치아와 잇몸에 문제가 생기면 붓거나 염증이 생기며, 신경이 자극될 때 문제가 확인됩니다. 그래서 나는 50대부터 치과를 자주 방문하여 예방과 관리를 중시합니다. 35년간 시멘트 회사에서 일하면서, 치아의 생리 구조와 시멘트 생산 과정이 유사하다는 점에 신기함을 느끼게 됩니다. 최근에는 임플란트 치료를 받으면서 이 비유가 더 확연히 다가옵니다. 치아는 음식을 부수고, 소화의 첫 단계를 시작하며, 소장(小腸)은 소화와 영양 흡수를, 대장(大腸)은 잔여물을 처리하고 배설을 조절합니다. 특히, 대장은 물의 재흡수와 세균의 작용으로 체내의 수분 균형을 유지합니다. 이러한 생리 과정을 관찰하면, 치아는 시멘트 공장에서 석회석을 분쇄하는 역할을 하고, 위장(胃腸)과 소장은 이를 가공하며, 대장은 시멘트 생산의 마지막 공정과 유사합니다. 결국, 사람의 대변은 비료로 재활용되고, 시멘트는 사용 후 다시 재활용되어 자연의 순환을 이어갑니다. 그래서 우리는 지구에서 살 수 없는 상황을 피하기 위해 노력해야겠습니다. 

각설하고, 이번 호에서는 『RFID를 이용한 구조물 진단 시스템 WIMOⓇ』에 대해 설명하겠습니다. 이 기술은 2004년 TCC-SCI* 기술교류회 이전부터 개발이 시작되었으며, 최근에는 태평양 컨설턴트로 기술이 이전되었다고 요시모토(吉本) 본부장은 언급하고 있습니다. 따라서 본 기술의 개요, 유효성, 특장점 등을 살펴보겠습니다. (*TCC-SCI는 태평양시멘트와 쌍용 C&E의 약어입니다.)

건설 구조물은 스크랩 & 빌드(scrap-and-build)의 관점에서 큰 전환이 요구되고 있으며, 자산 관리의 도입에 의한 유지 관리 기술이 중요해지고 있습니다. 우리의 생활에 필수적인 콘크리트 구조물을 오랫동안 안전하게 사용하기 위해서는 인간과 마찬가지로 정기적인 건강 진단과 일상적인 건강 상태 파악이 필요합니다. 현재 많은 콘크리트 구조물은 육안 관찰에 의한 일상 점검이 이루어지고 있습니다. 육안 검사는 간단하고, 저렴한 방법이지만 질적 차이와 검사자에 따라 결과가 달라질 수 있습니다. 특히, 콘크리트 구조물의 3대 열화 요인 중 하나인 「염해」에 의한 철근 부식은 육안 점검으로는 파악할 수 없습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 태평양시멘트는 「누구나」, 「간단하게」, 「비파괴로」, 「정량적으로」 구조물의 건강 상태를 파악할 수 있는 기술로서 『RFID 구조물 진단 기술 WIMOⓇ』을 개발했다고 당시 본 시스템 개발자인 일본 태평양시멘트(硏) 에리구찌(姜里口) 부소장은 설명하고 있습니다.

WIMOⓇ는 전자화폐나 자동 개찰 시스템 등에 널리 사용되고 있는 RFID 기술과 센서 기술을 융합한 구조물 진단 기술입니다. 이 시스템은 콘크리트 내부에 센서를 설치하여 구조물의 각종 상태를 무선으로 파악하는 시스템이고, RFID 구조물 진단 기술은 콘크리트 내부에 매설된 센서의 상태를 무선으로 계측할 수 있으며, 데이터 통신부의 RFID 태그와 센서를 분리하여 배치함으로써, 높은 곳에서도 측정이 용이합니다. 본 시스템의 특징은 ① 무선 계측 센서: 통신부를 구조물 내부에 매설하여 무선으로 계측합니다. 기존의 유선형 센서처럼 케이블 열화의 우려가 없습니다. ② 전원불요: 센서의 구동 전원은 리더 라이터로부터 전파를 통해 공급되며, 별도의 전원이 필요 없어 장기 유지 관리에 매우 이상적입니다. ③ 메모리 기능: RFID에는 메모리 기능이 있어 점검 결과를 기록할 수 있습니다.

WIMOⓇ에는 3가지 기능이 있습니다. ① RFID 스트레인 측정 시스템: 콘크리트 구조물이 열화되면 각 부분에서 “변형”이 발생합니다. 기존의 스트레인 계측에서는 유선형 스트레인 게이지나 철근계를 사용되어 데이터 로거에 접속해 측정합니다. 그러나, 몸체로부터 노출된 케이블의 열화로 인해 장기 측정이 어렵고, 미관을 해칠 수 있습니다. RFID 스트레인 계측 시스템은, 통신부(RFID 태그)와 센서부를 구조물 내부에 설치하여, 구조물 표면으로부터 RFID 태그에 준 전자파로 센서가 기동하는 것으로, 변형의 계측을 실시할 수 있는 기술입니다. 측정은 전용 리더/라이터와 PC만 있으면 누구나 쉽게 할 수 있으며, 케이블 등의 노출이 없습니다. 이 시스템의 특징은, 변형 계측 레인지가 ±1000×10–6, RFID 메모리에 6회분의 측정 기록을 저장할 수 있다는 점입니다. 현장에서의 가공이 필요 없으므로 센서의 설치가 용이하며, 전용의 계측기로 간단하게 측정할 수가 있습니다. ② RFID 부식 환경 감지 시스템: 철근 콘크리트 구조물 내의 철근이 부식하는 환경이 되었는지 여부를 검지하는 시스템입니다. 콘크리트 구조물의 3대 열화중 하나인 「염해」는, 콘크리트 표면으로부터 나온 「녹」으로 발견되며, 이때 철근의 부식이 이미 가속화되어 신속하게 대책을 하지 않으면 대규모의 보수가 필요할 우려가 있습니다. 이 시스템은, 「염해」를 포함한 부식 환경을 사전에 감지하여, 철근의 부식을 미연에 방지하는 것을 목적으로 합니다. 주요 열화 현상으로는 염해, 중성화, 화학적 부식 등이 있습니다. 센서는 코어 볼링 등으로 구조물에 손상을 주지 않고 쉽게 조사할 수 있으며, 여러 개의 센서를 설치하여 부식 우려가 있는 부위나 범위를 특정할 수 있습니다. 센서와 태그를 연결하는 케이블 길이를 조절하여 센서 위치와 데이터 측정 위치를 자유롭게 설정할 수 있으며, 측정 결과는 색상으로 표시되어 부식의 위험성을 직관적으로 파악할 수 있습니다. ③ I 콤스페이서Ⓡ: IC 태그를 내장한 모르타르 스페이서입니다. IC 태그의 개인 식별 ID를 활용하여 구조물 유지 관리에 필요한 다양한 정보를 관리할 수 있습니다. 외부 시스템과 연계하거나 다양한 관리 정보를 활용함으로써 구조물의 IoT(Internet of Things)를 실현할 수 있습니다. I 콤스페이서Ⓡ는 일반적으로 사용되는 모르타르 스페이서와 동일하게 전용 지그로 철근에 고정하여 덮개 두께를 확보하는 부품으로 사용됩니다. 특징은 콘크리트 내부에 IC 태그를 쉽게 설치할 수 있고, 부위마다 고유의 ID로 관리할 수 있으며, 검사나 추적, 다양한 시스템에 응용이 가능하다는 점입니다.

마지막으로, 이 기술은 약 30년간 연구되어 많은 기술 축적이 이루어졌으며, 국토교통성 NETIS와 수도 고속도로 신기술 활용시스템에 등록된 기술로 인증받았습니다. 또한, 이 시스템은 교량, 터널 등 구조물의 균열, 미세 변형, 염해, 박락 등을 장기적으로, 무선으로 진단할 수 있습니다. 관심 있는 분들은 한번 살펴보시길 권장합니다.(이상)