KR20100107589A - 아스팔트 도로포장의 다짐밀도 측정장치 - Google Patents

아스팔트 도로포장의 다짐밀도 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아스팔트 도로포장의 다짐밀도를 측정하는 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비방사선 방식의 전자기장을 이용한 아스팔트 도로포장의 다짐밀도 측정장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 아스팔트 도로포장의 다짐밀도 측정장치는, 도로포장의 현장에서 아스팔트의 다짐밀도를 전자기장을 이용하여 측정하는 아스팔트 도로포장의 다짐밀도 측정장치에 있어서, 상기 아스팔트의 다짐 후, 상기 아스팔트의 공극 축소로 인한 밀도변화와 유전율 변화의 상관관계를 이용하여 상기 아스팔트의 다짐밀도를 측정하는 다짐밀도 측정부와; 상기 다짐밀도 측정부의 하부측에 위치하여 외력에 의한 압력을 측정하여 상기 아스팔트의 다짐밀도 측정시 보조 데이타로 사용하게 하는 압력센서부와; 상기 압력센서부 하부면에 위치하며 상기 아스팔트의 유전율을 측정하는 안테나부와: 상기 안테나부 하부면에 위치하며 외력에 의해 상기 아스팔트에 밀착되도록 탄성력을 갖는 탄성보조재;를 포함하여 이루어진다.
아스팔트, 다짐밀도, 압력센서, 탄성보조재, 유전율

Description

아스팔트 도로포장의 다짐밀도 측정장치{Device for measuring compaction density of asphalt pavement}
본 발명은 아스팔트 도로포장의 다짐밀도를 측정하는 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비방사선 방식의 전자기장을 이용한 아스팔트 도로포장의 다짐밀도 측정장치에 관한 것이다.
도로포장방법으로 현재 가장 많이 적용되는 것은 아스팔트로 도로포장을 하는 것이다.
아스팔트 도로포장의 광범위한 적용에 따라 도로포장 방법, 유지/보수, 도로포장의 구조 및 아스팔트의 재료에 이르기까지 다양한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이외에도 도로포장 완료후 시공의 품질관리 또한 중요한 과제로 제시되고 있는 실정이다.
시공상의 품질관리는 아스팔트의 도로포장후 얼마나 잘 다져졌는 가의 문제로 귀착되는 데, 이러한 품질관리는 아스팔트 다짐밀도 측정기에 의해 이루어진다.
아스팔트 다짐밀도 측정 방법은 방사선 밀도측정기(Nuclear density gauge)와 교류 전류를 이용한 비방사선 밀도측정기(Non-nuclear density gauge)가 있다.
하지만, 방사선 밀도측정기는 비방사선 밀도측정기에 비해 정확도가 우수한 장점은 있지만 방사능 관련 자격증 소지자가 필요하고 방사능 유출 위험성이 있는 단점을 가지고 있다. 비방사선 밀도측정기는 방사능 유출 위험성이 없고 방사능 관련 자격증 소지자가 필요없는 장점은 있지만 아스팔트면과 측정기의 측정면을 맞닿게 하여 측정하게 되는 데 아스팔트의 평활도가 완변하게 구현되지 않아 측정상의 오차가 발생되어 정확도가 떨어지는 문제가 있었다.
도 1은 종래의 아스팔트 도로포장의 다짐밀도 측정장치(비방사선 밀도측정기)의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.
도시된 바와 같이, 아스팔트(111)의 포장 다짐후 다짐밀도 측정장치(110)를 아스팔트(111) 위에 올려놓고 다짐밀도 측정부(112)와 안테나(113)를 통해 아스팔트(111)의 유전율을 측정하여 공극밀도를 측정하게 된다. 안테나(113)는 원형인 평면을 가지며, 액티브 영역(113c), 아이솔레이션 링(113b) 및 그라운드 영역(113a)로 구분된다.
여기서, 종래의 다짐밀도 측정장치(110)는 측정면과 안테나(113)가 평평하다는 것을 기본 전제로 하고 있으나, 실제 아스팔트(111)의 다짐을 위해 롤링을 하였다하더라도 도시된 바와 같이 아스팔트(111)의 표면은 평탄하지 않게 되며, 이는 측정면과 안테나(113)의 불규칙한 면접촉에 의해 또 하나의 공극(air void) 요인을 발생시키게 되어 측정의 오차를 유발하는 원인으로 작용한다.
상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 비방사선 밀도측정기의 단점을 극복하고자 아스팔트의 표면과 완변하게 밀착될 수 있는 측정면을 갖는 아스팔트 도로포장의 다짐밀도 측정장치를 제공하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 아스팔트 도로포장의 다짐밀도 측정장치는, 도로포장의 현장에서 아스팔트의 다짐밀도를 전자기장을 이용하여 측정하는 아스팔트 도로포장의 다짐밀도 측정장치에 있어서, 상기 아스팔트의 다짐 후, 상기 아스팔트의 공극 축소로 인한 밀도변화와 유전율 변화의 상관관계를 이용하여 상기 아스팔트의 다짐밀도를 측정하는 다짐밀도 측정부와; 상기 다짐밀도 측정부의 하부측에 위치하여 외력에 의한 압력을 측정하여 상기 아스팔트의 유전율을 측정하는 보조 데이타로 사용되게 하는 압력센서부와; 상기 압력센서 하부면에 위치하며 상기 아스팔트의 유전율을 측정하는 안테나부와: 상기 안테나부 하부면에 위치하며 외력에 의해 상기 아스팔트에 밀착되도록 탄성력을 갖는 탄성보조재;를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 다짐밀도 측정부 상부면에는 발판이 마련되며, 상기 외력은 상기 발판 위에 올려지는 사람 또는 물건에 의해 작용되어지도록 구현될 수 있다.
여기서, 상기 발판은 측정자가 직접 딛고 올라가 상기 외력을 작용시키도록 하며, 상기 발판의 상부로는 지지부와 디스플레이부가 형성되며, 상기 디스플레이부 좌우 양측면에는 상기 측정자가 잡을 수 있는 손잡이가 마련되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 탄성보조재는 우레탄계 화합물로 이루어지며, 유전율은 10 이하인 것을 선택하는 것이 바람직하다.
상술한 본 발명의 구성에 따르면, 비방사선 밀도측정기의 단점을 극복하고자 아스팔트의 표면과 완변하게 밀착될 수 있는 측정면을 갖는 아스팔트 도로포장의 다짐밀도 측정장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 아스팔트 도로포장의 다짐밀도 측정장치의 작용원리 및 구조를 설명한다.
도 2는 본 발명의 아스팔트 도로포장의 다짐밀도 측정장치의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.
본 발명의 전자식 아스팔트 다짐밀도 측정기(비방사선 다짐밀도 측정기)는 전자기장을 이용하여 아스팔트 다짐에 따른 공극 변화를 측정하는 장비이다. 이는 아스팔트를 다짐할수록 골재간의 공간은 줄어들게 되고 이에 따른 공기층의 축소는 전체적인 유전율에 변화를 준다는 원리에 기초한 것으로서 아스팔트의 공극변화를 측정함으로써 아스팔트의 다짐밀도를 측정하게 된다. 즉, 공극 축소로 인한 밀도 변화와 유전율 변화의 상관관계를 이용한 것이며 이에 대한 수학적인 이론은 본 발명에서는 생략하기로 한다.
상술한 원리에 따른 본 발명의 아스팔트 도로포장의 다짐밀도 측정장치(210)는 아스팔트(211) 표면 위에 놓여져 아스팔트(211)의 유전율을 측정함으로써 공극밀도를 계산하게 된다.
아스팔트 도로포장의 다짐밀도 측정장치(210)는 다짐밀도 측정부(212)와 안테나부(213)와 압력센서부(214)와 탄성보조재(215)로 이루어진다.
다짐밀도 측정부(212)는 안테나부(213)로부터 측정된 아스팔트(211)와 탄성보조재(215)의 유전율을 기초로하여 기설정된 유전율과 밀도와의 관계에서 아스팔트(211)의 다짐밀도를 계산하게 되며, 또한 압력센서(214)로부터 측정된 압력을 측정하고 그에 따른 탄성보조재(215)의 유전율을 감안하여 아스팔트(211)의 유전율을 측정한다.
안테나부(213)는 저면이 평평하고 원형의 모양을 가지며 중앙부는 액티브 영역(Active region, 213c)이고, 표면부는 그라운드 영역(Ground region, 213a)이며, 그라운드 영역(213a)과 액티브 영역(213c) 사이에는 절연체인 아이솔레이션 링(Isolation Ring, 213b)으로 구성된다.
도면기호 216은 공극(Defect, air void, density change)을 나타낸 것이며, 도면기호 217은 공극(216)이 존재하는 부위의 센싱영역을 나타낸 것이고, 도면기호 218은 공극(216)이 존재하지 않는 부위의 센싱영역을 나타낸 것이다. 즉, 공 극(216)의 존재유무에 따라 유전율이 변하게 되고 그 때의 측정된 유전율값을 기초로 하여 아스팔트의 다짐밀도를 측정하게 된다.
압력센서(214)는 탄성보조재(215)에 외력을 가하게 하여 탄성보조재(215)로 하여금 아스팔트(211) 표면에 완전 밀착되도록 하는 시점의 외력을 측정하여 다짐밀도 측정부(212)로 그 때의 압력 데이타를 전송하는 역할을 한다. 다짐밀도 측정부(212)는 압력센서(214)로부터 전달된 압력 및 그 압력에서의 탄성보조재(215)의 유전율을 감안하여 아스팔트(211)의 유전율을 측정한다.
탄성보조재(215)는 우레탄계 화합물을 사용하는 것이 바람직하며, 공기의 유전율 1, 골재들의 유전율 10이하인 점을 감안하여 유전율이 10 이하의 특성을 갖는 재질을 선택하는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 아스팔트 도로포장의 다짐밀도 측정장치에 있어서 압력과 유전율의 관계를 설명하기 위해 도시한 것이다.
일반적으로 유전체가 압력을 받을 경우 부피가 축소되면서 유전율이 변화하게 되며, 임계압력 이상에서는 유전율의 변화가 거의 없는 것을 알 수 있다.
즉, 도 2에 도시된 탄성보조재(215)는 외력에 의해 부피가 이완되거나 축소되는 성질을 가지며, 아스팔트(211)와 안테나부(213) 사이에 위치하는 탄성보조재(215)는 압력을 받을 경우 접촉면과의 공기층을 줄여주게 되어 불필요한 공극에 의한 측정의 오차를 줄일 수 있게 된다. 또한, 탄성보조재(215)는 압력과 유전율의 특성그래프에서도 보이듯이 일정 압력이상에서는 압력이 증가하더라도 유전율의 변화가 거의 없으므로 임계압력값을 설정하여 임계압력을 탄성보조재(215)에 가하 여 그 때의 임계압력값과 탄성보조재(215)의 유전율값을 감안하여 아스팔트(211)의 유전율을 측정하는 데 이용한다.
탄성보조재(215)는 유전율 및 탄성을 갖는 보조물로서 외력에 의해 아스팔트(211) 표면에 완전 밀착하게 하여 공극을 없앰으로써 측정상의 오차를 줄일 수 있고, 또한 임계압력 이상에서는 유전율 변화가 거의 없음을 이용하여 아스팔트(211)의 유전율 측정시 보조적으로 추가되는 탄성보조재(215)의 유전율값을 고정된 값으로 적용 가능하여 탄성보조재(215)로 인한 측정오차를 무시할 수 있다.
도 4는 본 발명의 아스팔트 도로포장의 다짐밀도 측정장치의 사시도를 도시한 것이다.
도시된 바와 같이, 아스팔트 도로포장의 다짐밀도 측정장치는 다짐밀도 측정부가 내장된 발판(410)과, 지지체(430)와, 디스플레이부(440)를 포함하여 이루어진다. 디스플레이부(440) 좌우 측면에는 측정자가 잡을 수 있는 손잡이(420)가 마련된다.
측정자는 손잡이(420)를 잡고 발판(410)을 딛고 올라가 아스팔트의 다짐밀도를 측정하게 되는데, 발판(410)를 딛고 올라가는 것은 탄성보조재(215)에 일정 이상의 압력을 가하기 위한 외력을 측정자의 몸무게로 대체하기 위함이다.
따라서, 아스팔트(211) 위에서 다짐밀도를 측정할 때, 측정자가 발판(410)을 딛고 올라가면 외력이 발판(410)에 작용하게 되며 발판(410) 하부에 위치하는 다짐밀도 측정부(212), 압력센서(214) 및 안테나부(213)를 거쳐서 탄성보조재(215)로 전달되고, 이 때의 압력을 압력센서(214)가 측정하여 다짐밀도 측정부(212)로 전송 하고, 다짐밀도 측정부(212)는 실시간으로 압력을 저장하게 되며, 외력에 의해 탄성보조재(215)는 아스팔트(211) 표면에 완전 밀착되어 측정기와 아스팔트간의 공극을 없애 측정오차의 원인을 없애게 된다.
다짐밀도 측정부(212)는 탄성보조재(215)가 아스팔트(211)에 완전 밀착될 때의 밀착압력 및 그때의 탄성보조재(215)의 유전율을 측정하여 탄성보조재(215)의 유전율을 감안하여 아스팔트(211)의 유전율을 측정함으로써 아스팔트의 다짐밀도를 계산하게 되며, 이러한 원리에 의해 측정상의 오차를 줄여 측정기의 신뢰도를 향상시킬 수 있게 된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 종래의 아스팔트 도로포장의 다짐밀도 측정장치의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 아스팔트 도로포장의 다짐밀도 측정장치의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 아스팔트 도로포장의 다짐밀도 측정장치에 있어서 압력과 유전율의 관계를 설명하기 위해 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 아스팔트 도로포장의 다짐밀도 측정장치의 사시도를 도시한 것이다.

Claims (4)

  1. 도로포장의 현장에서 아스팔트의 다짐밀도를 전자기장을 이용하여 측정하는 아스팔트 도로포장의 다짐밀도 측정장치에 있어서,
    상기 아스팔트의 다짐 후, 상기 아스팔트의 공극 축소로 인한 밀도변화와 유전율 변화의 상관관계를 이용하여 상기 아스팔트의 다짐밀도를 측정하는 다짐밀도 측정부와;
    상기 다짐밀도 측정부의 하부측에 위치하여 외력에 의한 압력을 측정하여 상기 아스팔트의 다짐밀도 측정시 보조 데이타로 사용하게 하는 압력센서부와;
    상기 압력센서부 하부면에 위치하며 상기 아스팔트의 유전율을 측정하는 안테나부와:
    상기 안테나부 하부면에 위치하며 외력에 의해 상기 아스팔트에 밀착되도록 탄성력을 갖는 탄성보조재;를 포함하는, 아스팔트 도로포장의 다짐밀도 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다짐밀도 측정부 상부면에는 발판이 마련되며, 상기 외력은 상기 발판 위에 올려지는 사람 또는 물건에 의해 작용되어지는, 아스팔트 도로포장의 다짐밀도 측정장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 발판은 측정자가 직접 딛고 올라가 상기 외력을 작용시키도록 하며,
    상기 발판의 상부로는 지지부와 디스플레이부가 형성되며, 상기 디스플레이부 좌우 양측면에는 상기 측정자가 잡을 수 있는 손잡이가 마련되는, 아스팔트 도로포장의 다짐밀도 측정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탄성보조재는 우레탄계 화합물로 이루어지며, 유전율은 10 이하인, 아스팔트 도로포장의 다짐밀도 측정장치.
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