콘크리트 반발경도 측정장치 (schmit Hammer Test)

[장과장]

1. 개요.

철근콘크리트 구조물의 구조내력을 진단함에 있어서 가장 중요한 기본적인 조사 항목이 콘크리트 구조체의 압축강도 추정이다.

2. 시험기명 : Schmit Hammer N,NR형

3. 내용물 : Schmit Hammer, 연마기, Schmit Hammer 기록지, 교정기

4. 각종 시험방법

다음 표는 콘크리트 구조체의 강도 추정을 위한 각종 시험방법이다.

<표 1.1 콘크리트 구조체의 강도 추정을 위한 각종 시험방법>

분류	시험방법	시험방법의 개요	장점	단점	비고
비 파 괴 시 험 법	반발경도법	콘크리트 표면을 햄머로 타격하여, 반발의 정도(반발경도)로 강도를 측정하는 방법	측정이 간편, 피측정물의 형상치수에 관계없이 적용 가능	측정 부위가 콘크리트 표면	슈미트햄머
	초음파 속도법	콘크리트 속을 통과하는 초음파의 속도에서 동적 성질과 강도를 측정하는 방법	구조물내의 음속을 간편하게 측정 가능, 피측정물의 형상치수에 제약이 없다.	배합, 함수율, 골재의 종류에 따라 음속이 서로 다르다. 강도추정 정밀도는 좋지않다.	‧
	복합법	반발경도, 초음파속도법,matrity등 2종 이상의 비파괴시험법을 복합하여 강도를 추정하는 방법	단독 시험보다 강도추정 정밀도가 향상	복수의 시험을 할 필요가 있다.	‧
국 부 파 괴 법	인발법	콘크리트 속에 묻어 둔 볼트 등의 인발내력에서 강도를 측정하는 방법	시공시의 콘크리트 관리에 적용가능, 압축강도와 상관이 좋다.	볼트 등을 묻어 둘 필요가 있다. 시헠 후 손상부 보수 요망	‧
	관입저항법	화약 또는 스프링을 사용하여 콘크리트 속에 핀을 박아 그 깊이에서 강도를 추정하는 방법	표면의 강도를 어느 정도 측정할 수 있다. 시공시의 콘크리트 관리에 적용 가능	화약을 사용하는 방법은 위험을 수반함. 강도 추정밀도는 그다지 좋지않음	‧
	BREAK -OFF 법	콘크리트 표면에 콘크리트 드릴로 원통형의 홈을 파서, 휨에 의해 콘크리트 코아를 절단하는 방법	휨 강도를 직접 구할 수 있다. 휨 검사 후에 코아의 압축 강도를 구할 수 있다.	시험이 상당히 복잡하다.시험 후 손상부의 보수 요함	‧
코아채취 법	코아의 압축강도시험	콘크리트 표면에서 코아를 채취하여, 그것의 압축강도를 직접 구하는 방법	압축강도를 직접 구할 수 있다. 탄성계수 등 다른 성질도 조사할 수 있다.	코아 채취에 비용이 든다.	코아 채취기

콘크리트 구조체의 강도를 추정하는 방법은 표 1.1에 나타내는 것과 같이 비파괴 시험, 국부파괴시험방법 및 채취한 코아의 압축시험방법으로 대별된다. 비파괴시험 방법에는 반발경도법, 초음파속도법, 복합법(조합법) 등이 있으며, 국부파괴시험방법으로는 인발법(引拔法), 관입법, BREAK-OFF법, PULL-OFF법 등이 제안되고 있다.

5. 반발 경도법의 원리

반발 경도법의 원리는 슈미트 해머로 경화 콘크리트면을 타격시, 반발도(R)와 콘크리트의 압축강도(Fc)와의 사이에 특정 상관관계가 있다는 실험적 경험을 기초로 한다. 타격시 해머내의 중추 반동량을 반발도(R)로 표시하며, 이 반발도(R)의 크기에 따라 콘크리트의 압축강도를 추정한다. 일반적으로 타격시의 반발도(R)는 타격 에너지 및 피 타격체의 형상, 크기, 재료의 물리적 특성과 관계되는 물리량에 따라 다르다. 즉 반드시 재료의 강도와 일률적인 관계가 있는 것만은 아니다. 특히 콘크리트와 같은 불균질한 재료에서는, 슈미트 해머로 표면에서 국부적 타격을 하는 경우에는, 반발도(R)는 타격면에 존재하는 골재의 유무, 습윤상태, 콘크리트의 재령 등에 따라 차이가난다. 따라서 강도 추정의 유일한 방법으로 사용할 때에는 많은 문제가 있게 된다. 간편하고 짧은 시간에 강도 추정이 가능한 우수한 사용성과 콘크리트 구조물 전체에 대해 강도 추정이 가능하다는 점에서 유효한 시험법이라 할 수 있다.

5.1 N형, NR형 슈미트 해머(콘크리트 표면강도시험)

반발경도법은 슈미트 해머로 콘크리트의 표면을 타격하여, 해머의 반발정도(반발경도)로 콘크리트 강도를 추정하는 것으로, 현재 세계 각국에서 가장 많이 사용되고 있는 대표적인 비파괴 시험방법이다. 측정기가 저렴하고, 시험은 간편하기 때문에 품질관리나 내력판정의 수단으로 손쉽게 적용되는 경우가 많지만, 각종 요인의 영향을 받으므로 결과의 판정은 반드시 용이하지는 않다.

슈미트 해머(SCHUMIDT HAMMER)의 종류를 표 1.2에 나타낸다.

측정에 있어서는 콘크리트의 종류‧품질에 맞는 기종을 적절히 선정하여, 테스트 엔빌(TEST ANVIL)로 정기적으로 점검한 것을 사용한다.

       <표1.2 슈미트 해머의 종류 및 특성 >

기종	적용콘크리트	충격에너지 (kgf/cm2)	강도측정범위 (kgf/cm2)	비고
N 형 NR 형 L 형 LR 형 P 형 M 형	보통콘크리트 보통콘크리트 경량콘크리트 경량콘크리트 저강도콘크리트 매스콘크리트	0.225 0.225 0.075 0.075 0.090 3.000	150～600 150～600 100～600 100～600 50～150 600～1000	반발경도 직독식 반발경도 자동기록식 반발경도 직독식 반발경도 자동기록식 진자(振子)식 반발경도 직독식

1) 시험방법

반발경도법에 의해 콘크리트의 압축강도를 추정하기 위한 FLOW CHART는 그림 1.1과 같다.

측정기의 기종선정
점검기에 의한 정도 확인
요철 제거, 측정 장소의 확인
Maker등에 의한 측정점의 표시
측 정
20점의 평균
타격방향(각도)의 보정, 습윤의 보정
강도추정식에 의한 압축강도 산출
재령 보정
압축강도의 추정

<그림 1.1 반발경도법에 의한 압축강도 추정의 Flow Chart>

① 타격점의 선정

각 측정 개소마다의 슈미트 해머의 타격점은 20점을 표준으로 한다. 타격점 상호간의 간격은 3cm를 표준으로 하며, 종으로 5열, 횡으로 4열의 선을 그어 직교되는 20점을 타격한다.

② 타격 방향

종래의 실험자료 대부분이 수평 타격에 대한 것으로서, 이 때의 측정치가 안정된 값을 나타내므로 수평 타격을 원칙으로 한다. 구조물에 적용되는 경우에는 수평 타격방향( α=-90°), 수직상향( α=+90°), 경사하향( α=-45°), 경사상향( α=+45°)으로 실시하게 되므로 각 경사 각도에 대한 보정을아래그림과 아래 표에 의해 실시토록 한다.

 <그림 1.2 타격각도에 의한 반발경도의 보정값>

<표 1.3 타격방향이 수평이 아닌 경우의 보정치(ΔR)

반발경도 R	수평과 이루는 각도
	+90。	+45。	-45。	-90。
10	-	-	+2.4	+3.2
20	-5.4	-3.5	+2.5	+3.4
30	-4.7	-3.1	+2.3	+3.1
40	-3.9	-2.0	+2.0	+2.7
50	-3.1	-2.7	+1.6	+2.2
60	-2.3	-1.6	+1.3	+1.7

<재령보정계수 α의 값>

재령	4일	5일	6일	7일	8일	9일	10일	11일	12일	13일
α	1.90	1.84	1.75	1.72	1.67	1.61	1.55	1.49	1.45	1.40
재령	14일	15일	16일	17일	18일	19일	20일	21일	22일	23일
α	1.36	1.32	1.28	1.25	1.22	1.18	1.15	1.12	1.10	1.08
재령	24일	25일	26일	27일	28일	29일	30일	32일	34일	36일
α	1.06	1.04	1.02	1.01	1.00	0.99	0.99	0.98	0.96	0.95
재령	38일	40일	42일	44일	46일	48일	50일	52일	54일	56일
α	0.94	0.93	0.92	0.91	0.90	0.89	0.87	0.87	0.87	0.86
재령	58일	60일	62일	64일	66일	68일	70일	72일	74일	76일
α	0.86	0.86	0.85	0.85	0.85	0.84	0.84	0.84	0.83	0.83
재령	78일	80일	82일	84일	86일	88일	90일	100일	125일	150일
α	0.82	0.82	0.82	0.81	0.81	0.80	0.80	0.78	0.76	0.74
재령	175일	200일	250일	300일	400일	500일	750일	1000일	2000일	3000일
α	0.73	0.72	0.71	0.70	0.68	0.67	0.66	0.65	0.64	0.63

③ 측정치의 판독 및 측정치의 처리

측정치는 원칙적으로 정수값을 읽도록 한다. 측정치의 처리는 타격시 반향음이 이상하거나, 타격점이 움푹 들어가는 경우의 값과 평균 타격치의 ±20%를 상회하는 경우에는 이상치로 보고 제외시킨 측정치의 평균을 그 측정 개소의 반발도(R)로 한다.

2) 시험시 주의사항

  ① 반발도(R)는 타격면에 존재하는 철근의 유무, 골재의 유무, 습윤상태, 콘크리트의 재령 등에 따라 차이가난다.

  ② 타격 방향, 재령에 대한 보정을 반드시 한다.

  ③ 슈미트 해머를 Test Anvil에 타격시 반발도가 RO = 80±1이 되는 것이 바람직하나 RO = 80±2 범위까지도 허용한다. 이 값을

     초과하는 경우에는 조정해야 한다.

     단, 반발치가 72까지 표시되고, 더 이상 반발치가 올라가지 않는 경우에는 다음식을 적용하여 보정한다.

                     R = Ro‧80/Ra

                        여기서, Ra : Anvil에 수직하향 타격(a=-90°)시의 반발도

                                   Ro : 반발도 R의 평균치

3) 강도추정식

① 강도추정식의 작성

“건축학회 매뉴얼”에서는 반발경도법에 의한 콘크리트 강도의 추정식을 실험자 자신이 동종의 콘크리트에 대해서 미리 일련의 연구를 통해서 작성하는 것을 원칙으로 하고 있다.

② 기존의 강도추정식

슈미트 해머에 의한 보통 콘크리트의 강도 추정식은 많은 학자들에 의해 제안되었다.

보통콘크리트에 관한 대표적인 강도추정식을 다음에 나타낸다. 단, 타격방향, 콘크리트의 재령 등 측정시의 제반조건에 따라 다음의

③에 나타내는 요령으로 측정경도 혹은 추정강도의 보정을 한다.

‧ 일본재료학회식 : 재령 1년 이상

               Fc = (13R - 184)×α

‧ 동경도 건축재료 검사소식 :

               Fc = (10R - 110)×α

‧ 건축학회 매뉴얼 : 재령 6개월 이상

               Fc = (7.3R + 110)×α

                여기서, Fc : 압축강도, R : Ro + ΔR, R : 기준경도, Ro : 측정경도

                         ΔR : 타격방향 등에 의한 보정치 (다음의 ③항 참조)

③ 측정경도 또는 측정강도의 보정방법

     ∙ 타격방향에 의한 보정 : 수평방향 이외의 방향으로 타격한 경우는 그림1.2와 표 1.3에 의해 보정치 ΔR을 구한다.

     ∙ 콘크리트 재령에 의한 보정 : 콘크리트의 재령에 따라 표1.4에 의거하여 측정경도를 보정한다.