KR20100095135A

KR20100095135A - 콘크리트양생관리시스템

Info

Publication number: KR20100095135A
Application number: KR1020090014259A
Authority: KR
Inventors: 조호규; 김형래
Original assignee: 현대건설주식회사
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2010-08-30
Anticipated expiration: 2029-02-20
Also published as: KR101091870B1

Abstract

본 발명은 타설 콘크리트의 온도를 무선으로 수신하여 현재의 타설 콘크리트 온도 데이터를 온도 측정장치 설치장소가 아닌 현장 사무소에서 파악한 후, 그 데이터를 활용하여 콘크리트의 압축강도를 추정하여 이를 토대로 거푸집 탈형 및 후속공정의 진행여부를 판단할 수 있게 하는 시스템에 관한 것이다.

더욱 상세하게는 무선통신망을 통해 콘크리트 양생 과정에서 측정된 온도 데이터를 PC에 전송한 후 분석하여 콘크리트의 양생을 관리하는 시스템으로서,

측정범위가 -30도에서 100도인 서미스터 소자 또는 열전대를 이용한 것으로 콘크리트 타설 전에 콘크리트의 온도 이력을 측정하고자 하는 부위에 매설되는 온도센서(10); 상기 온도센서(10)에 전원 공급을 중계하고, 온도센서(10)로부터 전달되는 잡음신호를 제거하는 신호처리부(20); 상기 온도센서(10)와 유선연결되어 상기 신호처리부(20)를 통과한 온도 데이터를 디지털 변환하는 CPU 보드와 전원을 공급하는 전원보드와 상기 CPU 보드로부터 제공받은 온도 데이터를 무선 송신해주는 무선모뎀을 포함하여 구성되는 데이터로거(30); 상기 무선모뎀으로부터 출력되는 온도 데이터 정보를 수신하는 수신모뎀(40); 및 상기 수신모뎀(40)과 RS232C케이블 또는 USB케이블을 통해 연결되어 수신된 온도 데이터 정보는 저장하고, 수집된 온도 데이터를 양생관리 소프트웨어를 이용하여 분석하는 PC(50); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트양생관리시스템을 제공한다.

콘크리트, 양생, 건설환경, 센서, 유비쿼터스, 지그비, 무선, 온도, 측정

Description

콘크리트양생관리시스템{Concrete cure management system}

본 발명은 콘크리트양생관리시스템에 관한 것으로, 특히 타설 콘크리트의 온도를 무선으로 수신하여 현재의 타설 콘크리트 온도 데이터를 온도 측정장치 설치장소가 아닌 곳에서 파악한 후, 그 데이터를 활용하여 콘크리트의 압축강도를 추정하여 이를 토대로 거푸집 탈형 및 후속공정의 진행 여부를 판단할 수 있게 하는 시스템에 관한 것이다.

대부분의 경우 현장 타설 콘크리트의 적절한 품질확보를 위한 양생관리 차원에서 온도계측을 수행하고 있으며, 특히 저온기를 포함한 동절기 타설 콘크리트, 매스 콘크리트 및 고강도 콘크리트의 경우 온도계측관리의 중요성은 더욱 크다고 할 수 있다.

기존 건설현장에서 이루어지고 있는 보편적인 방식은 유선 방식의 데이터 자동 기록수단을 이용하여 온도, 습도, 염도, 변형률 등을 측정한 후 작업자가 측정 데이터를 기초로 작업 상황 및 차후 일정을 결정하고 있다.

하지만 측정된 상기 양생 관련 데이터를 관리자가 직접 체크하고, 그에 따른 조치를 취해야 하므로, 신속한 대응이 어렵고 작업자가 현장에 계속 상주해 있어야 하고, 작업자의 경험에 의해 이루어져서 과학적이고 체계적인 관리가 이루어질 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 콘크리트 타설 현장에 온도센서(10)를 설치하여 실시간으로 콘크리트의 온도 이력을 감지하여, 이를 근거리 무선 통신망을 이용하여 현장의 PC로 전송한 후 온도 데이터만으로 콘크리트의 성숙도 및 압축강도를 추정하여 이를 토대로 거푸집 탈형 및 후속공정의 진행 여부를 판단할 수 있게 한다. 또한, 온도 데이터는 유무선 통신망을 통해 소정 서버에 저장되므로 원거리에 있는 전문가가 실시간으로 측정된 온도상황을 파악할 수 있어서 콘크리트 양생 중의 이상 유무에 대한 자문 및 대책수립이 가능하도록 한다.

본 발명은 타설 콘크리트의 온도를 무선으로 수신하여 현재의 타설 콘크리트 온도 데이터를 온도 측정장치 설치장소가 아닌 현장 사무소에서 파악한 후, 그 데이터를 활용하여 콘크리트의 압축강도를 추정하여 이를 토대로 거푸집 탈형 및 후속공정의 진행 여부를 판단할 수 있게 하는 시스템에 관한 것이다.

측정범위가 -30도에서 100도인 서미스터 소자 또는 열전대를 이용한 것으로 콘크리트 타설 전에 콘크리트의 온도 이력을 측정하고자 하는 부위에 매설되는 온도센서(10); 상기 온도센서(10)에 전원 공급을 중계하고, 온도센서(10)로부터 전달 되는 잡음신호를 제거하는 신호처리부(20); 상기 온도센서(10)와 유선연결되어 상기 신호처리부(20)를 통과한 온도 데이터를 디지털 변환하는 CPU 보드와 전원을 공급하는 전원보드와 상기 CPU 보드로부터 제공받은 온도 데이터를 무선 송신해주는 무선모뎀을 포함하여 구성되는 데이터로거(30); 상기 무선모뎀으로부터 출력되는 온도 데이터 정보를 수신하는 수신모뎀(40); 및 상기 수신모뎀(40)과 RS232C케이블 또는 USB케이블을 통해 연결되어 수신된 온도 데이터 정보는 저장하고, 수집된 온도 데이터를 양생관리 소프트웨어를 이용하여 분석하는 PC(50); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트양생관리시스템을 제공한다.

본 발명을 사용하게 되면,

첫째, 타설된 콘크리트의 온도 이력만을 가지고 압축강도까지 자동으로 계산이 가능하여 변수가 많은 현장에서 신속하게 대응하는 것이 가능하다.

둘째, PC에 저장된 양생관리 소프트웨어가 자동으로 계산을 수행해 주므로 전문가가 아니더라도 거푸집의 탈형 시기 등을 파악하는 것이 가능하다.

셋째, 전문가가 상주하지 않더라도 대응이 가능하며, 필요시 언제라도 원거리에 있는 전문가의 자문을 받을 수 있다.

본 발명은 콘크리트양생관리시스템에 관한 것으로, 특히 타설 콘크리트의 온도를 무선으로 수신하여 현재의 타설 콘크리트 온도 데이터를 온도 측정장치 설치장소가 아닌 현장 사무소에서 파악한 후, 그 데이터를 활용하여 콘크리트의 압축강 도를 추정하여 이를 토대로 거푸집 탈형 및 후속공정의 진행 여부를 판단할 수 있게 하는 시스템에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면과 바람직한 실시예로 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 전체 구성도를 도시한 것으로, 도 1에서 보듯이 본 발명인 콘크리트양생관리시스템은 무선통신망을 통해 콘크리트 양생 과정에서 측정된 온도 데이터를 PC에 전송한 후 분석하여 콘크리트의 양생을 관리하는 시스템으로서, 온도센서(10), 신호처리부(20), 데이터로거(30), 수신모뎀(40) 및 PC(50)를 포함하여 구성되고, 서버(60)를 추가로 구비하는 것이 가능하다.

온도센서(10)는 일반적으로 실험실에서 이루어지는 콘크리트의 온도측정을 위해서는 측정범위나 정도(精度) 등에서 우수한 것으로 확인된 열전대(Thermo-couple, T-Type)가 주로 사용되고 있으나, 비용이 고가이며 건설현장에서 적용하기에는 무리가 있다. 따라서 본 시스템에서는 -30~100℃(오차범위: ±1℃)까지 측정가능한 서미스터(Thermister, 저항값 15㏀)를 적용하는 것이 바람직하다. 서미스터는 물리적 특성이 열전대와 비슷하면서도 비용이 훨씬 저렴할 뿐만 아니라 콘크리트의 수화열에 의한 온도조건 및 국내의 동절기 외기온 조건을 고려할 때 가장 적정하기 때문이다.

신호처리부(20)는 정전압부와 필터부로 이루어져서, 상기 정전압부는 온도센서(10)를 작동시키기 위한 전원공급을 중계하고, 상기 필터부는 온도센서(10)로부 터 전달되는 잡음신호를 제거한다. 상기 전원공급의 방식에는 전원케이블을 이용하여 직접 전원을 공급하는 방식과 축전지를 이용하여 전원을 공급하는 방식 모두가 가능하다.

데이터로거(30)는 CPU 보드와 전원보드 및 무선모뎀으로 이루어진다. 상기 CPU 보드는 아날로그 디지탈 컨버터(ADC)와, CPU와, 플래시 롬(Frash Rom), 에스디램(SDRAM)을 포함하고 있어 상기 신호처리부(20)를 통과한 데이터를 디지털 변환한다.

또한, 상기 전원보드는 절전모드를 진행하도록 설계하는 것이 바람직하며, 따라서 데이터를 처리해야 할 시간에만 전원공급이 이루어지도록 하여 전기를 절약할 수 있도록 하였다.

상기 무선모뎀은 CPU 보드로부터 제공받은 온도 데이터를 무선 송신하는 역할을 하며, 본 발명은 통상 현장에 사무소를 두고 근거리에서 무선 송신을 행하게 된다.

수신모뎀(40)은 데이터로거(30)에 내장된 송신용 무선모뎀을 통해 전송된 온도 데이터를 수신하는 역할을 하며, 상기 수신모뎀(40)은 현장사무실의 PC(50)와 RS232C 케이블 또는 USB케이블을 통해 연결되게 된다.

여기서, 상기 데이터로거(30)에서 PC(50)로 온도 데이터를 무선 전송하는 방식은 적외선, 지그비(Zigbee), 블루투스 또는 알에프(RF) 중 어느 하나를 이용하는 것이 가능하다. 다만, 본 발명에서는 원거리가 아닌 현장에서 사용 가능하면 충분하므로 근거리 통신망을 사용하는 것이 바람직하다.

즉, 본 발명에서는 지그비(Zigbee) 통신방식을 사용하는 것이 바람직하다. 지그비 통신방식은 기존의 무선 센서네트워크와 달리 가정, 사무실 등에서 저가, 저속, 저전력으로도 구동이 가능한 근거리 통신으로 주목받고 있는 기술로서, 전송 데이터량은 적지만 하나의 배터리로 수개월에서 수년간 지속될 수 있는 장점과, 네트워크 유연성과 확장성이 뛰어나기 때문이다.

또한, 상기 수신모뎀(40)과 RS232C케이블 또는 USB케이블을 통해 연결되어 수신된 온도 데이터 정보는 PC(50)에 저장되어야 하며, PC(50)는 양생관리 소프트웨어를 구비하고 있어야 한다.

또한, 상기 PC(50)로 전송된 온도 데이터는 유·무선 통신망을 통해 소정 서버에 저장되어 어디서든 PC로 다운로드 받아 활용하는 것이 가능하다. 즉, 서버에 온도 데이터가 저장되면 현장에 전문가가 상주하지 않더라도 비상시 전문가가 서버에서 온도 데이터를 다운로드 받아 콘크리트 양생 중의 이상 유무에 대한 자문을 할 수 있으며, 원거리에 소재한 전문가의 PC에 양생관리 소프트웨어가 구비된 경우라면 전문가도 직접 성숙도를 산출하여 압축강도를 추정하는 소프트웨어을 실행해 볼 수 있다.

상기 양생관리 소프트웨어는 전송된 콘크리트의 온도 데이터를 활용하여 콘크리트의 압축강도를 추정하여 콘크리트 양생과정에서 이상 유무를 파악하여 즉각 대응을 가능하게 하고, 추가 양생, 거푸집의 탈형 및 후속공정의 진행 여부를 파악할 수 있게 해준다.

상기 PC(50)에 탑재된 양생관리 소프트웨어는, 콘크리트 양생에 관련되는 조건을 입력해주는 기본 데이터 입력모듈, 상기 입력된 기본 데이터 및 수신된 온도 데이터를 이용하여 콘크리트 강도 추정을 위해 콘크리트의 성숙도 및 압축강도를 산정하는 계산모듈 및 상기 수신된 온도 데이터, 콘크리트의 성숙도 및 압축강도를 모니터 화면에 시간에 따른 그래프로 출력해주는 출력모듈을 포함하여 구성된다.

상기 기본 데이터 입력모듈에서는 콘크리트 양생과 관련된 기본적인 내용을 컴퓨터에 입력해 주는 것으로, 입력되는 기본 데이터는 타설되는 콘크리트의 기본 물성과 데이터로거의 채널별 온도센서의 설치위치 등이다.

도 2는 본 발명의 기본 데이터가 입력되는 모습의 실시예를 나타낸 것이다. 도 2에서 보듯이, 콘크리트의 기본 물성으로 레미콘의 28일 강도(하기의 식(3)에서 f'_c(28) : 재령 28일의 압축강도, 에 해당), 하기의 식(3)에 적용되는 a,b의 값 등 하기의 식(1), (2), (3)의 적용에 필요한 정보를 입력하게 된다. 또한, 데이터로거의 채널별 온도센서도 입력하게 된다.

상기 계산모듈에서 콘크리트의 성숙도는 Nurse-Saul함수 또는 Arrhenius식에 의한 등가재령으로 산정하고, 콘크리트의 압축강도는 ACI 강도추정식의 수정식에 의해 산정된다.

본 발명에서는 궁극적으로 콘크리트의 강도를 추정하고자 하며, 이를 위해 콘크리트 구조체로부터 실시간으로 측정하는 온도 이력으로부터 콘크리트의 강도추 정이 가능한 성숙도법을 채용하였다. 즉, 무선 센서네트워크에 의해 계측되어 전송된 온도 데이터는 콘크리트 양생관리 소프트웨어에 의해 실시간으로 온도변화 그래프로 변환된 후, 온도와 시간의 관계로부터 콘크리트 성숙도를 산출하고 압축강도를 추정하여 제시하도록 구축되었다.

먼저, 콘크리트의 성숙도 산출은 Nurse-Saul함수 또는 Arrhenius식에 의한 등가재령으로 산정한다.

하기의 식(1) 및 식(2)에 나타난 콘크리트의 등가재령(T_es 또는 T_ea)은 시멘트의 수화열 및 외기온조건이나 양생 방법, 부재의 단면크기 등의 영향으로 온도이력이 일정하지 않은 구조체 콘크리트의 양생 방법, 부재의 단면크기 등의 영향으로 온도이력이 일정하지 않은 구조체 콘크리트의 양생 정도(또는, 성숙도)를 표준 양생 조건인 20℃ 내외의 수중에서 양생된 공시체의 성숙도에 해당하는 표준 양생 기간으로 변환하여 나타낸 값이다. 즉, 콘크리트의 타설 시점부터 일정시점까지의 구조체의 온도 이력을 측정하면 그 시점까지의 콘크리트의 등가재령을 산출할 수 있다. 본 시스템에서는 이렇게 산출된 등가재령을 표준 양생 콘크리트의 재령별 강도발현식에 대입함으로써 압축강도를 추정하였다.

식(1)

여기서, T_es : Nurse-Saul함수에 의한 등가재령(hr 또는 day)

T_r : 등가재령 산정을 위한 표준양생온도(℃), 20℃

θ : 일평균기온(또는 평균콘크리트온도)(℃)

T₀ : 기준온도(℃), 일반적으로 -10℃를 적용

식(2)

여기서, T_ea : Arrhenius식에 의한 등가재령(hr 또는 day)

T_a : 293℃, 절대온도(K)+20℃

E : 활성화에너지(시멘트 종류에 따른 고유값)로서 1종 시멘트의 경우, T_a≤20℃일 때, E=33.5+1.47(20-T_a) KJ/mol, T_a≥20℃일 때, E=33.5 KJ/mol

R : 기체상수 8.314 J/mol˚K

다음으로, 구조체 콘크리트의 압축강도는 ACI강도추정식의 수정식을 활용한다.

즉, 하기의 식(3)에서 보듯이, 우변의 재령(t_e)에 실제재령(t) 대신 온도이력으로부터 산정된 등가재령(T_es 또는 T_ea)을 대입하는 것으로 변환하였다. 또한, 재령 28일의 압축강도란 현장 적용한 콘크리트를 표준 양생한 재령28일의 평균압축강도를 의미하나, 구조체의 부위에 따른 온도차를 고려하여 안전측으로 강도추정을 하기 위해서는 레미콘의 호칭강도를 적용하는 것도 가능하다.

식(3)

여기서, f'_c(t) : 실제재령 t일에 있어서 콘크리트 압축강도

t : 임의의 실제재령

t_e : 임의의 재령 t일에 있어서의 등가재령

f'_c(28) : 재령 28일의 압축강도. 구조체의 모든 부위에 있어서 안전측으로 강도추정을 하기 위해 적용콘크리트의 호칭강도를 적용하는 것이 적정함.

a,b : 콘크리트의 배합조건에 따른 계수로서 보통포틀랜드시멘트를 적용한 일반배합의 경우 각각 4.0, 0.85 를 적용. 단, 보통포들랜드시멘트 적용 콘크리트의 경우에도 조강성흔 화제를 적용하는 경우에는 조기강도발현성이 우수하므로, 실제로 현장에 적용하는 콘크리트의 표준양생재령 7일 및 28일 강도로부터 계수값을 산정하는 것이 정확함.

한편, 도 5는 본 발명에서 전송된 온도 데이터 이력을 이용하여 추정한 콘크리트 구조체의 압축강도와 실제 구조체로부터 채취한 코어의 강도를 비교한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 5에서 보듯이 추정결과와 실제 구조체의 압축강도 발현경향이 매우 유사한 것을 확인할 수 있다. 또한, 실제로 각 현자에 적용되는 콘크리트로 제작된 현장 양생 공시체의 온도 이력에 의한 성숙도와 압축강도의 관계를 파악함으로써, 강도추정 결과의 정확도를 높일 수 있다.

또한, 상기 PC(50)에 탑재된 양생관리 소프트웨어는, 데이터의 수집 및 분석 작업의 시작, 일시정지, 계속, 및 작업종료의 선택이 가능하다.

도 3은 본 발명의 전송된 온도 데이터를 모니터 화면에 그래프로 출력한 실시예와 산정된 콘크리트의 성숙도 및 압축강도를 모니터 화면에 그래프로 출력한 실시예를 나타낸 것이다.

도 3에서 보듯이, 전송된 온도 데이터는 양생관리 소프트웨어에 의해 모니터 화면상에 시간에 따른 그래프로 도시될 수 있다. 또한, 전송된 온도 데이터를 이용하여 양생관리 소프트웨어에서 콘크리트의 성숙도와 압축강도를 시간에 따라 산정하는 것이 가능하며 모니터 화면상에 시간에 따른 그래프로 도시하는 것도 가능하다.

도 4는 본 발명에 의한 현장에서의 콘크리트 양생 품질관리의 흐름도를 나타낸 것이다.

도 4에서 보듯이, 현장에서 콘크리트 타설 전에 콘크리트의 온도 이력을 측정하고자 하는 부위에 온도센서(10)를 매설한 후, 현장에 설치한 데이터로거에 온도센서(10)를 연결하여 온도계측을 개시한다. 콘크리트 타설이 개시되면, 타설시 콘크리트 온도와 시간 경과에 따른 온도 이력의 실시간 계측이 이루어지며, 측정된 온도 값은 동시에 현장 사무실의 PC에 연결된 수신기로 전송된다. 전송된 온도 데이터는 현장 컴퓨터에 저장되고 화면으로 출력되는 동시에 인터넷 망을 통해 서버 에 저장됨으로써, 원거리에 위치한 사내의 콘크리트 전문가와 온도 데이터를 공유하게 되어 콘크리트의 양생 관리와 관련한 기술적인 지원을 받을 수 있다.

현장의 품질관리 담당자는 실시간으로 구조체 콘크리트의 온도 변화를 확인하는 동시에 임의의 시점에 있어서 콘크리트의 강도 발현 정도를 추정할 수 있으며, 외부 기상환경조건의 변화 등을 포함한 각종 현장상황에 대응하여 양생관리를 할 수 있다. 이러한 과정을 통하여 실시간으로 양생 관리의 적정성에 대한 판단을 하고, 추가 양생 기간 또는 후속공정의 착수시기 등을 결정하는 것이 가능하다.

도 6은 콘크리트 온도이력 예측 소프트웨어의 입력창과 온도예측결과를 나타낸 것이다.

본 발명에서 PC(50)는 추가로 온도이력 예측 소프트웨어를 구비하는 것이 가능하며, 이를 구비하는 경우에는 상기 양생관리 소프트웨어와 연동된다.

본 발명의 콘크리트 온도이력 예측 소프트웨어는 상기한 양생관리 소프트웨어와 연동되며, 현장에서 콘크리트의 배합 선정을 하는 경우, 본 온도이력 예측 소프트웨어를 이용하여 사전에 온도이력을 시뮬레이션하는 것이 가능하다. 또한, 그 온도이력 추정데이터를 상기한 양생관리 소프트웨어에 입력하여 도 7에 나타낸 바와 같이 시간경과에 따른 콘크리트의 압축강도 발현정도를 추정함으로써, 부재조건별 및 계절별로 소요 공사기간의 확보가 가능한 최적의 콘크리트 배합을 선정하는 것이 가능하다.

도 6에서 보듯이, 콘크리트 온도이력 예측 소프트웨어의 입력창에는 콘크리 트 조건에는 타설되는 콘크리트의 비열, 밀도, 단위시멘트량, 타설온도, 타설시각 등이 입력되고, 거푸집에는 거푸집 벽체외측, 벽체내측 및 슬래브의 재질을 입력하며, 외기조건에는 일평균기온, 일교차 및 외부풍속을 입력한다. 또한, 보양조건에는 양생시 필요한 각종 보양 방법으로 상부보양지붕 구비 여부, 개구부밀폐 여부, 벽 또는 슬라브의 보온매트 구비 여부, 방수시트 구비 여부, 슬라브의 스티로폼+시트 구비 여부, 실내 측 상·하부온도, 상부보양막 내부온도를 기입하게 된다. 또한, 부재의 크기를 벽체와 슬래브로 구분하여 입력하며, 열선의 사용 여부에 따라 사용되는 열선조건을 입력하게 된다. 이하, 상기 입력창에 입력된 정보를 이용하여 콘크리트 온도이력을 예측하는 방법을 설명한다.

콘크리트의 경과 시간별 온도변화는 콘크리트 내부에서 발생되는 총발열량과 표면부의 총손실열량의 관계로부터 점증법을 이용한 비정상 상태의 열해석에 의해 산출하는 것이 가능하다.

즉, 1)콘크리트표준시방서에서 정하고 있는 단열온도상승 예측식으로부터 시멘트의 수화열에 의해 발생되는 열량을 구하고, 2)외부 열원에 의해 공급되는 열량을 산정하고, 외기조건과의 사이에서 손실되는 열량을 구한 후, 3)최종적으로 콘크리트의 온도를 상승시키거나 하강시키는데 사용되는 열량은 총열량으로부터 손실되는 열량을 빼서 구하며, 최종 열량을 콘크리트의 용적에 대해 계산하면 온도상승량이 얻어지게 된다. 4)상기 1) 내지 3) 과정을 순서대로 계산하여 온도변화값을 도출해 낸다. 이하, 상기 과정에서 사용되는 근거 계산식을 설명한다.

- 콘크리트 내부의 총발열량

콘크리트 내부에서 발생되는 총발열량은 시멘트의 수화에 의한 발열량(Q_c)과 열선가열에 따른 발열량의 총합으로서 시멘트의 수화발열량(Q_c)은 식(4)에 나타낸 콘크리트의 단열온도 상승식으로부터 단열온도를 시간에 대하여 미분하고 콘크리트의 단위중량과 비열을 곱하여 단위시간당 수화발열량을 산출할 수 있으며, 그 값에 슬래브의 단면두께를 곱함으로써 단위시간 및 단위표면적당(1㎡) 콘크리트의 수화발열량을 식(5)로부터 산정할 수 있다

식(4)

여기서, T : 단열온도상승(℃), t : 재령(일), 시간일 경우 1/24을 곱함, K : 최대상승온도(℃), a : 반응속도계수

식(5)

여기서, Qc : 단위표면적(1m²)당 수화발열량(kcal/m²hr), ρ_c : 콘크리트의 밀도(2400kg/m³), C_c : 콘크리트의 비열 (0.25kcal/kg℃), ΔT : 수화열에 의한 콘크리트의 온도차(℃), Δt : 단위경과시간(hour), d : 부재의 단면크기

또한, 매립형 열선을 사용하는 경우, 열선가열에 의한 발열량(Q_h)은 콘크리트 부재의 단위표면적당(1m²) 열선의 매설간격에 의해 결정되는데, 현장실험결과를 토대로 적정 매설간격을 0.2m로 가정할 경우 단위표면적당 소요 열선길이는 5m이며 열선의 발열용량을 20W/m라 하면, 다음의 식(6)에 의해 산정될 수 있다

식(6)

- 표면부의 열손실량

부재의 표면 1m²당 단위시간동안의 손실열량 Q_t는 표면피복재의 열전달계수(K_t), 부재온도(T_c)와 외기온(T_e)의 차이에 의해 식(7)로부터 구할 수 있다.

식(7)

단, 표면피복재의 종류 및 피복방법에 따른 열전달계수는 <표 1>～<표 3>에 제시된 국내, 미국, 일본 등에서 다소 차이가 있다고 할 수 있다. 특히, 피복재료의 종류와 외기의 풍속은 계산식에 의한 콘크리트의 온도이력 예측에 있어서 가장 큰 오차요인이 될 수 있다. 외기의 풍속에 따른 열전달계수의 변화와 관련된 기존의 연구결과, 풍속 2～3m/sec에 대하여 大森川댐의 실험에서는 12～13kcal/m²·℃·hr, 山川의 실험에서는 8～11 kcal/m²·℃·hr로 보고되고 있다.

- 콘크리트의 내부온도 산출

콘크리트의 온도변화와 직접적으로 관련된 열량은 위에서 도출된 총발열량과 총손실 열량의 차이로부터 얻어지는 잔여열량인 Q_r(Q_c + Q_h - Q_t)로부터 얻을 수 있으며, 식(8)에 의해 임의시점의 콘크리트 온도를 산정할 수 있다.

식(8)

여기서, T_h+Δt : 임의 시점의 콘크리트의 내부온도 (℃), Δt : 단위경과시간 (hour), Q_c : 시멘트의 수화에 의한 발열량, Q_h : 열선에 의한 발열량, Q_t : 총손실열량

본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 첨부된 도면과 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 다양한 분야에서 사용 가능하다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.

도 1은 본 발명의 전체 구성도를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명의 기본 데이터가 입력되는 모습의 실시예를 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명에 전송된 온도 데이터와 그 온도 데이터로부터 산정된 콘크리트의 성숙도 및 압축강도를 모니터 화면에 그래프로 출력한 실시예를 나타낸 것이다.

도 5는 본 발명에서 전송된 온도 데이터 이력을 이용하여 추정한 콘크리트 구조체의 압축강도와 실제 구조체로부터 채취한 코어의 강도를 비교한 결과를 나타내는 그래프이다.

도 6은 본 발명에서 구조체 콘크리트의 타설 전에 최적의 콘크리트 배합을 선정하기 위한 콘크리트 온도이력 예측 소프트웨어에 의해 사전 시뮬레이션한 결과를 나타낸 것이다.

도 7은 콘크리트 온도이력 예측 소프트웨어에 의해 사전에 시뮬레이션하여 얻어진 온도 데이터를 이용하여 양생관리 소프트웨어에 의해 시간에 따른 압축강도 발현정도를 추정한 결과를 나타내는 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 기호의 설명>

1 : 타설 콘크리트

10 : 온도센서

20 : 신호처리부

30 : 데이터로거

40 : 수신모뎀

50 : PC

51 : 전문가 PC

60 : 서버

Claims

무선통신망을 통해 콘크리트 양생 과정에서 측정된 온도 데이터를 PC에 전송한 후 분석하여 콘크리트의 양생을 관리하는 시스템으로서,

측정범위가 -30도에서 100도인 서미스터 소자 또는 열전대를 이용한 것으로 콘크리트 타설 전에 콘크리트의 온도 이력을 측정하고자 하는 부위에 매설되는 온도센서(10);

상기 온도센서(10)에 전원 공급을 중계하고, 온도센서(10)로부터 전달되는 잡음신호를 제거하는 신호처리부(20);

상기 온도센서(10)와 유선연결되어 상기 신호처리부(20)를 통과한 온도 데이터를 디지털 변환하는 CPU 보드와 전원을 공급하는 전원보드와 상기 CPU 보드로부터 제공받은 온도 데이터를 무선 송신해주는 무선모뎀을 포함하여 구성되는 데이터로거(30);

상기 무선모뎀으로부터 출력되는 온도 데이터 정보를 수신하는 수신모뎀(40); 및

상기 수신모뎀(40)과 RS232C케이블 또는 USB케이블을 통해 연결되어 수신된 온도 데이터 정보는 저장하고, 수집된 온도 데이터를 양생관리 소프트웨어를 이용하여 분석하는 PC(50);

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트양생관리시스템.
제1항에서, 상기 PC(50)에 탑재된 양생관리 소프트웨어는,

콘크리트 양생에 관련되는 조건을 입력해주는 기본 데이터 입력모듈;

상기 입력된 기본 데이터 및 수신된 온도 데이터를 이용하여 콘크리트 강도 추정을 위해 콘크리트의 성숙도 및 압축강도를 산정하는 계산모듈; 및

상기 수신된 온도 데이터, 콘크리트의 성숙도 및 압축강도를 모니터 화면에 시간에 따른 그래프로 출력해주는 출력모듈;

을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 콘크리트양생관리시스템.
제2항에서,

상기 입력되는 기본 데이터는 타설되는 콘크리트의 기본 물성 및 데이터로거의 채널별 온도센서인 것을 특징으로 하는 콘크리트양생관리시스템.
제2항에서,

상기 계산모듈에서 콘크리트의 성숙도는 Nurse-Saul함수 또는 Arrhenius식에 의한 등가재령으로 산정하고, 콘크리트의 압축강도는 ACI 강도추정식의 수정식에 의해 산정되는 것을 특징으로 하는 콘크리트양생관리시스템.
제2항에서, 상기 PC(50)에 탑재된 양생관리 소프트웨어는,

데이터의 수집 및 분석 작업의 시작, 일시정지, 계속, 및 작업종료의 선택이 가능한 것을 특징으로 하는 콘크리트양생관리시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,

상기 PC(50)는 타설되는 콘크리트의 기본 물성, 거푸집의 물성, 콘크리트 양생과 관련된 외기조건, 양생을 위해 추가해주는 보양조건, 콘크리트 부재의 크기 및 열선 사용 여부를 입력하는 열선조건 등의 기본정보를 이용해 시간에 따른 양생 온도변화값을 산정하는 온도이력 예측 소프트웨어를 추가로 구비하여 상기 양생관리 소프트웨어와 연동이 가능하며,

상기 기본정보의 입력에 의해 타설할 콘크리트 구조체의 온도이력을 미리 시뮬레이션하여, 그 시뮬레이션 결과를 이용하여 상기 양생관리 소프트웨어로 시간에 따른 압축강도의 발현 정도를 추정하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 콘크리트양생관리시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,

상기 데이터로거(30)의 전원보드는 데이터를 처리해야 할 시간에만 전원공급 이 이루어지는 절전모드를 진행하도록 설계된 것을 특징으로 하는 콘크리트양생관리시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,

상기 데이터로거(30)에서 PC(50)로 온도 데이터를 무선 전송하는 방식은 적외선, 지그비(Zigbee), 블루투스 또는 알에프(RF) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 콘크리트양생관리시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,

상기 PC(50)로 전송된 온도 데이터는 유·무선 통신망을 통해 소정 서버에 저장되어 어디서든 PC로 다운로드 받아 활용 가능한 것을 특징으로 하는 콘크리트양생관리시스템.