Whole amount of waste water, approximately 921.6 liter, for cleaning a ready mixed concrete truck should be used to produce concrete as a mixing water or cleaning water. Recycling water for concrete mixing contains solids, which cause decrease in slump, air and compressive strengths, so it may influ...
Whole amount of waste water, approximately 921.6 liter, for cleaning a ready mixed concrete truck should be used to produce concrete as a mixing water or cleaning water. Recycling water for concrete mixing contains solids, which cause decrease in slump, air and compressive strengths, so it may influence on poor concrete quality. Therefore, it has been maintained to use recycling water with less than 3 percent of solids. Since no evaluation system has been constructed to directly reflect on variability of recycling water from ready mixed concrete plants, it is necessary to develop "Automatic recycling solid measuring system" for quality controls in real time. In this research, sensors measuring waste water concentration in ultrasonic and inductance methods were developed, and automatic system using the sensors were established. The accuracy of measurement sensors developed for recycling water based on various conditions of concentration was proved, and application limits were evaluated. Also, concentration of recycling water using sensors developed from ready mixed concrete plant was measured, and curing method verified the accuracy of the sensors. Moreover, measurement sensors for recycling water in various locations were installed to evaluate the effects on measuring method and spots. The automatic measuring system for recycling water concentration, which is developed in the research, will contribute to improve concrete quality safety through reliable solids maintenance.
Whole amount of waste water, approximately 921.6 liter, for cleaning a ready mixed concrete truck should be used to produce concrete as a mixing water or cleaning water. Recycling water for concrete mixing contains solids, which cause decrease in slump, air and compressive strengths, so it may influence on poor concrete quality. Therefore, it has been maintained to use recycling water with less than 3 percent of solids. Since no evaluation system has been constructed to directly reflect on variability of recycling water from ready mixed concrete plants, it is necessary to develop "Automatic recycling solid measuring system" for quality controls in real time. In this research, sensors measuring waste water concentration in ultrasonic and inductance methods were developed, and automatic system using the sensors were established. The accuracy of measurement sensors developed for recycling water based on various conditions of concentration was proved, and application limits were evaluated. Also, concentration of recycling water using sensors developed from ready mixed concrete plant was measured, and curing method verified the accuracy of the sensors. Moreover, measurement sensors for recycling water in various locations were installed to evaluate the effects on measuring method and spots. The automatic measuring system for recycling water concentration, which is developed in the research, will contribute to improve concrete quality safety through reliable solids maintenance.
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문제 정의
본 연구는 레디믹스트 콘크리트 제조 시 혼합수로 사용되는 회수수의 농도를 정확히 측정할 수 있는 자동 측정 장치 및 시스템 개발을 통해 건설분야 주요 핵심 재료의 품질향상을 통해 안전성 향상에 기여하고자 한다. 구체적으로 초음파 방식과 유도 인덕턴스 방식의 측정센서를 개발하였으며, 다양한 조건에서의 실내 실험과 실제 레디믹스트 콘크리트 현장평가를 통해 그 정확성을 검증하였다.
본 연구에서는 레디믹스트 콘크리트 플랜트에서의 혼합수로 사용되는 회수수의 고형분량을 측정할 수 있는 자동 측정 장치 및 시스템을 개발하였으며, 그 성능을 다양한 실험을 통해서 비교 검증하였다. 측정 센서의 개발 및 실제 현장 적용성을 살펴 본 결과를 요약하면 다음과 같다.
본 연구에서는 실내실험에서 우수한 성능을 보인 인덕턴스 형태의 측정센서를 이용하여, 실제 레디믹스트 콘크리트 현장에 적용성 평가를 수행하였다. 적용된 레디믹스트 콘크리트 공장은 경기도에 소재한 A사이며, 가동 기간 중에 자동적으로 연속 측정(10분당 1회 측정)하였으며, 1일 2회 현장시료 채취 후 건조법을 사용하여 슬러지 농도를 측정하고 시스템 측정값과 비교하였다.
가설 설정
- 상징수는 배합수로서 상수와 똑같이 사용해도 좋다.
: AE제의 양은 고형분량에 따라 증가시키고, AE 감수제에 대해서도 필요에 따라 공기량 조정제를 증가시킨다.
: 물-시멘트비와 컨시스턴시를 일정하게 하기 위하여 슬러지 고형분 1%에 대해 단위수량, 단위시멘트량을 1~1.5% 증감한다.
: 슬러지 고형분은 시멘트 중량의 3% 이하로 한다.
1. Concept of recycling water.
제안 방법
수중펌프를 사용한 샘플링 방식의 문제를 원천적으로 해결하기 위하여 기존 방법과는 다른 새로운 샘플링 방식을 시도하였다. Fig 10과 같이 레미콘 생산현장의 batch plant로 회수수를 이송하는 main 배관에 분관을 설치하여 일정량을 샘플링하는 방식으로 변경하여 측정하였다. 이와 같은 샘플링 방식을 통하여 수중펌프로 인한 문제를 해결하는 동시에 기존에 압력손실에 의해 발생되는 관내의 불규칙한 유량과 유속문제(헌팅)도 해결할 수 있었다.
본 연구는 레디믹스트 콘크리트 제조 시 혼합수로 사용되는 회수수의 농도를 정확히 측정할 수 있는 자동 측정 장치 및 시스템 개발을 통해 건설분야 주요 핵심 재료의 품질향상을 통해 안전성 향상에 기여하고자 한다. 구체적으로 초음파 방식과 유도 인덕턴스 방식의 측정센서를 개발하였으며, 다양한 조건에서의 실내 실험과 실제 레디믹스트 콘크리트 현장평가를 통해 그 정확성을 검증하였다.
이와 같은 샘플링 방식을 통하여 수중펌프로 인한 문제를 해결하는 동시에 기존에 압력손실에 의해 발생되는 관내의 불규칙한 유량과 유속문제(헌팅)도 해결할 수 있었다. 또한 main 배관에서 센서부로 연결하는 배관들의 길이도 최적화하여 배관에 고인 시료가 고착되던 문제도 개선하였다. 이와 같은 샘플링 방식의 추가적인 장점은 main 배관에서 직접 샘플링을 하기 때문에 기존에 저장 탱크에서 수중펌프를 통해 샘플링하는 방식에 비하여 상대적으로 배합시 사용되는 회수수와 동일한 조건의 시료를 샘플링하여 측정할 수 있다.
8과 같이 현장에서의 슬러지수 농도 측정을 위한 샘플링 방법은 실내 시험에서 사용했던 방식인 수중 펌프식으로 회수수 탱크 내부에 설치한 수중 펌프를 이용하여 슬러지수가 관을 따라 센서부로 이송되도록 하였다. 센서부의 이물질 고착으로 인하여 측정능력이 저감되는 것을 방지하기 위하여 센서부 양쪽에 고압으로 물을 분사할 수 있는 세정장치를 부착하였다.
수중펌프를 사용한 샘플링 방식의 문제를 원천적으로 해결하기 위하여 기존 방법과는 다른 새로운 샘플링 방식을 시도하였다. Fig 10과 같이 레미콘 생산현장의 batch plant로 회수수를 이송하는 main 배관에 분관을 설치하여 일정량을 샘플링하는 방식으로 변경하여 측정하였다.
종래의 농도 측정센서는 발광부 및 수광부가 처리조 내부에서 측정수에 직접 접촉되도록 설치되므로 센서의 발광부 및 수광부에 슬러지가 고착하여 성장하게 되고 이러한 센서 표면에 고착된 슬러지에 의해 흡광이 제대로 이루어지지 않아 농도 측정이 부정확하게 이루어지게 되는 문제가 있었다. 이로 인하여 주기적으로 슬러지 농도를 측정하는 센서들을 처리조에서 꺼내어 표면에 부착된 슬러지들을 깨끗이 제거한 후 센서들을 처리조 내에 재설치하였다. 하지만 이처럼 처리조에서 센서를 분리하고 재설치하는 작업은 매우 어렵고 시간이 많이 소요되었다.
인덕턴스 방식의 측정 시스템 성능을 평가하기 위하여 실험실에서 청수에 비표면적 5,000 cm2/g 급의 석회석 미분말을 투입하여 농도가 다른 총 8개의 시료(5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%)를 제조하고 이를 활용해 건조법과 비교 실험을 실시하였다(Fig. 6).
본 연구에서는 실내실험에서 우수한 성능을 보인 인덕턴스 형태의 측정센서를 이용하여, 실제 레디믹스트 콘크리트 현장에 적용성 평가를 수행하였다. 적용된 레디믹스트 콘크리트 공장은 경기도에 소재한 A사이며, 가동 기간 중에 자동적으로 연속 측정(10분당 1회 측정)하였으며, 1일 2회 현장시료 채취 후 건조법을 사용하여 슬러지 농도를 측정하고 시스템 측정값과 비교하였다.
초음파 센서에 이물질이 고착되지 않기 때문에 이를 제거하기 위해 작업 중인 초음파 센서부를 탱크로부터 꺼내서 세척해야 하는 불편이 해소되며, 농도 측정 작업의 효율성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 초음파식 농도 측정 시스템은 Fig. 4와 같이 슬러지수 탱크의 슬러지수에 잠기도록 설치되어 슬러지수의 농도 및 온도를 측정하는 초음파 센서부, 초음파 센서부에 설치되어서 초음파가 발생되는 부위에 부유물이 침착되는 것이 방지되도록 에어를 분사하여서 세척하는 세척부, 고압의 에어가 저장되며 상기 세척부에 연결되어 이에 고압의 에어를 공급하는 에어보조탱크, 에어를 공급하는 압축펌프, 기기를 제어할 수 있는 Controller로 구성되었다.
성능/효과
1) 초음파의 감쇄율을 이용하여 슬러지수의 농도를 측정하는 측정장치를 개발하였으며, 실내 실험결과 저농도 영역(15% 이하)에서는 건조법(oven-dry method)에 의한 결과와 상당히 유사한 결과를 나타냈지만, 고농도 영역(15% 이상)에서는 초음파 신호의 투과력이 감소함에 따라 오차가 발생하여 측정 결과에 신뢰성을 부여하기 힘들었다. 이에 따라 초음파식 측정센서의 경우 실제 레디믹스트 콘크리트 플랜트에 적용하기 바람직하지 않은 것으로 나타났다.
2) 기전력과 유체의 전도도와의 관계를 이용하여 유체의 농도를 검출할 수 있는 유도 인덕턴스 방식의 회수수 농도 측정 센서를 개발하였으며, 실내 실험결과 측정 대상의 모든 농도(5~40%)에서 건조법과 큰 유사성 있는 결과를 나타냈다.
3) 유도 인덕턴스 방식의 센서를 실제 가동중인 레디믹스트 콘크리트 플랜트에 현장 적용성 평가를 수행하였으며, 회수수 탱크에서 실내 실험과 동일한 방식의 수중 펌프를 이용하여 측정한 결과 건조법에 의한 결과와 현저한 차이를 보였으며, 이는 탱크 내부에 설치한 수중펌프에서 센서부로 동일한 양과 유속의 슬러지수가 공급되지 않는 문제가 발생하였으며 원인 분석 결과 슬러지수 사용량에 따라 탱크 내부의 수위가 변동되기 때문인 것으로 확인되었다.
4) 이러한 문제점을 하기 위해 레미콘 생산현장 배치 플랜트로 회수수를 이송하는 메인 배관에 분관을 설치하여 일정량을 샘플링하는 방식으로 변경하여 약 30일간의 측정한 결과 건조법에 의한 결과와 잘 일치하였으며, 오차는 모두 ± 5% 이내로 나타났다.
: 잔골재율은 슬러지 고형분 1%에 대하여 약 0.5% 감한다.
Table 2와 같이 Main 배관에서 샘플링하는 방식으로 실시한 현장 실험결과 전체 기간 동안의 최대 농도는 29.01%, 최소 농도는 8.31%를 나타냈으며 전체 기간 동안의 평균 농도는 18.66%이다. 1일 평균농도의 경우 최대 23.
센서 부위의 세정력을 향상시키기 위하여 세정 센서 노즐을 추가 부착(1개→2개) 하고 초음파 파장 출력을 높였으나 20% 이상의 고농도 영역에서는 일정시간 이후에는 노즐 주위에 부유물의 흡착으로 인하여 세정 효과가 감소하는 것을 알 수 있었다.
후속연구
세정노즐 장치는 초음파 센서에 슬러지수에 포함된 슬러지가 고착되는 것을 방지시킬 수 있으며, 이에 따라 슬러지수의 농도측정을 정확하게 측정할 수 있다. 초음파 센서에 이물질이 고착되지 않기 때문에 이를 제거하기 위해 작업 중인 초음파 센서부를 탱크로부터 꺼내서 세척해야 하는 불편이 해소되며, 농도 측정 작업의 효율성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 초음파식 농도 측정 시스템은 Fig.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
회수수 고형분 측정 자동화 시스템 개발의 필요성이 절실한 이유는 무엇인가?
레디믹스트 콘크리트 품질관리를 위해 표준화된 시험방법 및 품질관리 방안 등이 지침 및 KS 규정(소프트웨어)을 통해 시행되고 있지만, 품질관리 자동화 시스템에 대한 기반시설(하드웨어)에 관한 기술개발 연구 및 인프라가 미흡한 상황이다. 이러한 실정을 고려하여, 레디믹스트 콘크리트 품질관리의 신뢰성을 구조적으로 향상시키고 건설생산현장에서의 합리적, 효율적, 정량적인 콘크리트 품질 관리 시스템의 기반을 구축하여 건설안전에 직접적으로 영향을 미치는 레디믹스트 콘크리트 품질을 실시간으로 관리할 수 있는 회수수 고형분 측정 자동화 시스템 개발의 필요성이 절실한 실정이다.
건설산업에서 레디믹스트 콘크리트는 어떤 재료인가?
건설산업에서 레디믹스트 콘크리트는 사회기반시설물 등 국가 인프라 구축에 중요한 역할을 담당하는 재료로 2010년도 레디믹스트 콘크리트 출하실적이 6조 4천억원에 달하는 거대한 시장규모를 가지고 있으나, 불량 레디믹스트 콘크리트 납품과 같은 지속적인 문제점은 국민의 안전과 직결되어 사회적으로 이슈화 되고 있다1).
건설산업에서 레디믹스트 콘크리트가 이슈화되는 이유는 무엇인가?
건설산업에서 레디믹스트 콘크리트는 사회기반시설물 등 국가 인프라 구축에 중요한 역할을 담당하는 재료로 2010년도 레디믹스트 콘크리트 출하실적이 6조 4천억원에 달하는 거대한 시장규모를 가지고 있으나, 불량 레디믹스트 콘크리트 납품과 같은 지속적인 문제점은 국민의 안전과 직결되어 사회적으로 이슈화 되고 있다1).
참고문헌 (11)
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S. R. Woo, "An Experimental Study on the Reuse of Recycling Water of Ready Mixed Concrete Such as Concrete Water(2)-Part 2 : The Mechanical Properties of Mortar with Mixing Proportion and Open Time of Recycling Water", KCI, Vol. 13. No. 1, pp .383-386, 1993.
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Japanese Industrial Standards Committee, "JIS A 5308 Ready-mixed Concrete", 2014.
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