콘크리트 비파괴 시험 중 '초음파법' 이란?
- 콘크리트 중의 음속의 크기에 의해 강도를 추정하는 것으로 음속은 피측정물의 소정의 개소에 붙인 발신자와 수신자의 사이를 음파가 전하는 시간을 측정하여 식에 의해 정하는 방법
콘크리트 구조물의 비파괴 시험은 압축강도를 추정하고, 내구성 진단 및 균열의 위치, 철근의 위치 등을 구조체를 파괴하지 않고 측정할 수 있다는 점이 큰 장점입니다.
이러한 이 중에서도 초음파법의 강도 시험과, 균열 깊이 평가의 시험목적과 작동원리 , 시험방법, 평가방법에 대해 말씀드리겠습니다.
1. 초음파법에 의한 강도 시험
시험 목적
- 이 시험은 초음파 펄스가 경화 콘크리트면을 따라 전달되는 초음파 전달 속도와 콘크리트 압축강도와의 상관관계를 도출하여 콘크리트의 압축강도 추정
시험 원리
- 초음파 속도를 이용한 비파괴검사법은 발진기, 발신자, 수신자에 의해 콘크리트를 통과하는 초음파 펄스의 전달시간을 측정하여 초음파 속도로 변환하여 콘크리트 강도와의 상관관계를 도출하여 초음파법에 의한 강도 추정
시험방법
측정 전 준비사항
- 측정면은 평탄한 곳, 균열이 없는 곳을 선정
- 도장된 곳이나 덧씌운 곳은 제거
- 요철, 공극, 자갈 노출부는 회피
- 그라인더로 요철, 분말 등을 제거
- 측정부위의 종횡 방향으로 최소 50cm 이상을 그라인딩을 한다.
- 습도가 높고 비 내리는 경우나 구조체가 습윤된 경우는 가급적 피한다.
측정 방법(시험 방법)
- 측정부위에 사전에 철근탐사 시험으로 철근의 위치를 파악하여 둔다
- 측정은 주로 간접법과 직접법에 의해 측정한다.
- 발, 수진자 위치에 철근이 직접 놓이지 않도록 하며, 측정부위를 종·횡방향으로 그라이딩 한다.
- 그라인딩은 콘크리트 표면에 이물질을 제거하기 위하여 실시하며, 10cm 간격으로 사전에 준비된 측정위치판을 이용하여 탐촉자의 측정위치를 원형으로 표시하되 간접법의 경우 최소 50cm 이상 측정할 수 있도록 실시한다.
- 측정대상면에 접촉제(그리스 등)를 바르고 발 수진자를 밀착하여 측정한다.
- 측정 전 측정기의 전원을 10∼20분간 켜놓고 안정된 상태에서 측정한다.
- 측정전 Calibr ation Bar를 이용하여 0점 조정을 실시한다.
- 측정위치에서 종 횡방향으로 측정을 실시한다.
- 측정 시 발진자를 고정하고 수신자를 이동하며 측정한다.
- 종 횡방향으로 10cm 간격으로 10cm부터 50cm까지 측정값이 안정될 때의 초음파 전달시간을 측정한다.
- 측정 시 특이한 상황에 대해서는 스케치하여 후에 자료 분석에 이용하도록 한다.
평가 방법
강도 추정은 측정된 자료를 분석 -> 전파속도를 결정 -> 현장에 적합한 강도 추정식 선정 -> 평가
측정자료의 처리 및 전파속도 결정
- 측정위치의 측정값을 X축에 거리, Y축에 전달시간 항으로 Plot 한다
- 각점에 대한 기울기의 양상을 비교·분석하여 콘크리트 내부의 이상 유무(균열, 공동)를 판단한다.
- 큰 이상이 없는 경우 이점들로 단순 회귀 분석하여 기울기를 구하고 기울기의 역수로 전파속도를 결정한다.
- 종방향과 횡방향의 전달 속도를 각각 산정한 후 그 평균을 그 위치의 전달 속도로 결정한다.
- 자료의 이상이 있을 때는 균열이나 결함이 있는지를 면밀히 분석한다.
강도 추정
- 일본건축학회 : Fc = 215Vd - 620 (kgf/㎠)
- 한전기술연구원 : Fc = 339.1Vd -1107(kgf/㎠)
여기서, Vd (=1.05Vi)는 직접법에 의한 속도(km/sec), Vi는 간접법에 의한 속도(km/sec)
분석된 초음파 전달 속도에 의한 콘크리트의 강도 추정은 기존에 제안된 식을 적용하여 평가한다.
2. 초음파법에 의한 균열 깊이 평가
시험목적
- 콘크리트에 발생된 균열을 초음파를 이용하여 콘크리트의 균열 깊이를 평가하고자 함
측정 원리(시험 원리)
- 경화된 콘크리트는 건전부와 균열부에서 측정되는 초음파 전달시간이 차이가 있어 전달 속도가 다름
- 이러한 전달 속도의 차이를 분석하므로 균열의 깊이를 평가
시험 방법
- 측정부위에 사전에 철근탐사 시험으로 철근의 위치를 파악하여 둔다
- 그라인딩은 콘크리트 표면에 이물질을 제거하기 위하여 실시하며, 각 시험법에 따라 필요한 길이로 실시한다.
- 발·수신자 위치에 철근이 직접 놓이지 않도록 한다.
- 측정대상면에 접촉제(구리스 등)를 바르고 발 수진자를 밀착하여 측정한다.
- 측정 전 측정기의 전원을 미리 켜놓고 안정된 상태에서 측정한다.(10- 20분)
- 측정전 Calibr ation Bar를 이용하여 0점 조정을 실시한다.
- 측정자료가 안정될 때의 초음파 시간을 측정한다.
- 측정 시 특이한 상황에 대해서는 스케치하여 후에 자료 분석에 이용하도록 한다.
- 발생된 균열의 시점과 종점, 중간점에서 각각 측정하여 균열의 현황을 파악할 수 있도 록 한다.
평가 방법
초음파 법에 의해 균열 깊이를 평가하는 방법은 주로 3가지 있습니다.
- T - 법
- Tc - To 법
- BS 법
① T - 법
T - 법은 발진자를 고정하고, 수신자를 10∼15㎝ 간격으로 이동시켜 전파 거리와 전달시간의 관계(주시 곡선)로부터 균열 위치의 불연속 시간 t를 도면상에서 다음 식을 이용하여 균열의 심도를 구한다
② T c - T o 법
이 방법은 수신자와 발신자를 균열의 중심으로 등간격 X로 배치한 경우의 전파시간 Tc와 균열이 없는 부근 2X에서의 전파시간 Ts로부터 균열 깊이 h를 다음 식에 의해 추정하는 방법으로 균열면이 콘크리트의 표면과 직각으로 발생되어 있으며, 균열 주위의 콘크리트 는 어느 정도 균질한 것이라고 가정하여 유도한 것이다. 다만, 균열에서 발·수신자까지의 거리는 진동자 단까지의 거리이다.
③ BS 법
BSI 1881 Part No. 203에 규정되어 있는 방법으로 발·수신자를 균열 개구부에서 a1=15cm, a2 =30cm로 배치했을 때의 전파시간 T1 , T2를 이용하여 균열깊이 d를 추정한다.
참고자료 : 국토 안전관리원 기술 자료실
여기까지 콘크리트의 비파괴 시험 중 초음파 법을 이용한 강도추 및 균열 깊이 측정의 시험목적과, 시험방법, 시험 원리 그리고 평가 방법에 대해 말씀드렸습니다. 위 내용 참고하시어 초음파 법의 이해에 도움이 되길 바랍니다.
감사합니다.
기타 자료 : 비파괴시험_슈미트 해머(반발 경도 법)
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