[한천구의 콘크리트 세상] 어느 것이 참값에 가까울까?

우리가 사물의 물리적 특성치를 추정할 때 참값을 알기란 매우 힘든 일이 된다. 예를 들어 건설되어있는 건설물의 압축강도를 추정함에 있어 환경조건 및 부위에 따라 편차가 있고, 측정 과정에서의 사람, 시료 및 실험기기 등의 다양한 오차 요인 등에 의해 진정한 참값을 알기란 참으로 어려운 일이 된다. 그런데, 우리나라 건설물을 진단하고 평가하는 일부 진단기관에서는 편차 및 오차 요인의 이해 부족으로 잘못된 값을 적용함으로써 오진 및 오판한 사례가 있었음에, 본 고에서는 이를 소개함으로써 올바른 참값으로의 접근에 참고로 활용되도록 기술해 본다.

실제 건설물의 안전성과 연관하여 구조체의 정확한 압축강도 추정은 매우 중요하다. 특히 압축강도를 알면 인장강도, 휨강도 등 각종 강도와 탄성계수, 크리프, 철근과의 부착강도 등 제반 특성을 파악할 수 있기 때문에 특히 중요시 된다.

구조체의 내력평가로서 압축강도를 확인하는 방법으로는 콘크리트 타설시 공시체를 제작하고 이것을 이용하는 방법과 비파괴시험으로 초음파전파속도 측정법, 슈미트 해머에 의한 반발도법 등이 있고, 국부파괴에 의한 비파괴시험으로는 코어채취에 의한 강도시험법이 있다.

그런데, 건설물을 준공한 지 10년 이상 경과한 경우에, 그 압축강도를 추정할 경우는 공시체를 이용하는 것이 제일 좋지만, 시공과정 중에 모두 사용하여 없는 경우가 대부분이다. 그렇다 보니 비파괴시험이 주로 채택되는데, 비파괴시험이란 구조체의 일부 특성치를 이용하여 압축강도를 추정하는 것으로 먼저, 콘크리트 내부의 초음파전파속도 측정법은 매질 밀실도를 평가하는 데에는 의미가 있지만, 강도와는 상관성이 적어 거의 활용되지 않는다. 따라서 표면의 단단하기인 경도를 활용하여 슈미트 해머로 표면 타격 후 반발 정도를 측정하는 비파괴시험법이 가장 많이 이용되고 있다.

그러나, 공사과정 중의 품질관리인 경우는 그런대로 상관성이 높아 좋을 수 있지만 10년 이상 경과한 콘크리트 구조물의 경우는, 강도는 차이가 없는데 반발도는 큰 차이가 발생하는 문제가 있고, 강도추정식은 작은 값과 큰 값이 2배 가까이 차이가 나는 경우도 있어 신뢰하기 어렵다. 따라서 이런 경우 가장 신뢰도가 높은 방법으로는 국부파괴 비파괴시험으로 코어강도시험법이 있는데, 중요 구조부재가 아닌 곳에서 코어를 채취하여 코어 압축강도 시험결과로부터 구조체의 압축강도를 추정하게 되는 것이다. 이 방법은 구조체로부터 직접 시료를 채취하여 강도를 시험하는 것인 만큼 가장 신뢰성이 높은 방법으로 알려져 있다.

그러나 여기에도 우리나라의 경우는 복병이 숨어있다. 그에 대한 사례를 들어 소개해 본다. 표 1은 10년 정도 경과한 건설물의 정밀안전진단으로 국내 모 진단업체가 진단을 실시한 경우이다. 즉, 압축강도에 의문점이 있어 진단업체는 구조물로부터 12개의 코어를 채취하여 2개의 공인시험소에 6개씩 보내어 압축강도 시험을 의뢰한 다음, 회신을 받은 결과이다(편이 상 A, B 시험소라 칭함). 시료로 채취한 코어공시체는 각 시험소 별 6개의 편차가 크지 않은 것을 보면 건설물을 대표하는 비슷한 품질의 것으로 추정된다. 그러나, A 시험소와 B 시험소 간의 편차는 A가 B보다 절반 이하로 작게 나타나고 있다.
 

콘크리트 강도시험 결과

  
그렇다면 진단업체는 어느 것을 참값으로 하여 구조물 평가에 이용하여야 할까? 전해 들은 말에 의하면 구조체의 안전적인 측면을 고려하여 작은 값인 A로 하여 구조물은 전혀 문제가 없음에도 불구하고 안전에 심각한 문제가 있는 'E'등급으로 평가하였다고 한다.

결국, 문제는 A와 B 간의 강도 차이는 공시체 시료에는 문제가 없지만, 채취한 공시체의 잘못된 가공, 시험소에 보유하고 있는 잘못된 강도 시험기 등에 문제가 있는 것이다. 즉, 강도시험은 여러 요인으로 말미암아 크게 나올 확률은 거의 없고, 편심(偏心)작용 등 작게 나오는 것이 문제가 되는데, 작게 나오는 경우는 공시체, 시험기 등의 결함원인을 분석하고 이를 시정하여 정상적인 값(큰 값)으로 나오게 해야만 하는 것이다.
 

편심파괴

   
일례로 우리나라는 압축강도 시험기를 정기적으로 로드 셀(Load cell)을 이용하여 하중 검증만 되면 그대로 활용하는 경우가 대부분이다. 그러나 유감스럽게 상부 가압판이 평면지지 않고 볼록하다면 편심파괴를 일으키게 되어 형편없이 낮은 강도를 나타나게 되므로 시험기의 수리가 요구된다.

따라서, A와 B를 평균하는 것이라든가 낮은 값인 A를 채택하는 것은 잘못된 것이고, 큰 값을 나타내는 B의 시험 데이터를 이용하는 것이 가장 참값에 가까운 것임을 명심할 필요가 있다.