KR200326587Y1 - 콘크리트의 경화(양생)과정 중 온도변화를 감시하는 전자장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 콘크리트 건물, 구축물 및 공장제작 제품(흄관, 맨홀, ALC, 교량의 교각, 아파트 시공 콘크리트 패널, 플륨관 등) 등과 같이 경화(양생)과정 중 온도의 확인이 필요한 물질 속에 온도센서를 삽입·부착하여, 센서와 연결된 저장장치를 통해 콘크리트의 경화(양생)과정 중의 온도변화를 저장장치 내부의 메모리에 기록하여 사후에 분석장치로 전송하고, 전송된 데이터를 분석 프로그램을 통하여 확인, 분석하는 전자장치에 관한 것이다. 특히, 본 고안은 특수 건축물 및 구축물(원자력 발전소, 댐, 초고층 빌딩 등)의 시공 시, 콘크리트의 경화(양생)과정을 전자적으로 규격화된 방법을 이용하여 검사하고 분석할 수 있게 해줌으로서 경화(양생)과정 중에 발생한 문제점을 파악하여 문제가 있는 건축물 및 구축물의 현장적용을 미연에 방지할 수 있어, 건축물 및 구축물의 안전성 확보와 재시공에 따른 제반 비용의 절감에 있어 특유의 효과를 가지고 있다.

Description

콘크리트의 경화(양생)과정 중 온도변화를 감시하는 전자장치{A Electronic Device Watching the Thermal Change of Concretes in the course of Curing}

(기술분야)

본 고안은 콘크리트 건물, 구축물 및 공장제작 제품의 내구성 및 안전성 확보를 위해 고안된 것으로서 콘크리트의 경화(양생) 시 콘크리트 내부와 표면 그리고 주변 대기의 온도변화를 각각의 온도 센서를 통해 시간별로 측정하여 그것을 센서와 연결된 콘크리트 외부의 저장장치에 저장하며 저장장치에 부착된 LCD로는 현재 콘크리트 내부 온도를 디스플레이 해준다. 또한 콘크리트의 경화가 종료된 후에는 저장장치에 저장된 온도 자료를 분석장치로 유무선 전송하여 분석장치의 디스플레이 화면에 보여주고 이를 분석하는 방법으로 본 고안은 운용되어진다. 즉, 전자적으로 분석된 데이터를 바탕으로 콘크리트의 내구성을 확인할 수 있게 하고, 최적의 온도변화를 나타낸 콘크리트 구축물에 있어서는 구축물의 내구성 및 안전성을 보증할 수 있게 한다.

(배경기술)

콘크리트가 외부적으로 완전 경화가 진행된 상태에서 본다면 콘크리트의 양생 과정 중 어떠한 외부의 온도변화가 있었는지는 알 수가 없다. 예를 들어 촉진양생 시에 가져야 할 사전양생시간을 충분히 가졌는지, 또한 자연양생 시 콘크리트 내부의 온도변화가 적절하였는지 등은 육안으로는 알 수가 없는 사항들이다.

실제 증기양생의 경우, 사전양생을 하지 않고 급격히 온도를 올리거나, 높은 온도에서 급격히 냉각하거나 하면 제품에 균열이 생기며 장기적 내구성이 떨어지게 된다. 또한 오토클레이브(Autoclave) 양생의 경우도, 양생온도가 200℃ 이상이 되면 쟈이로라이트(C2S3H2)와 같은 불안정한 결정이 생긴다고 한다. 자연양생의 경우도 이와 마찬가지로 콘크리트의 보온이 잘못 되 겨울철 양생 시 콘크리트의 내부에 결빙현상이 생기거나, 여름철 양생 시 콘크리트의 외부 온도가 너무 높아 콘크리트 외부에 부분적인 건조가 발생한다거나 하면 그것들은 모두 콘크리트 구축물의 균열 원인이 된다.

우선, 양생이라 함은 콘크리트 타설(Vibration) 후 소정의 물성이 발현하기까지 외계의 변화로부터 콘크리트를 보호하는 것을 의미하는데, 콘크리트의 강도가 크게 되기까지 과도한 충격이나 하중을 주지 않거나, 경화가 진행되는 사이 적당한 온도와 습도를 주어 충분히 경화력을 발휘할 수 있도록 하거나 비, 바람, 서리, 햇빛 등의 기상작용에 대하여 콘크리트의 노출면을 보호하는 일이다. 즉, 본 고안에서 말하는 저장장치에 저장되는 데이터라 함은 콘크리트가 타설된 후 일정시간이 지나 경화가 되기까지 콘크리트 및 콘크리트 주변의 온도 변화가 어떠하였지를 나타내는 기록이라 할 수 있다.

이를 바탕으로 본 고안에서 이루고자 하는 기술적 과제는 양생과정 중에 발생할 수 있는 온도 변화에 따른 콘크리트의 결함을 추적해 내어 실재 적용에 있어내구성 및 안전성이 입증된 콘크리트 구축물만을 현장에 적용시키고자 함에 있다. 다시 말해, KS규격에 제시된 검사 방법 외에 본 고안에서 개발되는 콘크리트의 경화(양생)과정 중 온도변화를 감시하는 전자장치를 도입하여 콘크리트 구축물의 완벽한 품질관리가 생산단계에서부터 이루어져야 하겠다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 콘크리트 구축물의 내부, 표면, 외부 대기 등 각 부분의 온도를 측정하기 위한 3개의 온도 센서와 8비트 마이크로 프로세서(Microprocessor),LCD(Liquid Crystal Display), 배터리(16) 등으로 이루어진 저장장치와 사후에 저장장치에 저장된 데이터를 확인하고 분석할 때 사용하는 분석장치로 나누어지는 특징이 있다. 저장장치는 자료의 정밀도와 신뢰성을 얻기 위해 메모리 기능이 포함된 마이크로 프로세서를 채용하였으며, 측정한 자료를 장소에 구애받지 않고 분석장치로 전송하기 위한 유무선 연결 기능을 갖추었다. 따라서 검사자의 접근이 용이하지 못한 곳(자연양생 시 교량의 교각 중간부분, 아파트 공사현장 등)의 제품 성형 시에도 콘크리트 속에 저장장치를 넣고 양생을 하여 무선으로 접근이 가능하다는 특징을 가지고 있다.

도 1은 본 고안에 따른 콘크리트의 경화(양생)과정 중 온도변화를 감시하는 전자장치의 구성도 이다.

도 2는 본 고안에 따른 콘크리트의 경화(양생)과정 중 온도변화를 감시하는 전자장치의 실제 적용도 이다.

도 3은 본 고안에 따른 콘크리트의 경화(양생)과정 중 온도변화를 감시하는 전자장치의 저장장치와 분석장치 간의 연결 방법 중 무선연결 제어과정을 도시한 블록도 이다.

도 4는 본 고안에 따른 콘크리트의 경화(양생)과정 중 온도변화를 감시하는 전자장치의 동작 블록도 이다.

< 도면의 간단한 설명>

10: 저장장치

20: 분석장치

30: 온도 측정 센서

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 고안을 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 콘크리트 제품 등 경화(양생)과정 중 내부 온도 확인이 필요한 물질의 내부 온도 확인 전자장치 중 저장장치(10)의 구성도로서, 콘크리트 구축물의 주변에 어떻게 센서를 장착하여 장치를 구성하는 지를 나타내는 것이다.

도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 저장장치(10)는 LCD(11), 마이크로 프로세서(12), 메모리(13) 등이 내부에 장착되어 콘크리트의 경화(양생)과정 중 온도변화를 감시하는 전자장치의 핵심 역할을 하며 자료 저장과 명령수행 기능을 하고, 온도 측정 센서(30)는 상기 저장장치(10)에 연결되어 콘크리트의 내부 온도변화를 측정하는 내부 온도 측정 센서(31)와, 표면의 온도변화를 측정하는 표면 온도 측정 센서(32)와, 콘크리트의 주변 대기 온도변화를 측정하는 외부 온도 측정 센서(33)로 이루어지며, 상기 저장장치(10)와 외부의 분석장치(20)는 데이터 전송을 위한 블루투스(Blue Tooth)방식의 무선연결을 구성하는 특징이 있다..

도 2는 콘크리트의 경화(양생)과정 중 온도변화를 감시하는 전자장치의 실제 구성도로서, 콘크리트 구축물에 각각의 센서가 설치되어 온도의 변화를 감지하고 있는 모습을 나타낸 것이다.

도시된 바에 의거하여 본 고안의 실시 예를 설명한다.

우선 작업자는 도 2에서 제시한 바와 같이 내부 온도 측정 센서(31)가 콘크리트 속에 완전히 삽입되도록 하여 설치를 하고, 표면 온도 측정 센서(32) 역시 콘크리트의 표면에 고정되어 콘크리트와 분리가 되지 않도록 하여 설치를 해야 한다. 또한 대기 온도를 측정하는 외부 온도 측정 센서(33)는 온도 측정 시 방해를 받지 않는 위치를 선정하여 설치를 해야 한다. 최초 본 장치를 작동시키기 위해 작업자는 센서를 각각의 위치에 장착한 후 센서 연결 커넥터(34)를 상호 연결하여 센서와 저장장치(10)가 서로 연결 되도록 해야 한다. 그 후 작업자는 분석장치(20)를 이용하여 저장장치(10)에'온도 데이터 수집 시작'을 알리는 커맨드(Command)를 보내게 된다.

'온도 데이터 수집 시작'을 알리는 커맨드를 수신한 유무선 통신 모듈은 마이크로 프로세서(12)로 '온도 데이터 수집 시작'을 알리는 외부 인터럽트(External Interrupt) 신호를 가하게된다. 마이크로 프로세서(12)는 유무선 통신 모듈(14)로 부터 '온도 데이터 수집 시작'을 알리는 외부 인터럽트 신호를 받기 전까지는 전원 절약 모드(Power Save Mode)로 동작 대기하고 있다가 인터럽트 신호를 검출함과 동시에 '온도 측정 시작'을 알리는 신호를 발생시킨다. 전원 절약 모드에서 마이크로 프로세서(12)는 비동기 타이머(15)(Asynchronous Timer)를 제외한 모든 기능이 정지되어 대기상태로 있으며 인터럽트 신호에 의해서만 대기 상태에서 동작 상태로 복귀하여 프로그램 상의 다음 루틴(Routine)을 수행하게 된다.

마이크로 프로세서(12)는 "온도 데이터 수집 시작"을 알리는 외부 인터럽트 신호를 수신하면 우선 A/D 변환회로(16)를 통해 각 센서의 연결 상태를 확인한다. 각각의 센서가 제대로 연결되어 있다면 마이크로 프로세서(12)는 A/D 변환회로(16)를 통해 배터리(16) 전압을 체크한다. 그러나, 각 센서의 연결상태가 올바르게 되어 있지 않다면 마이크로 프로세서(12)는 작업자에게 LCD(11)로 에러 메시지를 표시해 주게 된다. 만일 내부 온도 측정 센서(31)의 연결이 올바르지 않다면 "#1 Error"이라는 에러 메시지를, 표면 온도 측정 센서(32)의 연결이 올바르지 않다면 "#2 Error"이라는 에러 메시지를 표시하게 된다. 경고 메시지를 인지한 작업자는 센서의 연결 상태를 확인하고 바른 연결이 이루어질 수 있도록 조치를 취해야한다.이 메시지는 센서가 제대로 연결되면 "Conn OK"라는 메시지로 바뀌고, 마이크로 프로세서(12)는 다음단계인 배터리(16) 전압 체크 모드를 수행하게 된다. 배터리(16) 전압 체크 모드에서는 A/D 변환회로를 통해 측정된 배터리(16) 전압이 프로그램에 의해 정의된 '동작에 필요한 최소 기준전압' 이하일 경우에 마이크로 프로세서(12)는 배터리(16) 충전이 필요함을 알리는 "Plz Charge"라는 메시지를 LCD(11)에 표시하게 된다. 이 메시지를 인지한 작업자는 저장장치(10)를 수거하여 충전시킨 후 재 작업을 해야 한다. 마이크로 프로세서(12)는 배터리(16) 충전이 필요함을 알리는 메시지를 발생시킨 후 측정모드로 전환하지 않고 바로 전원 절약 모드인 동작 대기 상태로 들어가 전력소모를 최소한으로 하고 충전이 다 될 때까지 계속 동작 대기 상태로 머물러 있게 된다. 그러나 측정된 배터리 전압이 '동작에 필요한 최소 기준전압'보다 높거나 같을 경우에는 측정모드로 전환하여 센서를 통한 측정을 시작하며, '온도 측정 시작'을 알리는 신호를 발생시킨다. '온도 측정 시작'을 알리는 신호는 외부적으로 작업자에게 LCD(11)에 "Check Start"라는 메시지를 표시하게 된다.

온도 측정을 시작한 후 A/D 변환회로(10)를 통해 측정된 배터리 전압과 온도 센서 값은 프로그램에 정의된 데이터 변화 공식을 통하여 온도로 환산된다. 환산된 온도 데이터는 다시 암호화되어 마이크로 프로세서(12) 내부의 메모리(13)(EEPROM)에 현재의 시간과 함께 저장된다. 저장된 데이터는 암호화되었음으로 타인에 의한 조작이 불가능하게 된다. 데이터를 메모리(13)에 저장한 후 마이크로 프로세서(12)는 다시 전원 절약 모드로 전환하여 배터리(16) 소모를 최소화하게 된다.

한편, 비동기 타이머(15)는 일정한 시간주기(예를 들어 2초)마다 타임아웃 인터럽트(Time Out Interrupt) 신호를 발생시키는데 마이크로 프로세서(12)는 타임아웃 인터럽트 신호를 매회 카운트하는 방식으로 시간을 인식하게 된다. (예를 들어, 타임아웃 인터럽트 신호를 30번 카운트하면 1분) 이를 이용하여 마이크로 프로세서(12)는 일정시간(설정이 가능한 임의의 시간)마다 측정 모드와 전원 절약 모드를 반복하며 데이터를 일정한 회 수만큼 저장하게 된다.

콘크리트의 양생 시작 시점부터 양생이 종료가 되는 시점까지 측정한 내부와 표면 그리고 외부의 온도변화를 감시한 데이터가 메모리(13)에 일정 시간 간격으로 임의의 회 수 만큼 저장이 되면 마이크로 프로세서(12)는 더 이상 측정하지 않고 '온도 데이터 수집 종료'를 알리는 외부 인터럽트 신호가 들어올 때까지 계속 전원 절약 모드로 동작하며 전원 소모를 최소화하게 된다.

콘크리트의 양생이 모두 끝나면 작업자는 내부, 표면 온도 측정 센서 연결 커넥터(34)를 분리하거나 또는 절단기로 센서와 연결된 케이블을 잘라내어 콘크리트에 장착되어 있는 내부, 표면 온도 측정 센서와 저장장치 사이의 연결을 끊어 놓다. 그 후, 분석장치(20)에서 '온도 데이터 수집 종료'를 알리는 커맨드를 송신해 저장장치(10)에 측정 종료를 알리게 된다. '온도 데이터 수집 종료' 커맨드를 수신한 저장장치(10)의 유무선 통신 모듈(14)은 마이크로 프로세서(12)에 '온도 데이터 수집 종료'를 알리는 외부 인터럽트 신호를 가하게 된다.

마이크로 프로세서(12)는 '온도 데이터 수집 종료'를 알리는 인터럽트 신호를 검출함과 동시에 '온도 측정 종료'를 알리는 신호를 발생시킨다. '온도 측정 종료'를 알리는 신호는 외부적으로 작업자에게 LCD(11)에 "Check End"라는 메시지를 표시함으로서 전달된다. 마이크로 프로세서(12)는 '온도 측정 종료'를 알리는 메시지를 표시한 후 다시 처음의 동작 대기 상태로 돌아간다.

도 3은 본 고안에 따른 콘크리트의 경화(양생)과정 중 온도변화를 감시하는 전자장치의 저장장치와 분석장치 간의 연결방법 중 무선연결 제어과정을 도시한 블록도 이다.

도시된 바에 의하여 두 장치간의 무선연결 과정을 설명한다.

온도 측정이 종료되었음을 인지한 작업자는 저장장치(10)에 저장된 온도 데이터를 확인하기 위하여 저장장치(10)와 분석장치(20) 간의 무선 데이터 송신을 시도하게 된다.

우선 무선 모듈을 통하여 저장장치(10)와 분석장치(20)간의 연결을 구성하기 위해서는 저장장치(10)와 분석장치(20) 사이의 연결을 만드는 단계로, 분석장치(20)에서 '연결 요청 명령'을 저장장치로(10) 먼저 송신한다. 여기서, 커맨드는 무선 통신 모듈(14)을 통하여 저장장치(10)의 마이크로 프로세서(12)에 전달된다. '연결 요청 명령'을 수신한 마이크로 프로세서(12)은 무선 통신 모듈(14)을 통하여 '연결 확인 데이터'를 분석장치(20)로 송신하고 커맨드 수신 대기 상태로 전환한다. '연결 확인 데이터'를 수신한 분석장치(20)는 커맨드 송신 대기 상태로 전환된다.

위와 같은 단계로 저장장치(10)와 분석장치(20) 사이의 연결이 완성되면, 저장장치(10)의 LCD(11)에는 "Comm Connected"라는 메시지가 표시되고, 분석장치(20)의 디스플레이 화면에는 "장치가 연결되었다"라는 메시지 창이 뜨게된다. 각 장치의 메시지를 확인한 작업자는 분석장치(20)에서 커맨드를 송신하고, 커맨드를 수신한 저장장치(10)은 메모리(13)에서 커맨드에 맞는 데이터를 꺼내어 무선 통신 모듈(14)을 통해 분석장치(20)로 송신하게 된다.

필요한 모든 커맨드의 송수신이 끝난 후 작업자는 분석장치(20)에서 '연결 종료 명령'을 전송하고 "연결이 끊어졌다."라는 메시지 창을 표시하게 된다. '연결 종료 명령'을 수신한 저장장치(10)는 통신을 종료하고 LCD(11)에는 "Comm Terminated"라는 메시지를 표시하고 대기상태로 돌아가는 것으로 통신에 관련된 모든 동작은 종료가 된다. 통신을 하는 과정 중, 송신이나 수신을 준비하기 위한 모든 통신 대기 루틴은 동기 타이머(15)(Synchronous Timer)에 의해 통신 중 데이터나 커맨드가 수신되지 않을 경우 일정시간(약 1분)을 통신 대기하다가 메인 루틴(Main Routine)으로 복귀하여 마이크로 프로세서(12)가 언제라도 정상적인 동작을 수행 할 수 있도록 구성되었다.

이렇게 분석장치(20)로 저장장치(10)의 메모리(13)에 저장되어 있던 데이터가 모두 전송이 되면 작업자는 분석장치(20)의 디스플레이 화면에서 데이터를 확인할 수 있으며, 분석 프로그램에 의해 콘크리트의 경화 상태가 어느 수준인지를 알 수 있게 된다. 따라서, 이러한 방법으로 양생 과정을 감시할 경우 수집된 콘크리트 제품의 내부 온도 데이터는 시간과 온도 조건이 함께 나타나므로, 작업자 및 구매자는 제품의 상태 여부를 수집된 데이터를 근거하여 알 수 있게된다.

이상과 같이 본 고안은 콘크리트 건물, 구축물 및 공장제작 제품의 양생과정을 데이터화함으로서 작업자로 하여금 양생 과정의 문제점을 파악하여 차후 보완책을 마련 할 수 있게 하고, 양생 과정의 문제점을 해결함으로 콘크리트 제품의 수명을 연장시키는 효과를 얻을 수 있다. 또한 양생 과정의 시간별 온도변화를 데이터화하여 제공함으로서 보다 높은 제품의 안전에 대한 신뢰성을 제공할 수 있다.

Claims (8)

1. 온도의 변화를 측정하여, 그 데이터를 시간별로 저장하는 저장장치; 및

   저장장치에 저장된 데이터를 확인, 분석하는 분석장치;로 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트의 경화(양생)과정 중 온도변화를 감시하는 전자장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 저장장치는 데이터 저장기능을 가진 마이크로 프로세서;와

   현재의 내부 온도와 여러가지 단계에 따른 메시지를 표시해 주는 LCD;와

   콘크리트 내부에 삽입되어 내부의 온도변화를 측정하는 내부 온도 측정 센서;와

   콘크리트 표면에 장착되어 표면의 온도변화를 측정하는 표면 온도 측정 센서;와

   저장장치의 외 벽면에 장착되어 콘크리트 주변 대기의 온도변화를 감지하는 외부 온도 측정 센서; 및

   내부 온도 측정 센서와 표면 온도 측정 센서를 저장장치에 연결 시켜 주기 위한 센서 연결 커넥터;로 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트의 경화(양생)과정 중 온도변화를 감시하는 전자장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 저장장치는 분석장치에서 송신하는 커맨드를 저장장치 내부의 유무선 통신 모듈을 통해 수신하고, 그로 인해 발생하는 신호를 외부 인터럽트 신호로 인식하여 온도 측정을 시작하고 또한 종료하는 것을 특징으로 하는 콘크리트의 경화(양생)과정 중 온도변화를 감시하는 전자장치.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 내부 온도 측정 센서는 콘크리트의 내부에 삽입되어 내부의 온도변화를 감지하고, 콘크리트의 경화 후 연결 커넥터를 분리하거나 혹은 절단기로 케이블을 잘라내는 방법으로 저장장치와의 연결을 끊는 것을 특징으로 하는 콘크리트의 경화(양생)과정 중 온도변화를 감시하는 전자장치.
5. 제 2항에 있어서,

   상기 표면 온도 측정 센서는 콘크리트의 표면에 장착되어 표면의 온도변화를 감지하고, 콘크리트의 경화 후 연결 커넥터를 분리하거나 혹은 절단기로 케이블을 잘라내는 방법으로 저장장치와의 연결을 끊는 것을 특징으로 하는 콘크리트의 경화(양생)과정 중 온도변화를 감시하는 전자장치.
6. 제 2항에 있어서,

   상기 외부 온도 측정 센서는 저장장치의 외 벽면에 장착되어 콘크리트 주변 대기의 변화를 감지하고, 교량의 교각, 고층 빌딩 등 작업자의 접근이 용이하지 못한 곳의 콘크리트 온도 변화 과정을 감시하기 위하여 저장장치를 콘크리트 내부에 삽입하여 양생하는 방법으로 콘크리트 내부의 온도를 감지하는 것을 특징으로 하는 콘크리트의 경화(양생)과정 중 온도변화를 감시하는 전자장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 분석장치는 저장장치의 유무선 통신 모듈 내부에 장착한 통신 칩을 사용하여 각각 유선과 무선으로 연결되는 것을 특징으로 하는 콘크리트의 경화(양생)과정 중 온도변화를 감시하는 전자장치.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 분석장치는 저장장치에 저장되어있는 콘크리트의 온도변화를 저장한 데이터를 분석 프로그램을 사용하여 확인, 분석하며 이를 바탕으로 콘크리트의 경화상태를 파악할 수 있는 것을 특징으로 하는 콘크리트의 경화(양생)과정 중 온도변화를 감시하는 전자장치.