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Nikkei X-TECH_2021.10.25

중성자로 콘크리트 다리의 염해 조사
점검 차량에 실는 비파괴 검사장치

이화학연구소(RIKEN)와 오리엔탈 시라이시는 콘크리트를 뚫지 않고 내부에 침투한 염분의 농도나 분포를 계측하는 소형 비파괴 검사장치 ‘중성자 염분계 RANS-μ’를 공동으로 개발했다. 교량 점검 차량의 버킷에 실어 교각 등의 조사에 사용해, 염해를 예방 보전한다. 2023년 이후의 실용화를 위해 2022년에는 실제 교량에서 검증한다.

개발한 장치는 스스로 핵분열하여 중성자를 방출하는 칼리포르늄 선원(線源)과 감마선 검출기 등으로 구성된다. 거더 아래 공간에서 중성자를 조사(照射)하면, 콘크리트에 내재하는 염소나 수소와 같은 원소와 반응해 감마선이 발생한다. 그것을 검출기로 파악해 에너지 등을 해석, 염분의 농도나 분포를 계측하는 구조다.

검증에서는 칼리포르늄 선원을 두께 1cm의 납과 폴리에틸렌으로 차폐한 25cm의 입방체 장치를 제작. 장치는 중성자를 방출하기 위해 1곳만 구멍을 냈다. 이 입장체 장치를 이용해, 콘크리트 공시체 표면에서 36cm의 깊이로 주입한 염분의 검출에 성공했다. 다만 검출된 농도는 1㎥당 3kg으로, 철근 부식이 시작되는 농도인 1.2kg보다 크다. 앞으로 장치를 개량해 검출 정밀도를 5배 이상으로 높인다.

계측에 필요한 시간은 염분이 존재하는 깊이에 따라서 다르다. 표면에서 3cm 정도면 15분 이내, 커버 콘크리트 두께에서 일반적인 7cm 깊이까지 재는 경우는 1시간 이내로 억제할 예정이다. 그 동안에 중성자를 계속 조사해야 한다. 1회 계측으로, 평균 사방 30cm의 범위를 조사할 수 있다. 실제 점검에서는 미리 염분이 부착하기 쉬운 장소로 범위를 좁혀 계측한다.

-- 우선은 국도나 고속도로에서 표준화 --
이화학연구소 등은 교량 점검 차량의 버킷에 실을 수 있도록 장치의 소형∙경량화도 추진하고 있다. 세로 80cm, 가로 70cm, 높이 180cm 이하의 목(Mock) 타입(선원을 쌓지 않은 모형기)을 제작. 무게를 100kg 이하로 해서, 분해∙조립을 통해 운반할 수 있는 구조를 검토하고 있다.

또한 ‘표시 부착 인증기기’로 등록해, 방사선을 취급 자격이 없는 사람도 장치를 사용할 수 있도록 했다. 장치의 비용 등을 정리하고 사업화를 위한 검토도 진행한다.

이화학연구소 광량자공학연구센터 중성자빔기술개발팀의 오타케(大竹) 팀장은 “우선 계측기술을 표준화해서 국도나 고속도로 정기 점검에 활용할 수 있도록 하겠다”라고 말했다. 20년에는 이화학연구소와 도쿄공업대학, 오리엔탈 시라이시, 퍼시픽컨설턴츠 등 9개 기관이 ‘뉴트론 차세대시스템 기술연구 조합’을 설립. 중성자에 의한 비파괴 검사 기술의 표준화를 위한 활동을 시작했다.

오리엔탈 시라이시의 오이시(大石) 상무는 “비파괴로 여러 부위를 계측할 수 있기 때문에 적절한 진단과 대처가 가능할 것이다”라고 기대했다. 다리 보수 공사에 착수하기 전에 염분 농도를 파악해 대처 방법을 검토하는 등에 활용할 생각이다.

이화학 연구소는 중성자를 방출하는 가속기로 콘크리트 내부를 가시화해, 염분이나 공동 등의 열화 인자 유무를 조사하는 ‘RANS’도 개발하고 있다. 칼리포르늄 선원을 사용하는 경우에 비해 장치가 무겁고 크지만 조사하는 중성자의 강도가 커서 분해능이 높다. 점검 차량에 싣고 다리 위를 주행하면서 콘크리트 바닥의 열화 상황을 조사하는 활용 방법 등을 전망한다.

연안부나 한랭지의 콘크리트 다리 등은 해풍이나 동결 방지제에 의한 염화물 이온의 침투로 내부 강재가 녹스는 염해의 발생 위험이 높다. 염해 지역에 설치되는 국가 직할의 다리는 10년에 1회 조사하지만 지방자치단체의 다리는 점검 빈도를 규정하고 있지 않다.

염해의 진행 상황을 파악하려면 콘크리트의 일부를 도려내 염분 농도를 측정해야 하기 때문에 노력과 비용이 많이 든다. 또한 구조물을 훼손하기 때문에 많은 부분을 조사하지 못했다. 대부분 손상이 표면화되고 나서 대책을 강구하는 사후 보전의 형태가 되면서 대대적인 보수 공사가 필요했다.

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