KR20240091602A - 물시멘트비 측정 장비 및 이를 이용한 물시멘트비 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 굳지 않은 콘크리트 내부의 이온 중 특정 이온에 대하여 표적 이온을 선정하였을 때,
외부케이싱(10); 상기 외부케이싱(10) 내부에 설치되는 이온농도 측정센서(20);를 포함하여 구성되되, 상기 이온농도 측정센서(20)가 상기 표적 이온의 양을 측정하여 물시멘트비를 측정하는 것을 특징으로 하고,
상기 외부케이싱(10)의 외주면에 다수개의 홀(11)이 형성되고, 상기 홀(11)에는 필터(30)가 설치되어, 상기 필터(30)를 상기 표적 이온은 통과하고 그 밖에 다른 이온은 필터링되는 것을 특징으로 하는 물시멘트비 측정 장비(100)를 제공한다.
더불어 상기 물시멘트비 측정 장비(100)를 이용한 것으로,
(1) 굳지 않은 콘크리트가 담긴 용기(200)와 상기 물시멘트비 측정 장비(100)를 준비하는 준비단계;
(2) 상기 용기(200) 내부의 상기 굳지 않은 콘크리트에 잠기도록 상기 물시멘트비 측정 장비(100)를 침강시키는 측정장비설치단계;
(3) 상기 굳지 않은 콘크리트 내부의 이온 중 상기 표적 이온이 상기 외부케이싱(10) 내부로 유입되는 필터링단계;
(4) 상기 이온농도 측정센서(20)가 상기 표적 이온의 양을 측정하는 이온측정단계;
(5) 표적 이온의 양에 따른 물시멘트비를 측정하여 미리 구축한 데이터 베이스와 상기 측정된 표적 이온의 양을 대응시켜 현재 물시멘트비를 추정하는 물시멘트비 산정단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 물시멘트비 측정 장비를 이용한 물시멘트비 측정 방법을 제공한다.

Description

물시멘트비 측정 장비 및 이를 이용한 물시멘트비 측정 방법{measuring instrument of water cement ratio and measuring method of water cement ratio using the same}

본 발명은 콘크리트의 역학적 성능 및 시공성을 예측하고 측정하기 위한 척도로 물시멘트비를 선정하고 소위 슬러지 상태의 굳지 않은 콘크리트의 특정 이온의 양을 측정하여 초기 상태에서의 정확한 물시멘트비를 예측하고 역추적할 수 있는 물시멘트비 측정 장비 및 이를 이용한 물시멘트비 측정 방법에 관한 것이다.

콘크리트의 물시멘트비(water cement ratio)는 콘크리트 배합에 사용되는 시멘트의 중량에 대한 물의 중량 비율로써, 소위 W/C 라고 한다.

콘크리트나 모르타르를 만들 경우 물시멘트비에 의해 시공하기 전의 유동성이 정해지고 시공 후의 강도를 결정짓는다.

따라서 물시멘트비는 콘크리트의 강도와 내구성 및 수밀성 등에 영향을 미치는 가장 중요한 요소이며, 특히 콘크리트 압축강도는 물시멘트비와 반비례 관계가 성립한다.

콘크리트의 물시멘트비(water cement ratio)는 압축강도와 같은 역학적 성능뿐만 아니라 시공성 및 내구성을 결정하는 중요한 요인이다. 일반적으로 물시멘트비가 증가하면 작업성이 좋아지는 장점이 있지만 이로 인해서 압축강도가 감소하고 내구성이 저하되는 단점을 가지고 있다.

정확히 물시멘트비(water cement ratio)는 아니더라도 현재 포함된 수량을 측정하기 위해 종래 기술로 사용되고 있는 마이크로법의 경우,

콘크리트를 투과하는 마이크로파가 물 분자에 의해 진폭감쇠, 주파수 변동 및 시간차가 발생하는 원리를 통해서 콘크리트 내부에 존재하는 물의 양을 측정하는 것이다.

이 같은 마이크로법은 측정하는 시료의 규모에 따른 오차가 존재하며 단위 수량 만을 측정할 수 있다는 단점을 가지고 있다.

콘크리트의 역학적 성능 및 내구성을 결정하는 것은 단위수량이 아닌 물시멘트비이다.

단위수량이 높다고 하더라도 시멘트의 양이 많으면 역학적 성능 저하가 발생하지 않는다.

이와 같이 종래의 단위수량 측정 기술은 물시멘트 비의 측정이 불가능하다는 문제점을 가지고 있으며 근본적인 역학적 성능의 저하 및 내구성 감소를 예측하는데 한계가 있다.

이에 본 발명자는 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 콘크리트의 역학적 성능 및 시공성을 예측하고 측정하기 위한 척도로 물시멘트비를 선정하고 소위 슬러지 상태의 굳지 않은 콘크리트의 특정 이온의 양을 측정하여 초기 상태에서의 정확한 물시멘트비를 예측하고 역추적할 수 있는 물시멘트비 측정 장비 및 이를 이용한 물시멘트비 측정 방법을 개발하기에 이르렀다.

[문헌 1] 대한민국 공개특허 제10-2015-0006601호 '표면수 보정 및 물-시멘트비 보정값 반영을 위해 배치플랜트, 시공현장 모바일 단말기 및 품질관리실 서버를 네트워크화한 통합관리시스템', 2015년 01월 19일 [문헌 2] 대한민국 등록특허 제10-0894084호 '콘크리트 조성 판별방법', 2009년 04월 13일

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해서 제시되는 것이다. 그 목적은 콘크리트의 역학적 성능 및 시공성을 예측하고 측정하기 위한 척도로 물시멘트비를 선정하고 소위 슬러지 상태의 굳지 않은 콘크리트의 특정 이온의 양을 측정하여 현재 상태에서의 정확한 물시멘트비를 예측할 수 있는 물시멘트비 측정 장비 및 이를 이용한 물시멘트비 측정 방법을 제공하고자 한다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 굳지 않은 콘크리트 내부의 이온 중 특정 이온에 대하여 표적 이온을 선정하였을 때,

외부케이싱(10); 상기 외부케이싱(10) 내부에 설치되는 이온농도 측정센서(20);를 포함하여 구성되되, 상기 이온농도 측정센서(20)가 상기 표적 이온의 양을 측정하여 물시멘트비를 측정하는 것을 특징으로 하고,

상기 외부케이싱(10)의 외주면에 다수개의 홀(11)이 형성되고, 상기 홀(11)에는 필터(30)가 설치되어, 상기 필터(30)를 상기 표적 이온은 통과하고 그 밖에 다른 이온은 필터링되는 것을 특징으로 하는 물시멘트비 측정 장비(100)를 제공한다.

더불어 상기 물시멘트비 측정 장비(100)를 이용한 것으로,

(1) 굳지 않은 콘크리트가 담긴 용기(200)와 상기 물시멘트비 측정 장비(100)를 준비하는 준비단계;

(2) 상기 용기(200) 내부의 상기 굳지 않은 콘크리트에 잠기도록 상기 물시멘트비 측정 장비(100)를 침강시키는 측정장비설치단계;

(3) 상기 굳지 않은 콘크리트 내부의 이온 중 상기 표적 이온이 상기 외부케이싱(10) 내부로 유입되는 필터링단계;

(4) 상기 이온농도 측정센서(20)가 상기 표적 이온의 양을 측정하는 이온측정단계;

(5) 표적 이온의 양에 따른 물시멘트비를 측정하여 미리 구축한 데이터 베이스와 상기 측정된 표적 이온의 양을 대응시켜 현재 물시멘트비를 추정하는 물시멘트비 산정단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 물시멘트비 측정 장비를 이용한 물시멘트비 측정 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면 콘크리트의 역학적 성능 및 시공성을 예측하고 측정하기 위한 척도로 물시멘트비를 선정하고 소위 슬러지 상태의 굳지 않은 콘크리트의 특정 이온의 양을 측정하여 현재 상태에서의 정확한 물시멘트비를 예측할 수 있는 물시멘트비 측정 장비 및 이를 이용한 물시멘트비 측정 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명의 물시멘트비 측정 장비의 결합사시도이다.
도 2는 본 발명의 물시멘트비 측정 장비의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명에서 외부케이싱의 상세도이다.
도 4는 본 발명의 물시멘트비 측정 장비를 이용한 물시멘트비 측정 방법을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에서 표적 이온의 이동경로를 개념적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에서 필터에서 발생하는 이온 교환의 모식도이다.
도 7은 본 발명에서 표적 이온의 양에 따른 물시멘트비를 측정하여 미리 구축한 데이터 베이스를 도시한 것이다.

이하 첨부한 도면과 함께 상기와 같은 본 발명의 개념이 바람직하게 구현된 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 물시멘트비 측정 장비의 결합사시도이고,

도 2는 본 발명의 물시멘트비 측정 장비의 분해사시도이며,

도 3은 본 발명에서 외부케이싱의 상세도이다.

본 발명의 물시멘트비 측정 장비(100)는,

굳지 않은 콘크리트 내부의 이온 중 특정 이온에 대하여 표적 이온을 선정하였을 때,

외부케이싱(10);

상기 외부케이싱(10) 내부에 설치되는 이온농도 측정센서(20);

를 포함하여 구성되되,

상기 이온농도 측정센서(20)가 상기 표적 이온의 양을 측정하여 물시멘트비를 측정하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 외부케이싱(10)의 외주면에 다수개의 홀(11)이 형성되고,

상기 홀(11)에는 필터(30)가 설치되어,

상기 필터(30)를 상기 표적 이온은 통과하고 그 밖에 다른 이온은 필터링되는 것을 특징으로 한다.

도 1등에 도시된 바와 같이,

본 발명의 물시멘트비 측정 장비(100)는 휴대가 간편한 키트 형식으로 모든 부재가 현장에서 조립되어 사용될 수 있다.

상기 외부케이싱(10)은 내부에 증류수 등의 버퍼용액(buffer solution)이 채워지며,

상부의 개구부에 뚜껑 기능을 하면서 이온농도 측정센서(20)의 상단이 돌출되는 캡(40)이 설치된다.

상기 버퍼용액(buffer solution)은 본 발명에서 이온농도 측정센서(20)가 표적 이온의 양을 정확하고 신속하게 측정하기 위한 수단으로 이용한다.

상기 외부케이싱(10)과 상기 캡(40)은 투명, 반투명 또는 불투명의 폴리염화비닐(PVC, polyvinyl chloride) 소재를 이용하는 것이 중량과 내구성 그리고 내식성 등을 고려할 때 바람직하다.

상기 표적 이온이 되는 굳지 않은 콘크리트 내부의 이온 중 특정 이온은 주로 음이온을 선정한다.

본 발명자는 특정 음이온의 양을 측정하면 소위 슬러지 상태인 굳지 않은 콘크리트의 물시멘트비를 산출할 수 있는 방법을 고안했으며, 도 7과 같이 이에 따른 데이터 베이스를 구축하였다

상기 필터(30)는 소위 '음이온 교환막'(陰-交換體, anionexchange membrane, electropositive membrane)으로써,

음이온 교환체에 의해 만들어 지며, 음이온 교환막에서는 고분자 양이온이 고정 이온으로 존재하기 때문에 양성막이라고도 한다. 따라서 음이온에 대하여 선택 투과성을 나타내고 양이온은 그다지 통과하지 않는다.

주로 음이온 교환 수지의 미립(微粒)을 염화비닐 분말 및 가소제로 막상(膜狀)으로 성형하거나 보통의 음이온 교환 수지의 제조와 같은 방법으로 막상으로 합성한다.

양이온 교환막과 병용하여 전기 투석(透析)에 의한 해수(海水)의 탈염, 농축 등에 사용한다.

상기 필터(30)는 굳지 않은 콘크리트 내부의 공극수와 상기 버퍼용액(buffer solution) 사이에서 특정 이온의 교환을 가능하도록 하여, 굳지 않은 콘크리트의 화학반응이 진행됨에 따라 상기 버퍼용액(buffer solution) 내부의 표적 이온 농도가 변화하게 된다.

상기 이온농도 측정센서(20)는 상기 버퍼용액(buffer solution) 내부의 표적 이온 농도의 변화를 측정하므로,

이를 통하여 콘크리트 공극수의 수화반응에 따른 이온농도 변화를 측정한다.

도 4는 본 발명의 물시멘트비 측정 장비를 이용한 물시멘트비 측정 방법을 도시한 것이고,

도 5는 본 발명에서 표적 이온의 이동경로를 개념적으로 도시한 것이다.

그리고 도 7은 본 발명에서 표적 이온의 양에 따른 물시멘트비를 측정하여 미리 구축한 데이터 베이스를 도시한 것이다.

본 발명의 물시멘트비 측정 장비를 이용한 물시멘트비 측정 방법은,

상기 물시멘트비 측정 장비(100)를 이용한 것으로,

(1) 굳지 않은 콘크리트가 담긴 용기(200)와 상기 물시멘트비 측정 장비(100)를 준비하는 준비단계;

(2) 상기 용기(200) 내부의 상기 굳지 않은 콘크리트에 잠기도록 상기 물시멘트비 측정 장비(100)를 침강시키는 측정장비설치단계;

(3) 상기 굳지 않은 콘크리트 내부의 이온 중 상기 표적 이온이 상기 외부케이싱(10) 내부로 유입되는 필터링단계;

(4) 상기 이온농도 측정센서(20)가 상기 표적 이온의 양을 측정하는 이온측정단계;

(5) 표적 이온의 양에 따른 물시멘트비를 측정하여 미리 구축한 데이터 베이스와 상기 측정된 표적 이온의 양을 대응시켜 현재 물시멘트비를 추정하는 물시멘트비 산정단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 4 및 5에 도시된 바와 같이,

본 발명은 굳지 않은 콘크리트 내부의 이온 중 특정 이온인 특정의 음이온을 표적 이온으로 선정하고 그 양을 측정하기 위한 것으로,

굳지 않은 콘크리트 내부에 존재하는 대다수의 이온은 상기 필터(30)에 의해 통과되지 않고 상기 표적 이온만 상기 외부케이싱(10) 내부로 유입되어 상기 버퍼용액(buffer solution)과 혼합된다.

이어서 상기 이온농도 측정센서(20)가 상기 버퍼용액(buffer solution)과 혼합된 상기 표적 이온의 양을 측정하게 된다.

콘크리트는 물시멘트비가 높아질수록 특정 방향으로 변화하는 특징을 가지고 있으며, 시간에 따라서도 특정한 방향으로의 변화를 가지고, 미세한 수화반응의 진행에도 특정 이온농도가 급격하게 바뀔 수 있다.

그러나 콘크리트 경화 과정에서 직접적으로 공극수를 추출하는 것은 거의 불가능하다.

이에 본 발명은 음이온 교환막이 포함되어 있는 특정 장치를 개발하고, 이를 통과한 특정 이온의 농도 변화를 추적하여 굳지 않은 콘크리트의 단위수량이 아닌 물-시멘트 비 측정을 통해서 역학적 성능 및 내구성을 예측하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 이온농도 측정센서(20)가 굳지 않은 콘크리트와 직접 접촉하면 콘크리트 경화로 인하여 오차가 발생하고 센서 자체의 고장을 유발하므로,

외부케이싱(10)을 통하여 굳지 않은 콘크리트와 분리된다.

도 6은 본 발명에서 필터에서 발생하는 이온 교환의 모식도이다.

콘크리트는 복잡한 수화과정을 거치며, 내부의 공극에는 이온수(pore solution, 공극수)가 존재하게 된다.

이 공극수는 매우 복잡한 이온 변화를 가지며, 이러한 변화는 시간 의존적임과 동시에 초기에 주어진 다양한 콘크리트의 배합비율과도 관계된다. 이러한 공극수는 많은 정보를 가지고 있지만 이를 직접 측정하는 것은 불가능하다.

따라서 본 발명에서는 PVC 관을 통해 콘크리트와 이온 농도 측정 센서가 직접적으로 접촉하는 것을 막고 음이온 교확막을 설치하여 공극 용액(공극수)에 존재하는 특정 이온을 주로 관 사이를 통과하게 설계하였다.

이 때 단순화된 이온농도의 변화는 음이온 교환막을 통한 음이온 교환막의 면적과 두께, 막 양 옆 용액의 농도차이 및 용액의 대류 속도에 영향을 받으며 그 모식도는 도 6과 같다.

단, 여기서 N은 확산 속도, D는 확산 계수, A는 이온 교환막의 단면적, C는 특정 이온의 농도 및 Xmem은 음이온 교확막의 두께를 의미한다.

D와 A 그리고 Xmem가 일정할 때 특정 이온의 확산 속도는 콘크리트와 미리 설계된 버퍼용액(buffer solution)의 이온 농도에 영향을 받는다.

도 7은 본 발명에서 표적 이온의 양에 따른 물시멘트비를 측정하여 미리 구축한 데이터 베이스를 도시한 것이다.

실제로 물시멘트 비에 따른 음이온 교환막을 통과한 특정 이온의 변화 양상이 관측되었으며 물시멘트비가 높을수록 이온농도가 빠르게 하강하는 추이를 보였다.

본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 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.

10: 외부케이싱
11: 홀
20: 이온농도 측정센서
30: 필터
40: 캡
100: 물시멘트비 측정 장비
200: 용기

Claims (3)

1. 굳지 않은 콘크리트 내부의 이온 중 특정 이온에 대하여 표적 이온을 선정하였을 때,
   외부케이싱(10);
   상기 외부케이싱(10) 내부에 설치되는 이온농도 측정센서(20);
   를 포함하여 구성되되,
   상기 이온농도 측정센서(20)가 상기 표적 이온의 양을 측정하여 물시멘트비를 측정하는 것을 특징으로 하는 물시멘트비 측정 장비(100).
   
2. 제1항에서,
   상기 외부케이싱(10)의 외주면에 다수개의 홀(11)이 형성되고,
   상기 홀(11)에는 필터(30)가 설치되어,
   상기 필터(30)를 상기 표적 이온은 통과하고 그 밖에 다른 이온은 필터링되는 것을 특징으로 하는 물시멘트비 측정 장비(100).
   
3. 제2항의 물시멘트비 측정 장비(100)를 이용한 것으로,
   (1) 굳지 않은 콘크리트가 담긴 용기(200)와 상기 물시멘트비 측정 장비(100)를 준비하는 준비단계;
   (2) 상기 용기(200) 내부의 상기 굳지 않은 콘크리트에 잠기도록 상기 물시멘트비 측정 장비(100)를 침강시키는 측정장비설치단계;
   (3) 상기 굳지 않은 콘크리트 내부의 이온 중 상기 표적 이온이 상기 외부케이싱(10) 내부로 유입되는 필터링단계;
   (4) 상기 이온농도 측정센서(20)가 상기 표적 이온의 양을 측정하는 이온측정단계;
   (5) 표적 이온의 양에 따른 물시멘트비를 측정하여 미리 구축한 데이터 베이스와 상기 측정된 표적 이온의 양을 대응시켜 현재 물시멘트비를 추정하는 물시멘트비 산정단계;
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 물시멘트비 측정 장비를 이용한 물시멘트비 측정 방법.