초음파가 콘크리트를 통과하는 시간(Pulse Velocity)을 측정하여 콘크리트의 비파괴강도, 결함의 유무, 균열 및 콘크리트의 내부 분리, 공동현상 등을 추정하는 비파괴적인 방법,[콘크리트에서의 ..

초음파전달속도시험
1. 일반

가. 일반
콘크리트에서의 초음파전달속도시험은 음향적 측정방법인 음속법의 하나로 초음파의
투과속도가 콘크리트의 밀도 및 탄성계수에 따라서 변화하는 것을 이용하며, 초음파가
콘크리트를 통과하는 시간(Pulse Velocity)을 측정하여 이로부터 콘크리트의 비파괴강
도, 결함의 유무, 균열 및 콘크리트의 내부 분리, 공동현상 등을 추정하는 비파괴적인 방
법에 이용한다.
일반적으로 점검과 진단에서 사용하고 있는 콘크리트 초음파측정기는 측정대상 콘크
리트에 동일한 사용목적을 가지며, 초음파전달속도는 콘크리트의 구성 성분, 다짐 정도,
숙성도, 콘크리트 제품과 구조물 내에 본래부터 존재하는 자유수의 함유량에 따라 결정
된다.

나. 적용범위
본 세부지침에서의 초음파전달속도시험은 콘크리트의 한쪽 끝에 접촉시킨 탐촉자로부
터 발신한 초음파 펄스가 콘크리트 내부를 통과하여 반대방향의 다른 끝 쪽에 접촉시킨
탐촉자에 도달할 때까지의 소요시간 및 양 탐촉자간 거리를 측정하여 음속을 구하고, 그
음속값을 이용하여 콘크리트의 비파괴강도를 추정하기 위하여 실시한다.
이 시험 방법은 콘크리트 비파괴강도 추정 이외에도 콘크리트의 탄성 계수, 균열 깊
이, 내부 결함 등을 검사하는 데 이용할 수 있으며, 콘크리트의 비파괴강도를 추정하는
경우 다수의 신뢰할 수 있는 추정 제안식이 제시될 수 있으나, 추정식의 다양성만큼 비
파괴강도가 일정하게 얻어지는 것이 아니므로 성형 또는 코어 표본의 압축강도를 구하
여 이 측정값과 펄스속도와의 상관관계를 구하는 것이 우선되어야 한다.

다. 측정기의 영 보정(Zero Setting)
○ 측정기를 사용하기 전에는 반드시 측정기에 대한 교정을 하여야 한다.
○ 발신 및 수신 탐촉자를 합쳐서 측정 거리가 Zero의 경우에서 전달시간이 영점
으로 타나나는 확인 여부와 측정 전에 표준시험체(교정봉)로 측정해서 미리 영
보정을 하여야 한다.
○ 탐촉자 및 케이블의 교체의 경우 매번 영 보정하여야하며, 전자회로나 케이블
의 안정성을 확인하기 위해 수시로 영 보정을 재확인할 필요가 있다.

【해설】
1. 시험 장치의 정밀도를 높이기 위해서는 영보정을 실시할 필요가 있다. 측정되는 펄스
의 전달시간이 영향 요인으로부터 간섭받지 않기 위해서 시간 지연 조정을 해야 한
다. 시간 지연 조정은 전달되는 시간이 정확히 알려진 레퍼런스 바의 대향면에 탐촉
자를 쌍으로 연결시켜 실시하되, 레퍼런스 바에 탐촉자를 접촉하는 방법은 항상 일정
해야 한다. 최소량의 접촉 매질을 사용하고 탐촉자는 바의 끝에 견고하게 압착되어야
한다. 레퍼런스바 위에서 탐촉자를 미끄러지게 하는 것은 영보정의 오차를 일으키므
로 피해야 한다. 시험 장치의 정확한 영보정을 위해 시간 지연 조정은 시험 장치나
탐촉자가 교체될 때마다, 또는 길이가 다른 케이블이 사용될 때마다 매번 실행하여야
한다. 또한 전자 회로나 케이블의 안정성을 확인하기 위해 수시로 영보정을 재확인할
필요가 있다. 기타 영조정 방법은 각 기종의 취급 설명서에 따른다.

【해설】
측정 순서는 다음에 준한다.
1. 측정 10～30분 전에 측정기에 전원을 넣어, 충분히 안정된 상태로 하여 둔다.
2. 영조정을 하고, 장비에 따라서는 표준시험체(레퍼런스 바)를 이용하여 교정한다.
3. 측정 대상면에 그리스 고형 파라핀 등의 점착제를 바르고, 탐촉자가 잘 밀착되도록 알
맞게 힘을 가한다.
4. 탐촉자를 밀착시킨 상태에서 계기의 수신신호가 안정될 때까지 유지하여, 유효숫자 세
자리를 읽거나, 기종에 따라서는 응답펄스파형을 저장하고 분석하여 전파시간을 정한다.
5. 전파거리를 유효숫자 세 자리로 구한다.
6. 측정 후, 콘크리트 면에 남은 그리스 파라핀 등은 천 등으로 닦아낸 후, 벤젠 등을 이
용하여 깨끗하게 한다.

나. 초음파전달속도시험의 제약조건
1) 측정기 활용을 위한 제약조건의 검토
○ 측정 대상구조물의 제약조건과 종류, 측정범위 등을 파악하여 측정 정밀도
를 높일 수 있는 방법을 강구하여야 한다
○ 콘크리트 중의 초음파전달속도와 압축강도의 관계는 각종 영향인자에 따라
다르다. 비파괴강도 추정이나, 결함탐사의 정도를 향상시키기 위해서는 반
드시 이들 영향인자에 관한 정보를 입수하여 이를 반영시켜야 한다.
○ 현장측정 및 결과분석에 대한 절차는 KS F 2731의 규정에 준한다.

① 측정 대상구조물 : 콘크리트 구조물 전반
② 제약조건
콘크리트 표면에 도장이나, 외장재 및 구조물 내부에 철근이 과밀 배근되어 있
는 경우, 균열 내부에 수분, 충전물, 미세균열, 밀집균열 등이 존재하는 구조물
에서의 초음파전달속도의 시험은 곤란하다.
초음파전달속도시험 대상 콘크리트 면에 강재나 공동(구멍), 곰보가 존재하는
경우에는 초음파전달속도시험 결과가 크게 변화될 수 있다.
초음파전달속도시험에서는 시험 결과에 영향을 미칠 수 있는 부분과 없는 부
분에 대한 병용 시험을 통해서 이를 확인하는 것이 바람직하다.
측정하기 전에 측정 위치 부근에 철근탐사장비로 철근이나 강재 등의 배치 여
부 등을 확인하는 것이 필요하다.

다. 초음파전달속도시험에 미치는 영향인자
초음파전달속도에 미치는 영향인자와 시험결과에 편차 요인에 대하여 시험 전
ㆍ후에 이를 파악하여 산정한 각종 영향계수를 콘크리트 비파괴강도 추정에 적용
하여야 한다.
1) 초음파전달속도에 미치는 영향인자
○ 콘크리트의 함수량
콘크리트는 습윤상태일수록 초음파전달속도는 커진다.
대상 부재의 함수량 차이를 고려하여 측정된 초음파전달속도를 보정해야 한다.
○ 콘크리트의 온도
콘크리트의 온도변화에 따라 초음파전달속도는 변한다.
콘크리트가 고온일 경우 초음파전달속도는 감소하며, 저온으로 동결되었을
경우 초음파전달속도는 증대하므로 이에 대한 보정이 필요하다.
○ 측정거리(표면법의 경우 : 탐촉자간의 간격)
콘크리트의 이질적인 성질이 시험에 영향을 미치지 않도록 충분히 길어야 한다.
굵은골재의 최대치수가 20㎜ 미만의 경우 측정거리는 100㎜ 이상
굵은골재의 최대치수가 20～40㎜의 경우 측정거리는 150㎜ 이상
○ 시험체의 형상
시험대상이 되는 부재의 단면치수에 따라 초음파전달속도에 영향을 미친다.
시험대상의 최소허용 측면 치수를 고려하여 시험하여야 한다.
○ 철근의 영향
강재에서의 초음파전달속도는 약 5.1㎞/s로 콘크리트보다 크다.
강재는 콘크리트에서 추정된 초음파전달속도의 정확도를 감소시키므로 가능한
한 철근이 탐촉자 사이의 직진 경로 그 가까이에 놓여 있지 않는 조건에서 시험해
야 한다.
철근 간섭을 허용하기 위한 초음파전달속도 시험값의 보정의 경우는 다음과
같으며, 이에 대한 보정한다.
- 철근이 초음파 경로와 평행으로 배근된 경우
- 철근이 초음파 경로와 직각으로 배근된 경우
○ 접촉매질
탐촉자와 콘크리트면과의 접촉(밀착) 상태가 불량한 경우에는 측정치의 재현
성은 없어지고, 그 신뢰도 확보가 곤란하다.
접촉매질로 인해 콘크리트의 특성이 연속성을 잃을 수 있으므로, 접촉매질의
층이 얇아져 최소값이 얻어질 때까지 읽기를 반복한다.
2) 측정결과의 편차요인
○ 콘크리트의 재료, 배합, 재령
콘크리트의 재료, 배합, 재료 등에 따라 초음파전달속도는 다르므로 비파괴강
도 추정 전에 반드시 이들 정보를 입수하여 검토한 결과를 반영하여야 한
다.
○ 측정 대상면의 상태
콘크리트 표면에 모래입자, 먼지, 수분함유, 미세균열 등은 초음파전달속도에
영향을 미치므로 이를 고려한 시험이 필요하다.
○ 측정기의 사용요령
○ 탐촉자의 연결
○ 초음파전달속도의 관계
○ 비파괴강도 추정식의 이용

【해설】
1. 콘크리트의 함수량
콘크리트의 수화 조건이나 양생 조건의 차이 및 공극 속에 있는 자유수의 존재 때문
에 기인되는 대상 부재의 함수량 차이를 고려하여 펄스 속도를 보정해야 한다. 콘크
리트의 함유 수분은 음속에 큰 영향을 미치며, 습윤 상태일수록 파속은 커지게 된다.
함수율이 1% 증가하면 음속은 약 50～100m/s 증대되므로, 강우 등에 의해 콘크리트
가 습윤 된 경우는 시험을 자제해야 한다. 다만 시험기기 메이커가 제시하는 보정값
을 적용할 수 있다.

2. 콘크리트의 온도
콘크리트의 온도 변화에 따른 펄스 속도의 수정은 [해설 표 2.2.1]에 따른다.

4. 철근의 영향
(1) 철근이 측정 방향과 평행한 경우
철근이 측정 방향에 평행하여 놓여 있는 경우는 철근의 직경이 초음파 속도에 영
향을 미치며, Ls:L의 비율을 알고 있다면 측정된 초음파 속도는 그 비율과 콘크리
트 품질과 같은 요인들을 수정해서 그 비율을 늘임으로써 수정될 수 있다. 그러나
이러한 배열을 하지 않는 것이 바람직하다.

5. 접촉매질
탐촉자와 콘크리트 면과의 접촉(밀착) 상태가 불량할 경우에는 측정치의 재현성은 없
어지고, 그 신뢰도 확보가 곤란하게 된다. 따라서 초음파 펄스 물결이 콘크리트와의
접촉에 의해 산란되거나, 쇠퇴하지 않고, 충분한 음향학적 결합 상태를 얻을 수 있도
록 구리스 등 접촉매질로 콘크리트 면과 탐촉자를 충분하게 밀착시키는 것이 필요하
며, 측정치의 재현성이 있는 것을 확인하여야 한다. 접촉매질의 두께도 측정치에 영향
을 미치게 되므로 사전 재현성을 확인하는 것이 필요하다.
(1) 탐촉자와 측정면이 양호한 음향결합을 얻기 위해서는 반드시 접촉매질을 측정면에
도포한다.
(2) 접촉매질이 측정면에 악영향을 끼치지 않도록 영향이 없는 매질을 고르는 것이 필요하다.

6. 콘크리트의 재료 배합 재령 등
(1) 콘크리트의 음속과 압축강도의 관계는 [해설 그림 2.2.3]에 나타낸 바와 같이 콘
크리트의 배합에 따라서 다를 뿐만 아니라 사용재료, 특히 골재의 품질에 따라서
도 다르다.
(2) 콘크리트 비파괴강도의 추정에 있어서는 반드시 재료 배합 재령 등의 정보를
입수하여 검토하고 추정강도의 정도 향상을 도모하여야 한다.

(5) 3개월 이상의 장기재령이 되면 콘크리트 강도의 증가에 비해 초음파 속도는 그만
큼 증가하지 않고, 또한 강도의 증대가 거의 없는 경우에는 초음파 속도는 저하하
는 경향을 나타내는 경우가 있다. 이는 콘크리트 내부의 함유수분의 변화, 미세균
열 발생 등의 영향으로 판단된다.

7. 콘크리트 대상면의 상태
(1) 콘크리트 표면에 모래입자나 먼지 등이 있는 경우는 음파의 감쇠가 현저하고, 수
신 펄스의 오독 또는 측정불능의 원인이 된다. 측정면은 가능하면 거푸집면으로
하는 것이 바람직하며, 표면이 거친 경우에는 연마하든가 충전재(유사배합의 모르
타르 등)를 얇게 발라 평활하게 할 필요가 있다.
(2) 콘크리트 중의 함유수분은 음속에 큰 영향을 미치며, 습윤 상태일수록 음속은 커
지게 된다. 공시체 표면의 건습에 의한 음속의 변화는 보이지 않으나, 함수율의
대소에 따라 음속은 변화하며, 함수율 1% 증감에 음속은 50～60m/s 증감하는 것
으로 보고되고 있다. 또한, 함수율 1%의 증감에 의해 음속은 약 90m/s정도 증감
한다는 보고도 있다.
(3) 콘크리트 중에 큰 균열이나 공극이 있을 때, 다음 그림에 나타낸 바와 같이 초음
파는 이들을 우회하여 전달되므로 겉보기 음속은 작아지게 된다. 또한, 미세균열
(microcrack)이나 미세공극이 있는 경우도 이들의 수가 증가할수록 음속은 작아지
는 경향이 있다.

8. 측정기의 사용요령
(1) 적용 주파수가 클수록 파의 지향성(확산되지 않고 특정방향으로 직진하는 성질)은
향상되지만, 감쇠는 커지게 된다. 콘크리트의 경우 주파수가 200㎑이상이 되면 측
정이 곤란하게 되며, 20㎑이하에서는 지향성이 저하되어 모두 측정 정도의 저하에
기여한다.
(2) 측정기 본체 및 탐촉자의 온도는 측정값에 영향을 미치므로, 측정 중에 이들 온도
가 경시적으로 변화할 염려가 있을 경우에는 측정기의 교정을 빈번하게 할 필요가
있다. 또한 측정기를 혹한지에서 외부에 방치시키거나 하절기에 직사광선에 그대
로 방치하면 고장의 원인이 되기 쉬우므로 주의가 필요하다.
(3) 탐촉자(발 수신자)와 콘크리트 면의 접촉이 적당하지 않을 경우에는 수신이 곤란하
기도 하고 측정에 오차를 초래하는 경우도 있다. 그러므로 측정면에 구리스 등을
도포하고 탐촉자를 콘크리트에 밀착시키는데, 1㎜이하의 두께이면 음속측정값에
미치는 영향은 거의 무시할 수 있다.
또한, 탐촉자를 콘크리트에 밀착시킬 때의 축압(사람의 손에 의한 경우)에 의해서
도 ±0.25㎲ 정도의 차이가 발생한다.

 

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