KR20030032748A - Method and Apparatus for directly measuring the nominal tensile strength of plain concrete - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 콘크리트의 인장강도를 측정하는 방법에 관한 것으로, 상세하게는 굳은 콘크리트의 물리적 특성 중 인장강도를 측정함에 있어서 표준공시체에 등분포 인장력을 직접 가하여 콘크리트의 인장강도를 측정하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring the tensile strength of concrete, and more particularly, to a method for measuring the tensile strength of concrete by directly applying equally distributed tensile force to a standard specimen in measuring tensile strength of physical properties of hard concrete. .
건설재료로서 가장 큰 비중을 차지하는 콘크리트는 구조물의 골조 역할을 담당하고 있기 때문에 콘크리트 구조물의 설계에 있어서 콘크리트가 갖는 공칭강도는 대단히 중요시되고 있다. 즉, 구조물 설계시 콘크리트에 대한 설계강도가 정해지면 시공자는 설계강도를 만족하는 콘크리트를 생산해야 하고, 이를 위해서는 다수의 표준공시체(1)를 제작하여 일정기간 양생 후 압축강도 및 인장강도를 측정하는 절차를 거쳐야 한다. 이때, 압축강도는 원주형 공시체(1)에 대해 공시체(1)의 축방향으로 등분포 압축력을 가하여 공시체(1)가 파괴에 이르는 동안 발생된 최대하중을 원주형 공시체(1)의 단면적으로 나누어 줌으로써 직접적인 압축강도를 측정할 수 있다.Since concrete, which occupies the largest portion of construction materials, plays the role of framing, the nominal strength of concrete is very important in the design of concrete structures. That is, when the design strength for concrete is determined in the design of the structure, the contractor must produce concrete that satisfies the design strength. To this end, a plurality of standard specimens (1) are produced to measure compressive strength and tensile strength after curing for a certain period of time. You have to go through the procedure. At this time, the compressive strength is applied to the cylindrical specimen 1 in the axial direction of the specimen 1 by applying equally distributed compressive force to divide the maximum load generated during the failure of the specimen (1) by the cross-sectional area of the cylindrical specimen (1) By measuring the direct compressive strength can be measured.
그러나, 인장강도의 경우에는 압축강도처럼 원주형 공시체(1)의 축방향으로 인장력을 부과하여 직접적으로 인장강도를 측정할 수 없다. 즉, 인장강도를 직접 측정하기 위해서는 공시체(1)의 양단을 물고 축방향으로 인장력을 가해야 하는 데, 콘크리트 자체의 준취성(quasi brittle)으로 인해 공지체의 물린 양단 부분이 응력집중 현상으로 단부 파쇄가 일어나서 인장강도 시험 자체가 불가능하다.However, in the case of tensile strength, the tensile strength cannot be measured directly by applying a tensile force in the axial direction of the columnar specimen 1 like the compressive strength. That is, in order to measure the tensile strength directly, it is necessary to apply tensile force in the axial direction by biting both ends of the specimen 1, and due to the quasi brittle of the concrete itself, both ends of the known body are endowed with stress concentration. Fracture occurs and the tensile strength test itself is not possible.
이러한 문제점으로 인해, 종래의 콘크리트 인장강도의 측정은 쪼갬인장강도 시험이라는 간접적 방법이 사용되어 왔다. 도1은 쪼갬인장강도 시험을 위한 세팅 상태를 나타내는 정면도 및 측면도이다. 도1에 도시된 바와같이, 쪼갬인장강도 시험은원주형 공시체(1)를 축방향으로 눕힌 상태에서 공시체(1)의 축방향에 수직으로 압축하중을 가하여, 공시체(1)가 축방향으로 쪼개지는 경우의 최대하중을 측정하며, 측정된 최대하중을 식(1)에 대입하여 인장강도를 계산함으로써 간접적으로 인장강도를 측정하였다.Due to this problem, the conventional indirect measurement of the tensile strength test has been used to measure the concrete tensile strength. 1 is a front view and a side view showing a setting state for the split tensile strength test. As shown in Fig. 1, the splitting tensile strength test applies a compressive load perpendicular to the axial direction of the specimen 1 in the state in which the cylindrical specimen 1 is laid down in the axial direction, so that the specimen 1 is split in the axial direction. The maximum load in the case was measured, and the tensile strength was indirectly measured by calculating the tensile strength by substituting the measured maximum load into Equation (1).
식(1) f_t = 2p / (πld)Equation (1) f_t = 2p / (πld)
여기서, f_t는 인강강도 (kgf/㎠), p는 시험기에 나타난 최대하중 (kgf), l은 공시체의 길이 (㎝), d는 공시체의 지름 (㎝)를 나타낸다.Where f_t is the tensile strength (kgf / cm 2), p is the maximum load (kgf) shown in the tester, l is the length of the specimen (cm), and d is the diameter of the specimen (cm).
그러나, 쪼갬인장강도 시험으로부터 식(1)에 의해 계산된 콘크리트의 인장강도는 실제적인 인장강도 값이 아닌 계산값 즉 추정값이다. 이는 인장강도를 측정하기 위한 실험의 접근방법 자체가 간접적이기 때문이다.However, the tensile strength of concrete calculated by Eq. (1) from the split tensile strength test is not an actual tensile strength value, but a calculated value, that is, an estimated value. This is because the experimental approach itself for measuring tensile strength is indirect.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여, 공시체에 등분포 인장력을 직접적으로 부과함으로써 콘크리트의 실제 인장강도를 측정할 수 있는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.In order to solve this problem, an object of the present invention is to provide a method capable of measuring the actual tensile strength of concrete by directly applying equally distributed tensile force to the specimen.
도1은 종래의 쪼갬인장강도 시험을 위한 세팅 상태를 나타내는 정면도 및 측면도,1 is a front view and a side view showing a setting state for a conventional split tensile strength test;
도2는 본 발명에 따른 직접인장강도 시험용 표준공시체의 형상을 보여주는정면도 및 측면도,Figure 2 is a front view and a side view showing the shape of the standard specimen for direct tensile strength test according to the present invention,
도3은 본 발명에 따른 공시체를 제작하기 위한 강재형 거푸집의 단면도,Figure 3 is a cross-sectional view of the steel formwork for producing a specimen in accordance with the present invention,
도4는 본 발명에 따른 에폭시 양생틀의 정단면도 및 측면도,Figure 4 is a front sectional view and a side view of the epoxy curing frame according to the present invention,
도5는 본 발명에 따른 에폭시 양생된 공시체를 유니버설 조인트 지그(universal joint jig)에 장착한 상태를 보여주는 단면도, 그리고5 is a cross-sectional view showing a state in which the epoxy cured specimen according to the present invention mounted on a universal joint jig, and
도6은 본 발명에 따른 콘크리트 인장강도의 직접측정방법의 흐름을 보여주는 플로우챠트이다.Figure 6 is a flow chart showing the flow of the direct measurement method of concrete tensile strength according to the present invention.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 --Explanation of symbols for the main parts of the drawings-
1: 공시체2: 강재가압판1: Specimen 2: Steel Press Plate
3: 판형프레임4: 조임나사3: Plate frame 4: Tightening screw
5: 에폭시6: 유니버설 조인트 지그5: epoxy 6: universal joint jig
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 공시체와 강재가압판을 에폭시등의 접착제로 접착한 후 강재가압판을 직접 인장시킴으로써 공시체의 인장강도를 직접 측정하는 방법을 제공한다. 이 방법은 수개의 단계 및 각 단계에 사용되는 수개의 장치가 필요하다.In order to achieve this object, the present invention provides a method for directly measuring the tensile strength of the specimen by directly bonding the specimen and the steel pressure plate with an adhesive such as epoxy and then directly tensioning the steel pressure plate. This method requires several steps and several devices used for each step.
첫째, 인장시험용 표준공시체를 제작하는 단계로서, 반복사용이 가능하고 콘크리트타설시 변형이 일어나지 않는 거푸집이 구비된다. 둘째, 제작된 표준공시체의 양단을 최소 2㎝ 이상 잘라내고 에폭시 등의 접착제로 양단에 강재가압판을 부착한 후 에폭시가 충분히 양생될 때까지 일정한 힘(공시체의 물성에 영향을 주지 않을 정도의 힘)으로 구속한다. 여기서, 일정한 힘으로 구속하는 것은 공시체와 강재가압판의 완전한 부착을 위한 것으로서, 이때 에폭시 양생틀이 필요하다. 셋째, 만능시험기(UTM: Universal Testing Machine)에 에폭시로 접착된 공시체를 장착하여 공시체가 파괴될 때까지 인장력을 가하여 최대 인장하중을 측정한다. 이때, 공시체에 편심력 발생을 최소화하면서 등분포 인장력을 전달할 수 있도록 하는 매개체인 유니버설 조인트 지그(universal joint jig)가 필요하다. 마지막으로, 셋째 단계에서 측정된 최대 인장하중을 이용하여 후크의 탄성법칙에 의해 콘크리트의 인장강도를 구한다.First, as a step for producing a standard specimen for tensile testing, formwork is provided that can be used repeatedly and does not occur when placing concrete. Second, cut off both ends of the manufactured standard specimen by at least 2cm and attach the steel pressure plate to both ends with adhesive such as epoxy, and then apply a constant force until the epoxy is sufficiently cured. To be bound. Here, restraint with a constant force is for the complete attachment of the specimen and the steel pressing plate, this time epoxy curing frame is required. Third, the maximum tensile load is measured by applying a tensile force until the specimen is destroyed by mounting a specimen bonded with epoxy to a universal testing machine (UTM). At this time, a universal joint jig is required, which is a medium for transmitting uniformly distributed tension while minimizing the occurrence of eccentric force on the specimen. Finally, the tensile strength of the concrete is determined by the elastic law of the hook using the maximum tensile load measured in the third step.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도2는 본 발명에 따른 직접인장강도 시험용 표준공시체(1)의 형상을 보여주는정면도 및 측면도이다. 도2에 도시된 바와같이, 본 발명의 직접인장강도 측정에 쓰이는 공시체(1)는 오목한 목(neck)을 갖는 원통형으로서, 이는 인장파괴가 목 부위에서 발생하도록 하기 위함이다. 공시체(1)의 직경을 D, 반경을 R이라 할 때, 공시체(1)의 길이는 2D가 되어야 하고, 목은 상단과 하단에서 각각 D/2 만큼 떨어진 중간 위치에 놓이되, 공시체(1) 둘레의 외부 표면으로부터 D/10 만큼 내부로 들어와 2D/5 의 직선구간과 함께 직선구간의 양쪽으로 반경 R의 곡선부를 두어 응력의 흐름을 원활히 한다.Figure 2 is a front view and a side view showing the shape of the standard specimen 1 for direct tensile strength test according to the present invention. As shown in Figure 2, the specimen 1 used in the direct tensile strength measurement of the present invention is a cylindrical having a concave neck (neck), so that the tensile failure occurs in the neck area. When the diameter of the specimen 1 is D and the radius is R, the length of the specimen 1 should be 2D, and the neck is placed at an intermediate position separated by D / 2 from the top and the bottom, respectively. ) Smooth the flow of stress by entering D / 10 inside from the outer surface of the circumference and placing a curved portion of radius R on both sides of the straight section with a straight section of 2D / 5.
한편, 거푸집에 콘크리트 타설시 모르타르 성분이 양 단부에 몰리게 되고, 레이탄스 등으로 불순물이 상부에 위치하게 되며, 침하현상으로 상단부의 표면이 평활치 못하게 되는 현상이 발생하는 데, 이러한 상태에서 에폭시 접착을 하게 되면, 인장시험시 최대 인장강도에 도달하기 전에 단부의 모르타르 성분만 물고 떨어지는 현상이 발생한다. 따라서, 에폭시가 모르타르 뿐 아니라 가능한 많은 골재와 접착이 이루어지도록 하기 위해 거푸집에서 탈형한 공시체(1)의 양 단부를 다이아몬드 절단기 등을 이용하여 적어도 2㎝ 이상을 절단하는 것이 바람직하다. 이는, 이러한 오측정 요인을 방지하기 위한 것이다. 결국, 공시체(1)를 준비할 때 거푸집에서 탈형한 공시체(1)의 양단을 최소 2㎝ 이상 잘라냈을 때의 전체길이가 2D가 되어야 함을 의미한다.On the other hand, when the concrete is poured into the form, the mortar component is concentrated at both ends, and impurities are located at the upper side due to leitans, and the surface of the upper end is not smoothed due to settlement. In this case, only the mortar component at the end falls off before reaching the maximum tensile strength in the tensile test. Therefore, it is preferable to cut at least 2 cm or more of both ends of the specimen 1 demolded from the formwork using a diamond cutter so that the epoxy is not only mortar but also adhered to as many aggregates as possible. This is to prevent such a false measurement factor. As a result, when preparing the specimen 1, it means that the total length of at least 2 cm of both ends of the specimen 1 demolded from the formwork should be 2D.
도3은 본 발명에 따른 공시체(1)를 제작하기 위한 강재형 거푸집의 단면도이다. 도3에 도시된 바와같이, 거푸집은 공시체(1)의 양 단부를 2㎝ 이상 잘라내야 하므로, 실제 사용될 공시체(1) 길이보다 양단으로 길이 C 만큼 더 크게 제작된다. 여기서, C는 2㎝ 이상이다.3 is a cross-sectional view of the steel formwork for producing the specimen (1) according to the present invention. As shown in Fig. 3, the formwork is to be cut off at least two centimeters of both ends of the specimen (1), so that the length C is made larger at both ends than the length of the specimen (1) to be used. Here, C is 2 cm or more.
거푸집은 콘크리트 타설시 변형이 없는 재질 및 소정의 두께 T로 제작되며, 해체 조립이 가능하다. 목 부분은 별도록 제작하여 볼트로 제결하는 구성으로 되어 있다.The formwork is made of a material that does not deform when placing concrete and a predetermined thickness T, and disassembly and assembly are possible. The neck is made separately and bolted together.
거푸집에 콘크리트를 타설 후 1일이 경과한 후 탈형하여 시험 1일전까지 23±2℃ 의 온도에서 습윤양생을 실시하고, 공기중에서 1일간 건조시킨 후 양 단부를 길이 C만큼 잘라내어 도2의 공시체(1)를 제작한다.After 1 day has passed after the concrete is placed in the formwork, it is demolded and moist cured at a temperature of 23 ± 2 ℃ until 1 day before the test. After drying in air for 1 day, both ends are cut by length C and the specimens of FIG. 1) to make.
도4는 본 발명에 따른 에폭시 양생틀의 정단면도 및 측면도이다. 제작된 공시체(1)에 등분포 인장력을 직접 가하기 위해 에폭시(5)로 강재가압판(2)을 접착시킨다. 이때, 사용되는 것이 에폭시 양생틀이다. 도4에 도시된 바와같이, 에폭시 양생틀은 ㄷ자 판형 프레임(3)과 핸들이 달린 조임나사(4)로 구성된다. 여기서, ㄷ자 판형 프레임(3)의 경우, 바닥판의 편평도와 바닥판과 수직판의 직각도가 유지될 수 있어야 하고, 조임나사(4)로 공시체(1)를 조일 경우 변형이 일어나지 않아야 한다. 여기서, 에폭시 양생은 공칭강도가 충분히 발현될 때까지 시행한다.Figure 4 is a front sectional view and side view of the epoxy curing frame according to the present invention. In order to directly apply uniformly distributed tensile force to the prepared specimen 1, the steel pressing plate 2 is bonded with an epoxy 5. At this time, what is used is an epoxy curing frame. As shown in Fig. 4, the epoxy curing frame is composed of a U-shaped plate frame 3 and a tightening screw 4 with a handle. Here, in the case of the U-shaped plate frame 3, the flatness of the bottom plate and the perpendicularity of the bottom plate and the vertical plate should be maintained, and deformation should not occur when the specimen 1 is tightened with the tightening screw 4. Here, epoxy curing is carried out until the nominal strength is sufficiently expressed.
도5는 본 발명에 따른 에폭시 양생된 공시체(1)를 유니버설 조인트 지그(universal joint jig)(6)에 장착한 상태를 보여주는 단면도이다. 에폭시 양생 후, 도5에 도시된 바와같이, 강재가압판이 부착된 공시체(1)를 볼트로 유니버설 조인트 지그(6)에 연결한다. 에폭시로 공시체(1)에 접착되는 강재가압판은 두께 2㎝ 의 편평한 원형강판을 사용하고, 사방으로 적정위치에 4개의 볼트구멍을 내어 유니버설 조인트 지그(6)와 볼트로 연결할 수 있도록 한다.5 is a cross-sectional view showing a state in which the epoxy cured specimen 1 according to the present invention is mounted on a universal joint jig 6. After epoxy curing, as shown in Fig. 5, the specimen 1 with the steel pressing plate is connected to the universal joint jig 6 with a bolt. The steel pressing plate bonded to the specimen 1 by epoxy uses a flat circular steel plate having a thickness of 2 cm, and makes four bolt holes in all directions to connect the universal joint jig 6 to the bolt.
유니버설 조인트 지그(6)는 두 개의 강재판와 회전에 대해 자유로울 수 있도록 하는 힌지로 구성된다. 두 개의 강재판 중 하나의 강재판은 공시체(1)에 에폭시로 접착한 가압판과 볼트로 연결시키고, 다른 하나의 강재판은 하중계 또는 하중계를 포함하는 만능시험기에 연결한다.The universal joint jig 6 consists of two steel plates and a hinge that is free to rotate. One of the two steel plates is connected to the specimen (1) by means of an epoxy plated pressure plate and bolts, and the other steel plate to a universal testing machine including a load gauge or a load gauge.
이와같이, 공시체(1)를 만능시험기에 장착한 후, 인장파괴가 일어날 때까지 인장응력이 매분 7-14 kgf/㎠ 의 비율로 증가하는 재하속도로 하중을 부과한다. 이때, 만능시험기에 나타난 최대하중을 읽어 식(2)에 대입함으로써, 콘크리트의 인장강도를 직접적으로 구할 수 있다. 만약, 인장파괴가 공시체(1)의 목부분이 아닌 바깥 부분에서 일어날 경우에는 이를 측정에서 제외시킨다. 한편, 인장강도의 직접시험에 의한 공칭인장강도는 세 개의 공시체(1)로부터 측정된 인장강도의 평균값으로 한다.In this manner, after the specimen 1 is mounted on the universal testing machine, a load is applied at a loading speed in which the tensile stress increases at a rate of 7-14 kgf / cm 2 per minute until tensile failure occurs. At this time, by reading the maximum load shown in the universal testing machine and substituting the equation (2), the tensile strength of the concrete can be obtained directly. If tensile failure occurs in the outer part of the specimen rather than the neck, it is excluded from the measurement. On the other hand, the nominal tensile strength by direct test of tensile strength is to be the average value of the tensile strengths measured from the three specimens (1).
식(2) ft= P/AEquation (2) f t = P / A
여기서, ft는 인장강도(kgf/㎠), P는 시험기에 나타난 최대하중(kgf), 그리고, A는 공시체 목부분(2D/5)의 단면적(㎠)이다.Where f t is the tensile strength (kgf / cm 2), P is the maximum load (kgf) shown in the tester, and A is the cross-sectional area (cm 2) of the specimen neck (2D / 5).
한편, 인장시험이 종료된 후, 공시체(1)에 붙어있는 강재가압판은 고열로 일정시간 가열하면 에폭시가 쉽게 떨어져 나가기 때문에 재사용이 가능하다.On the other hand, after the end of the tensile test, the steel pressing plate attached to the specimen (1) can be reused because the epoxy easily falls off when heated for a certain time at high temperature.
도6은 본 발명에 따른 콘크리트 인장강도의 직접측정방법의 흐름을 보여주는 플로우챠트이다. 도6은 도2 내지 도5에서 설명한 장치 및 방법을 요약한 방법의 흐름으로서, 첫단계는 중간부분이 오목한 공시체를 형성할 수 있는 거푸집을 구비하고, 거푸집에 콘크리트를 타설하여 거푸집의 형상에 대응하는 콘크리트 공시체를 제작하는 단계이다(S1). 두 번째 단계는 공시체의 길이방향의 양단을 적어도 2㎝ 이상 잘라내는 단계이다(S2). 세 번째 단계는 잘라낸 공시체의 양단부의 단면에 에폭시를 이용하여 강재가압판을 부착하는 단계이다(S3). 네 번째 단계는 강재가압판을 유니버설 조인트 지그를 매개로 하여 만능시험기(UTM)에 연결하여 최대인장하중을 측정하는 단계이다(S4). 그리고 마지막으로 측정된 최대인장하중 및 탄성법칙에 따라 콘크리트의 인장강도를 산출하는 단계이다(S5).Figure 6 is a flow chart showing the flow of the direct measurement method of concrete tensile strength according to the present invention. FIG. 6 is a flow of the method summarizing the apparatus and method described in FIGS. Step to produce a concrete specimen (S1). The second step is to cut at least 2 cm of both ends in the longitudinal direction of the specimen (S2). The third step is to attach the steel pressure plate to the cross-section of both ends of the cut specimen using an epoxy (S3). The fourth step is to measure the maximum tensile load by connecting the steel pressure plate to the universal testing machine (UTM) via the universal joint jig (S4). Finally, the tensile strength of the concrete is calculated according to the measured maximum tensile load and elastic law (S5).
이상의 방법 및 장치에 따르면, 종래의 콘크리트 인장강도 측정을 위해 사용되었던 간접적인 시험방법, 즉 쪼갬시험으로 측정된 인장강도의 간접성 및 부정확성을 해소하기 위해, 측정보조 수단인 강재가압판을 이용하고 또한 강재가압판을 매개체로 하여 공시체에 직접적으로 인장력을 가할 때 등분포 인장력을 가하기 위해 유니버설 조인트 지그를 사용하여, 피검사대상인 콘크리트의 실질 인장강도를 직접적으로 측정할 수 있게 됨으로써, 정확한 인장강도의 산출이 가능하다.According to the above method and apparatus, in order to solve the indirect test method used for measuring the concrete tensile strength, that is, the indirectivity and inaccuracy of the tensile strength measured by the splitting test, the steel pressing plate as a measuring aid is used. By using the universal joint jig to apply the uniformly distributed tensile force when the tensile force is directly applied to the specimen by using the steel pressing plate as a medium, it is possible to directly measure the actual tensile strength of the concrete under test, thereby accurately calculating the tensile strength. It is possible.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시 할 수 있는 다양한 형태의 변형례들을 모두 포함한다.While the invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments thereof, the invention is not limited to these embodiments, and has been claimed by those of ordinary skill in the art to which the invention pertains. It includes all variants of various forms that can be implemented without departing from the technical idea.
Claims (8)
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