KR102273706B1 - 콘크리트 구조물의 건식 중성화 측정 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물의 건식 중성화 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 코어 채취와 분진 채취를 병행하여 2가지 방법의 단점을 보완함으로써 중성화 측정의 신뢰도를 높이고 습식으로 인한 오염 등을 해결함과 아울러 압축강도의 측정을 위한 공시체의 제공을 통해 중성화와 압축강도 2가지의 진단이 가능한 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 건식 중성화 측정 장치는, 콘크리트 구조물을 드릴링 하여 코어 공시체를 채취하는 코어 비트(10)와; 상기 코어 비트에 연결되며 상기 코어 비트의 드릴링 시 상기 콘크리트 구조물에서 떨어지는 분진을 회수하는 분진 회수수단으로 상기 코어 비트의 드릴링으로 상기 콘크리트 구조물에서 떨어지는 분진을 회수하는 분진 포집기(20), 상기 분진 포집기에 연결되며 상기 분진 포집기를 통해 포집되는 분진의 낙하와 회수를 유도하며 투명부를 포함하는 회수관(30), 상기 분진 회수수단을 통해 분진을 회수하는 중에 시약을 분무하는 시약 분무기(50)을 포함하여 상기 분진과 시약의 반응으로 탄산화를 확인하도록 함과 아울러 압축강도 측정을 위한 코어 공시체를 채취한다.

Description

콘크리트 구조물의 건식 중성화 측정 장치 및 방법{Measurement devices and methods for dry neutralization of concrete structures}

본 발명은 콘크리트 구조물의 건식 중성화 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실시간으로 콘크리트 구조물의 중성화 깊이를 측정함과 아울러 압축강도의 측정을 위한 공시체를 제공함으로써 2중 점검(안전진단)이 가능한 콘크리트 구조물의 건식 중성화 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.

이 부분은 본 출원 내용과 관련된 배경 정보를 제공할 뿐 반드시 선행기술이 되는 것은 아니다.

콘크리트는 표면으로부터 공기중의 탄산가스를 흡수하여 콘크리트 중의 수산화칼슘이 탄산칼슘으로 변화하면 알칼리성을 잃게 되는데, 이러한 현상을 탄산화 또는 중성화라 하며, 콘크리트의 탄산화로 인해 철근표면을 감싸고 있던 부동태피막이 파괴되면 철근의 부식이 시작되고 콘크리트의 수명이 단축된다.

이와 같은 콘크리트의 탄산화 메커니즘은, 도 1에서 보이는 바와 같이, 콘크리트로 탄산가스 침투 → 탄산화(중성화) → 철근의 부동태피막 파괴 → 철근 부식 → 철근 부피 팽창 → 콘크리트 균열 순으로 진행되며, 화학식으로는 Ca(OH)2(수산화칼슘) + CO₂ = CaCO₃(탄산칼슘) + H₂O 이다.

탄산화가 진행되기 전 수산화칼슘은 원래 수소이온농도가 pH 12~13 정도의 강알칼리성이나 탄산화 현상으로 탄산칼슘으로 변화된 부분은 pH 8.5~10 정도로 낮아져 중성화 된다.

콘크리트 내부의 pH가 11 이상에서는 산소가 존재해도 녹슬지 않지만 pH가 11보다 낮아지면 철근에 녹이 발생하고 철근이 원래의 체적보다 약 2.5배까지 팽창되면서 콘크리트에 균열이 발생 된다.

콘크리트의 탄산화 검사방법으로는, 검사시약인 페놀프탈레인 1%용액이 알칼리성 물질과 만나서 반응하면 붉은색으로 변화하는 점에 착안하여 페놀프탈레인 용액을 콘크리트에 분사하여 색상변화의 유무를 육안으로 관찰하여 판단하게 된다.

페놀프탈레인 1%용액을 콘크리트에 분무하였을 때 pH 9 이하에서는 무색, 이보다 높은 pH 값에서는 적색을 나타내므로 매우 간편하게 식별할 수 있으며, 이 측정법은 콘크리트 구조물로부터 공시체를 코어 형태 또는 가루 형태(분진)로 채취해서 검사하거나 콘크리트 구조물에 구멍을 천공해서 현장에서 직접 검사하고 있다.

코어 채취에 의한 방법의 과정을 설명하면, 측정위치를 결정하고 습식으로 코어를 채취한다. 채취한 코어는 완전 건조시켜 할열(반으로 쪼갬)하며. 1% 페놀프탈레인 용액을 분무를 하여 중성화 깊이를 판정하는 것으로, 코어 공시체에서 이물질을 제거하고 건조를 시킨 후 페놀프탈레인 1% 용액을 뿌려 중성화 깊이를 판정해야 하는 번잡한 과정으로 인해 측정 시간이 오래 걸리는 단점, 습식 방식으로 인한 구조물의 오염을 유발하는 단점이 있다. 또한, 코어 드릴의 장비를 이용하여 콘크리트 코어 공시체를 채취한 후 이 코어 공시체에 시약을 도포하여 중성화를 확인하는 방법이기 때문에 즉 코어 공시체의 채취 작업 중에 중성화를 확인할 수 없는 방법이기 때문에 중성화 깊이 이상 크기의 코어 공시체를 채취할 수밖에 없으며 따라서 피복 두께의 코어 공시체를 채취하는 과정에서 철근에 손상을 주는 문제점이 있다.

한편, 드릴을 이용하는 방법은 측정위치를 결정하고 1% 페놀프탈레인 용액을 바른 디스크를 준비하며, 드릴로 천공하여 분진과 시약과 반응 시 드릴링을 중지하여 중성화 깊이를 측정하는 것으로, 콘크리트 구조물 안에 있는 자갈의 영향으로 인해 그 오차가 발생하게 되고 이는 결국 중성화 측정 결과의 신뢰성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

본 발명의 배경기술을 확인할 수 있는 특허문헌은 다음과 같다.

등록특허 제10-1669609호는 골격을 이루는 프레임; 프레임에 평행하게 설치되는 복수의 가이드샤프트; 가이드샤프트에 의해 각각 직선 안내되는 슬라이드부시; 슬라이드부시에 설치되어 콘크리트 구조물의 벽면에 가공되는 탄산화 시험구멍을 천공하기 위한 드릴비트와 해머드릴을 안내하는 무빙플레이트; 무빙플레이트의 일측에 형성되는 기어고정판; 가이드샤프트와 평행한 길이방향으로 기어고정판에 설치되는 랙기어; 랙기어와 맞물려 회전되고, 프레임의 하부에 수직으로 설치되는 피니언기어; 피니언기어와 연결되어 회전되는 회전원반; 회전원반의 상면에 부착되어 탄산화 시험구멍으로부터 아래쪽으로 떨어지는 콘크리트의 분진을 받는 탄산화 반응지를 포함하는 것으로, 드릴 천공의 일 예로서 전술한 문제점을 갖고 있다.

등록특허 제10-1669616호는 서로 거리를 두고 코어공시체의 축방향으로 평행하게 설치되는 한 쌍의 수평채널; 수평채널의 바깥쪽 측면으로부터 각각 바닥을 향해 하향 절곡되는 다리부; 다리부의 하단부에 설치되어 바닥에 지지되는 발판; 수평채널의 상부에 서로 거리를 두고 설치되는 고정브래킷; 고정브래킷에 설치되어 코어공시체를 지지하는 경방향 지지롤러; 수평채널의 안쪽에 설치되는 복수의 평행링크; 평행링크의 상단에 설치되는 승강브래킷; 승강브래킷에 설치되어 코어공시체를 축방향으로 안내하는 축방향 가이드롤러; 승강브래킷에 설치되는 레버를 포함하는 것으로, 코어 공시체의 채취만을 특징으로 하고 있을 뿐 습식에 의한 단점을 갖고 있다.

등록특허 제10-1669609호 등록특허 제10-1669616호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래 코어 채취와 분진 채취를 병행하여 2가지 방법의 단점을 보완함으로써 중성화 측정의 신뢰도를 높이고 습식으로 인한 오염 등을 해결함과 아울러 압축강도의 측정을 위한 공시체 제공을 통해 중성화와 압축강도 2가지의 진단이 가능한 콘크리트 구조물의 건식 중성화 측정 장치 및 방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 건식 중성화 측정 장치는, 콘크리트 구조물을 드릴링 하여 코어 공시체를 채취하는 코어 비트와; 상기 코어 비트에 연결되며 상기 코어 비트의 드릴링 시 상기 콘크리트 구조물에서 떨어지는 분진을 회수하는 분진 회수수단과; 상기 분진 회수수단을 통해 분진을 회수하는 중에 시약을 분무하는 시약 분무수단을 포함하며, 상기 회수관 내부에서 일어나는 상기 시약과 분진의 반응을 보여줌으로써 탄산화를 확인하도록 하고 코어 공시체를 채취하는 것을 특징으로 한다.

상기 회수관은 상기 분진과 시약의 반응을 외부로 보여주기 위한 투명부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 건식 중성화 측정 장치 및 방법에 의하면, 단일 작업으로 분진과 코어 공시체를 채취하여 탄산화 측정과 압축강도 측정의 2가지 작업을 할 수 있으므로 측정 작업의 효율성을 향상하는 효과, 즉 종래 탄산화 측정을 위하여 분진을 채취하고 압축강도 측정을 위하여 별도의 작업으로 코어 공시체를 채취하는 작업보다 효율성이 우수한 효과가 있으며, 또한, 2가지 안전진단항목의 진단이 가능하여 신속하고 정확한 안전진단으로 신뢰성도 향상하는 효과가 있다.

그리고, 코어 공시체를 채취한 후 코어 공시체탄산화 깊이의 정확한 수치도 확인할 수 있어 탄산화 측정 결과의 신뢰성을 향상하는 효과도 있다.

도 1은 콘크리트 구조물의 탄산화를 보인 개념도.
도 2는 본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 건식 중성화 측정 장치의 사시도.
도 3 내지 도 4는 본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 건식 중성화 측정 장치를 이용한 중성화 측정 공정도.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 2 내지 도 4에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 건식 중성화 측정 장치(100)는, 코어 드릴(1)에 연결되며 코어 드릴(1)을 통해 회전하면서 콘크리트 구조물을 드릴링하여 코어 공시체를 채취하는 코어 비트(10)와 연결되며 코어 비트(10)의 드릴링 시 발생하는 분진을 포집하는 분진 포집기(20), 분진 포집기(20)에 의해 포집된 분진을 회수하는 회수관(30), 흡입력을 통해 분진을 분진 포집기(20)에서부터 회수관(30)을 경유한 후 회수하는 진공 흡입기(40), 회수관(30)을 통해 회수되는 분진에 중성화 확인을 위한 시약을 분무하는 시약 분무기(50)를 포함하며, 코어 비트(10)의 드릴링으로 코어 공시체를 채취하여 제공함과 아울러 분진과 시약을 통해 중성화를 확인하도록 하는 2가지의 진단(압축강도 진단, 중성화 진단)이 가능하다.

코어 비트(10)는 코어 공시체를 채취하는 통상의 제품이며 코어 공시체의 크기에 맞는 제품이 선택되며 코어 드릴(1)에 연결되어 사용된다.

코어 비트(10)는 코어 공시체를 채취할 때 자연스럽게 분진이 발생되도록 하며, 즉, 코어 공시체 채취와 분진 발생 2가지의 기능을 한다. 또한, 코어 비트(10)는 분진을 내부로 유도하기 위한 홀을 갖는 구조이다.

분진 포집기(20)와 회수관(30)과 진공 흡입기(40) 및 시약 분무기(50)는 코어 비트(10)에 의해 발생된 분진으로 중성화를 측정하는 구성이다.

분진 포집기(20)는 예를 들어 코어 비트(1)의 연결봉(2)에 공회전 가능하게 연결되어 코어 드릴(10)이 회전하여도 제자리를 유지하며 코어 비트(10)의 드릴링에 의해 발생된 분진을 내부에 포집한 후 회수관(30)으로 유도한다.

예를 들어, 분진 포집기(20)는 코어 드릴(1)의 연결봉(2)의 둘레부에 일정 간극을 두고 베어링을 통해 고정되는 고정관(21), 고정관(21)에 고정되며 분진을 회수관(30)으로 유도하는 포집 어댑터(22)로 구성된다.

분진은 코어 비트(10)의 내부와 분진 포집기(20) 내부를 경유한 후 회수관(30)으로 유도되는 것이며, 이 때, 코어 비트(10)의 외부로 비산되는 분진이 분진 포집기의 내부로 유입되는 것은 매우 적다.

회수관(30)은 분진 포집기(20)에 포집된 분진을 진공 흡입기(40)에 회수하는 외부 밀폐형 경로를 제공하며 또한, 분진의 회수 중에 밀폐 공간 안에서 분진과 시약에 의한 중성화 테스트가 이루어지고 작업자가 중성화 테스트 결과도 확인할 수 있도록 투명부(31)를 포함한다.

즉, 회수관(30)은 모든 부분이 투명한 투명부(31)로 구성될 수 있고 또는 투명부(31)와 불투명부(32)의 조합으로 구성된다.

투명부(31)는 분진과 시약의 반응 결과를 육안으로 확인시킬 수 있는 부분이며, 그 위치와 길이를 특별하게 한정하지는 않는다.

또한, 투명부(31)와 불투명부(32)의 조합의 경우 예를 들어, 투명부(31)가 분진 포집기(20)에 연결되는 한편 불투명부(32)가 진공 흡입기(40)에 연결될 수 있으며, 또는 불투명부(32) - 투명부(31) - 불투명부(32)의 연속 구조도 가능하다.

시약 분무기(50)에서 분무되는 시약의 일부는 분진과 함께 투명부(31)의 내면에 묻을 수 있고, 이와 같이 투명부(31)의 내면이 오염되면 투명부(31) 안에서 분진과 시약의 반응을 정확하게 판단할 수 없으므로 투명부(31)는 불투명부(32)에 분리되도록 연결되고, 세척 또는 교체를 통해 투명을 유지한다.

회수관(30)은 길이조절과 유연성이 있는 주름관으로 구성되어, 진공 흡입기(40)의 거치 위치와 코어 비트(10)의 드릴링 위치를 자유롭게 바꿀 수 있도록 한다.

진공 흡입기(40)는 흡입력을 통해 분진을 신속하게 회수하는 것이며, 회수백이 포함된 통상의 진공 흡입기가 사용된다.

시약 분무기(50)는 회수관(30)을 따라 진공 흡입기(40)로 흐르는 분진에 시약을 분무하며, 바람직하게 노즐부가 투명부(31)의 내부와 통하도록 구성, 예를 들어 투명부(31)에 연결부(원통형의 허브 또는 구멍)를 형성하고 시약 분무기(50)의 노즐부를 상기 연결부에 분리 가능하게 연결된다.

시약 분무기(50)는 바람직하게, 펌프식으로 코어 공시체를 채취하고 중성화 테스트를 위한 분진을 채취하는 동안에만 시약을 분무하는 구성일 수 있으며, 즉, 일정 회수의 펌핑을 통해 시약이 일정시간동안 분무되는 기성품이 사용 가능하다.

시약 분무기(50)는 작업자가 펌핑 작업을 드릴링과 동시에 할 수 있는 구성도 가능하다.

본 발명에 의한 콘크리트 구조물의 건식 중성화 측정 방법은 다음과 같다(도 2 참조).

(S10) 측정 위치 결정 및 측정 장치 셋팅(도 3 참고).

중성화 측정의 위치를 선정하고 측정 장치(100)를 셋팅한다.

측정 장치(100)의 셋팅은 진공 흡입기(40)를 콘크리트 구조물의 가까운 곳에 놓고 작업자가 핸드형 코어 드릴(1)의 손잡이를 잡고 코어 비트(10)의 선단부를 측정 위치에 거치하는 것이다. 또한, 진공 흡입기(40)에 전원을 인가하여 회수관(30)과 분진 포집기(20) 안을 진공 흡입기(40)를 향하는 흡입의 분위기로 조성한다.

(S20) 드릴링 및 분진 회수.

시약 분무기(50)를 펌핑하여 시약이 일정시간(예를 들어 10초 ~ 2분1분)동안 회수관(30)의 투명부(31) 안에 분무되도록 한다. 한편, 2분 후에도 탄산화 깊이가 측정되지 않을 경우 재펌핑하여 사용한다. 또한, 자동펌핑 분사 제품을 사용할 수도 있다.

이 상태에서 코어 드릴(1)의 레버를 조작하여 코어 비트(10)를 회전시키고 코어 비트(10)를 콘크리트 구조물의 안쪽으로 밀어 드릴링한다.

코어 비트(10)가 콘크리트 구조물 안으로 삽입되면서 드릴링하고, 이와 같은 드릴링 시 분진이 발생하며, 분진은 흡입력을 통해 분진 흡입기(20)에 흡입된 후 회수관(30)을 경유하여 진공 흡입기(40)에 회수된다.

이 과정에서 분진은 투명부(31)를 통과하고 이 때 시약과 접촉되어 반응한다.

작업자는 투명부(31)의 내부를 육안으로 확인하여 분진의 변색을 확인한다.

(S30) 코어 공시체 채취(도 4 참고).

콘크리트 구조물의 탄산화가 진행되지 않았으면 분진은 고유의 색을 그대로 유지하면서 회수된다.

반면, 콘크리트 구조물의 탄산화가 진행된 경우 투명부(31) 안에서 분진이 시약과 반응하여 색이 변하게 되고 이러한 변색을 통해 탄산화를 판단한다.

이와 같이 탄산화 깊이를 측정한 뒤, 계속해서 일정 깊이까지 드릴링하여 코어 공시체를 채취한다.

콘크리트 구조물에서 채취한 코어 공시체를 시료로 하여 압축강도를 측정할 수 있고 또한, 코어 공시체에 시약을 도포하여 중성화 깊이를 정확한 수치로 측정할 수도 있다.

회수관(30)의 투명부(31) 표면이 분진과 시료로 오염된 경우 회수관(30)에서 투명부(31)를 분리한 후 세척하여 재사용한다.

1 : 코어 드릴, 2 : 구동봉
10 : 코어 비트, 20 : 분진 포집기
30 : 회수관, 31 : 투명부
32 : 불투명부,
40 : 진공 흡입기, 50 : 시약 분무기

Claims (5)

1. 콘크리트 구조물을 드릴링 하여 코어 공시체를 채취하는 코어 비트와;
   상기 코어 비트에 연결되며 상기 코어 비트의 드릴링 시 상기 콘크리트 구조물에서 떨어지는 분진을 회수하는 분진 회수수단과;
   상기 분진 회수수단을 통해 분진을 회수하는 중에 시약을 분무하는 시약 분무수단을 포함하며,
   상기 분진 회수수단은, 상기 코어 비트의 연결봉에 공회전 가능하게 연결되어 상기 코어 비트가 회전하여도 제자리를 유지하며 상기 코어 비트의 드릴링에 의해 발생된 분진을 내부에 포집하는 분진 포집기, 상기 분진 포집기에 연결되어 상기 분진 포집기를 통해 포집되는 분진의 낙하와 회수를 유도하며 상기 시약 분무수단이 연결되어 시약에 의한 분진의 반응을 보여주는 투명부를 포함하는 회수관, 상기 분진 포집기에 연결되어 흡입력으로 분진을 흡입 회수하는 진공 흡입기를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 건식 중성화 측정 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서, 상기 투명부는 상기 분진 포집기에 분리 가능하게 조립되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 건식 중성화 측정 장치.
5. 청구항 1에 의한 콘크리트 구조물의 건식 중성화 측정 장치를 이용한 중성화 측정 방법으로서,
   콘크리트 구조물의 건식 중성화 측정 장치의 코어 비트를 측정 위치에 거치하고 시약 분무수단의 구동으로 시약을 분무시켜 분진 회수를 준비하는 제1단계와;
   상기 콘크리트 구조물의 건식 중성화 측정 장치의 코어 비트를 구동시켜 콘크리트 구조물에서 발생되는 분진을 회수하여 상기 분진과 시약을 반응시켜 탄산화를 보여주는 제2단계와;
   상기 제2단계를 통해 탄산화가 확인된 후 상기 코어 비트의 드릴링을 정지한 후 코어 공시체를 채취하는 제3단계를 포함하며 분진을 이용한 탄산화 및 압축강도 측정을 위한 코어 공시체를 제공하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 건식 중성화 측정 방법.
   
   

Images