콘크리트 비파괴시험

왜 배우는가: 비파괴시험은 시설물의 안전진단과 유지관리에서 구조물을 손상하지 않고 강도와 내부 상태를 조사하는 수단이므로 실무에서 중요하다. 시험 문제에서도 시험 종류와 측정 목적을 묻는 형태로 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제132회 2교시 4번, 제114회 3교시 1번, 제97회 3교시 2번, 제96회 3교시 4번, 제91회 2교시 2번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

비파괴시험은 시험 대상을 손상하지 않고 콘크리트의 강도, 내부 결함, 상태 등을 조사하는 시험 방법의 총칭이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 비파괴시험: 시험체를 깨뜨리지 않고 재료나 구조물의 성질과 상태를 조사하는 방법이다.
• 강도추정: 표면에서 얻은 측정값으로 콘크리트의 압축강도를 간접적으로 판정하는 시험 목적이다.
• 국부파괴법: 코어 채취처럼 구조물의 일부를 떼어 내어 시험하는 방법이며 국부적인 손상이 남는다.
• 접촉식·비접촉식: 측정 장치를 대상 표면에 대고 측정하는지, 떨어진 상태에서 측정하는지에 따른 적용 방법 구분이다.
• 반발경도법: 표면을 타격하여 되튀는 정도로 압축강도를 추정하는 방법이다.
• 슈미트 해머: 반발경도법에서 가장 널리 쓰이는 타격 장치이다.
• 반발도: 해머가 콘크리트 표면을 타격한 뒤 되튀어 오른 정도를 나타낸 값이다.
• 초음파펄스속도법: 초음파가 콘크리트를 통과하는 속도로 품질과 연속성을 판단하는 방법이다.

2. 개념 풀이

비파괴시험은 재료나 구조물의 검사에서 시험 대상을 손상하지 않고 그 성질, 상태, 내부 구조를 알아내는 조사법 전체를 가리킨다. 콘크리트 구조물에 적용할 때는 시험 목적에 따라 두 부류로 나뉜다. 하나는 압축강도, 휨강도, 인장강도 같은 강도를 추정하는 시험이고, 다른 하나는 강도 이외의 물성이나 내부 상태를 조사하는 시험이다.

측정 목적은 강도 추정에 한정되지 않는다. 동적 특성과 동결 융해 저항성, 탄성계수, 두께와 치수, 변위와 변형, 강성, 균열의 위치와 깊이와 폭, 결함과 공극, 온도, 함수량, 철근의 위치와 직경과 덮개와 부식, 근입 깊이 등을 조사하는 데도 비파괴시험이 쓰인다. 따라서 시험법은 측정 목적과 짝지어 이해해야 한다.

적용 방법에 따라서는 국부파괴법과 접촉식·비접촉식 방법으로 나뉜다. 국부파괴법은 코어 채취처럼 구조물의 일부를 파내어 시험하므로 손상이 남는다. 접촉식은 해머나 센서를 표면에 대고 측정하며, 비접촉식은 대상에 닿지 않고 측정한다. 이 구분은 손상을 허용할 수 있는 범위와 측정 정밀도를 고려해 시험법을 고를 때 기준이 된다.

반발경도법의 원리는 슈미트 해머로 경화된 콘크리트 면을 타격할 때 반발도와 압축강도 사이에 특정한 상관관계가 있다는 실험적 경험에 기초한다. 해머 내부 중추의 반동량을 반발도로 표시하고, 그 크기에 따라 압축강도를 추정한다. 다만 반발도는 타격 에너지, 피타격체의 형상과 재료 특성, 타격면의 골재 유무, 습윤 상태, 재령에 따라 달라지므로 강도와 일률적으로 대응하지는 않는다. 그래서 반발경도법은 간편하고 넓은 범위를 짧은 시간에 측정하는 장점을 살려 강도 추정의 보조 수단으로 쓰는 것이 일반적이다.

초음파펄스속도법의 원리는 발신 탐촉자가 만든 초음파 펄스가 콘크리트를 통과하는 데 걸린 시간을 재어 초음파 전달속도를 구하는 것이다. 속도가 빠르면 재료가 치밀하고 연속성이 좋다고 판단하고, 속도가 느리면 균열이나 공극이 많을 가능성을 의심한다. 탐촉자는 전기 펄스를 기계적 진동으로 바꾸는 장치이며, 그 진동수는 40~50kHz 범위이다.

핵심 용어는 다음과 같다.

• 탐촉자: 전기 펄스를 초음파 진동으로 바꾸어 콘크리트에 보내고, 반대편에서 수신한 진동을 다시 전기 신호로 바꾸는 장치이다.
• 초음파 전달속도: 초음파 펄스가 두 탐촉자 사이의 거리를 지나는 데 걸린 시간으로 거리를 나눈 값이며, 콘크리트의 품질을 평가하는 기준이 된다.
• 상관관계: 두 변수가 함께 변하는 경향을 뜻하며, 반발경도법에서는 반발도가 커질수록 압축강도가 높게 나타나는 경향으로 드러난다.

3. 등장 배경과 필요성

콘크리트 구조물의 압축강도를 가장 정확하게 아는 방법은 구조체에서 코어를 채취하여 실내에서 압축강도 시험을 하는 것이다. 그러나 코어 채취는 시료의 위치와 개수가 제한된다. 코어 채취 과정에서 철근을 절단하여 구조물의 변형을 일으킬 수 있다. 또한 구조물에 국부 손상이 남으며, 현장 구조체는 치수, 배합, 양생 조건이 설계와 달라 대표성 있는 시료를 고르기 어렵다.