KR101616942B1 - 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
동적 압축충격 시험(Dynamic Compressive Test)에 사용되는 콘크리트 시편(Concrete Specimen)을 정밀하게 가공함에 따라 홉킨스 압축봉(Split Hopkinson Pressure Bar) 시험장비에 용이하게 적용할 수 있고, 또한, 콘크리트 시편의 표면의 거칠기 및 재하면의 평면도를 소정의 규격에 따라 정밀하게 가공함으로써, 예를 들면, 콘크리트 시편을 0.5% 이내의 지름오차, 2% 이내의 높이오차 및 0.05% 이내의 재하면의 평면오차로 정밀하게 가공할 수 있는, 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치 및 그 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 콘크리트 시편의 가공에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 동적 압축충격 시험(Dynamic Compressive Test)을 위한 홉킨스 압축봉(Split Hopkinson Pressure Bar: 이하 SHPB) 시험장비에 적용할 수 있도록 콘크리트 시편(Concrete Specimen)을 가공하는 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 재료의 물리적 특성을 파악하고자 하는 경우 인장, 압축, 비틀림, 전단 등의 시험을 실시하여 피로에 의한 해당 재료의 변형상태를 측정하는 방법이 사용된다.
이러한 재료 중에서 콘크리트는 시멘트, 물, 혼화제 등을 일정 비율로 혼합한 후에 양생 및 경화시킴으로써 소정의 형상을 갖는 구조용 부재로 제작되는데, 이러한 콘크리트는 제작비용이 상당히 저렴하고, 성형성이 뛰어나기 때문에 거의 모든 건축 및 토목구조물의 재료로 사용되고 있다. 이에 따라 콘크리트의 물리적 특성인 압축강도 및 인장강도를 측정하고, 이를 기준으로 소요의 강도를 가지는 구조물을 정밀 시공할 수 있게 된다.
따라서 제작되는 콘크리트의 압축강도 및 인장강도를 정확하게 측정할 수 있는지 여부는 구조물 설계에 있어서 매우 중요한 사항이 되며, 통상적으로, 압축강도는 원주형(봉형) 콘크리트 시편(공시체 또는 시험체)을 제작하고, 이러한 콘크리트 시편을 상하로 압축시키는 압축 파괴시험을 통해서 소요의 콘크리트 압축강도를 설정하게 된다.
한편, 재료의 동적 압축충격을 시험하기 위한 대표 시험장비로서, 홉킨슨 압축봉(Split Hopkinson Pressure Bar: SHPB) 시험장비가 있다. 이러한 SHPB 시험장비는 강재 등 금속제품에 대한 재료물성 평가를 위해 개발된 장비이다.
최근 들어 주요 구조물에 대한 대형 충격, 폭발 사고 및 테러에 의한 사회기반 시설물의 피해저감 대책에 관한 연구가 늘어나고 있는 실정이다. 이에 따라 사회기반 시설물의 주요 재료인 콘크리트에 대한 연구도 확대되었으며, 이를 평가하기 위해 전술한 SHPB 장비를 활용하고 있다.
이러한 SHPB 장비에 사용되는 시편의 크기는 시험장비의 사양에 따라 달라질 수 있지만, 예를 들면, 콘크리트 시편의 경우, 통상적으로 45㎜의 직경 및 45㎜의 높이(직경:높이 = 1:1)를 갖는 시편을 사용하고 있다. 또한, 이러한 콘크리트 시편을 가공하기 위해서는 콘크리트에 사용되는 골재의 영향을 고려하여 코어(Core)를 채취 및 절단하는 가공 방법이 사용되고 있다.
그러나 이러한 SHPB 장비는 입사봉(또는 입력봉) 및 전달봉(또는 출력봉)으로부터 측정된 변형률값을 측정하는 장비이므로, 가공된 콘크리트 표면의 영향을 받게 된다.
예를 들면, 콘크리트 시편의 재하면의 평면도가 0.05% 이내의 범위에 들어야 정확한 실험이 가능하며, 이러한 범위 이상으로 커지면 편심이 발생하여 정확한 측정값을 평가하기 어렵다는 문제점이 있다. 구체적으로, 시험장비의 가압면과 콘크리트 시편의 표면이 정확히 일치하지 않아서 압축하중이 직각 방향이 아닌 다른 방향으로 작용하는 경우에 편심이 발생할 수 있다. 또한, 이러한 편심이 발생하면 콘크리트 시편이 낮은 압축하중에도 파괴될 우려가 있고, 실제로 콘크리트 시편이 높은 압축하중에 저항할 수 있음에도 불구하고 낮은 압축하중에 저항하는 것으로 잘못 측정됨으로써 정확한 측정값을 얻지 못한다는 문제점이 있다.
이러한 콘크리트 시편으로서 코어형(Core) 콘크리트 시편 및 몰드형(Mold) 콘크리트 시편이 있는데, 예를 들면, 코어만 채취하여 사용하는 코어형 콘크리트 시편의 경우, 요구되는 표면의 거칠기 및 재하면의 평면도를 유지하기 힘들고, 특히, 콘크리트 시편의 경우, 정확한 측정값을 얻어내기 힘들고, 이에 따라 소요되는 콘크리트 시편의 개수가 많이 소요될 수 있다는 문제점이 있다.
이러한 코어형 콘크리트 시편 대신에 표면의 상태를 일정하게 하기 위해 몰드형 콘크리트 시편을 사용할 수 있으나, 이것은 콘크리트 시방서 등의 시편(시험체) 제작 방법에 위배된다. 즉, 몰드형 콘크리트 시편의 경우, 굵은골재의 최대치수 3배 이상의 크기를 갖는 몰드에 제작하도록 되어 있고, 다만, 굵은골재를 사용하지 않는 시멘트 복합재료, 예를 들면, ECC(Engineered Cementitious Composites), UHPC(Ultra High Performance Concrete), HPFRC(High Performance Fiber Reinforced Concrete) 등은 제작의 간편성 때문에 몰드를 사용하여 제작할 수도 있지만, 이것은 콘크리트 시방서 등의 시편(시험체) 제작 방법에 위배된다는 문제점이 있다.
따라서 코어형 콘크리트 시편의 경우, 동적 압축충격 시험(Dynamic Compressive Test)에 사용하여 정확한 평가를 위해서는 SHPB 시험장비에서 요구하는 콘크리트 시편의 요구되는 형상 정밀도를 0.5% 이내의 지름오차, 2% 이내의 높이오차, 0.05% 이내의 재하면의 평면도오차로 정밀하게 가공할 필요가 있지만, 아직까지 이러한 콘크리트 시편 가공장치가 없는 실정이다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 홉킨스 압축봉(Split Hopkinson Pressure Bar)을 이용한 동적 압축충격 시험(Dynamic Compressive Test)에 사용할 수 있도록 콘크리트 시편(Concrete Specimen)을 정밀하게 가공할 수 있는, 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 콘크리트 시편의 표면의 거칠기 및 재하면의 평면도를 소정의 규격에 따라 정밀하게 가공할 수 있는, 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치는, 동적 압축충격 시험(Dynamic Compressive Test)을 위한 코어형 콘크리트 시편 가공 장치에 있어서, 기제조된 콘크리트 블록을 고정틀에 고정하고, 상기 콘크리트 블록으로부터 적어도 하나 이상의 봉(Bar) 형상의 콘크리트 코어를 채취하는 코어 채취부; 제1 및 제2 고무롤러 및 그라인더를 구비하며, 상기 제1 및 제2 고무롤러 사이에 상기 봉 형상의 콘크리트 코어를 배치하고, 상기 제1 및 제2 고무롤러 사이에서 상기 콘크리트 코어를 회전시키면서 그라인더를 사용하여 상기 콘크리트 코어의 외주면인 표면을 가공하는 표면 가공부; 및 원형 밀링머신 및 재하면 절삭장비를 구비하며, 상기 표면이 가공된 콘크리트 코어를 상기 원형 밀링머신에 고정하고, 상기 원형 밀링머신 및 재하면 절삭장비를 사용하여 상기 표면이 가공된 콘크리트 코어의 재하면을 가공하여 콘크리트 시편을 형성하는 재하면 가공부를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 콘크리트 시편은 홉킨스 압축봉(Split Hopkinson Pressure Bar) 시험장비를 이용하여 동적 압축충격을 시험할 수 있도록 가공된다.
여기서, 상기 콘크리트 시편은 0.5% 이내의 지름오차, 2% 이내의 높이오차 및 0.05% 이내의 재하면의 평면오차로 정밀하게 가공된다.
여기서, 상기 표면 가공부는 상기 콘크리트 시편을 진직도 0.5㎜ 이내로 가공하도록 레이저센서를 부착하여 상기 콘크리트 시편의 표면의 진직도를 판단해 나가면서 가공할 수 있다.
상기 표면 가공부는, 고무롤러 고정단이 상부에 형성되고, 지지대 역할을 하는 프레임; 상기 고무롤러 고정단에 양단이 체결되어 회전하는 제1 고무롤러; 상기 제1 고무롤러의 하부에 배치되어 회전하는 제2 고무롤러; 상기 프레임 내에 고정되어 벨트풀리를 경유하여 제2 고무롤러를 회전시키는 동력을 제공하는 동력모터; 상기 제1 및 제2 고무롤러 사이에 배치된 콘크리트 코어의 표면을 가공하는 그라인더; 상기 그라인더가 탑재되어 상기 그라인더를 좌우로 이동시키는 좌우이동 플레이트; 및 상기 좌우이동 플레이트를 좌우로 이동시키는 좌우이동 손잡이를 포함하되, 상기 콘크리트 코어는 상기 제1 및 제2 고무롤러 사이에 배치되어 회전하면서 상기 좌우로 이동하는 그라인더에 의해 표면이 가공되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 재하면 가공부는, 상기 표면이 가공된 콘크리트 코어를 고정하고 상기 콘크리트 코어를 회전시키는 원형 밀링장비; 및 상기 표면이 가공된 콘크리트 코어의 재하면을 연마시키는 다이아몬드 날이 형성되어, 상기 원형 밀링장비와 동시에 작동하면서 상기 표면이 가공된 콘크리트 코어의 재하면을 가공하는 재하면 절삭장비를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 표면 가공부 및 상기 재하면 가공부는 각각 분리된 형태로 배치되거나 또는 일체화된 단일 형태로 배치될 수 있다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 방법은, 동적 압축충격 시험을 위한 코어형 콘크리트 시편 가공 방법에 있어서, a) 코어 채취부 사용하여 콘크리트 블록으로부터 봉 형상의 콘크리트 코어를 채취하는 단계; b) 표면 가공부의 제1 및 제2 고무롤러 사이에 상기 콘크리트 코어를 거치 및 고정하는 단계; c) 상기 표면 가공부의 그라인더를 좌우로 이동시키면서 상기 콘크리트 코어의 표면을 가공하는 단계; d) 상기 표면이 가공된 콘크리트 코어를 재하면 가공부의 원형 밀링장비에 고정하는 단계; 및 e) 상기 재하면 가공부의 원형 밀링장비 및 재하면 절삭장비를 동시에 작동시키면서 상기 콘크리트 코어의 재하면을 가공하여 콘크리트 시편을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 e) 단계의 콘크리트 시편은 홉킨스 압축봉(Split Hopkinson Pressure Bar) 시험장비를 이용하여 동적 압축충격을 시험할 수 있도록 가공되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 동적 압축충격 시험(Dynamic Compressive Test)에 사용되는 콘크리트 시편(Concrete Specimen)을 정밀하게 가공함에 따라 홉킨스 압축봉(Split Hopkinson Pressure Bar) 시험장비에 용이하게 적용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 콘크리트 시편의 표면의 거칠기 및 재하면의 평면도를 소정의 규격에 따라 정밀하게 가공할 수 있다. 예를 들면, 콘크리트 시편을 0.5% 이내의 지름오차, 2% 이내의 높이오차 및 0.05% 이내의 재하면의 평면오차로 정밀하게 가공할 수 있다.
도 1은 일반적인 동적 압축충격 시험을 위한 홉킨스 압축봉 시험장비의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 홉킨스 압축봉 시험장비에서 동적 압축충격 시험을 수행하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치에서 코어 채취부를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치에서 표면 가공부를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치에서 표면 가공부가 진직도를 판단하면서 콘크리트 코어의 표면을 가공하는 것을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치에서 재하면 가공부를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치를 사용하여 가공된 콘크리트 시편을 예시하는 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 방법의 동작흐름도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치에 의해 가공된 콘크리트 시편에 대한 SHPB 시험결과를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치에 의해 가공된 콘크리트 시편에 대한 강도증가계수를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 홉킨스 압축봉 시험장비에서 동적 압축충격 시험을 수행하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치에서 코어 채취부를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치에서 표면 가공부를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치에서 표면 가공부가 진직도를 판단하면서 콘크리트 코어의 표면을 가공하는 것을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치에서 재하면 가공부를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치를 사용하여 가공된 콘크리트 시편을 예시하는 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 방법의 동작흐름도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치에 의해 가공된 콘크리트 시편에 대한 SHPB 시험결과를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치에 의해 가공된 콘크리트 시편에 대한 강도증가계수를 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
먼저, 도 1은 일반적인 동적 압축충격 시험을 위한 홉킨스 압축봉 시험장비의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 홉킨스 압축봉 시험장비에서 동적 압축충격 시험을 수행하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적인 동적 압축충격 시험을 위한 홉킨스 압축봉 시험장비(10)는, 충격봉 발사용 Air-Gun(11), 충격봉(Striker: 12), 충격봉의 속도를 측정하는 속도측정장치, 제1 스트레인게이지(Strain gauge: 15)가 부착된 입사봉(Incident Bar: 13), 제2 스트레인게이지(16)가 부착된 전달봉(Transmitter Bar: 14), 제1 및 제2 스트레인게이지(15, 16)에서 측정된 변형률값을 고속으로 획득하는 DAQ(Data Acquisition System: 17)을 포함한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적인 동적 압축충격 시험을 위한 홉킨스 압축봉 시험장비(10)는 입사봉(13) 및 전달봉(14)으로부터 측정된 변형률값을 가지고, 해당 콘크리트 시편(20)에 대한 변형률속도, 응력-변형률 관계를 다음의 수학식 1 내지 수학식 3으로부터 구할 수 있다. 구체적으로, 수학식 1은 변형률속도(
)를 나타내고, 수학식 2는 변형률(
)을 나타내며, 수학식 3은 응력(
)을 각각 나타낸다.
여기서, 
로서 입사봉(13) 및 전달봉(14)의 탄성계수로서, 밀도비(
)의 제곱근값으로 나타내고, 
는 콘크리트 시편(20)의 길이를 나타내며, 
는 입사봉(13)에서 측정된 반사파 변형률을 나타내고, 
는 전달봉(14)에서 측정된 변형률을 나타내며, 
는 봉(13, 14)의 단면적을 나타내며, 
는 콘크리트 시편의 단면적을 나타낸다.
따라서 이러한 콘크리트 시편(20)의 정확한 평가를 위해서는 SHPB 시험장비(10)에서 요구하는 콘크리트 시편(20)의 요구되는 형상 정밀도를 0.5% 이내의 지름오차, 2% 이내의 높이오차 및 0.05% 이내의 재하면의 평면도오차로 정밀하게 가공하여야 한다. 이에 따라, 평가에 사용된 콘크리트 시편(20)의 측정값이 일률적으로 나오게 되면 상기 콘크리트 시편(20)에 대한 평가의 신뢰성과 재현성을 높일 수 있기 때문에 다수의 콘크리트 시편(20)을 사용하여 시험을 수행하지 않아도 되므로 보다 효율적이라고 할 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치에 대해 설명하고, 도 9를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 방법에 대해 설명하기로 한다.
[동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치(100)]
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치에서 코어 채취부를 구체적으로 나타내는 도면이며, 도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치에서 표면 가공부를 구체적으로 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치에서 표면 가공부가 진직도를 판단하면서 콘크리트 코어의 표면을 가공하는 것을 나타내는 도면이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치에서 재하면 가공부를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치(100)는, 동적 압축충격 시험(Dynamic Compressive Test)을 위한 코어형 콘크리트 시편 가공 장치로서, 크게 코어 채취부(110), 표면 가공부(120), 및 재하면 가공부(130)를 포함하며, 콘크리트 시편(200)이 홉킨스 압축봉(Split Hopkinson Pressure Bar) 시험장비를 이용하여 동적 압축충격을 시험할 수 있도록 가공된다.
구체적으로, 코어 채취부(110)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 기제조된 콘크리트 블록(210)을 고정틀에 고정하고, 상기 콘크리트 블록(210)으로부터 적어도 하나 이상의 봉(Bar) 형상의 콘크리트 코어(220)를 채취한다. 이때, 상기 코어 채취부(110)는 코어 장치 및 코어채취용 더미 시험체를 고정할 수 있는 고정틀을 사용하며, 기존의 상용 코어 채취장비를 사용할 수도 있다.
표면 가공부(120)는, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 고무롤러(123, 124) 및 그라인더(125)를 구비하며, 상기 제1 및 제2 고무롤러(123, 124) 사이에 상기 봉(Bar) 형상의 콘크리트 코어(220)를 배치하고, 상기 제1 및 제2 고무롤러(123, 124) 사이에서 상기 콘크리트 코어(220)를 회전시키면서 그라인더(125)를 사용하여 상기 콘크리트 코어(220)의 외주면인 표면을 가공한다.
구체적으로, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 표면 가공부(120)는 프레임(121), 동력모터(122), 제1 고무롤러(123), 제2 고무롤러(124), 그라인더(125), 좌우이동 플레이트(126), 좌우이동 손잡이(127), 벨트풀리(128) 및 고무롤러 고정단(129)을 포함한다.
상기 표면 가공부(120)의 프레임(121)은 고무롤러 고정단(129)이 상부에 형성되고, 지지대 역할을 한다.
상기 표면 가공부(120)의 제1 고무롤러(123)는 상기 고무롤러 고정단(129)에 양단이 체결되어 회전하며, 제2 고무롤러(124)는 상기 제1 고무롤러(123)의 하부에 배치되어 회전한다.
상기 표면 가공부(120)의 동력모터(122)는 상기 프레임(121) 내에 고정되어 벨트풀리(128)를 경유하여 제2 고무롤러(124)를 회전시키는 동력을 제공한다.
상기 표면 가공부(120)의 그라인더(125)는 상기 제1 및 제2 고무롤러(123, 124) 사이에 배치된 콘크리트 코어(220)의 표면을 가공한다. 이에 따라 상기 콘크리트 코어(220)는 상기 제1 및 제2 고무롤러(123, 124) 사이에 배치되어 회전하면서 상기 좌우로 이동하는 그라인더(125)에 의해 표면이 가공된다.
상기 표면 가공부(120)의 좌우이동 플레이트(126)는 상기 그라인더(125)가 탑재되어 상기 그라인더(125)를 좌우로 이동시키며, 좌우이동 손잡이(127)는 상기 좌우이동 플레이트(126)를 좌우로 이동시키는 역할을 한다. 이때, 상기 좌우이동 플레이트(126)를 좌우로 수동으로 이동시키도록 상기 좌우이동 손잡이(127)를 사용하지만, 또한, 상기 좌우이동 손잡이(127)를 사용하지 않고도 상기 좌우이동 플레이트(126)를 자동으로 이동시키도록 구현할 수도 있다.
또한, 상기 표면 가공부(120)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 콘크리트 시편(200)을 진직도 0.5㎜ 이내로 가공하도록 레이저센서를 부착하여 상기 콘크리트 시편(200)의 표면의 진직도를 판단해 나가면서 가공하는 것이 바람직하다. 여기서, 진직도는 일직선의 라인에서 어느 정도 벗어났는가 하는 것을 수치로 표현한 것이다. 예를 들면, 진직도는 측정 점 2곳을 영점으로 맞추고 측정자를 이동하였을 때 A와 B의 최대값으로서, 가로방향과 세로방향으로 2회 측정한 후에 두 방향의 최대값을 선택한다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축시험에서 콘크리트 시편(200)의 단면 진직도와 압력봉의 진직도에 따라 길이 방향에 대해 좌굴이 일어날 가능성이 있으므로, 콘크리트 시편(200)의 진직도를 0.5mm 이내로 하는 것이 바람직하다.
또한, 재하면 가공부(130)는, 재하면의 평면도가 0.05% 이내에 들어오게 하도록 가공하는 장비로서, 도 7의 a) 내지 c)에 도시된 바와 같이, 원형 밀링머신(131) 및 재하면 절삭장비(132)를 구비하며, 상기 표면이 가공된 콘크리트 코어(220)를 상기 원형 밀링머신(131)에 고정하고, 상기 원형 밀링머신(131) 및 재하면 절삭장비(132)를 사용하여 상기 표면이 가공된 콘크리트 코어(220)의 재하면을 가공하여 콘크리트 시편(200)을 형성한다.
구체적으로, 도 7의 a) 내지 c)에 도시된 바와 같이, 상기 재하면 가공부(130)의 원형 밀링장비(131)는 상기 표면이 가공된 콘크리트 코어(220)를 고정하고 상기 콘크리트 코어(220)를 회전시키는 역할을 한다. 또한, 상기 재하면 가공부(130)의 재하면 절삭장비(132)는 상기 표면이 가공된 콘크리트 코어(220)의 재하면을 연마시키는 다이아몬드 날이 형성되어, 상기 원형 밀링장비(131)와 동시에 작동하면서 상기 표면이 가공된 콘크리트 코어(220)의 재하면을 가공한다.
이에 따라 상기 콘크리트 시편(200)은 0.5% 이내의 지름오차, 2% 이내의 높이오차 및 0.05% 이내의 재하면의 평면오차로 정밀하게 가공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치(100)에서, 상기 표면 가공부(120) 및 상기 재하면 가공부(130)는 각각 분리된 형태로 배치되거나 또는 일체화된 단일 형태로 배치될 수 있다.
한편, 도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치를 사용하여 가공된 콘크리트 시편을 예시하는 사진으로서, 도 8a는 콘크리트 블록(210)으로부터 채취한 콘크리트 코어(220)를 나타내며, 도 8b는 콘크리트 코어(220)의 표면 및 재하면을 가공한 콘크리트 시편(200)을 나타낸다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치에 따르면, 콘크리트 시편의 표면의 거칠기 및 재하면의 평면도를 소정의 규격에 따라 정밀하게 가공함으로써, 예를 들면, 콘크리트 시편을 0.5% 이내의 지름오차, 2% 이내의 높이오차 및 0.05% 이내의 재하면의 평면오차로 정밀하게 가공할 수 있다.
[동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 방법]
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 방법의 동작흐름도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 방법은, 동적 압축충격 시험(Dynamic Compressive Test)을 위한 코어형 콘크리트 시편 가공 방법으로서, 먼저, 어 채취부(110)를 사용하여 콘크리트 블록(210)으로부터 봉 형상의 콘크리트 코어(220)를 채취한다(S110).
다음으로, 표면 가공부(120)의 제1 및 제2 고무롤러(123, 124) 사이에 상기 콘크리트 코어(220)를 거치 및 고정한다(S120).
다음으로, 상기 표면 가공부(120)의 그라인더(125)를 좌우로 이동시키면서 상기 콘크리트 코어(220)의 표면을 가공한다(S130). 이때, 상기 표면 가공부(120)는 상기 콘크리트 시편(200)을 진직도 0.5㎜ 이내로 가공하도록 레이저센서를 부착하여 상기 콘크리트 시편(200)의 표면의 진직도를 판단해 나가면서 가공할 수 있다. 예를 들면, 전술한 바와 같이, 상기 콘크리트 코어(220)는 상기 제1 및 제2 고무롤러(123, 124) 사이에 배치되어 회전하면서 상기 좌우로 이동하는 그라인더(125)에 의해 표면이 가공된다.
다음으로, 상기 표면이 가공된 콘크리트 코어(220)를 재하면 가공부(130)의 원형 밀링장비(131)에 고정한다(S140).
다음으로, 상기 재하면 가공부(130)의 원형 밀링장비(131) 및 재하면 절삭장비(132)를 동시에 작동시키면서 상기 콘크리트 코어(220)의 재하면을 가공하여 콘크리트 시편(200)을 형성한다(S150). 예를 들면, 상기 표면이 가공된 콘크리트 코어(220)의 재하면을 연마시키는 다이아몬드 날이 형성된 재하면 절삭장비(132)를 상기 원형 밀링장비(131)와 동시에 작동시킴으로써, 상기 표면이 가공된 콘크리트 코어(220)의 재하면이 가공되어 콘크리트 시편(200)을 형성하게 된다. 이때, 상기 콘크리트 시편(200)은 0.5% 이내의 지름오차, 2% 이내의 높이오차 및 0.05% 이내의 재하면의 평면오차로 정밀하게 가공된다.
후속적으로, 상기 콘크리트 시편(200)은 홉킨스 압축봉(SHPB) 시험장비를 이용하여 동적 압축충격 시험이 수행될 수 있다.
[시험예]
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치에 의해 가공된 콘크리트 시편에 대한 SHPB 시험결과를 나타내는 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치에 의해 가공된 콘크리트 시편은, 전술한 SHPB 시험에 사용된 콘크리트 배합은 설계기준강도 40 MPa를 만족하는 콘크리트 압축강도를 갖도록 제작되었으며, 여기서, 실시예 시편은 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치에 의해 가공된 시편이고, 비교예 시편은 일반 코어링 시편으로서, 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치에 의해 가공된 시편의 데이터가 일반 코어링 시편의 시험 데이터에 비해서 일률적인 분포를 나타내는 것을 알 수 있다.
한편, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치에 의해 가공된 콘크리트 시편에 대한 강도증가계수를 나타내는 도면이다.
도 11의 a) 및 b)는 각각 SHPB 시험장비를 이용하여 측정된 데이터를 이용하여 동적증가계수(Dynamic Increase Factor: DIF)를 산출한 결과를 나타내며, 도 11의 b)는 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치에 의해 가공된 콘크리트 시편의 동적증가계수를 나타내고, 도 11의 a)는 가공하지 않은 시편의 강도증가계수를 나타낸다.
구체적으로, 이러한 동적증가계수(DIF)를 산출하는데 사용되는 대표적인 DIF 예측 모델식은 ACI-349 모델식 및 CEB-FIP 모델식이 있는데, 도 11의 a) 및 b)는 각각 도 10에 도시된 각각의 시험데이터를 이용하여 각 시편에 대한 정적 압축강도 대비 동적증가계수(DIF) 값을 나타낸 그래프이다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치에 의해 가공된 콘크리트 시편은 시험데이터가 일정한 경향을 나타내며, 가공하지 않은 비교예 시편의 시험결과는 신뢰할 수 없을 정도로 일정한 경향을 나타내지 않는다는 것을 알 수 있다.
즉, SHPB 시험을 바탕으로 각각의 콘크리트 시편에 대한 정적 압축강도 대비 동적증가계수(DIF) 값을 나타낸 결과, 가공하지 않은 시험체는 예측 모델식과 일치하지 않기 때문에, 이에 따라 SHPB 시험평가 결과의 정확도를 높이기 위해서 콘크리트 시편의 형상 정밀도를 높일 필요가 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치에 의해 가공된 콘크리트 시편은 이러한 형상 정밀도를 만족하는 것을 알 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 동적 압축충격 시험에 사용되는 콘크리트 시편을 정밀하게 가공함에 따라 SHPB 시험장비에 용이하게 적용할 수 있다.
한편, 전술한 본 발명의 실시예에서 동적 압축충격 시험을 위한 홉킨스 압축봉(SHPB) 시험장비에 적용할 수 있도록 콘크리트 시편을 정밀하게 가공하는 것으로 설명하였지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 콘크리트 시편 가공 장치
200: 콘크리트 시편
110: 코어 채취부
120: 표면 가공부
130: 재하면 가공부
121: 프레임
122: 동력모터
123: 제1 고무롤러
124: 제2 고무롤러
125: 그라인더
126: 좌우이동 플레이트
127: 좌우이동 손잡이
128: 벨트풀리
129: 고무롤러 고정단
131: 원형 밀링장비
132: 재하면 절삭장비
210: 콘크리트 블록
220: 콘크리트 코어
200: 콘크리트 시편
110: 코어 채취부
120: 표면 가공부
130: 재하면 가공부
121: 프레임
122: 동력모터
123: 제1 고무롤러
124: 제2 고무롤러
125: 그라인더
126: 좌우이동 플레이트
127: 좌우이동 손잡이
128: 벨트풀리
129: 고무롤러 고정단
131: 원형 밀링장비
132: 재하면 절삭장비
210: 콘크리트 블록
220: 콘크리트 코어
Claims (12)
- 동적 압축충격 시험(Dynamic Compressive Test)을 위한 코어형 콘크리트 시편 가공 장치에 있어서,
기제조된 콘크리트 블록(210)을 고정틀에 고정하고, 상기 콘크리트 블록(210)으로부터 적어도 하나 이상의 봉(Bar) 형상의 콘크리트 코어(220)를 채취하는 코어 채취부(110);
제1 및 제2 고무롤러(123, 124) 및 그라인더(125)를 구비하며, 상기 제1 및 제2 고무롤러(123, 124) 사이에 상기 봉(Bar) 형상의 콘크리트 코어(220)를 배치하고, 상기 제1 및 제2 고무롤러(123, 124) 사이에서 상기 콘크리트 코어(220)를 회전시키면서 그라인더(125)를 사용하여 상기 콘크리트 코어(220)의 외주면인 표면을 가공하는 표면 가공부(120); 및
원형 밀링머신(131) 및 재하면 절삭장비(132)를 구비하며, 상기 표면이 가공된 콘크리트 코어(220)를 상기 원형 밀링머신(131)에 고정하고, 상기 원형 밀링머신(131) 및 재하면 절삭장비(132)를 사용하여 상기 표면이 가공된 콘크리트 코어(220)의 재하면을 가공하여 콘크리트 시편(200)을 형성하는 재하면 가공부(130);를 포함하며,
상기 콘크리트 시편(200)은 0.5% 이내의 지름오차, 2% 이내의 높이오차 및 0.05% 이내의 재하면의 평면오차로 정밀하게 가공되며,
상기 표면 가공부(120)는 상기 콘크리트 시편(200)을 진직도 0.5㎜ 이내로 가공하도록 레이저센서를 부착하여 상기 콘크리트 시편(200)의 표면의 진직도를 판단해 나가면서 가공하며,
상기 진직도는 측정점 2곳을 영점으로 맞추고 측정자를 이동하였을 때, 가로방향과 세로방향으로 2회 측정한 후 두 방향의 최대값을 선택하도록 한 것이고,
상기 표면 가공부(120)는, 고무롤러 고정단(129)이 상부에 형성되고, 지지대 역할을 하는 프레임(121); 상기 고무롤러 고정단(129)에 양단이 체결되어 회전하는 제1 고무롤러(123); 상기 제1 고무롤러(123)의 하부에 배치되어 회전하는 제2 고무롤러(124); 상기 프레임(121) 내에 고정되어 벨트풀리(128)를 경유하여 제2 고무롤러(124)를 회전시키는 동력을 제공하는 동력모터(122); 상기 제1 및 제2고무롤러(123, 124) 사이에 배치된 콘크리트 코어(220)의 표면을 가공하는 그라인더(125); 상기 그라인더(125)가 탑재되어 상기 그라인더(125)를 좌우로 이동시키는 좌우이동 플레이트(126); 및 상기 좌우이동 플레이트(126)를 좌우로 이동시키는 좌우이동 손잡이(127);를 포함하되,
상기 콘크리트 코어(220)는 상기 제1 및 제2 고무롤러(123, 124) 사이에 배치되어 회전하면서 상기 좌우로 이동하는 그라인더(125)에 의해 표면이 가공되는 는 것을 특징으로 하는 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치. - 제1항에 있어서,
상기 콘크리트 시편(200)은 홉킨스 압축봉(Split Hopkinson Pressure Bar) 시험장비를 이용하여 동적 압축충격을 시험할 수 있도록 가공되는 것을 특징으로 하는 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 재하면 가공부(130)는,
상기 표면이 가공된 콘크리트 코어(220)를 고정하고 상기 콘크리트 코어(220)를 회전시키는 원형 밀링장비(131); 및
상기 표면이 가공된 콘크리트 코어(220)의 재하면을 연마시키는 다이아몬드 날이 형성되어, 상기 원형 밀링장비(131)와 동시에 작동하면서 상기 표면이 가공된 콘크리트 코어(220)의 재하면을 가공하는 재하면 절삭장비(132)
를 포함하는 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치. - 제1항에 있어서,
상기 표면 가공부(120) 및 상기 재하면 가공부(130)는 각각 분리된 형태로 배치되거나 또는 일체화된 단일 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치. - 동적 압축충격 시험(Dynamic Compressive Test)을 위한 코어형 콘크리트 시편 가공 방법에 있어서,
a) 코어 채취부(110)를 사용하여 콘크리트 블록(210)으로부터 봉 형상의 콘크리트 코어(220)를 채취하는 단계;
b) 표면 가공부(120)의 제1 및 제2 고무롤러(123, 124) 사이에 상기 콘크리트 코어(220)를 거치 및 고정하는 단계;
c) 상기 표면 가공부(120)의 그라인더(125)를 좌우로 이동시키면서 상기 콘크리트 코어(220)의 표면을 가공하는 단계;
d) 상기 표면이 가공된 콘크리트 코어(220)를 재하면 가공부(130)의 원형 밀링장비(131)에 고정하는 단계; 및
e) 상기 재하면 가공부(130)의 원형 밀링장비(131) 및 재하면 절삭장비(132)를 동시에 작동시키면서 상기 콘크리트 코어(220)의 재하면을 가공하여 콘크리트 시편(200)을 형성하는 단계
를 포함하되,
상기 e) 단계의 콘크리트 시편(200)은 홉킨스 압축봉(Split Hopkinson Pressure Bar) 시험장비를 이용하여 동적 압축충격을 시험할 수 있도록 가공되며,
상기 콘크리트 시편(200)은 0.5% 이내의 지름오차, 2% 이내의 높이오차 및 0.05% 이내의 재하면의 평면오차로 정밀하게 가공되며,
상기 c) 단계의 표면 가공부(120)는 상기 콘크리트 시편(200)을 진직도 0.5㎜ 이내로 가공하도록 레이저센서를 부착하여 상기 콘크리트 시편(200)의 표면의 진직도를 판단해 나가면서 가공하며,
상기 진직도는 측정점 2곳을 영점으로 맞추고 측정자를 이동하였을 때 A와 B의 최대값으로서, 가로방향과 세로방향으로 2회 측정한 후 두 방향의 최대값을 선택하도록 한 것이고,
상기 표면 가공부(120)는, 고무롤러 고정단(129)이 상부에 형성되고, 지지대 역할을 하는 프레임(121); 상기 고무롤러 고정단(129)에 양단이 체결되어 회전하는 제1 고무롤러(123); 상기 제1 고무롤러(123)의 하부에 배치되어 회전하는 제2 고무롤러(124); 상기 프레임(121) 내에 고정되어 벨트풀리(128)를 경유하여 제2 고무롤러(124)를 회전시키는 동력을 제공하는 동력모터(122); 상기 제1 및 제2고무롤러(123, 124) 사이에 배치된 콘크리트 코어(220)의 표면을 가공하는 그라인더(125); 상기 그라인더(125)가 탑재되어 상기 그라인더(125)를 좌우로 이동시키는 좌우이동 플레이트(126); 및 상기 좌우이동 플레이트(126)를 좌우로 이동시키는 좌우이동 손잡이(127);를 포함하되,
상기 콘크리트 코어(220)는 상기 제1 및 제2 고무롤러(123, 124) 사이에 배치되어 회전하면서 상기 좌우로 이동하는 그라인더(125)에 의해 표면이 가공되는 는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 방법. - 삭제
- 삭제
- 제8항에 있어서,
상기 c) 단계에서 상기 콘크리트 코어(220)는 상기 제1 및 제2 고무롤러(123, 124) 사이에 배치되어 회전하면서 상기 좌우로 이동하는 그라인더(125)에 의해 표면이 가공되는 것을 특징으로 하는 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 방법. - 제8항에 있어서,
상기 e) 단계에서 상기 표면이 가공된 콘크리트 코어(220)의 재하면을 연마시키는 다이아몬드 날이 형성된 재하면 절삭장비(132)를 상기 원형 밀링장비(131)와 동시에 작동시킴으로써, 상기 표면이 가공된 콘크리트 코어(220)의 재하면이 가공되어 콘크리트 시편(200)을 형성하는 것을 특징으로 하는 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 방법.
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| KR1020150073712A KR101616942B1 (ko) | 2015-05-27 | 2015-05-27 | 동적 압축충격 시험용 콘크리트 시편 가공 장치 및 그 방법 |
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| KR (1) | KR101616942B1 (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN107036864A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-08-11 | 山东科技大学 | 一种节水型岩石或混凝土圆柱形试样制作装置 |
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-
2015
- 2015-05-27 KR KR1020150073712A patent/KR101616942B1/ko active IP Right Grant
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