KR20200030437A - 콘크리트 압송배관의 윤활층 활성화를 이용한 콘크리트 압송방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 윤활층 활성화를 이용한 콘크리트 압송방법에 관한 것이다.
본 발명은 콘크리트에 고압을 인가하여 장거리 이송함에 있어서, 콘크리트 이송에 필요한 압력을 낮출 수 있는 윤활층 활성화제를 주입하여 콘크리트를 이송한다. 즉, 콘크리트와 압송배관의 내주면 사이에 윤활층이 형성되는데, 본 발명에서는 윤활층 활성화제(약액)을 주입하여 이 윤활층이 더욱 활성화되도록 함으로써 콘크리트 이송에 필요한 압력을 낮출 수 있다. 본 발명에서는 약액은 계면활성제, 증점제 및 응결촉진제를 혼합한 후 물에 배합하여 약액 형태로 사용한다.

Description

콘크리트 압송배관의 윤활층 활성화를 이용한 콘크리트 압송방법{METHOD FOR CONCTRETE PUMPING USING ACTIVATING LUBRICANT LAYER IN PIPELINE}

본 발명은 토목, 건축분야의 기술로서, 특히 콘크리트를 펌핑하여 타설할 위치까지 이송하는 콘크리트 펌핑 및 이송 기술에 관한 것이다.

레미콘에서 공급된 콘크리트는 파이프 라인을 따라 압송되어 타설 현장까지 이송된다. 이송 거리가 짧은 경우에는 콘크리트를 가압하기 위한 수단으로 펌프카가 사용되지만, 백 미터 이상의 장거리를 이송하기 위해서는 고압 콘크리트펌프를 사용해야 한다. 최근에는 콘크리트 공급지로부터 타설지까지 거리가 수 백 미터 이상이 되는 경우가 빈번해지고 있다. 예컨대, 잠실 '롯데월드타워'는 높이가 555m이며, 콘크리트를 수직 상방으로 수 백 미터 이송해야 한다. 또한 영종도와 송도 사이를 연결한 '인천대교'나 '인제-양양 터널'과 같이 길이가 수 km 이상인 장대터널, 장대교량을 건선할 때에도 콘크리트의 이송거리는 매우 길 수 밖에 없다.

이렇게 콘크리트를 장거리 이송하려면 높은 압력이 필요한데, 고압으로 콘크리트를 펌핑하는 것은 2가지 문제점이 있다. 먼저 콘크리트의 물성 변화이다. 고압을 받은 콘크리트는 점도가 증가하여 유동성이 저하된다거나, 압축강도가 설계 강도와 달라질 수 있다. 또한 심한 경우 굳지 않은 콘크리트 내부의 수분이 높은 압력에 의해 탈수되어 흐름성을 아예 잃어버리거나, 골재부분만이 따로 뭉쳐 이송 배관을 완전히 막아 버리기도 한다. 또 다른 문제점은 경제성이다. 고압 펌핑을 지속적으로 수행하는 과정에서 배관의 폐색은 공사 지연, 배관 내 잔존한 콘크리트 폐기, 폐색된 배관의 폐기 및 신규 배관으로의 교체 등 2중, 3중의 경제적 손실을 가져오며, 장거리의 압송을 위해서는 고가의 고압 콘크리트 펌프를 사용해야만 한다.

기존에는 장거리 이송 시 위와 같은 문제를 피하기 위하여 콘크리트의 시멘트와 같은 분체량을 증가시키고 잔골재의 비율을 변경하는 등의 방법을 적용하여왔다. 그러나, 지역에서 구할 수 있는 골재의 품질은 한정적이어서 잔골재 비율의 변경에 따른 콘크리트의 재료분리 저항성의 증가는 매우 제한적이다. 또한, 시멘트량의 증가는 콘크리트 자체의 점성을 증가시켜 재료분리에 효과적으로 대응할 수 있으나, 필요 이상의 고강도 콘크리트를 타설하게 됨으로써 경제성이 매우 나빠지는 문제점을 갖게 된다.

한편, 기존에도 콘크리트와 배관 사이의 마찰력을 저감시키기 위하여 콘크리트에 혼화제를 주입하여 사용하기도 하였다. 그러나 마찰저감용 혼화제를 콘크리트에 주입하면, 콘크리트에 이미 포함되어 있던 혼화제와 반응하여 콘크리트의 물성에 심각한 영향을 주곤 하였다. 예컨대, 원래 콘크리트에 포함되어 있던 감수제, 슬럼프 유지를 위한 유지제 또는 지연제, 공기연행제, 소포제 등의 혼화제와, 마찰저감을 위한 혼화제가 함께 작용하여 윤활층을 일부 활성화시키기는 하였지만, 콘크리트 자체의 유동성을 급하게 증가시켜 재료분리를 발생시킨다. 반대로 점도가 너무 증가하여 윤활층이 소실되어 콘크리트의 압송이 불가능한 경우도 발생하였다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 콘크리트와 압송배관 내주면 사이에 형성되는 윤활층을 활성화시켜 배관과 콘크리트 사이의 마찰력을 저감함으로써, 상대적으로 낮은 압력으로 콘크리트를 멀리 이송할 수 있으며, 콘크리트 물성 변화를 억지할 수 있는 콘크리트 압송방법을 제공하는데 목적이 있다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 콘크리트 압송방법은, (a)콘크리트 이송용 배관을 설치하는 단계; (b)상기 배관을 통해 콘크리트 이송시 윤활층 활성화제를 주입하는 단계;를 포함하되, 상기 윤활층 활성화제는 콘크리트와 배관 내주면 사이에 환형으로 공급되며, 상기 윤활층 활성화제는 계면활성제와 증점제 및 응결촉진제를 포함하여 이루어진다.

본 실시예에서, 상기 콘크리트 이송용 배관에 개재되어, 상기 윤활층 활성화제를 상기 콘크리트 이송용 배관에 주입하는 주입장치를 설치하는 단계를 더 구비하며, 상기 주입장치는 상기 배관의 원주방향을 따라 복수의 주입구가 형성되어 있는 약액주입유닛; 상기 약액을 가압하여 주입하기 위한 주입펌프; 및 상기 주입펌프와 약액주입유닛 사이에 개재되어 콘크리트를 복수의 갈래로 나누어 상기 복수의 주입구로 분배하되, 상기 복수의 주입구로 각각 주입되는 콘크리트의 압력을 일정한 범위 내에서 서로 동일하게 형성되도록 하는 분배기;를 구비한다.

본 발명의 일 예에서, 상기 윤활층 활성화제는 콘크리트를 주입할 때 함께 주입할 수 있다.

본 발명의 다른 예에셔, 상기 콘크리트 이송용 배관에 적어도 하나의 배관내압센서를 설치하고, 상기 콘크리트를 이송하면서 상기 배관 내 압력을 모니터링하며, 상기 배관 내 압력이 기설정된 기준값에 이르거나 또는 최대 압력값이 일정 범위 내에서 유지될 때, 상기 윤활층 활성화제를 주입할 수 있다.

또한, 상기 배관내압센서를 통해 상기 배관의 압력을 측정하여, 압력값에 따라 단속적으로 상기 윤활층 활성화제를 주입할 수 있다. 상기 윤활층 활성화제는 지속적으로 주입하거나, 또는 시간 간격을 두고 주입할 수 있다.

본 발명의 다른 예에서는 상기 윤활층 활성화제는 상기 배관의 길이방향을 따라 상호 이격되어 있는 적어도 2개의 지점에서 각각 주입할 수 있다.

본 발명의 또 다른 예에서, 상기 배관의 치수 및 콘크리트의 물성, 유동량에 따른 콘크리트 단위명적당 예상압력을 산출하는 예상압력산출단계와, 배관내압센서를 이용하여 상기 배관 내의 콘크리트의 단위면적당 배관 압력을 측정하는 배관내압측정단계와, 콘크리트의 유동량에 따라 주입되는 약액의 정량을 산출하는 약액정량산출단계와, 상기 예상압력산출단계에서 산출된 예상압력과 상기 배관내압측정단계에서 측정된 배관내압을 비교하여 약액의 주입을 결정하는 제1내압비교단계와, 예상압력보다 배관내압이 높을시 정량의 약액을 주입시키는 약액주입단계와, 상기 예상압력산출단계에서 산출된 예상압력과 약액주입단계 이후에 측정된 배관의 내압을 비교하여 약액의 주입 중단을 결정하는 제2내압비교단계 및 예상압력 보다 약액주입단계 이후에 측정된 배관의 내압이 낮을시 약액의 주입을 중단시키는 약액주입중단단계를 포함하여 이루어진다.

본 발명에서 사용하는 콘크리트 압송배관 윤활층 활성화제는 콘크리트 압송배관을 지나는 콘크리트와 압송배관의 내주면 사이로 주입되어 콘크리트와 압송배관 사이의 마찰력을 저감시키기 위한 것으로서, 계면활성제와 증점제 및 응결촉진제를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 일 예에서, 계면활성제 45~70 중량부, 증점제 15~35 중량부, 응결촉진제 10~20 중량부의 범위로 배합될 수 있다.

상기 계면활성제는 폴리카르복실레이트 또는 폴리에테르이거나, 이들이 혼합된 것이며, 상기 증점제는 폴리아크릴아마이드, 아라비아검, 구아검, 잔탄검, 메틸셀룰로오스 및 카르복시메틸셀룰로오스 중 어느 하나 또는 이들이 선택적으로 혼합된 것이고, 상기 응결촉진제는 칼슘나이트레이트, 칼슘포메이트, 리튬카보네이트, 포타슘카보네이트 및 소듐카보네이트 중 어느 하나 또는 이들이 선택적으로 혼합된 것이다.

본 발명의 일 예에서, 상기 계면활성제, 증점제 및 응결촉진제로 이루어진 조성물은 물에 혼합하여 약액 형태로 제조되며, 상기 조성물 대 물의 중량비는 10:90 ~ 40:60의 범위이다.

또한 본 발명의 일 예에서는 흑연 분말과 활석 분말이 단독으로, 또는 이들을 혼합한 분말을 더 포함할 수 있다. 이 때 위 분말은 전체 활성화제 조성물에서 1~5중량%로 배합되며, 분말이 추가된만큼 증점제를 제할 수 있다. 다만 분말을 추가하는 경우에도 증점제는 10% 이상인 것이 바람직하다.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.

본 발명에 따라 계면활성제를 콘크리트 압송배관에 환형으로 주입하면 그렇지 않은 경우에 비하여 압송에 필요한 압력이 50% 이상 저하되므로 경제성이 획기적으로 상승된다는 이점이 있다. 또한 기존과 같이 콘크리트 펌핑을 위하여 필요이상의 고강도 콘크리트를 사용하거나, 배관의 폐색이 발생하지 않는 것에 비하여 공기도 획기적으로 감소시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따라 배송압력이 저하되면 고압 조건에서의 콘크리트의 물성 변화를 최소한으로 억지할 수 있어 시공 품질이 보장된다는 이점이 있다.

특히, 장거리 이송에서는 압축강도가 높은 콘크리트를 사용해서 물성의 변화를 만회하게 되는데, 본 발명에서는 24MPa 급의 낮은 압축강도 콘크리트를 사용하여도 물성의 변화가 없는 바, 고가의 고강도 콘크리트를 사용할 필요가 없다는 이점이 있다. 특히 24MPa 급에서는 윤활층 활성화제를 주입한 후 압축강도가 오히려 높게 나타나 효용성이 더욱 높을 것으로 기대된다.

무엇보다도 기존에는 고압 장거리 콘크리트 이송에서 재료분리, 폐색 등의 문제를 해결하고자 실제 필요한 강도(대략 24MPa 급)보다 훨씬 높은 60MPa 이상의 고강도 콘크리트를 사용하였는 바 경제성이 저하되었는데, 본 발명에 따른 윤활층 활성화로 인하여 원래대로 24MPa 압축강도의 콘크리트를 사용할 수 있는 바, 경제성이 획기적으로 향상된다는 이점이 있다.

도 1은 콘크리트가 이송되고 잇는 파이프 라인 내부를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 파이프내 압력과 콘크리트 토출량 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 콘크리트 압송배관의 윤활층 활성화 장치의 개략적 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 약액주입유닛의 개략적 단면도이다.
도 5는 도 4의 A-A선 개략적 단면도이다.
도 6은 본 발명과는 다른 형태의 약액주입유닛의 개략적 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 윤활층 활성화제의 효과를 알아보기 위한 실험의 조건을 나타낸 표이다.
도 8은 도 7에 표시한 실험방법을 도식화하여 나타낸 것이다.
도 9는 도 7에 표시된 실험A의 현장사진 및 개요도이다.
도 10은 실험A에서 24MPa 콘크리트를 대상으로 윤활층 활성화제 주입량에 따른 압력 변화를 나타낸 그래프이다.
도 11 내지 도 13은 실험B에서 24MPa 콘크리트를 대상으로 윤활층 활성화제 주입량에 따른 압력변화와 압축강도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 14는 도 7에 표시된 실험C의 현장사진 및 개요도이다.
도 15는 실험C에서 윤활층 활성화제 주입량 변화에 따른 콘크리트 압송배관 내 압력변화를 나타낸 그래프이다.
도 16은 24MPa 콘크리트를 대상으로 윤활층 활성화제 주입량에 따른 콘크리트 압송배관 내 압력변화를 종합하여 나타낸 그래프이다.
도 17 및 도 18은 윤활층 활성화제 주입 전후의 콘크리트의 유동성 변화를 나타낸 그래프이다.
도 19는 윤활층 활성화제 주입 전후의 콘크리트의 공기량 변화를 나타낸 그래프이다.
도 20은 윤활층 활성화제 주입 전후의 콘크리트의 압축강도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 21은 본 발명에 따른 윤활층 활성화제를 이용한 콘크리트 압송방법을 나타낸 도면이다.
도 22는 도 21에 도시된 압송방법에서 윤활층 활성화제를 주입하는 방법에 대한 일예를 나타낸 것이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 콘크리트에 고압을 인가하여 장거리 압송하기 위한 것으로서, 보다 상세하게는 콘크리트 압송 배관 내에서 압송 배관과 콘크리트 사이의 윤활층을 더욱 활성화시켜 콘크리트 이송 압력을 저하시킬 수 있는 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 조성물은 콘크리트가 압송되고 있는 배관의 외주면을 따라 환형으로 주입되어 이송중의 콘크리트와 배관의 내주면 사이의 윤활층을 더욱 활성화시키는 작용을 한다.

본 발명을 설명하기에 앞서 콘크리트 압송 배관 내에서의 콘크리트 거동을 살펴 본다. 도 1은 콘크리트가 이송되고 잇는 압송 배관(파이프 라인) 내부를 개략적으로 나타낸 것이다.

도 1을 참고하면, 콘크리트(c)는 파이프 라인(p) 내에서 층류로 유동하는데, 파이프 라인의 내주면과의 마찰로 인하여 파이프 라인의 내주면 근처에서는 유속이 저하되고 파이프 라인의 중심부에서는 유속이 최대가 된다. 그리고 콘크리트(c)와 파이프라인(p) 사이에는 윤활층(s)이 형성된다. 파이프라인(p)의 종단면으로 보면 윤활층(s)은 동그란 환형으로 얇게 형성된다. 물리적 특성을 보면, 윤활층(s)은 콘크리트(c)에 비하여 점도가 낮으므로, 파이프 라인의 내주면과 콘크리트 사이의 마찰력을 저감하는 역할을 한다. 콘크리트가 파이프 라인을 통해 이송되면 물리적 현상으로서 자연스럽게 윤활층(s)이 형성되며, 이러한 윤활층이 없다면 콘크리트의 이송은 실질적으로 곤란하다.

본 발명은 콘크리트의 고압, 장거리 이송과정에서 나타나는 종래의 문제점을 해결하기 위한 수단으로서 윤활층(s)에 주목했다. 즉 '물리적 현상으로서 자연스럽게 나타나는 윤활층을 인위적으로 더욱 활성화시키면 기존의 문제점을 해결할 수 있을 것이다'라는 아이디어로부터 본 발명은 시작되었다. 결과적으로 본 발명은 윤활층을 활성화시키는데 성공하였으며, 파이프라인(p)과 콘크리트 사이의 마찰력이 저하됨으로써 상대적으로 낮은 압력을 인가해도 콘크리트의 장거리 이송을 가능케 하였다. 본 발명에서 윤활층의 '활성화'란 윤활층으로 인하여 콘크리트와 파이프라인 사이의 마찰력을 저하시키는 것을 의미하며, 예컨대 윤활층을 인위적으로 형성하거나, 기형성된 윤활층을 활성화시키는 것, 예컨대 점도를 보다 낮추는 것을 포함한다.

도 2는 파이프내 압력과 콘크리트 토출량 사이의 관계를 나타낸 그래프로서, A는 윤활층을 활성화시키지 않은 기존의 예이며, B는 본 발명에 따른 윤활층 활성화제를 주입하여 윤활층을 활성화시킨 경우이다. 도 2의 그래프에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 윤활층을 활성화시킨 경우 동일한 압력에서는 콘크리트의 토출량(Q)이 기존의 예에 비하여 증대하며, 거꾸로 동일한 토출량을 확보하기 위해 필요한 압력은 기존의 예보다 낮게 나타났다. 추후에 다시 본 발명의 실험예에 대하여 자세히 설명하겠지만, 일정한 토출량을 확보하기 위해 본 발명에서 요구되는 압력은 기존에 비하여 50% 수준으로 낮아지는 것을 확인하였다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 윤활층 활성화제와 주입장치 및 콘크리트 압송방법에 대하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

윤활층 활성화제가 구비해야 되는 조건은 첫 째 윤활층을 활성화시켜야 하며, 둘 째 콘크리트의 물성에 영향을 주지 않아야 한다.

본 발명에 따른 윤활층 활성화제는 첫 번째 조건은 윤활층 활성화, 즉 콘크리트와 배관 사이의 마찰력을 저감시키기 위하여 계면활성제를 사용한다. 계면활성제로는 예컨대 폴리카르복실레이트, 폴리에트르 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 계면활성제는 잘 알려진 바와 같이 친수성기와 소수성기(친유기)로 이루어진다. 계면활성제는 잘 알려진 바와 같이 친수성기와 소수성기(친유기)로 이루어진다. 계면활성제는 소수성기는 배관 내 윤활층에 존재하는 시멘트 및 골재 입자에 흡착된다. 계면활성제가 입자에 흡착되면 입자 끼리의 응집을 방지하여 분산을 돕고 이에 따라 콘크리트 내부에서의 전단이 쉽게 이루어지게 된다. 윤활층은 콘크리트와 배관의 벽면 사이에서 지속적으로 전단변형이 이루어지고 있는 영역이므로 내부의 전단이 쉬워질수록 배관과의 마찰은 저하되게 된다.

또한 본 발명에 따른 윤활층 활성화제는 계면활성제가 콘크리트 내부로 확산되어 이송거리가 길어질수록 윤활층의 활성효과가 저하되는 것을 방지하기 위하여, 즉 계면활성제가 콘크리트 내부로 확산되는 것을 막고 최대한 윤활층에 오래 잔존하여 활성효과를 지속할 수 있도록 하기 위하여 증점제를 사용한다. 증점제로는 예컨대 폴리아크릴아마이드, 아라비아검, 구아검, 잔탄검, 메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

증점제를 사용함에 따라 콘크리트의 강도가 저하되는 것을 막기 위하여, 본 발명에서는 콘크리트 응결촉진제를 함께 사용하는 것이 바람직하다. 예컨대 칼슘나이트레이트, 칼슘포메이트, 리튬카보네이트, 포타슘카보네이트, 소듐카보네이트를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 윤활층 활성화제는 계면활성제, 증점제 및 응결촉진제를 포함하며, 이들의 조성비는 계면활성제 45~70 중량부, 증점제 15~35 중량부, 응결촉진제 10~20 중량부의 범위로 배합된다. 계면활성제는 윤활층 형성에 가장 핵심적인 물질로서 위의 비율 미만이면 윤활층이 원활하게 형성되지 못하며, 70 중량부를 초과하는 경우 물성에 영향을 미칠 수 있는 바, 상기한 범위가 가장 적합하다. 증점제와 응결촉진제의 경우 계면활성제의 첨가량에 따라 그 비율이 달라질 수 있다. 다만 윤활층 활성화제는 콘크리트의 배송 길이와 압력에 따라 배합비율이 달라질 수 있다.

그리고 위의 성분들로 이루어진 조성물은 물에 혼합하여 약액 형태로 주입되는데, 조성물:물의 배합 비율(중량비)이 10:90 ~ 40:60의 범위로 설정된다.

또한 본 발명의 다른 예에서는 흑연 분말 및/또는 활석 분말을 더 포함할 수 있으며, 전체 조성물에서 1~5 중량부의 범위로 배합할 수 있다. 그리고 흑연 분말 및/또는 활석 분말이 추가된만큼 증점제의 양을 줄인다.

흑연 분말과 활석 분말(H₂Mg₃(SiO₃)₄)은 모두 잘 미끄러지고 쉽게 전단되는 특성을 가진다. 이들을 단독 또는 혼합하여 사용하는 경우, 콘크리트 입자간의 마찰을 줄여주는 베어링 기능을 수행하여 내부 전단 저항을 낮추어준다. 이에 따라 콘크리트 압송시 윤활층을 더욱 활성화시킬 수 있다.

흑연 분말과 활석 분말을 사용하는 경우 액상으로만 이루어진 약액에 비하여 활성화제가 콘크리트 내부로 확산되는 속도가 느리므로, 즉 윤활층에 남아 있는 기간을 최대로 유지시킴으로써 윤활층의 지속성을 보장해준다. 또한 흑연 분말과 활석 분말은 광물질로서 콘크리트에 남아 있더라도 골재와 같은 필러로 작용하여 콘크리트 내부 공극을 매우므로 강도에 영향을 주지 않는다.

다만, 흑연 분말과 활석 분말이 활성화제 주입구를 폐색하는 것을 방지하여야 하며, 활성화제 약액 내에서 침전되거나 부유하지 않고 고르게 분산될 필요가 있다. 이에 본 발명에서는 이들 분말의 크기는 45 마이크로 미터 이하로 제한하여 사용한다. 대략 325번 체를 통과하는 수준이며, 더욱 바람직하게는 400번 체를 모두 통과할 수 있는 37 마이크로 미터 이하의 입도를 가진 것을 사용한다.

흑연 분말은 소수성을 띠기 때문에 수중에 분산시키기 어려운 문제가 있어 물이 혼합된 환경에서는 잘 사용되지 못하는데, 본 발명에셔는 계면활성제가 필수적으로 포함되어 있으므로 이러한 반작용이 자연스럽게 해소될 수 있다. 또한 본 발명에서 증점제가 사용되어 흑연 분말이나 활석 분말이 부유 또는 침강되는 것을 막고 고르게 분산될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 예에 따른 윤활층 활성화제를 주입하기 위한 장치(100)의 개략적 도면이다. 도 3을 참고하면, 윤활층 활성화제 주입장치(100)는 약액주입유닛(30), 주입펌프(40), 분배기(50), 제어유닛(60)을 구비한다.

약액주입유닛(30)은 중공의 관 형태로 이루어진 하우징(10)을 구비한다. 하우징(10)의 양단에는 플랜지부(11)가 형성되어 콘크리트 압송배관(p)과 플랜지 결합된다. 하우징(10)의 내부에는 유로가 형성되어 콘크리트가 유동한다.

콘크리트가 배관을 유동할 때 윤활층이 형성되도록, 또는 기형성된 윤활층이 더욱 활성화되도록, 본 발명에 따른 조성물을 물에 혼합한 약액을 주입하는데, 하우징(10)에는 약액을 주입할 수 있는 복수의 주입구(12)가 형성된다. 주입구(12)는 하우징(10)의 내주면과 외주면 사이를 관통하여 형성되며, 하우징(10)의 원주방향을 따라 복수 개 배치된다. 예컨대 주입구(12)는 서로 동일한 각도 간격으로 배치되며, 원주방향을 따라 4~16개, 바람직하게는 6~12개 배치된다. 주입구(12)는 콘크리트의 유동방향에 대하여 수직하게 배치될 수도 있지만, 주입구가 경사지게 배치되어 약액이 콘크리트 유동방향쪽으로 비스듬하게 주입되게 하는 것이 바람직하다.

복수의 주입구(12)에는 각각 주입포트(20)가 결합된다. 주입포트(20)는 분배기(50)로부터 연장된 연결라인(51)을 하우징(10)의 주입구(12)에 접속시키기 위한 것이다. 본 예에서는 주입포트(20)와 연결라인(51)은 나사결합된다. 주입포트(20) 또는 연결라인(51)에는 약액의 유로를 개폐하기 위한 개폐밸브(21)가 설치된다. 또한 약액을 주입할 때 약액의 역류를 방지하도록, 개폐밸브(21)와는 별도로 체크밸브(미도시)가 주입포트(20) 또는 연결라인(51)에 설치될 수 있다.

그리고 하우징(10)의 내주면에는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 복수의 주입구(12)들을 모두 연결하는 원주를 따라 오목하게 홈부(13)가 형성된다. 홈부(13)는 약액이 하우징(10)의 내주면을 따라 환형으로 분산될 수 있도록 하기 위한 것이다. 즉, 각 주입구(12)의 단부에서 홈부를 따라 좌우로 약간씩만 분산되면, 전체적으로 볼 때 약액이 환형으로 주입되어 콘크리트 유동체의 외주면을 감싸는 형태가 된다.

또한, 다른 실시예에서는 환형의 홈부가 주입구별 구간으로 분할되도록 홈부의 중간중간(주입구별)에 격벽이 마련될 수도 있다. 즉, 하나의 주입구에서 일정 각도 범위의 홈부에 약액을 공급하는 형태가 될 수도 있다.

주입펌프(40)는 약액을 가압하여 콘크리트가 유동하고 있는 하우징(10) 내부로 주입하기 위한 것이다. 콘크리트가 수십~수백 바(bar)의 높은 압력으로 이송되기 때문에, 주입펌프(40) 역시 압송배관(p) 내부의 압력 이상으로 약액을 가압해야 한다. 본 실시예에서 주입펌프(40)는 피스톤 형태의 펌프를 사용한다. 주입펌프(40)는 약액 공급탱크(T)로부터 약액을 공급받아 분배기(50)로 압송한다.

분배기(50)는 약액을 하우징(10)의 복수의 갈래로 나누어 복수의 주입구(12)로 분배하되, 각 주입구(12)로 주입되는 약액의 압력이 동일해지게 하는 기능을 수행한다. 여기서 '동일'하다는 것은 수학적으로 동일하다는 의미는 아니며, 압력이 일정한 범위 내에 있는 것을 의미한다. 본 실시예에서는 분배기(50)로 매니폴드를 사용한다. 매니폴드의 복수의 출구에 연결라인(51)이 각각 결합된다. 복수의 연결라인(51)의 유동 단면적은 상호 동일하며, 복수의 주입구(12)들의 단면적도 상호 동일하다. 물론 매니폴드(50)의 각 출구 역시 단면적이 동일하다. 따라서 약액은 매니폴드(50)에서 복수의 갈래로 균등하게 분배되며, 각 주입구(12)에 인가되는 약액의 압력도 상호 동일해진다.

복수의 연결라인(51) 중 적어도 어느 하나에는 압력계(59)가 설치된다. 다만 압력계는 연결라인이 아니라 또는 복수의 주입포트(20) 중 어느 하나에 설치될 수도 있다. 이 압력계(59)는 복수의 갈래로 각 주입구(12)를 통해 공급되는 약액의 압력을 측정하며, 더 나아가 복수의 주입구의 폐색 여부를 확인하는 기능을 수행한다. 중요한 점은 복수의 주입포트(또는 연결라인) 중 어느 하나에만 압력계를 설치해도 주입구의 폐색 여부를 파악할 수 있다는 점이다. 뒤에서도 자세하게 설명하겠지만, 약액주입유닛에서 가장 문제가 되는 것은 주입구가 막히는 현상이다. 약액은 환형으로 분산되어서 콘크리트 유동체(원기둥 형태)의 외주면을 둘러싸는 것이 가장 이상적이다. 그러나 어느 하나의 주입구가 막히게 되면 약액이 환형으로 분산되지 못함으로써 윤활층이 고르게 형성되지 못하는 문제점이 있다. 따라서 주입구별로 폐색 여부를 꾸준히 모니터링하는 것이 중요하다. 당연히 모든 주입구(주입포트 또는 연결라인)에 대하여 압력계를 설치해야 하는 것을 상정하겠지만, 본 발명에서는 하나의 주입구에 대해서만 압력계를 설치하여 주입구별로 폐색 여부를 확인할 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 주입 펌프(40)에서 일정한 압력을 인가하면, 매니폴드를 통해 복수의 갈래로 약액이 분기되면서 압력 역시 동일하게 분배된다는 것은 앞에서 설명하였다. 정상적인 경우라면 모든 주입구를 통해 약액이 주입되며 이 때의 압력은 압력계를 통해 알 수 있다. 그러나 어느 하나 또는 복수 개의 주입구가 막히면, 뚫려 있는 주입구들에 걸리는 압력이 원래의 값보다 상승하게 된다. 압력계에서는 이를 모니터링하여 주입구 중 일부가 막혔다는 것을 파악할 수 있다. 이후, 주입포트 또는 연결라인에 설치되어 있는 밸브를 차례차례 닫아가면서 압력의 변화여부를 체크한다. 이미 막혀 있는 주입구와 연결되어 있는 주입포트 또는 연결라인에 설치된 밸브를 닫은 경우에는 압력계의 측정압이 변화하지 않을 것이므로, 어떤 주입구가 막혔는지를 확인할 수 있다.

본 발명에서는 위와 같이 복수의 밸브들을 하나하나 여닫기는 해야하지만, 주입구의 폐색이 자주 나타나는 것도 아니며, 압력계를 모든 주입구에 설치하는 것에 비하여 매우 경제적이므로 위와 같은 방법을 통해 주입구의 폐색 여부를 관리할 수 있다.

그리고 특정 주입구가 막힌 것으로 확인되면, 다른 모든 주입구와 연결된 밸브를 닫아서 약액의 압력이 모두 막힌 주입구로 집중되게 함으로써 주입구를 압력으로 뚫을 수도 있다.

정리하면, 본 발명에서는 매니폴드 분배기를 사용하여 모든 주입구에 동일한 압력이 인가되도록 하고, 각 주입구별로 개폐밸브를 마련하며, 어느 하나의 주입포트 또는 연결라인에 압력계를 설치함으로써, 약액주입유닛의 주입구 폐색 여부를 모니터링할 수 있으며, 막힌 주입구를 가압하여 뚫을 수 있다.

한편, 본 발명에서 사용하는 약액주입유닛은 본 발명자가 기존에 개발한 약액주입유닛(도 6)의 단점을 극복하기 위하여 안출된 것이다. 도 6에 도시된 기존 약액주입유닛(900)을 참고하면, 기존에는 단부의 직경이 서로 다른 두 개의 유동관(x,y)을 상호 연결하고, 유동관(x,y) 사이의 슬릿(d)을 통해 약액이 주입될 수 있도록 하였다. 그리고 유동관(x,y)을 감싸는 하우징(h)을 별도로 마련하였다. 하우징(h)에는 원주방향을 따라 약액이 분산되는 환형의 충전부(a)가 마련되며, 이 충전부(a)는 슬릿(d)과 연통된다. 그리고 충전부(a)는 하우징(h)에 형성된 약액공급로(b)를 통해 외부로부터 약액이 공급된다. 외부에서 공급된 약액은 먼저 충전부(a)를 따라 환형으로 분산된 후, 슬릿(d)을 통해 환형으로 공급되어, 도 6에 도시된 바와 같이, 약액이 콘크리트(c)의 외주면을 완전히 감싸는 것을 기대하였다. 그러나 도 6에 도시된 기존의 약액주입유닛에서는 예기치 못한 문제가 발생하였다. 즉 환형의 슬릿(d)에서 하단부가 막히는 현상이 발생하였다. 환형 슬릿(d)의 상부나 중간부는 막히지 않지만, 콘크리트의 자중에 의해서 슬릿 하단부에 콘크리트가 끼어서 막히는 것으로 추정된다. 하단부가 막히면 약액은 충전부(a)를 따라 이동하여 슬릿(d)의 다른 부분들을 통해서만 주입된다. 또한 처음에는 슬릿(d) 하단의 어느 한 지점만 막혔지만, 시간이 경과하면 그 지점으로부터 양측으로 폐색 부위가 점차 확산되어 슬릿 하단부의 상당한 영역에서 막힘 현상이 발생한다. 결국 슬릿의 하단부를 통해서는 약액이 주입되지 못하게 되었다.

이러한 문제를 극복하고자 본 발명에서는 도 6의 기존의 약액주입유닛과는 달리 환형의 충전부(a)를 형성하지 않았고, 더욱 중요하게는 약액이 환형의 슬릿(d)과 같은 라인 형태(line)가 아니라 개별 주입구(12)와 같은 포인트 형태(point source)로 공급될 수 있도록 하였다. 주입구(12)를 통해서 약액을 주입하면 라인 형태로 연결된 슬릿(d)을 통해 주입하는 것에 비하여 유로가 폐색될 가능성이 현저하게 줄어드는 이점이 있다. 또한 주입구 중 어느 하나가 막혔다고 하더라도 앞에서 설명한 바와 같이 막힌 주입구를 찾아내서 유로를 개방할 수 있다. 그러나 도 6에 도시된 기존의 장치와 같이 약액의 유로가 환형의 슬릿인 경우 일부 구간이 막히면 약액주입유닛의 가동을 멈춘 후 이를 분리하여 막힌 부분을 뚫어야 하므로 장비의 운용관리는 물론 건축공사의 공기가 지연되는 문제점도 발생한다. 본 발명에서는 기존의 장비에 비하여 구성을 훨씬 간단하게 변경하였지만, 약액의 유로가 막히는 문제점을 해결하였을 뿐만 아니라, 주입구가 막히는 경우에도 장비를 분리하지 않고 즉시 보수할 수 있다는 이점이 있다.

기존의 약액주입유닛으로부터 본 발명과 같이 구성을 변경한 후, 한 가지 우려가 제기되었다. 즉, 본 발명의 물리적 구성을 고려할 때, 약액이 완벽하게 고리 형태로 공급되지 못할 것이라는 우려였다. 그러나 주입구를 원주방향을 따라 복수 개로 배치하고, 하우징(10)의 내주면에 환형의 홈부(13)를 형성함으로써 약액은 실질적으로 환형으로 공급되어 콘크리트 유동체를 감싸는 것으로 확인되었다.

마지막으로, 제어유닛(60)은 주입펌프(40)를 비롯하여, 압력계(59), 배관에 설치되어 배관 내부의 압력을 측정하는 배관내압센서(79), 개폐밸브(21) 등과 연결되어, 이들의 동작을 제어한다.

본 발명의 연구진은 윤활층 활성화제의 효과에 대하여 실험하였다.

실험은 도 7의 표에 나타난 것처럼, 실험 A, B, C로 콘크리트 배관의 길이를 달리하여 수행하였고, 콘크리트는 본 발명의 목적에 충실하게 압축강도 24MPa 급을 사용하여 수행하였다. 본 발명은 종래에 장거리 고압이송에서 재료분리 등의 문제를 해결하고자 실제 요구되는 콘크리트 물성보다 훨씬 고가의 콘크리트를 사용할 수 밖에 없었던 문제를 해결하기 위한 것이다. 즉, 기존에는 분체의 함유율이 많고, 이에 따라 압축강도가 60MPa 이상으로 높은 콘크리트를 사용하여, 경제성이 매우 저하되었지만, 본 발명에서는 24MPa 급의 보통의 콘크리트를 사용한다.

윤활층 활성화제는 콘크리트 부피 대비 0.08~0.33%로 다양하게 적용하여 보았다.

윤활층 활성화제는 계면활성제 65%, 증점제 20%, 응결촉진제 15%의 비율로 배합하였으며, 상기 혼합물과 물을 12:88의 비율로 혼합하였다

실험방법은 도 8에 도시된 바와 같이 콘크리트를 배관을 통해 펌핑한 후, 최대 압력에 도달하였을 때 윤활층 활성화제를 주입하여 압력의 변화를 체크하되, 배관의 길이방향을 따라 일정 간격으로 압력계를 설치하여 각 지점에서의 압력변화를 모니터링 하였다.

실험 A의 현장 사진과 개요도는 도 9에 도시하였다.

압축강도 24MPa급 콘크리트를 대상으로 한 실험A의 결과는 도 10의 그래프와 같다. 도 10을 참고하면, 윤활층 활성화제를 콘크리트 부피의 0.069% 주입하였을 때를 보면, 펌프에 가장 가깝게 있는 P0 센서의 압력 측정값이 펌핑 후 25초 후에 최고치에 도달한다. 레미콘 차량 한 대의 콘크리트를 모두 타설하는데 5분 정도가 걸리며, 배관이 콘크리트로 완전히 채워지는 데에는 25초보다 더 많은 시간이 걸린다. 이는 실제 배관 내 압력이 배관 내 콘크리트의 양, 즉 콘크리트의 하중에 의한 것 보다는 콘크리트와 관의 마찰에 의한 것이 더 지배적이라는 것을 보여준다. 이 상태에서 윤활층 활성화제를 주입하지 않으면, 최대 압력치가 그대로 유지되거나, 윤활층이 손실되는 경우, 즉 고압에 의한 탈수현상이나 재료분리가 발생할 경우 관이 폐색되게 된다.

첫 번째 센서(P0)에서 최대 압력치가 기록되면 윤활층 활성화제를 주입한다. 윤활층 활성화제가 주입되면 그 즉시 압력이 하강하기 시작한다. 물론 배관의 뒤쪽에 배치된 센서에서 측정된 압력은 첫 번째 센서보다 시간이 순차적으로 딜레이되서 압력 하강이 나타난다. 윤활층 활성화제가 각 센서가 배치된 지점까지 도달하는데 시간이 필요하기 때문이다. 그래프에서 위쪽에 나타난 압력값이 배관의 앞쪽에 배치된 센서에서 측정된 값이며, 아래쪽에 나타난 압력값이 배관의 뒤쪽에 배치된 센서에서 측정된 값이다. 자세히 보면, 아래쪽으로 갈수록 압력이 최대치가 되는 시간이 조금씩 딜레이되며, 최대치로부터 압력값이 하강하는 시점도 동일하게 딜레이되는 것을 알 수 있다. 즉, 압력값의 변곡점이 센서의 배치 순서에 따라 시간의 차이가 나타난다.

결과적으로 윤활층 활성화제가 투입되면 배관 내 압력은 최고값에 비하여 현저하게 저하된다. 예컨대, 첫 번째 센서에서의 기록값을 보면 45bar 에서 30bar 정도로 하강한 것을 알 수 있다. 한 번 하강한 압력은 일정 범위 내에서 유지된다. 콘크리트 볼륨 100%에 대하여 0.083%, 0.102%의 윤활층 활성화제를 주입한 경우에도 동일한 경향을 볼 수 있다. 즉, 윤활층 활성화제에 의하여 콘크리트 배관의 압력이 저하되는 것을 알 수 있다.

도 11 내지 도 13은 실험B, 즉 137m 배관라인을 이용한 실험결과로서, 압력값의 변화와, 배송완료된 후의 콘크리트에 대한 압축강도값을 나타낸 것이다. 도 11 내지 도 13의 실험은 앞의 실험에서 사용한 윤활층 활성화제에서 흑연을 3% 추가하고, 이에 대응하여 증점제를 3% 적게 넣고 실험한 것이다.

도 11은 24MPa 콘크리트를 사용한 것인데, 앞의 실험과 마찬가지로 최고압력 25bar가 윤활층 활성화제 주입 후 15bar 정도로 40% 하강한 것을 볼 수 있다. 압축강도의 경우 윤활층 활성화제를 주입하지 않은 경우(before)에 비하여 3일, 7일, 28일 재령에서 약간씩 낮게 나타났다. 그러나 28일 기준으로 건축 시방상의 기준값(빨간색 라인)을 상회하므로 압축강도에 있어서 윤활층 활성화제의 주입은 영향이 크지 않은 것으로 보인다.

도 12에서는 윤활층 활성화제를 0.188% 주입한 것인데, 압력강하 효과는 동일하며, 압축강도는 7일 재령을 제외하고 3일과 28일에서 오히려 증가한 것을 볼 수 있다. 도 13은 윤활층 활성화제는 콘크리트 100 볼륨 대비 0.25%(외할) 주입한 것인데, 3, 7, 28일에서 모두 윤활층 활성화제를 주입하지 않은 경우보다 압축강도가 높게 나타났으며, 기준값 역시 상회하였다.

도 14는 실험C의 현장 사진이다. 도면에서 배관은 총 514m이며, 빨간 점은 센서의 위치를, 파란 점은 윤활층 활성화제의 주입지점을 나타낸 것이다. 도 15는 그 결과이다. 도 15의 실험에서는 앞의 도 10의 실험에서 사용한 활성화제에서 증점제를 3% 제하고, 활석 분말을 3% 추가한 것이다. 도 15의 결과를 보면, 압력이 최대치에 달했을 때 콘크리트 대비 0.19 볼륨%의 윤활층 활성화제를 투입하면 압력강하가 나타난다. 압력이 강하되면서 주입량을 더 늘려서 0.327 볼륨%로 주입하면 약간의 압력강하가 더 일어난 후 압력이 수렴하는 것을 볼 수 있다.

실험A,B,C의 결과를 종합하여 압력강하 효과를 도 16에 나타내었다. 도 16은 24MPa 콘크리트에 대한 실험 A,B,C의 결과이다. 실험 결과들을 살펴보면, 압력강하 효과는 윤활층 활성화제의 주입량이 증대할수록 함께 커지는 것을 알 수 있다. 정량적으로 보면 대략 최고 압력에서 40~60% 수준에서 압력이 강하되는 것으로 나타났다.

압력이 하강하였는 바, 콘크리트의 장거리 이송에서의 경제성은 확인되었으며, 이제 콘크리트의 물성 변화만 확인하면 된다. 도 17 및 도 18은 앞의 실험에서 윤활층 활성화제를 주입한 경우와 주입하지 않은 경우 이송완료 후의 콘크리트의 유동성(slump flow)을 측정한 결과이다. 가운데 점선은 1:1 그래프로서 이송 전후에 유동성이 똑같은 경우에 슬럼프 값은 위 점선상에 높이게 된다. 그래프를 참고하면 윤활층 활성화제를 주입한 경우 슬럼프값이 위 점선의 위쪽에 빨간색 점으로 기록되고, 윤활층 활성화제를 주입하지 않은 경우는 위 점선의 아래쪽에 검은색 점으로 기록되는 것을 볼 수 있다. 콘크리트는 펌핑 이송 후에 유동성이 감소하는 것이 일반적이지만 본 발명에 따른 윤활층 활성화제를 주입한 경우 유동성이 오히려 증가하여 작업성이 향상되는 것을 확인하였다. 유동성이 저하되면 콘크리트가 쉽게 퍼지지 않아 작업이 곤란하므로, 본 발명에 따른 윤활층 활성화제의 도입이 작업성 향상에 오히려 이익인 것을 알 수 있다.

다음은 공기량이다. 도 19에는 위 실험에 따른 콘크리트의 공기량 변화가 나타나 있다. 앞의 경우와 마찬가지로 가운데 점선은 1:1 그래프로서 콘크리트 이송 전후의 공기량이 그대로인 경우를 나타낸다. 도 19의 그래프를 참고하면, 윤활층 활성화제를 주입하지 않은 경우 즉 일반적인 경우에는 점선으로부터 이격도가 아래 위로 크게 나타나지만, 윤활층 활성화제를 주입한 경우는 오히려 점선과 거의 일치되는 경향을 나타낸다. 즉 윤활층 활성화제를 도입하는 경우 콘크리트 이송 전의 초기 상태와 이송 후의 종료 상태에서 공기량이 일정하게 유지된다는 것을 의미한다. 공기량이 설계기준에서 큰 폭으로 변화하는 경우 콘크리트 물성에 안 좋은 영향을 미치지만 본 발명에 따른 윤활층 활성화제를 주입하면 공기량을 일정하게 유지할 수 있는 바, 콘크리트 물성 관리에 오히려 유리하다는 이점이 있다.

마지막으로 압축강도에 대한 앞의 실험결과를 종합하여 도 20의 그래프에 나타내었다. 도 20의 그래프에는 본 발명에 따른 윤활층 활성화제를 주입한 경우 이송 후의 콘크리트 압축강도가 표시되어 있다. 가운데 점선은 콘크리트 이송 전후에 압축강도가 그대로 유지되는 경우를 나타낸다. 윤활층 활성화제를 주입하고 이송 완료 후의 콘크리트 압축강도는 1:1 점선으로부터 크게 이격되지 않고 거의 동일한 양상을 나타낸다. 즉 물성 변화가 크지 않다는 것이다. 앞에서도 살펴 보았지만, 일부는 압축강도가 저하되지만 그래프에서 보는 바와 같이 그 정도가 크지 않다. 중요한 점은 설계 기준값을 하락한 경우는 없었다는 것이다. 즉, 본 발명에 따른 윤활층 활성화제를 현장에 직접 적용한 경우 콘크리트의 대표적 물성인 유동성, 공기량, 압축강도에 있어서 악영향을 끼치지 않으며, 오히려 물성을 호전시키는 것으로 나타났다.

특히, 공기량, 유동성과 같은 물성은 콘크리트가 고압으로 압송되는 과정에서 크게 변화하는데, 위 실험 결과들을 참고하면 윤활층 활성화제를 주입하여 콘크리트 이송 압력이 낮아짐으로써 콘크리트의 물성 변화가 크게 나타나지 않은 것으로 추정할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 윤활층 활성화제를 콘크리트와 배관의 내주면 사이에 주입하는 경우 그렇지 않은 경우에 비하여 배관 압력이 40~60% 수준에서 하강하면서도, 콘크리트의 물성에는 영향이 없는 것을 확인하였다.

본 발명의 효과를 정리하면 아래와 같다.

먼저 본 발명에 따라 윤활층 활성화제를 콘크리트 압송배관에 환형으로 주입하면 그렇지 않은 경우에 비하여 압송에 필요한 압력이 40~60% 수준으로 저하되므로 경제성이 획기적으로 상승된다는 이점이 있다. 또한 기존과 같이 일정 거리마다 스테이션을 마련하고 단계적으로 이송하는 것에 비하여 공기도 획기적으로 감소시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따라 배송압력이 저하되면 고압 조건에서의 콘크리트의 물성 변화를 최소한으로 억지할 수 있어 시공 품질이 보장된다는 이점이 있다.

이러한 효과에 힘입어 본 발명에 따른 윤활층 활성화 장치가 산업 현장에서 적극적으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

지금까지 본 발명에 따른 콘크리트 압송배관의 윤활층 활성화 장치의 구성과 효과에 대하여 설명하였다. 이하에서는 본 발명에 따른 윤활층 활성화제를 이용한 콘크리트 압송방법에 대하여 도 21을 참고하여 예를 들어 설명하고자 한다.

콘크리트 압송방법에서는 먼저 콘크리트 이송용 배관을 설치한다. 배관의 일단은 콘크리트 주입펌프와 연결되며, 타단에는 배출구가 형성된다. 그리고 배관의 초입에는 앞에서 설명한 윤활층 활성화제 주입장치를 배관 내에 삽입 개재한다.

그리고 배관의 길이방향을 따라 적어도 하나의 배관 내압을 측정할 수 있는 센서를 설치한다. 하나의 센서를 설치할 때에는 펌프와 가깝게 설치하는 것이 바람직하다. 그리고 바람직하게는 일정 거리 간격으로 복수 개의 센서를 설치하는 것이 바람직하다. 각 센서는 유무선 통신망을 통해 콘트롤러와 연결된다. 이후, 콘크리트를 주입하면서 윤활층 활성화제를 투입한다.

윤활층 활성화제를 투입은 다양한 방식으로 수행할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 위의 실험과 같이 콘크리트를 압송하면서 배관 내 압력값이 기설정한 기준값에 이르거나, 또는 최대 압력값이 일정 범위 내에서 유지될 때, 본 발명에 따른 윤활층 활성화제를 주입한다. 또는 콘크리트 주입시점에서 함께 윤활층 활성화제를 주입하고 콘크리트를 펌핑하는 동안 지속적으로 유지할 수도 있다. 또는 시간 간격을 두고, 주기적, 비주기적으로 윤활층 활성화제를 주입할 수도 있다.

그러나, 다른 예에서는 압송배관 내부의 압력을 모니터링하면서 배관 내압이 기준치 보다 높게 나타날때만 약액을 주입하여 배관 내압을 관리하는 방법으로 운용될 수도 있다.

도 22는 일 실시예에 따른 윤활층 활성화제 투입 방법의 순서도이다.

도 22를 참고하면, 본 발명의 일 예에서는 콘크리트 압송 배관의 치수 및 콘크리트의 물성, 유동량에 따른 콘크리트 단위명적당 예상압력을 산출하는 예상압력 산출단계(S100)와, 배관내압센서(79)를 이용하여 콘크리트 압송배관 내의 콘크리트의 단위면적당 배관압력을 측정하는 배관내압측정단계(S200)와, 콘크리트의유동량에 따라 주입되는 약액의 정량을 산출하는 약액정량산출단계(S300)와, 예상압력산출단계에서 산출된 예상압력과 배관내압측정단계에서 측정된 배관내압을 비교하여 약액의 주입을 결정하는 제1내압비교단계(S400), 예상압력보다 배관내압이 높을시 정량의 약액을 주입시키는 약액주입단계(S500)와, 예상압력산출단계에서 산출된 예상압력과 약액주입단계 이후에 ㅊ mrwjd된 배관의 내압을 비교하여 약액의 주입 중단을 결정하는 제2내압비교단계(S600)와, 예상압력보다 약액주입단계 이후에 측정된 배관의 내압이 낮을시 약액의 주입을 중단시키는 약액주입중단단계(S700)를 포함한다.

여기서 '콘크리트의 단위면적당 예상압력'은 콘크리트 압송배관의 치수 및 콘크리트의 물성(점도, 항복응력, 윤활층의 점도 및 항복응력), 콘크리트의 유동량에 의해 예측되는 압력값이다.

예상압력을 산출하는 예상압력산출단계(S100)와 배관압력을 측정하는 배관내압측정단계(S200)와, 약액의 정량을 산출하는 약액정량산출단계(S300)는 순서에 구애받지 않고 어느 것이 선행되어도 무방하다. 다만, 압송배관의 압력과 콘크리트의 유동량에 따라 변화하는 예상압력 및 악액의 정량을 산출하는 과정은 계속해서 반복적으로 수행되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 예에 따른 콘크리트 압송배관의 윤활층 활성화 방법은 제1내압비교단계(S400)와 제2내압비교단계(S600)를 통해 약액의 주입 및 주입 중단을수행하게 된다. 두 비교단계는 예상압력과 배관압력을 비교하여, 배관압력이 예상압력보다 높으면 약액을 주입시키고, 배관압력이 예상압력보다 낮으면 약액의 주입을 중단시키게 된다. 위 방법들은 제어유닛을 포함하여 본 발명에 따른 주입장치에 의하여 수행될 수 있다.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

100 ... 윤활층 활성화제 주입장치
10 ... 하우징, 30 ... 약액주입유닛
40 ... 주입펌프, 50 ... 분배기
60 ... 제어유닛, 59 ... 압력계
79 ... 배관내압센서, T ... 약액공급탱크

Claims (4)

1. (a)콘크리트 이송용 배관을 설치하는 단계;
   (b)상기 배관을 통해 콘크리트 이송시 윤활층 활성화제를 주입하는 단계;를 포함하되,
   상기 윤활층 활성화제는 콘크리트와 배관 내주면 사이에 환형으로 공급되며,
   상기 윤활층 활성화제는 계면활성제와 증점제 및 응결촉진제를 포함하여 이루어지며,
   상기 윤활층 활성화제는 상기 계면활성제 45~70 중량부, 증점제 15~35 중량부, 응결촉진제 10~20 중량부의 범위로 배합되며,
   상기 콘크리트 이송용 배관에 개재되어, 상기 윤활층 활성화제를 상기 콘크리트 이송용 배관에 주입하는 주입장치를 설치하는 단계를 더 구비하며,
   상기 주입장치는, 상기 배관의 원주방향을 따라 복수의 주입구가 형성되어 있는 약액주입유닛; 상기 약액을 가압하여 주입하기 위한 주입펌프; 및 상기 주입펌프와 약액주입유닛 사이에 개재되어 콘크리트를 복수의 갈래로 나누어 상기 복수의 주입구로 분배하되, 상기 복수의 주입구로 각각 주입되는 콘크리트의 압력을 일정한 범위 내에서 서로 동일하게 형성되도록 하는 분배기;를 구비하되,
   상기 약액주입유닛의 내주면에는 상기 복수의 주입구들을 연결하는 원주를 따라 오목하게 홈부가 형성되어, 상기 주입구로 유입된 된 윤활층 활성화제가 상기 홈부를 따라 분산되어 환형으로 공급되는 것을 특징으로 하는 윤활층 활성화를 이용한 콘크리트 압송방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 콘크리트 이송용 배관에 적어도 하나의 배관내압센서를 설치하고,
   상기 콘크리트를 이송하면서 상기 배관 내 압력을 모니터링하며, 상기 배관 내 압력이 기설정된 기준값에 이르거나 또는 최대 압력값이 일정 범위 내에서 유지될 때, 상기 윤활층 활성화제를 주입하는 것을 특징으로 하는 윤활층 활성화를 이용한 콘크리트 압송방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 배관내압센서를 통해 상기 배관의 압력을 측정하여, 압력값에 따라 단속적으로 상기 윤활층 활성화제를 주입하는 것을 특징으로 하는 윤활층 활성활를 이용한 콘크리트 압송방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 윤활층 활성화제는 흑연 분말과 활석 분말을 단독 또는 혼합하여 더 포함할 수 있으며, 상기 분말이 추가된 만큼 상기 증점제의 양을 감소시키며,
   상기 흑연 분말과 활석 분말 각각 또는 이들이 혼합된 분말은 상기 윤활층 활성화제에 1~5 중량부의 범위로 배합되며, 입도는 45 마이크로 미터 이하인 것을 특징으로 하는 윤활층 활성화를 이용한 콘크리트 압송방법.

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