▲초음파 콘크리트 경화 센서 사진 / 사진 제공: 한국건설기술연구원

한국건설기술연구원(원장 김병석, 이하 건설연)은 콘크리트 시공 중 붕괴사고 방지를 위한 ‘스마트거푸집 시스템’을 개발했다고 밝혔다.

거푸집이란 콘크리트 구조물이 목적하는 형상과 품질을 갖도록 시공 단계에서 일시적으로 설치하는 구조물로, 거푸집 내부의 콘크리트 강도가 확보되면 해체되어야 한다.

거푸집은 국토교통부 표준시방서(KCS 14 20 12)에 근거하여 소정의 존치 기간이 지난 이후 또는 하중재하시험장치로 공시체(표준화 또는 규격화된 형상을 갖는 재료시험용 시험체)의 압축강도를 측정하였을 때, 그 측정값이 기준치를 충족하는 경우에 해체할 수 있다.

그러나 이러한 방법들은 구조물 본체의 강도 확인이 아닌 간접적인 평가 또는 경험적인 방법에 의존한 것이기 때문에, 공사 현장 상황에 따라 콘크리트 강도 문제로 인해 안전사고가 발생할 가능성이 있다.

따라서 거푸집 공사는 콘크리트 구조물의 품질에 직접적으로 관련이 있어 콘크리트 강도 확보에 문제가 발생하면, 자칫 대형 사고로 이어질 수도 있다. 이에 건설 현장에서는 안전사고 예방을 위하여 안전작업 매뉴얼 배포와 교육을 실시하고 있다. 

그러나 기후환경 변화에 따라 공사 현장 상황별로 거푸집 내부에서 양생 중인 콘크리트의 강도를 실시간으로 정확하게 확인하기에는 어려움이 있다.

이에 건설연 구조연구본부 연구팀(팀장 김영진 박사)은 사물인터넷(Internet of Things, IoT) 기술과 초음파 콘크리트 경화 센싱기술을 활용한 스마트거푸집 시스템을 개발했다.

개발된 스마트거푸집 시스템을 활용하면, 현장 작업자 및 감독자가 실시간으로 양생 중인 콘크리트 강도를 확인할 수 있다.

스마트거푸집 시스템에서는 콘크리트 외부 면과 맞닿아 설치되는 초음파 센서를 이용하여 콘크리트 표면을 타고 흐르는 표면파의 전파속도를 측정한다. 콘크리트의 강도에 따라 초음파의 전파속도가 달라지는데, 콘크리트가 굳어짐에 따라 전파속도는 빨라진다. 즉, 초음파의 전파속도를 통해 콘크리트 강도를 알 수 있는 것이다. 

또한, 개발된 스마트거푸집 시스템은 실시간으로 정보를 수집하고 분석한다. 이에 현장 감독자는 스마트폰과 같은 IT 기기로 즉시 거푸집 상태를 확인할 수 있다. 따라서 수집된 객관적인 데이터를 바탕으로 효율적인 공정 및 품질관리가 가능하다. 나아가 건설현장의 주요 사고 사례로 꼽히는 거푸집 붕괴 사고와 같은 안전사고 예방을 위한 대안이 될 수 있다. 

또한, 기존의 거푸집 조립 및 해체 공정은 건설 노동자의 인력에 의해 이루어졌는데, 이에 따른 안전사고들도 많이 발생하였다. 개발된 스마트거푸집에는 전동스핀들(Auto Spindle)이 탑재되어, 조립 및 해체 작업을 원격으로 조정할 수 있도록 자동화하여 공정의 효율성을 높였을 뿐만 아니라 사고의 위험성도 감소시켰다.

스마트거푸집 시스템은 다양한 실내 실험과 함께 시제품 제작이 완료되었으며, 민간 기업인 ㈜선진알씨에스와 ㈜효명이씨에스에 기술이전되어, 현장 적용 및 확대 보급 방안을 모색하고 있다. 

건설연 김병석 원장은 “개발된 스마트거푸집 시스템은 건설 현장의 안전사고 문제 해결과 콘크리트 구조물의 품질향상에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다. 

본 성과는 과학기술정보통신부의 지원으로 건설연 주요사업 “IoT 기술과 초음파 콘크리트 경화 센서 기술을 융합한 SFS(Smart Form System) 개발(2021~2022)”과제를 통해 개발되었다.