본 연구는 시멘트 모르타르속에 매입된 철근주위가 건조될 때 불안정한 전류분포의 영향을 측정하고, 교류 임피던스 특성변화에 대한 영향을 고찰하는 것을 목적으로 한다. 건조과정중 철근의 전기화학적 반응을 측정하기 위해, 두 개의 철근이 매입된 3개의 시멘트 모르타르가 실험을 위해 준비되었다. 주요 변수는 20mm 모르타르 두께를 동일하게 가지도록 하여, 두 철근사이의 간격이 10, 20과 30mm가 되도록 하였다. 해양환경에서 콘크리트 구조물속의 철근 부식속도를 가정하기 위해서, 3개의 모르타르 시험체는 15 사이클의 침지-건조환경(해수에서 24시간 침지와 48시간 실온 건조)에 노출되었다. 부식전위의 변화는 건조중에 용존산소의 확산속도 증가로 인해 귀한 방향으로 이동하는 것이 관찰되었다. 침지-건조환경에서 교류 임피던스는 100kHz에서 1mHz까지 측정되었다. 철근과 모르타르사이의 계면상태를 설명하기 위해 이론적 모델이 제안되었으며, 그것은 용액저항, 전하이동저항과 CPE로 구성된 등가회로를 사용하였다. 철근의 부식이 진행됨에 따라, 저주파수 영역에서 확산 임피던스가 나타났다. 침지-건조 환경중 건조과정에서 이송차가 45o에 가까워지는 현상으로써 전류분포가 불균일해지 는 경향을 보였다.

The depth of a surface-breaking crack in a concrete slab is characterized by using airborne surface wave transmission measurements. Two air-coupled sensors are used to measure surface waves across surface-breaking cracks with varying depths from 0 mm to 100 mm in a concrete slab (1500 X 1500 X 180 mm3). Resulting transmission coefficient and crack depth relation from a series of experimental studies shows a good agreement with theoretical results previously obtained by the author.

Robotics-Assisted Bridge Inpection Tool (RABITTM) combines a capability of conventional non-destructive evaluation techniques for condition assessment of concrete bridge decks, including electrical resistivity (ER), ground-penetrating radar (GPR), impact-echo (IE), ultrasonic surface waves (USW), and a high resolution digital camera. In this study, the RABITTM platform was used to evaluate delaminaitons in a concrete bridge deck fabricated in the laboratory.

본 논문에서는 비접촉 표면파 측정을 이용하여 콘크리트 슬래브에 발생한 표면균열의 깊이를 측정하기 위한 비파괴 검사법을 연구하였 다. 이를 위하여 표면파 측정, 해석 및 균열 깊이 평가의 과정을 포함한 새로운 측정모델을 제안하였다. 먼저, 3차원 유한요소해석 모델을 이용하여 표면파의 에너지와 콘크리트 균열의 깊이의 상관관계를 표현하는 표면파 전달함수를 구하였다. 제안된 측정모델은 실험을 통하여 증명하였다. 한 쌍의 비접촉 센서를 이용하여 깊이 0~100mm의 10개의 표면균열을 포함한 콘크리트 슬래브 (1500×1500×180mm3)을 통 과하여 전달되는 표면파를 측정하였다. 측정모델은 콘크리트 균열 깊이에 대하여 약 최대 10%의 오차를 보이며 실제 깊이를 예측하는 것 으로 나타났다. 비접촉 표면파 측정을 통하여 얻은 결과는 기존의 TOFD에 바탕을 둔 초음파법에서 얻은 결과보다 향상된 정확도를 보이 는 것으로 나타났다. 특히 비접촉 센서의 특성상 매우 향상된 측정 속도 및 측정값의 일관성을 얻을 수 있었다. 본 연구에서는 모델의 실제 구조물에 적용성에 관한 토의를 포함하고 있다.

Multi-physics nondestructive evaluation(NDE) technologies were proposed for monitoring section-loss and breakage of strands and tendons in prestressed girders moved from an actual bridge. The primary NDE technologies include Magnetic flux(MFL), Electrical resisticity(ER), Half-cell Potential (HCP), and Linear-polarization(LPR).

Robotics-Assisted Bridge Inpection Tool (RABITTM) combines a capability of conventional non-destructive evaluation techniques for condision assessment of concrete bridge decks, including electrical resistivity (ER), ground-penetrating radar (GPR), Impact-echo (IE), ultrsonic surface waves (USW), and a high resolution digital camera. In this study, the RABITTM platform was used to evaluate delaminaitons in a concrete bridge deck in the laboratory.

The depth of a surface-breaking crack in a concrete slab is characterized by using non-contact surface wave transmission measurements. Two air-coupled sensors are used to measure surface waves across surface-breaking cracks with varying depths from 0mm to 100mm in a concrete slab (1500X1500X180mm3). Resulting transmission coefficient and crack depth relation from a series of experimental studies shows a good agreement with theoretical results previously obtained by the author.

응력파의 기반한 비파괴 검사법은 비교적 실험 절차 및 실험에 필요한 장비가 단순하고, 인체에 해가 없으며, 비용이 저렴한 특성을 갖고 있다. 따라서 건축/토목 구조물의 비파괴 검사에 매우 효과적인 방법으로 알려져 있다. 하지만 기존의 가속도계, 변위계, 지오폰과 같은 부착 센서를 사용할 경우 표면 처리, 센서의 부착 및 이동에 따른 추가적인 시간이 소요되고, 센서와 구조물의 불완전한 커플링으로 인한 측정 결과의 신뢰성 및 일관성을 유지하지 어렵다는 문제를 발생시킨다. 최근 이러한 문제의 해결책으로 Air-coupled sensor (ACS)의 사용이 각광받고 있으며, 여러 연구자들에 의해 ACS의 가능성 및 실용성이 증명되고 있다. 기존의 접촉센서와 비교하여 ACS를 사용했을 때 얻을 수 있는 가장 큰 장점은 센서의 커플링 문제를 근본적으로 해결하여 신뢰도가 높고 일관적인 측정이 가능하고, 대형 건축/토목 구조물의 표면을 음향스캔하여 결과를 신속하게 처리하여 실시간으로 시각화 할 수 있다는 점이다. 이론적으로 ACS를 이용하여 측정하는 물리값은 콘크리트 내부에서 발생된 응력파의 일부가 공기중으로 전파된 누설파 (Leaky wave)이다. 콘크리트 비파괴 검사에 주로 사용하는 100 kHz이하의 저주파를 측정할 경우 일반적으로 콘텐서마이크가 ACS로 사용될 수 있다. 기존 연구자들은 실험 및 이론적 연구를 통하여 응력파에 기반한 비파괴 방법에서 ACS가 기존의 접촉 센서를 대체할 수 있다는 점을 보여주고 있다. 현재 미국에서는 연방 도로청 (FHWA) 및 국가표준기술연구소 (NIST)의 연구비 지원으로 ACS의 실용성을 높이기 위하여 최적화된 음향반사판의 설계를 통한 ACS 의 민감도를 높이기 위한 연구, 다채널 센서 배열 및 데이터 통합을 위한 새로운 알로리즘 개발, 자동화 및 로봇 기술과 융합과 같은 연구가 활발히 진행되고 있다. 멀지 않은 미래에는 ACS를 장착한 무인 로봇이 다양한 종류의 건축/토목 구조물의 건전도를 평가하기 위하여 종횡무진 활약하는 모습을 현실 속에서 볼 수 있을 것이라 기대한다.