[논문]한중시공에서 2중 버블시트 포설에 따른 단열 효과분석 및 무선센서 네트워크에 의한 초기 품질관리

한민철; 서항구

doi:10.5345/jkibc.2021.21.1.021

한중시공에서 2중 버블시트 포설에 따른 단열 효과분석 및 무선센서 네트워크에 의한 초기 품질관리
Insulation Effect of Double Layered Bubble Sheet Application in Cold Weather Concrete and Initial Quality Control by Wireless Sensor Network 원문보기

한국건축시공학회지 = Journal of the Korea Institute of Building Construction, v.21 no.1, 2021년, pp.21 - 29

한민철 (Department of Architectural Engineering, Cheong ju University) , 서항구 (Department of Architectural Engineering, Cheong ju University)

초록
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본 연구는 한중 환경에서 가열 보온양생을 실시한 벽식구조 아파트의 슬래브 상부 및 벽체를 대상으로 2중 버블시트 포설에 따른 온도이력 및 강도발현 특성을 저자 등에 의해 이전 연구에서 개발된 무선센서 네트워크인 Concrete IoT Management System(CIMS)를 이용하여 실시간 모니터링 및 추정하고자 하였다. 분석결과 버블시트의 단열성능에 기인하여 구조체 콘크리트의 온도가 높게 나타났다. 또한, CIMS의 경우는 콘크리트 내부온도를 30 m까지 양호하게 무선센서 네트워크로 스마트폰에 전송되어 적산온도 및 실시간 압축강도 측정으로 효율적인 초기 품질관리가 가능할 수 있음을 알 수 있었다. 초기 품질관리 결과로서 압축강도는 7일 이내에서 약 2 MPa 이내의 오차로 추정될 수 있음에 따라 버블시트의 단열효과까지 포함하여 실무에서는 거푸집 존치기간을 1사이클 당 1일 정도 단축하는 공정관리 측면에서 효과도 얻을 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The objective of this study is to evaluate the effect of the application of double layered bubble sheet on the curing of slab and wall concrete placed at the job site in cold weather and to offer a feasibility of Concrete IoT Management System(CIMS), which is wireless sensor network developed by the authors, to manage early age quality of the concrete in terms of temperature, maturity and strength development. Test results indicated that the application of bubble sheet enhances the insulation performance, which results in an increase of the temperature by around 1~20. 6℃. It is found that CIMS can gather the temperature, maturity and strength development data from the sensors embedded from 30 m far from CIMS successfully. Predicted compressive strengths by CIMS had good agreement with measured ones within 2 MPa error level until 7 days. It is thought that the combination of the bubble sheet application for cold weather protection and CIMS for quality management tool in cold weather concreting contributes to shorten the time for the form removal by one day.

주제어

표/그림 (16)

그림 Figure 1. Bubble seet
그림 Figure 2. SmartRock2^TM
그림 Figure 3. Concrete IoT management system
그림 Figure 4. Bird's-eye view of construction site
그림 Figure 5. Location of CIMS
표 Table 1. Overview of construction site
표 Table 2. Experimental plans
그림 Figure 6. Installation of CIMS
그림 Figure 7. Procedure to activate CIMS
표 Table 3. Schedule and outdoor temperature
그림 Figure 8. Temperature and maturity profiles of building 7th floor(No.1) - 2019.12.27.~2020.1.3
그림 Figure 9. Temperature and maturity profiles of building 8th floor(No.2) - 2020.1.8.~2020.1.15
그림 Figure 10. Temperature and maturity profiles of 9th floor of the building(No.3) - 2020.1.15.~2020.1.22
그림 Figure 11. Comparison of maturities with and without bubble sheet
그림 Figure 12. Temperature and maturity collected from CIMS
그림 Figure 13. Strength development with age

AI 본문요약
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문제 정의

그러므로 본 연구에서는 무선센서 네트워크기반의 온도 이력 및 강도 추정시스템인 CIMS를 이용하여 한중 환경에서 갈탄을 이용하여 가열 보온양생하는 실무의 벽식구조 아파트 슬래브 상부 표면에 버블시트를 포설한 복합 보온 양생 방법 적용에 따른 콘크리트의 온도이력, 적산온도 및 압축강도를 실시간으로 모니터링 및 추정하고자 한다. 아울러 CIMS를 이용한 추정의 정확성을 고찰하며 궁극적으로 이를 이용한 강도관리 타당성을 실증적으로 확인하고자 한다.
본 연구에서는 한중 콘크리트 시공에서 갈탄을 이용하여가 열 보온양생하는 벽식구조 아파트 신축공사 현장에서 슬래브 및 벽체 콘크리트 타설 후 상부에 2중 버블시트 포설에 따른 단열 효과분석 및 해당현장의 한중 콘크리트를 무선센서 네트워크인 CIMS를 이용하여 콘크리트 초기 품질관리 가능성을 분석하고자 하였는데, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
아울러 CIMS를 이용한 추정의 정확성을 고찰하며 궁극적으로 이를 이용한 강도관리 타당성을 실증적으로 확인하고자 한다.
등 문제점이 발견되었다. 이에 본 연구진은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 새로운 콘크리트의 품질관리기술로서 Figure 3과 같은 CIMS 제품을 전문가의 도움을 받아 개발하였다. CIMS는 SmartRock2^TM보다 편리성, 경제성, 안정성 등의 측면에서 향상된 성능을 검증하였으며, Mock-up 실험을 통해 사용 가능성 및 정확성을 검증한바 있다[8, 9].

제안 방법

온도측정은 Figure 5 및 6과 같이 최불리 조건이라고 사료되는 벽체와 슬래브 철근에 CIMS의 온도센서를 버블 시트 포설 및 미포설 부분에 각각 1개씩, 외부 기온 측정 위한 온도센서 1개를 설치하고, 콘크리트의 온도 및 내부온도를 재령 0일부터 7일까지 측정하였다. 이때 CIMS 메인 센서 보관위치는 타설 작업시 방해가 되지 않도록 외벽 비계발판 위에 보관한 다음 바닥 콘크리트 경화 후 슬래브 위로 위치를 변경하였다.
먼저 CIMS_N 어플리케이션을스마트폰 단말기에 설치한 후, 프로젝트관리 창을 통해 새 프로젝트를 기입한다. 이후 온도 측정 부위에 온도 센서를 결속시킨 후 CIMS의 온도 측정 작업 등을 스마트폰으로 확인하고, 모든 설치 및 통신상태 확인이 마무리되면 콘크리트를 타설한다. 타설된 콘크리트에서 실시간으로 측정된 온도 데이터를 스마트폰 어플리케이션으로 수신하여 확인한다.
이후 온도 측정 부위에 온도 센서를 결속시킨 후 CIMS의 온도 측정 작업 등을 스마트폰으로 확인하고, 모든 설치 및 통신상태 확인이 마무리되면 콘크리트를 타설한다. 타설된 콘크리트에서 실시간으로 측정된 온도 데이터를 스마트폰 어플리케이션으로 수신하여 확인한다.

대상 데이터

먼저 타설 레미콘 규격은 25-21-150으로 한중조건을 고려하여 OPC 100%인 콘크리트를 사용하였다. 양생방법은 대칭되는 구조에서 한쪽은 버블시트를 포설하고, 다른 한쪽은 미포 설 하였다.
양생방법은 대칭되는 구조에서 한쪽은 버블시트를 포설하고, 다른 한쪽은 미포 설 하였다. 시험적용 기간은 2019년 12월 27일부터 2020년 1월 22일까지 동절기 시공으로써 주위는 블루시트로 막고, Figure 5의 평면도와 같이 갈탄을 사용하여 가열 보온양생을 실시하였다.
측정 횟수는 7층부터 9층까지 총 3회로 하였다. 이때 버블 시트는 콘크리트 타설 후 익일인 12시간 정도를 표면 피복 양생하는 것으로 하였다.

성능/효과

1) 건설 현장에 타설된 한중 콘크리트의 온도는 대체로 재령 초기에는 콘크리트의 수화열에 의해 콘크리트의 내부 온도가 상승하였고, 이후 외기온에 의해 감소하였다. 특히 벽체와 달리 슬래브의 경우 버블시트를포설한 경우는 미포설한 경우보다 버블시트의 단열성능에 기인하여 온도가 상승하였는데, 외기온 및 갈탄 보온 양생 위치에 따른 영향에 의해 작게는 1∼2℃에서 큰 경우는 20.
2) CIMS로 측정한 온도를 기반으로 버블시트를 포설한 콘크리트와 포설하지 않은 콘크리트의 적산온도를 비교한 결과 재령 1일은 버블시트를 포설한 콘크리트의 적산온도가 슬래브의 경우 4.5°D·D로 약 14.2%, 벽체의 경우 1.1°D·D로 약 3.9% 더 높게 나타났으며, 재령 2일의 슬래브의 경우 3.4°D·D로 약 6.7%, 벽체의 경우 2.6°D·D로 약 5.1% 더 높게 나타났다. 3) CIMS의 경우는 콘크리트 내부온도 전송거리가 Smart Rock2^TM의 8m보다 30m로 더 멀리 전송될 수 있어 갈탄을 태우는 연소가스에 따른 안전문제를 해결할 수 있었으며, 알루미늄 거푸집의 난반사에 의한 데이터 송·수신 오류도 발생하지 않았고, 센서만의 교체로 저렴한 방법이 되며 온도의 경우도 특별한 문제없이 송·수신되는 것을 확인할 수 있었다.
1% 더 높게 나타났다. 3) CIMS의 경우는 콘크리트 내부온도 전송거리가 Smart Rock2^TM의 8m보다 30m로 더 멀리 전송될 수 있어 갈탄을 태우는 연소가스에 따른 안전문제를 해결할 수 있었으며, 알루미늄 거푸집의 난반사에 의한 데이터 송·수신 오류도 발생하지 않았고, 센서만의 교체로 저렴한 방법이 되며 온도의 경우도 특별한 문제없이 송·수신되는 것을 확인할 수 있었다.
4) CIMS로 추정한 압축강도와 구조체 관리용 공 시체의 압축강도를 분석한 결과 추정된 압축강도와 구조체 관리용 공시체의 압축강도간의 오차는 7일 재령까지 약 2MPa 이내로 측정되었다. 또한 2중 버블시트를포설한 부분이 미포설한 부분보다 추정된 압축강도가 더 높은 값으로 나타났는데, 이 방법을 도입함으로써 버블 시트의 단열효과까지 포함하여 실무에서는 거푸집 존치기간을 1사이클 당 1일 정도 단축하는 공정관리 측면에서의 효과를 얻을 수 있었다.
압축강도를 나타낸 것이다. SmartRock2^TM의 경우는 콘크리트를 갈탄으로 가열 보온양생 하는 위치까지 가야만 데이터 수신 및 관리가 가능하였으나(송신거리 8m), CIMS 는 그 아래층에서도 수신이 가능하여(송신거리 30m) 가스중독 등의 안전사고 문제가 발생하지 않았고, 알루미늄 거푸집의 난반사에 의한 데이터의 송·수신 오류도 발생하지 않았으며, 센서 교체만으로 저렴하게 운용되고, 온도의 경우도 특별한 문제없이 송·수신되는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 추정된 압축강도와 이를 검증하기 위해 측정한 구조체 관리용 공시체의 압축강도의 오차는 약 2MPa 이내로 측정되었다. 따라서 CIMS를 활용한 압축강도 추정 방법이 비교적 정확하다는 결과를 토대로 거푸집 탈형 가능 시점을 실시간으로 확인한 결과 거푸집 존치기간을 1사이클 당 약 1 일 정도 단축해 공정관리 측면에서도 효과적인 것으로 판단되었다.
2MPa 이내로 측정되었다. 또한 2중 버블시트를포설한 부분이 미포설한 부분보다 추정된 압축강도가 더 높은 값으로 나타났는데, 이 방법을 도입함으로써 버블 시트의 단열효과까지 포함하여 실무에서는 거푸집 존치기간을 1사이클 당 1일 정도 단축하는 공정관리 측면에서의 효과를 얻을 수 있었다.
1% 높게 나타났다. 버블시트의 포설 및 미포설에 따른 적산온도의 차이는 슬래브 콘크리트가 벽체 콘크리트보다 더 높게 나타났다. 이는 2중 버블시트로 양생하는 면적이 벽체보다는 슬래브 콘크리트가 넓음에 따라 온도 차이가 크게 나타난 것으로 판단된다.
7% 높게 나타났으며. 벽체의 경우는 버블시트를 포설한 콘크리트가 포설하지 않은 콘크리트보다 평균 2.6°D·D로 약 5.1% 높게 나타났다. 버블시트의 포설 및 미포설에 따른 적산온도의 차이는 슬래브 콘크리트가 벽체 콘크리트보다 더 높게 나타났다.
상관관계를 나타낸 것이다. 온도 경향과 유사하게 버블 시트를 포설한 슬래브 및 벽체 콘크리트의 적산온도가 더 높게 나타나고 있음을 알 수 있었다.
추정한 압축강도를 나타낸 것이다. 이때, 1회∼3 회차 모두 2중 버블시트를 포설한 부분이 미포설한 부분보다 추정된 압축강도가 더 높은 값으로 나타났다. 또한, 추정된 압축강도와 이를 검증하기 위해 측정한 구조체 관리용 공시체의 압축강도의 오차는 약 2MPa 이내로 측정되었다.
것이다. 이때, 재령 1일에서 슬래브의 경우는 버블시트를 포설한 콘크리트가 포설하지 않은 콘크리트보다 평균 4.5° D·D로약 14.2% 높게 나타났으며, 벽체의 경우는 버블시트를 포설한 콘크리트가 포설하지 않은 콘크리트보다 평균 1.1°D·D로 약 3.9% 높게 나타났다. 재령 2일에서는 슬래브의 경우는 버블시트를 포설한 콘크리트가 포설하지 않은 콘크리트보다 평균 3.
이상을 종합하면 한중 시공시 버블시트를 이용한 단열 보온 양생을 적용한 현장을 대상으로 저자 등이 이전 연구를 통해 개발한 무선센서 네트워크인 CIMS를 이용하여 온도 이력 및 실시간 압축강도를 추정한 결과 CIMS에 의한 온도 이력 추정 및 압축강도 추정이 기존 열전대와 구조 체강도 관리 공시체를 이용한 방법과 비교하여 동등 이상의 정확도를 갖게 됨을 확인할 수 있었다. 나아가 강도의 실시간 확인으로 거푸집 존치기간의 결정과 설계기준강도 발휘 여부를 기존 측정방법보다 빠르게 확인할 수 있는 효과적인 방법이 될 것으로 사료된다.
전반적으로 재령 초기 콘크리트 내부 온도는 부재종류에 관계없이 수화열에 의해 상승하였고 특히 버블시트를 적용한 경우 수화열 및 단열 복합효과에 의해 적용하지 않은 경우보다 최고 온도가 높게 나타났다. 이후 재령경과에 따라 온도가 낮아지는 것으로 나타났는데, 초기양생종료 이후 대기조건에 노출되어 외기온도와 유사한 온도를 유지함을 확인할 수 있었다.
Figure 8∼10 의 (a)는 시공기간 중 재령 7일 동안 버블시트 포설과 미포 설에 있어 슬래브와 벽체에 타설된 콘크리트의 시간 경과에 따른 온도이력을 나타낸 것이다. 전반적으로 재령 초기 콘크리트 내부 온도는 부재종류에 관계없이 수화열에 의해 상승하였고 특히 버블시트를 적용한 경우 수화열 및 단열 복합효과에 의해 적용하지 않은 경우보다 최고 온도가 높게 나타났다. 이후 재령경과에 따라 온도가 낮아지는 것으로 나타났는데, 초기양생종료 이후 대기조건에 노출되어 외기온도와 유사한 온도를 유지함을 확인할 수 있었다.
특히 벽체와 달리 슬래브의 경우 버블시트를포설한 경우는 미포설한 경우보다 버블시트의 단열성능에 기인하여 온도가 상승하였는데, 외기온 및 갈탄 보온 양생 위치에 따른 영향에 의해 작게는 1∼2℃에서 큰 경우는 20.6℃까지 다양한 온도 상승을 나타났다.

후속연구

갖게 됨을 확인할 수 있었다. 나아가 강도의 실시간 확인으로 거푸집 존치기간의 결정과 설계기준강도 발휘 여부를 기존 측정방법보다 빠르게 확인할 수 있는 효과적인 방법이 될 것으로 사료된다.
있다. 따라서 본 연구진에서는 캐나다에서 IoT 기술로 개발한 SmartRock2^TM의 문제점을 개선하여 발전시킨 콘크리트 IoT 관리 시스템인 Concrete IoT Management System (CIMS)을 개발한 바 있음에[2]이를 실무에 적용하여 그 효과를 검증할 필요가 제기된다.

참고문헌 (8)

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Kim SM, Sin SJ, Hyun SY, Kyoung YH, Han MC, Han CG. Prediction of strength development of concrete at jobsite applying wireless sensor network (CIMS) based on maturity. Proceeding of Korea Concrete Institute; 2018 May 13-14; Seoul (Korea). Seoul (Korea): Korea Concrete Institute; 2020. p. 403-4.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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