KR101184048B1 - 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 장치 및 방법 - Google Patents

임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 콘크리트 구조물 내부에 매립되어 외부로부터 입력되는 주파수 신호를 전달받아 진동을 발생하고, 진동에 의한 응답을 전압 신호로 변환하여 출력하는 압전소자 센서와; 상기 압전소자 센서와 유선으로 연결되어 일정 시간 단위로 상기 압전소자 센서로 임의의 전압 신호를 생성하여 출력하고, 상기 압전소자 센서로부터 출력되는 전압 신호를 수신하여 임피던스값을 측정하는 임피던스 측정기; 및 상기 임피던스 측정기에서 측정된 임피던스값을 이용하여 상기 콘크리트 구조물의 조기 강도를 추정하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 콘크리트 구조물 내부에 압전소자 센서를 매립하고, 압전소자 센서에서의 임피던스 변화를 이용하여 콘크리트 타설후 약 20시간 동안의 강도를 추정하여 조기강도를 평가할 수 있다.

Description

임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 장치 및 방법{EARLY-AGE CONCRETE STRENGTH ESTIMATION APPARATUS AND METHOD FOR USING IMPEDANCE}
본 발명은 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 콘크리트 구조물 내부에 압전소자 센서를 매립하고, 압전소자 센서에서의 임피던스 변화를 이용하여 콘크리트 타설후 약 20시간 동안의 강도를 추정하여 조기강도를 평가할 수 있도록 하는 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 장치 및 방법에 관한 것이다.
건축생산에 있어 콘크리트는 가장 일반적이며 보편화된 주요구조재로 폭넓게 사용되고 있으며, 성능의 향상 및 안정적인 품질관리에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히 콘크리트 구조물에 있어서 강도는 구조물의 안정성을 평가하는 기본적인 요소로서 소요의 강도를 확보하고 균질성을 유지하는 것은 구조물 자체의 안정성을 확보하는데 필수적이며 다른 여러 가지 성질을 평가할 수 있는 기본적인 기준이 된다.
이러한 콘크리트의 강도는 품질관리상 가장 중요하게 다루어지고 있으나, 콘크리트의 품질관리는 주로 표준양생한 재령 28일 강도를 기준으로 하고 있기 때문에 공사의 진행속도와 강도평가시기 사이에는 시간적 차이가 생기므로 이미 경화한 콘크리트의 품질시험 결과는 공사에 신속하게 반영할 수 없으며, 소요의 강도가 과부족일 경우 안전의 문제뿐만이 아니라 경제적?행정적 손실을 부담해야 하는 등 강도상의 문제가 발생할 때에는 처리가 곤란하게 된다.
콘크리트 양생 강도 추정 기법은 적산온도를 이용한 방법이나 슈미트 해머를 이용한 방법을 사용한다.
하지만 이러한 기존 방법들은 극초기(타설후~1일)의 강도를 정확하게 알아낼 수 없고, 또한 그 정확성이 낮아 단일 기술로써 콘크리트 강도를 추정해 낼 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 콘크리트 구조물 내부에 압전소자 센서를 매립하고, 압전소자 센서에서의 임피던스 변화를 이용하여 콘크리트 타설후 약 20시간 동안의 강도를 추정하여 조기강도를 평가할 수 있도록 하는 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 현장 시공 콘크리트의 양생 기간을 최적화하여 거푸집 및 보양재 탈형 시기 등을 효율적으로 결정할 수 있어 시공 시간을 단축시킬 수 있으며 급속 시공에 따른 공사 중 붕괴 등 안전성 문제를 해결할 수 있도록 하는 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 장치 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
콘크리트 구조물 내부에 매립되어 외부로부터 입력되는 주파수 신호를 전달받아 진동을 발생하고, 진동에 의한 응답을 전압 신호로 변환하여 출력하는 압전소자 센서와; 상기 압전소자 센서와 유선으로 연결되어 일정 시간 단위로 상기 압전소자 센서로 임의의 전압 신호를 생성하여 출력하고, 상기 압전소자 센서로부터 출력되는 전압 신호를 수신하여 임피던스값을 측정하는 임피던스 측정기; 및 상기 임피던스 측정기에서 측정된 임피던스값을 이용하여 상기 콘크리트 구조물의 조기 강도를 추정하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 압전소자 센서는 상기 콘크리트 구조물에 매립 설치시 외부 충격으로부터 보호하도록 외측면에 몰탈을 부착하여 매립하거나 강판에 일측면을 부착하여 매립한다.
여기에서 또한, 상기 압전소자 센서는 상기 콘크리트 구조물에 적어도 하나 이상이 매립 설치된다.
여기에서 또, 상기 임피던스 측정기의 임의의 전압 신호는 상기 압전소자 센서에 첩 시그널(Chirp Signal) 형태의 시누소이드 밴드 시그널(sinusoidal band signal)의 전압 신호이다.
여기에서 또, 상기 컨트롤러는 상기 임피던스 측정기에서 측정된 임피던스값중 최대 임피던스값을 조기강도 추정식에 대입하여 조기강도를 측정한다.
여기에서 또, 상기 조기강도 추정식은
Figure 112011104174115-pat00001
이고, 여기에서, S는 추정 강도 값이고
Figure 112011104174115-pat00002
는 임피던스 최대값이며, a와 b는 계수 값이다.
본 발명의 다른 특징은,
상기의 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 장치를 이용한 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 방법에 있어서, 임피던스 측정기에서 전압 신호를 콘크리트 구조물에 매립 설치된 압전소자 센서로 출력하면 상기 압전소자 센서에서 진동을 발생하는 진동 발생 단계와; 상기 압전소자 센서에서 진동에 의한 응답을 전압 신호로 변환하여 상기 임피던스 측정기에 출력하는 응답 단계와; 상기 임피던스 측정기에서 전압 신호를 이용하여 임피던스값을 측정하는 임피던스 측정 단계와; 컨트롤러에서 상기 임피던스 측정기에서 출력되는 임피던스값을 저장하는 저장 단계; 및 상기 컨트롤러에서 임피던스값중 최대 임피던스값을 조기강도 추정식에 대입하여 조기강도를 측정하는 조기 강도 추정 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 조기강도 추정식은
Figure 112012026893397-pat00003
이고, 여기에서, S는 추정 강도 값이고
Figure 112012026893397-pat00004
는 임피던스 최대값이며, a와 b는 계수 값이다.
삭제
상기와 같이 구성되는 본 발명인 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 장치 및 방법에 따르면, 콘크리트 구조물 내부에 압전소자 센서를 매립하고, 압전소자 센서에서의 임피던스 변화를 이용하여 콘크리트 타설후 약 20시간 동안의 강도를 추정하여 조기강도를 평가할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 현장 시공 콘크리트의 양생 기간을 최적화하여 거푸집 및 보양재 탈형 시기 등을 효율적으로 결정할 수 있어 시공 시간을 단축시킬 수 있으며 급속 시공에 따른 공사 중 붕괴 등 안전성 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 장치중 압전소자 센서의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 4는 본 발명에 따른 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 장치중 각각의 압전소자 센서에서 검출되는 임피던스 변화 양상을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 본 발명에 따른 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 장치의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 장치중 압전소자 센서의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 본 발명에 따른 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 장치(100)는, 압전소자 센서(110)와, 임피던스 측정기(120)와, 컨트롤러(130)로 구성된다.
먼저, 압전소자(PZT) 센서(110)는 콘크리트 구조물(1) 내부에 매립되어 외부로부터 입력되는 주파수 신호를 전달받아 진동을 발생하고, 진동에 의한 응답을 전압 신호로 변환하여 출력한다. 여기에서, 압전소자 센서(110)는 콘크리트 구조물(1)에 매립 설치시 외부 충격으로부터 보호하도록 도 2에 도시된 바와 같이 외측면에 몰탈(111)을 부착하여 매립하거나 도 3에 도시된 바와 같이 강판(113)에 일측면을 부착하여 매립한다. 여기에서 또한, 압전소자 센서(110)는 콘크리트 구조물(1)에 적어도 하나 이상이 매립 설치되는 것이 바람직하다.
그리고, 임피던스 측정기(120)는 압전소자 센서(110)와 유선으로 연결되어 일정 시간 단위로 압전소자 센서(110)로 임의의 전압 신호를 생성하여 출력하고, 압전소자 센서(110)로부터 출력되는 전압 신호를 수신하여 임피던스값을 측정한다. 여기에서, 임피던스 측정기(120)의 임의의 전압 신호는 압전소자 센서(110)에 첩 시그널(Chirp Signal) 형태의 시누소이드 밴드 시그널(sinusoidal band signal)의 전압 신호이다.
또한, 컨트롤러(130)는 임피던스 측정기(120)에서 측정된 임피던스값을 내부의 저장 수단(미도시)에 저장하고, 저장된 임피던스값중 최대 임피던스값을 조기강도 추정식에 대입하여 조기강도를 측정한다. 이때, 조기강도 추정식은
Figure 112011104174115-pat00005
이고, 여기에서, S는 추정 강도 값이고
Figure 112011104174115-pat00006
는 임피던스 최대값이며, a와 b는 계수 값이다.
이하, 본 발명에 따른 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 방법을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 방법을 설명하기 위한 공정도이고, 도 4는 본 발명에 따른 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 장치중 각각의 압전소자 센서에서 검출되는 임피던스 변화 양상을 나타낸 그래프이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 먼저 임피던스 측정기(120)에서 임의 전압 신호를 콘크리트 구조물(1)에 매립 설치된 압전소자 센서(110)로 출력하면 압전소자 센서(110)가 해당 신호에 따라 진동을 발생시켜 콘크리트 구조물(1)에 진동을 일으킨다(S100). 이때, 임피던스 측정기(120)의 임의의 전압 신호는 압전소자 센서(110)에 첩 시그널(Chirp Signal) 형태의 시누소이드 밴드 시그널(sinusoidal band signal)의 전압 신호이다.
그리고, 압전소자 센서(110)는 콘크리트 구조물(1)의 진동에 대한 응답을 전압 신호로 변환하여 임피던스 측정기(120)에 출력한다(S110). 이때, 압전소자 센서(110)는 콘크리트 구조물(1)에 매립되면 그 임피던스의 최대값이 처음에는 압전소자 센서(110) 본연의 값을 가지다가 콘크리트가 양생됨에 따라 최대값이 콘크리트 감쇠의 영향으로 도 5에 도시된 바와 같이 점점 줄어들어 타설후부터 약 20시간후에 소멸된다.
그러면, 임피던스 측정기(120)는 입력된 전압 신호를 이용하여 압전소자 센서(110)의 임피던스값을 측정하여 컨트롤러(130)로 출력한다(S120).
한편, 컨트롤러(130)는 임피던스 측정기(120)로부터 전송된 임피던스값을 저장 수단에 저장한다(S130).
그런 다음, 컨트롤러(130)는 저장된 임피던스값중 최대 임피던스값을 조기강도 추정식에 대입하여 조기강도를 측정한다(S140). 이때, 조기강도 추정식은
Figure 112012026893397-pat00018
이고, 여기에서, S는 추정 강도 값이고
Figure 112012026893397-pat00019
는 임피던스 최대값이며, a와 b는 계수 값이다. 이때, 컨트롤러(513)는 분석된 조기 강도 데이터를 저장하는 것이 바람직하고, 이를 디스플레이 수단(미도시)에 디스플레이하거나 프린터와 같은 외부 기기를 통해 출력할 수도 있다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1 : 콘크리트 구조물 110 : 압전소자 센서
120 : 임피던스 측정기 130 : 컨트롤러

Claims (8)

  1. 콘크리트 구조물 내부에 매립되어 외부로부터 입력되는 주파수 신호를 전달받아 진동을 발생하고, 진동에 의한 응답을 전압 신호로 변환하여 출력하는 압전소자 센서와;
    상기 압전소자 센서와 유선으로 연결되어 일정 시간 단위로 상기 압전소자 센서로 임의의 전압 신호를 생성하여 출력하고, 상기 압전소자 센서로부터 출력되는 전압 신호를 수신하여 임피던스값을 측정하는 임피던스 측정기; 및
    상기 임피던스 측정기에서 측정된 임피던스값중 최대 임피던스값을 조기강도 추정식에 대입하여 상기 콘크리트 구조물의 조기 강도를 추정하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압전소자 센서는,
    상기 콘크리트 구조물에 매립 설치시 외부 충격으로부터 보호하도록 외측면에 몰탈을 부착하여 매립하거나 강판에 일측면을 부착하여 매립하는 것을 특징으로 하는 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 압전소자 센서는,
    상기 콘크리트 구조물에 적어도 하나 이상이 매립 설치되는 것을 특징으로 하는 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 임피던스 측정기의 임의의 전압 신호는,
    상기 압전소자 센서에 첩 시그널(Chirp Signal) 형태의 시누소이드 밴드 시그널(sinusoidal band signal)의 전압 신호인 것을 특징으로 하는 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 조기강도 추정식은,
    Figure 112012026893397-pat00009
    이고,
    여기에서, S는 추정 강도 값이고
    Figure 112012026893397-pat00010
    는 임피던스 최대값이며, a와 b는 계수 값인 것을 특징으로 하는 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 장치.
  7. 제 1 항의 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 장치를 이용한 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 방법에 있어서,
    임피던스 측정기에서 전압 신호를 콘크리트 구조물에 매립 설치된 압전소자 센서로 출력하면 상기 압전소자 센서에서 진동을 발생하는 진동 발생 단계와;
    상기 압전소자 센서에서 진동에 의한 응답을 전압 신호로 변환하여 상기 임피던스 측정기에 출력하는 응답 단계와;
    상기 임피던스 측정기에서 전압 신호를 이용하여 임피던스값을 측정하는 임피던스 측정 단계와;
    컨트롤러에서 상기 임피던스 측정기에서 출력되는 임피던스값을 저장하는 저장 단계; 및
    상기 컨트롤러에서 임피던스값중 최대 임피던스값을 조기강도 추정식에 대입하여 조기강도를 측정하는 조기 강도 추정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 조기강도 추정식은,
    Figure 112011104174115-pat00011
    이고,
    여기에서, S는 추정 강도 값이고
    Figure 112011104174115-pat00012
    는 임피던스 최대값이며, a와 b는 계수 값인 것을 특징으로 하는 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 방법.
KR1020110144038A 2011-12-28 2011-12-28 임피던스를 이용한 콘크리트 조기 강도 추정 장치 및 방법 KR101184048B1 (ko)

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KR101684428B1 (ko) 2015-06-03 2016-12-20 한국과학기술원 콘크리트 매립형 다방향성 손상 감지장치 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의 손상 감지방법
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