시험체의 두께나 초음파 속도를 측정하기 위해서 초음파 펄스-에코법이 널리 사용되고 있다. 초음파 속도를 결정하기 위해서는 초음파 송수신 장치를 포함한 오실로스코우프와 같은 초음파 측정 장치를 사용하여 시험편에서의 초음파진행 시간을 측정하고, 초음파 진행 거리에 해당하는 시험편의 두께를 버어니어 캘리퍼스 또는 마이크로미터와 같은 길이측정 도구를 사용하여 측정한다. 그리고 초음파를 이용하여 시험편의 두께를 측정할 때에는 초음파 속도를 알고 있는 대비 시험편으로 기준을 설정하여야 한다. 본 연구에서는, 대비 시험편 없이 재료의 두께와 초음파 속도를 동시에 구하는 방법을 제시하였다. 재질과 두께를 달리한 여러 시험편에서 측정된 초음파 속도와 두께가 기존의 방법에 의해 측정한 값과 잘 일치하였다.
본 연구에서는 초음파 속도법을 콘크리트의 초기동해 피해를 진단하기 위한 방법으로서의 적용 가능성을 평가하기 위해 모르타르 시험체를 대상으로 각각 동결 깊이에 따른 압축강도와 초음파 펄스 속도를 측정하여 미세구조와 그 상관관계를 분석하였다. 그 결과, 동결 피해를 입은 모르타르 시험체와 피해를 입지 않은 시험체 간의 압축강도와 초음파 펄스 속도 값의 차이가 확연하게 나타났으며, 미세구조 분석을 통해 동결 깊이가 증가할수록 초기동해 피해를 더 많이 받아 압축강도와 초음파 펄스 속도가 감소하였다고 판단할 수 있었다. 회귀분석을 통해 상관관계를 분석한 결과, 추정식과 실험값과의 관계성을 나타내는 결정계수( R2)가 0.87로 얻어져 초기동해 피해 깊이에 따른 압축강도와 초음파 펄스 속도 사이의 상호 연관성이 존재하는 것으로 분석된다. 이에 따라 초음파 속도법을 통한 콘크리트의 초기동해 피해 진단이 가능하며, 그 피해 깊이를 정량적으로 진단하기 위해서는 향후 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
표준화된 일축압축강도시험에 의해 구한 암석의 일축압축강도를 간편법에 의해 평가할 수 있는 관계를 구하기 위하여 18개의 안동 흑운모화강암과 27개의 여수 부근의 화성암(섬록암, 화강암, 안산암, 유문암) 암석이 실험에 이용되었다. 각 시험 결과의 타당성은 변동계수를 구하여 평가하였다. 그 결과 일축압축강도와 점하중시험, 슈미트해머시험 및 초음파속도시험 값들 사이에 압축강도를 평가할 수 있는 관계식을 구하였다. 각각 다른 방법으로 구한 예측된 압축강도 관계식은 신뢰할 수 있는 범위에 있었으며, 초음파 속도시험은 암석의 일축압축강도를 추정에 신뢰성 있는 관계식을 제공하고 있다.
비파괴검사방법에는 여러가지가 있는데 과거에는 주로 방사건 유도시험이 주역을 이루어 왔다고 볼수 있다. 그런데 최근에는 초음파를 이용한 탐상장치의 성능이 향상하였고 초음파를 이용하지 않으면 검사할수 없는 대상물의 검사가 필요하게 되었다는 점에 의하여 초음파의 이용이 상당히 급속하게 확대되어 그 응용범위도 수도관에서 원자연료까지 이루게 되었다. 그러나 방사선 투과식 시험에서는 검출곤란한 균열을 검출할 수 있는 기술적 특성및 고가인 소모품이 필요치 않고 또한 검사속도도 빠르다는 경제성에 주목하여 방사투과시험이 가능한 대상물에 대해서도 이용하게끔 되었다. 초음파에 의한 비파괴시험을 이용목적에 따라 분류하면 탐상과 계측으로 대별할 수 있다. 이하 이들의 각종방법에 대하여 순차적으로 그 개요를 설명하겠다.
고체의 탄성 계수를 구하기 위한 방법으로 초음파의 종파와 횡파 속도를 측정하기 위하여 기존의 접촉식 초음파 시험법 대신 수침 초음파 시험법을 사용하였다. 통상적으로 수침법에서 종파 에코만 고려하는 것과 달리 모드 변환에 의한 횡파 에코를 찾아서 횡파 속도를 측정하였다. 물질의 두께를 알 수 없어 종파와 횡파 속도를 구할 수 없는 경우에도 두 속도의 비를 이용하여 포아송비를 구할 수 있었다. 다양한 재료를 대상으로 이 방법을 적용한 결과, 속도가 빠른 재료이거나, 포아송비가 작을수록 수침법에 의해 측정한 값이 정확하여 이러한 특징을 가진 세라믹이나 고강도 재료가 이 방법을 통한 종파와 횡파 속도 측정에 적당함을 알 수 있었다.
암석의 일축압축강도와 탄성계수는 암반구조물의 설계에 있어 매우 중요한 해석 변수이다. 그러나 일축압축시험은 시험시편 준비가 어렵고 시간이 오래 걸린다. 그래서 기술자들은 해석변수를 예측하기 위해 초음파속도시험과 같은 실험을 이용한다. 본 연구를 위해 115개의 화성암, 74개의 변성암, 55개의 퇴적암을 대상으로 일축압축시험과 초음파시험을 수행하고 회귀분석하여 일축압축강도와 탄성계수의 관계식을 구하였다. 일축압축강도와 P파속도의 더 좋은 상관성을 구하기 위해 P파속도에 단위중량을 곱한 값을 이용하였다. 초음파속도를 이용하여 일축압축강도와 탄성계수를 구하는 관계식은 신뢰할 수 있는 결과를 얻을 수 있었다.
손가락결합부재에 대한 정적휨시험 및 초음파 비파괴시험을 실시하였다. 발신 및 수신 변환기의 상대 위치와 두 변환기 사이의 거리에 따른 음전달속도의 변화를 분석하였으며 정적 휨시험으로 부터 구한 MOE 및 MOR과 비교하였다. MOR과 음전달속도는 손가락의 경사가 증가할수록 감소하였다. MOR은 음전달속도와 매우 밀접한 상관관계를 보였으나 MOE는 손가락의 경사도나 음전달속도에 큰 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 음전달속도는 섬유방향이 방사방향이나 접선방향에 비하여 더 높은 값을 나타내었다. 발신 및 수선 변환기를 동일면에 부착한 경우에 직각면 또는 반대면에 부착한 경우보다 더 높은 음전달속도를 나타내었다. 변환기 사이의 거리가 증가할수록 음전달속도는 양끝면에 변환기를 부착한 경우의 속도에 수렴하는 경향을 나타내었다.
비파괴 시험 방법 중 초음파 방법을 이용하여, 목재의 열화상태를 진단하였다. 기초 자료로서, 목재 내 온도변화에 따른 초음파 전송속도의 변화, 목재 내 함수율변화에 따른 초음파 전송속도 변화, 목재 강제부후에 의한 중량감소와 초음파 전송속도 변화를 검토하였다. 또한 원목의 비파괴 시험 등을 수행하고, 초음파 전송속도에 근거한 부후분포도를 작성하여 고목재의 열화 진단을 하였다. 일련의 시험들을 통하여 비파괴 방법에 의한 목재 열화진단을 위한 데이터를 축적하고, 이를 고목재에 적용하여 목재 내부의 부후분포도를 작성함으로써 금후 고목재의 비파괴 방법에 의한 부후탐지의 가능성을 검토하였다.
비파괴시험에 의한 콘크리트 압축강도 추정시 반발경도법은 콘크리트 타설 후 시간경과에 따라 재령계수를 적용하고 있으나 초음파속도법은 적용되지 않고 있다. 재령경과에 따른 콘크리트 초음파속도의 변화에 대한 재령계수 적용의 필요성에 대하여 검토해야함에도 불구하고 그에 대한 연구가 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구는 콘크리트 초음파속도를 측정하여 강도 추정식에 적용될 재령계수를 산정하기 위한 실험을 실시한 결과, 초음파속도는 콘크리트 경화에 따라 재령 초기 기준치에 비교하면 급격한 변화를 보여 재령계수를 반드시 적용해야 한다는 것을 알 수 있었으며 실험결과에 의해 콘크리트 초음파속도의 재령계수를 제안하였다.
본 연구에서는 모르타르와 콘크리트의 초음파 속도를 자동적으로 측정할 수 있는 모니터링 시스템을 이용하여 물-결합재 비(W/B) 가 $0.27{\sim}0.50$인 모르타르와 콘크리트의 초음파 속도를 배합 직후부터 24시간까지 측정하였다. 또한, 용결 시간과 압축강도를 측정하기 위해 관입 저항 시험과 압축강도 시험을 각각 수행하였다. 실험결과로부터, 보통강도 콘크리트 배합의 초음파 속도는 배합 후 수 시간 동안에는 일정하다가 이후부터 갑자기 증가하는 경향을 보인 반면에, 고강도 콘크리트 배합에서는 고성능 감수제의 사용에 따른 응결 지연으로 초음파 속도가 서서히 증가하는 경향을 보였다. 그리고, 콘크리트의 응결은 초음파 속도가 소정의 속도에 도달했을 때 발생하는 것으로 나타냈다. 또한, 초음파 속도로부터 재령 3일 이하의 초기 강도 추정식에 W/B의 영향을 고려하면 보다 정확한 예측이 가능하리라 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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