KR102272116B1 - Smart concrete COMPOSITION AND SMART CONCRETE anchorage SYSTEM for monitoring pre-stressing loss - Google Patents

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김동주
노현우
최성익
황라환
이선열
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세종대학교산학협력단
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Abstract

본 발명에 따른 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 조성물은, 시멘트, 실리카 흄(silica fume), 실리카 파우더(silica powder), 고성능 감수제(super plasticizer) 및 물을 포함하고, 실리카 샌드(silica sand) 또는 스틸 슬래그(steel slag) 중 적어도 어느 하나를 포함하여, PSC 구조물의 핵심요소인 긴장재의 관리적 측면에서 긴장응력 변화를 확인함으로써 구조물의 안전성을 확보할 수 있다.The smart concrete composition for monitoring tension loss according to the present invention includes cement, silica fume, silica powder, a super plasticizer and water, and silica sand or steel Including at least any one of slag (steel slag), it is possible to secure the safety of the structure by checking the change in tension stress in the management aspect of the tension member, which is a key element of the PSC structure.

Description

긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 조성물 및 스마트 콘크리트 정착구 시스템{Smart concrete COMPOSITION AND SMART CONCRETE anchorage SYSTEM for monitoring pre-stressing loss}Smart concrete composition and smart concrete anchorage system for monitoring tension loss {Smart concrete COMPOSITION AND SMART CONCRETE anchorage SYSTEM for monitoring pre-stressing loss}

본 발명은 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 조성물 및 스마트 콘크리트 정착구 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 PS(Pre-Stressing: 프리 스트레스) 긴장재 정착구의 재질을 전기-역학적 특성을 가지는 자기 감지(셀프 센싱)이 가능한 스마트 콘크리트로 형성함으로써 긴장재의 긴장 응력 저하를 모니터링 할 수 있는 스마트 콘크리트 조성물 및 이를 포함하는 스마트 콘크리트로 형성된 정착구 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a smart concrete composition and a smart concrete anchorage system for monitoring tension loss, and more particularly, to self-sensing (self-sensing) the material of the PS (Pre-Stressing) tension material anchorage having electro-mechanical properties. It relates to a smart concrete composition that can monitor the reduction in tension stress of a tension member by forming it with smart concrete, and a fixture system formed of smart concrete including the same.

일반적으로 콘크리트는 압축응력에는 강하지만 인장응력에는 약하다. 이러한 단점을 보완하기 위해 인장력에 강한 철근을 넣은 것을 철근 콘크리트(RC; Reinforced Concrete)라고 한다. 하지만, 콘크리트 자체의 자중이 너무 무거워 RC 구조로는 지간장이 긴 교량에 적용하기에는 무리가 있다.  이러한 단점을 보완하기 위해 제안된 기술이 프리 스트레스 콘크리트(PSC; Pre-Stressing concrete)이다.In general, concrete is strong in compressive stress but weak in tensile stress. In order to compensate for these shortcomings, reinforced concrete (RC) in which reinforcing bars strong in tensile force are added is called. However, the weight of the concrete itself is too heavy, so it is difficult to apply the RC structure to a bridge with a long span. To compensate for these shortcomings, the proposed technology is Pre-Stressing Concrete (PSC).

프리 스트레스 콘크리트는 "미리 응력을 준 콘크리트"라는 의미라고 할 수 있다. 교량의 거더를 형성하는 콘크리트 속에 긴장재 또는 강연선(이하 “긴장재”라 함)을 넣고 강력하게 잡아당겨서 긴장재의 양단을 정착구에 고정시키면, 긴장재에 걸리는 인장력 때문에 콘크리트에 압축응력이 작용하게 되고 거더를 형성하는 콘크리트는 휨응력에 강한 콘크리트가 된다.Pre-stressed concrete can be said to mean "pre-stressed concrete". When a tension member or a stranded wire (hereinafter referred to as “tension member”) is put into the concrete forming the girder of the bridge and pulled strongly to fix both ends of the tension member to the anchorage, compressive stress is applied to the concrete due to the tensile force applied to the tension member and the girder is formed. Concrete is resistant to bending stress.

프리 스트레스 콘크리트(이하에서는 "PSC"라 함)의 종류에는, 미리 긴장재를 인장하고 콘크리트를 타설하는 프리 텐션 방법과, 굳은 콘크리트에 긴장재를 넣어 인장하는 포스트 텐션 방법이 있다.There are two types of pre-stressed concrete (hereinafter referred to as "PSC"): a pre-tension method in which a tension material is tensioned in advance and pouring concrete, and a post-tension method in which a tension material is put into hardened concrete and tensioned.

프리 스트레스 콘크리트 (PSC) 구조물의 공칭 휨 강도는 긴장재에 도입된 긴장재의 크기에 따라서 달라지게 된다. 따라서, PSC 구조물에 작용하고 있는 긴장력의 변화를 모니터링 해야 할 필요성이 있다.The nominal flexural strength of a pre-stressed concrete (PSC) structure depends on the size of the tension member introduced into the tension member. Therefore, there is a need to monitor the change in tension acting on the PSC structure.

프리 스트레스 콘크리트 (PSC) 구조물의 긴장재에 걸리는 긴장응력을 모니터링 하거나 긴장재의 파손 관리를 모니터링 하는 종래의 방법들은 광섬유 센서, 압전소재의 센서, EM 센싱 기반, 진동법 등을 사용하고 있다. Conventional methods for monitoring the tensile stress applied to the tension member of a pre-stressed concrete (PSC) structure or monitoring the failure management of the tension member are using an optical fiber sensor, a sensor made of a piezoelectric material, an EM sensing base, and a vibration method.

이 중 광섬유센서를 이용하는 것은 7연선 강연선(7가닥의 연선을 꼬아서 만든 강연선)의 중심에 광섬유(Fiber bragg grating, FBG) 센서를 삽입하여 긴장재의 응력변화를 측정하는 방안이다. 압전소재 센서를 이용하는 것은, 피에조 일렉트릭(Piezoelectric) 압전센서를 정착구에 결합하여 긴장재의 임피던스를 계측하여 텐던(tendon)의 긴장응력을 지속적으로 모니터링 하는 방안이다. EM 센싱 기반의 방안은 일렉트로 마그네틱(Electro-magnetic) 센서를 이용하여 외부 긴장재의 응력을 측정하고 측정된 응력 값을 로드셀(load cell)을 이용한 결과와 비교하여 모니터링 하는 방안이다. 진동법은 직접 하중 재하법, 탄성파에 의한 긴장력 추정, 진동 특성으로 긴장응력을 추정하여 실험과 분석을 통해 모니터링 하는 방안이다.Among them, using a fiber optic sensor is a method of measuring the stress change of a tension member by inserting a fiber bragg grating (FBG) sensor into the center of a 7 stranded strand (strand made by twisting 7 strands of stranded strands). Using a piezoelectric material sensor is a method of continuously monitoring the tension stress of a tendon by combining a piezoelectric sensor with a fixture to measure the impedance of the tension material. The EM sensing-based method is a method of measuring the stress of an external tension member using an electro-magnetic sensor and monitoring the measured stress value by comparing it with the result using a load cell. Vibration method is a method of monitoring through experiments and analysis by estimating tension stress by direct loading method, estimating tension by elastic wave, and vibration characteristics.

그러나, 이러한 종래의 기술들은 다음과 같은 단점이 있다. 광섬유센서를 이용하는 종래기술은 스마트 강연선 자체의 재료적 특성상 광섬유센서가 유리재질로 되어 있기 때문에 현장 적용 시 광섬유센서의 파손과 모니터링 신뢰도 측면에서의 낮은 효율성과 센서의 수량 자체가 많아야 한다는 점에서 경제성이 낮은 문제가 있다. 압전소재 센서를 이용하는 종래기술은 센서를 구성하는 재료 자체가 외력에 취약하고 센서 자체의 비용이 높아 경제성 및 내구성이 낮은 문제가 있다. EM 센싱 기반의 종래기술은 PSC 구조물 외부의 정착구에만 설치가 가능하기 때문에 구조물 내부에 사용되는 긴장재에 대한 모니터링은 불가능한 문제가 있다. 진동법은 PS 강재 긴장응력 측정법으로 지속적인 모니터링이 불가능하고 일시적 검사만 가능하다는 문제가 있다.However, these conventional techniques have the following disadvantages. The conventional technology using optical fiber sensors is economical in that the optical fiber sensor is made of glass due to the material characteristics of the smart strand itself, so when applied in the field, the optical fiber sensor is damaged, low efficiency in terms of monitoring reliability, and the number of sensors itself must be large. There is a low problem. The prior art using a piezoelectric material sensor has a problem in that the material constituting the sensor itself is vulnerable to external forces and the cost of the sensor itself is high, so economical efficiency and durability are low. The EM sensing-based prior art has a problem in that it is impossible to monitor the tension member used inside the structure because it can be installed only in the anchorage outside the PSC structure. Vibration method is a PS steel tensile stress measurement method, and there is a problem that continuous monitoring is impossible and only temporary inspection is possible.

본 출원인은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명을 제안하게 되었다.The present applicant has proposed the present invention in order to solve the above problems.

한국등록특허공보 제10-1303622호(2013.08.29.)Korean Patent Publication No. 10-1303622 (2013.08.29.)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 종래기술들의 한계점을 극복하며, PS 강재 정착구가 구조부재로써의 역할을 함과 동시에 긴장재의 긴장응력 저하를 모니터링 할 수 있는 스마트 콘크리트 조성물 및 이를 포함하는 스마트 콘크리트로 형성된 정착구 시스템을 제공한다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and overcomes the limitations of the prior art, and the PS steel anchorage serves as a structural member and at the same time a smart concrete composition capable of monitoring the decrease in the tension stress of the tension member and It provides an anchorage system formed of smart concrete including this.

본 발명은 기존 PSC 강재 정착구의 할렬 또는 파열 균열 방지를 위한 나선철근을 배치할 필요가 없는 스마트 콘크리트 조성물 및 이를 포함하는 스마트 콘크리트로 형성된 정착구 시스템을 제공한다.The present invention provides a smart concrete composition that does not need to arrange a spiral reinforcing bar for preventing splitting or rupture cracking of the existing PSC steel anchorage and a anchorage system formed of smart concrete including the same.

상기한 바와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 조성물은, 시멘트, 실리카 흄(silica fume), 실리카 파우더(silica powder), 고성능 감수제(super plasticizer) 및 물을 포함하고, 실리카 샌드(silica sand) 또는 스틸 슬래그(steel slag) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The smart concrete composition for monitoring tension loss according to the present invention for achieving the above object includes cement, silica fume, silica powder, a super plasticizer and water and , may include at least one of silica sand (silica sand) or steel slag (steel slag).

실리카 샌드(Silica sand) 또는 스틸 슬래그(steel slag) 중 어느 하나가 포함되는 경우에 실리카 샌드(Silica sand) 또는 스틸 슬래그(steel slag)는 시멘트의 중량에 대하여 100%의 중량으로 혼입될 수 있다.When any one of silica sand or steel slag is included, silica sand or steel slag may be incorporated in an amount of 100% by weight based on the weight of cement.

실리카 샌드(Silica sand) 및 스틸 슬래그(steel slag)가 모두 포함되는 경우에는 실리카 샌드(silica sand) 및 스틸 슬래그(steel slag)는 각각 시멘트의 중량에 대하여 50%의 중량으로 혼입될 수 있다.When both silica sand and steel slag are included, silica sand and steel slag may be incorporated in an amount of 50% by weight based on the weight of cement, respectively.

실리카 흄(silica fume) 및 실리카 파우더(silica powder)는 각각 시멘트의 중량에 대하여 15% 및 25%의 중량으로 혼입될 수 있다.Silica fume and silica powder may be incorporated in an amount of 15% and 25% by weight, respectively, based on the weight of the cement.

고성능 감수제(super plasticizer)는 시멘트의 중량에 대하여 4.8~4.9%의 중량으로 혼입될 수 있다.A super plasticizer may be incorporated in an amount of 4.8 to 4.9% by weight based on the weight of the cement.

한편, 본 발명에 따른 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 정착구 시스템은, 상기한 스마트 콘크리트 조성물을 포함하는 스마트 콘크리트로 형성되며, PSC 구조물에 마련된 긴장재에 걸리는 긴장력 또는 긴장응력의 변화를 감지하는 정착구를 포함할 수 있다.On the other hand, the smart concrete anchorage system for monitoring tension loss according to the present invention is formed of smart concrete containing the smart concrete composition described above, and includes an anchorage for detecting the change in tension or tension applied to the tension material provided in the PSC structure. can do.

상기 스마트 콘크리트는, 상기 긴장재에 걸리는 긴장력 또는 긴장응력의 변화에 따라 정착구에 가해지는 힘의 변화를 감지하고 상기 힘의 변화를 전기적 신호로 출력할 수 있다.The smart concrete may detect a change in force applied to the anchorage according to a change in tension or tension applied to the tension material and output the change in force as an electrical signal.

상기 스마트 콘크리트는, 상기 긴장재에 걸리는 긴장력 또는 긴장응력의 변화에 따라 정착구에 가해지는 힘의 변화를 감지하는 전기-역학적 특성을 가질 수 있다.The smart concrete may have an electro-mechanical property of sensing a change in force applied to the anchorage according to a change in tension or tension applied to the tension material.

상기 스마트 콘크리트는 상기 정착구 부피의 2%에 해당하는 섬유 보강재를 포함할 수 있다.The smart concrete may include a fiber reinforcement corresponding to 2% of the volume of the anchorage.

상기 정착구의 길이방향 모서리 쪽에는 전극부가 마련되며, 상기 전극부는 상기 정착구의 내부에 매립되는 메쉬 타입의 전극 본체 및 상기 전극 본체의 일단에 형성되어 상기 정착구의 외면에서 돌출되도록 마련되는 전극 프로브를 포함할 수 있다.An electrode portion is provided at the longitudinal edge of the anchorage, and the electrode portion includes a mesh-type electrode body embedded in the anchorage and an electrode probe formed at one end of the electrode body to protrude from the outer surface of the anchorage. can do.

상기 정착구의 마주 보는 2면을 따라 각각 2개씩 배치된 상기 전극부는 상기 전극 본체가 서로 마주 보도록 배치될 수 있다.Each of the two electrode units disposed along two opposite surfaces of the anchorage may be arranged such that the electrode body faces each other.

본 발명에 따른 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 조성물 및 스마트 콘크리트 정착구 시스템은 PSC 구조물의 핵심요소인 긴장재의 관리적 측면에서 긴장응력 변화를 확인함으로써 구조물의 안전성을 확보할 수 있다.The smart concrete composition and smart concrete anchorage system for monitoring tension loss according to the present invention can ensure the safety of the structure by checking the change in tension in the management aspect of the tension material, which is a key element of the PSC structure.

본 발명에 따른 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 조성물 및 스마트 콘크리트 정착구 시스템은 긴장재의 긴장응력을 모니터링 하기 위해 별도의 센서가 필요하지 않기 때문에 유지 보수 비용을 낮추고 경제성을 높일 수 있다.The smart concrete composition and smart concrete anchorage system for monitoring tension loss according to the present invention do not require a separate sensor to monitor the tension stress of the tension material, so it is possible to lower the maintenance cost and increase the economic feasibility.

본 발명에 따른 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 조성물 및 스마트 콘크리트 정착구 시스템은 섬유 보강재를 포함하는 스마트 콘크리트로 마련되기 때문에 기존의 정착구에 보강되는 나선철근의 배치 없이도 정착구에 걸리는 국부적인 압축응력에 의한 콘크리트 내부의 파열 또는 균열을 방지하거나 예방할 수 있다.Since the smart concrete composition and smart concrete anchorage system for monitoring tension loss according to the present invention are prepared with smart concrete including fiber reinforcement, the concrete by local compressive stress applied to the anchorage without the arrangement of spiral reinforcing bars reinforced in the existing anchorage It can prevent or prevent internal rupture or cracking.

본 발명에 따른 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 조성물 및 스마트 콘크리트 정착구 시스템은 긴장재를 재긴장하는 보수 보강시에도 스마트 콘크리트 정착구는 손상 없이 동일한 긴장재 손실 감지 성능을 확보할 수 있다.The smart concrete composition and smart concrete anchorage system for monitoring tension loss according to the present invention can secure the same tension material loss detection performance without damage to the smart concrete anchorage even when repairing and reinforcing the tension material.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 정착구 시스템을 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 스마트 콘크리트 정착구 시스템의 단면도이다.
도 3은 도 1에 따른 스마트 콘크리트 정착구의 성능 검증 시스템을 예시적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 4는 도 1에 따른 스마트 콘크리트 정착구 시스템을 포함하는 긴장재의 긴장력 모니터링 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 정착구 시스템을 도시한 분해 사시도이다.
도 6은 도 5에 따른 정착구 시스템의 일부 단면도 및 측면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 스마트 콘크리트 정착구 시스템에 대한 압축 하중 크기에 따른 전기-역학적 응답 특성의 실험 결과를 보여주는 그래프이다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 스마트 콘크리트 정착구 시스템에 대한 반복 압축하중에 대한 전기저항 변화율에 대한 실험 결과 및 전기저항 변화율과 압축 하중 간의 상관관계를 보여주는 그래프이다.
1 is an exploded perspective view showing a smart concrete anchorage system for monitoring tension loss according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a cross-sectional view of the smart concrete anchorage system according to Figure 1;
3 is an exploded perspective view exemplarily showing the performance verification system of the smart concrete anchorage according to FIG. 1 .
4 is a view schematically showing the configuration of the tension monitoring system of the tension material including the smart concrete anchorage system according to FIG. 1 .
5 is an exploded perspective view showing a smart concrete anchorage system for monitoring tension loss according to another embodiment of the present invention.
6 is a partial cross-sectional and side view of the anchorage system according to FIG. 5 ;
7 is a graph showing the experimental results of the electro-mechanical response characteristics according to the compressive load size for the smart concrete anchorage system according to the present invention.
8 and 9 are graphs showing the experimental results for the rate of change of electrical resistance against repeated compressive load for the smart concrete anchorage system according to the present invention, and the correlation between the rate of change of electrical resistance and the compressive load.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다. Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by the examples. Like reference numerals in each figure indicate like elements.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 정착구 시스템을 도시한 분해 사시도, 도 2는 도 1에 따른 스마트 콘크리트 정착구 시스템의 단면도, 도 3은 도 1에 따른 스마트 콘크리트 정착구의 성능 검증 시스템을 예시적으로 도시한 분해 사시도, 도 4는 도 1에 따른 스마트 콘크리트 정착구 시스템을 포함하는 긴장재의 긴장력 모니터링 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is an exploded perspective view showing a smart concrete anchorage system for monitoring tension loss according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the smart concrete anchorage system according to FIG. 1, FIG. 3 is a smart concrete anchorage according to FIG. An exploded perspective view exemplarily showing the performance verification system of FIG. 4 is a diagram schematically illustrating the configuration of a tension monitoring system of a tension material including a smart concrete anchorage system according to FIG. 1 .

도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 정착구 시스템(100)은, PSC 구조물에 마련된 긴장재(120)에 걸리는 긴장력 또는 긴장응력의 변화를 감지하는 스마트 콘크리트로 형성된 정착구(110)를 포함할 수 있다.The smart concrete anchorage system 100 for monitoring tension loss according to an embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 is a smart for detecting a change in tension or tension applied to the tension member 120 provided in the PSC structure. It may include an anchorage 110 formed of concrete.

PSC 교량 등 PSC 구조물의 내부에는 콘크리트의 인장강도가 약한 단점을 보완하기 위해 강연선 등의 긴장재(120)가 마련되어 있다. 이러한 긴장재(120)를 당긴 상태로 고정하면 긴장재(120)에 인장력이 걸리게 되고 PSC 구조물에도 긴장재(120)의 인장력에 따른 압축력이 걸리므로 PSC 구조물이 큰 휨 인장강도를 가질 수 있다. A tension member 120 such as a stranded wire is provided inside the PSC structure, such as a PSC bridge, to compensate for the weak tensile strength of concrete. When the tension member 120 is fixed in a pulled state, a tensile force is applied to the tension member 120 and a compressive force according to the tensile force of the tension member 120 is also applied to the PSC structure, so that the PSC structure may have a large flexural tensile strength.

여기서, 긴장재(120)는 단선이 사용되기 보다는 다수개가 다발로 사용되는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that a plurality of tension members 120 are used in bundles rather than single wires.

한편, 정착구(110)는 긴장재(120)를 당긴 상태에서 고정하기 위한 부재이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 정착구(110)는 대략 직육면체 형상을 가지며 그 내부에는 긴장재(120)의 다발이 통과하는 구멍(미도시)이 형성될 수 있다.On the other hand, the anchorage 110 is a member for fixing the tension member 120 in the pulled state. 1 and 2, the anchorage 110 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and a hole (not shown) through which the bundle of the tension member 120 passes may be formed therein.

도 1 및 도 2의 경우에는, 긴장재(120)의 좌측단이 정착구(110)에 고정되는 형태이다. 긴장재(120)의 길이방향에 따른 정착구(110)의 일단에는 스틸 플레이트(130)가 마련되어 정착구(110)의 내부에 마련된 상기 구멍을 막을 수 있고, 정착구(110)의 반대쪽 일단에는 PSC 콘크리트와 접하게 된다. 스틸 플레이트(130)에도 긴장재(120)의 한 가닥이 통과하는 다수개의 구멍(미도시)이 형성될 수 있다.In the case of FIGS. 1 and 2 , the left end of the tension member 120 is fixed to the anchorage 110 . A steel plate 130 is provided at one end of the anchorage 110 in the longitudinal direction of the tension member 120 to block the hole provided in the anchorage 110, and the opposite end of the anchorage 110 is in contact with PSC concrete. do. A plurality of holes (not shown) through which one strand of the tension member 120 passes may also be formed in the steel plate 130 .

스틸 플레이트(130)에 형성된 다수개의 구멍을 둘러싸도록 스틸 플레이트(130)의 일측에는 앵커 헤드(140)가 마련될 수 있다. 앵커 헤드(140)에도 긴장재(120)의 단선(한 가닥)이 통과하는 다수개 구멍(미도시)이 형성되어 있다. 여기서, 스틸 플레이트(130)에 형성된 다수개의 구멍과 앵커 헤드(140)에 형성된 다수개의 구멍은 서로 동일한 위치에 놓이는 것이 바람직하다.An anchor head 140 may be provided on one side of the steel plate 130 to surround the plurality of holes formed in the steel plate 130 . A plurality of holes (not shown) are also formed in the anchor head 140 through which a single wire (one strand) of the tension member 120 passes. Here, the plurality of holes formed in the steel plate 130 and the plurality of holes formed in the anchor head 140 are preferably located at the same position.

한편, 앵커 헤드(140)에 형성된 구멍의 단면은 사다리꼴 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 앵커 헤드(140)의 구멍에는 긴장재(120)의 일단 측에 결합되어 있는 쐐기(160)가 삽입되기 때문이다. 긴장재(120)의 일단에 결합된 쐐기(160)가 앵커 헤드(140)의 구멍에 삽입됨으로써 긴장재(120)가 앵커 헤드(140)에 고정될 수 있다.On the other hand, the cross section of the hole formed in the anchor head 140 is preferably formed in a trapezoidal shape. This is because the wedge 160 coupled to one end of the tension member 120 is inserted into the hole of the anchor head 140 . The wedge 160 coupled to one end of the tension member 120 is inserted into the hole of the anchor head 140 so that the tension member 120 may be fixed to the anchor head 140 .

긴장재(120)의 타측, 즉 쐐기(160)가 결합된 일측의 타측에는 긴장재(120)의 다발을 둘러싸는 쉬스 파이프(150, Sheath pipe)가 마련될 수 있다.The other side of the tension member 120 , that is, the other side of the one side to which the wedge 160 is coupled, may be provided with a sheath pipe 150 surrounding the bundle of the tension member 120 .

또한, 정착구(110)의 적어도 일측 즉, 긴장재(120)의 길이방향으로의 적어도 일측에는 전극부(170)가 마련될 수 있다. 도 2에 도시된 정착구(110)의 경우에는 정착구(110)의 좌측 상단과 하단에 전극부(170)가 마련되어 있다.In addition, at least one side of the anchorage 110 , that is, at least one side in the longitudinal direction of the tension member 120 , the electrode unit 170 may be provided. In the case of the anchorage 110 shown in FIG. 2 , the electrode unit 170 is provided at the upper left and lower ends of the anchorage 110 .

전극부(170)는 정착구(110)의 내부에서 생성된 전기적 신호를 출력하는 부재이다.The electrode unit 170 is a member for outputting an electrical signal generated inside the anchoring unit 110 .

본 발명에 따른 스마트 콘크리트 정착구 시스템(100)에 있어서, PSC 구조물에 마련된 긴장재(120)를 고정하는 정착구(110)는 상기 정착구(110)는 긴장재(120)에 걸리는 긴장력 또는 긴장응력의 변화를 감지하는 스마트 콘크리트로 형성될 수 있다. 즉, 정착구(110)의 재질이 자기 감지(Self-sensing)가 가능한 스마트 콘크리트로 형성된다.In the smart concrete anchorage system 100 according to the present invention, the anchorage 110 for fixing the tension material 120 provided in the PSC structure, the anchorage 110 detects a change in tension or tension stress applied to the tension material 120 . It can be formed of smart concrete. That is, the material of the anchorage 110 is formed of smart concrete capable of self-sensing.

본 발명에 따른 스마트 콘크리트 정착구 시스템(100)의 정착구(110)는, 긴장재(120)에 걸리는 긴장응력 또는 긴장력의 변화에 따라 정착구(110)에 가해지는 긴장력 또는 압축력 등 힘의 변화를 감지하고 이러한 힘의 변화를 전기적 신호로 출력할 수 있는 특성을 가진 콘크리트 즉, 스마트 콘크리트로 형성될 수 있다.The anchorage 110 of the smart concrete anchorage system 100 according to the present invention detects a change in force such as tension or compressive force applied to the anchorage 110 according to the change in tension or tension applied to the tension material 120, and It can be formed of concrete, that is, smart concrete, which has the characteristic of outputting a change in force as an electrical signal.

이와 같이, 스마트 콘크리트 재질로 형성된 정착구(110)는, PSC 구조물의 핵심요소인 긴장재의 관리적 측면에서 긴장응력 변화를 확인함으로써 구조물의 안전성을 관리 또는 확보할 수 있으며, 콘크리트 구조물 자체(예를 들면, 정착구)를 센서로 이용하기 때문에 종래기술과는 확연한 차이가 있다.As such, the anchorage 110 formed of a smart concrete material can manage or secure the safety of the structure by checking the change in tension stress in the management aspect of the tension material, which is a key element of the PSC structure, and the concrete structure itself (for example, There is a clear difference from the prior art because the anchorage) is used as a sensor.

또한, 본 발명에 따른 스마트 콘크리트 정착구 시스템(100)의 정착구(110)는, 긴장재(120)에 걸리는 긴장응력 또는 긴장력의 변화에 따라 정착구(110)에 가해지는 긴장력 또는 압축력 등 힘의 변화를 감지하는 전기-역학적 특성을 가지는 스마트 콘크리트로 형성될 수 있다.In addition, the anchorage 110 of the smart concrete anchorage system 100 according to the present invention detects a change in force, such as a tension or compressive force applied to the anchorage 110 according to a change in tension or tension applied to the tension material 120 . It can be formed of smart concrete with electro-mechanical properties.

긴장재(120)를 당긴 상태에서 그 일단을 앵커 헤드(140)로 고정하면, 긴장재(120)는 원래의 상태로 복귀하려는 성질에 의해서 압축력이 스틸 플레이트(130)에 걸리게 된다. 긴장재(120)에 걸리는 긴장응력 또는 긴장력은 긴장재(120)의 일단을 고정지지하고 있는 정착구(110)에도 걸리게 된다. 따라서, 긴장재(120)에 긴장응력 또는 긴장력이 도입된 상태에서 긴장재(120)에 의해 압축응력을 받고 있는 정착구(110)는 힘이 가해져 있는 상태 즉, 탄성 영역 내의 압축 하중 상태를 유지하게 된다.When the tension member 120 is pulled and one end thereof is fixed with the anchor head 140 , the tension member 120 is subjected to a compressive force on the steel plate 130 due to the nature of the tension member 120 to return to its original state. Tension stress or tension applied to the tension member 120 is also applied to the anchorage 110 that is fixedly supporting one end of the tension member 120 . Accordingly, the anchorage 110 receiving the compressive stress by the tension member 120 in a state in which the tension stress or the tension force is introduced to the tension member 120 maintains the state in which the force is applied, that is, the compression load state in the elastic region.

긴장재(120)에 손상이 생기거나 긴장재(120)가 파단되는 경우, 긴장재(120)에 걸리는 힘은 약해지거나 크기가 변하게 되는데 이러한 변화는 스마트 콘크리트로 형성된 정착구(110)에도 동일하게 발생할 수 있다. 정착구(110)를 이루는 스마트 콘크리트는, 정착구(110)에 걸리는 힘의 변화를 감지하고 이러한 힘의 변화를 전기적 신호로 변환하여 출력할 수 있는 재질 또는 조성물로 형성될 수 있다.When the tension member 120 is damaged or the tension member 120 is broken, the force applied to the tension member 120 is weakened or the size is changed. This change may also occur in the anchorage 110 formed of smart concrete. The smart concrete constituting the anchorage 110 may be formed of a material or composition that can detect a change in force applied to the anchorage 110 and convert the change in force into an electrical signal and output it.

이와 같이, 본 발명에 따른 스마트 콘크리트 정착구 시스템(100)의 정착구(110)는 자기 감지(Self-sensing) 정착구로서 스마트 콘크리트의 전기-역학적 특성을 기반으로 정착구(110)의 탄성영역에서의 민감도를 극대화하여 긴장재의 긴장응력의 변화를 별도의 센서 부착 없이 실시간으로 측정하거나 모니터링 할 수 있다.As such, the anchorage 110 of the smart concrete anchorage system 100 according to the present invention is a self-sensing anchorage, based on the electro-mechanical properties of the smart concrete, the sensitivity in the elastic region of the anchorage 110 By maximizing it, the change in the tension stress of the tension material can be measured or monitored in real time without attaching a separate sensor.

또한, 정착구(110)의 재료인 상기 스마트 콘크리트는 콘크리트 배합물과의 부착 특성 및 인장 강도가 우수한 섬유 보강재(미도시)를 포함할 수 있다. 즉, 정착구(110)를 형성하는 스마트 콘크리트 조성물에는 상기 섬유 보강재가 더 혼입될 수 있다. 여기서, 상기 섬유 보강재는 합성섬유 또는 강섬유 보강재를 포함할 수 있다. 상기 섬유 보강재는 소정의 길이를 가지며, Polyvinyl Alcohol (PVA) Fiber, Smooth Steel Fiber, Twisted Steel Fiber, Hooked Steel Fiber 등과 같은 섬유를 포함할 수 있다.In addition, the smart concrete, which is a material of the anchorage 110 , may include a fiber reinforcement (not shown) having excellent adhesion properties and tensile strength with the concrete mixture. That is, the fiber reinforcement may be further incorporated into the smart concrete composition forming the anchorage 110 . Here, the fiber reinforcement may include a synthetic fiber or a steel fiber reinforcement. The fiber reinforcement has a predetermined length, and may include fibers such as polyvinyl alcohol (PVA) fiber, smooth steel fiber, twisted steel fiber, hooked steel fiber, and the like.

섬유 보강재는 콘크리트 혼합물에 보강되었을 때, 섬유의 형상 등과 같은 섬유의 특성에 따라 각각 다른 역학적 성능을 보이지만, 인장강도 측면에서는 섬유의 보강으로 보강재와 콘크리트 혼합물의 부착 성능이 뛰어나 콘크리트의 인장강도를 높일 수 있다. 이러한 섬유 보강재가 보강된 스마트 콘크리트 정착구는 긴장재(120)에 긴장력이 도입됨에 따라 정착구(110)에 발생하는 국부적인 압축응력으로 인해 정착구(110)의 내부에 파열 또는 균열이 발생하는 것을 기존 나선철근의 배치 없이 방지하거나 균열의 진전을 예방할 수 있다.When reinforced with a concrete mixture, fiber reinforcement exhibits different mechanical properties depending on the characteristics of the fibers such as the shape of the fibers, but in terms of tensile strength, fiber reinforcement has excellent adhesion performance between the reinforcement material and the concrete mixture, which increases the tensile strength of concrete. can In the smart concrete anchorage reinforced with these fiber reinforcements, rupture or cracks occur inside the anchorage 110 due to the local compressive stress generated in the anchorage 110 as tension is introduced into the tension material 120. Existing spiral reinforcing bars It is possible to prevent or prevent crack propagation without the placement of

본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 콘크리트 정착구 시스템(100)은 스마트 콘크리트에 섬유 보강재가 혼입되어 있기 때문에, 종래기술에서 정착구 콘크리트의 파열 또는 균열의 발생을 방지하고 지연시키기 위한 나선철근을 사용하지 않아도 된다.Since the smart concrete anchorage system 100 according to an embodiment of the present invention is mixed with fiber reinforcement in smart concrete, in the prior art, even without using a spiral reinforcing bar for preventing and delaying the occurrence of cracks or ruptures in anchorage concrete. do.

도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 콘크리트 정착구(110)의 성능을 검증하기 위한 성능 검증 시스템을 예시적으로 도시되어 있다. 참고로, 도 3에 도시된 스마트 정착구 시스템은 도 1 및 도 2에 도시된 정착구 시스템과 동일하기 때문에 도 1 및 도 2와 동일한 부분에 대한 도면 부호는 생략한다.3 exemplarily shows a performance verification system for verifying the performance of the smart concrete anchorage 110 according to an embodiment of the present invention. For reference, since the smart anchorage system shown in FIG. 3 is the same as the anchorage system shown in FIGS. 1 and 2, reference numerals for the same parts as in FIGS. 1 and 2 are omitted.

도 3을 참조하면, 쉬스 파이프(150)가 위치하는 정착구(110)의 일측에는 별도의 스틸 플레이트(131)가 마련될 수 있다. 쉬스 파이프(150)와 인접한 스틸 플레이트(131)의 외측면에는 쉬스 파이프(150) 또는 스틸 플레이트(131)를 정착구(110)에 고정하기 위한 볼트(181)가 마련될 수 있다.Referring to FIG. 3 , a separate steel plate 131 may be provided at one side of the anchorage 110 in which the sheath pipe 150 is located. A bolt 181 for fixing the sheath pipe 150 or the steel plate 131 to the anchorage 110 may be provided on an outer surface of the steel plate 131 adjacent to the sheath pipe 150 .

쐐기(160)가 결합된 긴장재(120)의 일단측에는 로드셀(182)과 유압잭(183)이 마련될 수 있다. 예를 들면, 유압잭(183)을 사용하여 긴장재(120)의 일단을 당기고 이 때 긴장재(120)에 걸리는 힘은 로드셀(182)에 의해 측정할 수 있다. 이 상태에서 정착구(110)의 스마트 콘크리트에 걸리는 힘은 전극부(170)를 통해 전기적 신호로 출력할 수 있다. 이러한 성능 검증을 통해서, 긴장력의 크기와 정착구(110)로부터 얻어진 전기적 출력을 비교함으로써 정착구(110)의 재질인 스마트 콘크리트의 자기 감지(Self-sensing) 성능을 확인할 수 있다.A load cell 182 and a hydraulic jack 183 may be provided at one end of the tension member 120 to which the wedge 160 is coupled. For example, one end of the tension member 120 is pulled using the hydraulic jack 183 , and the force applied to the tension member 120 at this time may be measured by the load cell 182 . In this state, the force applied to the smart concrete of the anchorage 110 may be output as an electrical signal through the electrode unit 170 . Through this performance verification, the self-sensing performance of smart concrete, which is a material of the anchorage 110 , can be confirmed by comparing the magnitude of the tension force and the electrical output obtained from the anchorage 110 .

도 4에는 본 발명에 따른 스마트 콘크리트 정착구 시스템(100)을 포함하는 긴장재의 긴장력 모니터링 시스템의 구성이 개략적으로 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, PSC 구조물인 PSC 교량(1)은 슬래브(10), 슬래브(10)를 지지하는 거더(20) 및 교량의 전체 하중을 지지하는 교각(30)을 포함할 수 있다. Figure 4 schematically shows the configuration of the tension monitoring system of the tension material including the smart concrete anchorage system 100 according to the present invention. Referring to FIG. 4 , the PSC bridge 1 as a PSC structure may include a slab 10 , a girder 20 supporting the slab 10 , and a pier 30 supporting the entire load of the bridge.

교량(1)의 슬래브(10)를 지지하는 거더(20)의 내부에 긴장재(120)가 마련된다. 긴장재(120)의 긴장응력이 약해지거나 변하게 되면 긴장재(120)가 고정된 정착구(110)의 스마트 콘크리트에 걸리는 힘이 변하게 되고, 이러한 힘의 변화는 전기적 신호(ES)로 변환되어 전극부(170)를 통해서 출력된다. 전기적 신호(ES)는 모니터링 수단(200)에 전달될 수 있다. A tension member 120 is provided inside the girder 20 supporting the slab 10 of the bridge 1 . When the tensile stress of the tension material 120 is weakened or changed, the force applied to the smart concrete of the anchorage 110 to which the tension material 120 is fixed is changed, and this change in force is converted into an electrical signal (ES) and the electrode unit 170 ) is output through The electrical signal ES may be transmitted to the monitoring means 200 .

모니터링 수단(200)은 전극부(170)에서 출력된 전기적 신호(ES)를 정상 상태의 신호와 비교하여 긴장재(120)의 열화 상태를 판단하고, 그 판단 결과를 교량 관리자 등 담당자의 유무선 단말기에 알람 메시지(300) 형태로 전달할 수 있다.The monitoring means 200 determines the deterioration state of the tension member 120 by comparing the electrical signal ES output from the electrode unit 170 with the signal in a normal state, and transmits the determination result to the wired/wireless terminal of the person in charge such as the bridge manager. It can be delivered in the form of an alarm message 300 .

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 정착구 시스템(200)에 대해서 설명한다.Hereinafter, a smart concrete anchorage system 200 for monitoring tension loss according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 정착구 시스템을 도시한 분해 사시도, 도 6은 도 5에 따른 정착구 시스템의 일부 단면도 및 측면도이다.5 is an exploded perspective view illustrating a smart concrete anchorage system for monitoring tension loss according to another embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a partial cross-sectional view and a side view of the anchorage system according to FIG. 5 .

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 정착구 시스템(200)은, 대략 직육면체의 형상을 가지며 가운데 부분에는 긴장재(120, 도 1 참조)가 통과하는 구멍(215)이 형성된 정착구(210), 정착구(210)의 길이방향 일단에 마련되는 엔드 플레이트(231), 정착구(21)의 길이방향 타단에 마련되는 스틸 플레이트(230), 스틸 플레이트(230)의 가운데에 형성된 구멍(231)을 복개하는 원형의 앵커 헤드(240), 스틸 플레이트(230)와 마주 보도록 앵커 헤드(240)의 일면에 마련되는 유압잭(283)을 포함할 수 있다.5 and 6, the smart concrete anchorage system 200 for monitoring tension loss according to another embodiment of the present invention has an approximately rectangular parallelepiped shape and a tension member 120 (see FIG. 1) in the middle A fixture 210 having a hole 215 to pass through, an end plate 231 provided at one end in the longitudinal direction of the anchor 210, a steel plate 230 provided at the other longitudinal end of the anchorage 21, a steel plate ( It may include a circular anchor head 240 covering the hole 231 formed in the center of the 230 , and a hydraulic jack 283 provided on one surface of the anchor head 240 to face the steel plate 230 .

정착구(210)의 가운데에 형성된 구멍(215)과, 스틸 플레이트(230)의 가운데에 형성된 구멍(231)으로 긴장재(120)의 다발이 통과할 수 있다. 정착구(210)의 가운데 부분에 형성된 구멍(215)에는 트럼펫(trumpet)을 위치시킬 수 있다. 정착구(210)의 가운데 부분에 형성된 구멍(215) 또는 구멍(215)에 마련되는 트럼펫은 원통 모양으로 형성될 수도 있고 깔때기 모양(도 2 참조)으로 형성될 수도 있다.The bundle of tension material 120 may pass through the hole 215 formed in the center of the anchorage 210 and the hole 231 formed in the center of the steel plate 230 . A trumpet may be positioned in the hole 215 formed in the center portion of the anchorage 210 . The hole 215 formed in the center of the anchorage 210 or the trumpet provided in the hole 215 may be formed in a cylindrical shape or may be formed in a funnel shape (see FIG. 2 ).

스틸 플레이트(230)의 구멍(231)을 통과한 긴장재(120)의 다발은 한 가닥씩 앵커 헤드(240)에 형성된 강연선 구멍(220)을 통과할 수 있다.The bundle of the tension member 120 passing through the hole 231 of the steel plate 230 may pass through the strand hole 220 formed in the anchor head 240 one by one.

여기서, 긴장재(120)는 7연선 강연선 7가닥이 사용되는 것이 바람직하다. 즉, 7가닥의 연선을 꼬아서 1가닥의 강연선을 만들고 이와 같은 1가닥의 강연선 7가닥에 의해 긴장재(120)가 형성될 수 있다. 앵커 헤드(240)에 형성된 강연선 구멍(220)에는 7가닥의 연선이 꼬여서 형성된 7가닥의 강연선이 하나씩 통과하게 된다.Here, the tension member 120 is preferably 7 strands of 7 stranded strands used. That is, the tension member 120 may be formed by twisting the 7 strands to form a single stranded wire, and by using the 7 stranded strands as such. Seven strands of strands formed by twisting 7 strands of strands pass through the strand hole 220 formed in the anchor head 240 one by one.

정착구(210)에는 전극부(270)가 매립 형성될 수 있다. 여기서, 전극부(270)는 메쉬(mesh) 타입의 전극 본체(271) 및 전극 본체(271)의 일단에 형성된 전극 프로브(272)를 포함할 수 있다.The electrode part 270 may be buried in the anchoring hole 210 . Here, the electrode part 270 may include a mesh-type electrode body 271 and an electrode probe 272 formed at one end of the electrode body 271 .

도 5 및 도 6을 참조하면, 전극부(270)의 전극 본체(271)는 구리 와이어 메쉬 타입으로 형성되고, 전극 프로브(272)는 전극 본체(271)의 길이방향 일단에서 길게 연장 형성될 수 있다. 전극 프로브(272)는 한 가닥의 구리 와이어로 형성되는 반면에 전극 본체(271)는 그 가장자리가 직사각형 모양으로 일정한 면적을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같은 형태를 가지기 때문에 전극 본체(271)는 정착구(210)의 길이방향 전체에 걸쳐 정착구(210)에 매립될 수 있다.5 and 6 , the electrode body 271 of the electrode part 270 may be formed in a copper wire mesh type, and the electrode probe 272 may be formed to extend long from one end in the longitudinal direction of the electrode body 271 . have. While the electrode probe 272 is formed of a single strand of copper wire, the electrode body 271 is preferably formed so that the edge thereof has a rectangular shape and a constant area. Since it has such a shape, the electrode body 271 may be embedded in the anchorage 210 over the entire longitudinal direction of the anchorage 210 .

도 5를 참조하면, 전극부(270)는 정착구(210)의 길이방향 모서리 쪽에 마련될 수 있다. 구리 와이어 메쉬 타입의 전극 본체(271)는 정착구(210)의 길이방향 전체에 대응하도록 마련되고, 전극 본체(271)의 일단에 연장 형성된 전극 프로브(272)는 정착구(210)의 외면에서 돌출되도록 마련될 수 있다.Referring to FIG. 5 , the electrode part 270 may be provided on the longitudinal edge of the anchorage hole 210 . The electrode body 271 of the copper wire mesh type is provided to correspond to the entire longitudinal direction of the anchorage 210 , and the electrode probe 272 extended at one end of the electrode body 271 protrudes from the outer surface of the anchorage 210 . can be provided.

여기서, 전극부(270)는 정착구(210)의 모서리에 대응하는 부위에 각각 1개씩 총 4개가 마련될 수 있다. 이때, 정착구(210)의 마주 보는 2면을 따라 각각 2개씩 배치된 전극부(270)는 전극 본체(271)가 서로 마주 보도록 배치될 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 전극 본체(271)의 면 부분이 서로 마주 보도록 2개씩 한 쌍이 되도록 전극부(270)가 정착구(210)에 마련되는 것이 바람직하다.Here, a total of four electrode units 270 may be provided, one each at a portion corresponding to the edge of the anchorage 210 . In this case, two electrode units 270 arranged along two opposite surfaces of the anchorage unit 210 may be arranged such that the electrode body 271 faces each other. That is, as shown in FIG. 5 , it is preferable that the electrode parts 270 are provided in the anchoring hole 210 so that the surface portions of the electrode body 271 face each other in pairs.

전극 프로브(272)는 스틸 플레이트(230)의 외부로 노출되어야 한다. 왜냐하면, 테스터(미도시)에 전극 프로브(272)를 물려야 전기저항 변화를 측정할 수 있기 때문이다. 이를 위해서, 스틸 플레이트(230)에는 프로브 구멍(232)이 관통 형성될 수 있다. 프로브 구멍(232)은 스틸 플레이트(230)의 꼭지점 가까운 부분에 형성되는 것이 바람직하다.The electrode probe 272 should be exposed to the outside of the steel plate 230 . This is because the change in electrical resistance can be measured only by biting the electrode probe 272 to the tester (not shown). To this end, a probe hole 232 may be formed through the steel plate 230 . The probe hole 232 is preferably formed near the vertex of the steel plate 230 .

이하에서는 본 발명에 따른 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 정착구 시스템(100,200)의 정착구(110,210)에 사용되는 즉, 정착구(110,210)의 재료가 되는 스마트 콘크리트 조성물에 대해서 설명한다.Hereinafter, the smart concrete composition used for the anchorages 110 and 210 of the smart concrete anchorage system 100 and 200 for monitoring tension loss according to the present invention, that is, the smart concrete composition that becomes the material of the anchorages 110 and 210 will be described.

도 7은 본 발명에 따른 스마트 콘크리트 정착구 시스템에 대한 압축 하중 크기에 따른 전기-역학적 응답 특성의 실험 결과를 보여주는 그래프이다.7 is a graph showing the experimental results of the electro-mechanical response characteristics according to the compressive load size for the smart concrete anchorage system according to the present invention.

도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 스마트 콘크리트 정착구 시스템에 대한 반복 압축하중에 대한 전기저항 변화율에 대한 실험 결과 및 전기저항 변화율과 압축 하중 간의 상관관계를 보여주는 그래프이다.8 and 9 are graphs showing the experimental results for the rate of change of electrical resistance against repeated compressive load for the smart concrete anchorage system according to the present invention, and the correlation between the rate of change of electrical resistance and the compressive load.

우선, 본 발명에 따른 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 정착구 시스템(100,200)의 정착구(110,210)를 형성하는 스마트 콘크리트 조성물은, 시멘트(Cement), 실리카 흄(Silica fume), 실리카 파우더(Silica powder), 고성능 감수제(Super plasticizer) 및 물(Water)을 포함하고, 섬유 보강재(Fiber contents)를 포함할 수 있다. 여기에, 실리카 샌드(Silica sand) 또는 스틸 슬래그(Steel slag) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 즉, 실리카 샌드(Silica sand)만 포함하거나 스틸 슬래그(Steel slag)만 포함하거나 실리카 샌드(Silica sand)와 스틸 슬래그(Steel slag)를 모두 포함할 수도 있다.First, the smart concrete composition forming the anchors 110 and 210 of the smart concrete anchorage system 100 and 200 for monitoring tension loss according to the present invention is a cement, silica fume, silica powder, It includes a super plasticizer and water, and may include fiber contents. Here, at least one of silica sand and steel slag may be included. That is, it may include only silica sand, only steel slag, or both silica sand and steel slag.

Figure 112019024246585-pat00001
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[표 1]은 본 발명에 따른 스마트 콘크리트 조성물의 혼입량(함유량)에 따른 압축강도를 나타낸 것이다. [표 1]에서 MF20, MF10, MSF05, MSF10, MSF20은 각각의 조성물을 함유하는 스마트 콘크리트의 매트릭스(시편)을 의미한다. [표 1]에서 f ck는 압축강도를 의미한다.[Table 1] shows the compressive strength according to the mixing amount (content) of the smart concrete composition according to the present invention. In [Table 1], MF20, MF10, MSF05, MSF10, and MSF20 mean a matrix (specimen) of smart concrete containing each composition. In [Table 1], f ck means compressive strength.

시멘트, 실리카 흄, 실리카 파우더의 혼입량은 일정하게 하고 실리카 샌드 또는 스틸 슬래그의 혼입량을 다르게 하여 상기 5개의 매트릭스(MF20, MF10, MSF05, MSF10, MSF20)을 구분하였다. The above-mentioned five matrices (MF20, MF10, MSF05, MSF10, MSF20) were classified by making the mixing amount of cement, silica fume, and silica powder constant and varying the mixing amount of silica sand or steel slag.

MF20, MF10은 실리카 샌드는 혼입되어 있지만 스틸 슬래그는 혼입되어 있지 않다. MF20은 시멘트의 중량에 대하여 실리카 샌드 200%의 중량으로 혼입되며, MF10은 시멘트의 중량에 대하여 실리카 샌드가 100%의 중량으로 혼입된다. 즉, MF10은 시멘트와 실리카 샌드가 동일한 중량으로 혼입된다.MF20 and MF10 contain silica sand but not steel slag. MF20 is incorporated in 200% of the weight of silica sand based on the weight of cement, and MF10 is incorporated in 100% of the weight of silica sand based on the weight of cement. That is, in MF10, cement and silica sand are mixed in the same weight.

또한, MSF10, MSF20은 스틸 슬래그는 혼입되어 있지만 실리카 샌드는 혼입되어 있지 않다. MSF10은 시멘트의 중량에 대해서 스틸 슬래그가 100%의 중량으로 혼입되고, MSF20은 시멘트의 중량에 대해서 스틸 슬래그가 200%의 중량으로 혼입된다.In addition, MSF10 and MSF20 contain steel slag but not silica sand. In MSF10, steel slag is incorporated in 100% of the weight of cement, and in MSF20, steel slag is incorporated in 200% of the weight of cement.

마지막으로, MSF05는 실리카 샌드와 스틸 슬래그가 모두 혼입되어 있으며 시멘트의 중량에 대해서 실리카 샌드가 50%의 중량, 스틸 슬래그가 50%의 중량으로 혼입된다.Finally, MSF05 contains both silica sand and steel slag, and 50% of the weight of silica sand and 50% of the weight of steel slag is incorporated with respect to the weight of cement.

한편, 기능성 필러(Functional filler)로 사용된 섬유 보강재(Fiber contents)는 길이가 짧은 스틸 섬유(short smooth steel fiber)이고 짧은 길이에 인장강도가 우수하고 전기-역학적 응답 특성을 증진시키는 재료로써, 각 매트릭스 별 정착구(110,210)의 부피(체적)에 대해 2%를 혼입하는 것이 바람직하다. 여기서, 정착구(110,210)의 부피는 정착구(110,210)의 가운데에 형성된 구멍을 제외한 정착구(110,210)만의 부피를 의미하며, 섬유 보강재는 이러한 정착구(110,210)의 부피에 대해서 2%의 부피로 혼입되는 것이 바람직하다.On the other hand, fiber contents used as functional fillers are short smooth steel fibers, have excellent tensile strength in short lengths, and improve electro-mechanical response characteristics. It is preferable to incorporate 2% with respect to the volume (volume) of the anchors 110 and 210 for each matrix. Here, the volume of the anchors 110 and 210 means the volume of only the anchors 110 and 210 excluding the hole formed in the center of the anchors 110 and 210, and the fiber reinforcement is incorporated at a volume of 2% with respect to the volume of the anchors 110 and 210. desirable.

스마트 콘크리트의 조성물로 사용되는 시멘트는 밀도(Density) 3.14 g/m3, 순도(Fineness) 3630 cm2/g, 안정도(Stability) 1 mm의 물성을 가지는 것을 사용하는 것이 바람직하다.The cement used as the composition of smart concrete preferably has properties of density 3.14 g/m 3 , purity 3630 cm 2 /g, and stability 1 mm.

실리카 샌드는 "규사"라고 불리기도 하며, 입자의 평균 직경(Average diameter) 0.25 mm이고, SiO2 99.94%, Fe2O3 0.0710%, Al2O3 0.0185%, CaO 0.0029%를 함유할 수 있다.Silica sand, also called "silica sand", has an average diameter of 0.25 mm and may contain SiO 2 99.94%, Fe 2 O 3 0.0710%, Al 2 O 3 0.0185%, CaO 0.0029% .

스틸 슬래그는 "제강슬래그 잔골재"라고 불리기도 하며, 입자의 평균 직경(Average diameter) 0.39 mm이고, SiO2 18.2%, Fe2O3 29.8%, Al2O3 10.9%, CaO 17.4%를 함유할 수 있다.Steel slag is also called "steel slag fine aggregate", has an average diameter of 0.39 mm and contains SiO 2 18.2%, Fe 2 O 3 29.8%, Al 2 O 3 10.9%, CaO 17.4%. can

실리카 흄은 90%를 넘는 이산화규소(Silicon dioxide), 1%를 넘지 않는 수분(Moisture content), 강열감량(LOI: Loss on Ignition) 0.20%, 체적 밀도(Bulk density) 200~350 kg/m3, 1.5% 보다 작은 Retained on 45 micron sieve를 가진다.Silica fume contains more than 90% silicon dioxide, moisture content not exceeding 1%, loss on ignition (LOI) 0.20%, bulk density 200-350 kg/m 3 , have a Retained on 45 micron sieve less than 1.5%.

실리카 파우더는 체적 밀도(Bulk density) 0.73 kg/m3, 비중(Specific gravity) 2.65, pH 7.1이고, SiO2 99.5%를 함유할 수 있다.Silica powder has a bulk density of 0.73 kg/m 3 , a specific gravity of 2.65, a pH of 7.1, and may contain 99.5% of SiO 2 .

고성능 감수제(Super plasticizer)는 고유동화제 또는 콘크리트 유동화제라고도 불리며, 폴리카본산계(Polycarboxylate type)이고, 비중 1.070, pH 5.0이며, 0.01% 보다 작은 Amount of alkali, 0.01% 보다 작은 Amount of chloride를 가진다.Super plasticizer, also called superplasticizer or concrete fluidizer, is a polycarboxylate type, has a specific gravity of 1.070, pH 5.0, and has an Amount of alkali less than 0.01% and an Amount of chloride less than 0.01%. .

섬유 보강재는 short smooth steel fiber로서, 직경 0.2 mm, 길이 6 mm, 인장강도(Tensile strength) 2104 MPa, 탄성률(Elastic modulus) 200 GPa이다.The fiber reinforcement is a short smooth steel fiber with a diameter of 0.2 mm, a length of 6 mm, a tensile strength of 2104 MPa, and an elastic modulus of 200 GPa.

PS 콘크리트(PSC) 구조물에 사용되는 PC 강연선 중 7연선 강연선 (15.2 mm)을 사용하는 PS 구조물을 대상으로 강연선 7 가닥을 사용하는 정착구의 긴장재 정착에 필요한 스틸 플레이트(130,230)의 크기, 트럼펫 등을 고려하여 설계안을 다음과 같이 제시할 수 있다.For PS structures using 7 stranded strands (15.2 mm) among PC strands used in PS concrete (PSC) structures, measure the size of steel plates (130 and 230), trumpet, etc. Taking this into consideration, the design proposal can be presented as follows.

스마트 콘크리트 정착구(110,210)의 최대 압축 하중은 스틸 플레이트(130,230)와 연결된 단면적이 받는 하중이다. 따라서, 최대 압축력 (P max )는 [수학식 1]에 의해 계산될 수 있다.The maximum compressive load of the smart concrete anchorage (110, 210) is the load received by the cross-sectional area connected to the steel plate (130, 230). Therefore, the maximum compressive force ( P max ) may be calculated by [Equation 1].

Figure 112019024246585-pat00002
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[수학식 1]에서 fpu는 강연선의 최대 인장 강도, nstrand는 보강된 강연선의 개수, Astrand는 강연선의 단면적, 그리고 0.8은 강연선에 가해진 긴장력의 80%만을 고려한 계수이다.In [Equation 1], f pu is the maximum tensile strength of the strand , n strand is the number of reinforced strands, A strand is the cross-sectional area of the strand, and 0.8 is a coefficient considering only 80% of the tension applied to the strand.

최대 압축 응력 (σmax)는 [수학식 2]와 같이 계산할 수 있다.The maximum compressive stress (σ max ) can be calculated as in [Equation 2].

Figure 112019024246585-pat00003
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[수학식 2]에서 Amin은 스마트 콘크리트를 관통하는 트럼펫의 직경을 제외한 압축력이 작용하는 콘크리트의 단면적, ΦC는 트럼펫의 직경, 그리고 H와 W는 스마트 콘크리트 정착구의 높이와 폭이다.In [Equation 2], A min is the cross-sectional area of the concrete to which the compressive force acts excluding the diameter of the trumpet penetrating the smart concrete, ΦC is the diameter of the trumpet, and H and W are the height and width of the smart concrete anchorage.

[수학식 1]과 [수학식 2]에 의하여 계산된 스마트 콘크리트 정착구(110,210)의 강연선에 의한 최대 압축 하중 및 최대 압축 응력을 [표 2]에 나타내었다.[Table 2] shows the maximum compressive load and maximum compressive stress due to the strands of the smart concrete anchorages 110 and 210 calculated by [Equation 1] and [Equation 2].

Figure 112019024246585-pat00004
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[표 2]에서 Strand diameter는 강연선의 직경, Tensile strength는 강연선의 인장강도, Amin은 강연선 1가닥의 단면적이다.In [Table 2], strand diameter is the diameter of the strand, tensile strength is the tensile strength of the strand, and A min is the cross-sectional area of one strand.

이에 따라 이론적으로 설계된 스마트 콘크리트 정착구(110,210)에 대하여 스마트 콘크리트 정착구(110,210)의 형상과 사용된 정착판 그리고 트럼펫 등의 규격을 [표 3]에 나타내었다.Accordingly, with respect to the theoretically designed smart concrete anchorage (110,210), the shape of the smart concrete anchorage (110,210) and the specifications of the used anchorage plate and trumpet are shown in [Table 3].

Figure 112019024246585-pat00005
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* 시험체 제작* Specimen production

본 출원인은 상기한 5개의 스마트 콘크리트 매트릭스에 대해서 전기저항 변화를 실험하기 위해서 시험체를 제작하였다. 7 연선 강연선 7 가닥이 사용될 때의 스마트 콘크리트 정착구 설계를 바탕으로 원통형 준공 단면을 갖는 200*200*300 mm 크기의 시험체를 제작 및 사용하였다. 전기-역학적 응답 조사를 위해 45*300 mm 크기로 제단한 구리 와이어 메쉬 전극을 스마트 콘크리트 정착구 제작 몰드에 150 mm 간격으로 배치 후 고정하였다. 배합은 물과 감수제를 제외한 시멘트와 혼화재를 넣고 건배합을 진행하였으며, 배합수는 재료의 유동성 확보와 재료 분리를 방지하고자 4회에 걸쳐 나누어 투입하였다. 감수제는 배합의 상태에 따라 소량으로 나누어 투입 후, 배합이 끝난 모르타르는 스마트 콘크리트 정착구 제작 몰드에 타설과 진동을 4회 반복하여 시험체를 제작하였다. 시험체 제작일로부터 2일간 25

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2℃에서 기건 양생 이후 탈형을 진행하였으며, 탈형이 끝난 시험체는 3일간 90
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2℃에서 고온 수중 양생을 실시하였다.The present applicant produced a test specimen to test the change in electrical resistance for the above five smart concrete matrices. Based on the smart concrete anchorage design when 7 strands of 7 stranded strands are used, a 200*200*300 mm specimen with a cylindrical finished cross-section was manufactured and used. To investigate the electro-mechanical response, copper wire mesh electrodes cut to a size of 45*300 mm were placed in a smart concrete anchorage manufacturing mold at intervals of 150 mm and then fixed. For mixing, cement and admixture excluding water and water reducing agent were added and dry mixing was carried out, and the mixing water was divided into 4 portions to ensure fluidity of the material and to prevent material separation. After adding the water reducing agent in small portions according to the condition of the mixture, the mortar after mixing was poured into the smart concrete anchorage manufacturing mold and repeated 4 times to produce a test body. 2 days 25 from the date of production of the specimen
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After air-drying at 2℃, demolding was carried out, and the specimens after demolding were 90 days
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Curing was performed in high temperature water at 2°C.

* 실험 과정* Experimental process

스마트 콘크리트 정착구(110,210)의 정적 압축 하중상태에 따른 전기-역학적 응답 조사를 목적으로, 만능재료시험기 (Universal Testing Machine, UTM)를 사용해 1 mm/min의 하중속도로 정적 압축 실험을 진행하였으며, 전기-역학적 응답 조사를 위해 교류 전기저항 측정기(Alternating Current measurement, AC)를 사용한 2 탐침 저항 측정방법 (2-probe resistance measurement)으로 압축 하중 상태에 따른 전기 저항의 변화를 측정하였다. 실험시 실제 스마트 콘크리트 정착구가 받는 하중 상태를 재현 하고자, 설계된 정착판과 동일한 크기를 갖는 200*200 mm의 상부 가압판(스틸 플레이트)을 사용하여 실험을 진행하였다. For the purpose of investigating the electro-mechanical response according to the static compression load state of the smart concrete anchorage (110,210), a static compression test was conducted using a universal testing machine (UTM) at a load rate of 1 mm/min. - To investigate the mechanical response, the change in electrical resistance according to the compressive load state was measured by a 2-probe resistance measurement using an alternating current measurement (AC). In order to reproduce the load condition received by the actual smart concrete anchorage during the experiment, the experiment was conducted using a 200*200 mm upper pressure plate (steel plate) having the same size as the designed anchorage plate.

* 실험 데이터 분석 방법* Experimental data analysis method

정적 압축 하중 하에서의 스마트 콘크리트 정착구의 전기-역학적 응답을 확인하기 위해 사용된 AC 전기저항은 정착구의 고유주파수(natural frequency)의 주파수 영역에서의 교류 전기저항 (resistance, R)을 사용하였다.The AC electrical resistance used to confirm the electro-mechanical response of the smart concrete anchorage under static compressive load was the AC electrical resistance (resistance, R) in the frequency domain of the anchorage's natural frequency.

도 7 내지 도 9에서, 전기저항의 변화율(Fractional change in resistance, FCR)은 압축 하중을 받고 있지 않은 스마트 콘크리트 정착구의 전기저항(

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)을 기준으로 압축 하중이 증가함에 따라 감소하는 전기저항(
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)의 변화율로 [수학식 3]과 같이 계산되며, 이때 n은 전기저항 측정시의 압축 하중 값이고
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은 압축 하중 n에서의 전기저항 값이다.7 to 9, the rate of change in electrical resistance (fractional change in resistance, FCR) is the electrical resistance (fractional change in resistance, FCR) of the smart concrete anchorage that is not under a compressive load.
Figure 112019024246585-pat00008
), the electrical resistance that decreases as the compressive load increases (
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) is calculated as in [Equation 3], where n is the compressive load value when measuring electrical resistance and
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is the electrical resistance value under the compressive load n.

Figure 112019024246585-pat00011
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* 실험 결과* Experiment result

정적 압축 하중 하에서 개발된 스마트 콘크리트 정착구(110,210)의 전기-역학적 응답 조사 결과를 도 7과 [표 4]에 나타내었다.The electro-mechanical response survey results of the smart concrete anchorages 110 and 210 developed under static compressive load are shown in FIG. 7 and [Table 4].

Figure 112019024246585-pat00012
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[표 4]는 스마트 콘크리트 정착구의 배합 별(5개의 매트릭스 별) 압축 하중 크기에 따른 전기-역학적 응답을 나타내며, [표 4]에서 Compressive stress는 압축 하중, Fractional change in resistance(FCR)은 전기저항 변화율을 나타낸다.[Table 4] shows the electro-mechanical response according to the size of the compressive load for each blend (by 5 matrices) of the smart concrete anchorage, and in [Table 4], the compressive stress is the compressive load, and the fractional change in resistance (FCR) is the electrical resistance. represents the rate of change.

도 7의 (a)는 5개의 매트릭스에 대해서 압축 하중의 크기에 따른 저항의 변화율을 보여주는 그래프이고, (b)는 5개의 매트릭스에 대해서 압축 하중이 최대(50MPa)일 때의 전기저항 변화율을 보여주는 그래프이다.7 (a) is a graph showing the rate of change of resistance according to the magnitude of the compressive load with respect to five matrices, (b) is a graph showing the rate of change of electrical resistance when the compressive load is maximum (50 MPa) for five matrices It is a graph.

실험 결과, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 긴장재로부터 스마트 콘크리트 정착구(110,210)가 재하 받는 최대 응력 48.7 MPa 범위 내에서 다섯 가지 종류(즉, 5개의 매트릭스)의 스마트 콘크리트 정착구 모두 압축 하중의 크기가 증가함에 따라 전기 저항이 감소하는 경향을 보였다.As a result of the experiment, as shown in (a) of FIG. 7, all five types of smart concrete anchorages (that is, five matrices) compressive load within the range of 48.7 MPa of maximum stress that the smart concrete anchorages 110 and 210 are loaded from the tension material. As the size of , the electrical resistance showed a tendency to decrease.

초기 전기 저항에서부터 50 MPa이 가해지는 지점에서의 전기 저항 변화율의 경우(도 7의 (b) 참조), 스틸 슬래그(제강슬래그 잔골재)가 시멘트 중량 대비 100%의 중량으로 혼입된 MSF10이 17.9%의 전기저항 감소율(변화율)로 가장 우수한 전기-역학적 응답을 나타내었다. In the case of the change rate of electrical resistance at the point where 50 MPa is applied from the initial electrical resistance (see Fig. 7 (b)), MSF10 in which steel slag (steel-making slag fine aggregate) is mixed at a weight of 100% relative to the weight of cement is 17.9% It showed the best electro-mechanical response with the rate of decrease in electrical resistance (rate of change).

실리카 샌드(규사)와 스틸 슬래그(제강슬래그 잔골재)가 각각 시멘트 중량 대비 50%의 중량으로 혼입된 MSF05와, 스틸 슬래그(제강슬래그 잔골재)가 시멘트 중량 대비 200%의 중량으로 혼입된 MSF20의 경우, 50 MPa의 압축 하중에서 각각 13.4%, 7.4%의 전기 저항 변화율을 보였으며, 실리카 샌드(규사)가 시멘트 중량 대비 각각 100%, 200%의 중량으로 혼입된 MF10, MF20의 경우 각각 11.4%, 4.6%의 전기저항 변화율을 나타내었다.In the case of MSF05, in which silica sand (silica sand) and steel slag (fine steel slag aggregate) are mixed at 50% of the weight of cement, and MSF20, in which steel slag (fine steel slag) is mixed at 200% of the weight of cement, Under a compressive load of 50 MPa, the change in electrical resistance was 13.4% and 7.4%, respectively, and in the case of MF10 and MF20 in which silica sand (silica sand) was mixed at 100% and 200% of the weight of cement, respectively, 11.4% and 4.6%, respectively. % of change in electrical resistance was shown.

도 8는 MSF10 스마트 콘크리트 정착구에 대한 전기-역학적 응답 특성 실험 결과로서, (a)는 MSF10에 대해서 반복 압축하중에서의 전기저항 변화율을 나타내는 그래프이고, (b)는 MSF10에 대해서 전기저항 변화율과 압축 하중 간의 상관관계를 나타내는 그래프이다.8 is an electro-mechanical response characteristic test result for MSF10 smart concrete anchorage, (a) is a graph showing the rate of change of electrical resistance under repeated compressive load for MSF10, (b) is the rate of change of electrical resistance for MSF10 and compression It is a graph showing the correlation between loads.

MSF10 스마트 콘크리트 정착구는 도 7의 (b)에서 알 수 있듯이 17.9%의 가장 높은 전기저항 변화율을 나타냄과 동시에 도 8의 (a)와 같이 반복 압축 하중을 적용하였을 때 동일한 전기-역학적 응답을 보이는 것으로 확인되었다. 도 8의 (a)에서, 가로축은 시간을 나타내고 좌측 세로축은 전기저항 변화율을 나타내며 우측 세로축은 압축 하중을 나타낸다.The MSF10 smart concrete anchorage shows the highest electrical resistance change rate of 17.9% as shown in FIG. 7(b), and at the same time shows the same electro-mechanical response when repeated compressive load is applied as shown in FIG. 8(a). Confirmed. In (a) of FIG. 8 , the horizontal axis represents time, the left vertical axis represents the rate of change of electrical resistance, and the right vertical axis represents the compressive load.

또한, 도 8의 (b)와 같이 압축 하중의 변화에 따른 전기저항의 변화율이 선형적으로 감소하는 것으로 나타났다. 즉, 도 8의 (b)에서, 점선은 압축 하중과 전기저항 변화율의 관계에 대해서 커브 피팅을 한 결과로서 압축 하중이 변함에 따라 전기저항의 변화율이 선형적으로 감소한다고 볼 수 있다.In addition, as shown in (b) of FIG. 8 , it was shown that the rate of change of electrical resistance according to the change of the compressive load was linearly decreased. That is, in (b) of FIG. 8 , the dotted line is a result of curve fitting for the relationship between the compressive load and the rate of change of electrical resistance, and it can be seen that the rate of change of electrical resistance decreases linearly as the compressive load changes.

도 9는 MF10 스마트 콘크리트 정착구에 대한 전기-역학적 응답 특성 실험 결과로서, (a)는 MF10에 대해서 반복 압축하중에서의 전기저항 변화율을 나타내는 그래프이고, (b)는 MF10에 대해서 전기저항 변화율과 압축 하중 간의 상관관계를 나타내는 그래프이다.9 is an electro-mechanical response characteristic test result for MF10 smart concrete anchorage, (a) is a graph showing the rate of change of electrical resistance under repeated compressive load for MF10, (b) is the rate of change of electrical resistance for MF10 and compression It is a graph showing the correlation between loads.

MSF10의 다음으로 우수한 전기-역학적 응답을 보인 정착구는 실리카 샌드(규사)와 스틸 슬래그(제강슬래그 잔골재)가 각각 시멘트 중량 대비 50%의 중량으로 혼입된 MSF05와, 실리카 샌드(규사)가 시멘트 중량 대비 100%의 중량으로 혼입된 MF10으로 유사한 전기저항 변화량을 나타내었다.The anchorage that showed the next best electro-mechanical response of MSF10 was MSF05, in which silica sand (silica sand) and steel slag (fine steel slag aggregate) were mixed at 50% of the weight of cement, respectively, and silica sand (silica sand) compared to the weight of cement. A similar amount of change in electrical resistance was exhibited with MF10 incorporated at 100% by weight.

MSF05의 경우에는 MF10의 전기저항 변화율 11.4% 비해 2% 높은 13.4%의 전기저항 변화율을 가지는 것으로 나타났으나, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 MF10이 MSF05에 비해 선형적인 전기저항 변화율을 나타내기 때문에, 긴장재의 긴장력 감지에는 MSF05 보다 MF10가 적합할 것으로 판단된다.In the case of MSF05, it was found to have an electrical resistance change rate of 13.4%, which is 2% higher than that of MF10, 11.4%, but as shown in FIG. 7(a), MF10 showed a linear rate of change of electrical resistance compared to MSF05. Therefore, it is judged that MF10 is more suitable than MSF05 for sensing tension of tension materials.

또한, 도 9에서 알 수 있듯이, MF10은 가장 우수한 전기-역학적 응답을 보인 MSF10과 유사하게 반복 압축하중 하에서의 동일한 전기저항 변화율 거동(도 9의 (a) 참조)을 나타내고, 압축 하중의 변화에 따른 전기저항의 변화율이 선형적으로 감소하는 것(도 9의 (b) 참조)을 알 수 있다.In addition, as can be seen from FIG. 9, MF10 exhibits the same rate of change in electrical resistance under repeated compressive load (refer to FIG. 9(a)) similar to MSF10, which showed the best electro-mechanical response, and It can be seen that the rate of change of electrical resistance is linearly decreased (refer to (b) of FIG. 9).

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 조성물은, 실리카 샌드(규사) 또는 스틸 슬래그(제강슬래그 잔골재) 중 어느 하나가 포함되는 경우에는 실리카 샌드(규사) 또는 스틸 슬래그(제강슬래그 잔골재)는 시멘트의 중량에 대하여 100%의 중량으로 혼입될 수 있다(MF10, MSF10 참조).As described above, the smart concrete composition for monitoring tension loss according to the present invention includes silica sand (silica sand) or steel slag (silica sand) or steel slag (silica sand) or steel slag ( Steelmaking slag fine aggregate) may be incorporated in an amount of 100% by weight based on the weight of cement (refer to MF10 and MSF10).

또한, 실리카 샌드(규사) 및 스틸 슬래그(제강슬래그 잔골재)가 모두 포함되는 경우에는 실리카 샌드(규사) 및 스틸 슬래그(제강슬래그 잔골재)는 각각 시멘트의 중량에 대하여 50%의 중량으로 혼입될 수 있다(MSF05 참조).In addition, when both silica sand (silica sand) and steel slag (fine steel slag aggregate) are included, silica sand (silica sand) and steel slag (fine steel slag aggregate) may be incorporated at 50% of the weight of each cement. (see MSF05).

한편, [표 1]을 참조하면, 실리카 흄(silica fume)은 시멘트의 중량에 대하여 15%의 중량으로 혼입되고, 실리카 파우더(silica powder)는 시멘트의 중량에 대하여 25%의 중량으로 혼입될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 조성물의 경우, 실리카 파우더는 실리카 흄에 대해서 1.67의 중량부로 혼입되는 것이 바람직하다.Meanwhile, referring to [Table 1], silica fume may be incorporated at 15% by weight based on the weight of cement, and silica powder may be incorporated at 25% by weight based on the weight of cement. have. That is, in the case of the smart concrete composition for monitoring tension loss according to the present invention, the silica powder is preferably incorporated in 1.67 parts by weight with respect to the silica fume.

고성능 감수제(super plasticizer)는 시멘트의 중량에 대하여 4.8~4.9 %의 중량으로 혼입되는 것이 바람직하다. [표 1]을 참조하면, MF10은 고성능 감수제(super plasticizer)가 시멘트의 중량에 대하여 4.8%의 중량으로 혼입되고, MSF05는 고성능 감수제(super plasticizer)가 시멘트의 중량에 대하여 4.8%의 중량으로 혼입되고, MSF10은 고성능 감수제(super plasticizer)가 시멘트의 중량에 대하여 4.9%의 중량으로 혼입되는 것이 바람직하다.The super plasticizer is preferably incorporated in an amount of 4.8 to 4.9% by weight based on the weight of the cement. Referring to [Table 1], in MF10, a super plasticizer is incorporated at a weight of 4.8% based on the weight of cement, and in MSF05, a super plasticizer is incorporated at a weight of 4.8% based on the weight of cement. and MSF10 is preferably a super plasticizer incorporated in an amount of 4.9% by weight based on the weight of the cement.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 PSC 구조물 긴장재의 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 조성물 및 스마트 콘크리트 정착구 시스템은, 긴장재가 고정되는 정착구를 전기-역학적 특성을 가지며 자기 감지가 가능한 스마트 콘크리트로 형성함으로써 별도의 센서 없이 긴장재의 손상 상태를 실시간으로 모니터링 할 수 있고 긴장재의 파손시 신속한 대응이 가능하다.As described above, the smart concrete composition and smart concrete anchorage system for monitoring the tension loss of the tension material of the PSC structure according to the present invention are separately formed by forming the anchorage to which the tension material is fixed with smart concrete having electro-mechanical properties and capable of self-sensing. It is possible to monitor the damage state of the tension member in real time without a sensor of the tension member and to respond quickly when the tension member is damaged.

또한, 본 발명에 따른 PSC 구조물 긴장재의 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 조성물 및 스마트 콘크리트 정착구 시스템은 정착구의 형태, 구조 또는 모양에 상관 없이 적용할 수 있다.In addition, the smart concrete composition and smart concrete anchorage system for monitoring the tension loss of the PSC structure tension material according to the present invention can be applied regardless of the shape, structure or shape of the anchorage.

또한, MSF10 및 MF10의 조성을 가지는 스마트 콘크리트 정착구는 압축 하중과 전기저항 변화율 사이의 관계식을 바탕으로 정착구의 전기저항을 측정하는 것으로 긴장재의 긴장력과 손실량을 감지할 수 있으며, 긴장재를 재긴장하는 보수보강 시에도 해당 스마트 콘크리트 정착구는 손상 없이 동일한 긴장재 손실 감지성능을 유지할 수 있다.In addition, the smart concrete anchorage having the composition of MSF10 and MF10 can detect the tension and loss of the tension member by measuring the electrical resistance of the anchorage based on the relational expression between the compressive load and the rate of change of electrical resistance, and repair and reinforcement to re-tension the tension material. The smart concrete anchorage can maintain the same tension material loss detection performance without damage.

이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, the embodiments of the present invention have been described with specific matters such as specific components and limited embodiments and drawings, but these are provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is limited to the above embodiments Various modifications and variations are possible from these descriptions by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and not only the claims to be described below, but also all those with equivalent or equivalent modifications to the claims will fall within the scope of the spirit of the present invention.

100,200: 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 정착구 시스템
110,210: 정착구 120: 긴장재
130,230: 스틸 플레이트 140,240: 앵커 헤드
150: 쉬스 파이프 160: 쐐기
170,270: 전극부 271: 전극 본체
272: 전극 프로브 ES: 전기적 신호
100,200: Smart Concrete Anchor System for Tension Loss Monitoring
110,210: anchorage 120: tension material
130,230: steel plate 140,240: anchor head
150: sheath pipe 160: wedge
170,270: electrode part 271: electrode body
272: electrode probe ES: electrical signal

Claims (11)

스마트 콘크리트 조성물에 있어서,
시멘트, 실리카 흄(silica fume), 실리카 파우더(silica powder), 고성능 감수제(super plasticizer) 및 물을 포함하고, 실리카 샌드(silica sand) 또는 스틸 슬래그(steel slag) 중 어느 하나를 포함하며,
실리카 흄 및 실리카 파우더는 각각 시멘트의 중량에 대하여 15% 및 25%의 중량으로 혼입되고, 고성능 감수제는 시멘트의 중량에 대하여 4.8% 또는 4.9%의 중량으로 혼입되며, 실리카 샌드 또는 스틸 슬래그는 시멘트의 중량에 대하여 100%의 중량으로 혼입되어,
스마트 콘크리트 조성물을 포함하는 스마트 콘크리트로 형성되는 구조물에 반복적으로 작용하는 압축 하중에 대해 하기 수학식으로 정의되는 전기저항 변화율(FCR)이 동일한 거동을 나타내고, 구조물에 작용하는 압축 하중의 변화에 따른 전기저항 변화율이 선형적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 조성물.
[수학식]
Figure 112021029496849-pat00022

[수학식]에서 n은 전기저항 측정시의 압축 하중 값,
Figure 112021029496849-pat00023
는 압축 하중을 받고 있지 않을 때의 전기저항 값,
Figure 112021029496849-pat00024
은 압축 하중 n에서의 전기저항 값이다.
In the smart concrete composition,
Containing cement, silica fume, silica powder, super plasticizer and water, and containing any one of silica sand or steel slag,
Silica fume and silica powder are incorporated by weight of 15% and 25% by weight of cement, respectively, superplasticizer is incorporated by weight of 4.8% or 4.9% by weight of cement, and silica sand or steel slag is incorporated by weight of cement. incorporated at 100% by weight based on the weight,
The rate of change of electrical resistance (FCR) defined by the following equation for a compressive load repeatedly applied to a structure formed of smart concrete including a smart concrete composition exhibits the same behavior, and electricity according to a change in compressive load acting on the structure A smart concrete composition for monitoring tension loss, characterized in that the rate of change of resistance linearly decreases.
[Equation]
Figure 112021029496849-pat00022

In [Equation], n is the compressive load value when measuring electrical resistance,
Figure 112021029496849-pat00023
is the electrical resistance value when no compressive load is applied,
Figure 112021029496849-pat00024
is the electrical resistance value under the compressive load n.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 따른 스마트 콘크리트 조성물을 포함하는 스마트 콘크리트로 형성되며, PSC 구조물에 마련된 긴장재에 걸리는 긴장력 또는 긴장응력의 변화를 감지하는 정착구를 포함하는 것을 특징으로 하는 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 정착구 시스템.
Smart concrete anchorage system for monitoring tension loss, characterized in that it is formed of smart concrete containing the smart concrete composition according to claim 1, and includes an anchorage that detects a change in tension or tension stress applied to a tension material provided in the PSC structure. .
제6항에 있어서,
상기 스마트 콘크리트는, 상기 긴장재에 걸리는 긴장력 또는 긴장응력의 변화에 따라 정착구에 가해지는 힘의 변화를 감지하고 상기 힘의 변화를 전기적 신호로 출력하는 것을 특징으로 하는 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 정착구 시스템.
7. The method of claim 6,
The smart concrete is a smart concrete anchorage system for monitoring tension loss, characterized in that it detects a change in the force applied to the anchorage according to the change in the tension applied to the tension material or the tension stress and outputs the change in the force as an electrical signal. .
제6항에 있어서,
상기 스마트 콘크리트는, 상기 긴장재에 걸리는 긴장력 또는 긴장응력의 변화에 따라 정착구에 가해지는 힘의 변화를 감지하는 전기-역학적 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 정착구 시스템.
7. The method of claim 6,
The smart concrete anchorage system for tension loss monitoring, characterized in that it has an electro-mechanical characteristic for detecting a change in force applied to the anchorage according to a change in tension or tension applied to the tension material.
제6항에 있어서,
상기 스마트 콘크리트는 상기 정착구 부피의 2%에 해당하는 섬유 보강재를 포함하는 것을 특징으로 하는 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 정착구 시스템.
7. The method of claim 6,
The smart concrete anchorage system for tension loss monitoring, characterized in that it contains fiber reinforcement corresponding to 2% of the anchorage volume.
시멘트, 실리카 흄(silica fume), 실리카 파우더(silica powder), 고성능 감수제(super plasticizer) 및 물을 포함하고, 실리카 샌드 또는 스틸 슬래그 중 적어도 어느 하나를 포함하며, 실리카 흄 및 실리카 파우더는 각각 시멘트의 중량에 대하여 15% 및 25%의 중량으로 혼입되는 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 조성물을 포함하는 스마트 콘크리트로 형성되며, PSC 구조물에 마련된 긴장재에 걸리는 긴장력 또는 긴장응력의 변화를 감지하는 정착구를 포함하고,
상기 정착구의 길이방향 모서리 쪽에는 전극부가 마련되며,
상기 전극부는 상기 정착구의 내부에 매립되는 메쉬 타입의 전극 본체 및 상기 전극 본체의 일단에 형성되어 상기 정착구의 외면에서 돌출되도록 마련되는 전극 프로브를 포함하는 것을 특징으로 하는 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 정착구 시스템.
Containing cement, silica fume, silica powder, super plasticizer and water, containing at least one of silica sand or steel slag, silica fume and silica powder are each of cement It is formed of smart concrete containing a smart concrete composition for monitoring tension loss that is incorporated in 15% and 25% of the weight by weight, and includes a fixture that detects the change in tension or tension stress applied to the tension member provided in the PSC structure. ,
An electrode part is provided on the longitudinal edge side of the anchorage,
The electrode part is a mesh-type electrode body embedded in the interior of the anchorage and an electrode probe formed at one end of the electrode body to protrude from the outer surface of the anchorage. Smart concrete anchorage for monitoring tension loss, characterized in that it comprises: system.
제10항에 있어서,
상기 정착구의 마주 보는 2면을 따라 각각 2개씩 배치된 상기 전극부는 상기 전극 본체가 서로 마주 보도록 배치된 것을 특징으로 하는 긴장력 손실 모니터링을 위한 스마트 콘크리트 정착구 시스템.
11. The method of claim 10,
A smart concrete anchorage system for monitoring tension loss, characterized in that the electrode units are arranged so that the electrode body faces each other along two opposite sides of the anchorage.
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