KR20120029303A - 박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상 측정용 부식탐지기 및 시스템, 이를 이용한 측정 방법 - Google Patents

박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상 측정용 부식탐지기 및 시스템, 이를 이용한 측정 방법 Download PDF

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Abstract

박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상의 측정 시스템 및 측정 방법에 관한 것으로, 박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상의 측정 시스템으로서, 다수의 박막 센서와 각각의 박막 센서에서 감지된 신호를 유무선으로 전송하기 위한 모듈을 구비한 센서부, 상기 센서부에 필요한 전원을 공급하는 전원부, 상기 센서부에서 감지된 신호를 전송하기 위한 통신 모듈을 구비한 통신부 및 상기 통신부에서 전송된 센서의 감지 신호를 원격지에서 기 설정된 조건에 따라 콘크리트 부식 상태를 판단하는 측정부를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상의 측정 시스템 및 측정 방법을 이용하는 것에 의해, 관찰자가 건물 또는 교량 등의 구조물용 콘크리트 또는 철근의 부식 상태를 원격지에서 유무선을 통해 용이하게 측정할 수 있다.
이에 보다 구체적으로 본 발명은 박막센서가 삽입된 부식탐지 프로브케이크를 다수 개 중첩하여 쌓아 부식탐지기 멀티래크를 형성하고, 그 외부를 보호하는 커버로 감싼 후 콘크리트 구조물에 두께 방향에 수직하게 다수 개를 복수의 개소에 삽입한다. 그에 따라 콘크리트 구조물의 표면이 특히 염류 등에 의해 부식되거나 깎이는 경우, 이를 프로브케이크 내부에 삽입된 박막센서의 저항값 변화 또는 단선(저항값 무한대) 등을 측정하여 데이터를 데이터 로거 박스에 저장하거나 CDMA 등의 무선통신방식에 의해 측정부에 전달하여 콘크리트의 부식에 의한 손상을 온라인으로 모니터링할 수 있다.

Description

박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상 측정용 부식탐지기 및 시스템, 이를 이용한 측정 방법 { Corrosion Probe Measuring Concrete Corrosion Damage Using Thin Film and Measure System Using Thin Film and Measuring Method Thereof }
본 발명은 박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상의 측정 시스템 및 측정 방법에 관한 것으로, 특히 콘크리트의 피복 두께를 침투하는 부식 인자의 영향을 피복두께에 따라 설치되어 있는 박막 센서를 이용하여 측정할 수 있는 박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상의 측정 시스템 및 측정 방법에 관한 것이다.
이에 본 발명은 박막센서가 삽입된 부식탐지 프로브케이크를 다수 개 중첩하여 쌓아 부식탐지기 멀티래크를 형성하고, 그 외부를 보호하는 커버로 감싼 후 콘크리트 구조물에 두께 방향에 수직하게 다수 개를 복수의 개소에 삽입한다. 그에 따라 콘크리트 구조물의 표면이 특히 염류 등에 의해 부식되거나 깎이는 경우, 이를 프로브케이크 내부에 삽입된 박막센서의 저항값 변화 또는 단선(저항값 무한대) 등을 측정하여 데이터를 데이터 로거 박스에 저장하거나 CDMA 등의 무선통신방식에 의해 측정부에 전달하여 콘크리트의 부식에 의한 손상을 온라인으로 모니터링할 수 있다.
일반적으로, 도 1에 도시된 바와 같은 콘크리트의 부식은 대기중에 있는 부식 인자(수분, 염분, 탄산가스 등)의 침투에 의해 발생한다.
침투한 부식 인자들의 영향으로 내부의 철근이 부식되면서 부피 팽창에 의한 구조물의 직접적인 손상이 발생하게 되면, 구조물의 안정성에 심각한 문제 상황도 예상된다.
국내외에서 이들 손상에 대한 직접적인 평가 기술은 많은 시도와 노력이 있었으나, 그다지 성공적이지 않았으며, 현재 일선 현장에서 사용되는 검사 방법은 대부분 검사원의 육안 검사와 망치로 타격하여 내부 박리 발생 여부를 확인하는 수준이다.
간혹 코어(Core)를 떠서 이를 확인하기도 하지만, 추가적인 구조물의 손상이 우려될 수 있기 때문에 장려할 만한 검사 방법은 아닌 것으로 평가된다.
또한 염분 등의 침투에 의한 부식 손상이 시간에 따라 비례해서 진행되는 것이 아니라 도 2에 도시된 바와 같이, 시간이 지남에 따라 염분의 집적도가 높아져서 손상이 급격하게 증가하기 때문에 사전에 이를 감지하고 평가할 필요성이 매우 중요하다.
즉, 이러한 콘크리트의 염분에 의한 부식 손상은 부식의 정도에 따라 그 부식속도가 급속도로 증가하기 때문에 지속적으로 콘크리트의 부식상태를 감시할 수 없고, 현장에 직접 나가서 이를 측정해야 하는 수고스러움을 피할 수 없게 된다.
최초의 콘크리트 구조물 착공시에 별도의 부식 정도를 모니터링할 수 있는 수단이 아니라, 일정한 기간에 따라 직접 현장에서 부식 정도를 체크하여 보수할지 여부를 결정해야 한다. 그러나, 앞서 말한 바와 같이 콘크리트의 염분에 의한 부식 손상은 시간이 지남에 따라 부식정도가 급격하게 빨라지므로 이를 체크하려면 현장에 더욱더 자주 나아가서 체크해야 한다.
따라서, 원격으로 당해 콘크리트 구조물의 염분에 의한 부식 손상을 지속적으로 모니터링할 수 있는 수단이 필요하다고 할 것이며, 더 나아가 그 부식위치 및 부식정도를 한번에 알 수 있을 정도로 정확한 측정 시스템이 요구된다.
또한 최근에 각종 연육교 사업 및 중소 규모의 항만 설비들이 증대하고 여기에 내륙지방에도 대형 교량 등의 구조물이 증가되고 있기에 이들 구조물의 손상을 측정하고 평가하는 기술의 필요성과 이를 기반으로 하는 시장성은 매우 높다고 할 수 있다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 콘크리트 외표면으로부터 침투하는 부식 인자의 영향으로 콘크리트의 피복 손상에 의해 피복두께의 손실을 설치되어 있는 박막 센서를 이용하여 측정할 수 있는 박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상 측정용 부식탐지기 및 측정 시스템과 측정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 박막센서가 내입된 프로브케이크를 중첩하여 다수 개 쌓아 부식탐지기 멀티래크를 형성하고, 당해 멀티래크를 콘크리트 구조물의 두께 방향에 수직하게 내입시킨 후 표면의 부식 훼손에 따른 상기 박막센서의 저항값 변화를 유무선으로 측정하여 콘크리트의 염류 등에 의한 부식 손상을 측정하는 박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상 측정용 부식탐지기 및 측정 시스템, 측정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 콘크리트에 내입된 철근의 피복두께에 따라 설치되는 일정깊이로 콘크리트 내표면에 내입되는 박막센서가 여러위치에 설치됨으로써 부식 등에 의해 손상되는 부위를 즉각적으로 확인할 수 있는 박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상 측정용 부식 탐지기 및 시스템, 측정방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 특히 염분에 의한 콘크리트 또는 철근의 부식 상태를 원격지에서 그 부식위치 및 부식정도를 정확하게 측정 및 평가하고, 염분의 축적에 따른 시간경과시 급격한 부식속도의 증가로 즉시 그 부식 손상을 파악하여 보수할 수 있도록 하는 박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상 측정용 부식 탐지기 및 시스템, 측정 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상의 측정용 부식탐지기는, 전기 저항 값의 변화에 따라 부식을 검출하도록 하여 부식 정도를 확인하는 박막센서; 상기 박막센서를 포함하면서 절연체로 감싼 형태로 형성되는 프로브케이크; 및 상기 프로브케이크가 다수 개 적층되어 형성된 부식탐지기 멀티래크;를 포함하고, 상기 부식탐지기 멀티래크의 외주면을 감싸 보호하고, 부식탐지기 멀티래크가 콘크리트 내부에 삽입 설치될 때 타설되는 콘크리트 등의 외력에 의해 손상되는 것을 방지하는 보호커버;를 포함하여 콘크리트 구조물의 내부에 삽입되어 구조물의 부식위치 및 부식정도를 정확히 확인하여 모니터링할 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상의 측정 시스템은 박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상의 측정 시스템으로서, 다수의 박막 센서와 각각의 박막 센서에서 감지된 신호를 유무선으로 전송하기 위한 모듈을 구비한 센서부, 상기 센서부에 필요한 전원을 공급하는 전원부, 상기 센서부에서 감지된 신호를 전송하기 위한 통신 모듈을 구비한 통신부 및 상기 통신부에서 전송된 센서의 감지 신호를 원격지에서 기 설정된 조건에 따라 콘크리트 부식 상태를 판단하는 측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상의 측정 방법은 콘크리트의 구조물 내에 다수의 박막 센서를 장착하는 단계, 상기 다수의 박막 센서의 상태 신호를 감지하는 단계, 상기 박막 센서의 상태에 따라 콘크리트의 부식 상태를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상 측정용 부식탐지기 및 측정 시스템, 측정 방법에 의하면, 관찰자가 건물 또는 교량 등의 구조물용 콘크리트 또는 철근의 부식 위치 및 손상된 상태를 원격지에서 유무선을 통해 용이하게 측정할 수 있다는 효과가 얻어진다.
본 발명에 의하면, 주기적으로(1주 혹은 1달) 저항값을 측정하여 부식 여부를 확인하고, 그 데이터(Data)를 데이터 로거 박스(Data Logger Box)에 저장하던지 아니면 무선 통신방식(CDMA방식 등)에 따라 온라인으로 모니터링(Monitoring)하는 효과를 도모할 수 있다.
본 발명에 의하면, 부식탐지기를 콘크리트 구조물 시공시에 설치하거나, 시공 후에도 콘크리트 표면에 코어를 뚫어 본 발명의 부식탐지기를 삽입하여 매립 설치함으로써 염분에 의한 콘크리트의 부식 손상에 대한 부식위치 및 부식정도를 정확히 원격으로 감지하여 보수하는 효과를 도모할 수 있다.
본 발명에 따르면, 부식탐지기에 의한 부식 손상 측정 시스템에 의하여 부식여부를 현장에 직접 나가지 아니하고, 그 부식 손상된 위치 및 부식 정도를 원격지에서 정확히 확인할 수 있으므로 현장에 나가는 불편함을 해소하고, 비용을 줄여 경제성을 도모할 수 있다.
본 발명에 의하면, 박막필름으로 형성된 부식탐지용 박막센서가 다중의 좁은 패턴으로 형성되어 부식되는 깊이에 따라 부식정도(깊이)를 측정하므로 향상된 측정수단을 마련할 수 있다.
본 발명에 의하면, 새로운 구조물의 타설시 초기에 설치 적용할 수 있으며, 이미 설치된 교량 등의 콘크리트 구조물에도 추후로 설치될 수 있으므로 경제성 및 시장성을 가지게 된다.
본 발명에 의하면, 구조물의 부식위치 및 부식정도를 원격으로 측정할 수 있으므로 부식속도에 따른 변화를 지속적이며 누적으로 부식 모니터링할 수 있으므로, 매우 정밀하고 정량적인 측정방법을 달성할 수 있게 된다.
본 발명에 의하면, 전원부를 태양에너지의 활용 또는 내부의 영구 전원에 의해 별도의 전원공급이 불필요하게 되어 별도로 전원을 교환해 줄 필요가 없으므로 편의성을 증대시키며, 경제성을 도모하게 된다.
본 발명에 의하면, 현장에서 작업자가 직접 측정할 필요가 없으므로 안전사고의 발생을 방지할 수 있게 되고, 구조물에 어떠한 변형이 파손 등을 주지 아니하면서 측정 및 탐지를 할 수 있으므로 구조물에 별도의 손상을 줄 염려가 없게 된다.
도 1은 콘크리트의 부식 상태를 나타내는 사진.
도 2는 염분의 침투에 의한 부식의 진행 상태를 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상의 측정 시스템에서 센서의 부착 상태를 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명의 센서부에서 부식탐지기를 도시한 사시도.
도 5는 부식탐지기 내부에 형성된 부식탐지기 멀티래크를 도시한 사시도.
도 6은 부식탐지기 멀티래크에 적층되어 형성되는 프로브케이크를 도시한 사시도.
도 7a는 본 발명의 부식탐지기가 콘크리트에 매립 설치된 상태를 도시한 사시도.
도 7b는 본 발명의 부식탐지기가 매립된 콘크리트의 부식손상 발생시 이를 측정하는 상태를 도시한 사시도.
도 8는 본 발명에 따른 박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상의 측정 시스템의 블록도.
이하에서는 본 발명에 따른 박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상 측정용 부식탐지기 및 시스템, 이를 이용한 측정 방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 발명의 구성을 도면에 따라서 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상의 측정 시스템에서 센서의 부착 상태를 나타내는 단면도이고, 도 4는 본 발명의 센서부에서 부식탐지기를 도시한 사시도이며, 도 5는 부식탐지기 내부에 형성된 부식탐지기 멀티래크를 도시한 사시도이고, 도 6은 부식탐지기 멀티래크에 적층되어 형성되는 프로브케이크를 도시한 사시도이다.
본 발명의 부식탐지기(11)는 도 3에서 보는 바와 같이 콘크리트 구조물(1)의 표면에서 내부 철근(2)이 배근되는 피복두께 사이에 매립 설치됨이 바람직하다. 물론 내부 철근(2)보다 더 깊이 매립됨으로써 철근의 부식 여부까지도 충분히 측정할 수 있도록 할 수 있다.
이에 상기 부식탐지기(11, Corrosion Probe, 전체 직경 150mm 정도)는 통상적으로 도 4에서 보는 바와 같이 원통형으로 형성된 부식탐지기 멀티래크(130, Multi-Rack)가 보호커버에 의해 덮혀지고, 케이블(C)이 내부의 박막센서(143)에 의해 측정된 전기 저항값을 통신모듈에 의해 측정부로 전달하게 된다.
이러한 부식탐지기(11)는 앞서 설명한 것처럼 콘크리트 구조물(1)의 표면에서 두께방향으로 콘크리트의 표면 부식손상 염려가 있는 부위에 다수 개 매립되는데, 이렇게 매립된 부식탐지기(11)들은 하기에서 상세히 설명하게 될 부식손상 측정 시스템에서 센서부(10)를 이루게 된다.
이와 같은 부식탐지기(11)로 이루어진 센서부는 초기 시공시에 설치될 수도 있고, 기존 구조물에 당해 센서부를 삽입할 수 있도록 코어(Core)를 뚫어내고 거기에 이를 설치하여 콘크리트의 부식(특히 염해)을 측정할 수도 있다. (이는 이하에서 상세히 설명하도록 한다.)
상기 부식탐지기(11)는 부식탐지기 멀티래크(130)가 보호커버(110)에 의해 감싸져서 콘크리트 타설에 따른 외력에 보호될 수 있도록 하는 형태로 형성된다.
상기 보호커버(110)는 도 4에서 보는 바와 같이 부식탐지기 멀티래크(130)의 외주면을 전체적으로 감싸면서 일정두께로 단단히 보호할 수 있도록 하는데, 통상적으로 콘크리트 구조물에 매립되므로 이와 동일한 재질로 하여 일체화시킨다. 즉, 부식탐지기 멀티래크(130)가 콘크리트에 묻히도록 하여 하나의 전체적인 부식탐지기(11)가 생산되도록 함이 바람직하다.
따라서, 도 4에서의 보호커버(110, Cover)는 직접적으로 프로브케이크(140, Corrosion Probe Cake)가 손상되는 것을 방지하고 케이블(145, Cable)이 콘크리트 타설 중에 혹은 이후　기시공된 콘크리트 구조물에 코어(Core)를 뚫고 설치시에 손상되는 것을 방지하기 위해 동일한 재질의 콘크리트로 만들어서 보호하는 역할을 하는 것이다.
상기 부식탐지기 멀티래크(130, Multi-Rack of Corrosion Probe Cake)는, 도 5에서 보는 바와 같이, 프로브케이크(140)가 다수 개 상하로 적층되어 형성되는데, 전체적으로 원통형으로 이루어질 수 있다.
이와 같이 원통형으로 수직으로 다수개의 프로브케이크(140)가 적층됨으로써 콘크리트의 표면이 염류 등에 의해 부식 손상되는 경우, 표면에 매립된 부식탐지기(11)의 표면도 함께 노출 훼손되게 된다. 이에 따라 노출된 상부 측의 프로브케이크(140) 내부에 포함된 박막센서(143)의 전기 저항값이 변화하게 되거나, 심각한 경우 박막센서(143)가 전체적으로 파손되어 단선될 수 있다.
본 발명은 이러한 저항값들을 측정함으로써 콘크리트 구조물의 부식 손상정도를 파악할 수 있게 되는 것이다.
상기 프로브케이크(140, Probe Cake, 직경 11mm X 두께 50mm)는, 도 6에서 보는 바와 같이, 통상적으로 원통형의 얇게 형성된 구조를 가지며 내부에는 얇은 박막센서(143)를 포함하게 된다.
앞서 설명한 부식탐지기 멀티래크(130)에 상하로 적층된 하나의 유니트로써 내부의 박막센서(143)와 연결된 케이블(145)이 외부로 나와있고, 박막센서(143)에서의 전기 저항값을 측정하는 것이 본 발명의 요지이므로 절연체로 형성되어 박막센서(143)의 전기 저항값 측정에 영향을 주지 않도록 함이 바람직하다.
상기 박막센서(143, Thin Film Corrosion Probe)는, 도 3 내지 도 6에서 나타난 것과 같이, 얇은 필름의 형태로 이루어진 기판에 전도성 도체로 코팅되어 회로를 형성하게 되고, 이러한 회로는 전선으로써 기능하면서 전류가 흐르게 된다. 이때 이러한 전류의 흐름은 당해 전선의 기능을 하는 전도성 도체인 회로의 상태에 따라 영향을 받게 된다.
즉, 박막필름 상의 회로인 전도성 도체는 매우 미세한 두께를 가지는 전도성 금속으로 부식에 매우 민감하고 외부의 습기나 염류 등에 커다란 영향을 받게 된다. 이에 따라 박막필름 상의 회로(전도성 도체)가 외부 염류 등에 의해 부식되는 경우 당연히 전도성이 낮아지게 되고 저항값은 커지게 되는 것이다. 통상적으로 이와 같이 전기 저항값을 이용하여 표면의 부식 정도를 측정하는 박막센서(143)는 매우 많은 산업분야에 활용되고 있다.
본 발명에서 상기 박막센서(143)는 콘크리트에 매립된 경우 절연체로 이루어진 프로브케이크(140) 내부에 포함되어 외부에 노출되지 않도록 하나, 상기 콘크리트가 부식에 의해 손상된 경우 노출되게 되어 박막센서(143)의 전기 저항값을 이용하여 부식 정도를 측정할 수 있게 되는 것이다.
상기 케이블(145)은, 도 5 및 도 6에서 보는 바와 같이 상기 박막센서(143)에 연결되어 전류가 흐르도록 하며, 당해 전류의 세기 등으로 전기 저항값을 측정하게 한다. 이러한 케이블(145)은 상기 박막센서(143)가 멀티래크(130)에서 상하로 적층되는 구조를 이루므로 각각의 박막센서(143)마다 연결되어야 하므로 도 5에서 보는 것처럼 프로브케이크(140)로부터 여러 가닥으로 유출된다.
이러한 상기 케이블(145)들은 도 4에서 보는 것처럼, 전체적으로 하나로 묶어 통합케이블(C)을 형성하며 전원부, 통신부 또는 측정부로 연결되어 전류의 흐름 값을 알 수 있게 해준다.
이렇게 형성된 통합케이블(C)은 박막센서(143)에서 흐르는 전류에 의한 저항값들을 측정부에 전달하여 주기적으로(1주 혹은 1달) 측정할 수 있도록 한다. 이러한 측정방법으로 인하여 부식탐지기(11)가 설치된 콘크리트 구조물의 부식 여부를 확인하고, 그 데이터(Data)를 데이터 로거 박스(Data Logger Box)에 저장하던지 아니면 무선 통신방식(CDMA방식 등)에 따라 온라인으로 모니터링(Monitoring)할 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예로써 박막센서를 이용한 콘크리트 부식 손상의 측정 시스템을 도 3 및 도 8을 중심으로 설명한다. 도 8은 본 발명에 따른 박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상의 측정 시스템의 블록도이다.
본 발명의 박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상의 측정 시스템은, 박막센서(143)가 내장된 다수의 프로브케이크(140)로 적층되어 형성된 박막센서 멀티래크(130)를 포함하는 부식탐지기(11)와 각각의 박막센서에서 감지된 신호를 유무선으로 전송하기 위한 모듈을 구비하고, 콘크리트 구조물의 표면상에 부식될 우려가 있는 복수의 개소에 다수개의 부식탐지기가 매립되어 형성된 센서부(10); 상기 센서부에 필요한 전원을 공급하는 전원부(20); 상기 센서부에서 감지된 신호를 전송하기 위한 통신 모듈을 구비한 통신부(30); 및 상기 통신부에서 전송된 센서의 감지 신호를 원격지에서 기 설정된 조건에 따라 콘크리트 부식 상태를 판단하는 측정부(40);를 포함하여 원격으로 구조물의 파괴없이 모니터링할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 센서부(10)는, 콘크리트 구조물(2)의 표면을 평면상으로 보았을 때 부식될 우려가 높은 여러 곳에 부식탐지기(11)가 각각 매립되어 설치되며, 상기 박막센서(143)가 내장된 다수의 프로브케이크(140)로 적층되어 형성된 박막센서 멀티래크(130)를 포함하는 부식탐지기(11)가 부식손상을 측정하고자 하는 계측 대상물인 콘크리트(1)에 내부철근(2)이 배근된 일정 피복두께로 깊이 방향으로 수직하게 매립되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 상기 센서부(10)는 앞서 설명한 부식탐지기(11)를 포함하여 콘크리트 구조물(1)의 부식위치 및 부식정도(깊이)를 전기 저항값으로 측정하여 통신부(30)를 통해 측정부(40)로 전달되도록 한다.
상기 전원부(20)는, 별도의 추가적인 외부 전원이 필요없이 태양열에 의해 전원이 공급되거나, 상기 센서부 내부에 영구전원을 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 상기 전원부(20)는 박막 센서의 저항값을 측정하기 위한 전원으로서, 외부의 상용전원이나 단순 충전용 배터리를 사용하지 않고, 태양전지판을 통해 전원을 공급할 수 있는 충전용 배터리를 사용할 수 있다. 즉, 전원부(20)는 태양전지판과 태양전지판에서 생성된 전력을 저장하는 배터리를 구비할 수 있다.
상기 통신부(30)에 구비된 통신모듈은, 박막센서(143)에서 측정되는 전기저항값이 데이터 로거 박스에 저장되어 측정부(40)로 유선통신방식에 의해 전달되거나, CDMA 등의 무선통신방식에 의해 측정부(40)에 전달시켜 콘크리트의 부식에 의한 손상위치 및 손상정도를 온라인으로 모니터링할 수 있는 것을 특징으로 한다.
따라서, 상기 통신부(30)는 각각의 박막 센서에서 감지된 전기 저항값을 유무선 통신으로 측정부(40)에 전송하기 위해 마련되며, 상기 센서부(10)와 일체로 마련되어도 좋다.
상기 측정부(40)는 박막센서(143)가 구비된 센서부(10)에서 측정된 전기 저항값을 확인하여 미리 설정된 전기 저항값에 따른 부식정도를 파악할 수 있게 하고, 변화되는 전기 저항값이 측정되는 부식탐지기(11)의 위치에 따라 부식위치를 정확히 측정할 수 있게 된다.
이러한 상기 측정부(40)는 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같은 그래프에 따른 각각의 구조물에 대한 부식에 대해 미리 설정된 조건에 따라 부식의 상태를 판단한다, 이러한 측정부(40)는 센서부(10)과 분리된 원격지에 장착되며, 토앙의 마이크로 프로세서를 구비한 컴퓨터 시스템에 의해 달성된다.
도 3 및 도 8에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상의 측정 시스템은 콘크리트(1)의 피복 두께를 침투하는 부식 인자의 영향을 피복두께에 따라 설치되어 있는 박막 센서를 구비한 센서부(10)를 이용하여 측정하는 기술이다.
이러한 콘크리트 부식 손상의 측정 시스템은 다수의 박막 센서와 각각의 박막 센서에서 감지된 신호를 유무선으로 전송하기 위한 모듈을 구비한 센서부(10), 상기 센서부(10)에 필요한 전원을 공급하는 전원부(20), 상기 센서부(10)에서 감지된 신호를 전송하기 위한 통신 모듈을 구비한 통신부(30) 및 상기 통신부(30)에서 전송된 센서의 감지 신호를 원격지에서 기 설정된 조건에 따라 판단하는 측정부(40)를 포함한다.
즉, 센서부(10)는 다수의 부식탐지기(11)로 이루어진 부식 정도를 측정하는 부분이며, 각각의 부식탐지기(11, 박막센서들이 적층된 멀티래크)가 콘크리트 구조물(1)의 두께 방향에 수직되게 다수개 매립 설치되고, 부식 인자의 침투에 따라 부식이 진전되면 박막 센서의 저항값이 달라지거나 심한 경우에는 박막 센서가 끊어져서 부식이 됨을 확인할 수 있다.
또 상기 다수의 박막 센서(143)는 신규 건설되는 구조물에 적용시키거나 또는 기존 구조물에서 코어를 떠내고 코어를 떠내 자리에 동일한 사이즈의 원형 콘크리트에 도 3과 같이 다수의 박막 센서를 삽입하여 측정할 수도 있다.
또한 상기 설명에서는 콘크리트에 다수의 박막 센서를 삽입한 구조에 대해 설명하였지만, 예를 들어 구조물에 다수의 철근이 내장되는 경우 각각의 내장 철근에 순차적으로 내장하여 적용할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 또 다른 실시예로써 박막센서를 이용한 콘크리트 부식 손상의 측정 방법에 대하여 도 3, 도 4, 도 7a 및 도 7b를 중심으로 상세히 설명하도록 한다. 도 7a는 본 발명의 부식탐지기가 콘크리트에 매립 설치된 상태를 도시한 사시도이고, 도 7b는 본 발명의 부식탐지기가 매립된 콘크리트의 부식손상 발생시 이를 측정하는 상태를 도시한 사시도이다.
본 발명에 따른 박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상의 측정 방법은 콘크리트의 구조물 내에 박막센서(143)가 내장된 다수의 프로브케이크(140)로 적층되어 형성된 박막센서 멀티래크(130)를 포함하는 부식탐지기(11)를 장착하는 단계; 상기 다수의 박막 센서(143)의 상태 신호를 감지하는 단계; 및 상기 박막 센서(143)의 상태에 따라 콘크리트(1)의 부식 상태를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 도 7a 및 도 7b를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 박막센서를 이용한 콘크리트 부식손상 측정용 부식탐지기(11)가 원래 콘크리트 구조물(1)에 두께 방향에 대하여 수직방향으로 매립되어 설치된다. 통상적으로 본 발명의 부식탐지기(11)는 콘크리트 구조물의 외표면에서 내부 철근(2)이 배근되는 피복두께 사이에 매립되도록 함이 바람직하다. 이에 따라 본 발명은 콘크리트의 염류에 의한 부식 손상으로 배근된 내부 철근(2)이 노출될 염려가 있는 경우 즉시 보수공사를 할 수 있도록 하는 기능을 수행하는 것이다.
이러한 상기 부식탐지기(11)의 매립 설치는 콘크리트 구조물(1)의 시공시에 상기 부식탐지기(11)를 함께 매립하여 타설 시공할 수도 있고, 시공된 콘크리트 구조물(1)에 다수의 코어를 뚫어 매립시켜 다시 콘크리트로 타설시키는 작업을 통해 수행할 수 있다.
이렇게 매립된 부식탐지기(11)는 도 7a에서 보는 것처럼 시공이 완성된 후에 박막센서(143)를 통해 원격으로 모니터링을 할 수 있도록 한다.
도 7b에서 보는 것처럼 콘크리트 구조물(2)의 외표면에 염류 등에 의해 부식 손상이 발생되는 경우 부식손상부위(3)가 발생하게 된다. 당해 부식손상부위(3)에 함께 매설되어 있는 부식탐지기(11)도 손상되면서 부식탐지기(11) 내부의 박막센서(143)가 상부에 있는 것부터 외부에 노출되면서 전기저항 값이 변화한다. 이에 더 심하게 부식 손상되는 경우는 상기 박막센서(143)가 파손되어 단선된 전기저항 값(무한대의 저항값)이 측정되며, 이렇게 측정된 저항값들은 케이블(145, C)에 의해 유선 또는 무선으로 측정부로 원격 전송하게 된다.
이와 같이 전기저항값이 변화하는 위치의 부식탐지기(11) 부위가 결국 콘크리트 구조물(1)의 부식 손상된 부위임을 확인할 수 있고, 더 나아가 당해 부식탐지기(11)의 부식탐지기 멀티래크(130)로 적층된 프로브케이크(140)의 내부에 있는 각각의 박막센서(143) 전기저항값을 측정함으로써 부식 손상된 정도(깊이)를 정확히 측정할 수 있는 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예로써, 기 설치된 교량 등의 콘크리트 구조물(1)에 본 발명의 부식탐지기(11)를 설치 매립시공할 수 있는데, 이는 앞서 설명한 것처럼 다음과 같다.
본 발명의 박막센서를 이용한 콘크리트 부식 손상의 측정 방법은, 기존에 설치된 콘크리트 구조물(1)에서 코어를 형성하는 단계; 상기 코어에 박막센서(143)가 내장된 다수의 프로브케이크(140)로 적층되어 형성된 박막센서 멀티래크(130)를 포함하는 부식탐지기(11)가 장착된 센서부(10)를 설치하는 단계; 상기 다수의 박막센서(143)로부터 전기저항 값에 따른 상태 신호를 감지하는 단계; 및 상기 박막 센서(143)의 상태에 따라 콘크리트(1)의 부식 상태를 판단하는 단계;를 포함하여 이미 설치된 콘크리트 구조물(1)에서도 본 발명의 부식탐지기(11)를 통해 정확하게 부식위치 및 부식손상 정도(깊이)를 측정할 수 있게 된다.
앞서 살펴본 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자(이하 '당업자'라 한다)가 본 발명에 따른 박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상 측정용 부식탐지기 및 시스템, 이를 이용한 측정 방법을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시예일 뿐, 전술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.
본 발명에 따른 박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상의 측정 시스템 및 측정 방법은 교량 등의 구조물의 부식 상태를 파악하는데 이용된다.
1 : 콘크리트 2 : 내부철근
10 : 센서부 20 : 전원부
30 : 통신부 40 : 측정부
11 : 부식탐지기 110 : 보호커버
130 : 부식탐지기 멀티래크 140 : 프로브케이크
143 : 박막센서 145 : 케이블
C : 통합케이블

Claims (10)

  1. 전기 저항 값의 변화에 따라 부식을 검출하도록 하여 부식 정도를 확인하는 박막센서;
    상기 박막센서를 포함하면서 절연체로 감싼 형태로 형성되는 프로브케이크; 및
    상기 프로브케이크가 다수 개 적층되어 형성된 부식탐지기 멀티래크;를 포함하여 콘크리트 구조물의 내부에 삽입되어 구조물의 부식위치 및 부식정도를 정확히 확인하여 모니터링할 수 있도록 하는 박막센서를 이용한 콘크리트 부식 손상 측정용 부식탐지기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부식탐지기 멀티래크의 외주면을 감싸 보호하고, 부식탐지기 멀티래크가 콘크리트 내부에 삽입 설치될 때 타설되는 콘크리트 등의 외력에 의해 손상되는 것을 방지하는 보호커버;를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 박막센서를 이용한 콘크리트 부식 손상 측정용 부식탐지기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 보호커버는,
    콘크리트로 형성되어 설치되는 콘크리트 구조물의 콘크리트와 일체화되는 것을 특징으로 하는 박막센서를 이용한 콘크리트 부식 손상 측정용 부식탐지기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 박막센서에는 케이블이 연결되어 있고,
    적층되어 형성된 박막탐지기 멀티래크는 상기 적층된 박막센서에 연결된 케이블들이 합쳐진 통합케이블이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 박막센서를 이용한 콘크리트 부식 손상 측정용 부식탐지기.
  5. 박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상의 측정 시스템으로서,
    박막센서가 내장된 다수의 프로브케이크가 적층되어 형성된 박막센서 멀티래크를 포함하는 부식탐지기와 각각의 박막센서에서 감지된 신호를 유무선으로 전송하기 위한 모듈을 구비하며, 콘크리트 구조물의 표면상에 부식될 우려가 있는 복수의 개소에 다수개의 부식탐지기가 매립되어 형성되는 센서부;
    상기 센서부에 필요한 전원을 공급하는 전원부;
    상기 센서부에서 감지된 신호를 전송하기 위한 통신 모듈을 구비한 통신부; 및
    상기 통신부에서 전송된 센서의 감지 신호를 원격지에서 기 설정된 조건에 따라 콘크리트 부식 상태를 판단하는 측정부;를 포함하여 원격으로 구조물의 파괴없이 모니터링할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 박막센서를 이용한 콘크리트 부식 손상의 측정 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 박막센서가 내장된 다수의 프로브케이크로 적층되어 형성된 박막센서 멀티래크를 포함하는 부식탐지기가 부식손상을 측정하고자 하는 계측 대상물에 내부철근이 배근된 일정 피복두께로 깊이 방향으로 수직하게 매립되는 것을 특징으로 하는 박막센서를 이용한 콘크리트 부식 손상의 측정 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 전원부는,
    별도의 추가적인 외부 전원이 필요없이 태양열에 의해 전원이 공급되거나, 상기 센서부 내부에 영구전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막센서를 이용한 콘크리트 부식 손상의 측정 시스템.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 통신부에 구비된 통신모듈은,
    박막센서에서 측정되는 전기저항값이 데이터 로거 박스에 저장되어 측정부로 유선통신방식에 의해 전달되거나, CDMA 등의 무선통신방식에 의해 측정부에 전달시켜 콘크리트의 부식에 의한 손상위치 및 손상정도를 온라인으로 모니터링할 수 있는 것을 특징으로 하는 박막센서를 이용한 콘크리트 부식 손상의 측정 시스템.
  9. 박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상의 측정 방법으로서,
    콘크리트의 구조물 내에 박막센서가 내장된 다수의 프로브케이크로 적층되어 형성된 박막센서 멀티래크를 포함하는 부식탐지기를 장착하는 단계;
    상기 다수의 박막 센서의 상태 신호를 감지하는 단계; 및
    상기 박막 센서의 상태에 따라 콘크리트의 부식 상태를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 부식 손상의 측정 방법.
  10. 박막 센서를 이용한 콘크리트 부식 손상의 측정 방법으로서,
    기존에 설치된 콘크리트 구조물에서 코어를 형성하는 단계;
    상기 코어에 박막센서가 내장된 다수의 프로브케이크로 적층되어 형성된 박막센서 멀티래크를 포함하는 부식탐지기가 장착된 센서부를 설치하는 단계;
    상기 다수의 박막센서로부터 전기저항 값에 따른 상태 신호를 감지하는 단계; 및
    상기 박막 센서의 상태에 따라 콘크리트의 부식 상태를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 부식 손상의 측정 방법.
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