KR20160085559A - 콘크리트 구조물의 균열 감지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콘크리트 구조물과 동일한 시멘트를 모재로 사용하고, 전기전도성 네트워크를 가진 매립형 센서를 철근 콘크리트 구조물에 매립하여 발생된 균열의 위치와 깊이를 모니터링할 수 있는 콘크리트 구조물의 균열 감지장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 균열 감지장치는, 시멘트 모재에 탄소계 충진재와 초유동화재가 혼입되어 만들어져 전기전도성을 가지며, 콘크리트 구조물에 매립되는 균열감지센서와; 상기 균열감지센서의 양단에 설치되는 전극과; 상기 전극에 연결되는 전선을 통해 전기를 인가하여 저항을 측정하여 균열 여부를 감지하는 모니터링부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

콘크리트 구조물의 균열 감지장치{Device for Sensing Crack of Concrete Structure}

본 발명은 콘크리트 구조물의 균열을 감지하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 콘크리트 구조물과 동일한 시멘트를 모재로 사용하고, 전기전도성 네트워크를 가진 매립형 센서를 철근 콘크리트 구조물에 매립하여 발생된 균열의 위치와 깊이를 모니터링할 수 있는 콘크리트 구조물의 균열 감지장치에 관한 것이다.

일반적으로 철근콘크리트 구조물은 철근과 콘크리트가 갖는 단점을 상호 보완하여 내진, 내화, 내구성이 우수한 재료로서 주택이나 기타의 건물은 물론 교량댐 등의 토목구조물에 널리 사용되고 있다.

그러나 상기한 철근콘크리트 구조물은 부실시공이나 유지관리 등의 소홀로 철근콘크리트 구조물에 CO2, 염화물이온 등의 열화요인이 침투되어 내부 철근이 부식되므로 구조물의 안전성 저하 및 수명 단축의 문제점을 유발하였다.

동적 하중 및 열화로 인한 콘크리트 구조물의 균열은 주로 인장력을 받는 부위에 빈번히 발생하고 시간이 갈수록 심화되는 양상을 보인다. 이러한 콘크리트 구조물의 손상은 신속한 보수를 요구하며 시의적절한 보수와 보수의 수준을 파악하기위해 균열 모니터링이 필수적이다.

현재 철근 콘크리트 구조물의 균열 모니터링 시스템은 구조물 외관을 고속 카메라로 촬영한 후 영상처리기법을 적용하는 방식이다. 그러나 이 기존방식에서는 실시간 모니터링이 불가능하고 균열의 깊이와 내부까지 진행된 균열의 정도를 평가할 수 없는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제10-1273626호 일본 공개특허 제10-238139호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 콘크리트 구조물과 동일한 재질을 모재로 사용하고, 전기전도성 네트워크를 가진 매립형 센서를 철근 콘크리트 구조물에 매립하여 발생된 균열의 깊이와 정도를 원하는 시기에 평가하거나 실시간으로 모니터링할 수 있으며, 장비 운용과 평가 실시에 소요되는 시간을 절약할 수 있는 콘크리트 구조물의 균열 감지장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 균열 감지장치는, 시멘트 모재에 탄소계 충진재와 초유동화재가 혼입되어 만들어져 전기전도성을 가지며, 콘크리트 구조물에 매립되는 균열감지센서와; 상기 균열감지센서의 양단에 설치되는 전극과; 상기 전극에 연결되는 전선을 통해 전기를 인가하여 저항을 측정하여 균열 여부를 감지하는 모니터링부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 콘크리트 구조물과 동일 또는 유사한 시멘트를 모재로 사용하고, 전기전도성 네트워크를 가진 복수개의 균열감지센서를 철근 콘크리트 구조물에 매립하여 각각의 균열감지센서에서의 저항 증가 폭을 측정함으로써 균열의 정도와 깊이를 실시간으로 모니터링할 수 있고, 장비 운용과 평가 실시에 소요되는 시간을 절약할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 균열 감지장치를 나타낸 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 균열 감지장치의 작동 원리를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 균열 감지장치를 나타낸 개략적인 사시도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 균열 감지장치를 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 균열 감지장치를 나타낸 것이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 균열 감지장치는, 시멘트 모재에 탄소계 충진재와 초유동화재가 혼입되어 만들어져 전기전도성을 가지며, 콘크리트 구조물(S)에 매립되는 균열감지센서(10)와; 상기 균열감지센서(10)의 양단에 설치되는 전극(20)과; 상기 전극(20)에 전선(30)을 통해 전기를 인가하여 저항을 측정하여 균열 여부를 감지하는 모니터링부(40)를 포함한 구성으로 이루어진다.

상기 균열감지센서(10)는 기다란 바아 형태로 되어 콘크리트 구조물에 상하방향으로 일정 간격으로 매립 설치되며, 콘크리트 구조물의 시멘트 재료와 동일 또는 유사한 시멘트를 모재로 하고 있기 때문에 콘크리트 구조물과 함께 거동하게 된다. 따라서, 콘크리트 구조물의 균열 발생시 균열감지센서(10)에도 동일하게 균열이 발생하게 되어 전기전도도, 즉 저항에 변화가 발생하게 된다.

전술한 것과 같이 상기 균열감지센서(10)는 시멘트 모재에 전기전도성 네트워크를 형성하기 위한 탄소계 충진재와 초유동화재가 혼입되어 만들어져 전기전도성을 갖도록 제작되는데, 시멘트 모재로서 보통 포틀랜드 시멘트를 사용할 수 있다.

그리고, 전기전도성 네트워크를 형성하기 위한 탄소계 충진재는 탄소나노튜브, 팽창흑연, Exfoliated graphite, Graphite nanoplatelet, 그래핀(Graphene), 카본블랙으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 이상으로 구성될 수 있다.

상기 초유동화제는 굳지 않은 탄소계 충진재 혼입 시멘트 혼합물의 유동성을 조절하기 위한 목적으로 혼합되는데, 초유동화제에 따라 AE제 기능이 포함될 수도 있다.

상기 균열감지센서(10)에 전기를 인가하기 위하여 균열감지센서(10)의 양단에는 금속 재질의 전극(20)이 부착되며, 상기 전극(20)은 전선을 통해 상기 모니터링부(40)와 연결된다. 도 1에서는 편의상 5번 균열감지센서(10)의 전극(20)만 모니터링부(40)와 전선(30)을 통해 연결된 것으로 도시하였으나, 나머지 모든 균열감지센서(10)의 전극(20)들이 모니터링부(40)와 전선(30)을 통해 연결되는 것으로 이해되어야 할 것이다. 상기 전극(20)은 은페이스트, 전도성 접착제 등을 이용하여 균열감지센서(10)에 부착될 수 있다.

상기 모니터링부(40)는 상기 복수개의 균열감지센서(10)에 전기를 인가했을 때 각각의 균열감지센서(10)의 저항을 측정하여 저항 변화에 따라 균열 여부를 감지한다. 즉, 상기 균열감지센서(10)에 전기를 인가하게 되면, 균열감지센서(10)에서 일정값의 저항이 발생하게 되는데, 균열감지센서(10)에 균열이 없을 경우에는 저항값이 일정하지만, 콘크리트 구조물에 균열이 발생하여 균열감지센서(10)에도 균열이 발생하게 되면 저항값이 급격히 증가하게 된다. 따라서 상기 각각의 균열감지센서(10)에서 발생하는 저항값 변화를 감지하게 되면 균열 위치와 균열 깊이를 알 수 있다.

예를 들어, 도면상 좌측에 배열된 1~4번 균열감지센서(10)까지 저항 변화가 감지될 경우 콘크리트 구조물의 4번 깊이까지 균열이 발생한 것으로 감지하고, 역시 2번과 3번 균열감지센서(10)에서의 저항 증가량을 통해 또 다른 균열을 감지할 수 있다. 또한 도면상 우측에 배열된 6~10번 균열감지센서(10)의 저항 변화를 통해 균열 발생 정도와 균열 깊이를 판단할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 콘크리트 구조물의 균열 감지장치의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 이 실시예의 균열 감지장치는 탄소계 충진재로 전기전도성 네트워크가 형성된 시멘트 또는 콘크리트 재질의 일체형 센서유닛(100)에 복수개(이 실시예에서 3쌍)의 전극(20)이 상하 방향으로 일정 간격으로 배열된 구조를 가지며, 각각의 전극(20)에 전선(30)이 연결되어 전기가 인가된다. 이 일체형 센서유닛의 경우 센서유닛 전체적으로 전도성 네트워크가 형성되어 있어 양쪽에 전극과 전선만 연결된다면 전극간의 최단거리를 통해 전류가 흐를 수 있다. 이로써, 1번에 위치한 양단의 전극은 하나의 매립된 센서와 동일한 효과를 가진다고 볼 수 있다. 또한 2번과 3번에 위치한 두쌍의 전극도 이와 마찬가지로 매립된 센서와 동일한 효과를 가진다.

이 실시예의 균열 감지장치는 1~3번 전극(20)을 통해 센서유닛(100)의 균열감지센서(10)에 전기를 인가하여 저항을 측정하고, 저항의 증가 폭을 통해서 균열이 몇번째 전극(20)까지 발생했는지를 파악하여 균열의 정도와 깊이를 판단할 수 있다.

따라서 상기한 센서유닛(100)을 콘크리트 구조물의 여러 부분(예를 들어 교량의 상판의 배근 철근 상부, 교량 보의 철근 하단 등)에 배치하면 콘크리트 구조물의 부위별 균열 발생 정도와 균열 깊이를 판단할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 콘크리트 구조물과 동일 또는 유사한 시멘트를 모재로 사용하고, 전기전도성 네트워크를 가진 복수개의 균열감지센서(10)를 철근 콘크리트 구조물에 매립하여 각각의 균열감지센서(10)에서의 저항 증가 폭을 측정함으로써 균열의 정도와 깊이를 실시간으로 모니터링할 수 있고, 장비 운용과 평가 실시에 소요되는 시간을 절약할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

S : 콘크리트 구조물 10 : 균열감지센서
20 : 전극 30 : 전선
40 : 모니터링부

Claims (3)

1. 시멘트 모재에 탄소계 충진재와 초유동화재가 혼입되어 만들어져 전기전도성을 가지며, 콘크리트 구조물에 매립되는 균열감지센서(10)와;
   상기 균열감지센서(10)의 양단에 설치되는 전극(20)과;
   상기 전극(20)에 연결되는 전선을 통해 전기를 인가하여 저항을 측정하여 균열 여부를 감지하는 모니터링부(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 균열 감지장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 균열감지센서의 탄소계 충진재는, 탄소나노튜브, 팽창흑연, Exfoliated graphite, Graphite nanoplatelet, 그래핀(Graphene), 카본블랙으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 균열 감지장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 균열감지센서(10)가 직육면체의 판상으로 된 시멘트 또는 콘크리트 재질의 센서유닛(100)에 상하방향으로 일정 간격으로 매립 설치되고, 상기 센서유닛(100)의 양단에 각각의 균열감지센서(10)와 대응하도록 복수개의 전극(20)이 상하 방향으로 일정 간격으로 배열된 것을 특징으로 하는 콘크리트 구조물의 균열 감지장치.

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