기술사가 알려주는, "슈미트 해머 & 반발경도법" (역사, 계산, 암판정, 종류, 보정, 시험방법, 타격각도 등)

 

 

 

목차

1. 슈미트 해머(반발경도법)란?
2. 슈미트 해머(반발경도법) 강도 계산
3. 슈미트 해머(반발경도법) 시험 방법
4. 슈미트 해머(반발경도법) 암 판정
5. 슈미트 해머 종류
6. 슈미트 해머 보정치
7. 슈미트 해머 강도 시험
8. 슈미트 해머(반발경도법) 기록지
9. 슈미트 해머 타격 각도

1. 슈미트 해머 (반발경도법) 란?

 

슈미트 해머는 콘크리트나 암석과 같은 건축 자재의 경도를 비파괴적으로 측정할 수 있는 장비입니다. 원리는 콘크리트 표면에 탄성 충격을 가하여 발생하는 반발력을 측정함으로써, 해당 자재의 경도나 압축 강도를 추정하는 것입니다. 

이 장비는 1948년 스위스의 엔지니어, 어니스트 슈미트(Ernst Heinrich Wilhelm Schmidt)에 의해 개발되었습니다. 슈미트 해머는 콘크리트 구조물의 내구성 및 안전성 평가에 필수적인 도구로, 건축 및 토목 공학 분야에서 널리 사용됩니다​​.

 

2. 슈미트 해머 (반발경도법)  강도 계산

슈미트 해머로 측정한 반발 경도 값(R)을 사용하여 콘크리트의 압축 강도(fc)를 추정할 수 있습니다. 

이를 위한 계산 방법에는 여러 가지가 있으며, 대표적으로 동경도 건축재료 검사소의 식(F=10Ro-110), 일본재료학회의 식(F=13Ro-184), 일본건축학회의 식(F=7.3Ro+100) 등이 있습니다. 

 

여기서 Ro는 측정된 반발 경도값을 의미합니다. 이러한 계산은 특정 조건 하에 이루어진 것이므로, 실제 조건에서의 정확한 강도를 얻기 위해서는 추가적인 실험 데이터 비교가 필요할 수 있습니다​​​​.

 

 

3. 슈미트 해머 (반발경도법)  시험 방법

 

슈미트 해머 시험은 콘크리트 표면에 대해 정해진 절차에 따라 반발 경도를 측정합니다. 우선, 장비를 사용하기 전에 테스트 앤빌을 이용하여 교정을 해야 합니다. 

측정은 콘크리트 표면의 여러 지점에서 수행되며, 각 지점에서는 일반적으로 20점의 타격을 기준으로 합니다. 이때, 각 타격점 사이의 간격은 최소 3cm 이상 유지해야 하며, 측정값의 평균을 내어 경도를 산출합니다​​.

 

4. 슈미트 해머 (반발경도법)  암 판정

슈미트 해머는 콘크리트뿐만 아니라 암석의 경도 및 압축 강도를 평가하는 데도 사용됩니다. 

 

암종별 슈미트 해머 반발값 (N)

매우 연암	< 35
연암	35 ~ 50
반경암	50 ~ 70
경암	70 ~ 90
매우 경암	> 90

이를 통해 암석의 품질이나 적합성을 판단할 수 있으며, 특히 현장에서 빠르게 암석의 상태를 확인할 수 있는 장점이 있습니다. 암석의 판정 방법에는 다양한 기준이 있으며, 슈미트 해머를 사용한 측정값을 기반으로 하는 방법이 하나의 예입니다​​.

5. 슈미트 해머 종류

슈미트 해머에는 여러 가지 모델이 있으며, 각각의 모델은 측정 목적과 대상의 특성에 따라 다릅니다. 가장 일반적인 모델로는 N형과 L형이 있으며, N형은 일반 콘크리트에, L형은 경량 콘크리트나 얇은 구조물에 사용됩니다.

 또한, 강도가 낮은 재료를 위한 P형과 매스 콘크리트용 M형 등도 있습니다​​.

 

 

 

 

6. 슈미트 해머 보정치

슈미트 해머 측정값은 여러 외부 요인에 의해 영향을 받을 수 있습니다. 예를 들어, 콘크리트의 습도, 측정 위치, 타격 방향 등은 모두 측정값에 영향을 미칩니다. 

 

• 타격각 보정치: 슈미트 해머가 측정면에 대한 타격 각도에 따른 보정치
• 평균 거칠기 보정치: 측정면의 평균 거칠기에 따른 보정치
• 온도 보정치: 측정 온도에 따른 보정치
• 수분 보정치: 측정 대상의 수분 함량에 따른 보정치

이러한 요인들을 고려하여 적절한 보정치를 적용하는 것은 더 정확한 압축 강도 추정을 위해 필수적입니다​​​​.

 

 

7. 슈미트 해머 강도 시험

슈미트 해머 강도 시험은 구조물의 안전성 및 내구성 평가에 중요한 역할을 합니다. 이 시험을 통해 얻은 데이터는 구조물의 상태 진단, 유지 관리, 보수 계획 수립 등에 활용됩니다. 

특히, 이 방법은 구조물을 손상시키지 않고 신속하게 강도를 추정할 수 있다는 장점이 있습니다​​.

 

 

이 그림은 슈미트 해머의 작동 원리를 나타내는 4단계를 보여줍니다.

a) 준비 단계: 슈미트 해머가 시험 준비가 완료된 상태입니다. 이때 해머는 내부에 장착된 스프링에 의해 락(latch)에 고정되어 있으며, 플런저(plunger)가 앞으로 돌출된 상태입니다.

b) 압축 단계: 해머의 본체가 테스트할 표면에 밀착되어 플런저가 내부로 밀려 들어갑니다. 이 과정에서 내부 스프링이 압축되며 에너지를 축적합니다.

c) 충격 단계: 플런저가 충분히 내부로 밀려 들어가면 락이 해제되고, 스프링에 축적된 에너지로 인해 내부 해머가 충격을 가합니다.

d) 반발력 측정 단계: 해머가 충격을 가한 뒤, 발생하는 반발력으로 인해 해머가 원래 위치로 되돌아옵니다. 이때 반발력의 크기를 지시계(indicator)가 나타내어 콘크리트의 경도를 측정할 수 있습니다.

 

 

 

 

8. 슈미트 해머 (반발경도법)  기록지

슈미트 해머 시험의 결과는 기록지에 정리하는 것이 중요합니다. 이 기록지에는 각 측정 지점에서의 반발 경도 값, 적용된 보정치, 그리고 최종적으로 추정된 콘크리트의 압축 강도 등이 포함됩니다. 기록지는 시험을 수행한 날짜와 위치, 시험을 실시한 인원의 정보도 함께 기록하여, 추후 시험 결과의 검토 및 비교 분석에 활용될 수 있습니다. 

또한, 기록지는 콘크리트 구조물의 상태 모니터링 및 유지 관리 기록의 일부로 보관될 수 있어, 구조물의 장기적인 건전성 평가에 중요한 기초 자료가 됩니다. 

특히, 복잡한 구조물이나 주기적인 점검이 필요한 시설에서는 이러한 기록지가 더욱 중요하며, 모든 관련 정보를 정확하고 체계적으로 기록하는 것이 필수적입니다​​​​.

 

 

9. 슈미트 해머 타격 각도

슈미트 해머를 사용하여 측정을 할 때 타격 각도는 중요한 변수 중 하나입니다. 타격 각도에 따라 측정된 반발 경도 값에 차이가 발생할 수 있으므로, 이를 보정하는 것이 필수적입니다. 

일반적으로 콘크리트 표면에 대해 수직으로 타격을 가하는 것이 표준 방법이지만, 실제 현장에서는 구조물의 형태나 위치에 따라 다양한 각도에서 타격을 가해야 할 경우가 있습니다. 

 

이때, 타격 각도에 따른 반발 경도의 보정치를 적용하여 실제 압축 강도를 보다 정확하게 추정할 수 있습니다. 

 

예를 들어, 타격 각도가 수평이 아닐 경우, 각도에 따라 보정치를 적용하여 반발 경도 값을 조정해야 합니다. 이러한 보정치는 슈미트 해머 제조사나 관련 기준에서 제공하는 차트 또는 공식을 통해 얻을 수 있습니다. 

타격 각도의 정확한 조정과 보정치의 적용은 슈미트 해머를 이용한 압축 강도 추정의 정확도를 높이는 데 매우 중요합니다​​.