KR20130133385A - 표면 반발 경도계를 이용한 암석의 풍화도지수 산출방법 - Google Patents

표면 반발 경도계를 이용한 암석의 풍화도지수 산출방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 암석의 표면을 파괴하지 아니하고, 암석의 풍화도지수를 산출하기 위한 표면 반발 경도계를 이용한 암석의 풍화도지수 산출방법에 관한 것으로서, 표면 반발 경도계와 초음파 측정장비를 이용하여 공시암석의 표면경도값과 초음파속도값을 각각 측정하고, 측정된 표면경도값과 초음파속도값 간의 상관관계를 산출하여, 일반적으로 인정된 풍화도지수와 초음파 측정장비를 통하여 측정된 초음파속도값 간의 상관관계를 풍화도지수와 표면경도값으로 적용가능하여, 암석의 파괴 없이 해당 암석(측정암석)의 풍화도지수를 정량적으로 산출할 수 있도록 하는 표면 반발 경도계를 이용한 암석의 풍화도지수 산출방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 초음파를 이용한 암석의 풍화도 산출 이외에, 표면 반발 경도계를 활용한 석조문화재용 비파괴 진단방법 및 데이터의 신뢰도를 확보가능하고, 암석의 암종과 무관하고 암석의 풍화상태에 맞는 풍화도지수를 암석의 표면 파괴없이 제공가능한 효과를 얻을 수 있으며, 암석의 표면 파괴없이 산출된 풍화도지수를 이용하여 석조문화재와 같은 문화유산을 풍화도에 따라 다양하게 적용하여 보존관리할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

표면 반발 경도계를 이용한 암석의 풍화도지수 산출방법{Calculating Method for Weathering Degree of Rock Using Rebound Hardness Teste}
본 발명은 암석의 표면을 파괴하지 아니하고, 암석의 풍화도지수를 산출하기 위한 표면 반발 경도계를 이용한 암석의 풍화도지수 산출방법에 관한 것으로서, 표면 반발 경도계와 초음파 측정장비를 이용하여 공시암석의 표면경도값과 초음파속도값을 각각 측정하고, 측정된 표면경도값과 초음파속도값 간의 상관관계를 산출하여, 일반적으로 인정된 풍화도지수와 초음파 측정장비를 통하여 측정된 초음파속도값 간의 상관관계를 풍화도지수와 표면경도값으로 적용가능하여, 암석의 파괴 없이 해당 암석(측정암석)의 풍화도지수를 정량적으로 산출할 수 있도록 하는 표면 반발 경도계를 이용한 암석의 풍화도지수 산출방법에 관한 분야이다.
암석의 강도 및 경도를 측정하는 방법으로는 슈미트 경도측정, 초음파 탐사 방법, 침관입 강도측정 등의 압축강도 추정방법 등이 있으나, 주로 콘크리트, 토양 등의 분야에 널리 사용하고 있기 때문에 표면이 불균질한 다양한 종류의 암석으로 이루어진 석조문화재에는 그대로 적용할 수 없다. 따라서 최근까지 석조문화재의 재질특성을 고려하여 비파괴 진단기법으로 초음파탐사법이 주로 사용되어 왔다.
그러나 이러한 연구들이 많이 진행되고 있는 것에 반해, 석조문화재의 구성암석과 풍화상태에 적합한 비파괴 진단방법과 데이터의 신뢰도를 높이기 위한 연구는 미흡한 실정이다. 또한 단순한 초음파속도를 이용한 훼손도 평가에 의존하고 있어 활용방법이 매우 제한되어 왔다.
또한 표면 반발 경도계 중에 하나인 '에코팁' 표면 반발 경도계는 금속 재료의 비파괴 조사용으로 반발 경도를 측정하여 품질을 파악하는 목적으로 개발되었다. 구상의 테스트 팁을 갖춘 임팩트 보디가 일정한 탄성으로 측정 대상의 표면을 타격하는 속도와 반발된 후의 속도를 계측하여, 경도 지표 L을 구하는 측정기기이다(도면 1).
기존의 반발 경도시험기인 슈미트해머는 커다란 타격에너지를 측정 대상에 가해 문화재 사용이 불가능하였다. 그러나 에코팁 경도계는 임팩트 디바이스가 3mm(D타입)에 불과하고 11N/mm의 비교적 적은 타격력으로 측정되며 측정 방향도 제약이 없어 석조문화재의 비파괴 측정이 가능하다. 에코팁 측정값(L)은 에코팁 보디가 측정 대상의 반발 속도를 타격하는 속도로 나눈 값에 1000배 한 값으로 측정값(L)은 0에서 최대 1000의 범위의 정수로 표현된다(도면 2). 측정 대상의 경도가 높을수록 측정값(L)은 커진다. 그러나 측정값(L)에 영향을 주는 측정 대상의 깊이는 표면에서 2～7mm를 넘지 않으므로 시료 전체의 강도를 확인할 수 없고 표면 부근의 경도를 나타낸다.
결과적으로, 최근에는 암석으로 만들어진 석조문화재의 재질특성 및 상태를 고려하여 실정에 맞는 적합한 비파괴 진단 방법의 구축과 이를 통한 표면 풍화도 평가기법을 개발하기 위한 연구가 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 암석의 풍화도지수 산출방법의 종래기술에 따른 문제점들을 개선하고자 안출된 기술로서, 종래, 암석(특히, 석조문화재)의 비파괴 측정방법에 관한 연구는 초음파속도 및 적외선 열화상 촬영을 이용한 것이 대부분이었고, 상기 측정방법은 암석의 실질적인 암석 표면의 경도값을 나타낸다고 할 수 없으며 그 활용도 제한적인 문제가 있었고; 기존의 반발 경도시험기인 슈미트해머를 이용한 측정은 커다란 타격에너지를 측정 대상에 가해 암석의 표면이 파괴되어 석조문화재와 같은 암석의 분야에서는 사용이 불가능한 문제가 발생하여, 이에 대한 해결점을 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자,
1) 표면 반발 경도계를 이용하여 풍화상태가 c1, c2,,,cn으로 다른 복수의 공시암석(d1, d2,,,dn)의 표면경도값을 측정하는 단계와; 2) 초음파 측정장비를 이용하여 상기 1)단계의 공시암석(d1, d2,,,dn)의 초음파속도값을 측정하는 단계와; 3) 상기 2)단계의 초음파속도값과 1)단계의 표면경도값을 상호비교하여 초음파속도값과 표면경도값 간의 상관관계도를 산출하는 단계와; 4) 표면 반발 경도계를 이용하여 측정암석의 표면경도를 복수 번 측정하고, 표면경도 평균값을 구하는 단계와; 5) 상기 4)단계에 의한 표면경도 평균값을 3)단계에 의한 상관관계도에 대입하여 풍화도지수를 산출하는 단계;를 포함하여 구성되는 표면 반발 경도계를 이용한 암석의 풍화도지수 산출방법을 제시한다.
상기와 같이 제시된 본 발명에 의한 표면 반발 경도계를 이용한 암석의 풍화도지수 산출방법은 초음파를 이용한 암석의 풍화도 산출 이외에, 표면 반발 경도계를 활용한 석조문화재용 비파괴 진단방법 및 데이터의 신뢰도를 확보가능하고, 암석의 암종과 무관하고 암석의 풍화상태에 맞는 풍화도지수를 암석의 표면 파괴없이 제공가능한 효과를 얻을 수 있으며, 암석의 표면 파괴없이 산출된 풍화도지수를 이용하여 석조문화재와 같은 문화유산을 풍화도에 따라 다양하게 적용하여 보존관리할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 표면 반발 경도계를 이용한 암석의 풍화도지수 산출방법의 표면 반발 경도계.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 표면 반발 경도계를 이용한 암석의 풍화도지수 산출방법의 표면 반발 경도계의 구조와 측정값 계산원리를 나타내는 모식도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 표면 반발 경도계를 이용한 암석의 풍화도지수 산출방법의 표면 반발 경도계의 신뢰도 평가를 나타내기 위한 표면경도값을 나타내는 정규분포도(A-포천화강암, B-거창화강암, C-익산화강암, D-사암).
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 표면 반발 경도계를 이용한 암석의 풍화도지수 산출방법의 초음파속도값과 표면경도값 간의 상관관계를 나타내는 그래프.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 표면 반발 경도계를 이용한 암석의 풍화도지수 산출방법의 공시암석의 표면 거칠기에 따른 거칠기 계수를 나타내는 상태도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 표면 반발 경도계를 이용한 암석의 풍화도지수 산출방법의 공시암석 표면 거칠기에 따른 표면경도값을 나타내는 그래프(A-포천화강암, B-거창화강암, C-익산화강암).
본 발명은 암석의 표면을 파괴하지 아니하고, 암석의 풍화도지수를 산출하기 위한 표면 반발 경도계를 이용한 암석의 풍화도지수 산출방법에 관한 것으로서, 1) 표면 반발 경도계를 이용하여 풍화상태가 c1, c2,,,cn으로 다른 복수의 공시암석(d1, d2,,,dn)의 표면경도값을 측정하는 단계와; 2) 초음파 측정장비를 이용하여 상기 1)단계의 공시암석(d1, d2,,,dn)의 초음파속도값을 측정하는 단계와; 3) 상기 2)단계의 초음파속도값과 1)단계의 표면경도값을 상호비교하여 초음파속도값과 표면경도값 간의 상관관계도를 산출하는 단계와; 4) 표면 반발 경도계를 이용하여 측정암석의 표면경도를 복수 번 측정하고, 표면경도 평균값을 구하는 단계와; 5) 상기 4)단계에 의한 표면경도 평균값을 3)단계에 의한 상관관계도에 대입하여 풍화도지수를 산출하는 단계;를 포함하여 구성되는 표면 반발 경도계를 이용한 암석의 풍화도지수 산출방법에 관한 것이다.
이하 본 발명의 실시예를 도시한 도면 1 내지 6을 참고하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
구체적으로, 본 발명은 암석에 대한 표면 반발 경도계의 신뢰도를 평가하기 위하여, 표면 반발 경도계 중에 하나인 에코팁 표면 반발 경도계를 이용하여 신선한 암석 공시체의 표면경도값을 측정하였다.
즉, 상기 표면 반발 경도계의 신뢰도 평가는 일반적으로 금속 재료의 비파괴 조사용으로 이용되던 표면 반발 경도계를 암석의 표면경도값 측정에 대한 적용가능성 및 그에 대한 신뢰도를 평가하기 위한 과정이다.
이때, 상기 표면 반발 경도계는 암석 표면의 손상이 없음과 동시에 암석 표면경도값을 측정할 수 있는 것이면, 일반적으로 알려진 어떠한 종류의 것을 이용하여도 무방함은 자명할 것이고, 이하, 본 발명은 상품명이 '에코팁'이라 알려진 표면 반발 경도계를 이용하여 바람직한 실시예를 구체적으로 설명하겠다.
보다 상세하면, 본 발명은 신선한 상태를 갖는 동일한 암석의 표면경도값은 일정한 범위에 분포한다는 원리를 토대로, 표면 반발 경도계의 신뢰성을 판단하고자 신선한 암석 공시체를 준비하여 표면경도값을 측정한다.
측정에 사용된 암석의 종류는 화강암 3종과 사암을 대상으로 실시한다. 화강암은 암석의 조직이 다른 조립질의 포천화강암, 중립질의 거창화강암, 중세립질의 익산화강암으로써, 각 암석별로 90회씩 임의의 지점을 대상으로 암석의 사면을 측정하여 평균과 표준편차를 구하여 정규분포곡선을 작성한다.(도면 3).
이때, 포천화강암(조립질)의 표면경도값의 평균은 837HLD, 거창화강암(중립질)은 845HLD, 익산화강암(중세립질)은 809HLD, 사암(세립질)의 평균은 835HLD를 보이며 이들의 평균은 832HLD를 보인다.
또한 각 암석의 표준편차는 포천화강암 58, 거창화강암 67, 익산화강암 55, 사암 38을 보이며 평균적으로 55를 보인다. 표면경도값의 평균은 익산화강암에서 다소 적은 경도값을 보이나, 표준편차에서는 화강암들은 50 이상의 유사한 값을 보이는데 반해 사암은 38의 낮은 값을 보인다. 본 발명은 상기를 통해 암석의 조직이 세립질의 균질한 암석일수록 표준편차가 작아져 오차의 범위가 작다는 것을 확인하였다.
아울러 표면경도값의 평균과 표준편차를 이용하여 표면 반발 경도계의 신뢰도를 도출한 결과, 암석의 표면경도값 측정을 10회 이상 측정하여 표준편차 범위값의 전후값을 각각 2개 제외한 값을 사용하면 신뢰도 70% 이상의 확률을 갖는 표면경도값을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
즉, 상기 암석에 대한 표면 반발 경도계의 신뢰도를 평가 과정을 통하여, 본 발명은 표면 반발 경도계를 이용한 암석의 풍화도지수 산출방법의 신뢰도를 확인할 수 있다.
이하, 상기 과정을 통하여 평가된 암석에 대한 표면 반발 경도계의 신뢰도를 바탕으로 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
구체적으로, 본 발명의 1) 표면 반발 경도계를 이용하여 풍화상태가 c1, c2,,,cn으로 다른 복수의 공시암석(d1, d2,,,dn)의 표면경도값을 측정하는 단계는 하기의 초음파 측정장비를 이용하여 측정된 초음파속도값(이때, 초음파속도값은 일반적으로 알려진 풍화도지수(coefficient of weathering; K)와 일정의 상관관계를 갖음.)과 표면경도값 간의 상관관계를 산출하기 위한 표면경도값 데이터를 확보하기 위한 과정으로서, 표면의 풍화상태가 각각 다른 복수 개의 공시암석을 제작하여 각각의 표면경도값을 측정하는 단계이다.
즉, 본 발명은 공시암석(d1, d2,,,dn)인 익산화강암으로 신선한 암석(F), 표면 풍화만 이루어진 암석(SW), 인위적으로 열충격을 주어 일반적 암석의 풍화등급에 해당하는 상당한 풍화암(HW) 및 현저한 풍화암(CW)을 제작하고, 풍화등급이 각각 다른 100*100*100㎜의 공시암석에 20㎜의 그리드를 작성하여 총 18회 측정함으로써 표면경도값의 평균값을 산출한다.
이때, 공시암석(d1, d2,,,dn) 표면의 거칠기 상태를 어떠한 상태를 갖아도 무방하나, 각 공시암석(d1, d2,,,dn)의 표면 거칠기 상태는 모두 동일한 것을 이용하는 것이 바람직하다. 또한 보다 바람직하게는 Barton and Choubey(1977)가 제시한 거칠기 계수로 표시하는 방법(JRC; Joint roughness coefficient)에 의한 거칠기 계수인 JRC가 0에 해당하는 정도의 표면 거칠기를 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다.
그 결과, 도 6과 같이, 신선한 암석(F)에서 810HLD ～ 870HLD의 범위로 평균 827HLD을 보이고, 표면 풍화만 이루어진 암석(SW)은 714HLD ～ 812HLD로 755HLD의 평균값을 보이며, 상당한 풍화암(HW)은 538HLD ～ 752HLD로 평균 601HLD이며, 현저한 풍화암(CW)은 423HLD ～ 801HLD의 광범위한 범위의 값을 나타내며 558HLD의 평균값을 보인다. 따라서 동일한 암석이라도 풍화 정도가 심할수록 표면경도값은 넒은 범위의 측정값이 나타나며 평균값은 적어지는 경향을 보인다.
이때, 상기 풍화상태를 나타내는 c1, c2,,,cn은 신선한 상태(F), 표면 풍화만 이루어진 상태(SW), 상당한 풍화 상태(HW) 또는 현저한 풍화 상태(CW) 등과 같은 다양은 풍화상태를 예시적으로 일컫는다. 아울러 'c1, c2,,,cn'의 표현은 'F, SW, HW, CW'등의 어느 하나의 표기에 해당하여도 무방함은 자명할 것이다.
또한 2) 초음파 측정장비를 이용하여 상기 1)단계의 공시암석(d1, d2,,,dn)의 초음파속도값을 측정하는 단계는 초음파 측정장비에서 발생된 초음파속도를 이용하여, 공시암석 내 미세균열이 발달하여 공극이 커질수록 초음파속도가 작아지는 원리를 이용하여 측정된 초음파속도의 차이를 통해 풍화정도를 추정하고 궁극적으로 공시암석의 강도를 산출하기 위한 과정으로서, 공시암석의 초음파속도값을 측정하여, Iliev가 제안한 암석의 풍화도지수(coefficient of weathering; K)와 초음파속도와의 상관관계를 하기의 수학식과 같이 표현하기 위한 과정이다.
Figure pat00001
이때,
Figure pat00002
는 신선한 암석(F)의 P파 속도이고,
Figure pat00003
는 풍화암(신선한 암석 이외의 암석)의 P파 속도이다.
구체적으로 2)단계의 초음파속도값의 측정은 표면 반발 경도계의 측정지점과 동일한 지점을 200㎜ 거리로 다이렉트법(초음파의 발신자와 수신자를 공시암석의 양선단에 설치함.)으로 측정한다.
그 결과, 도 6과 같이, 신선한 암석(F)의 초음파 속도는 3636.4㎧ ～ 3883.5㎧의 높은 속도대를 보이며, 표면 풍화만 이루어진 암석(SW)과 상당한 풍화암(HW)은 각각 2700.3㎧ ～ 3332.5㎧와 2007.8㎧ ～ 2179.8㎧로 신선한 암석(F)에 비해 다소 낮아진 속도대를 나타낸다. 특히 현저한 풍화암(CW)은 평균 1019.0㎧로 834.8㎧ ～ 2179.8㎧의 속도대를 보여 급격히 낮아진 속도대를 보인다. 따라서 초음파 속도는 풍화 등급에 따라 900㎧ 이상의 급격한 감소를 보이고, 도 6과 같이, 공시암석의 표면 풍화정도에 따라 일정의 기울기를 형성하며 나타난다.
아울러 3) 상기 2)단계의 초음파속도값과 1)단계의 표면경도값을 상호비교하여 초음파속도값과 표면경도값 간의 상관관계도를 산출하는 단계는 표 1이 나타내는 바와 같이, 널이 알려진 방법으로 풍화도지수와 상관관계를 갖는 초음파속도값과 본 발명에 의한 표면 반발 경도계로 측정된 표면경도값 간의 상관관계를 산출하는 단계이다.
즉, 공시암석의 표면경도값이 800HLD을 초과할 때는 초음파속도값이 3,400m/s를 초과하는 값을 갖고, 750HLD 초과~800HLD 이하일 때는 초음파속도값이 2,720 초과~3,400m/s 이하의 값을 갖고, 650HLD 초과~750HLD 이하일 때는 초음파속도값이 2,040 초과~2,720m/s 이하의 값을 갖고, 550HLD 초과~650HLD 이하일 때는 초음파속도값이 1,360 초과~2,040m/s 이하의 값을 갖으며, 550HLD 이하일 때는 초음파속도값이 1360m/s 이하의 값을 갖는 상관관계를 갖음을 알 수 있다.
또한 상기에서 언급한 바와 같이, 초음파속도값은 하기의 표 1과 같은 풍화도지수를 갖는다.
Figure pat00004
결과적으로, 본 발명에 의한 표면 반발 경도계를 이용한 암석의 풍화도지수 산출방법은 Iliev가 제안한 암석의 풍화도지수와 상관관계를 갖는 초음파속도값을 복수 개의 공시암석을 통하여 측정하고, 암석의 표면 손상 없이 표면 반발 경도계를 이용하여 공시암석의 표면경도값을 측정하여, 초음파속도값과 표면경도값 간의 상관관계를 산출한 3)단계 결과인 상관관계에, 4) 표면 반발 경도계를 이용하여 풍화도지수를 산출하려는 대상인 측정암석의 표면경도를 복수 번 측정하고 표면경도 평균값을 구하는 단계로서 측정된 측정암석의 표면경도값을 대입하여, 측정암석의 풍화도지수를 산출할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이때, 본 발명에 의한 4) 표면 반발 경도계를 이용하여 측정암석의 표면경도를 복수 번 측정하고, 표면경도 평균값을 구하는 단계는 상기에서 언급한 1)단계 처리과정과 암석의 대상만 달리할 뿐 동일한 방법에 의하여 수행가능하고, 측정된 표면경도값들을 모두 합하여 측정횟수로 나눔으로서, 측정암석의 표면경도 평균값을 구할 수 있다.
또한 5) 상기 4)단계에 의한 표면경도 평균값을 3)단계에 의한 상관관계도에 대입하여 풍화도지수를 산출하는 단계는 상기 4)단계 처리로 획득한 측정암석의 표면경도 평균값을 3)단계의 표면경도값에 해당하는 풍화도지수를 산출함으로써, 본원발명의 목적을 실현하는 단계이다.
상기와 연관하여, 본 발명은 1)단계의 공시암석(d1, d2,,,dn) 표면의 거칠기가 동일한 상태의 것을 이용하지 않은 경우, 본 발명은 상기 1)단계의 표면경도값을, A) 표면 반발 경도계를 이용하여 표면의 거칠기가 a1, a2,,,an으로 다른 복수의 공시암석(b1, b2,,,bn)의 표면경도값을 측정하는 단계와; B) 상기 공시암석(b1, b2,,,bn)의 표면거칠기를 측정하여 각각의 거칠기 계수인 JRC(JRC b1-a1, JRC b1-a2,,, JRC b1-an / JRC b2-a1, JRC b2-a2,,, JRC b2-an / ,,,JRC bn-a1, JRC bn-a2,,, JRC bn-an )를 산출하는 단계와; C) 상기 B)단계에 의한 공시암석(b1, b2,,,bn)의 거칠기 계수에 따른 공시암석(b1, b2,,,bn) 표면경도값의 보정계수를 산출하여, 공시암석(b1, b2,,,bn) 중, 어느 하나의 공시암석(b1, JRc=0)에 대한 다른 공시암석(b2,,,bn)의 표면 거칠기에 따른 표면경도값을 비교하는 단계;를 포함하여 산출된 보정계수가 곱하여져 3)단계 처리되도록 구성할 수 있다.
구체적으로, 일반적으로 야외에 노출되는 암석은 다양한 기후 변화에 의해 표면 풍화가 이루어져 표면 거칠기가 달라지게 되는데, 본 발명은 이러한 표면 거칠기의 변화에 따른 표면경도값의 변화를 표면 거칠기가 각각 다른 공시암석의 표면경도값을 어느 한 상태의 것으로 보정해줌으로써, 보다 정확한 공시암석의 표면경도값을 3)단계의 처리과정에 적용할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
즉, 본 발명은 표면의 거칠기가 a1, a2,,,an으로 다른 복수의 공시암석(b1, b2,,,bn)의 표면 거칠기에 따른 표면 반발 경도계의 표면경도값들의 비교 및 보정 계수를 다음과 같이 산출한다.
구체적으로, 공시암석(b1, b2,,,bn, 이때, b1은 포천화강암/b2는 거창화강암/b3는 익산화강암임.)은 각각 100*100*100㎜의 정방형으로 다듬을 하지 않은 미처리 (Untreat, a1), 도드람다듬 (Dab, a2), 줄다듬 (Harsh, a3), 정다듬 (Chiseling, a4)의 4종류의 거칠기 면을 제작한 후 20㎜ 간격으로 그리드를 제작하여 표면경도값을 측정하였다. 표면 거칠기는 각 방위별 5회 측정하여 Barton and Choubey(1977)가 제시한 거칠기 계수로 표시하는 방법(JRC; Joint roughness coefficient)을 이용하였다. 그 결과, 다듬을 하지 않은 미처리 공시암석(b1-a1, b2-a1, b3-a1)은 JRC 0, 도드람다듬 공시암석(b1-a2, b2-a2, b3-a2)은 JRC 2～4, 줄다듬 공시암석(b1-a3, b2-a3, b3-a3)은 JRC 6～8, 정다듬 공시암석(b1-a4, b2-a4, b3-a4)은 JRC 14～16으로 정다듬 공시암석의 표면이 가장 거칠게 나타난다(도면 5).
상기 결과, 표면 거칠기에 따른 표면 반발 경도계 측정 결과, 공시암석의 종류와 상관없이 동일한 신선한 암석이라도 암석의 표면 거칠기가 심해질수록 표면 반발 경도계의 표면경도값이 작아지는 반비례 관계에 있음을 확인하였으며, 미처리에 비해 정다듬의 경우 표면 반발 경도계의 표면경도값이 2배 이상 감소하는 것을 확인하였다(도면 5).
또한 각 공시암석들의 평균 표면경도값은 전반적으로 JRC 0에 비해 JRC 2～4는 14.5~15.5%, JRC 6～8인 15.5~16.5%, JRC 12～14는 17.5~18.5% 감소한 값을 보인다. 이를 토대로 히기의 수학식 2에 의하여 거칠기 등급에 따른 보정계수를 산출한 결과, 보정계수는 JRC 2～4일 , 1.175~1.185, JRC 6～8일 때 1.185~1.195, JRC 12～14일 때 1.215~1.225로 산출된다. 따라서 암석 표면의 거칠기가 증가할수록 표면경도값의 감소율은 증가하며 보정 계수도 증가한다는 것을 알 수 있다.
Figure pat00005
이때, 상기 JRC0는 미처리 공시암석(b1-a1, b2-a1, b3-a1)에 대한 표면경도값의 평균값이고, 상기 JRCX는 동일 암종의 표면 거칠기 처리 정도에 따른 표면경도값의 평균값이며, 상기 산출된 보정계수(JRC 2～4일 때, 1.175~1.185, JRC 6～8일 때 1.185~1.195, JRC 12～14일 때 1.215~1.225)는 각 공시암석별 보정계수의 총 평균값이다,
즉, 본 발명은 1)단계의 공시암석(d1, d2,,,dn) 표면의 거칠기가 동일한 상태의 것을 이용하지 않은 경우, 상기와 같이 산출된 보정계수를 1)단계의 공시암석(d1, d2,,,dn)의 표면 거칠기를 측정한 JRC에 따라, 1)단계에 의하여 측정된 표면경도값에 곱하여 준 후, 상기 3)단계 처리과정을 수행함으로써, 공시암석(d1, d2,,,dn)의 표면 거칠기에 따른 표면경도값의 변화를 3)단계 과정에 반영시켜줄 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한 본 발명은 4)단계 처리과정에 있어서, 측정암석의 표면 거칠기 정도를 표면 반발 경도계로서 측정되는 표면경도 평균값에 반영하여 5)단계 처리과정을 수행함으로써, 측정암석의 표면 거칠기 정도에 따른 표면경도값의 변화를 5)단계 처리과정에 반영시켜, 측정암석의 보다 정확한 풍화도지수를 산출할 수 있음 역시 자명할 것이다.
상기는 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명하였으며, 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.

Claims (4)

1) 표면 반발 경도계를 이용하여 풍화상태가 c1, c2,,,cn으로 다른 복수의 공시암석(d1, d2,,,dn)의 표면경도값을 측정하는 단계와;
2) 초음파 측정장비를 이용하여 상기 1)단계의 공시암석(d1, d2,,,dn)의 초음파속도값을 측정하는 단계와;
3) 상기 2)단계의 초음파속도값과 1)단계의 표면경도값을 상호비교하여 초음파속도값과 표면경도값 간의 상관관계도를 산출하는 단계와;
4) 표면 반발 경도계를 이용하여 측정암석의 표면경도를 복수 번 측정하고, 표면경도 평균값을 구하는 단계와;
5) 상기 4)단계에 의한 표면경도 평균값을 3)단계에 의한 상관관계도에 대입하여 풍화도지수를 산출하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 반발 경도계를 이용한 암석의 풍화도지수 산출방법.
제1항에 있어서,
상기 1)단계의 표면경도값은,
A) 표면 반발 경도계를 이용하여 표면의 거칠기가 a1, a2,,,an으로 다른 복수의 공시암석(b1, b2,,,bn)의 표면경도값을 측정하는 단계와;
B) 상기 공시암석(b1, b2,,,bn)의 표면거칠기를 측정하여 각각의 거칠기 계수인 JRC(JRC b1-a1, JRC b1-a2,,, JRC b1-an / JRC b2-a1, JRC b2-a2,,, JRC b2-an / ,,,JRC bn-a1, JRC bn-a2,,, JRC bn-an )를 산출하는 단계와;
C) 상기 B)단계에 의한 공시암석(b1, b2,,,bn)의 거칠기 계수에 따른 공시암석(b1, b2,,,bn) 표면경도값의 보정계수를 산출하여, 공시암석(b1, b2,,,bn) 중, 어느 하나의 공시암석(b1)에 대한 다른 공시암석(b2,,,bn)의 표면거칠기에 따른 표면경도값을 비교하는 단계;를 포함하여 산출된 보정계수가 곱하여져 3)단계 처리되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 반발 경도계를 이용한 암석의 풍화도지수 산출방법.
제2항에 있어서,
상기 보정계수는,
거칠기 계수인 JRC = 2~4일 때, 1.175~1.185이고;
JRC = 6~8일 때, 1.185~1.195이며;
JRC = 12~14일 때, 1.215~1.225으로 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 반발 경도계를 이용한 암석의 풍화도지수 산출방법.
제3항에 있어서,
상기 측정암석의 표면경도 평균값은,
800HLD을 초과할 때는 풍화도지수가 0이고;
750HLD 초과~800HLD 이하일 때는 풍화도지수가 0~0.2이고;
650HLD 초과~750HLD 이하일 때는 풍화도지수가 0.2~0.4이고;
550HLD 초과~650HLD 이하일 때는 풍화도지수가 0.4~0.6이고;
550HLD 이하일 때는 풍화도지수가 0.6~1.0으로 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 반발 경도계를 이용한 암석의 풍화도지수 산출방법.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101450504B1 (ko) * 2014-04-25 2014-10-15 한국지질자원연구원 암석의 역학적 특성을 이용한 채석면의 할석 용이도 평가 방법
CN107036919A (zh) * 2017-03-31 2017-08-11 中国矿业大学 一种利用超声波激励破碎岩石的实验装置及实验方法
CN109344516A (zh) * 2018-10-12 2019-02-15 中石化石油工程技术服务有限公司 一种地质录井中随钻岩石风化势能指数确定方法及装置
CN112639441A (zh) * 2018-09-07 2021-04-09 哈斯特帕大学 风化分类设备
CN114002326A (zh) * 2021-11-05 2022-02-01 湘潭大学 一种用于受载岩石损伤的检测方法
US20220317021A1 (en) * 2020-01-21 2022-10-06 Shandong University Determining system and method for weathering resistant capability of clastic rocks in tunnel based on feldspar features

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102173941B1 (ko) 2019-01-08 2020-11-04 한국해양대학교 산학협력단 비선형 온도변화량을 이용한 콘트리트의 열화도 분석방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10337877A1 (de) * 2003-08-18 2005-03-17 Basf Ag Verfahren zur Detektion der durch einen Umwelteinfluss hervorgerufenen Eigenschaftsänderung einer Probe
US20050120811A1 (en) * 2003-12-03 2005-06-09 Hardcastle Henry K.Iii Method and apparatus for characterizing weathering reciprocity of a material

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101450504B1 (ko) * 2014-04-25 2014-10-15 한국지질자원연구원 암석의 역학적 특성을 이용한 채석면의 할석 용이도 평가 방법
CN107036919A (zh) * 2017-03-31 2017-08-11 中国矿业大学 一种利用超声波激励破碎岩石的实验装置及实验方法
CN107036919B (zh) * 2017-03-31 2020-10-16 中国矿业大学 一种利用超声波激励破碎岩石的实验装置及实验方法
CN112639441A (zh) * 2018-09-07 2021-04-09 哈斯特帕大学 风化分类设备
CN109344516A (zh) * 2018-10-12 2019-02-15 中石化石油工程技术服务有限公司 一种地质录井中随钻岩石风化势能指数确定方法及装置
CN109344516B (zh) * 2018-10-12 2023-08-04 中石化石油工程技术服务有限公司 一种地质录井中随钻岩石风化势能指数确定方法及装置
US20220317021A1 (en) * 2020-01-21 2022-10-06 Shandong University Determining system and method for weathering resistant capability of clastic rocks in tunnel based on feldspar features
US11933713B2 (en) * 2020-01-21 2024-03-19 Shandong University Determining system and method for weathering resistant capability of clastic rocks in tunnel based on feldspar features
CN114002326A (zh) * 2021-11-05 2022-02-01 湘潭大学 一种用于受载岩石损伤的检测方法
CN114002326B (zh) * 2021-11-05 2023-08-04 湘潭大学 一种用于受载岩石损伤的检测方法

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