[한천구의 콘크리트 세상] 소구경 코아 강도 보정, 크기효과만으론 부족

기존 콘크리트 구조물의 내력평가를 위한 안전진단에서는 구조체에서 코아 시험체를 채취한 뒤 압축강도를 측정해 콘크리트 강도를 평가한다.

일반적으로 기준 시험체는 지름 150㎜, 길이 300㎜의 원기둥 형태(ø150×300)를 사용하는 것이 바람직하다. 하지만 코아 채취 과정에서 구조체 손상이 발생할 수 있어 실무에서는 ø150×300보다 작은 ø100×200 코아를 사용하는 경우가 많으며, 일부 현장에서는 ø75×150, ø50×100 등 소구경 코아를 활용하기도 한다.

이 과정에서 소구경 코아의 강도 보정 방법에 대한 논란이 있다. 시험체 크기가 작아질수록 압축강도가 높게 측정되는 ‘크기효과(Size effect)’를 고려해 강도를 낮춰 보정해야 한다는 주장이다.

그러나 구조체에서 직접 채취하는 코아 시험체는 일반 공시체와 다른 특성을 갖기 때문에 단순히 크기효과만 적용해 강도를 낮추는 것은 적절하지 않다는 지적이 나온다.
 

시험체 모양 및 크기의 영향.

콘크리트 압축강도는 시험체의 모양과 크기에 영향을 받는다. ø150×300 원주 공시체를 기준으로 할 경우 150㎜ 입방체는 약 25% 높은 강도를 나타내며, 150㎜ 각주체는 약 5% 낮은 강도를 보인다.

입방체 시험체는 높이와 직경의 비(H/D)가 1로 원주 공시체의 2보다 작아 블리딩과 재료분리, 좌굴 등의 영향을 상대적으로 적게 받아 높은 강도를 나타내는 것으로 분석된다.

또 같은 원주 형태라도 시험체 크기에 따라 강도가 달라진다. H/D가 2인 원주 공시체에서 ø150을 기준으로 하면 ø100은 약 3% 높은 강도를 나타내고, ø250은 약 5% 낮은 강도를 보인다. 시험체 크기가 작아질수록 압축강도가 크게 평가되는 현상이 크기효과다.

하지만 기존 구조물에서 채취하는 코아 시험체는 단순한 크기효과만으로 판단하기 어렵다. 코아 채취 과정에서 회전하는 드릴 비트가 골재와 콘크리트에 충격을 주면서 일정 깊이까지 손상을 발생시킬 수 있기 때문이다.

특히 코아 직경이 작아질수록 손상된 부분이 전체 단면에서 차지하는 비율이 커져 오히려 측정 강도가 낮아질 가능성이 있다. 즉 일반 공시체에서 나타나는 크기효과와 달리 구조체 코아 시험에서는 반대 방향의 영향이 발생할 수 있다는 의미다.

또한 KS F 2422(콘크리트에서 절취한 코어 및 보의 강도 시험방법)는 코아 직경을 굵은 골재 최대치수의 3배 이상으로 규정하고 있다. 이에 따라 일반적으로 ø75㎜ 이상을 권장하며, 어떠한 경우에도 굵은 골재 최대치수의 2배 이하가 되지 않도록 하고 있다.

결국 구조체 손상을 줄이기 위해 소구경 코아를 채취해 내력을 평가할 경우, 시험체가 작아졌다는 이유만으로 크기효과를 적용해 강도를 낮추는 것은 신중해야 한다는 지적이다.

전문가들은 소구경 코아 강도 평가에서는 시험체 크기뿐 아니라 코아 채취 과정에서 발생하는 손상, 골재 조건, 시험 방법 등을 종합적으로 고려해야 하며, 일률적인 강도 저하 보정은 오히려 구조물 상태를 잘못 판단할 수 있다고 강조한다.