비선형 초음파 공진기법을 적용한 열화된 콘크리트 구조물의 탄산화 평가 방법

Experimental Evaluation Method of Carbonation in Concrete Structure Using Nonlinear Resonant Ultrasonic Spectroscopy

철근콘크리트 구조물은 시간에 따른 열화로 구조적 성능이 저하되는데, 열화 현상 중 하나인 콘크리트 탄산화로 인해 해양구조물 등의 내구성이 저하될 수 있다. 본 연구에서는 구조물에 손상을 주지 않고 콘크리트의 탄산화 정도를 실험적으로 평가하기 위해 비파괴 평가기법 중 하나인 비선형 초음파 공진기법을 적용하는 방법을 소개하고 있다. 가속 탄산화 조건에 놓인 시편에 비선형 초음파 공진기법을 적용해서 탄산화 노출기간에 따른 비선형인자를 측정하였다. 측정된 비선형인자는 탄산화 노출기간이 긴 시편일수록 작은 값을 보이는데, 이는 탄산화가 진행될수록 탄산화 생성물인 탄산칼슘에 의해 내부 미세균열이 감소하여 재료적 비선형성이 줄어들기 때문이다. 이처럼 탄산화 노출 기간에 따른 비선형인자의 일관성 있는 계측 결과는 콘크리트의 탄산화를 평가하는데 비선형 초음파 공진기법을 유효하게 적용할 수 있음을 보여준다.

Carbonation is a typical type of concrete deterioration that can cause various physicochemical changes and adversely affects the performance of reinforced concrete structures, particularly in offshore structures. Nonlinear resonant ultrasonic spectroscopy (NRUS), which is a non-destructive test technique, is applied in this study to experimentally evaluate the degree of concrete carbonation without damaging the structure. Nonlinearity parameters of test specimens exposed to accelerated carbonation conditions are measured via NRUS. The measured nonlinearity parameters indicate lower values for longer carbonation durations. This is because internal microcracks are reduced by CaCO3, which is a carbonation product. The consistent trend of the experimental results shows that NRUS can be effectively applied to evaluate concrete carbonation.