이빛나
(Binna Lee)
1
이종석
(Jong-Suk Lee)
2†
-
정회원, 한국건설기술연구원 전임연구원
-
정회원, 한국건설기술연구원 연구위원, 교신저자
Copyright © The Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection
키워드
국내환경, 초음파속도, 압축강도, 혼화재료, 일반 콘크리트
Key words
Domestic environment, Ultrasonic pulse velocity, Compressive stregnth, Admixture, Ordinary concrete
1. 서 론
콘크리트는 과거부터 현재까지 가장 많이 활용되는 건설재료로 콘크리트의 강도는 구조물의 설계 및 품질을 판단하는 지표 중 하나로 활용되며 특히, 구조물의
안전성과 내구성 등을 평가하는 주요 인자로 활용되고 있다. 콘크리트의 압축강도는 일반적으로 ASTM, KS 등 기준에 명시된 것처럼 압축 강도 시험을
통해 평가되며 높은 신뢰도를 가지지만, 시료를 파괴하는 방법이기 때문에 현장에서 적용하기에 한계가 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해 구조물에 손상을
주지 않는 비파괴 시험법에 대한 연구가 지속적으로 진행되어 왔으며, 이 중 콘크리트의 강도를 추정하는 방법에 대한 연구도 제안되고 있다.
비파괴 시험법은 콘크리트의 물리적 특성을 파괴 시험법이 아닌 방사선, 초음파, 전자기 등을 이용하여 구조물의 손상을 주지 않고 콘크리트의 성능 및
결함 등을 파악하는 방법을 말한다. 이 중 콘크리트의 강도를 추정하는 비파괴 시험법으로는 반발경도법, 초음파속도법, 충격파법 등이 있으며 현장에서
주로 사용하는 비파괴 시험법으로는 반발경도법과 초음파속도법이다. 이 중 초음파속도법은 초음파를 이용하여 콘크리트의 내부 품질을 평가하는 것으로 확보된
데이터를 통해 콘크리트의 균질성, 결함 등의 콘크리트 품질과 강도 등을 추정할 수 있다. 그러나 이러한 방법은 콘크리트의 재료, 재령, 외부 환경적인
요인에 영향을 받는다는 단점이 있으나 콘크리트 측정시 콘크리트의 손상이 없고, 신속하고 사용 방법이 용이하며 경제적이기 때문에 현장에서 많이 활용되고
있다.
초음파속도법을 활용한 강도 추정식은 여러 연구자들에 의해 제안되고 있으며 각각의 추정식은 실험 환경 및 기간, 양생 조건 등에 따라 상이한 결과를
나타내고 있다. 또한, 이러한 연구 결과는 주로 실내 환경 등의 제한된 환경에서 확보된 추정식이기 때문에 현장에서 측정된 자료와의 차이가 발생한다.
특히, 국내의 경우 우리나라 환경에서 장기간 노출 시험을 통해 실측한 자료가 미흡하기 때문에 외국의 경험식을 차용하고 있으며 이로 인해 국내 환경의
구조물을 대상으로 압축강도 추정시 낮은 신뢰도를 나타내고 있다. 이러한 한계로 인하여 ASTM 기준에서는 비파괴 시험에 의한 강도 추정방법은 콘크리트
품질의 균질성을 판정하는 수단으로 규정하고 있으며, 일본건축학회나 RILEM의 기준에서도 콘크리트 강도추정의 보조수단으로 규정하고 있다. 그러나 영국 BS 및 독일 DIN 기준에서는 콘크리트 강도추정 수단으로 사용할 수 있도록
권고하고 있다.
따라서 본 연구에서는 국내 환경에 장기간 노출된 다양한 콘크리트를 대상으로 재령별 압축강도와 초음파속도를 측정하였으며 콘크리트의 종류 및 물/시멘트비에
따라 구분하여 분석하였다. 또한, 확보된 데이터를 바탕으로 압축강도와 초음파속도와의 상관관계를 검토하였으며 이를 통해 국내 비파괴 검사 기술의 향상을
위한 참고 자료로 활용하고자 한다.
2. 본 론
2.1 문헌 고찰
초음파속도 측정 방법은 콘크리트 구조물의 일정 거리(L)를 통과하는 펄스(Pulse)의 통과 시간으로부터 초음파속도를 산출한다. 즉, 콘크리트 표면에
발진자와 수신자를 일정 간격으로 부착한 후 발진자를 통해 압축파를 발생시키면, 수신자는 압축파가 도달한 시간을 측정하여 식 (1)과 같이 투과 거리(L)를 통과 시간(T)으로 나누어 초음파속도를 산출한다.
여기서, $V$는 초음파속도 (m/s), $L$은 투과거리 (m), $T$는 유효 시간 (s)이다.
이때, 발진자와 수신자의 위치에 따라 초음파속도 측정 방식은 직접전파법, 간접전파법, 반직접전파법으로 구분되며, 본 연구에서는 신뢰성이 가장 높은
직접전파법으로 초음파속도를 측정하였다.
초음파속도법을 활용한 콘크리트의 압축강도를 추정하는 연구는 1945년 캐나다의 Leslie, Cheesman 그리고 1948년 Jones 등이 진공관을
이용한 장비를 개발하면서부터 시작되었다(1949, Cheesman; 1949, Jones). 이후 영국, 네덜란드에서 진공관을 이용하지 않고 초음파전파시간을
디지털로 측정할 수 있는 PUNDIT(Portable ultrasonic non destructive digital indicating tester)가
개발되면서 연구가 본격화되었으며, 1951년에는 Whitehurst의 연구를 토대로 ASTM 규준에 채택되었으며, 1983년 일본의 건축학회에서도
초음파속도법을 활용하여 콘크리트의 강도 추정을 위한 비파괴 시험방법 매뉴얼을 작성하고 압축강도 추정식을 제안하였다(1951, Whitehurst;
2001, Lim and Kang).
국외에서는 W.N.Raynolds (1974)는 콘크리트의 각각의 재료의 전파속도를 기초로 계산한 전파속도와 실측한 콘크리트의 전파속도를 비교하여
잘 일치한다는 사실을 발표하였으며, H.N.Tomsett (1980)는 콘크리트의 품질을 평가하는데 있어 초음파속도의 실질적 적용에 대한 연구결과를 발표하였다. 또한, Atici (2011)는 다양한 혼화재료를 변수로
구성 재료에 따른 영향을 분석하였으며, Dei Rio (2004)는 재령에 따른 콘크리트의 경화정도와 초음파속도와의 관계에 대한 연구를, Trtnik
(2009)의 경우 인경신경망 이론을 활용하여 신뢰도 낮은 측정치를 제거하는 방법을 적용하여 신뢰도 높은 결과를 도출하였다.
국내에서는 Koo (1997) 등은 실물 크기의 실험체를 제작하여 비파괴 검사 및 코어시험을 통해 압축강도를 추정하는 연구를 수행하였으며, Han and Kim (1999)은
비파괴 시험을 활용하여 콘크리트의 강도를 추정하기 위해 반발경도법과 초음파속도법을 실측 실험 결과와 비교 및 검증하였다(Kim, 1998; Hong and Cho., 2011; Hong et al., 2018). 최근에는 고강도 콘크리트의 사용이 증가하자 비파괴 시험법을 활용하여 콘크리트의 강도 추정식을 도출하여 현장 적용성을 평가하는 등의 다양한 연구가
수행되고 있다(Lim and Kang, 2001; Kim et al., 2004; Lim., 2007; Kim et al., 2016; Hong et al., 2019).
Table 1 Strength prediction equation
|
Researcher
|
Estimation equation
|
|
Japanese institute of architecture(J.A)
|
$F_{c}=(215V_{p}-620)\times 0.098$
|
|
Japanese society of materials research(J.M)
|
$F_{c}=(102V_{p}-117)\times 0.098$
|
|
J.Pysziak's proposal
(J.proposal)
|
$F_{c}=(92.8V_{p}^{2}-508V_{p}+782)\times 0.098$
|
|
Gokcheon's proposal
(G.proposal)
|
$F_{c}=(172.5V_{p}-499.6)\times 0.098$
|
$F_{c}$: Compressive strength(MPa), $V_{p}$: Pulse velocity(km/s)
초음파속도법을 활용하여 콘크리트의 강도를 추정하는 제안식은 일본, 미국, 유럽 등 각국마다 매우 다양한 식들이 제안되고 있으며, 각각의 추정식은 실험
조건에 따라 다른 결과를 나타내고 있다. Table 1은 국내에서 가장 많이 사용되는 강도 예측식으로 국내 환경 조건에 대한 장기 재령에서의 검토가 필요하다.
2.2 실험체 제작 및 실험 방법
본 연구에서 사용한 실험체는 국내 내륙 환경에 약 15년간 옥외 노출 시험한 시험체로 총 6개의 배합으로 구분된다. 이 중 세 개의 배합은 물/시멘트비(40%,
50% 및 60%)에 따라 구분되며, 나머지 세 개의 배합은 혼화재료의 종류(고로슬래그, 플라이애시 및 실리카흄)에 따라 구분된다. 이때, 물/시멘트비에
따라 구분되는 시험체의 시멘트는 1종 보통포틀랜드 시멘트를 사용하였으며 자세한 배합 및 특성은 Table 2 및 3과 같다. 혼화재료 종류에 따라 구분되는 시험체의 경우 물/결합재비는 50%이며, 사용된 혼화재료는 고로슬래그 미분말, 플라이애시 및 실리카흄으로
자세한 배합은 Table 2와 같다. 혼화재료의 혼입량은 고로슬래그를 혼입한 시험체(BS)의 경우 시멘트 대비 30%로 치환하여 제작하였으며, 플라이애시를 혼입한 시험체(FA)의
경우 시멘트 대비 15%, 실리카흄을 혼입한 시험체(SF)의 경우 시멘트 대비 5%를 치환하였다. 사용된 재료의 화학적 및 물리적 특성은 Table 3과 같다.
실험체는 $\phi$100*200mm의 원형 공시체로 제작하였으며, 타설 후 2일간 습윤 양생을 실시한 후 26일간 기건 양생을 수행하였으며, 29일차에
옥외 노출 시험장으로 이동하여 노출 시험을 수행하였다.
압축강도는 KS F 2405에 따라 측정하였으며, 초음파속도는 KS F 2731에 따라 Fig. 1과 같이 측정하였다.
Fig. 1 Image of ultrasonic pulse velocity test(direct method)
Table 2 Mixture properties of specimens
|
Type
|
w/b
|
S/a
|
Unit weigth(kg/cm3)
|
|
W
|
C
|
BS
|
FA
|
SF
|
S
|
G
|
|
O-40
|
40
|
40
|
175
|
438
|
-
|
-
|
-
|
1012
|
667
|
|
O-50
|
50
|
42
|
175
|
350
|
-
|
-
|
-
|
1020
|
730
|
|
O-60
|
60
|
44
|
175
|
292
|
-
|
-
|
-
|
1012
|
786
|
|
BS
|
50
|
42
|
175
|
245
|
105
|
|
|
1020
|
730
|
|
FA
|
298
|
-
|
53
|
|
|
SF
|
333
|
-
|
-
|
18
|
Table 3 Pysical properties and chemical compositions
|
Type
|
Main components(wt, %)
|
Density
(g/cm3)
|
Fineness
(cm2/g)
|
|
SiO2
|
Al2O3
|
Fe2O3
|
CaO
|
MgO
|
SiO3
|
L.O.I
|
|
OPC
|
21.0
|
6.4
|
3.1
|
61.3
|
3.0
|
2.3
|
1.4
|
3.15
|
3,413
|
|
BS
|
33.3
|
15.3
|
0.4
|
42.1
|
5.7
|
2.1
|
0.03
|
2.9
|
4,159
|
|
FA
|
55.3
|
25.8
|
5.5
|
2.9
|
0.8
|
0.3
|
0.2
|
2.2
|
3,550
|
|
SF
|
96.0
|
0.3
|
0.1
|
0.4
|
0.1
|
-
|
1.6
|
2.1
|
200,000
|
2.3 옥외 노출 시험장
옥외 노출 시험장은 고양시 대화동 인근에 위치하였으며 Fig. 2와 같다. 옥외 노출 시험장의 주변 환경은 겨울 평균 온도 기준으로 –1.8℃, 여름 평균 온도 기준으로는 24.2℃이며, 겨울 평균 습도는 60.2%,
여름 평균 습도는 76.3%를 나타내며 자세한 사항은 Fig. 2와 같다.
Fig. 2 Outdoor exposure test site
3. 실험 결과
3.1 압축강도 결과
3.1.1 물/시멘트비 종류에 따른 압축강도
Fig. 3은 재령 28일 및 재령 15년차의 압축강도를 나타낸 것으로 기존 문헌처럼 물/시멘트비가 증가함에 따라 압축강도가 저하하는 경향을 나타내었다(Lee, 2023). 또한, 물/시멘트비에 따라 재령 15년차 압축강도는 재령 28일 강도 대비 최소 47%에서 최대 63%의 강도 증가가 발생하였다.
물/시멘트비 40%인 시험체(O-40)의 경우 재령 28일차 압축강도는 약 47 MPa, 재령 15년차 압축강도는 약 69 MPa으로 약 22 MPa
증가한 값을 나타내었다. 물/시멘트비 50%인 O-50의 경우 재령 28일차 강도는 34 MPa를 나타내었으며, 재령 15년차 강도는 재령 28일차보다
약 22 MPa 증가한 56 MPa를 나타내었다. 물/시멘트비 60%인 시험체(O-60)의 경우 재령 28일차 및 재령 15년차 강도가 각각 28
MPa 및 42 MPa를 나타내었다.
Fig. 3 Compressive strength at 15 years (w/c)
3.1.2 혼화재료 종류에 따른 압축강도
Fig. 4는 혼화재료 종류에 따라 재령 28일 및 재령 15년차 압축강도를 정리한 것으로 Fig. 3과 같이 재령이 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었다.
Fig. 4 Compressive strength at 15 years (admixtures)
포졸란 재료인 고로슬래그 미분말을 혼입한 시험체(BS)의 경우 재령 28일 강도는 약 31.5 MPa로 시험체 중 가장 낮은 강도를 나타내었으며,
재령 15년차 강도는 재령 28일 압축강도 대비 약 25 MPa 증가한 56.6 MPa를 나타내었다. 플라이애시를 혼입한 시험체(FA)의 28일 강도는
33.7 MPa을 나타내었으며, 재령 15년차 강도는 56.6 MPa로 BS 시험체의 15년차 강도와 동일한 강도를 나타내었다. 고로슬래그 및 플라이애시
혼입 시험체의 재령 28일차 강도는 기준 시험체보다 낮지만 재령 15년 강도는 기준 시험체보다 높은 강도를 나타내었다.
한편, 고강도용 혼화재료인 실리카흄을 혼입한 시험체(SF)의 경우 재령 28일 및 재령 15년차 강도가 각각 44.6 MPa 및 65.6 MP로 모든
재령에서 가장 높은 강도를 나타내었다.
3.2 초음파속도 결과
3.2.1 물/시멘트비 종류에 따른 초음파속도
Fig. 5는 재령에 따른 초음파속도를 정리한 것으로 분석결과, 물/시멘트비가 증가할수록 초음파속도가 감소하는 경향을 나타내었으며, 물/시멘트비에 관계없이 재령이
증가함에 따라 초음파속도가 증가하는 경향을 나타내었다.
Fig. 5 Ultrasonic pulse velocity (w/c)
물/시멘트비 40%의 경우(O-40) 재령 28일차 초음파속도는 약 4.40 km/s로 측정되었으며, 재령 1년차 및 재령 15년차의 경우 4.45
km/s 및 4.60 km/s로 측정되었으며, 모든 재령에서 가장 높은 초음파 결과를 나타내었다. 물/시멘트비 50%의 경우(O-50)의 경우 28일차
초음파속도는 4.32 km/s로 측정되었으며, 재령 1년차의 경우 약 4.34 km/s, 재령 15년차의 경우 약 4.43 km/s를 나타내었다.
물/시멘트비 60%의 시험체는 시험체 중 가장 낮은 초음파속도를 나타내었으며 재령 28일차는 약 4.17 km/s, 재령 1년차는 4.22 km/s,
재령 15년차는 4.31 km/s를 나타내었다.
이러한 연구 결과는 Metha(1986) 및 Abo-Qudais(2005)의 연구와 유사한 결과로 재령이 증가함에 따라, 물/시멘트비가 감소함에 따라 초음파속도가 증가하며, 이러한 원인은 콘크리트의 내부 공극 감소 및 강도
증가의 영향인 것으로 판단되며 이에 대한 상세 분석은 3.3 절에서 분석하였다.
3.2.2 혼화재료 종류에 따른 초음파속도
Fig. 6은 혼화재료 종류에 따라 재령별 초음파속도를 그래프로 나타낸 것으로 분석결과는 다음과 같다.
BS 시험체의 경우 재령 28일 초음파속도는 4.08 km/s로 재령 28일 시험체 중 가장 낮은 값을 나타내었으며, 재령 1년차는 4.29 km/s를,
재령 15년차는 4.46 km/s를 나타내었다. FA의 경우 재령 28일 및 재령 1년차의 경우 4.20 km/s 및 4.25 km/s를, 재령 15년차
초음파속도는 4.40 km/s을 나타내었다. SF 시험체의 경우 재령 28일에는 4.28 km/s, 재령 1년차 및 재령 15년차에는 4.26 km/s
및 4.36 km/s를 나타내었다.
혼화재료를 혼입한 시험체의 경우 Fig. 5에서처럼 시험체 종류에 관계없이 재령이 증가함에 따라 초음파속도가 증가하는 경향을 나타내었다. 한편, SF 시험체의 경우 다른 시험체와 달리 재령
1년차 초음파속도는 28일 초음파속도보다 낮게 나타났으며 재령 15년차는 28일 초음파속도보다 높게 나타났다. 이러한 결과는 Hong (2021)의 연구 결과와 유사한 결과로 실리카흄을 혼입한 시험체의 초음파속도는 공극, 재령 등에 관계없이 비선형 관계를 나타낸다고 보고하고 있다. 또한, 이러한
원인에 대하여 Hong(2021)은 실리카흄의 밀도가 일반 콘크리트보다 낮고, 실리카흄을 혼입한 콘크리트의 공극 크기의 분포 등 복합적인 영향을 받기 때문에 이러한 결과가 나타난
것으로 보고하고 있으며, 이에 대한 추가 연구 및 검증이 필요할 것으로 판단된다.
Fig. 6 Ultrasonic pulse velocity (admixture)
3.3 압축강도와 초음파속도와의 상관관계 분석
3.3.1 물/시멘트비 종류에 따른 상관관계 분석
물/시멘트비를 변수로 제작한 시험체(O-40, O-50 및 O-60)를 대상으로 압축강도와 초음파속도와의 상관관계를 검토하기 위하여 Fig. 3의 압축강도와 Fig. 5의 초음파속도를 Fig. 7과 같이 나타내었다. 이때, Fig. 7의 x축은 압축강도, y축은 초음파속도를 나타내며 압축강도와 초음파속도와의 관계를 분석하기 위하여 선형 추세선과 결정계수를 추가하였으며, 추세선과
측정 데이터와의 편차를 계산하여 그림에 나타내었다.
Fig. 7 Relationship of ultrasonic pulse velocity and compressive strength according
to water/cement ratios
Fig. 7의 압축강도 및 초음파속도를 분석한 결과 압축강도가 증가함에 따라 초음파속도가 증가하는 선형적인 관계를 나타내었으며 이때 결정계수는 약 0.65를
나타내었다. 또한, 물/시멘트비에 따라 압축강도와 초음파속도와의 구간이 구별되었으며, 물/시멘트비가 60%의 경우 압축강도는 약 30 ~ 45 MPa,
초음파속도는 약 3.9 ~ 4.4 km/s를 나타낸 반면, 물/시멘트비가 40%인 경우에는 압축강도는 약 55 ~ 70 MPa, 초음파속도는 약 4.4
~ 4.7 km/s를 나타내었다. 물/시멘트비에 따른 추세선과 측정 데이터와의 분포도 즉, 표준편차를 분석한 결과 물/시멘트비가 감소함에 따라 표준편차도
감소하는 경향을 보였다. O-60의 경우 0.10, O-50은 0.07, O-40은 0.05로 물/시멘트비가 감소함에 따라 압축강도와 초음파속도와의
상관관계가 높아짐을 확인할 수 있었다. 이러한 원인은 기존 문헌과 마찬가지로 물/시멘트비가 감소함에 따라 시멘트 매트릭스 내의 공극이 감소하고 이로
인해 조직이 밀실하고 균질해짐에 따라 압축강도와 초음파속도와의 상관관계가 높아지는 것으로 판단된다(Metha, 1986; Abo-Qudais, 2005).
한편, 물/시멘트비에 따른 초음파속도를 비교한 결과 압축강도의 범위는 최소 약 30 MPa에서 최대 70 MPa로 약 40 MPa의 범위를 나타낸
반면, 초음파속도는 약 4.1 km/s에서 최대 4.7 km/s로 약 0.6 km/s의 차이를 나타내었다. 즉, 0.6 km/s 차이에 따라 압축강도의
값이 최대 40 MPa의 차이가 발생할 수 있는 의미로써, 본 연구의 데이터에서는 동일한 초음파속도 값이라도 약 10 MPa의 편차가 나타남을 확인할
수 있었다.
따라서, 혼화재료를 사용하지 않는 일반 콘크리트를 대상으로 초음파속도법을 활용하여 강도를 추정할 경우 식 (2)을 통해 예측 강도를 추정할 수 있을 것으로 판단된다.
이때, 식 (2)는 예측 압축강도 값이 약 30 MPa 에서 70 MPa 범위 내에서 사용함이 바람직하며, 동일한 초음파속도의 결과라도 약 10 MPa의 강도 차이가
발생할 수 있으므로 이를 고려하여 평가하는 것이 바람직할 것으로 판단된다. 또한, 본 연구에서 수행하지 못한 30 MPa 이하의 강도 데이터 등에
대해서는 지속적인 데이터 확보 및 검증과 같은 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.
3.3.2 혼화재료 종류에 따른 상관관계 분석
혼화재료를 변수로 제작한 시험체를 대상으로 압축강도와 초음파속도와의 상관관계를 검토하기 위하여 Fig. 4의 압축강도와 Fig. 6의 초음파속도를 다음 그림(Fig. 8, 9 및 10)과 같이 나타내었다. 이때, Fig. 8은 고로슬래그를 혼입한 시험체, Fig. 9는 플라이애시를 혼입한 시험체, Fig. 10은 실리카흄을 혼입한 시험체를 각각 나타내었으며, 각 그림의 x 축은 압축강도를, y축은 초음파속도를 나타내었다.
Fig. 8의 고로슬래그를 혼입한 시험체(BS)의 압축강도와 초음파속도와의 관계를 분석한 결과, 결정계수가 약 0.40으로 나타났으며 데이터의 산포 정도가 높게
나타났다. 강도의 구간별 초음파속도를 분석한 결과, 압축강도 30 ~ 40 MPa 구간에서의 초음파속도는 약 4.0 ~ 4.4 km/s를 나타내었으며,
압축강도 50 ~ 60 MPa 구간에서는 약 4.1 ~ 4.6 km/s를 나타내었다.
Fig. 8 Relationship of ultra-sonic pulse velocity and compressive strength of concrete
with ground granulated blast-furnace slag
Fig. 9 Relationship of ultra-sonic pulse velocity and compressive strength of concrete
with fly ash
Fig. 9의 플라이애시를 혼입한 시험체(FA)의 경우에도 압축강도와 초음파속도와의 관계를 분석한 결과, 결정계수가 0.2로 BS시험체보다 낮은 상관관계를 나타내었다.
Fig. 9의 강도 구간별 초음파속도를 분석한 결과, 압축강도 30 ~ 40 MPa 구간에서의 초음파속도는 약 4.2 ~ 4.3 km/s를 나타내었으나 압축강도
50 ~ 60 MPa 구간에서는 약 4.1 ~ 4.6 km/s로 넓은 산포를 나타내었다.
Fig. 10 Relationship of ultra-sonic pulse velocity and compressive strength of concrete
with silica fume
Fig. 10의 실리카흄을 혼입한 시험체(SF)의 압축강도와 초음파속도와의 관계를 분석한 결과, 결정계수가 0.3으로 다른 혼화재료와 유사하게 낮은 상관관계를
나타내었다. 압축강도 구간에 따라 분석한 결과 압축강도 40 ~ 50 MPa 구간에서는 초음파속도가 약 4.3 ~ 4.5 km/s를 나타내었으며 압축강도
60 ~ 70 MPa의 경우 초음파속도가 4.4 ~ 4.6 km/s의 범위를 나타내었다.
이상의 분석을 바탕으로 혼화재료를 혼입한 시험체를 대상으로 압축강도와 초음파속도와의 관계를 정리한 결과, 혼화재료의 종류에 관계없이 압축강도와 초음파속도와의
상관관계가 낮은 것으로 확인되었다. 특히, 이러한 경향은 압축강도가 50 MPa 이상이 되는 구간에서 더 크게 발생하였으며 이러한 결과는 Kim(2016) 등의 연구와 유사하게 나타났다(Kim, 2016; Abo-Qudais, 2005; T. Noguch and F. Tomosawa, 1993). Kim(2016)은 이러한 원인으로 50 MPa 이상의 고강도 콘크리트 영역의 경우 강도 증가가 주로 골재의 강도 및 미세 수화 생성물의 조직 치밀성 등에 영향을
받기 때문에 압축강도가 증가하더라도 초음파속도는 기존과 다른 경향을 나타낼 수 있다고 보고하고 있다(Kim, 2016). 즉, 혼화재료를 혼입한 콘크리트의 경우 압축강도와 초음파속도와의 관계는 비선형 관계를 나타내며, 이러한 경향은 50 MPa 이상의 고강도 콘크리트
영역에서 더 크게 발생한다. 따라서, 혼화재료를 혼입한 콘크리트의 경우 초음파속도를 바탕으로 강도를 평가하는 것은 무리가 있을 것으로 판단되며, 강도
대신 콘크리트의 품질 등 다른 요소를 평가하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
4. 결 론
본 연구에서는 국내 환경에 15년간 노출된 다양한 콘크리트를 대상으로 압축강도와 초음파속도를 측정하였으며 시험체 종류에 따라 압축강도와 초음파속도와의
상관관계를 검토하였다.
1) 문헌 및 본 연구의 결과를 바탕으로 분석한 결과 일반 콘크리트를 대상으로 물/시멘트비 종류에 따라 재령별(재령 28일, 1년 및 15년) 초음파속도를
비교한 결과, 물/시멘트비가 감소할수록 초음파속도가 증가하는 경향을 나타내었다.
2) 혼화재료 종류에 따라 재령별(재령 28일, 1년 및 15년) 초음파속도를 비교한 결과, 고로슬래그 및 플라이애시 시험체의 경우 재령에 따라 초음파속도가
증가하는 경향을 보인 반면 실리카흄을 혼입한 시험체의 경우 재령에 관계없이 낮은 상관관계를 나타내었다.
3) 물/시멘트비 종류에 따라 압축강도와 초음파속도와의 상관관계를 분석한 결과 압축강도가 증가함에 따라 초음파속도가 증가하는 선형적인 관계(R2=0.6535)를
나타내었으며 특히, 물/시멘트비가 감소할수록 분산도가 낮게 나타나 높은 연관성을 나타내었다.
4) 혼화재료 종류에 따른 압축강도와 초음파속도와의 상관관계를 분석한 결과, 압축강도와 초음파속도와의 상관관계는 낮은 것으로 확인되었으며, 특히 50
MPa 이상의 강도 구간에서 매우 낮은 상관관계를 나타내어 초음파를 활용한 강도 예측은 어려울 것으로 판단된다.
감사의 글
본 연구는 과학기술정보통신부 한국건설기술연구원 연구개발적립금지원사업인 ‘국민 안전과 미래 건설 선도를 위한 인프라 구조기술 개발(수행과제번호:
20240303-001)’과제에 의해 수행되었습니다.
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