KR20020087899A - 콘크리트 압축강도의 비파괴 검사를 위한 선 타격반발도시험기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 콘크리트 구조물의 콘크리트 균질성 정도를 파악하거나 혹은 변질의 정도를 알아보는 경우, 그리고 건설현장에서 콘크리트 타설 후 시간 경과에 따른 콘크리트의 변화를 측정하고 이에 따른 거푸집 및 비계의 철거시기를 예측하기 위하여 사용하는 비파괴 검사에 있어서 콘크리트의 압축강도를 추정하기 위한 선 타격 반발도시험기에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은, 콘크리트 압축강도 추정을 위한 반발도시험기의 임팩트 플랜저의 형태를 선으로 형성하고 압축스프링의 관경을 크게 하고 감김회수를 축소하는 방법으로 압축력을 증가시켜 타격력을 증대시킴으로써 콘크리트 복합체의 일체화된 반발도록 측정할 수 있도록 한 것에 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 시멘트화합물과 골재, 혼화재료 및 공기의 복합체로 구성되어 있는 콘크리트의 재료적 특성을 고려하여 선 타격에 의한 콘크리트의 반발도를 측정함으로써 간단하게 비파괴적 방법에 의해 콘크리트의 압축강도에 대한 실질적인 추정이 가능한 선 타격 반발도시험기를 제공한다.

Description

콘크리트 압축강도의 비파괴 검사를 위한 선 타격 반발도시험기{The line hitting rebound test machine for nondestructive test of concrete compressive strength}

본 발명은 기존의 콘크리트 구조물의 콘크리트 균질성 정도를 파악하거나 혹은 변질의 정도를 알아보는 경우, 그리고 건설현장에서 콘크리트 타설 후 시간 경과에 따른 콘크리트의 변화를 측정하고 이에 따른 거푸집 및 비계의 철거시기를 예측하기 위하여 사용하는 비파괴 검사에 있어서 콘크리트의 압축강도를 추정하기 위한 선 타격 반발도시험기에 관한 것이다.

최근 들어 구조물의 유지보수 및 보강기술에 대해서는 재료적으로나 공법적으로 많은 발전을 이룩하였고, 신기술의 개발도 꾸준히 이루어지고 있는 추세이다. 그러나 이러한 보수보강기술에 선행해야 하는 진단기술에 대해서는 과거 1950∼1960년대에 개발된 재래의 기술을 그대로 도입하여 적용하고 있는 실정이며, 이에 대한 기술의 개발도 데이터 측정의 정확성을 증대시키기보다는 출력방식의 편의성에 초점을 맞추고 있는 실정이다.

현재 콘크리트 압축강도의 추정을 위한 비파괴시험방법은 슈미트해머에 의한 표면반발도 측정법과 초음파에 의한 초음파시험법, 그리고 이 두 가지를 함께 사용하는 복합법이 널리 사용되고 있다.

그중 슈미트해머를 이용한 표면 반발도의 측정은 스프링의 압축에 의해 내부에 있는 해머가 임팩트 플랜저를 타격하게 되고 그 반발량을 측정하여 압축강도를 추정하고 있다. 이때, 임팩트 플랜저의 끝 부분은 곡면으로 가공되어 있어 슈미트해머를 이용한 타격은 기본적으로 점 타격의 개념을 도입하고 있다.

슈미트해머는 타격하는 측점이 작기 때문에 타격력이 콘크리트 내부까지 전달되지 못하여 콘크리트가 가지고 있는 총체적인 재료 본래의 반발력을 측정하는 것이 아니라 콘크리트 겉 표면의 반발력만 측정할 수밖에 없다. 따라서 시멘트 복합체로서의 콘크리트에 대한 일체적인 측정이 이루어지지 못하고 각 점의 측정된 데이터의 평균을 콘크리트의 반발도라고 간주하는 것이다. 즉, 콘크리트 표면에 골재가 있는 경우와 없는 경우의 측정값은 편차를 가지게 되는 것을 의미하고, 결국 콘크리트의 부분적인 표면 반발도를 가지고 압축강도를 추정하는 것은 그 상관관계가 저하된다는 문제점을 가질 수밖에 없는 것이다.

또한 슈미트해머는 타격 점이 작기 때문에 콘크리트 표면에 이물질이 붙어있는 경우에는 측정 오차가 매우 크게 발생하므로 필히 이물질을 제거한 후 시험하도록 되어 있다. 그러나 많은 콘크리트 구조물의 경우 시멘트 페이스트로 덧칠이 되어 있거나 페인트로 마감을 하는 것이 대부분이므로 이러한 부분에 대해 표면 반발도를 측정할 경우 시멘트 페이스트나 페인트를 제거해야 하나 현실적으로 이것을 완전히 제거한다는 것은 어려운 일이 되며, 완전히 제거한다고 하더라도 측정 후 이를 다시 보수해야 한다는 문제점이 있다.

특히 슈미트해머는 타격되는 콘크리트 면의 형태와 성상, 골재의 유무, 철근의 유무, 타격면 가공의 정도 등에 따라 측정치의 편차가 발생하게 된다. 이러한 측정의 오차를 줄이기 위하여 20개 정도의 다점타격을 하고 있으며, 오차가 큰 데이터는 제외하고 나머지 값의 평균을 구하여 콘크리트의 반발도로 산정하고 있다. 그러므로 측정면의 데이터를 구하기 위해서 많은 노력이 투여되고 있는 문제점을가지고 있다.

또한 슈미트해머의 경우 타격각도에 따라 측정값이 변화하게 된다. 직각으로 타격할 때와 45˚로 타격할 때, -90˚로 타격할 때, 모두 측정값이 달라지게 되고 각도가 조금씩 변화할 때마다 측정값도 동시에 변화되어진다. 현재, 슈미트해머 타격시의 각도를 유지하기 위한 보조장치가 개발되어 있으나 사용상 번거롭고 불편한 점이 많아 현실적으로는 사용되지 않고 있으며, 대부분 사용자의 감각에 의존하여 타격을 실시하고 있는 실정이다. 따라서 실질적인 콘크리트 반발도 측정작업에 있어서는 타격 시마다 조금씩 타격각도에 오차가 발생하게 되고, 이렇게 각도의 변화가 생겼을 경우, 데이터의 신뢰성은 저하하게 된다. 이것은 기본적으로 슈미트해머가 점 타격이므로 일정한 측정각도를 유지하는 것이 어렵기 때문에 발생하는 문제점이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 콘크리트 압축강도 추정을 위한 반발도시험기의 임팩트 플랜저의 형상을 선으로 구성하고 압축스프링의 관경을 크게하고 감김회수를 축소하는 방법으로 압축력을 증가시켜 타격력을 증대시킴으로써 콘크리트 복합체의 일체화된 반발도를 측정할 수 있도록 하여, 기존 콘크리트 구조물이나 시공중인 건설현장에서 콘크리트의 압축강도를 비파괴 검사방법을 통해 용이하게 추정하기 위한 선 타격 반발도시험기를 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 요구되는 중요한 기술적 과제는 다음과같은 사항이 있다.

(1) 콘크리트의 재료적 특성에 적합한 반발도의 측정

(2) 정확한 콘크리트 반발도 측정을 위한 타격각도의 유지

(3) 콘크리트 압축강도 비파괴검사에 소요되는 노력과 시간의 절감

(1)의 경우는 시멘트 복합체인 콘크리트의 각 구성요소들을 동시적으로 반발도 측정부위에 포함시켜 일체화된 콘크리트의 압축강도 성능을 측정할 수 있도록 해야 한다. 따라서 본 발명은 도 4와 같이 반발도시험기의 임팩트 플랜저의 형상을 선으로 형성하여 시멘트 복합체인 콘크리트의 재료적 특성을 고려한 일체화된 반발도를 측정할 수 있도록 한 것에 특징이 있다.

(2)의 경우는 임팩트 플랜저의 형상이 콘크리트 표면에 밀착될 수 있는 모양을 형성하고 있으므로 항시 반발도시험기의 타격각도가 콘크리트 면과 직각을 이룰 수 있도록 하여, 타격각도의 변화에 따른 데이터의 오차가 발생하지 않도록 한 특징이 있다.

(3)의 경우에는 콘크리트의 재료적 특성을 고려한 반발도를 측정할 수 있게 되므로 반발도시험의 측정 오차를 줄일 수 있게 되고, 점이 아닌 선에 대해 반발도를 측정하게 되어 보다 넓은 면적에 대한 반발도시험의 실시가 가능하게 된다. 이에 따라 타격회수를 감소시킬 수 있게 되므로 콘크리트 압축강도의 비파피검사에 소요되는 노력과 시간을 절감시킬 수 있도록 한 특징이 있다.

도 1은 선 타격 반발도시험기의 단면도 및 임팩트 플랜저의 단면도

도 2는 선 타격 반발도 시험기의 타격 개념도

도 3은 선 타격 반발도시험기의 응력분포도

도 4는 선 타격 반발도시험기의 임팩트 플랜저의 입면도 및 상, 하 평면도

도 5는 선 타격 반발도시험기 설치도

도 6은 선 타격 반발도시험기의 측정방법 예시도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1. 임팩트 플랜저 2. 콘크리트 표면

3. 하우징 4. 지침과 가이드 로드

5. 압축스프링 6. 푸시버튼

7. 뒤 커버 8. 멈춤쇠

9. 해머 10. 충격스프링

11. 눈금판 12. 펠트 와셔

이하, 본 발명의 기술구성을 도1 내지 도6에 도시되는 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1의 (a)는 본 발명에 따른 선 타격 반발도시험기 내부의 단면도로서 구성부품의 명칭과 구성관계를 도시한 도면이며, (b)는 선으로 형성된 임팩트 플랜저의 단면을 나타낸 도면이다. (a)에 도시되어진 선 타격 반발도시험기는 뒤 커버(7)와 펠트 와셔(12)로 둘러싸인 원통체로 제작되어 그 내부에 구성부품을 수용하여 주는 하우징(3)과 상기 하우징(3)의 뒷부분에 장착되어 압축력을 발생시키는 압축스프링(5)과 상기 압축스프링(5)에 의해 발생된 압축력을 일정한 위치까지 지지하고 있다가 압축력을 구동시킬 수 있도록 하는 멈춤쇠(8)와 상기 압축스프링(5)의 작용으로 발생된 압축력에 의해 작동되어 임팩트 플랜저(1)에 타격력을 전달하는 해머(9)와 상기 해머(9)의 타격력을 콘크리트 면(2)에 밀착하여 콘크리트 내부로 전달하고, 이로 인해 발생되는 콘크리트 내부 응력의 반발도를 검출할 수 있도록 하며, 면으로 형성되어 콘크리트 면(2)과 상시적으로 직각상태를 유지함으로써 반발도 측정 시 측정 각도의 변화에 따른 오류를 예방하고 정확한 반발도 측정이 가능하도록 선으로 형성된 임팩트 플랜저(1)와 상기 선으로 형성된 임팩트 플랜저(1)에 검출된 반발도를 다시 해머(9)에 전달하여 해머(9)를 밀어 올리는 충격스프링(10)과 상기 충격스프링(10)의 힘에 의해 밀려 올라오는 해머(9)의 구동에 의해 작동되어 콘크리트의 반발도 정도를 지시하여 데이터를 인지할 수 있도록 하는 지침(4)과 상기 지침에 의해 지시된 데이터의 크기 정도를 표시하여 주는 눈금판(11)과 상기 눈금판(11)의 크기를 읽을 때 반발도시험기의 상태에 따라 상기 지침(4)의 위치가 변하지 않도록 일시적으로 지침(4)을 고정하는 푸시버튼(6)으로 구성되어 있는 것을 나타내고 있다.

도 2의 (a), (b), (c)는 선 타격 반발도 시험기 타격 개념을 도시한 것으로써 단계별로 압축스프링(5)과 해머(9), 충격스프링(10) 및 임팩트 플랜저(1)와 콘크리트 면(2)의 관계성을 압축스프링(5)에 의한 압축작용과 압축력의 정도 및 충격스프링(10)이 그 타격력을 전달하는 과정을 통해 나타내고 있다.

도 3의 (a)는 기존의 반발도시험기의 타격력이 콘크리트 내부로 전달되어 콘크리트가 이에 저항하는 응력분포도를 나타낸 것이며, (b)는 선 타격 반발도시험기의 타격력이 콘크리트 내부로 전달되어 콘크리트가 이에 저항하는 응력분포도를 나타낸 것이다. 기존의 반발도시험기는 점 타격에 의해 콘크리트의 반발도를 측정하기 때문에 시멘트화합물로 형성되어 있는 부분과 굵은골재가 있는 부분을 별도로 타격하여 그 평균값으로 반발도를 측정하게 되고, 콘크리트 내부로 전달되는 힘의 정도도 매우 작은 범위를 가지게 된다. 반면, 선 타격 반발도시험기는 선 타격에 의해 콘크리트의 반발도를 측정하기 때문에 콘크리트 내부의 넓고 깊은 부분까지 힘이 전달되고 그에 대한 응력분포도가 형성되므로 일체화된 콘크리트의 재료적 특성을 반영한 반발도를 측정할 수 있게 된다.

도 4의 (a)는 선 타격 반발도시험기의 임팩트 플랜저(1)의 입면도, (b)는 임팩트 플랜저(1)의 상부 평면도, (c)는 임팩트 플랜저(1)의 하부 평면도를 나타낸 것으로서 반발도시험기의 임팩트 플랜저(1) 부분을 선으로 타격할 수 있도록 하부를 선으로 가공하여 압축스프링(5)의 타격력에 의해 콘크리트의 반발도를 측정할 수 있도록 하며, 선으로 형성되어 콘크리트 면(2)과 측정을 위하여 밀착할 경우,상시적으로 직각상태를 유지할 수 있도록 함으로써 반발도 측정 시 측정 각도의 변화에 따른 오류를 예방하고 정확한 반발도 측정이 가능하도록 구성되었다.

도 5의 (a) 및 (b)는 선으로 형성된 임팩트 플랜저(1)를 설치한 선 타격 반발도시험기의 설치도를 나타낸 것이다.

도 6은 이러한 선 타격 반발도시험기를 사용하여 콘크리트의 반발도를 측정하는 방법을 나타낸 것이다. (a)와 (b)는 측정방법을 나타낸 개념도이며, (c) 내지 (f)의 그림은 실제로 측정하는 것을 나타낸 것이다. 측정방법에 대해 도 1에 명기한 부품의 명칭을 참조하여 설명하면, 도 6의 (a) 및 (b)와 같이 선으로 형성된 임팩트 플랜저(1)를 측정하고자 하는 콘크리트 면(2)에 밀착시켜 콘크리트 면(2)과 직각으로 반발도시험기를 거치시키는 단계와 상기 반발도시험기를 압축하여 반발도시험기 내부에 있는 압축스프링(5)이 수축하면서 해머(9)를 밀게 되고, 멈춤쇠(8)에 의해 지지되고 있던 압축스프링(5)은 멈춤쇠(8)가 풀어지면서 해머(9)에 운동에너지를 전달하게 단계와 상기 해머(9)가 압축스프링(5)의 힘에 의해 임팩트 플랜저(1)를 강하게 타격하는 단계와 상기 해머(9)의 타격을 받은 임팩트 플랜저(1)가 콘크리트에 충격력을 전달하는 단계와 상기 임팩트 플랜저(1)에 콘크리트 내부의 반발력이 전달되어 반발력을 충격스프링(10)으로 전이시키는 단계와 상기 충격스프링(10)의 작용으로 해머(9)를 위로 밀어 올리고, 해머(9)가 콘크리트의 반발력만큼 튀어 오르면서 가이드로드(4)에 있는 지침(4)을 이동시키는 단계와 푸시버튼(6)을 눌러 상기 지침(4)을 고정시키고 눈금판(11)의 데이터를 읽은 후, 이를 기록하는 단계로 선 타격 반발도시험기를 이용한 콘크리트의 반발도 측정이이루어진다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의한 선 타격 반발도시험기를 콘크리트 압축강도 비파괴시험에 적용할 경우, 선 타격에 의한 콘크리트의 반발도를 측정하기 때문에 시멘트복합체의 콘크리트의 재료적 특성을 시험 데이터에 반영하여 일체화된 재료로서의 콘크리트 반발도를 측정할 수 있으며, 콘크리의 시멘트화합물 부분과 굵은골재 부분을 한꺼번에 동시적으로 측정함으로써 반발도 데이터의 평균값을 내기 위해 여러 번 타격해야 하는 노력과 시간을 줄일 수 있다. 또한 선 타격에 의해 반발도를 측정하기 때문에 선 타격에 의해 전달되는 충격력이 콘크리트 내부의 깊은 부분까지 전달되어 보다 넓은 범위의 반발도를 측정할 수 있게 되므로, 보다 정확하고 정밀하게 구조물의 상태를 파악할 수 있다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 콘크리트 압축강도 추정을 위한 반발도시험기의 임팩트 플랜저의 형태를 선으로 형성하고 압축스프링의 관경을 크게 하고 감김회수를 축소하는 방법으로 압축력을 증가시켜 타격력을 증대시킨 선 타격 반발도시험기에 관한 것이다.

본 발명에 따라 기술적 측면과 경제적 측면에서 다음과 같은 효과가 있을 것으로 기대된다.

기술적 측면에서는, 기존의 점 타격 반발도시험기와는 달리 진보된 선 타격 반발도시험기를 발명함으로써 콘크리트의 재료적 특성에 적합한 비파괴시험을 실시할 수 있도록 하였다. 이에 따라 콘크리트 구조물의 성능에 대한 분석 및 품질에대한 판정을 명확하게 할 수 있도록 하여 기존 구조물의 보수보강 및 해체에 대한 판단을 정확하게 할 수 있으며, 신축 구조물의 거푸집해체시기 및 콘크리트의 압축강도 발현상태에 대한 과학적인 분석이 가능해지는 효과가 있다.

경제적인 측면에서는, 반발도시험에 소요되는 노력과 시간을 단축시켜 측정의 효율성을 높임으로써 구조물의 진단에 소요되는 기술인력의 투입을 감소시키는 효과가 있어 경제성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 국내의 건설현장 및 감리회사, 안전진단회사에서 사용되고 있는 막대한 수량의 반발도시험기는 대부분 해외로부터의 수입에 의존하고 있어 이러한 수입 시험기기 일변도의 반발도시험기 시장을 대체하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 비파괴시험방법에 의해 콘크리트의 성능 및 품질을 평가하기 위한 반발도시험기에 있어서,

   뒤 커버(7)와 펠트 와셔(12)로 둘러싸인 원통체로 제작되어 그 내부에 구성부품을 수용하여 주는 하우징(3)과 :

   상기 하우징(3)의 뒷부분에 장착되어 강한 압축력을 발생시키는 압축스프링(5)과 :

   상기 압축스프링(5)에 의해 발생된 압축력을 일정한 위치까지 지지하고 있다가 압축력을 구동시킬 수 있도록 하는 멈춤쇠(8)와 :

   상기 압축스프링(5)의 작용으로 발생된 압축력에 의해 작동되어 임팩트 플랜저(1)에 타격력을 전달하는 해머(9)와 :

   상기 해머(9)의 타격력을 콘크리트 면(2)에 밀착하여 콘크리트 내부로 전달하고, 이로 인해 발생되는 콘크리트 내부 응력의 반발도를 검출할 수 있도록 하며, 선으로 형성되어 콘크리트 면(2)과 상시적으로 직각상태를 유지함으로써 반발도 측정 시 측정 각도의 변화에 따른 오류를 예방하고 정확한 반발도 측정이 가능하도록 선으로 형성된 임팩트 플랜저(1)와 :

   상기 선으로 형성된 임팩트 플랜저(1)에 검출된 반발도를 다시 해머(9)에 전달하여 해머(9)를 밀어 올리는 충격스프링(10)과 :

   상기 충격스프링(10)의 힘에 의해 밀려 올라오는 해머(9)의 구동에 의해 작동되어 콘크리트의 반발도 정도를 지시하여 데이터를 인지할 수 있도록 하는 지침(4)과 :

   상기 지침에 의해 지시된 데이터의 크기 정도를 표시하여 주는 눈금판(11)과 :

   상기 눈금판(11)의 크기를 읽을 때 반발도시험기의 상태에 따라 상기 지침(4)의 위치가 변하지 않도록 일시적으로 지침(4)을 고정하는 푸시버튼(6)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 선 타격 반발도시험기.