KR101212728B1 - 철근 부식도 측정 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 철근 부식도 측정 장치에 관한 것으로서, 습윤재로서 측정 대상인 철근 콘크리트 구조물과 접하는 스폰지(37)를 포함하며 전기화학반응을 이용한 센서인 반전지 센서(12); 상기 철근 콘크리트 구조물로부터 노출된 철근과 접촉되는 도전성의 접지 클램프(11); 및 상기 노출된 철근과 접촉된 상기 접지 클램프(11)와 상기 스폰지(37)를 통해 상기 철근 콘크리트 구조물 표면에 접촉된 상기 반전지 센서(12)의 전위차에 의해 상기 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식도를 측정하는 전위차측정부(13)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 철근 부식도 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식을 정량적으로 측정하는 철근 부식도 측정 장치에 관한 것이다.
건축, 토목 구조물에 가장 널리 이용되고 있는 철근 콘크리트는 경제적이며 내구성이 우수한 구조재료이다.
지금까지 철근 콘크리트는 대략 반세기 정도의 사용 수명을 갖는다는 것이 일반적인 인식이었고, 이에 따라 철근 콘크리트 구조물은 특별한 유지관리 없이 그 기간 동안 사용되어 왔다.
실제로, 콘크리트와 철근으로 조합된 철근 콘크리트는 기계적인 강도의 관점에서 뿐 아니라 장기적인 내구성 측면에서도 최적의 기능을 가지는 복합재료로 알려져 있다.
그러나 최근 실시된 여러 연구결과와 현장조사에 따르면 철근의 부식으로 인해 철근 콘크리트는 내구성이 저하하여 구조물 전반에 심각한 문제를 발생시키는 것으로 조사되고 있다.
철근 콘크리트 구조물의 내구성을 저하시키는 가장 큰 요인은 매립된 철근의 부식이며, 철근의 부식을 일으키는 주된 원인으로는 내부 혹은 외부에서 침투하는 염소 이온과 이산화탄소를 들 수 있다.
일단 철근이 부식되면 철근의 표면에 부식생성물이 형성되어 콘크리트의 균열과 박리를 일으키고, 이러한 균열과 박리는 외부 유해인자의 침투를 용이하게 하여 철근의 부식을 가속화시킨다.
따라서 철근 콘크리트 구조물의 안전성과 내구성이 크게 저하되고, 심한 경우 철근 콘크리트 구조물이 붕괴에 이를 수도 있다. 또한, 철근 콘크리트 구조물이 이미 손상된 경우 이를 보수, 보강하는 작업은 매우 어렵고 제한적이며 경제적으로도 많은 비용이 소모된다.
그러므로 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식을 정량적으로 측정하여 철근 콘크리트 구조물의 상태를 평가하고 적절한 보수시점을 예측하는 방법이 필요하다.
본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식을 정량적으로 측정하여 철근 콘크리트 구조물의 상태를 평가하고 적절한 보수시점을 예측하는 철근 부식도 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 습윤재로서 측정 대상인 철근 콘크리트 구조물과 접하는 스폰지를 포함하며 전기화학반응을 이용한 센서인 반전지 센서; 상기 철근 콘크리트 구조물로부터 노출된 철근과 접촉되는 도전성의 접지 클램프; 및 상기 노출된 철근과 접촉된 상기 접지 클램프와 상기 스폰지를 통해 상기 철근 콘크리트 구조물 표면에 접촉된 상기 반전지 센서의 전위차에 의해 상기 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식도를 측정하는 전위차측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상의 과제 해결 수단에 따른 본 발명은, 철근 콘크리트 표면의 기준전극과 철근의 상대전압 사이의 전위차에 의해 측정하는 철근 부식도 측정 장치에 의해 철근 콘크리트의 철근 부식 정도를 측정하여 측정 대상인 철근 콘크리트 구조물을 안전하게 관리한다는 효과를 제공한다.
또한, 상기 철근 부식도 측정 장치의 반전지 센서는 습윤재로서 모세관 현상에 의해 습윤 상태로 유지할 수 있는 흡수성 및 발수성이 우수한 스폰지를 사용하여 철근 콘크리트와 접하기 때문에 상기 철근 콘크리트와 반전지 센서 간의 도전성이 향상되는 효과를 제공한다.
더욱이, 상기 철근 부식도 측정 장치의 전위차측정부는 터치스크린을 포함하기 때문에, 매뉴얼 없이도 터치스크린에서 화면에 표시된 것에 따라 화면에서 직독하고 터치하여 철근 부식도를 측정함으로써, 원하는 기능을 쉽고 빠르게 운용할 수 있어 장비 운용의 용이성을 향상시키는 효과를 제공한다.
더욱이, 상기 철근 부식도 측정 장치는 SD(Secure Digital) 메모리 카드를 사용하기 때문에 데이터의 저장, 호출, 확인 등이 용이하다는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 철근 부식도 측정 장치를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 반전지 센서 하부캡을 도시한 사시도.
도 3은 도 1의 전위차측정부를 도시한 블록도.
도 4(a)는 도 1의 전위차측정부 상부부위를 도시한 도면.
도 4(b)는 도 1의 전위차측정부 일측부위를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 반전지 센서 하부캡을 도시한 사시도.
도 3은 도 1의 전위차측정부를 도시한 블록도.
도 4(a)는 도 1의 전위차측정부 상부부위를 도시한 도면.
도 4(b)는 도 1의 전위차측정부 일측부위를 도시한 도면.
이하, 본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
일반적으로 반응물로부터 생성물이 형성되는 화학반응이 일어나면 반응에 참여하는 원자들은 원자 상태의 변화가 발생하게 된다.
이와 같은 원자 상태의 변화에 전자의 주고받음이 관련되어 있을 때 이를 전기화학반응이라 한다.
일반적으로 금속을 전해질 용액 내에 담글 때, 금속과 용액 사이에는 전위차가 발생 되며 이 전위차를 반쪽 전위(half-cellpotential) 또는 단전극(단일전극) 전위(single electrode cell)라 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 철근 부식도 측정 장치는 접지 클램프(11), 반전지 센서(12) 및 상기 반전지 센서와 접지 클램프의 전위차에 의해 철근 부식도를 측정하는 전위차측정부(13)를 포함한다.
상기 접지 클램프(11)는 철근과의 접지가 용이한 전도체의 집게(21)와 상기 집게(21)의 손잡이 부위에 플라스틱 튜브가 덮힌 절연체의 손잡이부재(22)를 포함한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 반전지 센서(12)는, 동과 황산동 용액의 전기화학반응을 이용한 센서로서, 비도전체이고 내부에 공간이 있으며 양단 외주면에 외측나선부가 형성된 원통형의 센서 케이스(31); 상기 외측나선부와 서로 대응하는 나선부가 상부에 형성되어 센서 케이스(31) 일측에 결합 되는 상부 캡(32); 상기 외측나선부와 서로 대응하는 나선부가 상부에 형성되어 센서 케이스(31) 타측에 결합 되는 하부 캡(33); 상기 상부 캡(32) 바닥부위를 관통하여 일단이 상부 캡(32) 내부에 위치하고 타단이 상부 캡(32)으로부터 외부에 돌출되며 그 타단 부위가 전위차측정부(13)와 케이블을 통해 연결되는 BNC(Bayonet neil concelman) 커넥터(34); 상기 센서 케이스(31) 내부의 포화 황산동 용액(35); 상기 상부 캡(32) 내부에 위치한 BNC 커넥터(34)의 일단과 연결되어 상부 캡(32)으로부터 외부에 돌출되며 센서 케이스(31) 내부의 포화 황산동 용액(35)에 침지 되어 전극 분해를 일으키는 구리환봉(36); 상기 반전지 센서(12)의 습윤재로서 하부 캡(33) 바닥부위를 관통하여 일단이 하부 캡(33) 내부에 위치하고 타단이 하부 캡(33)으로부터 외부에 돌출되어 형성되는 스폰지(37); 및 상기 하부 캡(33) 내부에 위치한 스폰지(37)의 일단 상측에 얹어지는 스텐레스망(38)을 포함한다.
상기 센서 케이스(31)는 황산동 용액(35)의 포화 여부 확인이 용이하도록 투명 아크릴관 등과 같이 투명하게 형성된다.
상기 황산동 용액(35)은 시약 등급의 황산동 결정 분말을 증류수나 탈 이온수에 녹인 전도성의 황산동 용액이다.
상기 스폰지(37)는 흡수성 및 발수성이 우수한 PVA(Poly Vinyl Alcohol), 다공질의 습식 스포츠 타올 등의 특수 재질로써 형성되어 모세관 현상에 의해 습윤 상태로 유지된다.
그리고 상기 스폰지(37)의 특수 재질은 센서 케이스(31)와 부품 가공이 용이하다.
또한, 상기 스폰지(37)는, 측정 대상인 철근 콘크리트의 표면과 반전지 센서(12) 사이에 전기 저항이 작은 액체 브리지로서, 습윤 상태를 유지하기 때문에 도전성이 우수하다.
도 1, 도 3, 도 4(a) 및 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 상기 전위차측정부(13)는, 그립감이 우수한 휴대용 장치로서, 상기 전위차측정부(13)의 상부 중앙부위에 형성되며 접지 클램프(11)의 손잡이부재(22) 중 한쪽의 손잡이부재(22)와 접속되어 접지 클램프(11)에 접지된 철근의 전위 값을 입력받는 양(+)단자의 철근접지부재(41); 상기 전위차측정부(13) 상부의 철근접지부재(41) 일측에 형성되며 BNC 커넥터(34)와 접속되어 반전지 센서(12)의 전위 값을 입력받는 음(-)단자의 센서입력부재(42); 상기 철근접지부재(41)와 센서입력부재(42)를 통하여 입력된 전위차를 2배 증폭하고 양의 전압으로 레벨 쉬프트 시키는 증폭부재(43); 상기 증폭부재(43)에서 증폭되고 양의 전압으로 레벨 쉬프트된 아날로그 값을 디지털 값으로 변환하는 A/D변환기(44); 상기 디지털 값들을 저장하는 저장부(45); 상기 전위차측정부(13)의 전면부에 형성되며 로우(Low) 배터리를 표시하는 LED부(46); 상기 전위차측정부(13) 전면부의 LED부(46) 상측에 형성되며 상기 디지털 값들을 외부에 표시하는 터치스크린(47); 상기 증폭부재(43), A/D변환기(44), 저장부(45), LED부(46) 및 터치스크린(47)을 포함하여 전위차측정부(13)를 총괄적으로 제어하는 제어부(48); 및 상기 전위차측정부(13)의 동작 전원을 제공하는 전원부(49)를 포함한다.
그리고 상기 전위차측정부(13)는 펌웨어 업그레이드가 가능하다.
상기 전위차측정부(13)는 -600㎷ ~ 600㎷의 측정범위를 갖으며, 분해능이 3mV이고, 동작 온도가 -20℃ ~ 70℃이다.
상기 A/D변환기(44)는 ARM7{A/D(10비트, 3.3V, 약72㎒)} 등이 사용된다.
상기 저장부(45)는 64MB SDRAM, 전위차측정부(13)의 일측면부에 삽입되는 SD(Secure Digital) 메모리 카드(51) 등이 사용된다.
상기 LED부(46)는 SD 메모리 카드(51)의 리드(Read)/라이트(Write) 동작도 표시한다.
상기 터치스크린(47)은, 터치 센서가 부착된 4.3인치의 TFT-LCD 등으로서, 화면에 표시된 것에 따라 화면에 직접 클릭된다.
상기 전원부는, 상기 전위차측정부(13) 상부의 철근접지부재(41) 타측에 형성된 전원스위치(52); 상기 센서입력부재(42)를 통하여 충전하는 충전기(도시하지 않음) 및 과전류/과충전 보호회로를 포함한다.
그리고 상기 전원부는 일회용 전지 혹은 중전이 가능한 전지를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 충전이 가능 한 7.4V 리튬이온 전지일 수 있다.
상기 기술한 본 발명의 실시 예에 따른 철근 부식도 측정 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 음(-)극인 반전지 센서(12)로부터 양(+)극인 접지 클램프(11)까지 도전을 시키기 위해, 청정수(도시하지 않음)로써 측정 대상인 철근 콘크리트의 콘크리트 내부를 습윤화시켜 철근과 콘크리트 간에 도전율을 높여 준다.
상기 청정수는 단지 상기 콘크리트 내부에 전류가 흐를 수 있게 하기 위함이다.
그리고 상기 접지 클램프(11)는 상기 콘크리트에 구멍을 뚫는 등의 방법으로 노출된 철근과 접속되고, 전위차측정부(13)의 양(+) 단자인 철근접지부재(41)와 접속된다.
이어, 상기 반전지 전극(12)의 스폰지(37)는 상기 콘크리트와 접하고, 상기 반전지 전극(12)의 BNC 커넥터(34)는 전위차측정부(13)의 음(-) 단자인 센서입력부재(42)와 접속된다.
상기와 같이, 상기 전위차측정부(13)의 양(+) 단자인 철근접지부재(41)에 전기 접속되는 철근 그리고 상기 전위차측정부(13)의 음(-) 단자인 센서입력부재(42)에 전기 접속되는 반전지 전극(12)으로 전기회로를 구성하여 전위차측정부(13) 측정 결과를 통해 측정 대상인 철근 콘크리트의 철근 부식 발생 여부를 판단한다.
철근 부식 유무의 판정은 하기 표 1과 같다.
| 부식 등급 | 자연 전위 E( mV ) | 부식확률 P(%) |
| Ⅰ | E > -200 | 부식 없을 확률 90% 이상 |
| Ⅱ | -200 ≥ E > -350 | 불명확 |
| Ⅲ | -350 ≥ E | 부식 있을 확률 90% 이상 |
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 철근 부식도 측정 장치는 철근의 직경이나 콘크리트 피복의 두께와 무관하게 사용한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.
11: 접지 클램프 12: 반전지 센서
13: 전위차측정부 21: 집게
22: 손잡이부재 31: 센서 케이스
32: 상부 캡 33: 하부 캡
34: BNC 커넥터 35: 황산동 용액
36: 구리환봉 37: 스폰지
38: 스텐레스망 41: 철근접지부재
42: 센서입력부재 43: 증폭부재
44: A/D변환기 45: 저장부
46: LED부 47: 터치스크린
48: 제어부 49: 전원부
13: 전위차측정부 21: 집게
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44: A/D변환기 45: 저장부
46: LED부 47: 터치스크린
48: 제어부 49: 전원부
Claims (7)
- 습윤재로서 측정 대상인 철근 콘크리트 구조물과 접하는 스폰지(37)를 포함하며 전기화학반응을 이용한 센서인 반전지 센서(12);
상기 철근 콘크리트 구조물로부터 노출된 철근과 접촉되는 도전성의 접지 클램프(11); 및
상기 노출된 철근과 접촉된 상기 접지 클램프(11)와 상기 스폰지(37)를 통해 상기 철근 콘크리트 구조물 표면에 접촉된 상기 반전지 센서(12)의 전위차에 의해 상기 철근 콘크리트 구조물의 철근 부식도를 측정하는 전위차측정부(13)를 포함하며,
상기 반전지 센서(12)는, 비도전체이고 내부에 공간이 있으며 양단 외주면에 외측나선부가 형성된 원통형의 센서 케이스(31); 상기 외측나선부와 서로 대응하는 나선부가 상부에 형성되어 상기 센서 케이스(31) 일측에 결합 되는 상부 캡(32); 상기 외측나선부와 서로 대응하는 나선부가 상부에 형성되어 상기 센서 케이스(31) 타측에 결합 되는 하부 캡(33); 상기 상부 캡(32) 바닥부위를 관통하여 일단이 상기 상부 캡(32) 내부에 위치하고 타단이 상기 상부 캡(32)으로부터 외부에 돌출되며 그 타단 부위가 상기 전위차측정부(13)와 케이블을 통해 연결되는 BNC 커넥터(34); 상기 센서 케이스(31) 내부의 포화 황산동 용액(35); 상기 상부 캡(32) 내부에 위치한 상기 BNC 커넥터(34)의 일단과 연결되어 상기 상부 캡(32)으로부터 외부에 돌출되며 상기 센서 케이스(31) 내부의 포화 황산동 용액(35)에 침지 되어 전극 분해를 일으키는 구리환봉(36); 상기 하부 캡(33) 바닥부위를 관통하여 일단이 상기 하부 캡(33) 내부에 위치하고 타단이 상기 하부 캡(33)으로부터 외부에 돌출되어 형성되는 스폰지(37); 및 상기 하부 캡(33) 내부에 위치한 상기 스폰지(37)의 일단 상측에 얹어지는 스텐레스망(38)을 포함하는 것을 특징으로 하는 철근 부식도 측정 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 접지 클램프(11)는 상기 노출된 철근과의 접지가 용이한 전도체의 집게(21)와 상기 집게(21)의 손잡이 부위에 플라스틱 튜브가 덮힌 절연체의 손잡이부재(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 철근 부식도 측정 장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 반전지 센서(12)는 동과 황산동 용액의 전기화학반응을 이용한 센서임을 특징으로 하는 철근 부식도 측정 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 전위차측정부(13)는, 그립감이 우수한 휴대용 장치로서, 상기 전위차측정부(13)의 상부 중앙부위에 형성되며 상기 접지 클램프(11)의 손잡이부재(22) 중 한쪽의 손잡이부재(22)와 접속되어 상기 접지 클램프(11)에 접지된 철근의 전위 값을 입력받는 양(+)단자의 철근접지부재(41); 상기 전위차측정부(13) 상부의 철근접지부재(41) 일측에 형성되며 상기 BNC 커넥터(34)와 접속되어 상기 반전지 센서(12)의 전위 값을 입력받는 음(-)단자의 센서입력부재(42); 상기 철근접지부재(41)와 상기 센서입력부재(42)를 통하여 입력된 전위차를 2배 증폭하고 양의 전압으로 레벨 쉬프트 시키는 증폭부재(43); 상기 증폭부재(43)에서 증폭되고 양의 전압으로 레벨 쉬프트된 아날로그 값을 디지털 값으로 변환하는 A/D변환기(44); 상기 디지털 값들을 SD 메모리 카드(51) 및 SDRAM에 저장하는 저장부(45); 상기 전위차측정부(13)의 전면부에 형성되며 로우(Low) 배터리 및 상기 SD 메모리 카드(51)의 리드(Read)/라이트(Write) 동작을 표시하는 LED부(46); 상기 전위차측정부(13) 전면부의 상기 LED부(46) 상측에 형성되며 상기 디지털 값들을 외부에 표시하는 터치스크린(47); 상기 증폭부재(43), 상기 A/D변환기(44), 상기 저장부(45), 상기 LED부(46) 및 상기 터치스크린(47)을 포함하여 상기 전위차측정부(13)를 총괄적으로 제어하는 제어부(48); 및 상기 전위차측정부(13)의 동작 전원을 제공하는 전원부(49)를 포함하는 것을 특징으로 하는 철근 부식도 측정 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 전위차측정부는 -600㎷ ~ 600㎷의 측정범위를 갖으며, 분해능이 3mV이고, 동작 온도가 -20℃ ~ 70℃임을 특징으로 하는 철근 부식도 측정 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 전원부는, 상기 전위차측정부(13) 상부의 상기 철근접지부재(41) 타측에 형성된 전원스위치(52); 상기 센서입력부재(42)를 통하여 충전하는 충전기 및 과전류/과충전 보호회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 철근 부식도 측정 장치.
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