한국건설기술연구원(원장 김병석, 이하 건설연)은 최근 문제가 되는 시설물 노후화에 대응하기 위해 현장에서 간단한 검사만으로도 겨울철 ‘동결융해로 인한 구조물 손상(이하 동해)’의 정도를 쉽게 확인 가능한 검사기법을 개발했다고 지난 1일 밝혔다.
우리나라 콘크리트 시설물의 대부분이 염해에 의한 철근 부식으로부터 큰 영향을 받는다. 콘크리트 동해 그 자체는 구조물의 노후화나 수명에 그다지 큰 영향을 주지 않는 것으로 알려져 있으나 노후화를 가속시킬 수 있으므로 관리가 필요하다. 겨울철 기온변화에 따라 밤에 얼었다가 낮에 녹는 동결과 융해의 순환이 지속해서 반복돼 시설물에 피해가 되는 것이다.
만약 동해와 염해로 인한 손상을 일찍 확인할 수 있다면 간단한 조치만으로도 문제를 해결할 수 있다. 그러나 동해를 받은 콘크리트는 손상이 심하게 진행되기 전까지는 육안으로 확인할 수 없기 때문에 선제 대응이 어렵다. 이에 따라 콘크리트 동해감지 기법의 부족으로 인해 큰 사회적 비용이 발생한다.
이종석 건설연 구조연구본부 박사는 콘크리트 비파괴 시험에서 널리 사용되고 있는 슈미트 해머의 반발경도를 활용한 동해 검사 기법을 개발했다. 콘크리트 비파괴 시험용 기구인 슈미트 해머로 콘크리트를 두드린 후 해머의 반발경도를 측정해 동해의 진행 여부를 파악할 수 있다.
콘크리트 동해 측정을 위한 KS규격시험은 상대동탄성계수(콘크리트에 진동을 주고 얻는 값)의 변화를 측정해 동해의 정도를 판단하는 것으로 가장 정확한 방법으로 알려져 있으나 현장에서는 적용하기 어렵다.
그러나 건설연에서 개발한 슈미트 해머의 반발경도에 의한 동해 검출 기법은 실내 실험에서 상대동탄성계수보다 훨씬 더 빠르고 정확하게 동해를 검출할 수 있을 뿐만 아니라 현장에서 간편하게 적용할 수 있다.
우리나라는 겨울철 밤에 얼었다가 낮에 녹았다가를 반복하는 동결과 융해의 순환 주기가 남쪽 지역은 연간 약 20회 전후, 중북부 지역은 100회 이상까지도 나타난다. 동결과 융해를 지속적으로 반복하는 실내실험에서 상대동탄성계수가 동결과 융해를 반복하기 전 최초의 기준값보다 낮은 수치가 나오면 동해가 발생하고 있다는 것을 알 수 있다.
테스트 결과 상대동탄성계수 측정 방법으로는 200회가 지난 후에야 동해를 감지하기 시작했으나 반발경도에 의한 방법은 50회부터 동해를 감지한 이후 점점 심해지는 동해를 표현할 수 있는 데이터를 확인할 수 있었다. 즉 동해가 발생하는 초기시점부터 동해를 확인할 수 있다는 것이 기존 기술과 가장 차별화되는 점이다.
김병석 원장은 “개발된 검사기법이 현장에 적용될 경우 동해로 인한 피해를 초기단계에서 간편하고 정확하게 발견할 수 있어 노후 구조물 관리에 혁신이 될 것으로 기대한다”고 밝혔다.
이번 성과는 과학기술정보통신부의 지원으로 건설연 주요사업 ‘콘크리트 구조물 점검·진단 프로세스 고도화 기술개발(2020~2022년)을 통해 기술개발에 성공했다.
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