시설물 보수 보강기술

 

관 리 업 총 람
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제 3 장 시설물 보수·보강기술
1. 조사 및 진단
제3장 시설물 보수·보강기술
1. 조사 및 진단
가. 일 반
1) 목 적
조사 및 진단의 목적은 다음과 같다.
1 구조물이 구조적으로 안전하고 용도에 적합한가를 확인한다.
2 장해의 요인이 되는 결함을 조기에 발견한다.
3 유지관리상 문제가 될 우려가 있는 사항을 지적하여 설계자, 시공자 및 관리자에게 적절한 정보를 제공한다.
4 구조물의 공용하중 변화에 의한 영향을 조사한다.
5 구조물의 보수·보강 및 교체공사를 실시하기 위한 자료를 획득한다.
유지관리 경비의 효과적인 배분을 위해 다수의 구조물에서 보이는 공통적인 결함을 파악한다.
2) 순 서
조사 흐름도를 위한 점검업무의 기본적인 방향은 [그림 3-1]과 같다. 점검결과로부터 손상의 유무, 긴급보수의 필요성, 상세조사
의 필요성, 추적조사의 필요성을 판정하도록 한다.
긴급보수를 제외한 보수의 필요성 판단은 항상 상세조사를 실시하여 그결과로부터 판정하도록 한다.
3) 종 류
콘크리트 구조물의 안정성 검사를 위해서는 종류, 사용목적, 요구성능에 따라 아래와 같은 주기적인 점검 및 조사를 해야 한다.
1 점검의 종류에는 초기점검, 일상점검, 정기점검, 긴급점검 등이 있다.
2 조사의 종류에는 예비조사 및 본 조사가 있으며, 본 조사에는 추적조사와 상세조사가 있다.
[그림 3-1] 조사 흐름도
4) 조사 및 진단계획의 수립
검사 및 진단을 실시하기에 앞서 다음과 같은 항목을 포함하는 상세한 계획을 수립해야 한다.
1 종류, 범위, 위치, 항목
2 공정
3 전문가·기술자의 구성과 연락체계
4 방법
5 기구 및 그 작동 상황
설비의 필요성 점검비계, 점검차 등
교통 통제 대책 및 인허가 등의 수속
대상 구조물의 설계, 시공조건 및 과거의 이력
보고서 작성
5) 조사 및 진단 결과의 기록
현장에서 사용하는 점검 및 조사, 진단양식과 보고서는 체계적으로 작성되어야 하며, 결함에 대한 설명과 결함의 개략도가 포함되
어야 한다. 완성된 보고서는 시간이 경과한 후에도 결함에 대한 설명과 해석이 가능하도록 상세하고 명확해야 한다. 현장사진을
촬영해서 결함을 확인할 수 있도록 하고 여러 가지 결함이 언급된 경우에는 보고서와 양식에서 상호 참조하도록 한다. 개략도와
사진은 결함위치와 특성에 관한 보충용 수단으로 사용한다. 노후화된 부재의 간단한 입체단면도와 평면도를 사용하여 결함의 형태
와 치수를 명확히 이해할 수 있도록 한다. 보고서에 포함된 모든 자료의 근거를 명확히 하고 점검일시와 기타 자료의 근거도 기록
한다.
조사 및 진단결과를 보존하는 것은 다음 점검의 참고로서 활용하고 손상의 진행과정을 분석하는데 이용하기 위한 것이다. 조사 및
진단결과, 위험한 손상이 발견되면 신속히 상급 관리자에게 전화보고하고 추후에 보고서를 작성하여 관계 부서에 제출하도록 한다
.
조사 및 진단결과 보고시, 손상 상황도와 현황사진을 반드시 첨부하도록 한다. 조사 및 진단의 점검표는 기입 요령을 숙지하여 구
체적이고도 정확하게 기입한다.
6) 조사 및 진단시 안전에 관한 사항
안전모, 작업복 필요한 경우 보안경 및 작업화를 포함한 개인용 보호장구를 항시 착용해야 한다. 수동 및 자동장비를 사용할 경우
는 항시 청각, 시각 및 안면보호장비를 사용하고 장비 및 기계는 항상 최적의 상태로 정비해 놓는다.
공공의 안전을 위하여 관리주체는 시설물 점검기간 동안 교통통제와 작업공간보호를 위한 적절한 조치를 취할 수 있도록 계획을
수립 시행해야 한다.
나. 점 검
1) 초기점검
1 초기점검은 구조물이 적절히 시공 혹은 보강되어 있는가의 여부를 주사함과 동시에, 구조물의 내구성 평가를 실시하기 위해 구
조물의 공용 이전 혹은 보수·보강 직후에 실시한다.
2 중요한 구조물은 준공검사 후 90일 이내에 초기점검을 실시해야 하며, 그 점검 결과는 유지관리에 사용할 수 있도록 기록·관리
해야 한다.
3 초기점검의 항목 및 부위, 방법은 건설 중 및 공사완료 후 구조물과 관련된 시험 자료 및 검사결과를 바탕으로 내구성 평가를
실시하여야 한다.
2) 일상점검
1 일상점검은 일상의 순회로서 육안관찰이 가능한 개소에 대하여 열화의 발생부위 및 상황 파악을 위해 실시한다.
2 점검의 항목, 부위 및 빈도는 기존의 내구성 자료를 기초로 하여 결정한다.
3 점검방법은 육안관찰, 사진, 비디오, 쌍안경 등을 사용하여 실시하며, 차를 타고 다니면서 그 승차감에 의하여 실시하는 경우도
있다.
일상점검은 시설물의 유지관리 책임자에 의하여 일반적으로 실시되는 순찰과 유사한 성격의 점검이다. 일상점검은 시설물의 기능
적 상태를 판단하고 시설물이 현재의 사용요건에 계속 만족스러운지를 확인하기 위한 점검이다. 점검자는 시설물의 이상이 발견되
는 즉시 보고해야 한다. 점검자는 시설물의 전반적인 외관형태를 관찰하여 심각한 손상·결함의 가능성이 있는지 세심한 주의를
해야 한다. 또한 효율적인 점검업무가 이루어질 수 있도록 적절한 점검장비를 휴대해야 한다.
일반적으로 초기점검 및 일상점검 시에 휴대해야 할 점검장비는 다음과 같다.
1 점검대장
2 망원경
3 확대경
4 손전등
5 카메라
필기도구흑판, 분필, 매직펜 등
줄자
3) 정기 점검
1 정기점검은 일상점검에서 파악하기 어려운 구조물의 모든 부분에 대하여 정기적으로 열화부위 및 열화현상을 파악하기 위해 실
시한다.
2 유지관리 직원 혹은 손상에 관한 전문지식이 있는 자가 점검 매뉴얼을 바탕으로 실시한다.
3 정기점검 항목, 부위 및 빈도, 방법은 지금까지의 유지관리기록 및 내구성 평가자료를 바탕으로 결정한다.
정기점검 작업을 원활하게 수행하기 위해서는 작업 실태에 맞도록 미리 작업반 편성인원을 정하고 교육을 철저히 시켜야 한다. 면
밀하고 지속적인 감시가 필요한 시설물 부위는 사전현장조사 및 안전성평가로 결정하고 정기점검을 실시해야 하며, 감시부위의 육
안 검사 결과는 도면으로 기록해야 한다.
정기점검 결과는 유지관리 혹은 보수, 필요하다면 사진 또는 정밀안전진단 계획에 관한사항도 함께 보관하여야 한다. 구조상태가
변화하여 안전성 평가에 영향을 주는 경우는 내하력을 다시 계산하여 보관한다. 정기점검에는 시설물의 상태평가와 필요시 시설물
의 안전성 평가가 포함된다.
점검항목에 따라 휴대해야 할 장비는 일반적으로 다음과 같다.
. 점검용구 : 망원경, 콘크리트 강도측정기(Test Hammer), 줄자, 확대경, 와이어브러쉬추, 캘리퍼스, 분도기, 균열측정기 등
. 기록용구 : 카메라, 분필, 흑판, 매직펜, 점검대장 등
. 점검용 보조기구 : 사다리, 교통 통제 용구, 회중전등, 펜치, 조사용차량, 점검차, 보트, 통신기기, 수중카메라 등
4) 긴급점검
1 긴급점검은 지진이나 풍수해 등과 같은 천재, 화재, 차량 및 선박의 충동 등 긴급사태에 대해 구조물의 손상여부에 관한 정보를
신속히 얻기 위하여 실시한다.
2 점검항목 및 부위는 구조물의 중요도, 긴급사태의 상황 등에 따라 정한다.
3 점검의 목적에 합치하는 적절한 방법을 채용한다.
기초 침하 또는 세굴과 같은 결함이 의심되는 경우, 그리고 하중제한 중인 시설물의 지속적인 사용여부를 판단하기 위한 점검으로
서, 점검시기는 결함의 심각성을 고려하여 결정한다. 지진, 태풍, 화재, 호우, 차량 또는 선박충돌 등의 긴급사태가 발생했을 때
, 구조물의 이상 여부에 관한 정보를 신속히 얻기 위하여 하는 것으로 정기점검 요령을 준용한다.
다. 결함 조사의 종류
1) 개 요
결함의 원인추정은 구조물의 기능으로 되돌아가 보수·보강의 필요성을 검토하기 위한 것이다. 구조물에 발생하는 결함 중에는 그
원인을 쉽게 추정할 수 있는 것과, 간단한 조사만으로는 추정이 불가능한 것이 있다. 결함의 진행성에 있어서도 동일하다고 할 수
있다. 결함발생의 원인은 복잡하며 대부분 여러 가지 원인에 의해, 그리고 상호 다른 원인에 영향을 끼치며 결함과 결부된다. 따
라서 조사는 전 항목에 걸쳐 빠짐없이 실시하는 것이 원칙이지만, 경험이 많은 기술자라면 원인의 대략적인 범위를 추측할 수 있
어서 중점적인 조사항목이 좁혀지는 경우가 많다.
보수·보강의 필요성을 판정할 때는 결함으로 인해 어떠한 기능이 저하되었는가가 문제로 된다. 보통 구조물의 기능이라면 구조내
력, 방수성, 내구성, 미관 등을 들 수 있는데, 이 외에도 피로를 고려한 내력, 투기성, 변형, 진동성 등 특수한 경우도 있다. 결
함이 구조물의 기능에 미치는 영향은 구조물의 종류, 사용 환경, 사용목적, 결함 상태 등에 따라 다르다. 보수·보강의 필요성 판
정과 보수·보강 방법의 선정은 이러한 기능 중 어느 것에 착안점을 두느냐에 따라 그 판정방법, 선정 기준이 달라진다. 따라서
결함과 구조물의 기능관계를 사전에 염두에 두고 조사의 중점사항을 선정하는 것이 좋다.
조사의 1단계로서 반드시 실시하는 예비조사와, 원인의 추정, 보수·보강의 필요성 판정 및 그의 방법 선정을 실시할 수 없는 경
우에 실시하는 본 조사가 있다.
2) 예비 조사
예비조사는 콘크리트 구조물의 특성 및 작용하중 조건을 조사하여 구조물의 성능저하 원인을 추정하며, 외관상 구조물의 기능 장
애를 판단하기 위한 조사이다. 예비조사는 원칙적으로 다음과 같은 내용을 포함한다.
1 결함의 현장조사 : 패턴, 폭, 길이, 관통의 유무, 이물질 충전 유무 등
2 결함의 부위주변 조사 : 표면의 건습상태, 오염, 박리, 박락 등
3 결함의 경과 조사 : 발생 또는 발견시기, 성장경과 등
4 장해의 현상조사 : 누수, 백화현상, 철근의 녹, 부재의 변상, 미관의 손상 등
5 장해의 경과 조사 : 장해의 발생 또는 발견의 시기, 변화 상황 등
설계도서류의 조사 : 설계도, 구조계산서 등
시공기록의 조사 : 사용재료, 배합, 치기 및 다짐, 양생방법, 공정, 관리시험 데이터, 지반상황, 거푸집의 종류, 환경조건 등
구조물의 사용·환경상태의 조사 : 사용시의 하중조건, 온도 및 습도조건의 변화, 입지조건 등과 그들의 경과
3) 본 조사
일상점검, 정기점검 및 긴급점검에서 손상이 발견되어 그 원인을 규명하고 보수 여부를 판정할 필요가 있는 경우에 실시한다.
구조물의 성능저하 상황을 자세히 파악하기 위하여 육안에 의한 관찰과 구조물의 중성화 정도 및 철근의 위치와 피복두께 그리고
코어샘플을 채취하여 정확한 성능저하를 판단하기 위해 현지에서 현장조사를 실시한다. 또한, 구조물의 성능저하 진행을 예측하기
위해 진행성 균열의 판단이나 코어의 촉진 팽창시험 등을 실시한다.
본 조사에서 필요로 하는 조사 내용 및 사용 장비는 일반적으로 다음과 같은 것을 포함한다.
가) 결함 상황 조사
1 구조물 표면에 방안눈금을 기입
2 결함위치, 형상, 분포의 조사
3 결함분포도 작성
나) 준 비
1 구조물 도면 : 일반도, 평면도, 측면도, 단면도, 철근 배근도 등
2 줄자
3 균열 측정기
4 카메라
5 분필, 매직펜
결함 기입도면
철근탐지기
다) 조사 항목
1 각 부재의 단면 치수, 배근 형상
2 작용하중 조건, 지반조건, 환경조건
3 결함발생 상태
4 구조물 전체상태 또는 콘크리트 상태
5 결함발생 또는 발견시기
콘크리트의 시공 상황
라) 시료 분석
구조물의 성능저하를 예측하기 위하여 현지조사에서 채취한 코어샘플과 드릴분말 등을 물리적·화학적으로 분석한다.
설계요인
구조의 부적(不適)
구조물형, 형식, 지간할(支間割)
단면 형상의 부적
계산의 불비(不備)
설계기준, 조건의 적용잘못
안전도의 검토 부족
응력 해석의 잘못
계산착오, 계산누락
도면의 불량(不良)
철근, 강재의 배치불량
철근량 부족
단면형상, 크기부족
구조 세부의 검토 부족
시공요인
재질의 불량
콘크리트의 품질불량
철근, 강재의 재질불량
부적한 재질의 사용
시공의 불량
시공방법, 순서의 착오
작업원의 자질부족
가설공(형틀, 받침목)의 검토부족
시공관리의 불량, 불비
재료 저장방법의 잘못
외적요인
교통량의 증가, 대형화
사고(충돌, 낙하, 화재)
자연현상(동해, 홍수, 침하, 지진 등)
근접공사의 영향
화학적 작용(해수, 오염수, 공장배수)
기초구조의 결함 또는 파괴
[콘크리트 구조물의 결함원인 분류]
라. 구조체의 조사 및 진단 일반
1) 개 요
콘크리트 구조물에 대한 진단조사는 열화가 진행되고 있는 구조물의 보수·보강에 대한 필요성 판정 및 대책공법의 선정에 필요한
자료를 얻는데 있다.
조사방법으로는 외관 상태 현장조사, 콘크리트의 미세조직 조사, 콘크리트 구조물의 비파괴 조사, 철근 부식 조사, 재하시험 및
내하력 평가 등으로 크게 구분할 수 있다. 또 이런 조사에서는 구조물의 변형 및 변위 조사, 콘크리트의 박리 및 철근노출상태 조
사, 콘크리트의 균열 및 백화현상 조사, 중성화현상 조사, 염화물이온 함유량 조사, 콘크리트 내부결함 조사, 철근의 배근 상태
및 철근의 부식도 조사 등을 실시하는 것이 보통이다.
2) 외관상태 현장조사
가) 변위 및 변형조사
구조물에 이상한 변위나 변형이 생긴 경우에는 구조물의 강성이나 내하력 부족, 부재의 과도한 응력발생, 또는 구조물의 불안정한
상태 등의 우려가 있으므로 다음과 같은 항목에 대하여 면밀한 조사를 실시한다.
1 변형·변위 조사
구조물은 재하하중이나 지진력 등의 외력에 의해 수직 혹은 수평방향으로 변위를 일으키는 경우가 있다. 이때 허용치를 초과하거
나 과대한 외력이 작용하게 되면 구조물에 소성변형이 생긴다. 또, 지반침하, 이동, 지지력 저하 등으로 변위나 변형이 생긴 경우
에는 구조물의 안정에 문제가 생긴다.
구조물의 변위 및 변형원인을 조사하기 위해서는 작용하중의 조사, 지반침하, 지하수위 저하 및 환경조건 변화의 조사, 구조물 부
근의 지형조사, 구조물의 기초조사, 인접시공의 영향조사 등을 실시하는 것이 바람직하다.
2 구조물의 변형 조사
구조물의 변위나 변형을 측정할 때에는 작용하중에 의한 처짐측정 및 침하량의 측정을 실시하는 것이 보통이며, 일반적으로 이들
의 측정에는 전기저항방식의 변위계 등을 사용한다.
3 철근응력 조사
철근의 응력은 콘크리트의 균열폭 및 균열간격을 측정하여 철근의 신장량을 구한 다음 이를 바탕으로 계산할 수 있지만, 필요에
따라서는 철근을 노출시켜 스트레인 게이지로 응력을 측정할 수도 있다.
4 변형·변위 진행성 조사
구조물의 변위나 변형이 발견된 경우에는 그것이 진행중인가 정지되어 있는가를 확인해야 하며, 진행되는 경우로 판단된 경우에는
그 원인을 빨리 제거시켜야 한다. 특히, 변형원인이 확인되지 않은 경우에는 특별한 주의가 필요하다.
나) 박리 및 철근노출 조사
콘크리트 구조물은 콘크리트의 박리 또는 피복 두께 부족으로 철근이 노출될 수 있다. 철근노출은 철근부식을 수반하고 구조물의
내하력을 저하시킬 우려가 있다. 따라서, 철근노출 부위에 대한 면밀한 조사가 이루어져야 하며, 이를 위해서는 박리부의 콘크리
트 면적과 위치, 철근 노출 부위 면적, 철근의 부식상태, 철근 노출 부위와 위치 등을 조사해야 한다.
다) 콘트리트 균열조사
균열 현상, 균열부근의 콘크리트 상태조사, 균열 경위 조사, 설계도서 및 시공기록 조사를 실시하고, 특히 균열발생의 패턴, 균열
폭, 길이, 관통유무, 이물질 충전유무 및 균열폭변동 등을 조사한다. 균열의 선단위치는 콘크리트의 응력 상태를 추정하는데 중요
하므로 정확하게 관찰하여 기입해 놓는다.
구조물 표면에 격자상의 표시를 넣어 도면과 이것을 대응시켜 기입해 놓으면 능률도 좋고 정밀도도 향상된다. 망상균열이 발생한
경우는 수축균열, 팽창균열 중 어느 쪽인가를 추정할 필요가 있으며, 모양과 표면상태를 주의 깊게 관찰하여 기록한다.
1 균열폭
균열폭은 균열이 콘크리트 구조물에 미치는 영향을 판단하기 위해 사용하는 인자이다. 특히, 균열폭의 변동유무는 원인 추정, 보
수·보강 방법을 선정할 때 중요한 항목이므로 조사해 놓는 것이 좋다. 균열폭을 측정할 때는 해설 [그림 3-2]에서와 같이 균열자
, 균열경 등을 사용하고, 균열 변동 측정에는 전기적인 측정방법, 클립게이지를 사용하는 방법, 전기식 다이알 게이지를 사용하는
방법 등이 있다. 또, 표점간을 콘택트게이지를 사용하여 측정해도 좋다.[그림 3-2d]
연속된 하나의 균열이라도 위치에 따라 폭이 다르다. 그러므로 임의의 하나의 균열폭을 어떻게 취하며, 어떻게 표시하는가가 문제
가 된다. 보수·보강 여부의 판정 자료로 사용할 경우에는 최대 균열폭에 중점을 두는 것이 좋다. 그러나, 최대 폭을 표시하는 부
분이 균열 전 길이 가운데 극히 일부분인 경우나 균열 끝 부분의 콘크리트가 국부적으로 손상을 입어 다른 부분에 비하여 큰 최대
폭을 가지는 경우 등에는 과잉 보수가 실시되지 않도록 해야 한다. 단, 최대치에만 중점을 두는 것이 아니라 균열 전 길이에 걸친
폭의 분포에도 유의할 필요가 있다. 이를 위해서는 여러 개소의 균열폭을 측정하여 기록해 놓는 것이 좋다.
한편, 균열폭은 온도나 습도에 의해 변화하므로 균열폭의 변동을 장기적으로 측정하는 경우에는 그 측정시의 온도 및 습도 조건은
되도록 같도록 하는 것이 원칙이다. 하루의 온도는 시시각각으로 변화하므로 측정시각은 되도록 일정하게 하며 오전 10시 전후에
하는 것이 좋다. 이 시각의 온도는 1일 평균 온도에 거의 상당하므로 데이터 해석 등에 적합하다.
강우에 직접 접촉되는 경우가 많은 토목구조물이나 건축물의 외벽 및 지붕 슬래브 등의 부재는 강우후 적어도 3일 이상 경과하고
나서 측정하는 등의 배려가 필요하다.
2 균열길이
균열길이는 균열의 원인 추정이나 보수·보강 여부의 판정에는 그다지 관계가 없는 것이 보통이다. 그러나 균열길이에 의해 균열
이 국부적인 원인에 의한 것인가, 광범위에 걸친 원인에 의한 것인가에 대한 대략적인 추측이 가능하므로 전혀 무관하다고는 할
수는 없다.
균열길이가 문제가 되는 것은 주로 보수·보강시 그의 규모를 파악하여 공사비를 산출 할 때이다. 적어도 균열폭이 0.05㎜정도 이
상 되는 구간의 길이를 측정하여 기록할 필요가 있다.
하나의 연속된 균열에서 보수하는 부분과 보수하지 않는 부분으로 구별하는 경우는 거의 없으므로 되도록 목측으로 확인할 수 있
는 전 구간의 길이를 구해 놓는 것이 좋다.
균열길이는 일반적으로 자를 사용하여 측정하는데, 균열의 굴곡까지 고려하여 엄밀하게 측정할 필요는 없다. 적당히 선정된 구간
의 직선거리를 더하여 균열길이를 구한다.
3 균열의 관통유무
균열의 관통여부는 물이나 공기가 통과되는가의 여부에 따라 판정할 수 있다. 콘크리트의 양면을 관찰 할 수 있는 경우에는 표면
과 안쪽면의 균열패턴이 일치하는가에 따라 확인할 수 있다.
4 균열부분의 상황
균열부분의 상태로부터 이물질의 충진 유무, 백화현상의 유무, 철근의 발청 유무 등을 관찰하여 기록한다.
(a) 크랙스케일에 의한 측정 (b) 루페(현미경)에 의한 측정
(c) 스트레인게이지에 의한 측정
(d) 콘텍트 게이지에 의한 측정
[그림 3-2] 균열폭 및 그 변동 측정방법
3) 콘크리트의 열화조사
가) 콘크리트의 배합비 분석
콘크리트의 배합비 분석은 공인된 방법으로 실시하고 골재량, 시멘트량, 결합수량 등으로 추정한다. 콘크리트 구조물이 비교적 빠
른 시기에 열화하거나 강도부족으로 변형이 생긴 경우 등, 그 원인을 조사하거나 내구성을 진단하기 위해 콘크리트의 배합을 추정
하는 경우도 있다.
배합비 추정 방법에 대한 규정은 아직 없으므로, 일반적으로 일본시멘트협회 콘크리트전문위원회가 제안하고 있는 경화콘크리트의
배합에 관한 공동시험보고(1967년 9월 F-18)의 방법을 사용하는 것이 좋다
나) 콘크리트의 조직검사
시멘트 수화생성물의 정상적인 조성 및 열화에 대한 콘크리트의 저항성을 평가하기 위하여 실시하는 것으로서 측정 항목은 구조물
의 중요도 및 사용환경을 고려하여 정하는 것이 좋다.
콘크리트의 조직검사에는 수산화칼슘의 정량 및 그 결정의 관찰, 세공경 분포의 측정, 산소 및 염화물 이온의 확산계수, 세공용액
의 조성분석, 공기량 및 기포분석 등을 실시하는 것이 좋지만, 이와 같은 시험은 매우 숙련을 요하고 시간과 경비도 많이 소요되
므로 구조물의 중요도 및 목적에 따라 취사 선택하는 것이 합리적이다.
일반적으로 조직검사에는 'X선회절, 전자주사현미경(SEM), 세공경측정장치, 확산계수측정기, 시차열분석(DTA) 및 중량분석(TG) 등
이 사용되고 있다.
다) 중성화검사
콘크리트의 중성화시험은 지시약에 의한 방법이 일반적으로 널리 이용되고 있다. 지시약으로서는 페놀프탈레인 1%용액을 사용하며
, 평균 중성화깊이 및 최대 중성화깊이 등을 측정한다.
콘크리트의 중성화깊이 측정에는 페놀프탈레인 시약이 널리 사용되고 있으며, 현장에서 실제 구조물에 대한 중성화깊이를 측정할
때 간편하다. 그러나 페놀프탈레인에 의한 중성화 측정법은 시약농도, 시약의 분무(도포)량, 콘크리트의 함수율, 콘크리트의 표면
상태, 시약 분무시기, 중성화 깊이 측정시기 등과 같은 요인으로 측정결과가 달라질 수도 있으므로 주의해야 한다.
중성화시험에 사용하는 시약은 페놀프탈레인 1%용액(페놀프탈레인 1g을 95% 에틸알콜 90㎖에 용해시키고 여기에 물을 가하여 100
㎖로 만든다)이다.
일반적으로 중성화깊이를 측정할 때는 다음 순서대로 한다.
1 콘크리트의 측정면을 청결히 한다<표 3-1>
2 시약은 측정면에 스프레이로 분무한다. 분무시기는 <표 3-1>에 따른다.
3 <표 3-1>를 참조하여 측정시기를 정하고 중성화깊이를 측정한다. 이 때 적색으로 착색 되었다가 퇴색해버리는 영역도 중
성화영역으로 한다.
4 중성화깊이는 1개의 조사위치 마다 평균 중성화 깊이 및 최대 중성화 깊이를 측정하고 ㎜단위를 취한다. 그러나 평균치가 위치
에 따라 크게 다를 경우는 평균하지 않고 중성화 상태를 상세히 스케치한다.
<표 3-1> 중성화 시험 요령
측 정 면
청소 및 전 처리 방법
시약의 분무시기
중성화깊이 측정시기
(분무후 경과시간)
·현장에서는 박리부나
V컷트면
·코어 채취면
브로아 뿌리기
직 후
직 후
3∼6시간후
1∼10분후
1∼7일후
1분∼2일후
브로아 뿌린 후 물 축이기
직후∼1일후
직후
2∼4일후
직후∼2일후
5∼7일후
직후
·채취한 코어 표면
·콘크리트 컷터 절단면
물로 씻은 후 표면건조
1일후
10분∼2일후
·수중양생 후의 파손면
브로아 뿌리기
직후∼1일후
직 후
·수중양생 후 콘크리트 컷터 절단면
물로 씻은 후 표면건조, 분무전 물축이기
1일 후
10분∼2일후
라) 백화상태 검사
백화현상으로 콘크리트가 열화되면 콘크리트 내부조직까지 영향을 미치며, 심한 경우에는 개수 또는 보수를 해야 한다. 백화현상
을 일으키는 성분으로서는 탄산이온, 유산이온, 알칼리 및 알칼리 토류 성분 등이 있다.
시멘트에 함유되어 있는 이들 성분과 탄산이온이 반응하여 가용성염류가 생성되고 콘크리트 표면에 용액으로서 이동하여 습윤증발
후, 결정체로써 백화가 생성된다. 수화조직 내부에서도 유산염이 생성되고 외부로부터 다량의 유산염이 침입하여 에트링가이드를
조성하기도 하며, 조직이 형성되어 팽창됨으로써 균열이 발생한다.
콘크리트의 백화현상을 조사하는 데는 백화의 위치 및 면적, 백화현상이 균열을 수반하고 있는지의 여부 등을 확인해야 하며, 필
요에 따라서는 백화물의 조직분석을 실시하는 것이 좋다.
마) 염해 조사
허용한도 이상의 가용성 염화물이온이 콘크리트의 세공 속에 존재하면 철근이 발청한다. 철근이 발청되면 체적 팽창으로 콘크리트
에 균열이 발생하고, 이런 현상이 반복되면 철근에 단면결손을 가져와 콘크리트 구조물의 열화를 촉진시킴으로써 내하력을 저하시
킬 수 있다.
콘크리트에 존재하는 염화물은 주로 해사로 인한 혼입염분과 해안지역 혹은 해양구조물일 경우, 대기중이나 비말대에서 들어오는
침입염분으로 구분된다. 그러므로 해사를 사용하지 않더라도 해양구조물과 같은 경우에는 침입염분으로 인한 철근발청이 발생되어
구조물의 열화를 촉진시키는 경우가 빈발하는 실정이다.
염해는 철근부식을 유발하는 중요한 요인이긴 하지만, 염분량 및 수분과 산소의 공급이 없으면 일어나지 않는다. 콘크리트 표준시
방서에서는 레디믹스트 콘크리트의 염화물이온의 한계치를 C1으로 0.3㎏/㎥로 규정하고 있으나, 일반적으로 철근의 발청을 유발시
키는 염화물이온의 한계치는 1.2㎏/㎥로서 사용하고 있다.
콘크리트 중의 염화물이온 함유량은 코어 시료를 채취하여 ASTM C1152 「Standard Test Method for Acid-Soluble Chloride in Mo
rtar and Concrete」 및 ASTM C1218 「Standard Test Method for Water-Soluble Chloride in Mortar and Concrete」, 또는 일본콘
크리트학회 규정 JCI-SC4 「경화콘크리트 중의 염분의 분석시험방법」을 참고하여 측정한다.
이들 시험에서 주의해야 할 점은 염화물이온의 측정방법 보다 오히려 시료채취 및 이온의 추출조건이다. 시료채취는 모르타르를
채취할 것인지 콘크리트를 채취할 것인지를 명확하게 하는 것이 중요하다. 또, 추출조건으로서는 탄산나트륨을 용제로서 800℃에
서 융해시키는 것으로부터 20℃에서 용출시키는 것가지 있으므로 시험목적에 맞추어 선택할 필요가 있다.
4) 콘크리트의 압축강도 조사
콘크리트는 시멘트와 골재로 만들어진 복합체로서 각 재료의 품질, 배합, 치기, 양생 등의 조건에 따라 그 강도가 변화한다. 콘크
리트는 필요한 강도, 내구성 및 수밀성을 가져야 하며, 동시에 품질의 균질성 및 품질관리를 위한 압축강도 시험이 필요하다. 또
한, 기존 콘크리트 구조물이나 재해가 발생된 콘크리트 구조물의 안전도를 위해 압축강도의 평가는 중요하다.
일반적으로 기존 구조물의 압축강도는 현장의 콘크리트 치기와 병행하여 제작된 표준공시체를 필요한 재령에 따라 시험하여 측정
하지만, 이 측정치는 기존의 콘크리트 구조물의 강도와 다소 차이가 나는 것이 보통이다. 그 이유로서는 콘크리트의 응결, 형상
및 치수, 양생방법 등 여러 가지 조건이 서로 다르기 때문이다. 또한 기존 구조물이 재해를 당한 경우 미리 준비된 강도관리용 공
시체가 없기 때문에 구조체의 콘크리트 강도를 직접 측정할 수도 없다.
그러므로, 구조체로부터 콘크리트 코어를 직접 채취하여 강도시험을 실시하면 어느 정도 유사한 값을 얻을 수 있다. 그러나, 코어
채취는 구조물의 상태에 따라 채취 개수가 한정되며, 또 구조물의 부분적 손상에 따른 제반 문제점 및 경비 등이 소요된다.
따라서, 구조체의 압축강도는 코어 채취에 의한 시험값이 비교적 정확하기 때문에 널리 사용하고 있지만, 이와 더불어 콘크리트
강도를 추정하는 보조수단으로서 비파괴시험을 활용하기도 한다.
가) 반발 경도법
반발 경도법(Schmidt Hammer Test)은 슈미트 햄머로 콘크리트의 표면을 타격한 후 햄머의 반발정도(반발경도)로 강도를 추정하는
것으로서, 현재 세계각국에서 널리 사용하고 있는 대표적인 비파괴 시험 방법이다. 측정기가 비교적 저렴하고, 또 시험법도 간편
하기 때문에 품질관리나 강도측정의 수단으로서 손쉽게 사용하고 있다. 그러나, 콘크리트 표층부의 품질에 영향을 받기 때문에 내
부의 콘크리트 강도를 높은 정밀도로 구하는 것은 어렵다.
반발 경도법에 의한 압축강도 추정의 국내 규정은 없고, 일본의 경우 일본토목학회 규정 JSCE-G 504 「경화콘크리트의 테스트 햄
머 강도의 시험방법」이 있으므로 시험시 참고하는 것이 좋다.
1 측정기 종류의 선정 및 검정
슈미트 햄머는 N형, NR형, NP형, ND형, MTC형, P형, LR형, M형 등의 기종이 있다. 슈미트 햄머는 Test Anvil에 의한 Test Hammer
의 반발경도 이 80 1의 범위를 벗어나는 경우, Test Hammer의 조정나사를 조작하여 조정하여야 한다.
2 측정방법
측정할 부위를 3㎝ 이상의 간격으로 격자망을 구성하고 교차점 20개소 이상을 해머의 타격봉으로 타격하여 평균반발경도 R을 구한
다. 이때 차이가 평균값의 20% 이상인 경우에는 계산에서 제외시킨다.
3 콘크리트 표면의 상태
측정면은 평활해야 하고 거친 면은 피한다. 마무리재료나 도료가 칠해져 있는 부위는 이를 제거한 후, 콘크리트 면에 직접 타격해
야 정확한 반발경도 값을 얻을 수 있다.
4 반발경도에 의한 압축강도 평가
. 동경시 건축재료 검사소 식 : fc = 10Ro-110(kgf/㎠)
. 일본 재료학회 식 : fc = 13Ro-184(kgf/㎠)
. 일본 건축학회 공동실험결과 : fc = 7.3R+100(kgf/㎠)
여기서, Ro = R+△R이며, R은 측정평균반발경도, Ro은 기본반발경도이다.
나) 초음파 속도법
콘크리트의 밀도 및 탄성계수에 따라 초음파의 투과속도가 변화하는 것을 이용한 것으로 구조물에도 적용 가능하다. 이 방법에 의
한 추정강도의 정밀도는 그다지 높지 않으며, 외국에서는 콘크리트 강도판정이나 품질비교 혹은 균열깊이의 판정수단으로 사용한
다.
1 측정관리와 적용범위
콘크리트에 밀착된 단자에서 발진한 초음파 펄스 20∼200KHz의 도달속도가 콘크리트속에 전달되어 수신단자에 가장 빨리 도달하는
시간을 전달시간으로 해서 양 단자간의 거리를 구하고 그 속도를 얻는다. 이와 같이 구한 음속과 압축강도와의 상관관계로 콘크리
트의 강도를 추정한다.
2 강도 추정
. 음속의 계산 : Vp = L/t(㎞/s 또는 m/s)
. 강도추정 : 미리 구한 음속과 압축강도와의 상관관계에 의한 도표 및 식을 이용해서 구조체 콘크리트의 음속을 추정하여 압축강
도를 추정한다.
다) 조합법
반발경도법과 초음파 속도법의 조합법은 콘크리트 내부의 초음파속도와 표층부의 슈미트 햄머 반발경도를 측정하여 압축강도추정
에 대한 정밀도를 향상시키기 위하여 병용하는 복합적인 비파시험방법이다. 각종 비파괴 시험치의 조합방법으로는 반발경도+음속
, 반발경도+인발내력, 반발경도+음속+인발내력 등이 제안되어 있지만, 이 중에서도 반발경도와 초음파의 조합법이 가장 실용적이
다. 유럽(RILEM), 일본 및 대한건축학회의 시방서 등에서 이미 이에 대한 지침이 제시되고 있다.
라) 인발법
인발법은 가력 헤드를 지닌 앵커볼트와 원뿔형의 콘크리트를 뽑아내는 반력링(ring)을 사용하여 소요되는 최대 인발력으로 압축강
도를 추정하는 방법이다. 이 방법은 콘크리트를 칠 때 인발용 장치를 콘크리트 속에 미리 묻어 넣는 프리 셋트(preset)법과 콘크
리트경화 후에 홀인 앵커(hole-in-anchor)나 케미컬 앵커(chemical anchor) 등을 이용하여 인발 볼트를 정착하는 포스트 셋트(po
stset)법으로 분류된다.
마) 코어 채취에 의한 압축강도시험
채취한 코어로부터 압축강도를 측정하는 방법은 앞에서 언급한 비파괴 시험법과 국부파괴 시험법에 비하여 가장 신뢰도가 높다.
그러므로 콘크리트 구조물의 강도조사는 코어채취의 개수에 차이는 있지만 대부분의 경우 비파괴 시험과 아울러 실시하는 것이 보
통이다. 그러나, 코어 채취에 비용이 들고 채위 후에도 보수를 요하는 이유로 코어 채취갯수를 가급적이면 적게 하고 비파괴 시험
법 등을 실시하여 보충하는 것이 통상적인 방법이다.
5) 콘크리트 구조물의 비파괴 조사
콘크리트 구조물의 열화상태를 조사진단하기 위해서는 필요에 따라 다음과 같은 비파괴 시험을 실시한다.
가) 콘크리트의 내부결함조사
콘크리트 내부의 공동 및 균열, 마감재의 박리 등 각종 결함을 조사하는 데는 초음파법, 타음법, 방사선투과법, 적외선법, AE(ac
oustic emission)법, 써모그래피(thermography, 적외선 영상해석)법 등이 있다.
1 초음파법에 의한 내부결함 위치 측정
초음파를 이용하여 콘크리트 속의 결함을 탐사하는 방법으로서는 투과법과 반사법이 있다. 투과법은 발진자 및 수진자를 탐사대상
면에 설치하여 탄성파의 도달시간과 파형을 분석함으로서 내부결함을 탐사하는 방법인데, 결함부가 큰 경우에 유효하게 이용할 수
있다. 반사법은 발진자 및 수진자를 동일 평면상에 설치하고 공동부에서 반사파를 검출하여 이상부를 탐사하는 방법이다.
콘크리트의 균열깊이를 추정할 때는 초음파의 발진자 및 수진자를 결함근방에 설치하지만, 설치위치에 따라 실제의 펄스(pulse)
전파거리가 서로 달라지므로 균열깊이 추정 때 문제가 된다. 발진자 및 수진자로서 쐐기형 진자의 사용 방법도 제안되고 있지만,
이 경우 펄스속도를 정확히 측정할 수 있는 반면, 펄스가 쐐기내에서 감쇄되고 접촉면에서의 반사가 크며 수진파의 시작이 나쁘다
는 문제가 있다.
2 써모그래피법
일반적으로 건물의 벽면은 기온이나 태양의 복사열에 따라 하루, 또는 일년내내 주기적인 온도변화를 나타낸다. 건물의 표면온도
는 그 벽면을 구성하는 재질의 비열과 열전도율 등의 물리적 성질, 표면상태나 형상 등에 따라 변화한다. 예를 들면, 벽면의 경우
, 들뜸부(박리부)와 건전부 간에는 일정한 물리적 법칙에 따라 온도차가 생긴다. 써모그래피법은 벽면에 대한 온도차를 열화성 정
보로 화상처리를 실시함으로써 들뜸부(박리부)를 면적으로 검출하는 계측수법이다.
측정장치 및 특성
적외선 열화성 촬영장치는 물체의 표면온도를 비접촉식으로 영상화시키는 장치다. 적외선을 감지하는 검출기, 적외선 신호를 영상
화하는 신호처리부, 열화상을 화면으로 보여주는 영상표시부 등 크게 3부분으로 이루어져 있다. 또한 다각적인 정량적 분석을 위
한 부속장치로 VTR, PC등과의 연계구성이 가능하다.
측정원리
자연계에 존재하는 모든 물체는 절대온도 0 k 이상에서 그 물체의 온도와 방사율에 대응하는 적외선 에너지를 표면으로부터 일정
하게 방출한다. 그리고 그 방출량은 물체의 표면온도와 밀접한 관계를 갖는다. 따라서 물체로부터 방출되는 적외선 에너지량을 정
밀하게 측정하면 물체의 표면온도를 알 수 있다. 적외선은 가시광파(microwave)사이의 0.75∼1,000㎛의 장파영역을 갖는 전자파로
서 파장에 따라 근적외선, 중적외선 원적외선, 극원적외선으로 구분되는데, 적외선 열화상 촬영장치는 이러한 대상물체가 방출하
는 적외선 에너지를 적정 파장대에 따라 검출하고 열화상으로 대상물의 표면온도분포를 가시화해 주는 장치이다.
진단방법 빛 활용범위
사전 예비조사로 구조물의 진단위치를 정확히 파악한 후, 촬영 및 화상 데이터의 분석을 통해 구조물의 보수·보강을 결정한다.
화상처리는 1차 화상처리와 2차 화상처리로 나뉜다. 들뜸부를 판별하기 쉽도록 칼라화상으로 표시하는 일련의 처리를 말한다. 1차
화상처리에서는 화상의 형상 변형 보정, 위치조정, 합성 등의 기하학적 보정을 하고, 2차 화상처리에서는 화상의 특징영역 추출,
배경제거 등, 일련의 과정을 거쳐, 들뜸부의 출력, 특정영역의 면적, 추정박리도면을 출력한다.
적외선 열화상 촬영장치의 활용범위는 구조물의 노후화 및 성능저하 위치 판단이 가능한 건축분야뿐 아니라 인공위성의 지상관측
에도 이용되고 있다. 자외선과 가시광선을 비교하여 파장이 길고, 미립자에 의한 반사와 흡수가 작기 때문에 공기 중에 잘 투과하
고 먼 거리에서도 관측이 가능하다. 또한, 기기나 기구의 온도분포상황과 공간온도분포를 계측할 수 있는 전기, 전자분야와 의학
분야, 자동차, 기계·금속분야 등, 광범위한 사용이 가능하며 그 활용성이 매우 크다.
적외선 열화상 촬영장치를 이용한 비파괴 진단시 유의해야 할 사항으로서는 구조물과 통상 15∼20m 정도의 거리에서 측정해야 하
며, 풍속 5m/sec 이내에서의 측정이 바람직하다. 특히 일교차가 5℃ 이상일 경우에 효과적이다. 일반적으로 측정은 측정대상 구조
물에 일사가 사입되고 30분 이상 경과한 후(일사량 120kcal/㎡ ℃ 이상) 실시하는 것이 좋다.
나) 철근배근상태 조사
철근의 위치, 방향, 덮개 등 철근의 배근상태에 대한 조사는 구조물의 상태조사, 내하력 평가, 보수·보강 등에 사용할 수 있는
자료를 얻기 위하여 실시하는 것이다. 일반적으로 철근의 배근상태 조사에는 전자 유도법, 방사선 투과법, 전자 레이더법 등 적절
한 방법으로 실시한다.
1 전자유도법
이 방법은 병렬공진회로(Parallel-Resonant Circuit)의 진폭감소에 의한 물리적 현상을 이용한 것이다. 가해진 진동수의 교류전류
는 탐사자(Probe)에 내장된 코일을 통해 흐르고 여기서 교류자장이 발생한다. 이 교류자장의 영향 범위 내에 있는 금속체는 콘크
리트 두께와 철근 단면적을 함수로 하여 탐사자 내의 코일 전압을 변화시키며 이 변화량 탐지로 철근의 존재와 위치, 방향, 피복
두께 등을 추정하게 된다. 다음은 전자 유도법에 의한 철근의 배근상태 측정방법이다.
측정기의 0점 조정 중이거나 사용중에는 Probe(탐사자)를 쥔 손에 반지나 시계를 착용하지 않도록 한다.
철근 탐지기는 고도로 민감한 계기이므로 사용 중 때때로 온도차 등에 의해 미터의 편차가 생기는 경우가 있다. 그럴 때는 0점 위
치로 미터바늘을 조정하여 보정 할 필요가 있다.
프로브(Probe)가 구조체 내의 철근에 근접하면 미터 바늘이 100눈금의 방향으로 움직이기 시작한다. 이 때 Probe의 방향을 90°
변경하고 전과 동일하게 하여 수치를 읽음으로서 철근의 위치와 방향을 결정하게 된다.
2 전자레이더법
콘크리트 표면에서 내부로 전자파를 방사하여 대상물로부터 반사되는 신호를 받고 철근의 배근상태나 공동 등의 위치 및 깊이를
화상표시로 기록한다. 이 데이터로 철근이나 콘크리트 내부의 공동의 존재와 위치, 깊이, 형태, 크기 등을 예측할 수 있도록 한
것이다.
전자레이더 탐사장치의 검사방법에 의한 일반적인 장치구성은 크게 안테나부와 본체제어부로 구성된다. 안테나부는 펄스제어, 송
신기, 수신기, 송수신 절환기, 안테나 및 거리검출기로 구성된다. 전자는 본체 제어부로부터의 신호에 의해 펄스제어, 송신기, 송
수신 절환기를 경유해서 송신 안테나로부터 송신된다. 본체 제어부는 조작부, 제어 처리부, 출력 표시부(CRT), 전원부로 구성된다
.
콘크리트 내부는 전파의 감쇄가 작은 데다(도전율이 작고, 전기가 잘 통하지 않음), 측정 대상물이 전파를 반사하는 물체(콘크리
트와 유전율이 다름)이므로 반사펄스가 충분히 수신 가능해야 한다.
전자 레이더법은 측정 대상물의 재질이 금속, 비금속을 망라하여 측정할 수 있으며, 이상 개소의 발견에 이용할 수 있다. 또한,
측정 결과를 현장에서 바로 얻을 수 있으며, 5m분의 데이터를 기억 표시할 수 있다. 데이터 번호 등의 동시기록이 가능하고, 안테
나가 소형 경량이므로 현장 측정이 용이하다.
다) 철근의 부식상태 조사
철근부식은 균열에 의한 피복 콘크리트의 손상, 부착강도 저하, 단면결손 등을 유발시켜 콘크리트 구조물의 내하력을 저하시킬 우
려가 있으므로 합리적인 방법으로 적절한 조사를 실시한다.
부식진단조사는 조사의 종류와 목적, 조사항목, 조사방법(측정방법, 비계 등), 조사 실시자와 실시시기, 조사부위, 기록방법 등
기본적인 사항에 대해 명확히 해 놓아야 하고, <표 3-2>에 제시한 철근부식조사를 위한 정보를 파악해야 한다. 조사방법에
는 자연전위 측정법, 표면 전위차 측정법 등이 있으며, 부식속도의 비파괴조사로서는 분극 저항법, AC임피던스법 등이 있다. 그러
나 이런 방법으로 철근의 부식상태를 조사하는 데는 현장상황, 구조물의 상태, 조사목적 등을 고려하여 적절한 방법을 선정하는
것이 좋다.
철근부식 진단은 최종적으로 구조물의 내구성, 내하력, 기능성 등을 평가하는데 그 목적이 있다. 조사 종류로서는 열화손상의 유
무만을 파악하는 것으로부터 장래 열화예측을 실시하는 것까지 다양하다. 따라서 조사종류와 그 조사로 파악하려는 정보를 명확히
해 놓아야 한다.
1 자연전위측정법
이 방법은 [그림3-3]과 같이 철근과 조합전극을 도선으로 전압계의 단자에 접속하고 콘크리트 표면에 조합전극을 이동시켜 여러
점에서 철근의 전위를 측정하는 것이다.
조합전위의 선단과 콘크리트 표면과의 접촉을 양호하게 하기 위해서 양자간에 물 또는 계면활성제 함유액을 함침시킨 스폰지 또는
탈지면을 개재시킨다. 콘크리트 표면이 건조한 경우에는 물을 뿌려 표면을 습윤상태로 만든 후 전위측정을 실시한다.
측정된 전위는 전위규약에 따라 측정치에 (-)부호를 붙인다. 또 그 값이 어느 조합전극을 기준으로 한 수치인가를 명확히 하기 위
해 단위와 함께 포화칼로멜전극기준의 수치에는 「vs SCE」, 포화염화은 전극 기준의 수치는 「vs SSCE」 혹은 포화유산동전극 기
준의 수치에는 「vs CSE」등을 기록한다.
[그림3-3] 철근의 자연전위측정법
2 표면 전위차 측정법
이 방법은 [그림 3-4]와 같이 두 개의 조합전극을 사용하여 콘크리트 표면에 한쪽의 조합전극을 고정하고 다른 쪽의 조합전극을
이동시켜 표면 전위차를 측정하고 전위경사를 구한다. 이 방법은 콘크리트 일부를 파괴시켜 철근에 측정단자를 설치할 필요가 없
다는 이점이 있다.
[그림 3-4] 표면 전위차 측정법
3 분극 저항법
콘크리트 속의 철근에 외부로부터 미소한 직류전류를 가하여 생기는 전위변화를 측정해서 분극저항을 구하고 이로부터 부식속도를
산출한다.
[그림 3-5]는 수용액 중에 침적시킨 시료의 분극저항을 측정하기 위한 기기의 배치와 결선법을 나타낸 것이다. 미리 수산화칼슘
포화수용액으로 콘크리트를 충분히 적신후 콘크리트 표면에 접촉액을 침투시킨 스폰지를 매개로 하여 대극과 조합전극을 설치한다
. 작용극은 매설된 철근이며, 철근을 노출시켜 리드선을 접속한다. 분극저항의 측정에서는 전위측정 이상으로 측정부의 철근과 리
드선을 연결한 철근과의 접속에 대한 확실성이 요구된다. 부식이 진행되면 철근과 철근의 접촉부의 저항이 커지기 때문에 측정할
철근마다 리드선을 교체할 필요가 있다.
이 경우도 전위측정과 마찬가지로 콘크리트 표면에 50∼100㎝ 간격의 격자점을 설치하고 격자점마다 분극저항 측정결과를 사용하
여 매핑한다(Mapping)을 만든다. 이것을 이용하여 철근의 부식속도를 추정한다.
[그림 3-5] 분극저항 측정방법
4 AC임피던스법
[그림 3-6]은 콘크리트 구조물 속의 철근 임피던스를 측정하기 위한 계기의 결선과 배치를 나타낸 것이다. 조합전극과 대극의 위
치는 분극저항의 경우와 동일하다. 측정은 고주파측 10∼100KHz로부터 저주파측 0.1∼10mHz까지 실시하며, 고주파측의 측정은 단
시간에 실시하므로 문제가 없지만 저주파측을 측정할 때에는 측정에 장시간이 소요된다.
[그림 3-6] 철근의 임피던스 측정방법
6) 구조물의 재하시험 및 내하력 평가
이것은 대상구조물의 구조적인 안전성을 평가하기 위하여 실시하기 위한 것으로서 일반적으로 다음과 같은 방법에 의해 실시한다
.
가) 구조계산에 의한 방법
콘크리트 구조물에 균열이 발생하여 균열진행이 확인된 경우와 하중으로 박리 등 단면의 결손도가 커진 경우, 그리고 휨이 설계
값에 비하여 큰 경우 등에서는 단면상태를 파악하여 그의 내하력을 검토한다. 구조물의 설계도면이 없는 경우와 시공상의 이유 등
으로 시공단면과 설계단면사이에 차이가 있을 때는 구조물의 소요단면에 대해서 실측을 하고 실 단면과 유효단면을 구한다.
나) 재하시험에 의한 방법
완공된 철근콘크리트 구조물이 콘크리트 강도시험에 불합격된 경우 및 시공상의 결함이 인정된 경우, 구조물의 노후화가 진행되었
거나 설계하중을 초과하는 하중이 통상적으로 작용하는 경우 및 예기치 않은 손상을 입은 경우 등에 있어서는 재하시험(정적시험
및 동적시험)에 의하여 그 구조물의 거동을 종합적으로 파악하여 안전성 및 사용성 등을 평가할 필요가 있다.
다) 진동계측에 의한 방법
바닥 슬래브나 보와 같은 수평부재는 그의 휨 진동을 실측하여 탄성진동을 검토한다. 휨 진동은 사람이 걷는다던가 모래주머니를
떨어뜨리는 등 쉽게 할 수 있으므로 재하시험에 비해 편한 비파괴 시험의 일종이라고 할 수 있다.
진동계측을 실시하기 위해서는 측정 목적을 명확히 하고 그 목적에 필요한 물리량변형율(휨), 진동량(진동변위, 진동속도, 진동가
속도) 등을 얻을 수 있는 측정계를 설치하여야 한다.
가진방법으로서는 강제진동법과 자유진동법이 있다. 강제진동법으로서는 규칙진동인 강제진동시험과 불규칙진동인 상시미동시험
등이 있으며, 자유진동법으로서는 충격진동 시험이 있다.
강제진동시험은 1차 및 2차 진동수, 모우드, 감쇠를 조사하는데 적당하며, 특히 기진기의 회전수를 일정하게 지지하면서 슬래브면
각 개소의 진폭을 측정하여 진동 모우드를 알 수 있다. 상시미동시험은 건물, 지반은 교통기관, 기계 등이 일으키는 진동의 영향
을 받아 발생하는 미소 진폭의 진동을 측정하는 것이다. 충격진동시험은 1차 고유진동수와 진폭, 감쇠정수를 조사하는데 적당하며
강제 진동시험에 비해 훨씬 간편하게 실시할 수 있다는 점이 특징이다.
마. 판정기준
1) 일 반
손상된 콘크리트 구조물의 보수·보강 필요 여부는 조사 및 원인추정의 결과를 신중히 검토하여 판정하는 것이 기본이다.
원인이 명확한 경우에는 제거하거나, 결함발생으로 인해 손상된 기능 및 내력저하를 회복시키기 위한 적절한 보수·보강공사를 실
시하는 일이 많고, 앞으로도 보수·보강의 성과를 기대할 수 있다. 그러나 각각의 결함원인이 불명확한 경우도 많고, 결함의 조사
결과만으로 보수·보강의 필요여부 판정을 내려야 할 때도 많다. 보수·보강에 대한 필요성 여부를 판정하기 위해서는 다음과 같
은 사항을 고려해야만 한다.
가) 구조물의 사용성(안정성과 기능성)
보수·보강에 있어서는 각기 필요여부 판정의 기준이 다르기 때문에 동일한 결함이라해도 사용성에 따라 상반되는 판정을 내릴 수
있다. 본 장에서는 사용성에 대해 아래와 같이 분류하였다.
조사시점에 있어서 내력은, 구조물의 안정성 유지 여부를 판단하는 자료가 된다. 또 내구성이란 현 시점에 있어서는 내력에는 문
제가 없다고 판단되더라도 장시간 경과 후에는 결함으로 부재의 내력을 손상시킬 것이라고 판단되는 것으로, 사용기간에 있어서의
내력저하를 예측할 필요가 있다.
한편 기능성의 각 항목에 대해서도 안정성과 같이 단기적이면서 장기적인 판단이 요구된다. 예를 들면, 방수성에 있어서의 단기적
판단은 조사시점의 결함에서 누수가 발생되어 기능상 장해를 인정할 수 있는 경우를 말한다. 장기적 판단이란, 현시점의 결함에서
는 누수가 관찰되지 않지만 금후 누수 가능성이 예측되는 것을 말한다.
나) 보수·보강 이외의 대책 검토
보수·보강 이외의 대책으로서 보수·보강 여부의 최종적 판정을 위하여 다음과 같은 방법도 아울러 검토한다.
1 적재하중의 저감
결함발생으로 안전성이 저하되었다고 판단될 경우에는, 요구되는 안전성을 유지하기위해 적재하중(가령, 주행차량)을 제한한다.
2 용도의 변경
구조물의 용도를 바꾸는 것으로, 예를 들면 적재하중의 안전을 위해 창고를 사무실로 전용하는 일 등이다.
3 철 거
보수·보강을 실시한 경우라 하더라도 그 효과를 충분히 기대할 수 없거나, 보수·보강공사를 수행하기에는 막대한 경비를 필요로
할 때, 기설 구조물을 철거할 수도 있다.
2) 콘크리트의 손상도 판정기준
콘크리트의 손상도 판정기준은 구조물의 종류, 부재의 중요도 등에 따라 다르며, 또 대상구조물의 관리주체에 따라 다르다. 그러
므로, 모든 콘크리트 구조물에 대하여 하나의 판정기준을 정하여 일률적으로 적용한다는 것은 바람직하지 않다. 이와 같은 상황을
고려하여 본 요령에서는 콘크리트 구조물의 손상도를 판정할 때, 대상구조물의 관리주체가 정하고 있는 판정기준을 적용하도록 한
다.
이 요령에 의한 보수·보강 필요성 여부의 판정은 다음 순서에 의한다.
가) 현 시점에서 확실한 장해가 있을 경우
다음과 같은 경우에는 보수 또는 보강의 필요가 있는 것으로 판정하고, 장애의 정도, 보수·보강의 긴급성 및 비용, 그 외의 것을
종합적으로 감안하여 보수·보강의 정도를 결정한다.
1 대인 안전성이 현저하게 상실된 경우
2 누수 발생이 현저한 경우
3 미관이 현저하게 손상된 경우(결함 그 자체, 백화, 철근의 붉은 녹 용출 등)
4 사일로나 훈증 창고 등에서 요구하는 기밀성이 손상된 경우
나) 조사에 기인한 일반적인 판정
주로, 내구성 및 방수성에 관한 판정이다. 균열폭 및 녹 발생 상황에 따른 결함의 조사 결과를 토대로 보수·보강 필요여부를 판
정한다.
다) 기술자의 고도의 판정
다음과 같은 경우에는 기술자의 판정에 따라 보수·보강 필요성 여부를 판정한다.
1 내구성 또는 방수성으로, 균열폭이 <표 3-2>의 (A)와 (B) 사이에 포함될 경우
2 내력 또는 대인 안전성에 관련된 것으로서 2항으로는 판정을 내릴 수 없을 경우
3 미관 또는 기밀성에 관련된 것으로서 1항으로는 판정을 내릴 수 없는 경우
3) 보수·보강의 판정
가) 콘크리트 구조물의 보수·보강 판정은 원칙적으로 그 구조물의 관리주체가 정하고 있는 기준에 따르도록 한다. 그러나, 이 규
정을 적용하기가 곤란한 경우에는 다음과 같은 사항을 고려하여 발주자와 협의하여 정하도록 한다.
나) 보수·보강 여부의 판정은 대상 부재가 구조부재인 경우 1, 3, ④항에 따르며, 구조부재인 경우에는 1, 2, 3, 4항에 따른다.
1 내구성 또는 방수성으로부터 보수 여부를 판정하는 경우
현장 조사로부터 얻어진 균열폭을 <표 3-2>와 대조하여 보수 여부를 판정한다. 다만, 균열폭이 <표 3-2>의 (A)와 (B
) 중간에 위치하는 경우에는 4)에 의해 보수 여부를 판정한다. 또한 이 경우는 균열폭 뿐만 아니라 균열의 원인, 균열 깊이 및 밀
도, 패턴 등을 종합하여 판정한다.
2 내하력으로부터 보강 여부를 판정하는 경우
내하력 저하가 예상되는 경우에는 4)에 따르는 것을 원칙으로 한다. 단, 구조형식이 단순하고 손상의 정도가 분명한 경우에는 신
뢰할 수 있는 방법에 의해 보강 여부를 판정해도 좋다.
3 대인 안전성으로부터 보수 여부를 판정하는 경우
대인 안전성이 문제가 되는 경우에는 4)에 따르는 것을 원칙으로 한다. 다만, 균열에 기인하는 박리, 박락의 정도가 명확한 경우
에는 보수가 필요한 것으로 판정한다.
4 그 밖의 기능으로부터 보수 여부를 판정하는 경우
기밀성, 미관 등에 의해 보수 여부를 판정하는 경우는 4)에 따른다.
<표 3-2>는 환경조건 및 그 밖의 복합적인 요인에 대응한 균열폭에 의해 보수 여부를 정하도록 규정한 것이다. 이 표의 값
은 균열 길이 방향의 각 점의 폭이 일정한 경우를 가정한 것이다. 그러나, 실제의 균열폭은 위치에 따라 다르므로 하나의 균열이
라도 보수를 필요로 하는 부분과 그렇지 않은 부분이 혼재하는 경우가 발생한다. 부분적으로 보수를 필요로 하는 경우에는 보수공
법의 검토를 실시하여 특히, 필요하다면 균열폭의 상세한 측정을 실시하여 보수의 범위 및 정도를 정하는 것이 좋다.
<표 3-2> 보수의 필요여부에 관한 균열폭의 한도
조 건
내구성 관점에서 본 경우
방수성 관점에서 본 경우
심함
중간정도
완만함
-
(A) 보수를 필요로 하는 균열 폭(㎜)
대
중
소
0.4이상
0.4이상
0.6이상
0.4이상
0.6이상
0.8이상
0.6이상
0.8이상
1.0이상
0.2 이상
0.2 이상
0.2 이상
(B) 보수를 필요로 하지 않는 균열 폭(㎜)
대
중
소
0.1이하
0.1이하
0.2이하
0.2이하
0.2이하
0.3이하
0.2이하
0.3이하
0.3이하
0.05 이하
0.05 이하
0.05 이하
구조부재에 균열이 발생한 경우, 발생원인이 구조외력이라고 추정되는 경우에는 내하력에 매우 유해한 영향을 끼칠 가능성이 있다
. 또, 알칼리골재반응 및 염해, 중성화로 부재의 내하력에 영향을 줄 수 있다고 여겨지는 균열이 발생한 경우, 혹은 철근부식으로
철근단면이 결손되었다고 판단된 경우는 보강여부의 검토가 필요하다.
콘크리트 구조물의 내하력이 문제가 되어 보강여부를 판정할 경우에는 중요하고도 긴급을 요하는 일이 많으므로, 원칙적으로 해당
기술자의 고도한 판단에 맡기는 것이 좋다. <표 3-3>은 보강 여부를 판단하는데 척도로써 제시한 것이므로 참고로 하는 것
이 좋다.
<표 3-3> 보강 판정 예
손상원인
분석
구조 외력
알칼리골재반응
철근 부식
구조계산을 실시하는 전제조건
휨균열 폭 0.3㎜
또는
전단균열 폭 0.2㎜
겔(gel)이 확인되고, 전팽창량 1,000μ 또는 균열밀도 1m/㎡
철근에 변화 있음
피복 콘크리트에 박리가 있고, 철근에 변화가 있음
보강을 필요로
하는 경우
허용 응력을 초과할 때
정기적인 관측을 필요로 하는 경우
0.3㎜>휨균열폭 0.15㎜
또는
0.2㎜>전단균열폭>0
겔(gel)이 확인되고 전팽창량 1,000μ 또는 균열밀도 1m/㎡
철근에 변화 있음
피복 콘크리트에
손상, 녹물이 있음
보강을 필요로
하지 않는 경우
상기에 해당되지 않을 때
주) 철근의 변화：현저한 녹 발생이나 변형, 파단 등을 말한다.
균열밀도：단위면적당의 결함(PC 구조물에서는 0.2㎜이상, RC구조물에서는 0.3㎜이상) 총연장을 말한다.
관 측：결함의 경과 년도 변화에 주의하여 정기적으로 관측하고 진행성일 경우에 보강 필요성 여부를 재검토하도록 함.
내력추정을 하기 위해서는 표준 조사에 있어서의 결함현상(특히 결함폭), 설계도서, 시공기록의 결과뿐만 아니라, 상세조사에서
얻은 콘크리트의 품질, 단면치수의 조합, 철근의 위치나 배근량, 결함의 상세조사 결과 등의 정보가 유용하다. 이러한 요인들이
작용하고 있는 하중에서 응력을 구하고 파괴에 대한 안전성 검토 혹은 허용응력과의 비를 구하게 된다. 응력을 구할 때는 설계하
중을 그대로 이용하는 것이 아니라, 대상구조물에 실제로 작용하고 있는 하중 및 장래 예측되는 응력을 구하는 편이 합리적인 경
우가 많다.
대인안전성의 관점에서 보수의 필요성 여부는 <표 3-4>를 참고로 하고 기술자가 구조물의 주위 상황을 파악한 후 판정하도
록 한다.
<표 3-4> 대인 안전성의 보수 필요여부 판정 기준
보수 필요
진행성이면 보수실시
보수 불필요
현저한 균열, 박락, 박리로 콘크리트 낙하현상을 일으켜 인명 등 에 영향을 줄 우려가 있음
좌측과 같은 징후가 보이고 콘크리트의 낙하로 진행될 가능성이 있음
균열이 진행되어도 콘크리트의 낙하현상을 일으킬 균열은 아님
기밀성의 관점에서 보수필요 여부를 판정하려면, 표준조사 중 결함현상이나 경과조사, 상세조사에 있어서 누수경로의 조사 외에
구조물의 환경조건 정보가 유용하다.
미관에 있어서는 심리적인 요인이 크며 개인차에 의존하는 면이 많다. 또 구조물의 종류(예를 들면, 기념비, 산업시설 등)에 따라
서도 판정기준은 판이하게 다르다. 미관을 손상시키는 것은 결함 그 자체(결함의 패턴, 폭, 길이 등)만이 아니고 결함발생 장소에
서의 녹 용출이나 백화현상도 포함된다. 일반적으로 접근하여 관찰할 수 있는 균열폭은 0.1㎜정도라고 하지만 개인차도 크다.
4) 기술자의 정밀한 판단에 의거한 판정
1)에서 서술한 바와 같이 보수·보강 필요성 여부의 판정은 구조물의 사용성 종류에 따라 다르다. 또 결함 상황이나 원인은 다양
함으로 판정방법의 기준화에도 한계가 있고, 대부분의 경우 결함의 명확한 원인은 찾는데 곤란이 따른다.
특히, 결함 원인이 어느 정도 판명되었다 하더라도, 즉시 보수·보강을 필요로 할 경우, 결함이 진행된 시점에서 보수·보강을 고
려하면 좋을 경우, 혹은 진행성 결함이 아니어서 방치해 두어도 좋을 경우 등, 보수·보강의 필요성 여부 판정을 내리는 일이 결
코 쉽지만은 않다.
이럴 때, 기술자는 기능, 손상 정도와 구조물의 사회적 중요성 및 보수·보강의 비용 등을 종합적으로 판단해서 보수·보강 필요
성 여부 및 그 시기에 대한 판단을 내리게 된다.
가) 내구성 및 방수성에 기인한 판정에서는 표면에 발생한 균열폭을 <표 3-2>에 표시하였으며, (A), (B) 사이에 놓이는 경
우에는 기술자의 판단을 필요로 한다. 이 때에는 표준조사에 있어서의 균열 현상(패턴, 폭, 길이, 관통 유무, 기타), 균열 경과의
조사, 철근의 녹 등의 결과를 활용할 수 있다. 특히, 철근 열화도의 조사, 중성화 깊이의 조사, 균열 상세 조사(패턴, 폭의 변동
상황, 깊이 등) 등, 모든 결과를 기초로 철근부식이 진행성인가, 또는 균열을 방치했을 경우, 구조물의 내구성 및 안전성에 유해
한 영향을 끼치지는 않을 것인가에 따라서 보수 필요성 여부를 판정한다.
나) 구조내력에 기인한 보강의 필요성 여부 판정에서는 주로 다음과 같은 사항을 고려해야 한다.
1 결함의 종별
2 부재내력 혹은 잔존내력의 추정
3 하중·외력의 변화 예측