건축/환경에너지

닛케이 컨스트럭션_2603호 (p73)

콘크리트의 내부 결함을 3D로 시각화

도호쿠대학 대학원 공학연구과의 오하라(小原) 교수 연구팀과 미국 로스앨러모스 국립연구소는 초음파로 콘크리트 내부 결함을 탐지해 3D로 시각화하는 ‘주파수 자동 가변형 PLUS’를 공동 개발했다. 콘크리트 조각의 박락 등으로 이어질 수 있는 박리와 균열의 위치·형상을 고정밀로 파악할 수 있어, 구조물의 효율적인 보수가 가능해진다. 2026년 1월 28일에 발표했다.

기본적인 원리는 강교량의 탐상 검사나 의료용 초음파 진단 등에 사용되는 ‘초음파 위상 배열’과 동일하다. 일반적인 초음파 위상 배열은 초음파의 송신기와 수신기가 일체화된 탐촉자(Probe)를 사용한다. 탐촉자에서 대상에 초음파를 전송하고, 내부 결함 등에 부딪혀 발생한 반사파와 산란파를 수신함으로써 결함의 위치와 크기를 감지한다.

-- 골재의 영향을 억제하는 최적의 주파수 --
대상이 콘크리트인 경우, 골재에 닿은 초음파도 산란·감쇠하기 때문에 결함과 골재를 구분하는 것이 어렵다. 주파수에 따라 골재의 영향을 억제할 수는 있지만, 콘크리트의 감쇠 특성은 배합 등에 따라 좌우된다. 따라서 개별 조건에 부합하는 최적의 주파수를 매번 판단해야 했다.

개발한 주파수 자동 가변형 PLUS는 각각 독립된 송신기와 수신기로 구성된다. 송신기에는 광대역 주파수의 초음파를 발신하는 ‘압전 탐촉자’를 채택한다. 콘크리트의 특성에 관계없이 골재의 영향을 최소화하는 최적의 주파수로 탐상한다. 주파수는 자동으로 변화하기 때문에 고도의 전문 지식이 없는 작업자도 다룰 수 있다.

수신기에는 산란파를 고밀도로 취득할 수 있는 ‘레이저 도플러 진동계’를 사용한다. 일반적인 탐촉자의 수신점이 수십 개 정도인 것에 반해, 레이저 도플러 진동계는 수천 개의 수신점을 구축할 수 있다. 이러한 높은 분해능을 바탕으로 내부 결함의 위치와 형상을 3D로 시각화할 수 있다.

오하라 교수는 이 방법을 타격음 검사와 연계하여 콘크리트 유지관리의 고도화에 기여하겠다는 구상이다. 구체적으로는 넓은 범위를 타격음으로 스크리닝 조사한 뒤, 결함의 우려가 있는 구역을 초음파로 상세히 조사한다.

앞으로 계측에 소요되는 시간을 단축하는 등 개선을 추진할 예정이다. 오하라 교수는 “현 시점에서는 한 번 계측하는 데 수 시간이 걸리지만, 조건을 조정하면 수 분 정도로 단축할 수 있다”고 전망했다.

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닛케이 컨스트럭션_2603호 목차

특집
・회계검사 보고
간과하지 마라, 설계·시공 미스

・지적사항의 포인트
회계검사에서 드러난 '흔히 하는 실수', 설계 시점에는 맞았어도 문제 다발

・설계 당시엔 맞았지만…
시공자가 위화감 지적했으나 확인 소홀, 호상(護床) 블록을 연결하지 않고 하상세굴
사례 1: 하상보호공 (시마네현 쓰와노초)

・근입 깊이의 중요성을 아무도 알지 못해, 개비온 옹벽이 손상 우려
사례 2: 옹벽 (군마현 후지오카시)

・준비한 자재 남았는데도 실수 못 알아채, 필요한 철근 쓰지 않아 수로 강도 부족
사례 3: 수로 (구마모토현 기쿠요마치)

・되메우기(Backfill) 흙 바꾸니 호안이 불안정, 건설 잔토 활용 시 점착력 등 고려 안 해
사례 4: 사방댐 (도쿄)

・방호망으로 잡지 못하는 부석(浮石)을 방치, 설계 시 지시사항을 발주도서에 누락
사례 5: 낙석방호망 (효고현)

・설계의 근거 인정 안 돼
기준 내용을 '노력 목표'로 해석, 교좌부(橋座部)의 내력을 철근에만 너무 의존
사례 6: 교대(Abutment) (군마현)

・낙교 방지용 연직 돌출부는 '외팔보(cantilever beam)', 하중 받는 측면을 '상면'으로 국토교통성 해석
사례 7: 교대(Abutment) (군마현)

・흐름 완만해도 ‘세굴 우려’ 지적, 수로에 면한 옹벽 안전성 결여
사례 8: 옹벽 (후쿠오카현)

・인식 부족으로 안전성 결여
안전 측면 의식한 시공이 오히려 역효과, 붕괴 토사가 옹벽을 넘어설 우려
사례 9: 옹벽 (시가현, 후쿠오카현)

・안정 계산 필요한 단면을 간과, 여수로(spillway)가 편토압으로 활동(滑動)할 우려
사례 10: 저수지 (후쿠오카현 아사쿠라시)

・"기존과 같으면 괜찮다"는 통하지 않아, 폐기된 저수지의 배수가 불충분
사례 11: 저수지 (후쿠시마현 시라카와시)

・방호울타리의 길이 짧아 낙석이 도로로, 상정 범위의 3분의 1만 커버
사례 12: 낙석 방호울타리 (나가사키현 운젠시)

・기준류의 이해 부족
'지반 개량으로 인한 토압 증가'를 간과, 성토 횡단 암거(culvert) 강도 부족
사례 13: 박스 암거 (미야기현)

・구 기준의 사고방식을 적용 가능하다고 오인, 필요한 낙교 방지 구조 미설치
사례 14: 수관교 (무나카타 지구 사무조합)

・상단 옹벽의 하중을 고려 안 해 불안정, 폭 2m의 소단(小段) 있으면 괜찮다고 판단
사례 15: 옹벽 (히로시마현)

특집
・건설업법 대개정, 가격 협상 거부하면 위법

・시공사에 미치는 영향
원·하청 간 역학관계 바꾸는 개정 건설업법, 노무비 깎는 원청사에 퇴장 경고

・설계사에 미치는 영향
'취적법(取適法)' 시행으로 설계 외주에 메스, 토목·건축 28개사의 영향 자체 조사

・발주자에 미치는 영향
노무비 지급, 발주자에게도 책임 부과 -- '공약(Commitment)'으로 정보공개 청구

・수주 경쟁에 미치는 영향
디지털 구사해 근거 있는 가격 협상, 단가 안 낮추고 생산성 올려 비용 절감

퍼스트 뉴스
・가선 늘어짐 둘러싸고 8억 엔 증액, 전선 온도에서 사업자와 도쿄전력 간 인식 차이

뉴스
・뉴스 시사·프로젝트
시미즈건설이 아오미건설을 250억 엔에 인수

・요코가와 브릿지 HD, 콘크리트 교량 대기업 인수

・가지마의 신임 사장에 기류(桐生) 씨, 전임 사장 별세에 따라

・퇴직 기술자가 지자체의 직원을 지원, 시즈오카현

・공공 공사의 노무단가 사상 처음으로 2만 5,000엔 돌파

・뉴스 기술
가지마, 고속도로 본선에 'A4CSEL' 첫 도입

・콘크리트의 내부 결함을 3D로 시각화

・안도하자마, 자동 굴착기를 모든 기간에서 실증

시리즈
・줌업: 시나가와역 구내 게이큐 야쓰야마교 교체 공사 (도쿄도)
JR 10개 노선을 가로지르는 게이큐선・야쓰야마교, 전례 없는 곡선 궤도에서 77m 압출 공법

・콘크리트 사범 양성 강좌 제11회: 생산성 향상
생산성 향상, 더는 미룰 수 없다 -- 기술과 아이디어의 융합으로 품질 확보와의 양립을

・아나운서가 전수: 현장 리드 커뮤니케이션 기술
‘늘 하던 대로’가 사고의 불씨, 나만의 상식을 강요하지 않는다

・기술사 일직선 2026 제2회: 수험원서 작성법
구술시험에서 답변하는 최근 업무 상세 기술

・신제품·신서비스
약 20%의 경량화를 실현, 최대 높이 30m 시공 가능

・배터리 구동으로 배기가스 제로, 버튼 하나로 속도 전환

・뛰어난 미관과 기능성, 매트 및 펄 도장 등 3종류

・측량 효율화의 국산 드론, 정부 기준의 높은 보안성

・미끄럼 방지 성능 높은 아웃솔 채택, 안전성과 쾌적성을 더욱 추구

・행사 안내

・독자 투고

・기자의 시선

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