[학위논문]IoT 기반 CIMS를 활용한 콘크리트 강도 추정 및 현장품질관리 기법 개발 Development of Concrete IoT Management System(CIMS) for Strength Prediction and Quality Control of the Concrete원문보기
본 연구에서는 건설공사 현장의 구조체 콘크리트의 강도 추정, 양생 관리 등을 효율적으로 수행할 수 있는 품질관리 기법으로서 무선 센서네트워크 기반의 CIMS를 개발하고, 이를 구조체 콘크리트의 온도이력 관리, 적산온도 기반의 강도 추정, 한중 및 서중 환경 조건하에서 콘크리트의 온도이력 관리와 강도관리에 적용하여 궁극적으로는 현장 콘크리트의 효율적 품질관리 기법을 제안하고자 하였다. 이를 요약하면 다음과 같다. 본 연구에서 개발하고자 하는 CIMS의 기기 구성은 ...
본 연구에서는 건설공사 현장의 구조체 콘크리트의 강도 추정, 양생 관리 등을 효율적으로 수행할 수 있는 품질관리 기법으로서 무선 센서네트워크 기반의 CIMS를 개발하고, 이를 구조체 콘크리트의 온도이력 관리, 적산온도 기반의 강도 추정, 한중 및 서중 환경 조건하에서 콘크리트의 온도이력 관리와 강도관리에 적용하여 궁극적으로는 현장 콘크리트의 효율적 품질관리 기법을 제안하고자 하였다. 이를 요약하면 다음과 같다. 본 연구에서 개발하고자 하는 CIMS의 기기 구성은 블루투스 제어, 온도 측정이 있고, 데이터 저장 모듈은 전원부, 온도센서, 온도 측정 인터페이스, 블루투스 모듈, MCU(Micro Controller Unit), 안테나, RTC(Real- time clock) 등으로 이루어지도록 구성하였다. CIMS의 블루투스(B/T) 제어 모듈에는 5개의 온도센서를 연결하도록 하고 B/T와 온도센서 사이의 거리는 1m, 2m, 3m, 4m, 5m로 설정하였다. 스마트폰과 블루투스 간의 통신거리는 종전의 6~8m보다 약 30m로 길게 설정하였는데, 이는 겨울철 온도 측정을 위해 타설층까지 직접 접근할 경우 갈탄 난로 등에 의한 CO, CO2 등 유해가스 발생으로 인한 인명사고를 사전에 방지하고자 함을 고려하였다. CIMS 구동을 위한 스마트폰용 애플리케이션의 주요 메뉴인 프로젝트의 관리영역에서는 프로젝트의 신규 등록, 수정, 프로젝트별 데이터를 확인할 수 있도록 설계하였다. 또한, 구조체 콘크리트의 강도 추정 모듈의 경우 현장별 강도 데이터를 추가하여 현장여건을 모사한 강도추정이 가능하도록 설계하였다. 단, 이 경우 추정 정밀도 향상을 위해 타설되는 콘크리트의 배합을 반영한 추정 모델식의 실험 상수값을 통계분석을 통해 도출하도록 하였다. CIMS의 강도 추정식에 적용될 실험상수 산정을 위해 양생온도 5, 20, 35℃로 양생한 공시체의 압축강도를 적산온도로 환산한 후 Plowman 모델로 해석하여 추정 압축강도의 실험상수를 산출하였다. 본 연구를 통해 개발된 CIMS의 성능 및 신뢰도 검증을 위하여 기존의 상용화 시스템과 비교를 수행한 결과 온도이력, 적산온도, 압축강도 추정 정밀도 측면에서는 유사한 성능을 나타내었다. 다만, 실용화 측면에서 CIMS의 경우 기존의 상용화 시스템에 비하여 저렴하면서도 측정 가능 거리의 확장 및 알루미늄 거푸집에 의한 전파 난반사 문제까지 해결한 제품으로 현장 타설 구조체 콘크리트의 강도 및 품질관리에 효과적인 방법이 될 것으로 사료된다. CIMS를 이용하여 외부 온도 조건에 따른 구조체 콘크리트의 온도이력 관리 및 강도관리 가능성 여부를 확인하기 위해 한중 및 서중 환경에서 구조체 콘크리트의 품질 관리를 실시하였다. 이때 구조체로는 벽체와 슬래브 표면 마감은 버블시트 포설, 미포설과 폴리에틸렌 필름 피복 등의 변수를 두어 실험진행 하였다. 실험결과 양호한 온도이력의 송신과 적산온도 및 압축강도가 양호하게 관리되는 것을 알 수 있었다. 특히, CIMS에 의해 측정한 추정 압축강도와 실제 건설현장에서 사용하는 구조체 관리용 공시체의 압축강도를 비교 분석한 결과는 거의 동일한 값으로 나타났다. 이에 따라 CIMS를 활용한 압축강도 추정 방법이 비교적 정확한 추정 방법으로 사용 가능하며, 건설 현장에 적용한다면 콘크리트의 양생관리, 거푸집 탈형 시간 결정, 설계기준강도 확보 여부 등 효과적인 콘크리트 품질관리가 가능할 것으로 사료된다.
본 연구에서는 건설공사 현장의 구조체 콘크리트의 강도 추정, 양생 관리 등을 효율적으로 수행할 수 있는 품질관리 기법으로서 무선 센서네트워크 기반의 CIMS를 개발하고, 이를 구조체 콘크리트의 온도이력 관리, 적산온도 기반의 강도 추정, 한중 및 서중 환경 조건하에서 콘크리트의 온도이력 관리와 강도관리에 적용하여 궁극적으로는 현장 콘크리트의 효율적 품질관리 기법을 제안하고자 하였다. 이를 요약하면 다음과 같다. 본 연구에서 개발하고자 하는 CIMS의 기기 구성은 블루투스 제어, 온도 측정이 있고, 데이터 저장 모듈은 전원부, 온도센서, 온도 측정 인터페이스, 블루투스 모듈, MCU(Micro Controller Unit), 안테나, RTC(Real- time clock) 등으로 이루어지도록 구성하였다. CIMS의 블루투스(B/T) 제어 모듈에는 5개의 온도센서를 연결하도록 하고 B/T와 온도센서 사이의 거리는 1m, 2m, 3m, 4m, 5m로 설정하였다. 스마트폰과 블루투스 간의 통신거리는 종전의 6~8m보다 약 30m로 길게 설정하였는데, 이는 겨울철 온도 측정을 위해 타설층까지 직접 접근할 경우 갈탄 난로 등에 의한 CO, CO2 등 유해가스 발생으로 인한 인명사고를 사전에 방지하고자 함을 고려하였다. CIMS 구동을 위한 스마트폰용 애플리케이션의 주요 메뉴인 프로젝트의 관리영역에서는 프로젝트의 신규 등록, 수정, 프로젝트별 데이터를 확인할 수 있도록 설계하였다. 또한, 구조체 콘크리트의 강도 추정 모듈의 경우 현장별 강도 데이터를 추가하여 현장여건을 모사한 강도추정이 가능하도록 설계하였다. 단, 이 경우 추정 정밀도 향상을 위해 타설되는 콘크리트의 배합을 반영한 추정 모델식의 실험 상수값을 통계분석을 통해 도출하도록 하였다. CIMS의 강도 추정식에 적용될 실험상수 산정을 위해 양생온도 5, 20, 35℃로 양생한 공시체의 압축강도를 적산온도로 환산한 후 Plowman 모델로 해석하여 추정 압축강도의 실험상수를 산출하였다. 본 연구를 통해 개발된 CIMS의 성능 및 신뢰도 검증을 위하여 기존의 상용화 시스템과 비교를 수행한 결과 온도이력, 적산온도, 압축강도 추정 정밀도 측면에서는 유사한 성능을 나타내었다. 다만, 실용화 측면에서 CIMS의 경우 기존의 상용화 시스템에 비하여 저렴하면서도 측정 가능 거리의 확장 및 알루미늄 거푸집에 의한 전파 난반사 문제까지 해결한 제품으로 현장 타설 구조체 콘크리트의 강도 및 품질관리에 효과적인 방법이 될 것으로 사료된다. CIMS를 이용하여 외부 온도 조건에 따른 구조체 콘크리트의 온도이력 관리 및 강도관리 가능성 여부를 확인하기 위해 한중 및 서중 환경에서 구조체 콘크리트의 품질 관리를 실시하였다. 이때 구조체로는 벽체와 슬래브 표면 마감은 버블시트 포설, 미포설과 폴리에틸렌 필름 피복 등의 변수를 두어 실험진행 하였다. 실험결과 양호한 온도이력의 송신과 적산온도 및 압축강도가 양호하게 관리되는 것을 알 수 있었다. 특히, CIMS에 의해 측정한 추정 압축강도와 실제 건설현장에서 사용하는 구조체 관리용 공시체의 압축강도를 비교 분석한 결과는 거의 동일한 값으로 나타났다. 이에 따라 CIMS를 활용한 압축강도 추정 방법이 비교적 정확한 추정 방법으로 사용 가능하며, 건설 현장에 적용한다면 콘크리트의 양생관리, 거푸집 탈형 시간 결정, 설계기준강도 확보 여부 등 효과적인 콘크리트 품질관리가 가능할 것으로 사료된다.
The aim of this study is to invent the Concrete IoT Management System(CIMS) of wireless based quality controlling method with the functions of predicting compressive strength, curing management of concrete structure. The suggested method provides efficient quality controlling method for concrete in-...
The aim of this study is to invent the Concrete IoT Management System(CIMS) of wireless based quality controlling method with the functions of predicting compressive strength, curing management of concrete structure. The suggested method provides efficient quality controlling method for concrete in-site with management of temperature history, prediction of compressive strength based on maturity during the various weather conditions including winter and summer. The results of the research can be summarized as follow.
1) The suggesting CIMS is controlled by Bluetooth, and it consists with temperature measurement part, and data memorizing module with power supply, temperature sensor, temperature measuring interface, Bluetooth module, micro controller unit(MCU), antenna, and real-time clock(RTC).
2) There are five temperature sensors connected with Bluetooth controlling module of CIMS. The distances between Bluetooth controlling module and temperature sensors were set as 1, 2, 3, 4, and 5 m, and the communication distance between smart phone and Bluetooth controlling module was set as 30 m. The distanced Bluetooth communication method was chosen to prevent the suffocation during the measuring the concrete temperature by harmful gases of CO, or CO2 occurred from the fireplace in winter construction.
3) The project management of the main menu of the application for CIMS operation was designed to make a new project, modify the exist projects, and check the data from projects. Additionally, in the case of concrete structure compressive strength prediction module, the function of simulating compressive strength based on the actual site conditions was provided by adding the compressive strength data from each construction site. But, in this case, to increase the accuracy of prediction, the constant values of prediction model based on concrete proportion was induced by statistic analysis.
4) To determine the experimental constant for compressive strength prediction equation of CIMS, the actual compressive strength data obtained from the specimens cured in 5, 20 and 35 ˚C were converted to maturity and analyzed by Plowman model.
5) According to the comparative analysis of the suggested CIMS with the commercially available system to evaluate the performance and reliability, the precision of temperature history, maturity, and compressive strength prediction showed similar level of performance. On the other hand, the suggested CIMS is considered more efficient product than the commercial product with the advantages of low price, extended operating distance, and no diffuse deflection by aluminum formwork.
6) Using the CIMS, the concrete quality control was executed during winter and summer to prove the performance of temperature history and compressive strength management. At this time, the tested wall and slab were controlled with control without covering, covered with polyethylene film, and bubble sheet. By comparing the data between predicted data from CIMS and the actual data, the compressive strength data from both cases showed similar value. Therefore, it can be state that the CIMS can provide a relatively accurate prediction of the compressive strength, and it can be an efficient quality controlling method for the construction site.
The aim of this study is to invent the Concrete IoT Management System(CIMS) of wireless based quality controlling method with the functions of predicting compressive strength, curing management of concrete structure. The suggested method provides efficient quality controlling method for concrete in-site with management of temperature history, prediction of compressive strength based on maturity during the various weather conditions including winter and summer. The results of the research can be summarized as follow.
1) The suggesting CIMS is controlled by Bluetooth, and it consists with temperature measurement part, and data memorizing module with power supply, temperature sensor, temperature measuring interface, Bluetooth module, micro controller unit(MCU), antenna, and real-time clock(RTC).
2) There are five temperature sensors connected with Bluetooth controlling module of CIMS. The distances between Bluetooth controlling module and temperature sensors were set as 1, 2, 3, 4, and 5 m, and the communication distance between smart phone and Bluetooth controlling module was set as 30 m. The distanced Bluetooth communication method was chosen to prevent the suffocation during the measuring the concrete temperature by harmful gases of CO, or CO2 occurred from the fireplace in winter construction.
3) The project management of the main menu of the application for CIMS operation was designed to make a new project, modify the exist projects, and check the data from projects. Additionally, in the case of concrete structure compressive strength prediction module, the function of simulating compressive strength based on the actual site conditions was provided by adding the compressive strength data from each construction site. But, in this case, to increase the accuracy of prediction, the constant values of prediction model based on concrete proportion was induced by statistic analysis.
4) To determine the experimental constant for compressive strength prediction equation of CIMS, the actual compressive strength data obtained from the specimens cured in 5, 20 and 35 ˚C were converted to maturity and analyzed by Plowman model.
5) According to the comparative analysis of the suggested CIMS with the commercially available system to evaluate the performance and reliability, the precision of temperature history, maturity, and compressive strength prediction showed similar level of performance. On the other hand, the suggested CIMS is considered more efficient product than the commercial product with the advantages of low price, extended operating distance, and no diffuse deflection by aluminum formwork.
6) Using the CIMS, the concrete quality control was executed during winter and summer to prove the performance of temperature history and compressive strength management. At this time, the tested wall and slab were controlled with control without covering, covered with polyethylene film, and bubble sheet. By comparing the data between predicted data from CIMS and the actual data, the compressive strength data from both cases showed similar value. Therefore, it can be state that the CIMS can provide a relatively accurate prediction of the compressive strength, and it can be an efficient quality controlling method for the construction site.
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