비접촉 초음파 계측을 통한 시멘트계 재료 응결의 기계적 특성 평가

Abstract

본 연구에서는 시멘트계 재료의 기계적 특성을 평가하기 위해 누설 표면파의 발생을 이론적으로 입증하고 이를 실험적으로 검증하였다. 이를 위하여 탄성파 이론을 기반으로 유체-고체 반 무한체 공간에서 발생되는 누설 표면파에 대해 수학적 해석법을 도출하였다. 표면파와 누설 표면파가 공기-콘크리트의 조건에서 0.2 % 오차 범위로 동일한 파동의 거동을 보이며 누설 표면파의 속도를 통해 콘크리트의 탄성계수의 역추정 공식을 제안하였다. 실험적 검증을 통하여 기준 시험법인 관입 저항침 시험은 실험체 크기 조건에 따라서 응결 시점이 달라질 수 있는 임의의 수치임을 확인하였다. 반면, 비접촉 초음파 실험결과, 누설 표면파와 표면파는 초기의 굳지 않은 시멘트계 재료의 특성에 따라 변화하는 파동의 거동이 동일하였다. 추가적으로 제안된 이론식을 통하여 누설 표면파를 통해 시멘트계 재료의 응결 시점에서 탄성계수를 5~8 GPa로 정의내릴 수 있었다. 본 연구를 통한 이론적 실험적 검증을 통하여 비접촉 초음파 방식은 실험적 장점뿐만 아니라 시멘트계 재료의 기계적 특성을 정량적으로 제안할 수 있음을 확인하였다.