1. 서 론
2. 실험 방법(실험 시편, 실험 시스템, 실험 과정)
2.1 실험 시편
2.2 실험 시스템 및 과정
3. 실험 결과 및 분석
3.1 온도 변화가 투수블록의 전기비저항에 미치는 영향
3.2 공극수 전기비저항 변화가 투수블록의 전기비저항에 미치는 영향
3.3 공극수 전기비저항과 정규화 전기비저항 상관관계
4. 온도 및 공극수 영향 보정을 통한 정규화 전기비저항 평가
4.1 온도 및 공극수 영향 보정모델
4.2 보정모델 적용성 검토
5. 결 론
1. 서 론
최근 기후변화로 인해 짧은 시간 동안 집중적으로 발생하는 극한강우의 빈도가 증가하고 있으며, 이에 따라 도시 지역에서의 침수 및 수해 피해가 증가하고 있다(Park et al., 2025). 도시화에 따른 불투수면적의 증가는 강우의 지표 유출량을 증가시키고 지반으로의 침투량을 감소시켜 기존 배수 시스템의 부담을 가중시킨다. 특히 기존 배수 및 침투 시설은 과거에 극한강우를 고려하지 않은 조건으로 설계된 경우가 많아 최근 발생하는 극한강우에 효과적으로 대응하는 데 한계가 있다. 따라서 도시 지역의 우수 유출을 저감하고 물순환을 회복하기 위한 배수 및 침투 기술의 필요성이 증대되고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 방안 중 하나로 투수블록이 활용되고 있다. 투수블록은 블록 내부 공극을 통해 강우를 지반으로 침투시키는 다공성 포장재로서, 우수 유출 저감 및 저류 기능의 장점을 가진다(Choi et al., 2017; Cho et al., 2025; Park et al., 2025). 그러나 투수블록은 장기간 사용 시 토사, 미세입자 및 유기물질 등에 의해 공극이 폐색될 수 있으며, 이로 인해 투수성능이 저하되는 문제가 발생한다(Seo and Yun, 2016).
이에 따라 투수블록의 성능 저하를 비파괴적으로 평가하기 위한 방법으로 전기비저항 측정법이 검토되고 있다. 전기비저항은 매질 내부에서 전류의 흐름을 방해하는 정도를 나타내는 물성으로, 투수블록의 전기비저항은 공극 구조(공극률, 공극 연결성), 온도, 공극수의 전기적 특성 등에 영향을 받는다. Lee et al.(2025)은 투수블록의 공극 구조에 따른 전기비저항 특성을 분석하였으며, 전기비저항이 증가함에 따라 투수성능이 감소하는 경향을 확인하였다. 이를 통해 전기비저항 측정법이 투수블록의 투수성능 저하를 판단하기 위한 비파괴 평가기법으로 활용될 수 있음을 제시하였다.
투수블록의 전기비저항은 공극 구조 외에도 온도 및 공극수의 전기적 특성에 영향을 받는다. Abdualla et al.(2019)은 전기전도성 콘크리트 포장 시스템을 대상으로 온도 변화에 따른 전기비저항 특성을 평가하였으며, 온도가 약 12℃ 증가함에 따라 전기비저항이 약 27% 감소하는 경향을 확인하였다. 또한 Aragoncillo et al.(2023)은 다공성 콘크리트의 전기비저항이 공극률과 공극 연결성뿐만 아니라 공극수 전기전도도의 영향을 함께 받는다고 보고하였다. 따라서 실제 도로 환경에서 전기비저항 측정법을 투수블록에 적용하기 위해서는 온도와 공극수 전기비저항을 함께 고려해야 한다. 그러나 투수블록을 대상으로 온도 및 공극수 전기비저항 변화가 전기비저항 측정값에 미치는 영향을 정량적으로 분석한 연구는 부족한 실정이다.
이에 본 연구에서는 온도 및 공극수 전기비저항 변화가 투수블록의 전기비저항 측정값에 미치는 영향을 분석하고, 각 영향인자에 대한 보정모델을 제시하였다. 본 연구결과는 향후 투수포장의 장기 성능 평가 및 현장 모니터링 기법 개발에 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
2. 실험 방법(실험 시편, 실험 시스템, 실험 과정)
2.1 실험 시편
Fig. 1은 시편의 형상 및 단면 구조를 보여준다. Fig. 1(a)는 시편의 전체 형상을 나타내며, 시편은 가로 200 mm, 세로 200 mm, 높이 80 mm의 크기로 제작되었다. Fig. 1(b)는 시편의 단면 구조를 나타낸 것으로, 시편은 표면층(surface layer), 중간층(intermediate layer) 및 하부층(bottom layer)으로 구성된 3층 구조를 가진다. 각 층의 두께는 표면층 10 mm, 중간층 60 mm, 하부층 10 mm이다. 투수홀(permeable hole)은 강우가 시편 및 지반 내부로 침투하도록 표면층, 중간층 및 하부층을 관통하는 구조로 설계되었다. 원형 투수홀은 총 4개이며, 직경은 40 mm, 홀 중심 간 간격은 100 mm로 설정하였다. 표면층과 하부층 제작에는 시멘트계 재료인 Remitar Remigrout QP 600이 사용되었으며, 중간층에는 입경 4.75 – 9.5 mm의 쇄석 골재가 사용되었다. 표면층과 하부층에 사용된 시멘트 페이스트의 물/시멘트 비는 0.16으로 설정되었다(물: 256 mL, QP 600: 1600 g). 투수홀 제작에는 입경 2.4 – 4.1 mm의 규사와 2액형 폴리우레탄 결합재가 사용되었다. 폴리우레탄 결합재는 A제(polyol)와 B제(isocyanate)로 구성되며, A제와 B제는 100:85의 질량비로 혼합되었다. 제작된 시편은 실온 조건(22.0±0.5℃)에서 24시간 동안 양생된 후 탈형되었으며, 이후 30일 동안 실온 조건에서 추가 양생되었다. 제작된 시편의 공극률은 29.33%이며, 건조단위중량은 18.8 kN/m3로 확인되었다. KS F 4419에 따라 초기 투수계수는 2.74 mm/s로 산정되었다. 전기비저항 측정 실험은 30일 이상 양생된 시편을 대상으로 수행되었으며, 실험에 사용된 시편은 1개이다.
Fig. 2는 시편 내부에 설치된 전극의 형상 및 배치 위치를 나타낸다. 전극은 알루미늄 재질의 격자형 전극을 사용하였으며, 크기는 가로 60 mm, 세로 60 mm로 설정하였다. 전극은 시편의 평면 중앙부에 위치하도록 배치하였으며, 높이 방향으로는 표면층과 하부층에 각각 1개씩 설치하였다. 시편 타설 전에 매립된 전극은 시편과 함께 양생되었다. 또한 전기저항 측정을 위해 매립된 전극에 길이 200 mm의 전선을 연결하여 블록 외부로 노출시켰다. 하부층 전극은 블록 외부로 노출되는 것을 방지하기 위해 바닥면으로부터 2 mm 이격된 위치에 설치하였다. 표면층 전극 또한 블록 표면으로부터 2 mm 하부에 설치하여, 두 전극이 각각 표면층과 하부층 내부에 매립되도록 하였다.
2.2 실험 시스템 및 과정
2.2.1 전기저항 측정 장치 및 전기비저항 보정
투수블록의 전기저항 측정을 위해 LCR meter (Keysight, E4980A)를 사용하였다. LCR meter는 시편에 전압을 가했을 때 매질에 흐르는 전류를 측정하여 저항값을 산정하며, 해당 장비의 가진 주파수 범위는 20 Hz에서 2 MHz이며, 전압 범위는 0.1에서 20 V이다.
전기저항은 동일한 물질에서 전극의 형상, 크기, 재질에 영향을 받기 때문에 측정되는 전기저항 값을 물질의 고유 전기적 특성인 전기비저항 값으로 환산하여야 한다(Ko and Choo, 2023; Jun et al., 2024). 전기비저항 환산식은 식 (1)과 같이 표현된다.
여기서, ρ (Ω·m)는 전기비저항, R (Ω)은 전기저항, 그리고 α (m)는 보정실험을 통해 결정되는 환산상수이다. 전기비저항 환산상수는 염화나트륨(NaCl) 수용액 농도에 따른 전기저항과 전기비저항의 상관관계를 통해 결정된다. 수용액의 전기비저항은 EC meter (XEBEX, CM-30R)를 통해 측정되었다. 전기비저항 측정 실험은 210 × 210 × 320 mm 크기의 아크릴 재질 셀에서 수행되었으며, 실험 중 수위는 시편의 높이와 동일한 80 mm로 유지하였다. 실험 셀 내부에 전극을 설치하고, 투수블록 내부 전극 간격과 동일하게 전극 간격을 76 mm로 설정하여 환산계수(0.0922 m)를 도출하였다(Fig. 3). Sang et al.(2022)은 시멘트계 재료의 전기비저항 측정에서 교류 측정이 분극 효과를 줄이기 위해 사용되며, 50 Hz – 10 kHz 범위의 주파수가 사용되었다고 보고하였다. 따라서 모든 전기비저항 측정실험(보정실험, 온도 및 공극수 영향인자 실험)에서 주파수는 10 kHz, 전압은 1 V를 사용하였다. 모든 전기비저항 측정 실험에서 동일시편 대상으로 3회 측정하였으며, 3회 측정값의 평균을 해당 실험의 대표 값으로 사용하였다. 또한, 온도영향을 최소화하기 위해 실험실 온도는 23℃로 유지하였다.
2.2.2 온도 및 공극수 전기비저항 영향 실험
투수블록의 전기비저항 값은 블록 내부의 공극 구조뿐만 아니라 온도 조건과 공극수의 전기적 특성에 영향을 받는다. 따라서 본 연구에서는 전기비저항 기반 투수블록 모니터링 시스템의 보정을 위해 온도 및 공극수 전기비저항에 따른 투수블록의 전기비저항을 측정하였다. 영향인자 실험에 앞서 시편을 포화시키기 위해 실험 셀에 시편 표면까지 증류수를 채운 후 48시간 동안 수침하였다. 이후 모든 영향인자 실험은 수위를 시편 표면과 동일하게 유지한 조건에서 수행하였다.
Fig. 4(a)는 온도 변화에 따른 전기비저항 측정 실험을 도식화한 것이다. 온도 변화 실험은 수돗물을 이용하여 수행하였으며, 수온을 저온에서 상온으로 자연 상승시키는 온도 상승 실험과 고온에서 상온으로 자연 하강시키는 온도 하강 실험으로 구분하였다. 온도 상승 실험에서는 수돗물로 얼음을 제조한 후 수돗물과 혼합하여 냉수(약 5℃)를 준비하였다. 이후 포화된 시편을 실험 셀에 설치하고 냉수를 투입하였으며, 수온이 약 5℃에서 실내 온도인 23℃까지 자연 상승하도록 하였다. 온도 하강 실험에서는 수돗물을 가열하여 온수(약 80℃)를 준비한 후, 포화된 시편이 위치한 실험 셀에 온수를 투입하였다. 이후 수온이 약 80℃에서 23℃까지 자연 하강하도록 하였다. 각 실험에서는 온도 센서를 이용하여 수온 변화를 연속적으로 측정하였으며, 동시에 시편의 전기비저항을 측정하였다. 또한 시편과 수용액의 상호작용으로 인한 공극수의 전기적 특성 변화를 확인하기 위해 실험 시작 전과 종료 후 EC meter를 이용하여 공극수 전기비저항을 측정하였다.
온도 변화 실험에서는 수돗물 투입 직후 시편과 수용액 사이의 열적 평형 및 공극수 전기적 특성 안정화 과정이 발생하였다. 따라서 초기 안정화 구간을 제외하고 안정화 이후의 전기저항 값을 분석에 사용하였다. 온도 상승 실험에서는 5℃ 이상 10℃ 미만 구간, 온도 하강 실험에서는 63℃ 초과 80℃ 이하 구간에서 전기저항 값이 온도 변화에 따른 일반적인 저항 변화 경향과 다르게 나타났으므로, 해당 구간을 초기 안정화 구간으로 판단하여 분석에서 제외하였다. 이에 따라 본 연구에서는 10 – 63℃ 범위의 측정자료를 온도 영향 분석에 사용하였다.
Fig. 4(b)는 공극수 전기비저항 변화에 따른 전기비저항 측정 실험을 도식화한 것이다. 공극수의 전기비저항 값을 조절하기 위해 NaCl 수용액을 공극수로 사용하였다. 증류수에 NaCl 시료를 첨가하여 문헌에서 보고된 지하수의 전기비저항 범위에 해당하는 9개의 공극수(1, 10, 25, 50, 100, 200, 300, 400, 500 Ω·m)를 제조하였다(Saad et al., 2012). 그 후 2일 동안 증류수로 포화된 시편을 실험 셀에 위치시킨 후 제조된 공극수를 투입하였다. 공극수 전기비저항 측정 실험은 이전 조건의 잔류 용액이 다음 조건에 미치는 영향을 최소화하기 위해 고비저항 조건에서 저비저항 조건 순으로 수행되었다. 수용액 투입 후 EC meter를 이용하여 실험 셀 내부 수용액의 전기비저항 변화를 확인하였으며, 모든 조건에서 수용액 투입 후 약 3 – 5분 이내에 EC meter를 통한 측정값 변화가 미미하게 나타났다. 따라서 본 연구에서는 이를 안정화 상태로 판단하고 이후 전기비저항 측정 실험을 수행하였다. 측정이 완료된 후 실험 셀 내부의 공극수를 배수하고, 동일한 절차를 모든 공극수 전기비저항 조건에 대해 반복 수행하였다. Table 1은 본 연구에서 수행한 온도 및 공극수 전기비저항 영향인자 실험의 주요 조건을 나타낸다.
Table 1.
Test variables
3. 실험 결과 및 분석
3.1 온도 변화가 투수블록의 전기비저항에 미치는 영향
Fig. 5는 온도(temperature) 변화에 따른 투수블록의 전기비저항(bulk resistivity) 변화를 나타낸다. 공극수 전기비저항 값은 기준온도 23℃에서 20.1 ± 8.2 Ω·m로 확인되었다. 온도 범위는 10 – 63℃이며, 온도가 증가함에 따라 전기비저항은 감소하는 경향을 보였다. 온도가 10℃에서 60℃로 증가함에 따라 전기비저항은 382 Ω·m에서 86 Ω·m으로 약 77% 감소하였다. 이는 온도 증가에 따라 공극수의 점성이 감소하고, 이온 이동성이 증가하여 전기전도도가 증가하였기 때문이다(Azarsa and Gupta, 2017). 특히 10 – 20℃ 구간에서는 전기비저항이 약 35% 감소한 반면, 50 – 60℃ 구간에서는 약 18% 감소하여 고온 구간으로 갈수록 감소율이 둔화되는 경향을 보였다. 이는 온도 증가에 따른 공극수 내 이온 이동성 증가 효과가 일정한 비율로 나타나지 않고, 기준온도(23℃)를 중심으로 한 저온 및 고온 구간에서 온도 민감도가 다르게 나타나기 때문으로 판단된다(Rangelov and Nassiri, 2018).
3.2 공극수 전기비저항 변화가 투수블록의 전기비저항에 미치는 영향
Fig. 6은 공극수 전기비저항(pore fluid resistivity) 변화에 따른 전기비저항(bulk resistivity) 변화를 나타낸다. 제조된 공극수 전기비저항 값의 범위는 1 – 500 Ω·m이었으나, 시편과 공극수의 상호작용 이후 안정화된 공극수 전기비저항은 1.2 – 247 Ω·m 범위로 확인되었다. 특히 제조된 전기비저항이 높은 수용액 조건에서 안정화 이후 공극수 전기비저항 변화가 크게 나타났으며, 이는 시멘트계 재료로 제작된 투수블록과 공극수 사이의 상호작용에 의해 전기적 특성이 변화하였기 때문으로 분석된다(Bernard and Wilson, 2025).
공극수 전기비저항이 증가함에 따라 전기비저항은 증가하였으나, 증가율은 점차 둔화되는 경향을 보였다. 공극수 전기비저항이 52.8 Ω·m에서 88.9 Ω·m로 1.7배 증가함에 따라 전기비저항은 213 Ω·m에서 258 Ω·m로 약 20% 증가하였다. 반면, 공극수 전기비저항이 88.9 Ω·m에서 158 Ω·m로 1.8배 증가함에 따라 전기비저항은 258 Ω·m에서 261 Ω·m로 약 1% 증가하여 미미한 변화를 보였다. 즉, 공극수 전기비저항이 약 100 Ω·m 이상으로 증가한 이후에는 전기비저항이 약 255 – 267 Ω·m 범위에서 거의 일정하게 나타났다. 이는 공극수 전기비저항이 100 Ω·m 이상인 조건에서 공극수 전기비저항 증가에 따라 투수블록의 전기비저항 변화가 제한적으로 나타남을 보여준다.
이러한 전기비저항 증가율의 둔화는 공극수 전기비저항 조건에 따라 매질 내 전기전도 지배 성분이 달라지기 때문으로 판단된다. 매질 내 전기전도는 공극수 전도와 고체-공극수 계면에서 발생하는 표면전도 성분을 포함한다(Choo and Burns, 2014; Wang and Revil, 2020). 공극수 전기비저항이 낮은 조건에서는 공극수 전도 성분이 지배적으로 작용하지만, 공극수 전기비저항이 증가하면 공극수 전도 성분이 감소하고 표면전도 성분의 상대적 영향이 증가한다. 이에 따라 고비저항 공극수 조건에서는 공극수 전기비저항 증가에 따른 투수블록의 전기비저항 변화가 제한적으로 나타난 것으로 판단된다.
3.3 공극수 전기비저항과 정규화 전기비저항 상관관계
Fig. 7은 공극수 전기비저항(pore fluid resistivity)과 정규화 전기비저항(normalized resistivity)의 상관관계를 나타낸다. 정규화 전기비저항은 Fig. 6에서의 투수블록의 전기비저항(bulk resistivity)을 각 조건의 공극수 전기비저항으로 나누어 산정하였다. Rios et al.(2024)는 시편의 전기비저항을 공극수 전기비저항으로 정규화한 값이 공극 구조(공극률 및 공극 연결성)와 관련된 지표로 활용될 수 있으나, 해당 값의 산정 및 해석에는 공극수 전기비저항 조건을 고려해야 한다고 보고하였다.
동일한 시편 및 포화 조건에서는 시편 내부의 공극 구조가 동일하므로, 전기전도가 공극수 전도에 지배되는 경우 전기비저항은 공극수 전기비저항에 비례한다. 이때 공극수 전기비저항으로 정규화한 전기비저항은 일정한 값을 가진다(Oh et al., 2013).
그러나 본 연구에서는 공극수 전기비저항이 증가함에 따라 정규화 전기비저항이 비선형적으로 감소하는 경향을 보였다. 이는 Fig. 6에서 확인한 바와 같이 전기비저항(bulk resistivity)이 공극수 전기비저항에 단순 비례하지 않음을 보여준다. 매질 내 전기전도는 공극수를 통한 전도와 고체-공극수 계면에서 발생하는 표면전도의 영향을 함께 받는다(Revil et al., 2026). 공극수 전기비저항이 낮은 조건에서는 공극수의 전기전도도가 높기 때문에 공극수 전도 성분이 지배적으로 작용하며, 전기비저항은 공극수 전기비저항 변화에 민감하게 반응한다. 반면, 공극수 전기비저항이 증가하면 공극수 전도 성분이 감소하고, 고체-공극수 계면에서 발생하는 표면전도의 상대적 영향이 증가한다. 이로 인해 고비저항 공극수 조건에서는 전기비저항의 증가폭이 점차 둔화되며, 전기비저항을 공극수 전기비저항으로 정규화한 값은 비선형적으로 감소한 것으로 분석된다.
4. 온도 및 공극수 영향 보정을 통한 정규화 전기비저항 평가
4.1 온도 및 공극수 영향 보정모델
4.1.1 온도 영향 보정계수
Fig. 8은 온도 변화에 따른 온도보정계수(temperature calibration factor)를 나타낸다. 온도보정계수는 Fig. 5에서 도출된 온도에 따른 전기비저항(bulk resistivity)을 기준온도 23℃에서의 전기비저항 값으로 나누어 산정하였다. 예를 들어, 10℃ 조건에서의 전기비저항 값이 382 Ω·m이고 기준온도 23℃에서의 전기비저항 값이 216 Ω·m인 경우, 온도보정계수는 382 Ω·m에 216 Ω·m를 나누어 산정된다. 온도와 온도보정계수의 관계는 식 (2)와 같이 표현된다.
여기서, fT는 온도보정계수(-), δT는 온도계수(℃-1), T는 매질의 온도(℃)를 의미한다. 선행연구에 따르면 콘크리트의 δT는 0.022 – 0.030℃-1로 보고되었다(Chrisp et al., 2001). 본 연구에서 δT는 0.032℃-1로 산정되었으며, 투수블록의 온도계수가 콘크리트의 온도계수와 유사한 것으로 확인되었다. 식 (2)를 통해 현장온도 조건에서 측정된 전기비저항 값은 보정된다. 측정된 전기비저항 값은 해당 온도의 온도보정계수로 나누어 기준온도 23℃의 전기비저항 값으로 환산된다.
4.1.2 공극수 영향 보정계수
투수블록의 전기비저항을 투수성능의 지표로 활용할 경우, 공극수 전기비저항 변화 영향과 투수블록 내부 표면전도 특성이 함께 반영된다. 따라서 공극수 전기비저항 조건에 따른 영향을 보정하기 위해서는 정규화 전기비저항을 투수성능 지표로 활용해야 한다. 이에 본 연구에서는 정규화 전기비저항의 변화 경향을 바탕으로 공극수 전기비저항 보정계수를 산정하였다.
Fig. 9는 공극수 전기비저항 변화에 따른 공극수보정계수(pore fluid calibration factor)를 나타낸다. 공극수보정계수는 Fig. 7에서 도출된 공극수 전기비저항에 따른 정규화 전기비저항(normalized resistivity)을 기준 공극수 전기비저항 25 Ω·m에서의 정규화 전기비저항 값으로 나누어 산정하였으며, 식 (3)과 같이 표현된다.
여기서, fw는 공극수보정계수(-), 은 공극수 전기비저항 조건에서의 정규화 전기비저항(-), 는 기준 공극수 전기비저항 25 Ω·m 조건에서의 정규화 전기비저항(-)을 의미한다. 본 연구에서 25 Ω·m 조건에서의 정규화 전기비저항 값()은 7.3으로 산정되었으며, 247 Ω·m 조건에서의 정규화 전기비저항 값()은 약 1.0으로 산정되었다. 따라서 공극수보정계수는 1.0/7.3으로 산정되어 0.14가 된다. 공극수 전기비저항과 공극수보정계수 관계는 식 (4)와 같이 표현된다.
여기서, fw는 공극수보정계수(-), ρw는 공극수 전기비저항(Ω·m)을 의미한다. 식 (4)를 이용하여 현장 공극수 전기비저항 조건에서 산정된 정규화 전기비저항 값은 보정된다. 산정된 정규화 전기비저항 값은 해당 공극수 전기비저항의 공극수보정계수로 나누어 기준 공극수 전기비저항 25 Ω·m 조건에서의 정규화 전기비저항 값으로 환산된다.
4.1.3 온도 및 공극수 영향이 보정된 정규화 전기비저항
현장조건에서 측정된 투수블록의 전기비저항은 공극 구조뿐만 아니라 온도 및 공극수 전기비저항의 영향을 함께 포함한다. 따라서 전기비저항 측정값을 투수블록의 공극 구조 및 투수성능 변화 평가에 활용하기 위해서는 온도 및 공극수 전기비저항에 의한 영향을 보정해야 한다. 온도보정계수와 공극수보정계수를 적용하여 보정된 정규화 전기비저항은 식 (5)와 같이 표현된다.
여기서, ρnorm,(C)는 보정된 정규화 전기비저항(-), ρb는 현장조건에서 측정된 투수블록의 전기비저항(Ω·m), ρw는 현장조건의 공극수 전기비저항(Ω·m), fT는 온도보정계수(-), fw는 공극수보정계수(-)를 의미한다.
4.2 보정모델 적용성 검토
보정모델의 적용성을 검토하기 위해 기준조건(reference condition)과 현장조건에서 산정된 정규화 전기비저항을 비교하였다. 기준조건은 투수성능 1등급에 해당하는 시편을 대상으로 설정하였다(Seoul, 2013). 이를 위해 상온 조건인 23℃에서 투수계수 – 전기비저항 측정 실험을 수행하였으며, 투수계수는 KS F 4419에 따라 산정되었다. 또한, 정규화 전기비저항 산정을 위해 실험 중 공극수 전기비저항을 함께 측정하였다. 실험 결과, 투수계수는 2.57 ± 0.11 mm/s로 확인되었으며, 공극수 전기비저항은 24.6 ± 1.0 Ω·m로 확인되었다. 이에 따라 본 연구에서는 23℃와 25 Ω·m를 각각 기준온도 및 기준 공극수 전기비저항 조건으로 설정하였다. 또한 기준조건에서 측정된 투수블록의 전기비저항에 공극수 전기비저항을 나누어 기준 정규화 전기비저항을 산정하였다.
현장조건은 실제 포장 환경에서의 여름철 온도를 고려하여 설정하였다. 기존 연구에서 여름철 포장체의 표면온도는 약 25 – 50℃ 범위까지 상승하는 것으로 보고되었다(Ryu and Yoo, 2006). 따라서 여름철 포장환경을 모사하여 36℃를 온도 조건으로 설정하였다. 또한 본 연구의 공극수 전기비저항 영향 실험에서 공극수 전기비저항이 약 100 Ω·m 이상으로 증가한 이후 전기비저항의 증가율이 둔화되는 경향을 보였다. 따라서 고비저항 공극수 조건에서의 보정모델 적용성을 검토하기 위해 공극수 전기비저항을 100 Ω·m로 설정하였다. 따라서 목표 온도와 공극수 전기비저항을 각각 36℃와 100 Ω·m로 설정하고 총 5회 실험을 수행하였다. 각 실험에서는 전기저항을 3회 반복 측정하였으며, 3회 측정값의 평균을 해당 실험의 대표값으로 사용하였다. 이후 5회 실험에서 산정된 대표값을 이용하여 현장조건의 보정 전·후 정규화 전기비저항의 평균과 표준편차를 산정하였다. 실험 중 측정된 온도와 공극수 전기비저항은 각각 36.5 ± 1.5℃와 99.5 ± 13.7 Ω·m로 확인되었다.
Fig. 10은 기준조건과 현장조건에서의 보정 전·후 정규화 전기비저항을 비교한 것이다. 기준조건에서의 정규화 전기비저항은 13.7 ± 0.1로 나타났다. 반면, 현장조건에서 측정된 보정 전 정규화 전기비저항 값은 2.83 ± 0.2로 약 79.3% 작은 값을 보였다. 이는 동일한 투수블록에서도 온도 및 공극수 전기비저항 조건에 따라 정규화 전기비저항이 크게 달라짐을 보여준다.
온도보정계수와 공극수보정계수를 적용한 결과, 보정 후 정규화 전기비저항 값은 12.4 ± 1.3으로 산정되었다. 보정 전 정규화 전기비저항은 기준조건보다 약 79.3% 낮게 나타났으나, 보정 후에는 그 차이가 약 9.5%로 감소하였다. 이를 통해 제안된 보정모델이 온도 및 공극수 전기비저항 변화로 인해 발생하는 정규화 전기비저항의 차이를 크게 감소시키는 것으로 확인되었다. 따라서 전기비저항 기반 투수블록 모니터링의 현장 적용성을 확보하기 위해서는 측정 시의 온도 및 공극수 전기비저항 영향을 고려한 정규화 전기비저항 보정이 필요하다. 추후 연구에서는 다양한 온도 및 공극수 전기비저항 조건에서 데이터를 추가로 확보하고, 현장 규모 실험과의 비교 검토를 통해 보정모델의 적용성을 평가하고자 한다.
5. 결 론
투수블록의 전기비저항은 내부 공극 구조 및 투수성능 변화와 밀접한 관련이 있으나, 실제 현장조건에서는 온도 및 공극수 전기비저항의 영향을 함께 받는다. 따라서 전기비저항 측정값을 투수블록의 성능 평가에 활용하기 위해서는 온도 및 공극수 전기비저항 영향에 대한 보정이 필요하다. 본 연구에서는 온도 및 공극수 전기비저항 변화에 따른 투수블록의 전기비저항 특성을 분석하고, 이를 바탕으로 정규화 전기비저항 보정계수를 제시하였다. 주요 결과는 다음과 같다.
(1) 온도 변화에 따른 투수블록의 전기비저항 측정 결과, 온도가 증가함에 따라 전기비저항은 비선형적으로 감소하였다. 온도가 10℃에서 60℃로 증가함에 따라 전기비저항은 382 Ω·m에서 86 Ω·m로 약 77% 감소하였다. 온도와 전기비저항의 상관관계를 바탕으로 기준온도 23℃에 대한 온도보정계수를 제시하였다.
(2) 공극수 전기비저항이 증가함에 따라 전기비저항은 증가하였으나, 증가율은 점차 둔화되는 경향을 보였다. 공극수 전기비저항이 약 100 Ω·m 이상으로 증가한 이후에는 전기비저항의 변화가 제한적으로 나타났다.
(3) 투수블록의 전기비저항을 공극수 전기비저항으로 정규화한 결과, 공극수 전기비저항이 증가함에 따라 정규화 전기비저항은 비선형적으로 감소하였다. 이는 투수블록의 전기비저항이 공극수 전기비저항에 단순 비례하지 않으며, 고비저항 공극수 조건에서 표면전도 성분의 상대적 영향이 증가하기 때문으로 판단된다. 따라서 공극수 전기비저항 조건에 따른 영향을 고려하기 위해 정규화 전기비저항을 기준으로 공극수보정계수를 산정하였다.
(4) 제안된 보정모델의 적용성을 검토한 결과, 현장조건에서 보정 전 정규화 전기비저항은 기준조건보다 약 79.3% 낮게 나타났다. 반면, 온도보정계수와 공극수보정계수를 적용한 후에는 기준조건과의 차이가 약 9.5%로 감소하였다. 이를 통해 제안된 보정모델이 온도 및 공극수 전기비저항 변화로 인해 발생하는 정규화 전기비저항의 차이를 크게 감소시키는 것으로 확인되었다. 따라서 전기비저항 기반 투수블록 모니터링의 현장 적용성을 확보하기 위해서는 측정 시의 온도와 공극수 전기비저항을 고려한 보정이 필요하다.
