지표투과레이더 (GPR) 기반 유리섬유 보강근 진단 및 위치추정
Detection and Localization of GFRP Rebars using GPR
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초록
본 연구에서는 지표투과레이더(GPR) B-Scan 이미지 기반 유리섬유 보강 폴리머(GFRP) 보강근 비파괴 검사 기법을 제시한다. 기존 철근은 부식에 취약하여 수리 및 유지 보수 관리에 많은 비용이 드는 반면, GFRP 보강근은 부식 저항성이 높고 철근에 비해 가벼우며 높은인장 강도를 가져 주목받고 있다. GPR은 전자기파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴 검사 기법으로, 방사된 전자기파가 다른 유전율을 갖는경계에서 반사되는 특성을 이용하여 대상을 구별한다. 강재 철근의 경우 콘크리트와의 유전율 차이가 커 반사되는 전자기파를 통해 철근의 존재 여부, 위치 및 직경을 파악할 수 있다. 그러나 GFRP 보강근의 경우 콘크리트와의 유전율 차이가 근소하여 반사파를 통한 식별이 어렵다. 따라서 본 연구에서는 B-Scan 이미지 품질 향상을 통해 GFRP 보강근의 존재 여부와 위치를 추정한다. 먼저, 서로 다른 다수의 탐사경로(Scanning line)로부터 계측된 B-Scan 이미지들을 공간평균화하여 배경 잡음을 줄인다. 이후 언사프 마스킹(Unsharp Masking) 작업으로 쌍곡선 파형을 보다 선명하게 하고, 각 쌍곡선 이미지에 회귀분석을 하여 GFRP 보강근의 위치를 추정하였다. 실험에는 실제 시공용 GFPR 보강근이 부착된 콘크리트 시편을 사용하였다. 그 결과, 본 방법으로 GFRP 보강근을 더욱 명확하게 식별하여 양호한 정확도로 깊이 추정이 가능함을확인하였다.
Abstract
This study presents the development of a non-destructive Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) rebar identification technique based on Ground Penetrating Radar (GPR) B-Scan images (radargrams). Conventional steel rebars are vulnerable to corrosion and require costly repairs and maintenance, while GFRP rebars are gaining interest due to their lightweight, non-corrosive, and high tensile strength characteristics. GPR is a non-destructive inspection technique for concrete structures using electromagnetic waves. The existence, location, and diameter of steel rebars can be identified using the electromagnetic waves reflected from them, owing to significant dielectric constant differences with concrete. However, for GFRP rebars, it becomes challenging because the dielectric constant difference between GFRP rebars and concrete is much less than that of steel rebars. Thus, in this study, the existence and location of GFRP rebars are estimated. First, electromagnetic waves reflected from GFRP rebars were enhanced by averaging multiple spatially obtained GPR radargram images to detect GFRP rebars. Then, the location of GFRP rebars was estimated using conventional hyperbola fitting of the reflected electromagnetic waves. The performance of the developed technique was experimentally evaluated using concrete specimens with actual GFPR rebars. The results indicate that GFRP rebars are more clearly identified with this technique, enabling approximate depth estimation.