KR102581319B1 - Concrete pumpability evaluating system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 콘크리트 펌핑시 압송관의 내벽면에 형성되는 윤활층의 유동특성을 검출하여 압송성능을 평가할 수 있는 평가시스템을 개시한다. The present invention discloses an evaluation system that can evaluate conveying performance by detecting the flow characteristics of the lubricating layer formed on the inner wall of the conveying pipe during concrete pumping.
Description
본 발명은 콘크리트가 담긴 원통형의 용기 내에 수직으로 설치되며 모터에 의해 회전되는 회전축의 단부에 연결되는 원통형의 실린더인 회전체가 회전할 때 발생하는 토크를 측정하기 위한 토크센서가 구비되는 토크 측정부 및 상기 모터의 회전속도를 제어하기 위한 회전속도 제어부를 포함하는 유동성 측정장치와; 상기 유동성 측정장치에 설치되며 무선통신을 통해 상기 토크 측정부와 회전속도 제어부를 제어하는 것으로, 사전에 설정된 회전수 및 회전시간에 따라 모터가 회전되면 콘크리트 재료의 점성에 따라 회전중인 상기 회전체에 작용하는 저항의 정도를 상기 토크센서에서 정량적인 크기에 따라 아날로그 신호를 발생시켜 토크측정부로 송신하면 상기 토크측정부에서 이를 디지털 값으로 변환하여 측정값으로 저장하되 상기 실린더 회전시 실린더의 바닥면 모서리에서 발생하는 응력집중을 무시할 수 있도록 콘크리트의 채움 높이를 다르게 하여 1차 토크값과 2차 토크값을 산출한 다음 산출된 두 토크값의 차이값을 측정값으로 반영 및 분석하여 콘크리트 압송관의 내벽에 형성되는 윤활층의 유동특성 결과를 도출할 수 있는 유동성 측정프로그램이 설치되는 임베디드 시스템;을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 압송성능 평가시스템에 관한 것이다. The present invention is a torque measuring unit that is installed vertically in a cylindrical container containing concrete and is equipped with a torque sensor to measure the torque generated when the rotating body, which is a cylindrical cylinder connected to the end of a rotating shaft rotated by a motor, rotates. and a fluidity measuring device including a rotation speed control unit for controlling the rotation speed of the motor; It is installed in the fluidity measuring device and controls the torque measuring unit and the rotational speed control unit through wireless communication. When the motor rotates according to the preset rotational speed and rotation time, the rotating body is rotated according to the viscosity of the concrete material. When the torque sensor generates an analog signal based on the quantitative size of the acting resistance and transmits it to the torque measuring unit, the torque measuring unit converts it into a digital value and stores it as a measured value. When the cylinder rotates, the bottom surface edge of the cylinder The primary torque value and secondary torque value are calculated by varying the filling height of concrete so that the stress concentration occurring in the concrete can be ignored, and then the difference between the two calculated torque values is reflected and analyzed as a measured value to determine the inner wall of the concrete transport pipe. It relates to a concrete conveying performance evaluation system characterized by comprising an embedded system in which a fluidity measurement program capable of deriving the results of the flow characteristics of the lubricating layer formed in the.
일반적으로 고층 건물에서 콘크리트를 타설하기 위해서는 펌프를 구비한 콘크리트 펌핑 장치를 이용하여 호퍼 내부의 콘크리트를 고층까지 압송하는 방식으로 콘크리트를 타설하게 되는데, 이때 호퍼의 배출관으로부터 타설장소까지 수개의 붐을 연결하여 콘크리트를 필요한 높이까지 압송하게 된다.Generally, in order to pour concrete in a high-rise building, a concrete pumping device equipped with a pump is used to pump the concrete inside the hopper to the high floor. At this time, several booms are connected from the discharge pipe of the hopper to the pouring location. The concrete is then transported to the required height.
최근 고층 및 초고층 건설에 따라 고압의 펌프 압송으로 콘크리트를 타설할 경우에는 고층으로 갈수록 펌핑을 위한 상당한 압력이 요구되고, 이에 따라 펌프압송력을 저하시키기 위한 콘크리트 개발의 필요성이 부각되고 있다.Recently, with the construction of high-rise and ultra-high-rise buildings, when concrete is poured by high-pressure pumping, a significant amount of pressure for pumping is required for higher floors. Accordingly, the need to develop concrete to reduce pumping force is highlighted.
콘크리트의 펌프압송성이 정확히 평가된다면 요구 수준에 따라 펌프의 선정이 가능하며 펌프의 효율적인 사용을 위하여 콘크리트 제조시 소요 펌프압송성을 갖는 제품을 요구하여 생산성을 향상시키고 발생할 수 있는 배관내 폐색, 배관 터짐 등의 사고를 막을 수 있으며, 콘크리트의 압송관 내벽에 형성되는 윤활층의 유동특성으로부터 초장대교량, 초고층건물, 장거리터널과 같은 대규모 공사를 대상으로 콘크리트 펌핑 성능 예측이 가능하다. If the pumping performance of concrete is accurately evaluated, it is possible to select a pump according to the required level. For efficient use of the pump, a product with the required pumping performance is required during concrete manufacturing to improve productivity and prevent blockages in pipes and pipes that may occur. Accidents such as bursting can be prevented, and concrete pumping performance can be predicted for large-scale construction such as ultra-long bridges, high-rise buildings, and long-distance tunnels from the flow characteristics of the lubricating layer formed on the inner wall of the concrete conveying pipe.
이러한 콘크리트의 펌프압송성을 평가하기 위해서는 펌프압송에 작용하는 콘크리트의 여러 성능 특성을 복합적으로 해석해야 한다. In order to evaluate the pumpability of concrete, various performance characteristics of concrete that affect pumping must be analyzed in a complex manner.
현재 콘크리트 평가방법 중에 유동성 평가방법으로 슬럼프, 슬럼프 플로 시험방법, V로트 시험방법, U로트 시험방법 등을 통해 정성적으로 콘크리트 시공성을 평가하게 되는데, 된반죽이면 펌프압송이 어려울 것이며 무른반죽이면 펌프압송이 잘 될 것이라는 개략적인 판단만 이루어지고 있는 실정이다.Among the current concrete evaluation methods, concrete workability is qualitatively evaluated through slump, slump flow test method, V-lot test method, and U-lot test method as fluidity evaluation methods. If it is a hard dough, it will be difficult to pump it, and if it is a soft dough, it will be difficult to pump it. Only a rough judgment is being made that the transport will be successful.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 간결하면서도 정확하게 콘크리트 압송성능을 평가할 수 있는 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was invented to solve the above problems, and its purpose is to provide a system that can simply and accurately evaluate concrete conveying performance.
상기와 같은 목적을 위하여 본 발명은 콘크리트가 담긴 원통형의 용기 내에 수직으로 설치되며 모터에 의해 회전되는 회전축의 단부에 연결되는 원통형의 실린더인 회전체가 회전할 때 발생하는 토크를 측정하기 위한 토크센서가 구비되는 토크 측정부 및 상기 모터의 회전속도를 제어하기 위한 회전속도 제어부를 포함하는 유동성 측정장치와; 상기 유동성 측정장치에 설치되며 무선통신을 통해 상기 토크 측정부와 회전속도 제어부를 제어하는 것으로, 사전에 설정된 회전수 및 회전시간에 따라 모터가 회전되면 콘크리트 재료의 점성에 따라 회전중인 상기 회전체에 작용하는 저항의 정도를 상기 토크센서에서 정량적인 크기에 따라 아날로그 신호를 발생시켜 토크측정부로 송신하면 상기 토크측정부에서 이를 디지털 값으로 변환하여 측정값으로 저장하되 상기 실린더 회전시 실린더의 바닥면 모서리에서 발생하는 응력집중을 무시할 수 있도록 콘크리트의 채움 높이를 다르게 하여 1차 토크값과 2차 토크값을 산출한 다음 산출된 두 토크값의 차이값을 측정값으로 반영 및 분석하여 콘크리트 압송관의 내벽에 형성되는 윤활층의 유동특성 결과를 도출할 수 있는 유동성 측정프로그램이 설치되는 임베디드 시스템;을 포함하되, 상기 측정값을 반영하여 윤활층의 유동특성 결과를 도출하는 과정은, 상기 용기에 제1높이 및 제2높이만큼 콘크리트를 채운 상태에서 각각 설정된 회전축의 회전속도 단계별 각속도와 평균 토크의 차이를 계산하여 T0,S와 k를 도출하는 제1단계와, 상기 도출된 T0,S와 k를 하기의 [수학식 1] 및 [수학식 2]에 반영하여 윤활층의 동적 항복응력 및 소성점도를 계산하는 제2단계와, 하기의 [수학식 3]을 통해 압송관 내부의 전단응력을 산출하는 제3단계와, 하기의 [수학식 4]에 상기 동적 항복응력과, 윤활층의 소성점도와, 상기 압송관 내부의 전단응력을 대입하여 압송관 내부의 전단율을 산출하는 제4단계와, 하기의 [수학식 5]을 통해 전단속도가 시작되는 반경을 산출하는 제5단계와, 하기의 [수학식 6] 및 [수학식 7]에 상기 산출된 전단속도가 시작되는 반경을 대입하여 윤활층의 점도를 산출하는 단계와, 하기의 [수학식 8] 내지 [수학식 10]에 상기 윤활층의 점도를 대입하여 윤활층의 전단영역과, 플러그 흐름영역에서의 윤활층 내 속도를 산출한 후 하기의 [수학식 11]에 반영하여 유량을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 1]
[여기에서, τ0,S는 윤활층의 동적 항복응력이고, T0,S는 유동 곡선 실험으로부터 측정된 각속도-토크값 차이 관계의 y축(토크값) 절편 값이며, h는 시료의 채움 높이 차이이고, RC는 실린더 회전체의 반경임]
[수학식 2]
[여기에서, μS는 윤활층의 소성점도이고, k는 유동 곡선 실험으로부터 측정된 각속도-토크값 차이 관계의 기울기이며, RS는 실린더의 중앙에서 윤활층 까지의 거리임]
[수학식 3]
[여기에서, τ는 압송관 내부의 전단응력이고, r은 반경 방향의 임의위치값이며, z는 흐름 방향의 좌표축이고, P는 총 가압력에서 콘크리트의 자중에 해당하는 압력을 뺀 값으로 압송관에 가해지는 순압력이며, Pinlet은 압송관 입구의 순압력이고, Lpipe는 압송관의 총길이임]
[수학식 4]
[여기에서, 는 압송관 내부의 전단율이고, RP는 압송관의 반경이며, RL은 압송관의 중심에서 윤활층까지의 거리이고, 는 항복응력이며, 는 윤활층의 점도임]
[수학식 5]
[여기에서, RG는 콘크리트 플러그 존에 해당하는 반경이며, 는 내부 콘크리트의 항복응력임]
[수학식 6]
[수학식 7]
[여기에서, 는 콘크리트의 점도임]
[수학식 8]
[수학식 9]
[수학식 10]
[수학식 11]
[여기에서, US,UP1 및 UP2는 콘크리트의 전단영역과 플러그 흐름영역에서 윤활층 내 속도이며, Q는 유량임]For the above purpose, the present invention is a torque sensor for measuring the torque generated when a rotating body, which is a cylindrical cylinder installed vertically in a cylindrical container containing concrete and connected to the end of a rotating shaft rotated by a motor, rotates. A fluidity measuring device including a torque measuring unit and a rotation speed control unit for controlling the rotation speed of the motor; It is installed in the fluidity measuring device and controls the torque measuring unit and the rotational speed control unit through wireless communication. When the motor rotates according to the preset rotational speed and rotation time, the rotating body is rotated according to the viscosity of the concrete material. When the torque sensor generates an analog signal based on the quantitative size of the acting resistance and transmits it to the torque measuring unit, the torque measuring unit converts it into a digital value and stores it as a measured value. When the cylinder rotates, the bottom surface edge of the cylinder The primary torque value and secondary torque value are calculated by varying the filling height of concrete so that the stress concentration occurring in the concrete can be ignored, and then the difference between the two calculated torque values is reflected and analyzed as a measured value to determine the inner wall of the concrete transport pipe. An embedded system in which a fluidity measurement program capable of deriving the results of the flow characteristics of the lubricating layer formed in the container is installed, wherein the process of deriving the results of the flow characteristics of the lubricating layer by reflecting the measured values includes: A first step of deriving T 0,S and k by calculating the difference between the angular velocity and average torque for each set rotation speed of the rotation axis in a state filled with concrete as high as the height and the second height, and the derived T 0,S and k The second step of calculating the dynamic yield stress and plastic viscosity of the lubricating layer by reflecting in [Equation 1] and [Equation 2] below, and the shear stress inside the pressure pipe through [Equation 3] below A third step of calculating, and a fourth step of calculating the shear rate inside the conveyance pipe by substituting the dynamic yield stress, plastic viscosity of the lubricating layer, and shear stress inside the conveyance pipe into [Equation 4] below. , the fifth step of calculating the radius at which the shear rate starts through [Equation 5] below, and substituting the radius at which the calculated shear rate starts into [Equation 6] and [Equation 7] below. Calculating the viscosity of the lubricating layer, and substituting the viscosity of the lubricating layer into [Equation 8] to [Equation 10] below to determine the shear area of the lubricating layer and the speed within the lubricating layer in the plug flow area. It is characterized by including the step of calculating the flow rate by reflecting it in [Equation 11] below.
[Equation 1]
[Here, τ 0,S is the dynamic yield stress of the lubricating layer, T 0,S is the y-axis (torque value) intercept value of the angular velocity-torque value difference relationship measured from the flow curve experiment, and h is the filling of the sample. is the height difference, and R C is the radius of the cylinder rotor]
[Equation 2]
[Here, μ S is the plastic viscosity of the lubricating layer, k is the slope of the angular velocity-torque value difference relationship measured from the flow curve experiment, and R S is the distance from the center of the cylinder to the lubricating layer]
[Equation 3]
[Here, τ is the shear stress inside the conveying pipe, r is an arbitrary position value in the radial direction, z is the coordinate axis in the flow direction, and P is the value obtained by subtracting the pressure corresponding to the self-weight of the concrete from the total applied pressure. is the net pressure applied to, P inlet is the net pressure at the inlet of the pressure pipe, and L pipe is the total length of the pressure pipe]
[Equation 4]
[From here, is the shear rate inside the conveying pipe, R P is the radius of the conveying pipe, R L is the distance from the center of the conveying pipe to the lubricant layer, is the yield stress, is the viscosity of the lubricating layer]
[Equation 5]
[Here, R G is the radius corresponding to the concrete plug zone, is the yield stress of the internal concrete]
[Equation 6]
[Equation 7]
[From here, is the viscosity of concrete]
[Equation 8]
[Equation 9]
[Equation 10]
[Equation 11]
[Here, U S , U P1 and U P2 are the velocities in the lubricating layer in the shear area of concrete and the plug flow area, and Q is the flow rate]
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또한, 본 발명에서 상기 토크측정부는 수신된 아날로그 신호의 노이즈를 제거하며, 측정값에 대한 왜곡현상을 최소화하기 위한 칼만 필터(Kalman filter)를 사용하는 것을 특징으로 한다. In addition, in the present invention, the torque measuring unit is characterized by using a Kalman filter to remove noise from the received analog signal and minimize distortion of the measured value.
또한, 본 발명은 상기 유동성 측정장치가 상면에 안착되며, 콘크리트가 담긴 용기가 상기 유동성 측정장치의 하부에 마주보는 형태로 배치되는 거치대를 포함하되, 상기 거치대의 상면에는 무선 충전을 위한 무선충전모듈이 마련되고, 상기 유동성 측정장치는 무선 충전이 가능한 배터리가 구비되는 전원부를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the present invention includes a stand on which the fluidity measuring device is seated on the upper surface, and a container containing concrete is disposed facing the lower part of the fluidity measuring device, and a wireless charging module for wireless charging is installed on the upper surface of the holder. is provided, and the fluidity measuring device is characterized in that it includes a power supply unit equipped with a battery capable of wireless charging.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 콘크리트 압송관의 내벽면에 형성되는 윤활층의 유동성을 간결하면서도 정확하게 산출할 수 있으며, 임베디드 시스템의 분석에 의해 결과를 바로 확인할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기의 계산결과와 원시데이터는 통신을 통해 임베디드 시스템에 저장되며, 사후에 저장된 데이터를 다시 읽어서 다른 분석을 시행할 수 있다. 또한, 본 발명은 실험실 등의 장소에 고정설치되어 현장에서 바로 사용할 수 없는 기존의 측정장비와 달리 휴대가 가능하여 현장에서 레미콘 타설 전에 측정(테스트)이 가능한 장점이 있다.The present invention achieved as described above can simply and accurately calculate the fluidity of the lubricating layer formed on the inner wall of the concrete conveying pipe, and the results can be immediately confirmed by analysis of the embedded system. In addition, the above calculation results and raw data are stored in the embedded system through communication, and other analyzes can be performed by rereading the stored data later. In addition, the present invention has the advantage of being portable and capable of measuring (testing) before pouring ready-mixed concrete in the field, unlike existing measuring equipment that is fixedly installed in a place such as a laboratory and cannot be used immediately in the field.
또한, 본 발명은 토크센서로부터 수신되는 아날로그 신호를 칼만 필터(Kalman filter)를 통해 처리함으로써 노이즈를 효과적으로 걸러낼 수 있으며 측정값 크기에 대한 왜곡현상을 최소화할 수 있다.In addition, the present invention can effectively filter out noise and minimize distortion of the size of the measured value by processing the analog signal received from the torque sensor through a Kalman filter.
또한, 본 발명은 무선 충전방식을 통한 전원공급을 실시하여 실험오류나 사고를 방지할 수 있고, 실험절차를 간소화할 수 있다. In addition, the present invention can prevent experiment errors or accidents and simplify experiment procedures by supplying power through a wireless charging method.
도 1은 본 발명에 따른 콘크리트 압송성능 평가시스템의 구성도.
도 2a) 내지 2d)는 본 발명의 실시예에 따른 유동성 측정장치의 도시한 개략적인 예시도.
도 3a) 및 3b)는 도 2c)의 1차 실험 및 2차 실험의 회전체를 임의의 속도로 회전시켰을 때 각 회전체의 주위에 형성된 콘크리트의 속도 분포 및 전단율 분포.
도 4a) 및 4b)는 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 압송관의 윤활층을 설명하기 위한 개략적인 예시도.
도 5a) 및 5b)는 회전체의 회전속도 변화에 따른 유동곡선 및각속도와 평균 토크값 사이의 관계.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 회전축의 회전속도 단계별 각속도와 평균 토크의 차이로부터 T0,S와 k가 도출되는 과정을 설명하기 위한 개략적인 예시도.
도 7a) 및 7b)는 본 발명의 실시예에 따른 유동성 측정 프로그램의 화면.Figure 1 is a configuration diagram of a concrete conveying performance evaluation system according to the present invention.
2a) to 2d) are schematic illustrations of a fluidity measuring device according to an embodiment of the present invention.
Figures 3a) and 3b) show the speed distribution and shear rate distribution of the concrete formed around each rotating body when the rotating body of the first and second experiments of Figure 2c) was rotated at a random speed.
Figures 4a) and 4b) are schematic illustrations for explaining the lubrication layer of a concrete conveying pipe according to an embodiment of the present invention.
Figures 5a) and 5b) show the relationship between the flow curve and angular velocity and the average torque value according to the change in rotational speed of the rotating body.
Figure 6 is a schematic illustration to explain the process of deriving T 0, S and k from the difference between the angular velocity and average torque at each rotational speed of the rotating shaft according to a preferred embodiment of the present invention.
7a) and 7b) are screens of a liquidity measurement program according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 콘크리트 압송성능 평가시스템을 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.Hereinafter, the concrete conveying performance evaluation system according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the attached drawings so that a person skilled in the art can easily implement it. Additionally, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or known configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
본 발명은 간결하면서도 정확하게 저항, 마찰력을 고려하여 콘크리트 압송성능을 평가할 수 있는 시스템을 개시한다. The present invention discloses a system that can simply and accurately evaluate concrete conveying performance by considering resistance and friction.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 콘크리트 압송성능 평가시스템의 구성도이고, 도 2a) 내지 2d)는 본 발명의 실시예에 따른 유동성 측정장치의 개략적인 예시도이다, Figure 1 is a schematic diagram of a concrete conveying performance evaluation system according to a preferred embodiment of the present invention, and Figures 2a) to 2d) are schematic illustrations of a fluidity measuring device according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 2d)와 같이 본 발명은 상기 윤활층의 유동성을 측정하기 위한 유동성 측정장치와, 상기 유동성 측정장치와 연동되는 유동성 측정프로그램이 구비되는 임베디드 시스템을 포함한다.As shown in FIGS. 1 to 2d), the present invention includes an embedded system equipped with a fluidity measurement device for measuring the fluidity of the lubricating layer and a fluidity measurement program linked to the fluidity measurement device.
먼저, 상기 유동성 측정장치(100)는 내부에 콘크리트가 채워지는 원통형의 용기(10)의 상부에 설치된다. First, the fluidity measuring device 100 is installed on the top of a cylindrical container 10 filled with concrete.
여기에서, 상기 용기(10)는 소정 직경을 갖는 원통형태로 이루어지며, 상기 용기의 내부에는 모터(12)에 의해 회전되는 회전축(11)이 수직으로 배치된다. Here, the container 10 has a cylindrical shape with a predetermined diameter, and a rotation axis 11 rotated by a motor 12 is vertically disposed inside the container.
여기에서, 상기 용기는 2b)와 같이 회전체의 측면과 용기의 돌기 사이의 거리, 회전체의 하단부와 용기 바닥 사이의 거리 모두 시료에 사용된 굵은 골재 최대수치의 4배 이상인 것이 바람직하다. Here, as in 2b), the distance between the side of the rotating body and the protrusions of the container and the distance between the lower end of the rotating body and the bottom of the container are preferably 4 times or more than the maximum value of the coarse aggregate used in the sample.
또한, 시료의 미끄러짐을 방지하기 위해 상기 용기의 내벽면을 따라 미끄럼방지벽이 형성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 미끄럼방지벽은 수분을 흡수하지 않고 골재에 의해 마모되지 않도록 합성수지(예를 들어 플라스틱) 또는 강재인 것이 좋다. Additionally, an anti-slip wall may be formed along the inner wall of the container to prevent the sample from slipping. Preferably, the anti-slip wall is made of synthetic resin (for example, plastic) or steel so as not to absorb moisture and not be worn by the aggregate.
또한, 상기 모터의 회전축에는 원통형 실린더로 구성되는 회전체(13)가 결합된다. 여기에서, 상기 회전체의 직경은 콘크리트에 사용된 굵은 골재 최대치수의 5배 이상, 길이 210mm 이상이고, 축의 직경과 길이는 각각 10mm, 200mm 이하이며, 회전체 표면의 중심선 평균 거칠기(Ra)는 0.8㎛이하인 강재인 것이 바람직하다. Additionally, a rotating body 13 composed of a cylindrical cylinder is coupled to the rotating shaft of the motor. Here, the diameter of the rotating body is more than 5 times the maximum size of the coarse aggregate used in concrete and a length of 210 mm or more, the diameter and length of the axis are 10 mm and 200 mm or less, respectively, and the average roughness (Ra) of the center line of the rotating body surface is It is preferable that it is a steel material of 0.8㎛ or less.
또한, 상기 유동성 측정장치(100)는 상기 회전체가 회전할 때 발생하는 토크를 측정하기 위한 토크센서(111)를 포함하는 토크 측정부(110)와, 상기 모터와 전기적으로 연결되어 모터의 회전속도를 제어함으로써 회전축에 연결된 회전체의 회전속도를 제어하는 회전속도 제어부(120)를 포함한다. In addition, the fluidity measuring device 100 includes a torque measuring unit 110 including a torque sensor 111 for measuring the torque generated when the rotating body rotates, and is electrically connected to the motor to rotate the motor. It includes a rotation speed control unit 120 that controls the rotation speed of the rotating body connected to the rotating shaft by controlling the speed.
용기 내부에 채워진 콘크리트에 관통삽입되는 상기 회전체(13)는 콘크리트 재료의 점성에 따라 회전중에 저항을 받게 된다. 상기 토크센서(111)는 회전체의 저항의 정도를 정량적인 크기에 따라 아날로그 신호로 출력하며, 상기 토크측정부(110)는 이를 디지털 값으로 변환하여 송신한다. The rotating body 13, which is inserted through the concrete filled inside the container, experiences resistance during rotation depending on the viscosity of the concrete material. The torque sensor 111 outputs the degree of resistance of the rotating body as an analog signal according to a quantitative size, and the torque measuring unit 110 converts this into a digital value and transmits it.
한편, 본 발명에서 상기 토크 측정부(110)는 수신된 아날로그 신호의 노이즈를 제거하며, 측정값에 대한 왜곡현상을 최소화하기 위해 칼만 필터(Kalman filter)를 사용한다.Meanwhile, in the present invention, the torque measuring unit 110 removes noise from the received analog signal and uses a Kalman filter to minimize distortion of the measured value.
통상적으로, 아날로그 센서로부터 들어오는 신호에는 노이즈가 있기 마련인데, 이를 처리하는 방법으로 저역 통과 필터(low pass filter)를 사용하는 경우가 많다. 그런데, 저역 통과 필터는 실제 측정값보다 진폭(amplitude)이 작아지는 경향이 있어서 측정값 크기에 대한 왜곡현상이 심한 문제점이 있었다. Typically, there is noise in signals coming from analog sensors, and a low pass filter is often used to deal with this. However, the low-pass filter tended to have a smaller amplitude than the actual measured value, so there was a problem with severe distortion of the size of the measured value.
본 발명은 이러한 저역 통과 필터(low pass filter)를 대신하여 칼만 필터(Kalman filter)를 사용함으로써 측정값 크기에 대한 왜곡현상을 최소화하고, 노이즈를 효과적으로 걸러낼 수 있다. The present invention can minimize distortion of the size of measured values and effectively filter out noise by using a Kalman filter instead of a low pass filter.
다음으로, 도 2a)는 상기 유동성 측정장치(100)가 거치대(200)를 통해 용기의 상부에 거치된 상태를 촬영한 예시도로서, 본 발명은 도 2와 같이 콘크리트가 담긴 용기의 상부에 상기 유동성 측정장치를 거치시키기 위한 거치대를 포함하되, 상기 거치대의 상면에는 무선 충전을 위한 무선충전모듈(미도시)이 마련되고, 상기 유동성 측정장치(100)는 무선 충전이 가능한 배터리가 구비되는 전원부(101)를 포함한다. Next, Figure 2a) is an exemplary view taken of the fluidity measuring device 100 mounted on the top of the container through the holder 200, and the present invention is provided on the top of the container containing concrete as shown in Figure 2. It includes a stand for mounting the fluidity measuring device, and a wireless charging module (not shown) for wireless charging is provided on the upper surface of the stand, and the fluidity measuring device 100 is a power supply unit equipped with a battery capable of wireless charging ( 101).
도 2a)와 같이 본 발명에서 윤활층의 유동성을 측정하는 실험은 콘크리트 용기에 시료를 채워넣은 후 상기 유동성 측정장치를 용기에 삽입하여 수행하게 되는데, 실험 완료시 용기 내의 콘크리트를 제거한 다음 용기를 세척할 때 상기 유동성 측정장치(100)를 거치대(200)에 거치시키면 무선 충전에 의해 전원공급을 위한 전원부(배터리, 101)의 충전이 이루어지게 된다. As shown in Figure 2a), the experiment to measure the fluidity of the lubricating layer in the present invention is performed by filling a concrete container with a sample and then inserting the fluidity measuring device into the container. Upon completion of the experiment, the concrete in the container is removed and the container is washed. When the fluidity measuring device 100 is placed on the holder 200, the power supply unit (battery, 101) for power supply is charged by wireless charging.
상기 유동성 측정장치(100)의 전원공급은 유선 또는 무선으로 이루어질 수 있는데, 안정성 확보를 위해 전원케이블을 통해 상시전원으로 전원을 공급할 수 있으나, 유선케이블로 인해 실험중 간섭이 생겨 오류나 사고를 유발할 수 있다. 한편, 도면에는 도시하지 않았으나 상기 거치대의 일측에는 외부 전원을 상기 무선충전모듈에 공급하기 위한 전원케이블이 연결되는 것이 바람직하다. Power supply to the fluidity measuring device 100 can be wired or wireless. Power can be supplied as a constant power source through a power cable to ensure stability, but the wired cable may cause interference during the experiment, causing errors or accidents. there is. Meanwhile, although not shown in the drawing, it is preferable that a power cable for supplying external power to the wireless charging module is connected to one side of the holder.
다음으로, 상기 임베디드 시스템(130)은 상기 유동성 측정장치에 설치되는 것으로, 통신을 위한 통신부(131)와, 윤활층의 유동성을 산출할 수 있는 기능을 수행하는 유동성 측정프로그램(132)과, 상기 유동성 측정프로그램에 의한 측정결과를 저장 및 분석하는 저장 및 분석부(133)를 포함한다. Next, the embedded system 130 is installed in the fluidity measurement device, and includes a communication unit 131 for communication, a fluidity measurement program 132 that performs a function of calculating the fluidity of the lubricating layer, and the fluidity measurement program 132. It includes a storage and analysis unit 133 that stores and analyzes measurement results by the liquidity measurement program.
상기 통신부(131)는 토크 측정부, 회전속도 제어부의 유,무선 제어가 가능하며, 실험결과와 원시데이터를 연결된 저장매체(서버 또는 사용자의 PC 등)에 전송하여 데이터 베이스 등에 저장할 수 있게 한다. The communication unit 131 enables wired and wireless control of the torque measuring unit and the rotation speed control unit, and transmits the experimental results and raw data to a connected storage medium (server or user's PC, etc.) to store them in a database, etc.
상기 유동성 측정프로그램(132)은 상기 통신부를 통해 상기 토크 측정부와 회전속도 제어부를 제어할 수 있고, 상기 회전축의 회전수와 회전시간에 대한 상기 토크 측정부로부터 검출된 토크값을 저장 및 분석하여 윤활층의 유동성을 산출할 수 있는 기능을 수행하는 임베디드 소프트웨어이다. The fluidity measurement program 132 can control the torque measurement unit and the rotation speed control unit through the communication unit, and stores and analyzes the torque value detected from the torque measurement unit for the rotation speed and rotation time of the rotation shaft. This is embedded software that performs the function of calculating the fluidity of the lubricating layer.
이러한 임베디드 소프트웨어 형태의 유동성 측정프로그램은 PC를 거치지 않고 측정결과를 즉시 알 수 있다. PC에서 분석하는 경우 USB케이블 등에 의해 측정결과를 전송하게 되는데, 유선케이블의 경우 측정 과정에서 간섭이 일어나 오류나 사고를 유발할 수 있다. This embedded software type liquidity measurement program allows measurement results to be known immediately without going through a PC. When analyzing on a PC, measurement results are transmitted via a USB cable, etc. However, in the case of wired cables, interference may occur during the measurement process, causing errors or accidents.
또한, 본 발명은 상기 유동성 측정장치(100)의 측정값을 와이파이, 블루투스, LoRa, LTE 등의 무선통신을 통해 상기 유동성 측정프로그램에 전달하는 것이 바람직하다. In addition, the present invention preferably transmits the measured value of the liquidity measurement device 100 to the liquidity measurement program through wireless communication such as Wi-Fi, Bluetooth, LoRa, or LTE.
다음으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유동성 측정프로그램(132)을 통해 윤활층의 유동특성을 검출하는 과정을 설명하도록 한다. Next, the process of detecting the flow characteristics of the lubricating layer through the fluidity measurement program 132 according to a preferred embodiment of the present invention will be described.
먼저, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 윤활층의 유동특성을 검출하는 실험은 콘크리트 믹싱 시작 후 10분 이내에 수행한다. 현장 레디믹스트 콘크리트의 이동 및 대기시간을 고려하는 경우에는 믹싱 시작 후 최대 2시간까지 30분의 간격을 두고 시험을 반복한다. First, according to a preferred embodiment of the present invention, an experiment to detect the flow characteristics of the lubricating layer is performed within 10 minutes after the start of concrete mixing. When considering the movement and waiting time of on-site ready-mixed concrete, the test is repeated at 30-minute intervals up to 2 hours after the start of mixing.
1. 실험 준비1. Experiment preparation
실린더 회전체를 무부하 회전시키며, 토크 측정장치의 초기값을 0(N·m)로 설정한 뒤 용기에 안착시킨다. 실린더 회전체는 용기 단면의 중앙에 위치하는 것이 바람직하다. The cylinder rotor rotates without load, the initial value of the torque measuring device is set to 0 (N·m), and then it is seated in the container. The cylinder rotating body is preferably located at the center of the cross section of the container.
2. 시료의 채움 높이 단계 2. Sample filling height stage
시료를 용기 내부에 채울 때 목표 높이까지 3층으로 나누어 작업을 수행하며 고무망치와 다짐봉을 동시에 사용한다. 다짐봉을 사용할 때 각 층은 적어도 25회 이상 다지도록 하고 바로 아래 타설층까지 다짐봉이 닿도록 한다. 이 과정에서 실린더에 충격을 가하지 않도록 주의하며, 용기 속의 시료가 재료분리의 위험이 있는 경우 다짐 횟수를 조정할 수 있다.When filling the sample inside the container, the process is divided into three layers to reach the target height, and a rubber mallet and tamping rod are used simultaneously. When using a tamping rod, ensure that each layer is compacted at least 25 times and that the tamping rod reaches the poured layer immediately below. During this process, be careful not to apply impact to the cylinder, and if there is a risk of material separation of the sample in the container, the number of compactions can be adjusted.
또한, 1차 실험에서 시료의 채움 높이는 실린더 바닥면으로부터 80 mm 이상이고, 2차 실험의 채움 높이 차이는 120 mm 이상일 수 있다. 이러한 이유는 실린더 회전시 실린더의 바닥면 모서리 위치에서 발생하는 응력집중을 무시하기 위한 것으로, 도 3a)와 같이 회전체의 바닥면 주위에서 큰 속도 변화가 나타나는 반면 회전체의 측면 주위에서는 일정한 속도가 형성되는 것을 알 수 있으며, 도 3b)와 같이 회전체의 모서리 주위에서 큰 전단율이 집중되는 것을 알 수 있다. 이러한 해석결과에 따라 일정한 전단율을 나타내기 시작하는 높이 이상으로 콘크리트를 채워 1차 회전력 측정실험을 하고, 일정한 전단율을 나타내기 시작하는 높이 이상이면서 1차 실험과는 다른 높이까지 콘크리트를 채워 2차 측정실험을 하면, 두 실험값의 차이에서 균일한 전단율을 가지는 범위에 해당하는 회전력을 얻을 수 있으며, 그 결과 회전체의 회전력으로부터 콘크리트와 실린더 사이의 마찰특성을 정확하게 도출할 수 있다. 이는 일정한 전단율을 나타내기 시작하는 높이의 아랫부분은 제외되는 값이기 때문이다. In addition, the filling height of the sample in the first experiment may be 80 mm or more from the bottom of the cylinder, and the filling height difference in the second experiment may be 120 mm or more. The reason for this is to ignore the stress concentration that occurs at the corner of the bottom surface of the cylinder when the cylinder rotates. As shown in Figure 3a), a large speed change appears around the bottom surface of the rotating body, while a constant speed is observed around the side of the rotating body. It can be seen that a large shear rate is concentrated around the edge of the rotating body, as shown in Figure 3b). According to these analysis results, the first rotational force measurement experiment was conducted by filling concrete above the height at which a constant shear rate begins to be shown, and the concrete was filled to a height above the height at which a constant shear rate begins to be shown, but to a height different from the first experiment. By conducting a difference measurement experiment, the rotational force corresponding to the range of a uniform shear rate can be obtained from the difference between the two experimental values, and as a result, the friction characteristics between the concrete and the cylinder can be accurately derived from the rotational force of the rotating body. This is because the lower part of the height that starts to show a constant shear rate is excluded.
3. 유동 곡선 시험(flow curve test)3. Flow curve test
유동 곡선 시험은 회전체의 회전 속도를 점차 감소시키며 이 때 발생하는 토크값의 변화를 측정하는 시험으로 콘크리트의 동적 항복응력(dynamic yield stress)과 소성 점도(plastic viscosity)를 구하기 위해 수행한다. 이 시험은 틱소트로피(thixotropy)에 의해 발현되는 토크값을 제거하는 단계와 회전속도를 감소시키며 평균 토크값을 측정하는 단계로 구분된다(도 5a 참조). 틱소트로피란 정치되어 있는 유체에 전단이 작용할 때 점성이 점차 감소하여 시간이 지나면 일정한 점성을 나타내며, 전단을 제거하면 점성 다시 증가하는 현상이다. 바람직하게는 틱소트로피의 영향을 제거하기 위해 토크 측정 단계에서 가하는 최대 속도로 20초 이상 회전체를 회전시킨다. 정지 상태에서 최대 회전속도까지의 도달시간은 5초 이상의 시간을 두고 천천히 증가시킨다. 회전체의 회전속도와 토크의 관계를 측정하는 과정에서 최소 7단계로 회전속도를 감소시키며 토크값을 측정한다. 이 때 최대 회전속도는 0.5 rev/s 이상, 1.0 rev/s 이하에서 결정해야하며 마지막 단계의 회전속도는 0.05 rev/s로 한다. 각각의 회전속도 유지 시간은 5초 이상으로 하며, 초당 10개 이상의 데이터를 측정한다. 회전속도가 유지되는 시간동안 측정된 토크값을 평균하고, 각속도와 평균 토크값 사이의 관계를 도 5b)와 같이 도출한다The flow curve test is a test that gradually reduces the rotation speed of the rotating body and measures the change in torque value that occurs at this time. It is performed to determine the dynamic yield stress and plastic viscosity of concrete. This test is divided into a step of removing the torque value expressed by thixotropy and a step of reducing the rotation speed and measuring the average torque value (see Figure 5a). Thixotropy is a phenomenon in which when shear is applied to a stationary fluid, the viscosity gradually decreases, showing a constant viscosity over time, and when the shear is removed, the viscosity increases again. Preferably, in order to eliminate the effect of thixotropy, the rotor is rotated at the maximum speed applied in the torque measurement step for more than 20 seconds. The time from stop to maximum rotation speed is slowly increased over 5 seconds. In the process of measuring the relationship between the rotation speed and torque of a rotating body, the rotation speed is reduced in at least 7 steps and the torque value is measured. At this time, the maximum rotation speed should be determined at 0.5 rev/s or more and 1.0 rev/s or less, and the rotation speed at the last stage is 0.05 rev/s. Each rotation speed is maintained for more than 5 seconds, and more than 10 pieces of data are measured per second. The torque values measured during the time the rotation speed is maintained are averaged, and the relationship between the angular speed and the average torque value is derived as shown in Figure 5b).
4. 윤활층의 유동특성 결과의 산출. 4. Calculation of flow characteristics results of lubricating layer.
먼저, 상기 유동성 측정프로그램은 1차 실험 및 2차 실험으로부터 측정된 각속도와 평균 토크 관계의 차이를 계산하며, 이 관계로부터 윤활층의 동적 항복응력(T0,S)과, 유동 곡선 시험으로부터 측정된 각속도-토크값 차이 관계의 기울기(k)를 도출한다.First, the fluidity measurement program calculates the difference between the angular velocity and average torque relationship measured from the first and second experiments, and from this relationship, the dynamic yield stress (T 0,S ) of the lubricating layer is measured from the flow curve test. Derive the slope (k) of the angular velocity-torque value difference relationship.
예를 들어, 상기 유동성 측정프로그램에 회전축의 회전수와 회전시간이 설정되면 상기 회전속도 제어부(120)는 설정된 값에 근거하여 아날로그 신호를 조정하여 모터(12)의 회전속도와 회전시간을 변경하고, 상기 토크센서(111)는 회전체(13) 회전시 발생하는 토크를 측정하게 된다. For example, when the rotation speed and rotation time of the rotation shaft are set in the fluidity measurement program, the rotation speed control unit 120 changes the rotation speed and rotation time of the motor 12 by adjusting the analog signal based on the set value. , the torque sensor 111 measures the torque generated when the rotating body 13 rotates.
이때, 상기 회전축에 결합되는 회전체(13)는 콘크리트 재료의 점성에 따라 회전중에 저항을 받게 되는데, 상기 토크센서(111)는 저항의 정도를 정량적인 크기에 따라 아날로그 신호로 출력하고, 토크측정부(110)는 이를 디지털 값으로 변환하여 측정값으로 송신한다. At this time, the rotating body 13 coupled to the rotating shaft receives resistance during rotation depending on the viscosity of the concrete material, and the torque sensor 111 outputs the degree of resistance as an analog signal according to a quantitative size and measures torque. Unit 110 converts this into a digital value and transmits it as a measured value.
여기에서, 본 발명은 상기 실린더 회전시 실린더의 바닥면 모서리에서 발생하는 응력집중을 무시할 수 있도록 콘크리트의 채움 높이를 다르게 하여 1차 토크값과 2차 토크값을 산출한 다음 산출된 두 토크값의 차이값을 산출하여 이를 측정값으로 반영한다. Here, the present invention calculates the primary torque value and secondary torque value by varying the filling height of the concrete so as to ignore the stress concentration that occurs at the bottom edge of the cylinder when the cylinder rotates, and then calculates the two calculated torque values. Calculate the difference value and reflect it as a measurement value.
바람직하게는, 상기 용기에 제1높이 및 제2높이만큼 콘크리트를 채운 상태에서 각각 설정된 회전축의 회전속도 단계별 각속도와 평균 토크의 차이를 계산하여 T0,S와 k를 도출한 다음, 상기 도출된 T0,S와 k를 하기의 [수학식 1] 및 [수학식 2]에 반영하여 윤활층의 동적 항복응력 및 소성점도를 계산한다. Preferably, in a state where the container is filled with concrete to the first height and the second height, T 0, S and k are derived by calculating the difference between the angular velocity and average torque at each rotation speed of the set rotation axis, and then the derived Calculate the dynamic yield stress and plastic viscosity of the lubricating layer by reflecting T 0, S and k in [Equation 1] and [Equation 2] below.
[수학식 1][Equation 1]
[여기에서, τ0,S는 윤활층의 동적 항복응력이고, T0,S는 유동 곡선 실험으로부터 측정된 각속도-토크값 차이 관계의 y축(토크값) 절편 값이며, h는 시료의 채움 높이 차이이고, RC는 실린더 회전체의 반경임][Here, τ 0,S is the dynamic yield stress of the lubricating layer, T 0,S is the y-axis (torque value) intercept value of the angular velocity-torque value difference relationship measured from the flow curve experiment, and h is the filling of the sample. is the height difference, and R C is the radius of the cylinder rotor]
[수학식 2][Equation 2]
[여기에서, μS는 윤활층의 소성점도이고, k는 유동 곡선 실험으로부터 측정된 각속도-토크값 차이 관계의 기울기이며, RS는 실린더의 중앙에서 윤활층 까지의 거리임(도4b)참조)][Here, μ S is the plastic viscosity of the lubricating layer, k is the slope of the angular velocity-torque value difference relationship measured from the flow curve experiment, and R S is the distance from the center of the cylinder to the lubricating layer (see Figure 4b). )]
다음으로, 하기의 [수학식 3]을 통해 압송관 내부의 전단응력을 산출한다. Next, the shear stress inside the pressure pipe is calculated through [Equation 3] below.
[수학식 3][Equation 3]
[여기에서, τ는 압송관 내부의 전단응력이고, r은 반경 방향의 임의위치값이며, z는 흐름 방향의 좌표축이고, P는 총 가압력에서 콘크리트의 자중에 해당하는 압력을 뺀 값으로 압송관에 가해지는 순압력이며, Pinlet은 압송관 입구의 순압력이고, Lpipe는 압송관의 총길이임] [Here, τ is the shear stress inside the conveying pipe, r is an arbitrary position value in the radial direction, z is the coordinate axis in the flow direction, and P is the value obtained by subtracting the pressure corresponding to the self-weight of the concrete from the total applied pressure. is the net pressure applied to, P inlet is the net pressure at the inlet of the pressure pipe, and L pipe is the total length of the pressure pipe]
상기의 수학식 3과 같이 압력의 기울기(
다음으로, 하기의 [수학식 4]에 상기 동적 항복응력과, 윤활층의 소성점도와, 상기 압송관 내부의 전단응력을 대입하여 압송관 내부의 전단율을 산출한다.Next, the shear rate inside the conveyance pipe is calculated by substituting the dynamic yield stress, plastic viscosity of the lubricating layer, and shear stress inside the conveyance pipe into Equation 4 below.
[수학식 4][Equation 4]
[여기에서,
압송관 내부의 콘크리트의 전단율은 인가된 전단응력이 콘크리트의 항복응력보다 클 때만 유도된다. The shear rate of the concrete inside the conveying pipe is induced only when the applied shear stress is greater than the yield stress of the concrete.
다음으로, 하기의 [수학식 5]을 통해 전단속도가 시작되는 반경을 산출한다. Next, the radius at which the shear rate begins is calculated using Equation 5 below.
[수학식 5][Equation 5]
[여기에서, RG는 콘크리트 플러그 존에 해당하는 반경이며,
상기의 수학식 5와 같이 압송관 내부의 콘크리트의 전단율은 RG와 RL 사이에 존재한다는 것을 알 수 있다. As shown in Equation 5 above, it can be seen that the shear rate of concrete inside the pressure pipe is between R G and R L.
다음으로, 하기의 [수학식 6] 및 [수학식 7]에 상기 산출된 전단속도가 시작되는 반경을 대입하여 윤활층의 점도를 산출한다. Next, the viscosity of the lubricating layer is calculated by substituting the radius where the calculated shear rate starts into [Equation 6] and [Equation 7] below.
[수학식 6][Equation 6]
[수학식 7][Equation 7]
[여기에서,
점도는 벽에서 반경방향의 임의의 위치까지의 전단속도의 적분으로서, 하기의 [수학식 8] 내지 [수학식 10]에 상기 윤활층의 점도를 대입하여 윤활층의 전단영역과, 플러그 흐름영역에서의 윤활층 내 속도를 산출한 후 하기의 [수학식 11]에 반영하여 유량을 산출한다. Viscosity is the integral of the shear rate from the wall to an arbitrary position in the radial direction, and by substituting the viscosity of the lubricating layer in [Equation 8] to [Equation 10] below, the shear area of the lubricating layer and the plug flow area are obtained. After calculating the velocity within the lubricating layer, the flow rate is calculated by reflecting it in [Equation 11] below.
[수학식 8][Equation 8]
[수학식 9][Equation 9]
[수학식 10][Equation 10]
[수학식 11][Equation 11]
[여기에서, US,UP1 및 UP2는 콘크리트의 전단영역과 플러그 흐름영역에서 윤활층 내 속도이며, Q는 유량임][Here, U S , U P1 and U P2 are the velocities in the lubricating layer in the shear area of concrete and the plug flow area, and Q is the flow rate]
유량은 펌핑전에 다양한 요인을 결정할 수 있는 함수로서, 이러한 과정을 통해 산출되는 유량을 통해 윤활층의 유동성능을 정량적으로 예측하는데 활용할 수 있으며, 펌프에서 가해지는 압력과 토출유량과의 관계를 시뮬레이션 할 수 있다. Flow rate is a function that can determine various factors before pumping. The flow rate calculated through this process can be used to quantitatively predict the fluidity of the lubricating layer, and can simulate the relationship between the pressure applied from the pump and the discharge flow rate. You can.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 콘크리트 압송관의 내벽면에 형성되는 윤활층의 유동성을 간결하면서도 정확하게 산출할 수 있으며, 임베디드 시스템의 분석에 의해 결과를 바로 확인할 수 있다. 또한, 상기의 계산결과와 원시데이터가 통신을 통해 임베디드 시스템에 저장되어 사후에 저장된 데이터를 다시 읽어서 다른 분석을 시행할 수 있다. 또한, 본 발명은 실험실 등의 장소에 고정설치되어 현장에서 바로 사용할 수 없는 기존의 측정장비와 달리 휴대가 가능하여 현장에서 레미콘 타설 전에 측정(테스트)이 가능한 장점이 있다.The present invention achieved as described above can simply and accurately calculate the fluidity of the lubricating layer formed on the inner wall of the concrete conveying pipe, and the results can be immediately confirmed by analysis of the embedded system. In addition, the above calculation results and raw data are stored in an embedded system through communication, so that other analyzes can be performed by rereading the stored data later. In addition, the present invention has the advantage of being portable and capable of measuring (testing) before pouring ready-mixed concrete in the field, unlike existing measuring equipment that is fixedly installed in a place such as a laboratory and cannot be used immediately in the field.
이상에서 설명된 본 발명은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention described above is merely illustrative, and those skilled in the art will appreciate that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom. Therefore, it will be understood that the present invention is not limited to the forms mentioned in the detailed description above. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached patent claims. In addition, the present invention should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes within the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.
10 : 용기 11: 회전축
12 : 모터 13 : 회전체
14 : 미끄럼방지벽
100 : 유동성 측정장치 101 : 전원부
110 : 토크 측정부 111 : 토크센서
120 : 회전속도 제어부
130 : 임베디드 시스템
131 : 통신부 132 : 유동성 측정프로그램
133 : 저장 및 분석부
200 : 거치대10: container 11: rotation axis
12: Motor 13: Rotator
14: Anti-slip wall
100: Liquidity measuring device 101: Power unit
110: Torque measuring unit 111: Torque sensor
120: rotation speed control unit
130: embedded system
131: Department of Communications 132: Liquidity measurement program
133: Storage and analysis unit
200: Holder
Claims (4)
상기 유동성 측정장치에 설치되며 무선통신을 통해 상기 토크 측정부와 회전속도 제어부를 제어하는 것으로, 사전에 설정된 회전수 및 회전시간에 따라 모터가 회전되면 콘크리트 재료의 점성에 따라 회전중인 상기 회전체에 작용하는 저항의 정도를 상기 토크센서에서 정량적인 크기에 따라 아날로그 신호를 발생시켜 토크측정부로 송신하면 상기 토크측정부에서 이를 디지털 값으로 변환하여 측정값으로 저장하되, 상기 실린더 회전시 실린더의 바닥면 모서리에서 발생하는 응력집중을 무시할 수 있도록 콘크리트의 채움 높이를 다르게 하여 1차 토크값과 2차 토크값을 산출한 다음 산출된 두 토크값의 차이값을 측정값으로 반영 및 분석하여 콘크리트 압송관의 내벽에 형성되는 윤활층의 유동특성 결과를 도출할 수 있는 유동성 측정프로그램이 설치되는 임베디드 시스템(130);을 포함하되,
상기 측정값을 반영하여 윤활층의 유동특성 결과를 도출하는 과정은,
상기 용기에 제1높이 및 제2높이만큼 콘크리트를 채운 상태에서 각각 설정된 회전축의 회전속도 단계별 각속도와 평균 토크의 차이를 계산하여 T0,S와 k를 도출하는 제1단계와,
상기 도출된 T0,S와 k를 하기의 [수학식 1] 및 [수학식 2]에 반영하여 윤활층의 동적 항복응력 및 소성점도를 계산하는 제2단계와,
하기의 [수학식 3]을 통해 압송관 내부의 전단응력을 산출하는 제3단계와;
하기의 [수학식 4]에 상기 동적 항복응력과, 윤활층의 소성점도와, 상기 압송관 내부의 전단응력을 대입하여 압송관 내부의 전단율을 산출하는 제4단계와;
하기의 [수학식 5]을 통해 전단속도가 시작되는 반경을 산출하는 제5단계와;
하기의 [수학식 6] 및 [수학식 7]에 상기 산출된 전단속도가 시작되는 반경을 대입하여 윤활층의 점도를 산출하는 단계와;
하기의 [수학식 8] 내지 [수학식 10]에 상기 윤활층의 점도를 대입하여 윤활층의 전단영역과, 플러그 흐름영역에서의 윤활층 내 속도를 산출한 후 하기의 [수학식 11]에 반영하여 유량을 산출하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 압송성능 평가시스템.
[수학식 1]
[여기에서, τ0,S는 윤활층의 동적 항복응력이고, T0,S는 유동 곡선 실험으로부터 측정된 각속도-토크값 차이 관계의 y축(토크값) 절편 값이며, h는 시료의 채움 높이 차이이고, RC는 실린더 회전체의 반경임]
[수학식 2]
[여기에서, μS는 윤활층의 소성점도이고, k는 유동 곡선 실험으로부터 측정된 각속도-토크값 차이 관계의 기울기이며, RS는 실린더의 중앙에서 윤활층 까지의 거리임]
[수학식 3]
[여기에서, τ는 압송관 내부의 전단응력이고, r은 반경 방향의 임의위치값이며, z는 흐름 방향의 좌표축이고, P는 총 가압력에서 콘크리트의 자중에 해당하는 압력을 뺀 값으로 압송관에 가해지는 순압력이며, Pinlet은 압송관 입구의 순압력이고, Lpipe는 압송관의 총길이임]
[수학식 4]
[여기에서,
[수학식 5]
[여기에서, RG는 콘크리트 플러그 존에 해당하는 반경이며,
[수학식 6]
[수학식 7]
[여기에서,
[수학식 8]
[수학식 9]
[수학식 10]
[수학식 11]
[여기에서, US,UP1 및 UP2는 콘크리트의 전단영역과 플러그 흐름영역에서 윤활층 내 속도이며, Q는 유량임]
A torque measuring unit provided with a torque sensor for measuring the torque generated when the rotating body, which is a cylindrical cylinder connected to the end of a rotating shaft rotated by a motor and installed vertically in a cylindrical container containing concrete, rotates, A fluidity measuring device 100 including a rotation speed control unit for controlling the rotation speed of the motor;
It is installed in the fluidity measuring device and controls the torque measuring unit and the rotational speed control unit through wireless communication. When the motor rotates according to the preset rotational speed and rotation time, the rotating body is rotated according to the viscosity of the concrete material. When the torque sensor generates an analog signal according to the quantitative size of the degree of resistance and transmits it to the torque measuring unit, the torque measuring unit converts it into a digital value and stores it as a measured value. When the cylinder rotates, the bottom surface of the cylinder The primary torque value and secondary torque value are calculated by varying the filling height of the concrete so that the stress concentration occurring at the corner can be ignored, and then the difference between the two calculated torque values is reflected and analyzed as a measurement value to determine the quality of the concrete transport pipe. Includes an embedded system 130 in which a fluidity measurement program capable of deriving the results of the flow characteristics of the lubricating layer formed on the inner wall is installed,
The process of deriving the results of the flow characteristics of the lubricating layer by reflecting the above measured values is,
A first step of deriving T 0, S and k by calculating the difference between the angular velocity and average torque at each set rotation speed of the rotation axis in a state where the container is filled with concrete to the first height and the second height;
A second step of calculating the dynamic yield stress and plastic viscosity of the lubricating layer by reflecting the derived T 0, S and k in [Equation 1] and [Equation 2] below,
A third step of calculating the shear stress inside the pressure pipe through Equation 3 below;
A fourth step of calculating the shear rate inside the conveyance pipe by substituting the dynamic yield stress, plastic viscosity of the lubricating layer, and shear stress inside the conveyance pipe into [Equation 4] below;
A fifth step of calculating the radius at which the shear rate starts using Equation 5 below;
Calculating the viscosity of the lubricating layer by substituting the radius at which the calculated shear rate starts into [Equation 6] and [Equation 7] below;
Substitute the viscosity of the lubricating layer into [Equation 8] to [Equation 10] below to calculate the shear area of the lubricating layer and the velocity within the lubricating layer in the plug flow area, and then calculate the velocity within the lubricating layer in [Equation 11] below. calculating the flow rate by reflecting it;
A concrete conveying performance evaluation system comprising:
[Equation 1]
[Here, τ 0,S is the dynamic yield stress of the lubricating layer, T 0,S is the y-axis (torque value) intercept value of the angular velocity-torque value difference relationship measured from the flow curve experiment, and h is the filling of the sample. is the height difference, and R C is the radius of the cylinder rotor]
[Equation 2]
[Here, μ S is the plastic viscosity of the lubricating layer, k is the slope of the angular velocity-torque value difference relationship measured from the flow curve experiment, and R S is the distance from the center of the cylinder to the lubricating layer]
[Equation 3]
[Here, τ is the shear stress inside the conveying pipe, r is an arbitrary position value in the radial direction, z is the coordinate axis in the flow direction, and P is the value obtained by subtracting the pressure corresponding to the self-weight of the concrete from the total applied pressure. is the net pressure applied to, P inlet is the net pressure at the inlet of the pressure pipe, and L pipe is the total length of the pressure pipe]
[Equation 4]
[From here,
[Equation 5]
[Here, R G is the radius corresponding to the concrete plug zone,
[Equation 6]
[Equation 7]
[From here,
[Equation 8]
[Equation 9]
[Equation 10]
[Equation 11]
[Here, U S , U P1 and U P2 are the velocities in the lubricating layer in the shear area of concrete and the plug flow area, and Q is the flow rate]
The concrete conveying performance evaluation system according to claim 1, wherein the torque measuring unit removes noise from the received analog signal and uses a Kalman filter to minimize distortion of the measured values.
상기 유동성 측정장치가 상면에 안착되며, 콘크리트가 담긴 용기가 상기 유동성 측정장치의 하부에 마주보는 형태로 배치되는 거치대를 포함하되,
상기 거치대의 상면에는 무선 충전을 위한 무선충전모듈이 마련되고,
상기 유동성 측정장치는 무선 충전이 가능한 배터리가 구비되는 전원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 압송성능 평가시스템.
According to paragraph 1,
The fluidity measuring device is seated on the upper surface and includes a holder on which a container containing concrete is placed facing the lower part of the fluidity measuring device,
A wireless charging module for wireless charging is provided on the upper surface of the holder,
The fluidity measurement device is a concrete conveying performance evaluation system, characterized in that it includes a power source equipped with a wirelessly rechargeable battery.
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