콘크리트구조물 결함의 조사 4

콘크리트 構造物 缺陷의 調査

D. 콘크리트의 劣化   

1. 콘크리트 中性化 깊이의 測定

토목, 건축관계의 구조물 대부분은 철근콘크리트이고, 역학적 파괴와 특별한 화학적 부식을 제거하면 보통 반영구적 수명이라고 생각되지만, 그 중에는 보통 대기 중 환경하에 있어서도 콘크리트의 중성화에 의해서 철근이 부식되는 예를 볼 수 있는 것과 같이, 콘크리트의 알카리성 철근의 부식이 중성화에 관한 가장 큰 문제가 된다.

거기에서 콘크리트의 중성화 깊이의 측정은 콘크리트의 열화조사에 있어서 가장 일반적으로 이용되고 있는 수법이고, 종래로부터 이용되고 잇는 간편방법으로서 페놀프탈레인 1%알콜 용액법이 잇다. 깨끗한 콘크리트 파쇄면에 용액을 뿌리면 PH치 9이하는 무색, 그보다 높은 PH치는 적색을 나타내는 것에 의해 가장 간단하게 식별할 수 있다.

이상과 같이해서 콘크리트의 중성화 깊이는 충분히 정확히 알 수 있지만, 보다 상세히 중성화 정도를 판정하는데는 다음과 같은 방법도 있다. 이것도 PH치의 범위를 확대해서 색별하고 탄산화의 진행상태를 식별하려고 하는 유색 지시약으로 색과 PH치의 관계와, PH치 4∼10까지의 광역지시액으로 이용되는 약품과 그의 조합비율, PH치 10이상의 것에 이용하는 단 독지시액을 나타내면 <표1>과 같이 된다.

<표1> 中性化 試驗指示藥

시험방법으로서는, 철근이 손상하지 않도록 주의해서 콘크리트를 깎아내고 깎은면의 분말을 없애고, 그 지시액을 일정하게 분무기등으로 撒布한다. 그렇게해서 콘크리트 표면으로부터 착색부까지 의 깊이를 측정할 필요가 있는 경우는, 일반적으로 어떤 變狀이 나타나고서부터가 많기 때문에 그 구조물의 내구성을 정확하게 판단하기 위하 試驗個所數 및 부위의 선정에는 제작시의 자료가 있으면 포함해서 충분히 검토할 필요가 있다.

이렇게해서 구해진 중성화깊이와 경과년수와의 관계가 정량화될 수 잇으면 대단히 좋은편이고, 문헌에서는 각종의 시험결과로부터 콘크리트에 이용하는 각 재료가 중성화에 미치는 기여율을 고려해서 다음과 같은 실험식을 제안하고 있다.
 

여기에서 , k=(1.15+3w)/(w-0.5)²

w : 물-시멘트

t : 기간(년)

x :중성화 깊이 (cm)

R : ^{<표2 참조>} 

또, 콘크리트의 중성화는 이용되는 재료에 따라 그 영향이 크고, 동일하게 상기문헌을 정리해서 소개하면, 우선 시멘트로는 혼합시멘트나 실리카질 혼화재를 이용하면 중성화가 빠르고, 내구성 으로서는 포틀랜드 시멘트가 뛰어나며, 골재로는 透氣性의 큰 경량골재는 密室한 보통골재 보다도 중성화 속도를 빠르게 하는 것으로 생각되며, AE제나  減水劑등의 콘크리트 표면 활성제의 사용으로 중성화를 늦추고, 내구성의 향상에 큰 이점이 있다고 되어 있다.

콘크리트의 중성화는 자연현상이어서 그 발생은 어쩔 수 없다. 문제는 그것에 의해 발생하는 철근의 녹이 문제이다. 따라서 중성화에 대해서 조사할 경우 균열이나 동해, 화재 등이 공존하는 것이 보통이기 때문에 경미할 때에 대책을 세우는 것이 중요하다

<표2>요인별 중성화 비율

2. 콘크리트 劣化 調査

기상작용이나 재질적인 요인에 의해 사용상의 품질이 손상되는 경우가 있다. 이와같이 외적작용에 의해 콘크리트의 품질이 변화해서 내구성이 손실되는 과정을 열화라고 한다.

일반적으로 구조물의 열화에 미치는 요인은 종래의 경험으로부터 생각해보면, 한냉지에 있어서 자주 보이는 동결융해 작용에 의한 동해, 해안에 있어서 直接波浪 의 영향을 받거나, 해수의 작용을 받아서 열화하는 현상, 최근 문제화되고 있는 海砂使用에 의한 염해, 건축물이나 도시부에 있어서의 철도, 도로구조물에 보이는 화재에 의한 피해, 공장폐수나 汚水에 의해 화학적으로 침식되는 것, 콘크리트 표면에 발생한 균열에 의한 열화 등 그 형태는 광범위하게 걸쳐져 있다.

그리고 그의 열화현상은 내적요인과 외적요인이 복잡하게 관련되어 있고, 건전도의 판정이나 보수 방법의 검토에는 구조물의 사용조건, 피해의 종류에 따른 조사가 필요하다.

(1) 凍害에 의한 劣化

동해에는 반드시 물이 개재해 있고, 콘크리트 표면으로 침입한 물이 동결팽창하는 것에 의해 표면에서부터 순차적으로 파괴되어 내부에까지 진행해 가는 것이 그 형태이고 그 철근에까지 이르면 철근을 부식시키고, 게다가 균열로 발전하고 그 피해를 증대시키는 것이다.

동해 조사보고에 의하면 동종의 구조물이라고 피해를 받지 않는 것이 많았고, 한 개의 구조물이라도 품질의 변동에 의해 큰 차가 있는 것이 확인되고 있다.

이러한 동해를 받은 구조물을 조사하는 경우, 예를 들면 교항과 같이 하중작용을 받고 안전상 문제가 있는 것과 그렇지 않은 것 따위, 조사대상물에 의해 그의 내용도 다르게 된다. 결국은 그 조사 대상물의 동해에 의해 어느 정도의 피해를 받고, 잔유력이 어느 정도 있는지를 알아서 대책을 세우는 자료를 얻는 것이 조사의 목적이기 때문에, 외관검사, 콘크리트의 품질검사, 철근의 부식조사 및 구조물 전체로서의 내력검사 등 일련의 조사가 필요한 경우도 있고, 그의 일부로서 충분한 경우도 있다. 여기에서는 특히 콘크리트의 품질에 관한 조사를 서술한 것으로 하지만, 주의해야 하는 것은 조사의 목적에 부합한 대표적 시료를 선택하는 것이다.

우선 조사에 있어서는, 외관검사를 실시해서 變狀見取圖를 작성한다. 여기에는 균열, 콘크리트의 缺落이나,철근의 피복상태, 부식상태, 그외의 외관으로는 알기 힘든 콘크리트의 들뜸따위를 햄머의 타격음등으로 조사한다. 그것을 바탕으로 해서 비파괴검사에 의한 테스트 햄머나 초음파방법으로 콘크리트의 잔유 강도를 추정하며, 비교적 간단한 방법으로 페놀프탈레인 용액에 의한 중성화 깊이의 측정 따위가 일반적으로 실시되고 있는 열화깊이의 측정이고, 더욱이 필요에 의해서는 코아 채취하여 강도를 확인하든가 콘크리트의 재질이 문제가 되는 것 같은 경우 화학분석을 실시해서 배합을 추정함이 필요하다. 이것에는 전술한 것과 같이 代表試料를 얻기 어렵고, 구조물의 철근을 절단하든가 단면의 결손을 만드는 결점이 있어서 어디에다 적용할 수 있는것은 아니나, 화학분석시험등은 고도의 전문적지식의 경험, 설비를 요하는 것이기 때문에, 전문기관에 의뢰하는 것이기 때문에, 전문기관에 의뢰하는 것이 적당하다고 생각된다.

이상과같이 열화조사에는 이것이라 하는 결정적 수법이 없는 경우가 많기 때문에 한쪽으로 치우침이 없는 결론을 얻을 수 있도록 콘크리트의 재질관계의 조사 그 밖의 방면의 조사를 더해서 종합적으로 실시하는 것이 바람직할 것이다.

(2) 海水의 作用에 의한 劣化

염해 조사도 콘크리트의 재질면에서부터 상기동해조사와 본질적으로 바꾸는 것은 아니지만, 여기에서 콘크리트중의 염분함유량과 철근의 문제가 중요하다고 되어왔다.

조사항목으로서는 외관검사에 의해서 균열, 박리의 變狀見取圖를 작성하여 철근의 피복이나 부식상태, 콘크리트의 중성화 깊이의 측정은 어떠한 열화조사에서도 실시되고 있는 것으로 참고로 비파괴검사에 의한 테스트함마법, 초음파법이 최근에 용이하게 실시될 수 있도록 되어왔다. 염해의 경우, 전술한 콘크리트중 포함된 염분량의 측정이후의 정세판단을 위해 시시비비를 가리는 항목이고, 또 염해등은 콘크리트에 사용한 재료, 배합, 타설, 養生등 그 품질에 가장 영향을 주는 것이기 때문에 필요에 의해 코아를 채취해서 화학분석을 실시하고, 배합을 추정하든가, 압축강도, 흡수량, 투수성, 동해융해시험이 가능하면 보다 광범위한 종합적 판단자료를 얻을 수 있다.

균열의 관측은 그의 위치와 함께 균열폭도 Scale이 있는 시판 擴大鏡으로 찍은 사진을 첨부하면 설명자료로서 편리하고, 철근의 덧씌움과 부식상황은 철근에 따라 균열이 철근부식에 기인하는 것이라고 판단되면 조심스럽게 피복 콘크리트를 벗겨내고 균열의 발생원인을 확인하고 그 부식정도를 조사하여 칼라사진으로 찍어두면 좋다.

철근의 부식상태는 그 진행도에 따라 구별해서 평가할 필요가 있고, <표3>은 참고가 된다.

<표3>철근녹의 등급

콘크리트 속에 포함된 염분량의 측정은 구조물보다 절취한 코아로부터 목적에 맞는 커다란 시료를 얻어 105℃로 恒量이 될 때까지 건조시키고, 0.15mm의 체를 통과하도록 微粉해서 그 속으로부터 적당량의 분석시료를 分取해서 증류수를 가해 휘저으면서 100℃로 약 1시간정도 끓인 후, 여과지에 통과시켜 그 여과액에 관해서 구론산칼륨 지시액으로서 초산은용액(약 1/10)으로 적정해서 염소 이온의 함유량을 구하고 , 絶乾상태에 대해서 콘크리트시료의 함수량(Na Cl)을 측정하고 있는 실시예가 있고, 시험실에서 행할 경우 참고가 된다. 그 이외 화학분석, 투수성, 동결융해시험 따위는 동해의 항목에서 서술한 것과 같이 필요에 응해서 실적있는 기관에 의뢰하는 것이 적당하다.

(3) 火災에 의한 劣化

화재에 의한 피해의 형태로서는 변형, 콘크리트 표면의 錄離, 콘크리트 및 강재의 재질변화, 표면의 綱狀균열이 대표적 현상이다.

구조물의 한 部材가 일정하게 열을 받는 경우는 없으므로, 가열온도 차에 의한 각 구성재료간 열팽창의 차가 생기고, 또 단면내에서 표면과 내부와의 온도차에 의한 이상변형이나 2차 응력이 발생해서 균열이나 다른 피해가 생긴다. 특히 얇은 板狀의 콘크리트에 급격히 가열되면 爆烈을 일으킨다. 이 같은 현상은 콘크리트의 재질이 치밀할수록, 함수율이 높을수록, 가열이 급할수록 일으키기 쉽고, 고온을 받는 콘크리트는 밀도가 떨어지고 多孔質로 되면, 각종의 원인에 의한 균열이 발생한다. 이 때문에 흡수성이 증대 되든가. 중성화 속도가 빠르게 진행된다고 한다. 더구나 고온에서 콘크리트의 재질적 변화로서 현저한 특성은 400 - 500 ℃에서 상온콘크리트의 10-20%의 탄성이 저하되고, 200-300℃에서 콘크리트의 부착강도가 격감되는 것이 보고되어 있고, 그의 피해는 한층 증대하고 있다.

이같은 화재에 의한 피해를 받은 구조물의 조사에서는 피해가 대단히 급격히 발생하고, 많은 경우 그것은 사용중의 것이기 때문에 빠른 보수보강을 하든가, 교체를 하든가 등의 결론을 서두르지 않으면 안되므로 현장관리자로서는 그것이 어려운 문제이다. 조사항목으로서는 균열, 표면 콘크리트의 들뜸이나 錄離상태의 관찰이나 타격에 의해 조사해서 피해도를 작성하고, 대개의 열화깊이나 중성화깊이의 측정을 우선 실시하지 않으면 안된다. 또한 간단히 할 수 잇는 슈미트 함마에 의해 참고로서 健全部分과 대비하면서 측정해 보는것도 의미가 있지만, 실제로는 고온에 의해 표면 콘크리트가 재질변화를 일으켰든가, 요철이 생겼든가, 혹은 들떠있든가 하므로, 그의 측정이 어려운데다가 측정치의 변동폭도 커진다. 피해가 비교적 가벼운 것이면 이것으로 일단의 판단이 가능하다고 생각되지만, 활하중이 작용하는 중요구조물에서는 재하시험을 실시해서 변형, 응력 등을 측정하고, 광범위한 판단자료를 얻을 필요가 있다. 또 피해가 큰 경우는, 잔유변형을 측정하든가 탄산가스량이든가 遊離石炭量을 측정하는 것에 의해 受熱溫度의 추정이 가능하다고 하는 문헌도 있으므로 이것들도 더해서 충분히 검토할 필요가 있다.

(4) 균열에 의한 劣化

콘크리트 구조물에서 서술한 동해, 火害등 열화작용 이외의 원인으로 발생한 균열의 내구성상 문제가 되는 것은 자주 경험하는 것이다. 특히 철근 콘크리트나 PC구조물은 균열에서부터 철근의 부식을 유발시켜 내력의 감소를 초래하게 된다.

균열발생의 원인은 대단히 많고, 더구나 그의 원인이 복합되어 잇는 경우가 보통이기 때문에 원인조사가 어렵다고 보고있지만 구조물에 있어서 대단히 유해한 것이나, 그만큼 염려할 필요가 없는 것 등, 콘크리트나 시멘트 手和物인 한에는 材令과 함께 수축하는 본질적인 성질상 균열에 대한 사고방식도 그의 발생원인과 위치, 성상, 구조물의 종류와 중요도, 사용과 환경조건 등으로부터 종합적인 판단을 하지 않으면 안된다.

균열은 대단히 국소적인 것이므로 중요단면에 폭넓게 심부까지 도달해 있는 것, 또한 그 진행이 정지해 있는 것과 진행하고 있는 것등 여러 가지이고, 특히 진행성의 것에는 주의해서 관측을 계속할 필요가 있다.

균열에 의한 열화의 형태는 이상과 같이 그의 발생원인에 의해 여러 가지이지만 조사에 있어서 <표4>는 균열의 특징으로부터 그 원인을 추측하는 경우의 참고가 되는 것이라 생각되므로 표시하였다.

<표4> 균열의 원인과 특징

균열에 의한 열화가 구체적으로 문제가 되는 예로서는, 耐荷力에서 안전상 문제가 되는 것 같은 비교적 긴급을 요하는 것, 입지조건에 의해 염해든가 화학적침식에 의해 철근의 부식이 예상되는 것이나, 한냉지에서 우수 따위가 침입해서 동해나 철근부식을 일으키는 위험이 잇는 경우등은 실례로서도 경험할 것이다.

균열로 내하력이 문제가 되는 경우는 전절에서 서술되어 있는 재하에 의한 균열의 거동이나 변형, 응력의 측정조사가 중요항목이지만, 그외의 경우는 철근 녹의 문제 조사가 주안점이다.

RC구조물은 콘크리트의 늘어나는 능력 때문에 철근인장응력이 400kg/㎠정도가 되면 균열이 생기기 때문에 내구성상, 세계각국에서 허용균열폭이 그의 노출조건에 의해 0.1-0.3mm정도로 제한하고 있는 것이 실정이다. 또한 균열이 철근부식의 관계가 충분히 아직 해명되어 있지 않은 현상이고, 균열을 발생시킨 철근콘크리트 공시체를 해안 및 해수중에 暴露해서 균열폭이 철근부식의 관계에 관해서 조사한 보고에 의하면, 콘크리트의 중성화는 표면 1mm정도로 균열이 크고 철근이 상당히 부식되어 잇는 경우에도 중성화되어 있는 예는 적었다. 철근의 부식에 대해서도 종래생각되어 오던 것처럼, 균열폭이 작을수록 철근부식 정도는 가볍다고 하는 일반적 경향은 확인되었다. 일정한 균열폭 이상에서는 철근이 부식한다는 단순한 것이 아니고, 미세한 균열개소에서도 철근이 부식되는 경우가 있고, 역으로 균열폭이 커져도 항상 부식한다고는 할 수 없다고 하며, 콘크리트내의 철근의 부식기계의 복잡성과 그다지 급격하게 부식이 진행되는 것은 아니라는 사실을 알 수 잇다. 따라서 균열, 기타에 의한 열화조사에는 이러한 사실을 고려하여 빠른 시기에 적절한 처치가 강구하는 체제와 수법의 확립이 중요하다.

콘크리트 구조물 표면 균열에서 콘크리트의 열화상태나 그 원인, 환경조건 등을 조사할 경우에는, 육안관측에 의해 균열의 위치, 길이, 폭 등을 기입한 變狀圖를 작성하고, 특히 필요한 개소에 대해서는 칼라사진을 찍어두는 등은 기본적인 자료이다.

이때 균열 이외의 이상, 예를 들어 재료분리, 콜드죠인트, 박리, 결손 등이 있으면, 그 크기 형상을 기입하고 확실히 아는 것에 대해서는 원인설명을 평가하면 참고로 한다.

표면상태의 열화정도와 건전도의 관계에 대하여 다음과 같은 평가구분을 하고 있는 문헌이 있으므로 참고로 <표5>에 나타냈다.

<표5> 표면상태의 평가구분예

기타 전항에 기술한 것 같은 콘크리트의 중성화 깊이, 철근의 녹, 비파괴검사, 코아를 채취하여 물리적 특성이나 화학분석시험등이 있는데, 이것들은 열화의 성질과 정도, 환경조건을 감안하여 적의 추가하여 조사할 필요가 있다.

균열이 콘크리트 구조물의 열화 현상에서 가장 많은 대표적 존재라는 것은 관계자들이 인정하고 있고, 같은 열화현상에서도 그런 균열로부터 열화가 진행되어 가는 경우와, 원래 열화되기 쉬운 내적 요인이 있어서 균열이 발생하여 열화하는 경우에서는 그 사공방식에 차이가 생기는 것은 당연하며, 열화깊이의 조사에 있어서는 이 면의 고려가 절실하지는 않는가라고 생각된다.

(5) 化學的 作用 의한 劣化

화학적 작용에 의한 열환느 전항에서 기술한 것처럼 철근의 부식만이 아니고, 콘크리트가 침식되는 것이 특징이며 산, 鹽류등 화학약품만이 아니고, 해수, 流水, 汚水등 외에 배기가스, 오염대기에 의한 것도 넓은 의미에서의 화학적 작용에 의한 열화이다. 이것은 경제사회의 발전에 따라서 금후 문제시되는 것은 아닌가라고 생각된다.

流水에 의한 물리적 피해는 별도로 하고, 순연한 유수에 의한 화학적 피해는 없는 것 같은데, 콘크리트가 끊임없이 신선한 물로 씻겨지고 있으면 콘크리트내의 水酸化칼슘이 溶出되어 강도에 영향을 미치고, 석탄포화용액중에서 양생한 경우에 비하여 材令28일의 압축강도가 약간 저하하는 경향이 있다고 한다. 또 대기중의 탄산가스에 의한 중성화 현상도 수산화 칼슘과 의 화학반응이며, 酸素를 함유한 물, 황화수소등은 직접 철근을 부식시키거나, 표면 콘크리트의 알칼리 성분을 저하시켜서 방청효과를 잃는 것이다.

자동차의 배기가스에 포함되어 있는 오염물질이 콘크리트에 미치는 영향은 아직 충분히 연구가 진행되지 않았고, 이것으로 인해 문제가 되는 것인데 최근 문제시되고 있는 황산 Mist라고 불리는 아황산가스나 황산화물이 상공에서 안개에 용해되어 희석된 황산으로 되었던 것이 콘크리트 표면에서 시멘트 수화물과 반응하여 可容性의 황산칼슘으로 되어 침식될 염려가 있다고 한다.

해수중에는 염화칼슘, 염화마그네슘, 황산칼슘, 황산마그네슘 등의 염류가 함유되어 있고, 이것들이 콘크리트내의 칼슘분을 용출시킨다든지, 반응생성물의 팽창에 의해 조직파괴를 가져오는데 피해를 받는 것은 해수에 접하여 건조습윤을 반복한 부분이 크다. 이것은 화학적 작용외에 팽창수축의 반복, 波浪의 물리적 작용, 염해나 동해 등의 중복되는 것에 의한 것이다.

공장폐수나 오수중에 함유된 산, 염류, 화학약품에 의한 콘크리트의 침식작용에 대해서는 오래전부터 많은 연구가 되어왔고 그 침식기구는,

① 시멘트 水和物을 분해하거나, 수산화칼슘과 반응하여 가용성물질을 생성 용출한다.

② 반응생성물의 결정압에 의해 팽창하여 균열이 발생하여 파괴하는 것의 두가지로 대별된다. 침식은 모르터 콘크리트중에 침식액이 침입해서 일어나므로 콘크리트의 재질적밀실성에 가장 관계있는 것이다.

따라서 화학약품에 의한 열화는 넓은 의미에서는 대단히 광범위한 것으로 되어 열화의 원인이 알려지지 않으면 필요한 대책도 세울 수 없으며, 열화대책물의 조사만이 아니고 환경의 침식성 정도까지 조사할 필요가 있다.

구체적 조사에 있어서는 콘크리트 표면에서 없어진 페이스트 없는 모르터분의 두께, 골재의 부식과 노출상태 등을 관측하여 칼라 사진을 찍어두는 외에 적당한 도구를 써서 콘크리트의 연질화된 부분의 깊이, 변색, 부착물 등을 조사하는 것을 우선 실시하여야 한다. 그 외에 균열의 상태, 콘크리트의 중성화 , 철근 콘크리트인 경우는 철근의 부식정도도 동시에 조사한다.

화학약품에 의한 열화인 경우에는, 그 원인을 조사하는 것이 우선이며, 그것이 잘못되어 있으면 보수를 하여도 같은 것을 반복하는 것으로 되므로, 廢液등에 접하든지,또는 과거에 접한 경력이 있는 경우에는 환경조사를 실시하여 원인을 알 필요가 있다. 이와 같은 경우, 침식액의 PH치는 전술한 광역지시약에 의해 현장에서 간단히 조사할 수 있는데, 자세한 것은 경력서, 콘크리트의 공시체, 침식액을 실적있는 기관에 의뢰하여 조사받는 것이 확실하다.

3. 콘크리트의 비파괴 조사

콘크리트의 비파괴조사는 자주 요구된다. 예를 들어 이미 완성된 구조물의 콘크리트가 설계와 같은 강도가 있는지 어떤지, 현장시공 관리상 시방서와 같은 콘크리트가 만들어져 있는지 어쩐지를 조사할 경우, 또는 어떠한 원인에서 구조물이 열화하고, 내구성상문제가 발생한 잔재강도를 조사하여 건전도를 판정하는 경우가 잇다.

이와 같은 경우, 구조물을 손상시키지 않고 게다가 현장에서 간단히 측정하여 콘크리트의 품질이 판정될 수 있고, 더욱이 콘크리트의 품질변화를 대상으로 하는 콘크리트를 변화시키지 않고, 측정할 수 있으면 특히 유효한 수단이다.

그렇지만, 어떤 비파괴검사를 응용하고자 할 때는 그 시험방법을 적용하는 것의 適否와 얻어진 결과에 대한 판단에 충분히 주의를 기울일 필요가 잇다. 콘크리트 관계에서도 이제까지 많은 비파괴검사법이 시도되었는데, 현재 일반적으로 이용되고 있는 것으로서는 간단히 할 수 있는 表面硬度法의 일종인

Test-Hammer법, 규칙적인 형상을 한 공시체에 응용할 수 있는 空振方法, 供試體만이 아니고 현장구조물에도 응용할 수 있는 초음파 방법이 있다.

여기에서는 특히 기설구조물의 健全度 판정에 자주 이용되는 Test-Hammer법과 초음파방법에 대하여 이것을 현장에 적용하는 경우의 수법이나 주의사항에 대하여 기술하는 것으로 한다.

(1) Test-Hammer法

고안자의 이름을 딴 Schmidt Hammer가 자주 쓰이고 있다. 현재는 상당히 보급되어 있고, 골재의 종류, 강도의 대소에 따라 기종을 선정하여야 한다. 기종에는 N형이라고 불리는 보통 콘크리트용의 표준형, NR 형(보통 콘크리트용인데 N형에 反撥硬度 R의 자기기록장치를 부착한 것) M형(Mass 콘크리트용), L형(경량콘크리트용), P형(저강도 콘크리트용)이 있고, 제작사에서 상세한 설명자료가 나와 있으므로 그것에 의해 시험한다

Schmidt Hammer에서 시험을 실시한 경우의 주의사항으로서는 작은 치수로 지문이 긴 부재에 대해서는 시험시의 처짐을 감소시키기 때문에 측정개소의 배후를 지지할 것, 측정대상이 가벼운 경우는 시험시 이동하지 않도록 시험방향과 지지상태를 배려할 것, 노출자갈, 구멍, 재료분리를 일으킨 개소등에 대해서 시험하는 것은 피하고, 거푸집에 접한 면에서 모르터로 균일하고 평활한 평면부를 선정할 것, 필요에 따라 측정표면은 평활히 연마할 것, 마무리층 기타는 제거할 것, 타격방향은 항상 측정면에 직각방향으로 할 것,Hammer에는 급속히 힘을 가하지 않을 것, 측정점은 端部에서의 거리 및 상호간격을 3cm이상으로 하고 20점이상으로 할 것, 특히 이상하다고 판단되는 측정치와 偏差가 평균치의 ±20%이상으로 된 측정치는 제거하고, 그것을 대신할 측정치를 구한 후, 평균치를 구할 것등에 유의하는 것이다.

또한, 이 방법에는 간편하고 손쉬운 이점은 있으나, 비파괴로 강도를 추정한다고 하는 것은 무리한 점도 있고, 측정정도는 높지 않으므로 압축강도의 추정이 중요한 요소가 되는 조사에서는 이것만으로 결정을 내리는 것은 위험하므로 코아를 채취하여 직접강도를 확인할 필요가 있다.

이상과 같은 주의와 처치를 고려하여 구체적인 실측치의 처리순서를 설명하면 다음과 같다.

a. 基準硬度 R₀ 는 測定硬度 R에 다음과 같은 보정치 △R을 더한 것으로 한다.

R₀ = R +△R

보정치 △R은 다음과 같이 구한다.

①타격방향이 수평이 아닌 경우, 그 경사각도에 따라 <그림1>에서 구한다.

<그림1> 타격방향의 경사각도와 硬度補正値

②콘크리트가 타격방향에 직각인 압축응력을 받고 있는 경우, 그 압축응력의 크기에 따라서 <그림2>에서 △R을 구한다.

<그림2> 압축응력과 硬度補正値

③수중양생을 지속한 콘크리트를 건조시키지 않고 측정한 경우

△R=±5

b. 기준강도 Ro에서 압축강도 F를 추정하는 식으로서 다음 사항을 표준으로 한다.

일본 재료학회에 의한 강도계산식

F=13R₀ - 184(kg/㎠)

동경도 재료시험소에 의한 강도 계산식

F=10R₀ - 110(kg/㎠)

c.시공후 몇 년이 경과하여, 건조상태로 유지된 콘크리트 경도가 상당히 커지면, 그 값에서 추정한 강도는 실제보다 상당히 큰값으로 되므로, b에서 구한 압축강도에 <표6>에 나타낸 것처럼 經年係數 a_n을 곱한 것을 압축강도로 한다.

<표6> 材令과 經年係數

긴 세월의 사용과 기타에 의해 오차를 일으킨다고 생각될때는 취급설명서에 따라 조정하여야 한다. 또한 검교정에는 특수한 Anvil(무게 35lbs, 브린낼경도 500 kg/㎟)이 사용되고 있다.

(2) 超音波方法

금속에서는 예전부터 응용되고 있던 것으로, 초음파 Pulse를 콘크리트에 가해 전달시간을 측정하여 Pulse속도를 구하는 것이다. 이 방법의 특징은 공시체, 구조물 외관에 관계없이 10-20m의 구간에서 數cm의 작은것까지 측정할 수 있는 것이다.

최근에는 특히, 야외시험용으로서 경량, 가반식이고 측정시간이 수자로 표시되며, 간단히 사용할 수 있는 것이 시판되고 있다. 구체적인 사용방법 등은 취급설명서를 참조한다.

콘크리트에는 금속과 달리 초음파를 減衰시킨다든지, 반사되는 공극이나 粗骨材가 있고, 더욱이 열화구조물의 조사등에서는 표면 콘크리트의 요철이나 들뜸, 균열등이 존재하기 때문에 얻어진 결과를 그다지 과신하는 것은 피해야 하며, 콘크리트의 큰 등급별로 사용하는 쪽이 적당하다고 생각된다. 콘크리트의 강도가 중요한 판단자료로 되는 경우에는 따로 코아를 채취하여 확인하는 주의가 필요하다.

초음파법에 의해 구한 縱波速度와 압축강도의 관계에 대해서는 <그림3>에 나타낸 것처럼 배합이나 乾濕 상태에 따라서도 크게 달라지는 것이기 때문에 <표7>에 나타낸 외국의 예에 나타난 것처럼 대략적인 추정에 이용하는 것이 일반적이다.

<그림3> 縱波速度와 壓縮强度

<표7> 縱波速度와 品質

4. 콘크리트 코아에 의한 시험

이미 타설된 구조물에서 코아를 절취하여 그 강도와 기타 物性을 확인하여야 한다는 요구는, 설계상의 소요강도가 만족되고 잇는지 어떤지를 조사하는 관리상의 요구외에, 구조물의 열화상태를 조사하는 경우 등이 있다.

이 경우, 절취작업이나 시험이전의 문제로서 시험의 목적에 따라 대표적시료와 채취를 위한 장소와 수량의 선정에 대하여 충분히 검토하는 것이 중요하다.

구체적 방법이나 수단에 대해서는 KSF2422-81(콘크리트에서 코아 및 보의 강도시험방법)에 상세히 기술되어 있는데, 절취에는 콘크리트 코아 드릴 및 Cutter를 써서 구조물과 공시체를 파손시키지 않도록 하고, 코아 공시체를 파손시키지 않도록 하고, 코아 공시체의 직경 및 Beam공시체의 일변은 일반적으로 굵은 골재 최대치수의 3배이상, 어떠한 경우에도 2배이상으로 하고, 그 높이는 원칙적으로 직경의 2배로 되도록 채취한다. 이 경우, 미리 철근탐지기나 철취에 의해 철근의 위치를 확인해두고, 철근의 절단을 가능한한 적게하도록 배려하는 것은 물론이다. 철근 콘크리트에서는 구조물의 종류에 따라 피할 수 없는 경우 가 많으므로, 철근을 절취한 경우는 철근 주변의 콘크리트를 충분히 절취하고, 절단된 철근과 동재질, 同經의 것을 겹쳐 용접하여 보수해 두어야 한다. 그리고 절취된 코아 공시체는 외관검사에 의해 다음과 같은 사항을 조사한다.

즉,①채취위치와 부재 ② 콘크리트의 다짐이나 분리의 상태 ③ 중성화 深度 ④ 철근을 절취한 경우는 철근의 직경, 종류, 위치, 녹의 상태 ⑤ 기타 이물혼입, 균열, 사석의 유무등을 관측하여 자료로 한다.

강도시험에 앞서서 코아 공시체는 규준에 따라서 정형하여야 하는데, 특히 兩端面의 코아 軸線에 대한 직각도와 캡핑에 의한 가압면의 마무리에는 주의가 필요하다. 가압면 마무리의 정도가 0.1mm튀어나온 경우, 압축강도는 6-10%, 0.25mm의 경우 35%감소한다고 하는 보고도 있고, 또한 캡핑 두께가 6mm이상이 되면, 캡핑부의 파괴가 콘크리트의 파괴로 오인되며, 강도저하가 40%까지 달하기도 한다. 특히 양단면의 마무리가 고르지 않아서 試驗機軸線과 일치되지 않으면 강도저하는 특히 커진다.

압축강도 시험은 KSF2405(콘크리트의 압축강도 시험방법)에 공시체의 높이가 그 직경의 2배보다 작은 경우에는, 시험에서 얻어진 압축강도에 <표8>의 보정계수를 곱하여 직경의 2배인 높이를 갖는 공시체의 강도로 환산한다.

이외에 코아는 , 목적에 따라 투수성, 흡수성 등의 물리적 성질이나 화학분석시험에도 각 시험방법에 따라서 이용될 수 있다.

<표8> 압축강도의 보정계수

5. 콘크리트이 分析

경화된 콘크리트를 분석하여 그 시멘트, 물, 골재 또는 혼화재료 의 배합을 추정하려고 하는 요구는 자주 일어나는 것이다. 그렇지만 경화 콘크리트의 배합 추정에 관하여 여러 가지 시험방법이 연구되어 왔는데, 일반적인 경화콘크리트에서는 그 속에 함유되어 있는 물의 상태를 정확히 파악하는 것이 현재로서는 불가능하며, 기타 탄산화나 가용성성분의 용출등 화학적 구성이 변화하는 것, 材令이 길어지면 시멘트 水和物中의 성분이 難溶性으로 될 염려가 있는 것등에 의해, 만족한 만한 방법이 발견되지 않았다.

콘크리트의 분석은 시료의 調裂에 신중을 기하여야 한다. 특히 숙련된 인력과 설비를 요하고, 간단히 할 수 있는 것은 없기 때문에 권위있는 기관에 의뢰하는 것이 적당하다고 생각되므로 세부사항에 대해서는 KSF2416-85를 참조하고, 여기서는 그 개요와 관련된 주의점에 대하여 설명하는 것으로 한다.

이방법은 단위용적중량을 측정한 경화 콘크리트 시료를 완전히 분쇄하여 분석용 시료를 만들고, 稀釋鹽酸으로 용해하고 부용잔분에서 단위골재량을, 또 용액중의 산화칼슘을 정량하여 단위 시멘트량을, 각각 추정하는 것이다. 이 경우 사용재료의 성질이 알려져 있으면 단위량 추정의 精度는 상당히 높으나, 반대로 사용재료의 성질이 잘 아려져 있지 않으며 추정 정도는 낮아진다. 단위수량은 전술한 것처럼 콘크리트의 경력에 따라서 상당히 다르기 때문에 직접 추정하는 것은 어려우며, 공기량을 가정하고, 추정한 단위시멘트량 및 단위골재량에서 각각의 절대용적을 구해 차를 계산하므로써 개략의 추정이 가능하다.

따라서 사용재료의 성질이 잘 알려져 있지 않고, 그 시료도 원래의 콘크리트를 대표하는지 어떤지 알려지지 않은 일반 콘크리트에 대해서는 이 분석방법을 적용하여도 반드시 원래의 배합을 올바르게 구한다고는 할 수 없고, 참고치 정도로 되어 버리는 경우도 있을 것이므로 결과에 대한 판단을 혼동하지 않도록 주의할 필요가 있다.

분석시료의 채취에는 콘크리트 부재의 형상, 치수, 타설방법, 철근의 배치 등을 고려하여 부재를 대표하는 부분을 고르는 것이 중요하다. 그래서 시료는 모아 보오링에 의하는데 상당한 덩어리를 절취하여 그것에서 입방체 또는 角柱로 자르는 것이 좋다. 보오일한 丹柱에서 端面이 평활하지 않은 것은 굵은 골재 1개가 시료로 들어가는지 아닌지에 따라 분석치에 상당한 오차가 발생하므로 절단하여 평활하게 마무리한다. 또한 콘크리트체의 표면 또는 모서리를 떼어낸 것이나 상당히 큰 덩어리도 절취한 그대로의 것은 전술한 이유 때문에 부적당하다.

보오링한 丹柱의 직경, 입방체 한변의 길이, 또는 장방체의 최소변장은 굵은 골재최대 치수의 3배 이상으로 한다.

이와같이 채취된 시료는 아래의 순서에 의해 조제하여 화학분석용 시료로 한다.

이 분석방법은 시료의 용해에 희석염산을 써서 시멘트 부분만을 녹여서 골재부분은 가능한 한 녹이지 않는 것을 특징으로 하는 방법이다.

①콘크리트體에 절취한 분석시료의 표건단위용적중량과 절건단위용적중량을 구한다.

② 분석시료를 건조후 적당한 방법으로 No.6체를 완전히 통과할 정도로 전시료를 미분쇄하여, 分析用 粉末시료를 만든다.

③ 분석용 시료를 KSF 2416-82에 따라 분석하고, 불용잔분, 산화칼슘량을 정량한다.

④ 시료 콘크리트에 사용된 시멘트와 골재가 입수되면, 시멘트는 KSL5120-85에 의해 분석하고, 골재는 경화콘크리트 시료와 같이 미분쇄한 후 ③과 같은 방법으로 분석한다.

사용재료가 입수되지 않은 경우는 분석정도가 저하되는데, 시멘트가 보통 포틀랜드 시멘트이고 골재가 그다지 특수한 것이 아니고 특히 석탄암 기타 可溶成分이 많은 골재가 아닌 경우에는 시멘트 및 골재의 不容殘分, 산화칼슘량에 콘크리트 전문위원회에서 실시한 분석결과를 채용한다.

⑤얻어진 골재의 불용잔분을 써서 시료중인 골재량을 추정한다.

다음으로 ③에서 얻어진 산화칼슘에 ④에서 얻어진 골재중의 산화칼슘량을 보정한 후, 시료중의 시멘트량을 추정한다.

⑥콘크리트중의 시멘트 및 골재의 단위량은 ①에서 구한 절건단위용적중량에 ⑤에서 얻어진 배합비율을 곱해서 구한다.

⑦단위시멘트량 및 단위골재량, 시멘트와 골재의 비중 및 공기량을 가정하므로써, 표건단위용적중량에서 계산에 의해 단위수량을 추정할 수 있다.

그러나 전술한 것처럼 경화콘크리트중의 수분의 거동이 매우 복잡하기 때문에 , 어떠한 방법에 의하더라도 단위수량의 추정에는 상당한 오차가 발생하는 것이다.

참고를 위해 배합추정계산예를 <표9>에 나타냈다.

<표9> 配合推定計算例