KR100574571B1 - 차량제동유니트및그제조방법 - Google Patents

Abstract

다공질 콘크리트의 차량 제동 블록은 물체를 안전하게 저속 주행시키기 위해 사용가능하고 비행기 활주로 끝에서 비행기 제동층을 구성하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 다공질 콘크리트 블록(70)이 물체에 대해 충분하지만 지나치지 않는 감속력을 제공하기 위해 소정치의 압축 구배 강도를 나타낼 수 있도록 제조되어야 한다. 재료의 균일성은 허용가능한 제동력 변화를 피할 수 있도록 부합되어야 하므로 제동 블록은 바람직하게는 블록 두께의 10 내지 60퍼센트의 침투 깊이에 대해 소정 압축 구배 강도(예를 들면 4.2/5.6CGS[psi 단위의 경우 60/80CGS]를 나타낸다. 4.2/5.6CGS[psi 단위의 경우 60/80CGS]는 이와 같은 침투 깊이에 대해 매 평방 인치 당 31.8kg(70 파운드)의 평균 압축 강도를 통상 나타낸다. 통상적으로 최소 강도치와 일치하는 종래의 다공질 콘크리트 제품 및 그 제조 방법은 제동 블록에 필요로 되는 균일성 또는 압축 구배 강도 예측성을 만족시키지 못하고 있다. 상기 방법은 비행기 및 다른 물체를 제한적으로 감속시키기 위해 특정 압축 구배 강도와 건식 밀도를 갖는 제동 블록의 제조를 가능하게 하는데 유효한 범위와 인자, 성분 및 공정 제어를 포함한다. 제한적으로 감속함으로써 과잉의 감속비로 인해 파괴되는 결과를 피할 수 있다.

Description

차량 제동 유니트 및 그 제조 방법

본 발명은 물체의 동작 속도를 감속하는 것에 관한 것으로, 특히 활주로의 끝에서 주행하는 항공기를 안전하게 감속시키기 위한 제동층 시스템(arresting bed system)에 사용하기 적합한 다공질 콘크리트 유니트 및 이와 같은 유니트의 제조 방법에 관한 것이다.

항공기는 활주로 끝을 이탈(overrun)할 수 있고, 이는 승객에게 상해를 입히고 항공기가 파손 또는 치명적으로 손상될 가능성을 증가시킨다. 이러한 이탈들은 80 노트의 속도로 이동되는 항공기가 착륙하는 동안 또는 이륙에 실패하는 경우 발생되곤 한다. 이탈들의 위험을 최소화하기 위해, 일반적으로 연방 항공 본부(FAA)는 활주로 끝 너머에 304.8m(1,000 피트) 길이의 안전 영역을 요구한다. 현재로, 이 안전 영역이 FAA 규정일지라도, 전국에 걸쳐 많은 활주로들는 FAA 규정의 채택 이전에 형성되었고, 해수, 도로 또는 다른 장애물이 304.8m(1,000 피트) 이탈 요구 조건에 경제적으로 순응하는 것을 방지하도록 배치된다.

활주로 너머에 존재하는 토양면들을 포함하는 몇몇 물질들은 항공기를 감속시킬 수 있는 능력에 대해 평가되어 왔다. 그 특질들을 예측할 수 없으므로 토양면의 제동 능력은 매우 예측하기 어렵다. 예를 들면, 마른 진흙은 경질일 수 있고 명목상 불침투성이며, 젖은 진흙은 항공기를 진흙으로 더럽히고, 랜딩 기어를 파괴시키며, 승객에게 상해를 입히고, 항공기를 파손시킨다.

1988 보고서(report)에는 뉴욕 및 뉴저지의 공항 관제소에 의해 JFK 국제 공항에서 활주로용 플라스틱 폼 제동 장치(plastic foam arrestor)의 개발 가능성에 대한 조사가 보고되었다. 보고서에는, 상기와 같은 제동 장치 설계가 가능하고 80 노트까지의 출구 속도로 활주로를 이탈하는 42,359kg(100,000 파운드) 항공기와 60 노트까지의 출구 속도로 활주로를 이탈하는 371,945kg(820,000 파운드) 항공기를 안전하게 제동시킬 수 있다는 분석 결과가 진술되어 있다. 보고서에는 적절한 플라스틱 폼 제동 장치 구성의 성능이 잠재적으로 "특히 제동이 효과적이지 않고 역추력이 이용가능하지 않을 때 포장된 304.8m(1,000 피트) 이탈 영역보다 우수하다"는 것이 기술되어 있다. 공지된 바와 같이, 제동의 효과는 젖거나 차가운 표면 상태들 하에서 제한될 수 있다(데이톤 대학 보고서 UDR-TR-88-07, 1988년, 1월).

더욱 최근에, 항공기 제동 시스템은 랄렛(Larrett) 등에 의한 미국 특허 제 5,193,764호에 설명되어 있다. 상기 특허의 개시에 따라, 항공 제동 영역은 지표 밑면에 부착된 폼의 최저층으로 서로에 대해 단단하고, 부서지기 쉬운, 내화성 석탄산 폼(fire resistant phenolic foam)의 복수로 적층된 박층을 부착함으로써 형성된다. 적층된 층은 단단한 플라스틱 폼으로 된 혼합층의 압축 저항이 활주로로부터 제동 영역 내로 이동될 때 제동되게 되어 있는 임의의 형태의 항공기의 랜딩기어에 의해 가해지는 힘보다 작도록 설계되어 있으므로 폼은 항공기가 접촉될 때 파손된다. 양호한 재료는 라텍스(latex) 접착제와 같은 호환성 접착제로 사용된 석탄산 폼(phenolic foam)이다.

석탄산 폼 기반의 제동 장치 시스템 테스트들은 상기 시스템이 항공기를 제동시키는 기능을 할 수 있고, 폼 재료를 사용하는 것은 단점들을 가진다. 주요 단점은 그 특성에 의존하는 폼이 통상적으로 반발 특성을 나타낼 수 있다는 사실이다. 그러므로, 일부 전진방향으로의 추력(thrust)이 폼 재료 자체의 반발의 결과로서 폼 물질을 통해 이동됨에 따라 항공기의 휠에 전달되는 것이 석탄산 폼 제동층 테스트에 알려졌다.

제동층 시스템에 사용되는 물질로서 폼 또는 다공질 콘크리트는 종래 기술 분야에서 제안되었고 제한된 분야로 테스트가 실행되어 오고 있다. 석탄산 폼의 일부 단점들을 배제하면서 석탄산 폼과 동일한 많은 이점들을 제공하는 것에 기초하여, 다공질 콘크리트(cellular concrete)가 제동층 시스템을 사용하는데 양호한 잠재력을 가진다는 것을 상기 테스트가 나타내고 있다. 그러나, 정확하게 제어된 파손 강도와 제동층에 걸친 물질 균일성에 대한 요구 조건들은 중요하고, 지금까지 공지된 바와 같이, 적절한 특징들 및 균일성의 다공질 콘크리트의 제조는 이전에 달성하거나 개시되지 않았다. 건물용 구조 콘크리트의 제조는 상대적으로 단순한 처리 단계를 포함하는 공지된 기술이다. 일반적으로 단순한 성분을 포함하는 다공질 콘크리트의 제조는 탄산 가스 포화, 혼합 및 수화(hydration) 양태의 성질 및 효과에 의해 완성되고, 너무 강하지도 너무 약하지도 않은 균일한 최종(end) 제품이 본 발명의 목적을 위해 제공될 경우, 다공질 콘크리트는 면밀히 특정되고 정확하게 제어되어야 한다. 보다 약한 그리고 보다 강한 다공질 콘크리트 영역을 포함하는 불연속성들은 예를 들어, 감속력들이 휠 지지 구조 강도를 초과하는 경우, 감속되는 차량을 실제로 손상시킬 수 있다. 또한 상기 불균일은 감속 성능과 전체 제동 거리를 정확하게 예견할 수 없게 한다. 상업적 등급의 다공질 콘크리트를 이용하는 최근의 한 실행 가능성(feasiblity) 테스트에서, 제동층 섹션과 부하 데이터를 통해 부과되는 테스트 데이터를 기록하기 위한 장치가 설치된 항공기가 획득되었다. 제조 균일성을 제공하기 위해 여러 공정들이 시도되어 왔지만, 테스트 제동층으로부터 취해진 견본들과 항공기 부하 데이터는 파손 강도가 높게 초과되는 영역과 낮게 초과되는 영역 사이에서 명백한 편차들을 나타냈다. 명백히, 항공기가 주요 랜딩 기어(landing gear)를 손상시키거나 파손시킬 수 있는 힘에 노출될 경우, 제동 장치의 잠재적인 이점은 명백하게 떨어진다.

명칭이 "Preliminary Soft Ground Arrestor Design for JFK International Airport"인 연방 항공 위원회에서 작성된 1995 보고서에는 제안된 비행기 제동장치에 대해 개시되어 있다. 이 보고서는 석탄산 폼 또는 다공질 콘크리트중 하나에 대한 사용 가능성을 논의한다. 석탄산 폼에 대해, 몇몇 에너지 추종 압축의 복귀를 야기하는 "반발(rebound)"특성의 문제점에 대해 기술되어 있다. "폼크리트(foamcrete)"라고 불리는 다공질 콘크리트에 대해서, 제조중 폼크리트의 일정 밀도(강도 파라미터)는 유지하기가 곤란한 것으로 알려져 있다. 폼크리트가 일정한 밀도와 균일한 압축강도로 다량으로 제조될 수 있다면 폼크리트는 제동장치 구성을 위해 양호한 응축상태인 것으로 알려져 있다. 평판 테스트가 설명되어 있고 5 내지 80퍼센트 변형 범위에 대해 4.2 내지 5.6 [ksc ; kilogaram per square centimeter](60 내지 80 psi)의 균일한 압축강도값들은 이 기술분야에서 이용가능한 정보의 수준에 기초한 목적으로서 기술되어 있다. 따라서, 이 보고서는 허용가능한 특성들을 갖는 재료와 이와 같은 재료의 제조 방법들 모두를 이용할 수 없는 것을 나타내고, 다소 가정에 기초하여 이용가능하다면 이와 같은 재료의 테스트와 가능한 특성을 제시한다.

따라서, 제동층 시스템이 고려되고 있고, 그 시스템을 위해 다양한 물질의 실제 테스트가 실행되고 있지만, 활주로를 이탈하는 비행 속도로 이동하는 공지된 크기 및 무게의 항공기를 안전하게 정지시키는 특정 거리 내의 제동층 시스템 또는 그 시스템에 사용하기에 적합한 물질의 실제 제조 및 실행은 성취되지 않았다. 소정의 크기, 중량 및 속도의 차량에 대해 효과적인 제동층을 제공하기 위해 형성되는 물질의 양 및 기하학은 물질의 물리적 특성 특히, 제동층을 통해 이동됨에 따라 물질을 변형 또는 파손시키는 차량에 적용되는 항력의 크기에 직접적으로 의존한다. 컴퓨터 프로그래밍 모델 또는 다른 기술은 항공기를 위한 대응 랜딩 기어에 관한 사양들을 고려하여, 특정 크기 및 중량의 항공기를 위한 계산된 힘 및 에너지 흡수에 기초한 제동층을 위한 항력 또는 감속 대상 물질(objective)을 개발하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 제동층이 제동층을 통한 차량(활주로를 이탈한 후에 제동층을 통해 이동하는 항공기의 휠)의 부하를 견디는 항공기(또는 다른 차량)의 부분에 의해 수축될 때 예측 가능한 양의 에너지 흡수(항력)를 균일하게 유지하기 위해 강도, 내구성 등과 같은 특성의 섹션 대 섹션 및 일괄 대 일괄 균일성을 갖는 물질로 구성되는 모델이 가정되어야만 한다.

제동층 시스템에서 기포형성 또는 다공질 콘크리트의 사용에 따른 잠재적인 이점들 중 하나는 그 물질 자체가 다수의 다양한 시동 물질들을 사용하는 다양한 방법들로 제조될 수 있다는 것이다. 차량 감속과 무관한 종래 형태의 적용의 경우에는, 콘크리트는 다공질 콘크리트를 제조하기 위해 물, 발포제, 및 공기가 혼합된 특정 형태의 시멘트[통상적으로 포틀랜드(Portland) 시멘트)]를 사용함으로써 제조된다. 그러나, 명백히 구별되는 필요 조건은 상기 종래 형태의 다공질 콘크리트를 제동층에 사용하기 적합한 제품의 제조와 구별한다. 종래의 적용에서는, 보다 양호한 강도를 갖는 소정의 최소 강도를 제공하는 상태에서 중량 또는 비용 또는 두가지 모두를 감소시키는 것이 목적이다. 종래의 적용에서는 통상적으로, 다공질 콘크리트가 최대 강도 및 최소 강도의 엄격한 기준 하에서 제조되는 것은 불필요하다. 또한, 종래 적용에서는 기초 강도 목적이 충족되는 물질의 높은 균질도가 불필요하다. 다공질 콘크리트의 종래 적용에서조차, 시멘트의 양 및 형태, 물/시멘트 비, 발포제의 양 및 형태, 상기 물질들이 혼합되는 방법, 처리 조건 및 양생 조건은 모두 다공질 콘크리트의 결과 특성에 임계 효과를 나타낸다. 차량 제동층에 적합한 다공질 콘크리트를 제조하는데 필요한 수준으로 제품을 정제해야 하는 필요성은 종래 적용에서 설명되어지지 않는다.

따라서, 항공기 또는 다른 차량의 제동층 내로의 진입시 바람직한 감속을 획득하기에 적절한 기계적 특성의 대상 물질을 명시하는 것이 상술한 목적중 하나이다. 그러나, 소정 강도 및 균질성의 필요한 특성을 실제로 구비하는 다공질 콘크리트 물질을 지속적으로 제조하는 능력은 이미 달성된 것으로 공지되어 있지 않다.

이 기술에서 하나의 실질적인 문제는, 기하학적으로 원하는 기계적 특성을 일관되게 가진 전체 제동층의 구성을 가능하게 하기 위해, 매우 치밀한 허용오차로 균일한 형태로, 낮은 강도 범위에 다공질 콘크리트의 제조를 위한 확립된 기술이 부족하다는 것이다.

본 발명의 목적은 다음과 같은 하나이상의 특성 및 능력을 제공하는 신규의 개선된 차량 제동 유니트 및 이들의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

- 각종 적용에 적합한 크기의 블록 형태로 제조된 유니트,

- 소정의 압축 구배 강도 특성을 제공할 수 있도록 제조된 유니트,

- 차량 운동을 안전하게 제동하는 데 적합한 균일한 특성을 갖는 유니트,

- 소정 특성으로 반복 제조할 수 있는 방법들,

- 설정된 인자 범위에 기초한 제조상 제어를 할 수 있는 방법들,

- 각종 적용에 적합한 소정의 압축 구배 강도를 가진 다공질 큰크리트의 제조시 높은 수준의 품질 제어를 가능하게 하는 방법들.

도 1a, 도 1b 및 도 1c는 각각 차량 제동층 시스템의 평면도, 종단면도 및 횡단면도.

도 2는 본 발명을 사용한 다공질 콘크리트의 감속 블록 형태를 나타낸 도면.

도 3, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 감속 블록의 다른 구성을 나타낸 도면.

도 6은 본 발명에 따라 사용하기 위한 제어된 증발 경화 형태를 도시한 도면.

도 7 및 도 8은 시험결과를 2개의 상이한 강도의 다공질 콘크리트의 시료에 대해 압축력 대 침투의 백분율로 나타낸 도면.

(발명의 요약)

본 발명에 따르면, 차량 제동장치는 관련 휠 지지 구조에 고장을 일으키지 않고 차량 휠의 저속 주행에 효과적인 되튀지 않는 압축구배 강도를 제공하도록 제조되는 차량 제동 블록을 포함한다. 이 블록은 다공질 콘크리트로 제조되고, 바람직하게는 192.2 내지 352.4 kg./cu.m.(12 내지 22 파운드/입방 피트) 범위의 건식 밀도를 가지며, 31.7°C(89℉)를 초과하지 않는 온도를 가진 물과 시멘트의 슬러리의 조합, 물과 발포제로 제조된 폼 및 경화 폼으로 형성된다. 경화 폼은 슬러리가 그 초기 온도보다 높은 3 내지 7℃(5 내지 12℉) 범위의 온도 상승이 있은 후 혼합된 슬러리와 폼의 혼합물에 대한 증발 상태를 제어하여 3차원 지지체에 제공하도록 배열된다. 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 차량 제동 블록은 소정의 압축구배강도(CGS)를 가진다. 블록 두께의 10 내지 66퍼센트의 침투 깊이에 대해 평균을 구했을 때, 예를 들면, 4.2/5.6CGS[psi 단위의 경우 60/80CGS]는 약 4.9 ksc(70psi)와 같다.

또한 본 발명에 따르면, 제동재료 섹션을 형성하는 방법은,

(a) 슬러리의 고전단(high-shear) 혼합의 유도를 포함하고, 시멘트와 물의 슬러리를 형성하는 단계와,

(b) 31.7℃(89℉)를 초과하지 않는 슬러리 온도에 도달하기 위해, 슬러리가 3 내지 7℃(5 내지 12℉)범위의 수화 관련 온도 상승을 겪도록 허용하는 단계와,

(c) 물과 발포제로부터 폼을 준비하는 단계와,

(d) 다공질 콘크리트를 제공하기 위해 슬러리와 폼을 혼합하는 단계와,

(e) 섹션의 형상을 나타내는 형틀로 다공질 콘크리트의 일부를 배치하는 단계와,

(f) 제동 재료의 섹션을 자기-지지 3차원 형상으로 제공하기 위해 증발 상태를 제어한 상태에서 다공질 콘크리트를 192.2 내지 352.4 kg./cu.m(12 내지 22pcf) 범위의 건식 밀도를 갖도록 경화시키는 단계를 포함하는, 예를 들면 비행기와 같은 이동 물체를 제한적으로 감속하도록 작용하는 압축 구배 강도를 특징으로 한다.

여러 가지 목적들과 함께, 본 발명을 보다 잘 이해하기 위해, 첨부된 도면을 참조하며, 본 발명의 범위는 첨부된 청구의 범위에 지시된다.

제동층 적용에서 다공질 콘크리트를 사용하는 것은 허용가능한 성능을 확보하는 방식으로 제동층이 설계되고, 규격화되어 구성될 수 있도록 허용하는 감속되는 차량의 접촉 부재의 표면 위에서 작용하는 저항력을 예견할 수 있는 능력이 있으므로 변형에 대한 저항력이 대략 균일한 재료를 필요로 한다. 이와 같은 균일성을 얻기 위해, 다공질 콘크리트를 제조하기 위해 사용되는 성분, 처리될 조건 및 그 경화 체제는 주의하여 선택 및 제어해야 한다.

다공질 콘크리트의 성분은 일반적으로 세멘트이고, 바람직하게는 포틀랜트 시멘트(Portland cement), 발포제(foaming agent) 및 물이다. 매우 미세한 모래 또는 다른 물질은 일부 환경에서 양호하게 적용될 수 있다는 것을 발견하였지만, 본 양호한 실시예에는 사용되지 않는다. 다양한 콘크리트 적용에 사용되는 재료의 공통 형태 외에, 본 발명에 따르면 중공 유리 또는 세라믹 구체(ceramic sphere), 또는 다른 부서지기 쉬운 재료가 다공질 콘크리트에 포함된다. 제동층 적용을 위한 현재의 최선 형태의 시멘트는 Type III 포틀랜드 시멘트이다. 본 목적을 달성하기 위해, 용어 "다공질 콘크리트(cellular concrete)"는 모래 또는 다른 재료를 포함하지 않는 형성물 뿐 아니라, 모래 또는 다른 재료를 포함할 수 있는, 공기 등의 비교적 작은 내부 셀 또는 유체 기포를 갖는 콘크리를 포괄하는 일반적인 용어로 사용된다.

다공질 콘크리트 산업에서 공지되고 사용되는 다수의 발포제는 천연 또는 합성 폼중 어느 하나로서 분류된다. 천연 폼은 일반적으로 합성 폼만큼 빨리 붕괴되지 않는 관점에서 더욱 견고한 것으로 여겨진다. 한편, 합성 폼은 일반적으로 양에 있어서 더욱 균일하므로 성능을 더욱 예측할 수 있다. 두가지 형태의 폼이 사용될 수 있지만, 차후 얻어지는 다공질 콘크리트의 경도 및 균질성이 제동층 적용에 있어서 일차적인 관심사항이기 때문에, 적합한 발포 및 세팅 특성을 갖는 합성 폼을 사용하는 것이 바람직하다.

다공질 콘크리트를 제조하는 많은 공지의 방법이 있다. 일반적으로 이 방법은 폼 농축액을 물과 혼합하고, 공기를 유도하여 폼을 발생시키고, 얻어진 폼을 시멘트 슬러리 또는 시멘트/골재 슬러리 혼합물에 첨가하고, 폼과 시멘트 슬러리를 다른 형태의 콘크리트에 비해 비교적 낮은 재료 밀도를 유지하는 많은 양의 빈공간 또는 "셀"을 갖는 균질의 혼합물을 생기게 하는 제어된 방식으로 폼과 시멘트 슬러리를 전체적으로 혼합하는 단계를 포함한다. 제동층 적용에서 다공질 콘크리트를 응용하는 것은 재료 특성의 일반적인 균질성을 필요로 하기 때문에, 재료의 균일한 발포성, 혼합 및 세팅은 극히 중요하다.

다공질 콘크리트를 제조하는 양호한 방법은 안정 상태에 근접하는 공정, 가능한 한 밀착 연속 공정을 사용하는 것이다. 가능한 한 일정해야 되는, 압력, 혼합 속도, 원료의 온도 및 다른 공정 변수를 제어함으로써 다공질 콘크리트 제품의 더욱 높은 수준의 균질성이 얻어지고 대체로 일괄 처리과 관련되어 있는 변화를 피할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 일괄 처리 또는 다른 방법에 있어서 어느 한 순간에 생성된 재료의 양은, 얼마나 오래동안 처리가 행해지고 "안정 상태"와 같은 동작에 대한 근사값에 얼마나 근접하게 특정 제동층 설치를 위한 제조 환경 하에서 실행되는 가를 나타낼 것이다.

양호한 공정은 시멘트 슬러리를 생성하고, 폼을 생성하고, 이후 시멘트 슬러리와 폼을 혼합하여 발포성 또는 다공질 콘크리트를 형성하는 단계를 포함한다. 이 폼은 폼 농축물을 물과 혼합하여 발포 용액을 형성하여 제조된다. 예로서, 상기한 것과 같은 합성 폼 재료를 위한 폼 농축물에 대한 물의 바람직한 비율은 체적 기준으로 약 39:1이다. 다음에, 폼은 예를 들면 폼 용액이 조정가능한 공기 입구가 고정된 펌프를 통과하는 공기 트랩의 임의의 적합한 수단에 의해 형성된다. 바람직하게는 이러한 공정 단계에 의해 생성되는 폼 밀도는 약 35.2 내지 41.6 kg./cu.m.(2.2 내지 약 2.6 lbs./cu.ft.)이고, 보다 바람직하게는 약 36.8 내지 38.4 kg./cu.m.(2.3 내지 약 2.4 lbs./cu. ft.)이다. 본 명세서에 사용될 때, 파운드/입방 피트는 "lbs./cu.ft." 또는 "pcf"중 하나로 줄여 사용한다.

본 발명에 따르면, 시멘트 슬러리는 물을 상품명 "Type III Portland 시멘트"와 혼합하여 생성된다. 물과 시멘트의 바람직한 비율은 약 0. 내지 0.7 범위에 있는 것을 발견하였고, 0.54의 비율은 우수한 결과를 제공하는 것을 발견하였다. 시멘트는 초기에 물과 혼합되고 시멘트는 슬러리에 대해 매우 높은 전단을 부여하는 특별한 이점이 있는 것을 발견하였다. 혼합물을 고전단 펌프로 통과시키는 것은 시멘트 슬러리에 고전단을 부여하는 현재의 양호한 방법이다. 다공질 콘크리트의 제조중 주위 온도는 적어도 약 18.3℃(65℉)인 것이 바람직하다. 본 명세서에 사용될 때, 화씨(Fahrenheit)는 "F"로 줄여 사용된다.

또한, 양호한 공정은 발포 콘크리트를 형성하기 위해 폼과 슬러리를 혼합하기 전에 시멘트 슬러리에 대해 충분한 부분 수화 시간을 허용하는 것을 포함하는 것으로 결정되었다. 부분 수화 시간은 주어진 상이한 시멘트와 시멘트/물 비율을 변하시키지만, 슬러리의 약간의 수화량은 예를 들면, 전단 부여 장치를 통해 순환되기 때문에 허용가능한 최종 제품을 얻는 데 도움이 되는 것을 발견하였다. 수화 작용은 열을 슬러리로 방출하므로, 수화에 대한 하나의 측정은 온도 상승을 측정하는 것이다. 따라서, 수화 관련 온도 상승이 3 내지 7℃(5 내지 12 ℉)가 되도록 충분히 길게 물과 시멘트를 혼합하는 것이 특히 효과적인 것을 알았다. 바람직한 실시예에 있어서, 약 4분의 기간이 사용되어 시멘트 슬러리에 폼을 도입하기 전에 3.5 내지 4.5℃(6 내지 약 8℉) 범위 내에서 수화 관련 온도 상승을 제공한다. 예를 들면, 고속 펌프는 온도 센서가 부착될 수 있고 시멘트 슬러리의 혼합은 상기 수화 관련 온도 상승(과 그에 따른, 본 목적을 달성하기 위한 수화의 적정 레벨)이 일어날 때까지 순환식으로 수행될 수 있다. 부분적으로 수화된 시멘트 슬러리는 이후 낮은 전단 또는 상대적으로 평온한 혼합 환경, 예를 들면 패들 믹서(paddle mixer)를 통과하고, 여기서 폼은 결합되어 다공질 콘크리트를 형성한다.

폼 콘크리트의 습식 밀도는 제품의 필요한 균일성이 얻어진다면 매무 엄밀히 제어되어야 한다. 바람직한 습식 밀도는 약 224 내지 368.4 kg./cu.m.(14 내지 약 23 lbs./cu.ft)이다. 약 4.2/5.6CGS[psi 단위의 경우 60/80 CGS]의 특정 압축 구배 강도 또는 "CGS"(위에서 정의한 것과 같음)를 얻기 위해 사용되어 온 현재 양호한 습식 밀도는 약 288.3 kg./cu.m.(18 lbs./cu.ft)이다.

폼 콘크리트는 물 손실율을 감소시킬 수 있는 식으로 경화를 허용되어야 한다. 바람직하게는, 단지 경화의 자체 건식효과는 대다수의 물손실에 응답할 것이다. 이것은 다공질 콘크리트이 상부 위에서 또한 연장하는 플라스틱 시트 재료로 덧대어진 목재 형상으로 다공질 콘크리트 섹션을 주조함으로써 수행될 수 있다. 도 6은 본 발명에 따른 방법에 사용하기 적합한 개방 상부 목재 형틀(90)을 단순화하여 나타낸 도면이다. 형틀(90)은 통상적으로 2.4 x 1.2m(8x4 피트)의 내측 길이와 폭 치수 및 형틀을 사용하여 제조되는 블록의 특정 두께에 적합한 내측 높이를 가진다. 도시된 것과 같이, 내면을 덮고 형틀에 도입된 다공질 콘크리트의 상면을 덮기 위한 부분 또는 덮개 부분을 가진 플라스틱 라이너(92)는 형틀(90)내에 포함되어 위치된다. 형틀(90)과 플라스틱의 라이너(92)와 다른 적합한 재료의 조합은 본 발명에 따라 제조된 제동 블록의 경화 기간중 증발 상태를 제어한 조건을 제공할 수 있다. 바람직한 경화 조건은 실온[약 21.1°C(70℉)]에 가까운 주위 온도를 포함한다. 경화 과정은 재료에 의해 변화여 혼합되지만 통상적으로 약 21일에 완성된다.

제동층 시스템의 구성은 중앙 제조 설비에서 또는 제동층 설치 현장에서 다공질 콘크리트를 제조하고 시스템을 위한 원하는 기하학적 형상을 달성하기 위해 이 콘크리트를 적당한 치수로 부어서 완성될 수 있다. 그러나, 재료 특성의 균일성 및 전체 품질 제어의 관점에서, 적당한 치수의 형태를 사용하여 전체 제동층 부분을 주조하고 이후 이 부분을 현장으로 운반하고 이들을 설치하여 전체 제도층의 형상으로 형성하는 것이 바람직한 것으로 발견되었다. 후자의 경우에 있어서, 이와 같은 유니트 또는 부분은 소정 크기의 블록 형태로 제조되어 품질 제어 시험이 종료할 때까지 유지된다. 블록은 이후 현장에 설치되고, 안전 지역의 구성 재료에 따라서 아스팔트, 시멘트 그라우트(cement grout), 또는 다른 접착 재료를 사용하여 활주로 안전지역에 부착될 수 있다.

양자의 경우에 있어서, 하드코트 재료는 바람직하게는 유지보수가 주요 구조에 심각한 변형 손상을 가하지 않고 행해질 수 있도록, 제동층 자체의 주요 구조가 용이하게 변형되지 않는 강한 표면을 제공하기 위해 조립된 제동층의 각 블록의 노출면에 부가된다. 바람직한 하드코트 재료는 발포 콘크리트를 포함하고 여기서 습식 밀도는 다소 높은, 예를 들면 약 352.4 내지 416.5 kg./cu.m(22 내지 약 26 lbs./cu.ft)이다.

본 발명에 따른 제동 블록의 정황을 설명하기 위해, 이와 같은 블록을 이용하는 완전한 제동층 시스템의 일예가 도 1a, 도 1b 및 도 1c에 도시되어 있다. 도시된 것과 같이, 제동층은 기본적으로 제 1 압축구배강도(예를 들면 4.2/5.6CGS[psi 단위의 경우 60/80CGS])의 제동 블록이 횡열로 조립된 제 1 섹션(52)과 보다 높은 압축구배강도의 제동블록의 열로 조립된 섹션(54)을 포함한다. 도시된 실시예에 있어서 제동 블록의 최초 열은 22.9cm(9인치)의 두께 또는 높이를 가지며, 후속 열은 1.9cm(3/4인치) 증분만큼 높이가 증가한다. 섹션(54)에서 연속하는 어떤 제동 블록의 열은 7.6cm(3인치)의 증분 높이차를 가진다. 증분으로 증가하는 높이와 상이한 CGS 의 조합은 제동층으로 들어오는 비행기를 감속시키기 위한 증가하는 제동 효과를 제공한다. 제동층에 대해서는 이하에 상세히 설명될 것이다.

도 2을 참조하면, 본 발명에 따른 다공질 콘크리트로 만들어진 차량 제동 또는 감속 블록(70)의 예가 도시되어 있다. 블록(70)은 활주로 끝을 이탈하는 비행기의 주행을 제동시키기 위해 비행기 활주로의 끝에 설치된 차량 제동층 시트템과 같은 사용에 적합하고, 뿐만 아니라 트럭 또는 다른 차량을 정지시키기 위한 유사한 형태의 설비에 사용하기 적합하다. 다른 적용으로서는, 다양한 크기 및 형상의 다공질 콘크리트 블록 또는 다른 유니트가 다양한 형태의 이동 발사체 및 다른 물체의 운동을 제동시키기 위해 사용가능하다.

도 2에 도시된 것과 같이, 일반적으로 차량 제동 블록(70)은 감속될 차량의 차량 본체 유극(clearance)보다 작은 높이 또는 두께(72)를 가진다. 따라서 블록(70)은, 비행기 동체와 직접 접촉하지 않고, 비행기의 랜딩 기어(즉, 휠)와 상호작용하는 물체와 함께 비행기 등의 차량의 경로에 위치된다. 위에서 제외한 것과 같이, 여기서 크고 작은 다양한 비행기에 사용되도록 하고, 동체 유극이 보다 큰 비행기에 대해 원하는 감속 능력을 제공해야 할 필요성 때문에 보다 작은 비행기에 대해 동체 유극을 확보하는 것이 불가능하다. 본 발명에 따르면, 블록(70)은 차량 휠의 감속 또는 저속 주행하도록 작용하는 반발력이 없는 압축 구배 강도를 제공하기 위해 조립된다. 중요하지만 두 번째의 목적은 가능하다면 결합된 비행기 선단 휠 지지 구조의 고장을 일으키지 않고 달성하는 것이다. 상기 목적에 맞도록 하기 위해, 블록(70)은 192.2 내지 352.4 kg./cu.m(12 내지 22pcf) 범위의 건식 밀도를 가진 콘크리트의 미리 경화된 프리 스탠딩 블록(pre-cured free-standing block)을 포함한다. 통상의 비행기 제동층조립에 사용하기 위해, 예를 들면 도 1a, 도 1b 및 도 1c에 도시된 것과 같이, 다공질 콘크리트 블록은 제동력에 소정의 점증적인 증가를 제공할 수 있는 후방으로 경사진 제동층 형상으로 정면을 제공하기 위해 증분(통상 1.9cm 내지 7.6cm[3/4 내지 3인치])으로 변하는 균일한 폭(74)[1.2m(통상 4피트)]과 길이(76)[2.4m(통상 8피트)]와 두께(72)[22.9 내지 76.8m(통상 9 내지 30인치)]로 도 2에 도시된 형상으로 조립된다.

도 2에 도시된 것과 같이, 제동 블록(70)은 블록의 취급 및 배치를 용이하게 하기 위해 구성된 2개의 횡방향 슬롯(78)을 포함한다. 본 바람직한 실시예에 있어서, 길이가 1.2m(4피트)이고 각각 3.8cm(1.5인치) 높이와 10.2m(4인치) 폭의 사각형 개구를 가진 2개의 플라스틱 슬리브는 다공질 콘크리트 슬러리가 형틀에 도입되기 전에 경화 물체의 내측 저면 위에 위치된다. 이 실시예에 있어서, 슬리브는 블록으로 몰드되고 경화가 완료된 후 형틀로부터 제거될 때 얻어진 제동 블록의 저부에 파묻혀 있다. 플라스틱 슬리브는 저렴하게 구성되고 형틀 내에서 다공질 콘크리트의 경화 및 도입 중 붕괴를 피할 수 있을 만큼의 강도일 필요가 있다. 경화될 때, 얻어진 제동 블록(70)은 블록 내에 구조적으로 형성된 2개의 횡방향 슬롯(78, 80)을 포함한다. 1.2x 2.4m x20.32cm(4x8피트 x8인치) 두께의 치수를 가지는 비교적 가벼운 중량의 다공질 콘크리트 블록은 블록를 취급, 이동 및 배치하는 한에 있어서는, 상대적으로 부서지기 쉬운 구조로 된다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 즉, 필요한 주의를 기울이지 않고 블록을 집어들려고 하면 블록의 균열 또는 파열을 일으키는 경향이 있다. 본 발명에 따르면, 파손 문제는 크게 감소되고 한편 블록은 제동층에 용이하게 이동되어 배치될 수 있게 한다. 슬롯(78, 80)은 각각 각 단부로부터 블록 길이의 약 1/6의 위치에 위치된다. 이후 2개의 대략 슬롯(78, 80)에 삽입될 수 있는 크기로 되고 이격되어 있는 돌출부를 갖는 2개의 포크리프트형 차량 또는 장치는 하나의 위치로부터 다른 위치로 블록을 들어올려 이동 및 운반하기 위해 쉽게 이용될 수 있다. 형틀에 남아있는 융기된 리지를 사용하는 것과 같은 다양한 다른 장치가 슬롯(78, 80)에 상당하는 적합한 횡방향 슬롯을 제공하기 위해 사용되어도 된다.

보다 상세하게는, 블록(70)은,

- 통상적으로 0.5:1 내지 0.6:1범위 비율의 물과 시멘트 슬러리와,

- 통상적으로 35.2 내지 41.6 kg./cu.m.(2.2 내지 2.6 pcf) 범위의 밀도를 가지는, 물과 발포제로 준비된 폼과,

- 224 내지 368.4 kg./cu.m.(14 내지 23 pcf)범위의 습식 밀도를 가진 슬러리와 폼 혼합물에 대해 증발을 제어할 수 있는 3차원 지지체를 제공하기 위해 배열된 경화 형틀을 구비하는 조합물로 형성되는 다공질 콘크리트를 포함한다.

이와 같은 조합물은 적어도 그 두께의 60퍼센트에 대해 2.8 내지 9.8 ksc(40 내지 140psi)범위의 연속 압축 구배 강도를 가진 다공질 콘크리트의 감속 블록을 제공하는 데 유효하다. 특정 블록에 대한 특정 압축 구배 강도는 특정 적용에서 알 수 있는 것과 같이, 상기 범위 내에서 특정 인자를 특히 지정함으로써 훨씬 협소한 범위 내에서 선택되거나 특정된다.

특정 적용을 위해 특정되고 반복가능한 압축 구배 강도와 블록을 형성하는 다공질 콘크리트를 통해 이와 같은 강도의 고도의 균일성을 가진 차량 제동 블록의 제조를 가능하게 하기 위해, 감속 블록과 특히 차량 제동 블록은 다음과 같은 스펙에 부합하는 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 물과 시멘트 슬러리는 고전단 혼합이 행해지고 폼과 혼합하기 전에, 31.7℃(89℉)를 초과하지 않는 온도에 도달하도록 3 내지 7℃(5 내지 12℉) 범위의 수화 관련 온도 상승을 겪도록 허용한다. 본 양호한 방법에 있어서, 3.5 내지 4.5℃(6 내지 8℉)범위의 수화 관련 온도 상승은 30.6℃(87℉)를 초과하지 않는 최대 예비 혼합 온도에 도달하는 데 이용된다.

도 3, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 제동층 시스템에 사용할 수 있는 다공질 콘크리트 블록의 특정 실시예를 나타낸다. 도 3의 블록은 원하는 CGS를 갖는 다공질 콘크리트의 상부(100)와 특히 블록 운송 및 설치도중 증가된 강도를 부여하기 위해 보다 강한 다공질 콘크리트 또는 다른 재료의 얇은 하층(102)을 포함하는 복합 블록이다. 도 4는 적합한 섬유, 금속 또는 다른 재료의 강화 격자 형태로 도시된 하부 보강 부재 내에 포함하는 다공질 콘크리트(104) 블록을 나타낸다. 다른 실시예에 있어서는 와이어, 로드 또는 적절한 재료의 다른 구성이 이용될 수 있다. 도 5는 다른 재료의 조각 또는 물체를 블록 내에 포함하는 다공질 콘크리트 블록(108)을 나타낸다. 다소 이상적인 형태로 나타낸 것과 같이, 이와 같은 재료는 하나이상의 규칙 또는 불규칙적인 압축 재료의 단편들(pecses), 유리 또는 세라믹 구체, 선택된 재료 및 형상의 중공 물품, 또는 다른 적합한 단편을 포함해도 된다. 차량 제동 블록에 포함되도록 하기 위해, 이들 블록의 형상은 물품을 주조 형틀에 또는 습식 다공질 콘크리트에 배치함으로써 제조될 수 있다. 블록에 부가되는 물품 또는 재료는 지면에 인하는 블록의 저부 근방에 위치되거나(도 3 및 도 4) 전체에 걸쳐 분포되는(도 5) 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이와 같은 물품 또는 재료는 판정 CGS 또는 양자를 고려하면, 차량 또는 다른 물체를 감속함에 있어 적은 역효과를 가질 것이다.

종래 기술은 예를 들면 폼 재료로 구성된 비행기 제동층의 잠재적인 이점을 인정하고 있지만, 다공질 콘크리트의 적합한 형성물은 이용할 수 없다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 다공질 콘크리트는 경량 및 적어도 재료 파괴전의 최소 강도 또는 붕괴를 요구하는 다양한 용도에 이용가능하지만, 강도의 균일한 특성 및 협소한 예측 범위내의 압축 파손 강도 및 두께 범위에 걸친 연속성은 필요로 되지도 달성가능하지도 않다.

본 발명에 따르면, 물체를 파괴시키지 않고 이동 물체의 운동을 정지시키는 데 유효한 압축 구배 강도에 특징이 있는 제동 재료 섹션을 형성하는 방법은,

(a) 고전단 혼합을 유도하기 위해 높은 힘을 갖는 스트림에 슬러리를 투입하는 단계를 포함하는 시멘트와 물의 슬러리를 형성하는 단계와,

(b) 31.7℃(89℉)의 최종 슬러리 온도를 초과하지 않고, 3 내지 7℃(5 내지 12℉) 범위의 수화 관련 온도 상승을 슬러리가 받도록 허용하는 단계와,

(c) 35.2 내지 41.6 kg./cu.m.(2.2 내지 2.6pcf) 범위의 밀도를 가진 발포제와 물로부터 폼을 제조하는 단계와,

(d) 다공질 콘크리트를 제공하기 위해 슬러리와 폼을 혼합하는 단계와,

(e) 원하는 섹션의 3차원 형상을 나타내는 형틀에 이와 같은 다공질 콘크리트의 일부를 배치하는 단계와,

(f) 자력 지지 3차원 형상으로 및 192.2 내지 352.4 kg./cu.m(12 내지 22 pcf) 범위의 건식 밀도를 갖는 제동 재료 섹션을 제공하기 위해 증발 상태를 제어한 조건에서 다공질 콘크리트를 경화하는 단계를 포함한다.

결과가 달성된 베이스 위에 미세 조정될 수 있는 관련 인자를 조정함으로써, 다공질 콘크리트 제동 블록과 다른 형상의 감속 블록은 비행기 제동층 시스템 및 다른 용도에 적합한 압축 구배 강도 및 균일성을 가지도록 제공될 수 있다. 통상적으로, 2.8 내지 9.8 ksc(40 내지 140 psi) 범위의 압축 구배 강도는 이와 같은 목적을 위해 적당하다. 본 발명에 따르면, 160.2 내지 400.5 kg./cu.m.(10 내지 25pcf)범위의 건식 밀도를 가지도록 제조된 다공질 콘크리트가 이와 같은 목적에 적합한 것으로 결정되었다.

"압축 구배 강도" 즉 "CGS"의 정의

용어"압축 강도"(CGS가 아님)는 통상적으로 표준 시료의 표면에 수직인 벡터에 인가될 때, 시료에 파손을 야기하는 힘의 양(통상적으로 파운드/ 입방 인치로 측정됨)을 의미하는 것이다. 대부분의 종래의 시험 방법은 시험 장치, 시료 채취과정, 시험 표본 요건(사이즈, 성형 및 경화 요건), 적재 및 기록 유지 요건의 비율을 조건으로서 지정한다. 일예로서는 ASTM C495-86"Standard Method for Compressive Strength of Lightweight Insulating Concrete"이 있다. 이와 같은 종래의 시험 방법은 예상되는 부하 조건(즉 적어도 최소 강도를 가짐)하에서 구조적 영구성을 유지하기 위해 필요로 되는 구조를 설계할 때 유용하지만, 제동층 시스템의 목적은 예측가능한 소정 방식으로 파손되도록 하는 것에 있으므로, 차량이 다공질 콘크리트(즉 특정 압축 구배 강도)를 변형시키기 때문에 제어되고 예측가능한 저항력을 제공한다. 따라서, 이와 같은 시험은 압축 파손도중의 강도가 아닌 파손 지점까지의 강도를 판정하는 데 주안점을 두고 있다. 보다 단순히 말하면, 많은 힘은 다공질 콘크리트 재료의 표본을 산산이 부순다는 것을 아는 것으로는 제동 또는 감속량이 제동층 시스템을 통해 이동하는 차량에 의해 경험되는 중요한 질문에 대해 답하지 못한다. 종래 기술에서와 같은 "일회"분열 강도에 비해, 본 목적을 위해 시험은 표본의 일부가 그 원래 두께의 약 20퍼센트까지 연속적으로 압축되기 때문에 연속 압축 파손을 평가해야 한다. 본 목적을 위해 알 수 있는 것과 같이, 이와 같은 연속 시험에 적합한 장비 및 방법은 일반적으로 이전에는 이용할 수 없었다.

재료 및 다공질 콘크리트의 처리 및 크기 및 시험용 제동층의 구축 비용등이 이용가능한 넓은 범위의 변수 때문에, 소정 방법으로 처리되고 경화될 특히 다양한 다공질 콘크리트의 저향력의 양을 예측하기 위해 이용가능한 정확한 시험 정보는 제동층 시스템에 사용될 때 제공되어야 한다. 단순한 1회 "압축 강도" 대신에, 시료의 연속 압축 파손도중 일어나는 저항력의 측정시 얻어진 데이터를 모으기 위한 새로운 시험 방법론을 발전시킴으로써, 신규의 시험 방법 및 장치가 신뢰성 있는 시험 및 적합한 다공질 콘크리트 재료 및 처리 변수의 확인을 가능하게 하기 위해 발전되어 왔다.

그 결과, 다공질 콘크리트를 그 원래 두께의 20퍼센트로 파쇄하는 데 필요한 압축력은 침투 깊이와 함께 변하는 것으로 판명되었다. 본 발명자가 "압축 구배 강도" 또는 " CGS"라고 말하는 이러한 특징은 비행기의 속도를 안전하게 떨어뜨리기 위한 공지의 감속 특징을 가진 다공질 콘크리트 차량 제동층을 구성하기 위해 정확하게 명기되어야 한다. 따라서, 다공질 콘크리트 시료의 압축 강도는 시료를 파열시키는 힘을 인가함으로써가 아닌 특정 압축 접촉면을 가진 시험 탐침 헤드가 다공질 콘크리트의 체적을 통해 이동될 때 발생된 저항력에 대한 정보를 연속적으로 보고하는 침투 형태 시험 방법은 제동층 적용에 다공질 콘크리트를 공식으로나타내고 사용하는 데 필요한 데이터를 얻는 열쇠이다. 이렇게 측정될 때, CGS는 종래의 시험에서와 같이 단순한 단일의 파쇄치보다 기울기 값(예를 들면 4.25/.6CGS[psi 단위의 경우 60/80CGS])을 생기게 하는 침투 깊이를 갖는 범위에 걸쳐 변화할 것이다.

본 목적을 위해, 용어 "압축 구배 강도"(또는 "CGS")는 표면으로부터 연속하여 통상 다공질 섹션 두께의 66퍼센트의 내부 침투 깊이까지 연속하는 다공질 콘크리트 섹션의 압축 강도를 말하는 것으로 사용된다. 정의된 것과 같이, CGS는 표준 ASTM시험 방법에 의해 판정되는 것과 같은 압축 강도에 대응하지 않는다.

시험에 의해 구해진, 도 1의 섹션(52)으로부터의 블록을 나타낸 다공질 콘크리트 시료의 CGS특성을 도시한다. 도 7에 있어서, 아래쪽 눈금은 시료 두께 또는 높이의 1/10로 표현된 시험 탐침 침투의 백분율을 나타낸다. 수직 눈금은 (psi;pound per square inch)로 표현된 시험 탐침 압축력을 나타낸다. 관심이 있는 시험 데이터는 통상적으로 시료 두께의 1 내지 66퍼센트의 침투 범위 내에 있다. 이 범위 밖의 데이터는 약 70퍼센트 침투 밖에서 일어나는 부서진 재료의 강화 효과에 의해 다수 신뢰성이 떨어진다.

도 7에 도시된 것과 같이, 다공질 콘크리트의 파손 강도는 침투 깊이에 따라 증가하는 압축력에 대한 저항력의 기울기를 나타낸다. 도 7의 점 A와 B를 지나는 선은 일반화된 4.2/5.6CGS[psi 단위의 경우 60/80CGS], 즉 10 내지 66퍼센트 침투 범위에 대해 대략 4.2ksc(60 psi) 로부터 대략 5.6ksc(80psi)까지 변화는 압축 강도를 특징으로 하는 CGS를 나타낸다. 따라서 이러한 범위에 대한 평균은 통상적으로 중간점 C에서 4.9ksc(70psi)와 같다. 선 D와 E는 품질 제어 한계를 나타내고 선 F는 특정 시험 시료의 다공질 콘크리트에 대해 기록된 것과 같은 실제 시험 데이터를 나타낸다. 이 실시예에 있어서, 10 내지 66퍼센트 침투 범위에 걸친 시험 데이터가 품질 제어 한계선 D와 E내에 있는 시험 시료는 허용가능한 허용오차 내에서 제조된 제동 블록을 나타낸다. 도 8은 선택된 침투 깊이(예를 들면 10 내지 66퍼센트 침투 범위)에 대해 평균했을 때, 통상적으로 6.3ksc(90psi)와 같은 5.6/7.0CGS[psi 단위의 경우 80/100CGS]를 갖는 CGS특성의 감속 블록의 유사한 도면이다. 본 목적을 위해, "명목상" 또는 "명목상으로"는 상기한 값 또는 관계의 ± 15퍼센트 내에 있는 값 또는 관계를 말하는 것으로 정의된다. CGS측정에 적합한 시험 방법 및 장치는 본 명세서에 참조되었으며, 공통 양수인을 가지며, 본 출원과 동시에 출원된 미국 출원 번호 제08/796,968호에 개시되어 있다.

도 1a, 도 1b 및 도 1c의 제동층

도 1(도 1a, 도 1b 및 도 1c를 모두 포함함)을 참조하면, 상기한 것과 같은 제동 유니트를 이용하는 차량 제동층 시스템의 실시예가 도시되어 있다. 기본적으로 도 1의 시스템은 비행장 활주로 끝에 설치하기 위해, 2개의 상이한 압축 구배 강도와 다양한 다른 두께를 가진 다공질 콘크리트의 예비성형(pre-cast) 블록으로 구성된다. 시스템을 지지하는 지표 밑면(50)은 통상적으로 비교적 평탄하고, 완만하고 같은 높이이고(땅위로 물을 흐르게 할 수 있는 조건에 적합한 경사를 가져야 함), 활주로를 벗어나는 비행기를 지지할 수 능력이 있어야 한다. 지표 밑면(50)은 양호한 조건 및 제동층 시스템의 배치 및 접착을 충족시킬 수 있을 만큼 깨끗해야 한다. 종방향의 상세를 보이기 위해, 도 1b 및 도 1c의 수직 치수는 도 1a의 치수에 비해 확대되어 있다(예를 들면 도 1a의 제동층 폭은 통상 45.7m(150피트)이고, 반면 도 1b 및 도 1c의 제동층 최대 두께는 통상적으로 76.2cm(30인치이다). 또한 소정 치수, 예를 들면 블록 크기는 설명을 명확히 하기 위해 왜곡되어 있다(즉, 실질적으로 통상의 제동층에 포함되는 수천개의 블록을 보이기 위한 것이다).

도시된 것과 같이, 도 1의 차량 제동층 시스템은 제 1 CGS와 제 1 건식 밀도를 가진 블록 조립체를 포함하는 제 1 섹션(52)과 제 2 CGS와 제 2 건식 밀도를 갖는 블록 조립체를 포함하는 제 2 섹션(54)을 포함한다. 도 1b의 측단면도에 도시된 것과 같이, 섹션(52, 54)은 부분적으로 중첩(섹션 52/54임)하며, 검은 선은 섹션(52)의 어떤 블록이 과도 영역에서 섹션(54)의 블록위에 놓이는 접합부를 나타낸다. 특정 실시예에 있어서, 섹션(52/54)의 블록은 실질적으로 복합 블록(예를 들면 제 1 CGS를 갖는 52부분과 제 2 CGS를 갖는 54부분을 구획하는 단일 블록)이어도 된다. 다른 실시예에 있어서 상이한 CGS의 별도의 블록이 섹션(52/54)에 대해 적층되어도 된다.

보다 상세하게는, 도 1에 도시된 형태의 차량 제동층 시스템은 208.2 내지 296.3 kg./cu.m.[13 내지 18.5파운드/입방 피트(pcf)] 범위의 제 1 건식 밀도를 갖는 다공질 콘크리트의 적어도 제 1 횡열의 블록(즉 열 52a)을 구비한다. 제 1 열(52a)의 각 블록은 제 1 높이를 가지며 압축된 높이(즉 통상 최초 두께의 약 80퍼센트)로 수직으로 압축가능하도록 제조된다. 이들 블록은 도 7에 나타낸 것과 같은 4.2/5.6CGS[psi 단위의 경우 60/80CGS]특성을 나타내도록 제조된다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 것과 같이, 제 1 섹션(52)은 열(52b) 내지 열(52n)로 도시되고, 열(52a)의 블록에서와 같은 동일한 기본 특성을 가지지만, 일부는 증가하는 높이 차만큼 모든 열이 상이한 다공질 콘크리트로 형성되는 복수의 추가적인 횡열을 포함한다. 또한, 중첩 섹션(52/54)을 참조하여 기재된 것과 같이, 블록의 소정 열, 예를 들면 열(52n)은 복합 블록 또는 적층된 블록 기초 위에서 열(54d)이 블록을 덮는다. 이 실시예에 있어서, 두께에 있어서 연속 1.9cm(3/4인치) 변화는 섹션(52)에 이용되어 점진적으로 증가하는 차량 제동 능력을 생기게 하는 경사진 특성을 제공한다. 두께에 있어서 대응하는 3인치 변화는 이러한 특별한 설계에서 섹션(54)에 이용된다.

또한 도시된 형태의 제동층 시스템은 섹션(52)에서의 블록과 같은 동일 범위에서 보다 높은 레벨에 있는 제 2 건식 밀도를 갖는 다공질 콘크리트 블록의 적어도 하나의 횡열(54g)을 포함한다. 도시된 것과 같이, 횡열(54g)은 제 1 횡열(52a)과 평행하고 이 횡열의 후방에 위치된다. 열(54g) 다음에는 또한 증가하는 보다 큰 높이의 횡열(54h)이 있다. 섹션(54)의 블록은 제 2 압축 구배 강도 하에서 수직으로 압축가능하도록 제조되고, 섹션(52) 블록의 CGS를 초과하도록 일반적으로 특정지어져 있다. 이들 블록은 도 8에 나타낸 것과 같은 5.6/7.0CGS[psi 단위의 경우 80/100CGS]와 (256.3 내지 344.4 kg./cu.m.(16 내지 21.5pcf) 범위의 건식 밀도를 나타내도록 제조된다. 도시된 실시예에 있어서, 섹션(54)이 섹션(52)밖의 제동층 섹션(54)의 전체 높이에 도달할 때까지 블록(54a)의 제 1 열은 단지 단일 경로 또는 제 2 CGS의 층을 포함한다. 섹션(54)의 연속하는 열은 섹션(54)이 섹션(52)을 넘어 제동층의 전체 높이에 이를 때까지 제 2 CGS 재료의 증가하는 두께를 포함한다. 이 때 섹션(54)의 연속하는 열은 최후열(54n)까지 연속하는 동일 두께의 열로 이루어진 후방 수평부분의 전체 높이에 도달하기 전에 7.6cm(3인치) 증분만큼 두께가 증가한다. 예를 들면 열(54n)과 같은 증가된 높이의 열은 조립, 취급 및 현장 운송을 고려하여, 감소된 두께의 2 또는 3의 포개 놓여진 블록 또는 단일의 상대적으로 두꺼운 블록으로 형성된다.

도시된 것과 같이, 도 1의 시스템은 또한 제 1 횡열(52a)의 차량 입구 전방측을 가로질러 위치된 경사진 입구 경사로(56)를 포함한다. 아스팔트 혼합물 또는 다른 영구 형태의 재료로 형성되는 이 경사로는 열(52a)의 블록에 인접한 높이까지 경사지고, 이 높이는 통상적으로 열(52a) 블록의 압축 높이보다 크다. 특정 실시예에 있어서, 7.6cm(3인치) 경사로 높이는 4.6cm(1.8인치)의 측정된 최대 압축 높이를 갖는 13.7cm(9인치) 블록에 인접하여 사용된다. 따라서 경사로(56)는 일반적인 활주로 수평면 위에서 비행기를 점진적으로 상승시키는 데 유효하므로, 비행기는 휠이 경사로(56)를 벗어나 열(52a)의 블록을 압축하기 시작할 때 상대적으로 완만한 토대 위에서 제동층으로 들어갈 수 있다. 도한 도 1의 시스템에는 하드코트 층(62)이 섹션(52)과 섹션(54) 모두의 블록을 덮는, 다공질 콘크리트 재료가 비교적 얇은 보호 층 형태로 포함된다(도 1a에 제동층의 최상측 경계로 나타냄). 바람직한 실시예에 있어서, 하드코트 층(62)은 보다 높은 건식 밀도(예를 들면 제동층 위를 걷는 사람을 지지할 수 있을 만큼 충분한)를 갖는 다공질 콘크리트의 비교적 얇은 층으로 이루어지고 내기후성 페인트 또는 유사한 도료로 덮힌다. 층(62)은 섹션(52, 54)의 모든 블록이 지표 밑면(50)에 위치되어 적당히 부착된 후 제동층위에 도포된다.

도시된 바와 같이, 제동층 시스템은 또한 부스러기 차폐물(58)과 수리 차량 진입 경사로(60)와 관련이 있다. 차폐물(58)은 제트 배출물 등에 의해 날린 입자를 편향시키기에 적당하고 비행기 타이어로 용이하게 산출될 수 있을 만큼 깨지기 쉽고 상대적으로 가벼운 중량의 알루미늄으로 형성된다. 경사로(60)는 비행기 화재 또는 구난 차량이 제동층의 경계내에서 정지하게 되는 비행기 승객에게 도움을 주기 위해 제동층위로 달려갈 수 있도록 조화되어 구성된다. 경사로(60)는 적당한 강도의 다공질 콘크리트 또는 다른 적합한 재료로 구성될 수 있다.

각종 비행기 형태의 제동 주행에 적합한 통상적인 제동층 설치에 있어서, 섹션(52)의 블록은 통상적으로 20.3cm(8인치)로부터 61.cm(24인치)까지 1.9cm(3/4인치) 증분으로 변화하는 두께를 가지며, 상기한 것과 같이 침투 깊이에 대해 평균하여 4.9 ksc(70psi)의 4.2/5.6CGS[psi 단위의 경우 60/80CGS]를 제공한다. 이에 상응하여 섹션(54)의 블록은 61cm(24인치)로부터 76.2cm(30인치)까지의 7.6cm(3인치) 증분으로 변화하는 두께를 가지며, 침투 깊이에 대해 평균 6.3ksc(90psi)의 5.6/7.0CGS[psi 단위의 경우 80/100CGS]를 제공한다. 블록의 조립에 있어서, 섹션(52)의 블록은 약 224 내지 368.4 kg./cu.m.(14 내지 23pcf) 범위의 하부를 향해 습식 밀도를 가진 다공질 콘크리트로부터 형성되고, 섹션(54)의 블록은 이와 같은 범위의 상부를 향하는 습식 밀도를 갖는 다공질 콘크리트로 조립된다. 이에 대응하여 섹션(52/54)의 복합 블록은 일부는 4.2/5.6CGS[psi 단위의 경우 60/80CGS] 재료로, 일부는 5.6/7.0CGS[psi 단위의 경우 80/100CGS]재료로 구성된다. 전체 섹션(52, 54)은 각각 총길이 121.9m(400피트), 폭 45.7m(150피트), 전방 단부 및 후방 단부 두께 22.9cm(9인치)와 76.2cm(30인치)를 가진다. 본 발명을 완성하기 위해 달성된 특성은 인식된 현장의 특정 성능 목적에 부합하도록 하기 위해 명기되고 조립된 것과 같은 재료의 특성 및 제동 시스템 설계에 의존한다는 것을 알 수 있을 것이다. 임의 특정 목적을 실행하기 위한 재료 또는 시스템과 관련된 인자는 본 발명의 목적 범위 밖에 있고 특정 값은 가능한 인자 크기의 일반적인 예로서만 논의된다.

다공질 콘크리트 제동층 시스템의 특성은 그 구성이 본질적으로 상당이 시간이 많이 걸리고 고가라는 것이다. 그러므로, 이 시스템을 설계하기 위해 사용되는 방법 및 정보는 실제 사용 조건과의 관련성 및 성능을 예측할 수 있을 만큼의 신뢰성이 있는 것이 중요하다. 본 발명은 비행기 제동층 시스템 및 자동차 도로 및 경주로 적용, 뿐만 아니라 각종의 다른 물체의 감속을 위해 적합한 감속 블록의 다른 형태 및 적용에 사용하기 적합한 차량 제동 블록의 제조를 가능하게 한다.

이상 본 발명의 현재 최선이라고 생각되는 실시예에 대해 기술하였으나, 이 기술분야에서 숙련된 사람은 다른 변경 및 또 다른 변경이 본 발명을 이탈하지 않고 행해질 수 있으며 본 발명의 범위 내에 포함되는 모든 변경예 및 변형예를 청구하고자 하는 것임을 인식할 수 있을 것이다.

Claims (22)

1. 차량 휠을 제한적으로 감속하도록 작용하는 침투 깊이에 대한 압축 구배 강도(compressive gradient strength)와 두께의 조합을 갖는 다공질 콘크리트의 3차원 블록을 포함하고,

   상기 블록은 3 내지 7℃(5 내지 12℉) 범위의 수화 관련 온도 상승을 겪는 시멘트 및 물의 슬러리와;

   물과 발포제로 준비되는 폼(foam)과;

   경화 기간중 상기 슬러리와 상기 폼의 혼합에 대한 증발 상태를 제어하여 3차원 지지체에 제공하도록 배열된 경화 형틀을 포함하는 조합으로부터 형성되는 다공질 콘크리트를 포함하는, 차량 제동 유니트.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 3차원 블록은 192.2 내지 352.4 kg./cu.m(12 내지 22pcf) 범위의 건식 밀도(dry density)를 갖는, 차량 제동 유니트.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 3차원 블록은 상기 블록의 침투 깊이에 대해 평균하였을 때 4.9 ksc(70psi)와 명목상(nominally) 동일한 4.2/5.6 압축 구배 강도[psi 단위의 경우 60/80압축 구배 강도]를 갖는, 차량 제동 유니트.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 3차원 블록은 상기 블록의 침투 깊이에 대해 평균하였을 때, 6.3ksc(90psi)와 명목상 동일한 5.6/7.0 압축 구배 강도[psi 단위의 경우 80/100압축 구배 강도]를 갖는, 차량 제동 유니트.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 3차원 블록은 상기 폼과 혼합하기 전에, 3.5 내지 4.5℃(6 내지 8℉) 범위의 수화 관련 온도 상승을 겪는 슬러리를 사용하여 형성되는, 차량 제동 유니트.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 3차원 블록은 상기 폼과 혼합하기 전에, 30.6℃(87℉) 이하의 온도에 도달하도록, 수화 관련 온도 상승을 겪는 슬러리를 사용하여 형성되는, 차량 제동 유니트.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 3차원 블록은 상기 폼과 혼합하기 전에, 전단력들을 발생하도록 스트림에 투입되는 슬러리를 사용하여 형성되는, 차량 제동 유니트.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 감속 블록은 블록 두께의 10 내지 60 퍼센트 침투 깊이에 대해 소정의 압축 구배 강도를 가지는, 차량 제동 유니트.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 감속 블록은 제 1 압축 구배 강도를 갖는 다공질 콘크리트의 제 1 층과, 보다 높은 압축 구배 강도를 갖는 다공질 콘크리트의 제 2 층을 구비하는, 차량 제동 유니트.
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    상기 블록은 상기 블록의 취급을 용이하게 하기 위해 적어도 2개의 횡방향 슬롯들을 부가적으로 포함하는, 차량 제동 유니트.
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    상기 제동 유니트는 상기 블록에 침투된 다공질 콘크리트와 다른 부서지기 쉬운 재료들의 단편들을 부가적으로 포함하는, 차량 제동 유니트.
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    상기 제동 유니트는 상기 블록의 구조적 안정성을 증가시키기 위해 보다 높은 강도의 재료층을 부가적으로 포함하는, 차량 제동 유니트.
13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    상기 제동 유니트는 상기 블록에 침투된 하나 이상의 보강 부재들을 부가적으로 포함하는, 차량 제동 유니트.
14. 제동 재료 섹션의 형성 방법에 있어서,

    (a) 시멘트와 물의 슬러리를 형성하는 단계와;

    (b) 31.7℃(89℉) 이하의 슬러리 온도에 도달하기 위해, 상기 슬러리가 3 내지 7℃(5 내지 12℉) 범위의 수화 관련 온도 상승을 겪도록 허용하는 단계와;

    (c) 물과 발포제로부터 폼을 준비하는 단계와;

    (d) 다공질 콘크리트를 제공하기 위해 상기 슬러리와 상기 폼을 혼합하는 단계와;

    (e) 상기 섹션의 형상을 나타내는 형틀 내에 상기 다공질 콘크리트의 일부를 배치하는 단계와;

    (f) 이동 물체를 감속하는 데 적합한 자기-지지(self-supporting) 3차원 형상으로 제동 재료의 상기 섹션을 제공하기 위해 증발 상태를 제어한 조건들에서 상기 다공질 콘크리트를 경화시키는 단계를 포함하고, 이동 물체를 제한적으로 감속하도록 작용하는 압축 구배 강도를 특징으로 하는 제동 재료 섹션의 형성 방법.
15. 제 14 항에 있어서,

    단계(a)는 고전단 혼합(high-shear mixing)을 유도하기 위해 상기 슬러리를 스트림에 투입하는 단계를 포함하는, 제동 재료 섹션의 형성 방법.
16. 제 14 항 또는 제 15항에 있어서,

    단계(a)에 있어서 상기 슬러리는 0.5:1 내지 0.6:1의 비율 범위에서 물과 시멘트로부터 형성되는, 제동 재료 섹션의 형성 방법.
17. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,

    단계(b)에 있어서 상기 슬러리는 3.5 내지 4.5℃(6 내지 8℉) 범위의 수화 관련 온도 상승을 겪는, 제동 재료 섹션의 형성 방법.
18. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,

    단계(d)에서 상기 다공질 콘크리트는 224 내지 368.4 kg./cu.m.(14 내지 23pcf) 범위의 습식 밀도를 가지는, 제동 재료 섹션의 형성 방법.
19. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,

    단계(f)에서 상기 다공질 콘크리트는 경화되었을 때 192.2 내지 352.4 kg./cu.m(12 내지 22pcf)의 건식 밀도를 가지는, 제동 재료 섹션의 형성 방법.
20. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,

    다공질 콘크리트와 다른 부서지기 쉬운 재료의 단편들을 상기 형틀 내에 포함시키는 단계를 부가적으로 포함하는, 제동 재료 섹션의 형성 방법.
21. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,

    경화후 상기 다공질 콘크리트 보다 높은 강도의 재료층을 상기 형틀 내에 포함시키는 단계를 부가적으로 포함하는, 제동 재료 섹션의 형성 방법.
22. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,

    하나 이상의 보강부재들을 상기 형틀 내에 포함시키는 단계를 부가적으로 포함하는, 제동 재료 섹션의 형성 방법.