WFC3는 82.4%로 나타났다.

측정한 초음파속도를 선행연구^{(Hisham and Qasrawi, 2000)} 압축강도 추정식을 통하여 추정압축강도를 도출하였다. 추정압축강도와 압축강도를 비교한 오차율의 평균값은 Table 7과 같이 나타났다.

도출된 추정 강도의 평균값 결과 UFC는 9.9MPa, SFC1은 17.03MPa, SFC2는 14.77MPa, PFC는 13.79MPa, WFC1은 18.83MPa, WFC2는 21.32MPa, WFC3는 29.46MPa로 나타났다. 추정강도와 압축강도를 비교하여 도출된 오차율의 평균값 결과 UFC는 50.92%, SFC1은 9.52%, SFC2는 25.07%, PFC는 25.3%, WFC1은 14.4%, WFC2는 19.96%, WFC3는 34.36%로 나타났다.

선행연구^{(Roh, 2001)}의 압축강도 추정식에 측정한 초음파속도를 대입하여 추정압축강도를 도출하였다. 추정압축강도와 압축강도를 비교한 오차율의 평균값은 Table 8과 같이 나타났다. 도출된 추정강도의 평균값 결과 UFC는 15.77MPa, SFC1은 23.28MPa, SFC2는 20.97MPa, PFC는 19.98MPa, WFC1은 25.1MPa, WFC2는 27.63MPa, WFC3는 35.9MPa로 나타났다. 추정강도와 압축강도를 비교하여 도출된 오차율의 평균값 결과 UFC는 20.47%, SFC1은 33.42%, SFC2는 13.17%, PFC는 8.25%, WFC1은 53.93%, WFC2는 50.65%, WFC3는 63.65%로 나타났다.

측정한 초음파속도를 선행연구^{(Oh ,1987)}의 압축강도 추정식을 통하여 추정압축강도를 도출하였다. 추정압축강도와 압축강도를 비교한 오차율의 평균값은 Table 9과 같이 나타났다. 도출된 추정강도의 평균값 결과 UFC는 19.14MPa, SFC1은 22.09MPa, SFC2는 21.13MPa, PFC는 20.75MPa, WFC1은 22.83MPa, WFC2는 23.86MPa, WFC3는 27.24MPa로 나타났다. 추정강도와 압축강도를 비교하여 도출된 오차율의 평균값 결과 UFC는 5.06%, SFC1은 27.18%, SFC2는 12.1%, PFC는 12.35%, WFC1은 42.33%, WFC2는 29.72%, WFC3는 24.09%로 나타났다.

초음파속도법을 통한 마감재 종류에 따른 콘크리트 실험체의 추정압축강도 결과와 압축강도를 비교한 오차율의 결과는 Table 10과 같다.

초음파속도법을 이용한 추정 압축강도 평균값은 Fig. 5와 같이 UFC는 16.99MPa, SFC1는 22.91MPa, SFC2는 21.02MPa, PFC는 20.23MPa, WFC1은 24.38MPa, WFC2는 26.44MPa, WFC3은 33.16MPa로 나타났다.

초음파속도법을 이용한 추정 압축강도와 실측 압축강도의 평균 오차율은 Fig. 6과 같이 UFC는 25.91%, SFC1는 33.24%, SFC2는 22.49%, PFC는 21.46%, WFC1는 50.27%, WFC2는 44.53%, WFC3는 51.12%로 나타났다.

4. 결 론

마감재 종류에 따른 초음파속도법을 이용한 콘크리트 추정압축강도 신뢰도 평과 결과는 다음과 같다. 초음파속도법을 통해 도출된 추정압축강도와 압축강도의 오차율은 21.83% ~ 58.89%로 광범위한 변동폭을 보이며. 추정압축강도에 대한 마감재 유무의 영향은 미비한 것으로 나타났다. 마감재가 페인트의 경우 오차율의 평균값은 25.3%로 나타났고 마감재가 벽지의 경우 오차율의 평균값은 48.64%로 나타났다. 마감재가 페인트인 경우와 벽지인 경우를 비교한 결과 벽지인 경우가 오차율이 더 높은 것으로 나타났다. 이에 추가적인 실험을 통하여 신뢰도를 높이고, 마감재 종류와 마감재 유무에 따른 초음파속도법을 이용한 콘크리트 압축강도 추정기법 연구가 필요하다고 판단된다.