UNIST, 초음파로 콘크리트 굳기 강도 확인하는 기술 개발

한쪽 면에 센서 부착해 강도 추정
3D 프린팅 건축물 변형 우려 적어

3D 프린팅 건축물에 쓰이는 콘크리트가 얼마나 굳었는지 초음파로 확인하는 기술이 나왔다.

울산과학기술원(UNIST)은 지구환경도시건설공학과 신명수 교수팀이 콘크리트 한쪽 면에 초음파 센서를 부착해 초기 강도를 추정하는 비파괴 검사 기술을 개발했다고 2일 밝혔다.

3D 프린팅 건축은 거푸집 없이 걸쭉한 콘크리트를 치약처럼 짜내 층층이 쌓는 방식이다. 거푸집 설치와 해체에 드는 시간과 비용을 줄일 수 있지만, 아래층이 충분히 굳기 전에 다음 층을 올리면 무게를 견디지 못해 찌그러지거나 무너질 수 있다.

연구팀은 콘크리트가 굳는 정도에 따라 초음파가 다르게 전달되는 원리를 활용했다. 출력물 한쪽 면에 송신·수신 센서 2개가 달린 아크릴판을 부착해 신호 변화를 측정하는 방식이다. 콘크리트가 굳을수록 초음파 일부가 내부로 퍼져 수신 센서에 도달하는 신호가 약해진다. 이를 분석하면 초기 강도를 추정하는 것이다.

기존에는 센서를 콘크리트 내부에 넣거나 양쪽 면에 설치해야 했지만, 이번 기술은 한쪽 면에서 측정할 수 있어 설치가 간편하다. 굳지 않은 콘크리트의 형태가 변형될 우려도 적다.

배합이 다른 콘크리트 3종을 대상으로 실험한 결과, 초음파 측정값과 실제 초기 강도 사이에 높은 상관성이 확인됐다. 두 값의 관계를 나타내는 결정계수는 0.927∼0.975였다. 실제 3D 프린팅 시편에서도 콘크리트가 굳을수록 초음파 신호가 약해지는 현상이 관찰됐다.

신 교수는 “출력물 한쪽 면에서 콘크리트가 굳는 상태를 확인할 수 있어, 아래층이 충분히 굳은 시점에 맞춰 다음 층을 쌓도록 3D 프린터의 출력 속도를 조절하는 데 활용할 수 있다”며 “현재는 소형 3층 출력물에서 실험한 단계로 실제 크기의 건축물에 적용하기 위해서는 추가 연구가 필요하다”고 설명했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받아 진행됐으며, 국제학술지 ‘시멘트 앤드 콘크리트 컴포지츠’ 11월호에 실렸다.

최창환 기자 oldbay77@donga.com