UNIST, 초음파로 3D 프린팅 콘크리트 강도 측정 기술 개발

초음파 신호와 실제 강도 간 높은 상관관계 확인

다음 층 적층 시점 판단해 출력물 붕괴 방지 기대

[울산=뉴시스] ] 초음파 유도파 측정 장치와 장치로 측정한 신호 변화 (사진=UNIST 제공) [email protected] *재판매 및 DB 금지

[울산=뉴시스] 구미현 기자 = 3D 프린팅 건축물의 안전성을 높이기 위해 콘크리트가 굳는 정도를 초음파로 실시간 확인하는 기술이 개발됐다. 콘크리트의 강도를 직접 훼손하지 않고도 측정할 수 있어 3D 프린팅 건축의 효율성과 안전성을 높일 수 있을 것으로 기대된다.

울산과학기술원(UNIST) 지구환경도시건설공학과 신명수 교수 연구팀은 3D 프린팅 콘크리트의 초기 강도를 추정할 수 있는 초음파 기반 비파괴 검사 기술을 개발했다고 2일 밝혔다.

3D 프린팅 건축은 거푸집 없이 콘크리트를 층층이 쌓아 구조물을 만드는 공법이다. 거푸집 설치와 해체에 필요한 시간과 비용을 줄일 수 있고 곡선 등 복잡한 형태의 건축물도 제작할 수 있다는 장점이 있다.

다만 콘크리트가 충분히 굳기 전에 다음 층을 쌓으면 아래층이 하중을 견디지 못해 구조물이 찌그러지거나 무너질 수 있다. 따라서 다음 층을 올리기 전 콘크리트의 초기 강도를 정확하게 파악하는 것이 중요하다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 출력물 한쪽 면에 초음파 센서 2개를 부착하는 측정 방식을 고안했다. 센서가 초음파를 보내고 받는 과정에서 나타나는 신호 변화를 분석해 콘크리트가 굳는 정도를 추정하는 원리다.

콘크리트가 굳을수록 초음파가 내부로 더 잘 전달되는 특성을 활용했다. 이에 따라 수신 센서에 도달하는 초음파 신호의 세기가 약해지며 연구팀은 이 변화를 토대로 초기 강도를 판단할 수 있도록 했다.

기존 초음파 측정 방식은 센서를 콘크리트 내부에 매립하거나 구조물 양쪽 면에 설치해야 했다. 반면 이번 기술은 센서 2개를 한쪽 면에만 부착하면 돼 설치가 간편하다. 특히 아직 굳지 않은 콘크리트에 직접 접촉해 형태가 변형될 가능성도 줄였다.

[울산=뉴시스] 신명수 교수(좌측)와 기탄자리 찬담 연구원 (사진=UNIST 제공) [email protected] *재판매 및 DB 금지

연구팀이 배합이 서로 다른 3종류의 콘크리트를 대상으로 실험한 결과 초음파 신호에서 얻은 지표와 실제 압축을 통해 측정한 초기 강도 사이에 높은 상관관계가 확인됐다. 두 측정값의 관계를 나타내는 결정계수는 0.927~0.975로 나타났다. 결정계수가 1에 가까울수록 두 값의 변화가 밀접하게 일치한다는 의미다.

실제 3D 프린팅으로 제작한 시편에서도 시간이 지날수록 수신 센서에 도달하는 초음파 신호가 약해지는 현상이 확인돼 기술의 적용 가능성을 입증했다.

연구팀은 이번 기술을 활용하면 아래층의 강도가 충분히 확보된 시점에 맞춰 다음 층을 쌓도록 3D 프린터의 출력 속도를 조절할 수 있을 것으로 보고 있다.

신명수 교수는 "출력물 한쪽 면에서 콘크리트가 굳는 상태를 확인할 수 있어 다음 층을 쌓는 시점을 판단하는 데 활용할 수 있다"며 "현재는 소형 3층 출력물을 대상으로 실험한 단계인 만큼 실제 크기의 건축물에 적용하기 위해서는 추가 연구가 필요하다"고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐으며 국제학술지 '시멘트 앤드 콘크리트 컴포지츠(Cement and Concrete Composites)' 11월호에 게재됐다.


◎공감언론 뉴시스 [email protected]