KR101057142B1 - 시편의 중량 측정이 가능한 건조장치 및 이를 이용한 공극률 계측방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직접 탐사가 불가능한 지하 암반이나 토양 등의 지구물리학적 특성을 파악하기 위한 물리 탐사에서 주요 파라미터로 이용되는 시편의 건조밀도(dry density) 및 유효공극률(effective porosity)을 계측하기 위한 시편의 중량 측정이 가능한 건조장치 및 이를 이용한 공극률 계측방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 외부와 차단된 건조로 내에서 시편을 건조하면서 동시에 건조실 내부에 위치한 저울의 적재대를 이용하여 중량 변화를 건조실 외부에 설치된 저울로 직접 측정할 수 있어 건조되어가는 시편의 무게를 연속 측정함으로써 시료의 입자의 무게와 공극을 쉽고 정확하게 계측할 수 있다.

지질, 탐사, 암석코어, 시편, 공극률, 건조, 중량, 건조장치

Description

시편의 중량 측정이 가능한 건조장치 및 이를 이용한 공극률 계측방법{Drying Device Capable of Measuring Weight of Specimen and Measuring Method of Porosity using thereof}

본 발명은 지하 암반이나 토양 등의 물성 즉 조암광물, 공극률, 공극수의 전기전도도, 공극의 포화도 등을 분석하는데 이용되는 시편을 건조하면서 동시에 중량을 일정한 시간 간격으로 연속하여 측정할 수 있는 시편의 중량 측정이 가능한 건조장치 및 이를 이용한 공극률 계측방법에 관한 것이다.

직접 탐사가 불가능한 지하 암반이나 토양 등의 지구물리학적 특성을 규명하기 위하여 이용되는 물리탐사방법 중의 하나인 전기비저항 탐사는 지하 매질의 전기비저항 차이에 의해 야기되는 이상 전위차를 측정하여 이를 기반으로 지층의 구조, 암석의 분포상태 등 지하구조, 조암광물, 공극률, 공극수의 전기전도도, 공극의 포화도 등을 규명할 수 있는, 지질 조사에 매우 유용하게 활용되는 물리 탐사기술이다.

전기비저항 탐사에 따르면 암석 등의 시편에 대해 함수율 또는 공극률에 따른 전기비저항의 변화를 계측하고 이를 현지에서 측정한 전기비저항과 비교분석하여 현지 지질의 공극률과 함수율 등을 간접적으로 계측하는 방식으로 지질의 지구물리학적 특성을 분석할 수 있다.

전기비저항 탐사에 있어서 지질분석에 주요 파라미터로 활용되는 시편의 공극률은 통상 시편을 수포화시킨 뒤 중량을 측정하고 이를 다시 건조장치로 건조하면서 중량의 변화가 0.1%가 될 때까지 일정한 시간 간격으로 중량을 측정하여 마지막에 측정한 시편의 중량을 건조중량으로 간주하고 이를 최초 측정한 중량 즉 시편의 수포화 중량과 대비하여 산출하는데, 이렇게 산출된 시편의 공극률은 지질 물성 분석의 정확도에 지대한 영향을 미친다.

그럼에도 불구하고, 종래에는 시편 건조중량을 확인을 위해 시편을 건조하면서 그 중량을 일정한 시간 간격으로 측정할 때 그 때마다 건조 중인 시편을 건조장치로부터 꺼내서 측정하는 방식으로 건조 중량을 확인하고 시편의 공극률을 계측하였던 바, 이와 같은 종래 공극률 계측방법은 건조환경과 온도와 습도가 다른 외기의 영향으로 0.01 gdml의 정밀도를 요하는 시편의 중량 측정에 오류가 발생하여 공극률의 정확한 계측이 불가능하였고 결과적으로 시편의 공극률은 물론이고 실험실내에서 암석 등의 시편의 공극률 변화에 따른 전기비저항의 변화에 대한 분석의 정확도와 신뢰도를 떨어뜨리는 요인이 되어 왔다. 뿐만 아니라 종래 공극률 계측방법은 시편을 일정한 시간 주기로 꺼내서 중량을 측정해야 했기 때문에 측정 작업이 매우 번거롭다는 문제점도 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 시편을 꺼내지 않고도 건조로 내에서 직접 일정한 시간 주기로 연속하여 중량을 정밀하게 측정할 수 있어서 시편의 공극률을 정확하게 계측해낼 수 있으며 또한 측정도 매우 간편한 시편의 중량 측정이 가능한 건조장치 및 이를 이용한 공극률 계측방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

위와 같은 과제 해결을 위하여 본 발명의 시편의 중량 측정이 가능한 건조장치는, 일정한 온도가 유지될 수 있는 건조실과; 상기 건조실의 외부에 설치된 저울과; 상기 건조실 내에 시편을 매달아 상기 저울이 상기 시편의 중량을 무게 하향식으로 측정할 수 있는 적재수단;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 저울은 상기 건조실의 상부에 설치되고, 상기 적재수단은 상기 건조실의 천장을 통해 상기 건조실 내에 현수식으로 드리워지고 시편을 적재할 수 있는 적재대로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 건조장치를 이용한 공극률 계측방법은, 시편을 공극수에 수침시켜 수포화시키는 수포화단계; 수포화된 시편을 상기 건조장치의 건조실 내의 적재수단에 적재하는 시편적재단계; 상기 건조실 내부 공기를 가열하여 건조실 내 공기 를 일정한 온도로 유지하면서 시편을 건조하는 건조단계; 상기 건조장치에 설치된 저울로 상기 시편의 중량을 적재시부터 일정한 시간 간격으로 연속 측정하는 중량측정단계; 그리고, 상기 중량측정단계에서 연속하여 측정한 상기 시편의 중량 변화가 0.1% 미만일 때의 중량을 최초 적재시 시편의 중량과 비교하여 상기 시편의 공극률을 계측하는 공극률 계측단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 수포화단계에서, 상기 시편에 대한 수침은 진공 하에서 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

이상과 같은 구성의 중량 측정이 가능한 건조장치 및 이를 이용한 공극률 계측방법에 따르면, 시편을 건조실 내에서 건조하면서 그 중량을 직접 일정한 시간 주기로 연속하여 정밀하게 측정할 수 있다.

이에, 건조되는 시편의 중량을 외기 온도와 습도에 영향을 받지 않고 보다 정밀하게 측정할 수 있게 됨으로써 시편의 공극률 계측의 정확도를 개선하여 암석 및 토양 등의 지질 시료의 실내 물성 측정에 있어서 정확도와 신뢰도를 향상할 수 있다.

아울러, 전기비저항 등 실내 물성측정 실험에 있어서 시편에 대한 중량 측정의 편의성도 개선할 수 있다.

이하, 바람직한 실시예를 통해 본 발명에 따른 중량 측정이 가능한 건조장치 및 이를 이용한 공극률 계측방법의 구성과 그 작용 효과 등을 보다 구체적으로 살펴본다.

본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

도 1에는 본 발명에 따른 시편의 중량 측정이 가능한 건조장치의 정면도가 도시되어 있고, 도 2에는 그 개략적 구성도가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 시편의 중량 측정이 가능한 건조장치는 외부와 차단된 건조실(10a)를 형성하는 하우징(10)과, 히터(미도시) 등이 포함되어 상기 건조실의 온도를 일정하게 유지할 수 있는 발열수단(1)와 송풍수단(3) 등을 포함하고 있으며, 더불어 건조실(10a) 바깥쪽 하우징(10) 상부에 설치되고 그 적재수단(2a)이 하우징(10)을 통해 현수식으로 건조실(10a) 내로 드리워지게 설치되는 저울(2) 등을 포함하고 있다.

이상과 같은 구성의 중량 측정이 가능한 건조장치에 따르면, 시편을 건조실 내에서 건조하면서 그 중량을 직접 일정한 시간 주기로 연속하여 정밀하게 측정할 수 있으며, 이에, 건조되는 시편의 중량을 외기 온도와 습도에 영향을 받지 않고 보다 정밀하게 측정할 수 있게 됨으로써 시편의 공극률 계측의 정확도를 개선하여 시편의 공극률에 따른 전기비저항 변화의 계측에 있어서 정확도와 신뢰도를 향상할 수 있다. 아울러, 전기비저항 등 실내 물성측정 실험에 있어서 시편에 대한 중량 측정의 편의성도 개선할 수 있다.

위 구성에서 발열수단(1)은 건조장치에 일반적으로 포함되는 구성으로, 건조실(10a) 내부가 사전에 설정한 온도를 벗어나는 경우 그 때마다 히터가 가동되어 공기를 가열하고 동시에 그 공기를 송풍기(3)가 순환시킴으로써 건조실(10a)내 온도를 사전 설정된 온도로 일정하게 유지하게 된다.

이상과 구성으로 이루어짐에 따라 본 발명에 따른 중량 측정이 가능한 건조장치를 이용하는 경우 암석 등의 시편(C)에 대하여 본 발명에 따른 공극률 계측방법에 따라 다음과 같은 순서로 계측을 하여 건조에 따른 시편(C)의 중량을 시간대 별로 보다 정밀하게 측정할 수 있음으로써 시편의 공극률을 정확히 산출해낼 수 있다.

(1) 수포화단계

수포화단계는 본 발명에 따른 공극률 계측방법에서 가장 먼저 수행되는 단계로서, 이 단계에서는 시편(C)을 본격 계측에 앞서 시편의 공극수 함수율이 100%로 되도록 공극수에 수침진공(진공 하에서의 수침)시킨다. 수포화 공정은 시편의 초기 중량의 오차를 최소화하기 위하여 예컨대 "최초 중량 측정시의 온도와 동일한 온도로 유지되는 공극수에 15시간 수침한다"와 같이 규격화하는 것이 바람직하다.

(2) 시편적재단계

시편적재단계는 수포화된 시편(C)을 건조로(10a) 내 저울 적재대(2a)에 적재하는 단계로서, 이 단계 역시 시편(C)의 초기 중량 오차가 최소화되도록 규격화하는 것이 바람직하다. 예컨대, 공극수에 15시간 동안 진공 수침한 시편을 무게측정 1분30초 전에 상기 시편과 별도로 동일 전기전도도의 물에 담갔다가 무게측정 2분 전에 꺼내 일정한 정도로 짜낸 물수건으로 감싼 채로, 20초 전에 건조실(10a)의 커버를 열고 적재대(2a) 근처에서 대기하고 있다가 10초 전 젖은 수건을 풀고 시편(C)을 저울(2)의 적재대(2a)에 올려 놓고 건조실(10a)의 도어를 닫은 다음 즉시 중량 측정을 개시하도록 공정을 규격화한다.

(3) 건조단계

건조단계는 건조실 내 적재대(2a)에 시편(C)을 올려놓는 것과 동시에 시작하는 단계로서, 이 단계에서는 적재대(2a)에 수포화된 상태로 올려진 시편(C)을 제어부의 사전 조작으로 발열수단(1)에 의해 일정한 온도로 유지되고 있는 건조실(10a)에서 건조하게 된다. 이 때 건조실(10a)의 온도는 ISRM(Franklin et al., 1979)과 한국암반공학회의 표준시험법(암석 흡수율 및 비중시험법) 등에서 정한 기준에 따라 105±3℃를 유지한 상태에서 24시간 이상 시편이 완전히 건조될 때까지 진행한다.

(4) 중량측정단계

중량측정단계는 수포화단계에서 수포화된 시편(C)을 일정한 온도에서 건조하 면서 일정 단위시간 간격으로 중량을 측정하는 단계로서, 이 단계에서는 앞서 수포화단계에서 시편의 유효공극이 100% 수포화된 것을 전제로 시간경과에 따라 건조되면서 점차 감소되는 시편(C)의 무게를 측정하게 된다. ISRM(Franklin et al., 1979)과 한국암반공학회의 표준시험법(암석 흡수율 및 비중시험법) 등에서 정한 기준에 따르면 105±3℃를 유지한 상태에서 24시간 이상 동안 4시간 간격으로 0.01g의 정밀도로 측정하게 되는데, 시험편의 중량이 4시간 동안 0.1%이내로 감소될 때 시편이 완전히 건조된 것으로 간주하고, 이 때 측정한 시편의 중량을 건조중량(M_S)으로 하여 공극률을 산출하게 된다.

(5) 공극률 계측단계

공극률 계측단계는 시편의 공극률을 계측해내는 데이터 분석단계로서, 이 단계에서 앞서 중량측정단계에서 측정한 시편의 건조중량과 수포화된 시편의 중량(중량측정단계에서 최초로 측정한 중량)을 다음의 식에 적용하여 시편의 공극률과 건조밀도 등을 보다 정확하게 산출할 수 있다.

(n: 공극률, M_sat:시편의 수포화 중량, M_S: 시편의 건조중량 ρω: 공극수의 밀도, ρ_d: 시편의 밀도, V:시편의 부피)

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명에 따른 공극률 계측방법에 따르면 시편을 건조실 내에서 건조하면서 외부로 꺼내지 않고 일정한 시간 주기로 외부의 온도와 습도에 영향받지 않는 상태에서 중량을 정밀하게 측정할 수 있는 바 시편의 공극률을 정밀하게 계측할 수 있게 됨으로써 시편의 공극률에 따른 전기비저항 변화의 계측에 있어서 정확도와 신뢰도 향상할 수 있으며 또한 작업자의 편의성도 크게 개선할 수 있다.

이상과 같이 도면과 명세서에서 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시편의 중량 측정 가능한 건조장치의 정면도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시편의 중량 측정 가능한 건조장치의 구성도.

Claims (4)

1. 일정한 온도가 유지될 수 있는 건조실과;

   상기 건조실의 외부에 설치된 저울과;

   상기 건조실 내에 시편을 매달아 상기 저울이 상기 시편의 중량을 무게 하향식으로 측정할 수 있는 적재수단;

   을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 시편의 중량 측정이 가능한 건조장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 저울은 상기 건조실의 상부에 설치되고,

   상기 적재수단은 상기 건조실의 천장을 통해 상기 건조실 내에 현수식으로 드리워지는 적재대로 이루어진 것을 특징으로 하는 시편의 중량 측정이 가능한 건조장치.
3. 시편을 공극수에 수침시켜 수포화시키는 수포화단계;

   수포화된 시편을 청구항 1의 건조장치의 건조실 내의 적재수단에 적재하는 시편적재단계;

   상기 건조실 내부 공기를 가열하여 건조실 내 공기를 일정한 온도로 유지하면서 시편을 건조하는 건조단계;

   청구항 1의 건조장치에 설치된 저울로 상기 시편의 중량을 적재시부터 일정한 시간 간격으로 연속 측정하는 중량측정단계; 그리고,

   상기 중량측정단계에서 연속하여 측정한 상기 시편의 중량 변화가 0.1% 미만일 때의 중량을 최초 적재시 시편의 중량과 비교하여 상기 시편의 공극률을 계측하는 공극률 계측단계;

   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 시편의 중량 측정 가능한 건조장치를 이용한 시편의 공극률 계측방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 수포화단계에서,

   상기 시편에 대한 수침은 진공 하에서 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 시편의 중량 측정 가능한 건조장치를 이용한 시편의 공극률 계측방법.

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