경화된 콘크리트의 강도를 추정할 수 있는 대표적인 비파괴 시험 방법으로 슈미트 해머(반발 경도 법)가 있습니다. 간편하고 짧은 시간에 강도 추정이 가능하고, 구조물을 파괴하지 않고 강도를 측정할 수 있기에 많이 사용하고 있습니다.
이러한 슈미트 해머, 반발경도법에 의한 강도 시험의 목적과 시험 원리 그리고 측정방법과 평가방법(강도 추정)에 대해 국토안전관리원의 기술자료를 참고하여 설명드리도록 하겠습니다. 가볍게 일독하시고 이해하시기 바랍니다.
1. 시험 목적
경화된 콘크리트 면에 슈미트 해머로 타격에너지를 가하여 콘크리트면의 경도에 따라 반발 경도를 측정하고, 이 반발 경도와 콘크리트 압축강도와의 상관관계를 도출함으로써 콘크리트의 압축강도를 추정합니다.
2. 반발경도법의 시험 원리
슈미트 해머에 의한 반발경도법의 원리는 경화된 콘크리트의 표면을 스프링 힘으로 타격한 후 반발되는 거리와 콘크리트의 압축강도와의 사이에 관계가 있다는 경험에 기초합니다. 그러나 타격 시의 반발 경도는 타격 에너지 및 피타 격체의 형상, 크기, 재료의 물리적 특성과 관계되는 여러 요인에 의해 크게 달라집니다.
반발 경도 시험의 영향 요인
- 콘크리트 표면의 골재 유무
- 습윤 상태
- 콘크리트 재령
- 탄산화 정도
강도 추정의 영향요인에 따라 신뢰성 등 문제점이 있으나 간편하고 짧은 시간에 강도 추정이 가능한 우수한 사용성과 콘크리트 구조물 전체에 대해 강도추정이 가능하다는 점에서 매우 유용한 시험방법이라 할 수 있습니다.
3. 슈미트 해머(반발 경도 법) 측정 방법
측정 전 준비 사항
- 측정면은 평탄한 곳을 선정하고, 도장된 곳이나 덧 씌운 곳은 제거
- 요철, 공극, 자각 노출부는 회피하고, 그라이너로 요철이나 분말 등을 제거
- 타격부의 두께가 10cm 이하인 곳은 회피하며, 보, 기둥의 모서리에서 최소 3~6cm 이격 하여 측정
- 슈미트 해머는 시험 전에 테스트 엔빌에 의해 교정 실시
- 반발 경도는 120도 각도로 3회 회전하며 측정과 평균값은 R=80±1이 바람직하거나 R=80±2의 범위까지 허용하며 이 범위를 벗어나면 조정 나사로 조정
측정 위치
- 벽, 기둥, 보 등의 측면
- 콘크리트 품질을 대표할 수 있는 곳
- 측정 작업이 쉬운 곳
측정
- 타격점의 상호 간격은 3cm로 하여 종으로 4열, 횡으로 5열의 선을 그어 직교되는 20점을 타격
- 슈미트 해머 타격 시 콘크리트 표면과 직각 유지
- 타격 중 이상이 발생한 곳(타격음 이상, 함몰 등)은 확인한 후 그 측정값은 버리고 인접 위치에서 측정값 추가
4. 슈미트 해머 측정 후 평가 방법
강도 추정은 측정된 자료의 분석 및 보정을 통하여 평균 반발 경도를 산정하고, 현장에 적합한 강도 추정식을 산정하여 평가하여야 합니다. 측정된 자료의 평균을 구하고 평균에서 ±20%를 벗어난 값을 제외하고, 이를 재 평균한 값을 최종 값(측정 경도)으로 합니다.
측정 자료의 보정 (보정 반발 경도)
보정 반발 경도
= 측정 경도 + ①타격 방향에 따른 보정 값 + ②압축 응력에 따른 보정값 + ③콘크리트 습윤 상태에 따른 보정값
※ 보정 반발 경도는 측정 경도 값에 보정 값을 더하여 콘크리트 구조물의 강도를 추정합니다.
① 타격 방향에 따른 보정 값
- 수평방향의 타격에 의한 측정치는 안정된 값을 나타내지만 타격 방향이 다른 경우는 슈미트 해머 내부의 해머 중량에 의한 반발 치를 보정해주어야 합니다. 아래 표는 타격 방향에 따른 보정계수를 나타낸 것입니다. 만약 직각 방향으로 타격하셨다면 타격방향에 다른 보정 값은 더하지 않으셔야 합니다.
타격방향에 따른 보정계수(슈미트사)
② 압축 응력에 따른 반발 경도의 보정
- 타격 방향과 직각 방향으로 압축 응력을 받는 부재는 압축 응력이 커짐에 따라 반발경도에 의한 압축강도가 실제보다 커진다는 사실이 시험결과 입증되었습니다. 따라서,
- 압축응력이 10 kgf/㎠인 경우 -> 압축 응력에 따른 반발 경도의 보정 값 = - 0.015 × 측정 경도
- 압축 응력이 25 kgf/㎠인 경우 -> 압축 응력에 따른 반발 경도의 보정 값 = - 0.05 × 측정 경도
③ 콘크리트 습윤 상태
에 따른 보정
- 콘크리트 표면이 습윤 상태에 있으면 건조상태보다 반발도가 작게 나오게 됩니다. 따라서 완전 습윤 상태에서는 건조상태를 기준으로 보정을 해야 하는데 이 때의 콘크리트 습윤상태에 따른 보정 값은 +5를 적용합니다.
※ 시간 경과 계수에 따른 반발 경도의 보정
- 수년이 경과한 콘크리트 구조물은 표면경도가 높기 때문에 재령 계수를 곱하여 압축강도를 추정해야 합니다. 아래 표는 콘크리트의 재령에 따른 압축강도 보정계수 a를 나타낸 것이며, 3000일 이상의 재령에 대해서는 0.63을 적용합니다.
5. 최종 강도 추정(슈미트 해머에 의한 반발 경도 시험법)
현재 주로 사용하고 있는 반발 경도에 의한 콘크리트 강도 추정식은 아래와 같습니다. 아래 식에서 R은 위에서 말씀드린 보정 반발 강도를 말합니다.
- 일본 재료학회(보통 콘크리트) : Fc = -184 + 13R (kgf/㎠)
- 일본 건축학회 CNDT 소위원회 강도 계산식 : Fc = 7.3R + 100 (kgf/㎠)
참고자료 : 국토 안전관리원 기술 자료실 비파괴시험 콘크리트
여기까지 콘크리트 비파괴 시험 중 하나인 반발 경도 법(슈미트 해머)의 시험목적과 시험 방법 그리고 측정된 결과를 보정하고, 판정하는 기준에 대해 설명드렸습니다. 마지막으로 슈미트 해머 시험 시 유의사항에 대해 말씀드리겠습니다.
- 두께 100mm 이하의 판재, 1 변이 150mm 이하 단면의 기둥, 보는 피할 것
- 콘크리트 재령(양생일)이 28일 경과한 후 실시할 것
- 표면이 미장, 도장 등 표피가 있는 경우 제거한 후 실시할 것
- 타격면과 기기는 수직이 되게 하여 서서히 힘을 가하여 타격할 것
- 화재로 소실되었던 구조체는 강도를 정확히 계측하기 어려우므로 유의할 것
아래 링크는 용접 검사중 비파괴 시험의 종류와 검사기준이므로 필요하신 분들은 참고하시기 바랍니다.
[KCS 14 31 20 :2019 용접] 용접검사 중 비파괴시험의 종류 및 검사 기준
↓ 관련 업무 자료 링크 ↓
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