KR100771901B1 - 소음 및 진동을 저감시키도록 홈이 형성된 바라스트 매트 - Google Patents

소음 및 진동을 저감시키도록 홈이 형성된 바라스트 매트 Download PDF

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Abstract

상부에 하나 이상의 홈이 형성되어 있어, 소음 및 진동을 저감시키며 배수를 유도하는 바라스트 매트가 개시된다. 상기 바라스트 매트는 하나 이상의 홈이, 길이 방향을 따라, 상부에 형성되어 있는 완충용 고무 매트; 및 상기 완충용 고무 매트의 하부에 접착되어 있으며, 상기 완충용 고무 매트를 지지하는 보강포를 포함한다. 여기서, 상기 완충용 고무 매트는 천연고무, 클로로프렌 고무, 부틸 고무, 스티렌부타디엔 고무 및 에틸렌프로필렌 고무로 이루어진 군으로부터 선택되는 성분으로 이루어지며, 상기 보강포는 폴리아미드포, 나일론포, 면포, 및 폴리에스테르포로 이루어진 군으로부터 선택되는 직물인 것이 바람직하다.
바라스트 매트, 레일, 홈, 보강포

Description

소음 및 진동을 저감시키도록 홈이 형성된 바라스트 매트 {Ballast mat having groove which decreases noise and vibration}
도 1은 통상적인 철도 선로의 단면도.
도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 바라스트 매트의 사시도 및 단면도.
도 3a 내지 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 바라스트 매트의 보강포 기능을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 바라스트 매트의 설치에 따른 물의 흐름을 설명하기 위한 도면.
본 발명은 바라스트 매트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상부에 하나 이상의 홈이 형성되어 있어, 소음 및 진동을 저감시키며 배수를 유도하는 바라스트 매트에 관한 것이다.
바라스트 매트(ballast mat)는 철도의 선로에 있어서, 레일의 침목 하부에 형성된 자갈, 쇄석 등과 노반 사이에 위치하는 것으로서, 자갈의 쇄석화 방지 및 레일에서 발생되는 진동 및 소음을 감소시키는 역할을 하는 장치이다. 도 1은 통상적인 철도 선로의 단면도로서, 철도 선로는 노반(10) 위에 자갈(14)이 도포되어 있으며, 상기 자갈(14) 위에 침목(16)이 형성되며, 상기 침목(16) 위에 레일(15)이 형성되어 있으며, 상기 노반(10)과 자갈(14) 사이에는 바라스트 매트(12)가 형성되어 있다. 상기 바라스트 매트(12)는 차량의 이동에 따른, 레일(15)에서 발생되는 진동 및 소음이 구조물 및 주변 시설물로 전달되는 것을 방지하고, 자갈(14) 등의 쇄석화를 방지하는 역할을 한다. 바라스트 매트(12)는, 통상적으로, 평평한 상부면을 가지는, 폭 1m, 길이 2m 및 두께 25mm의 플레이트 형태이며, 주로 우레탄 등의 합성수지로 이루어진다. 상기 바라스트 매트(12)는 통상적으로 다수의 바라스트 매트(12)를 상기 노반(10) 위에 빈틈이 없도록 깔아 설치하며, 필요한 경우 접착제를 이용하여 다수의 바라스트 매트(12)를 접착하는 경우도 있다. 상기 바라스트 매트(12)는 자갈(14) 하부에 위치하므로, 우수 및 눈 녹은 물이 자갈(14) 사이를 통과하여, 상기 바라스트 매트(12)로 전해져 바라스트 매트(12)의 내부로 침투하게 된다. 따라서, 바라스트 매트(12)에 흡수된 물이 많은 경우에는, 특히 겨울철에 상기 물의 동결로 바라스트 매트(12)의 두께가 증가되어, 결국 레일(15)이 기준 선로보다 상승하게 되어, 차량의 이동에 있어서 문제를 발생하게 된다.
특히, 상기 바라스트 매트(12)의 재료가 우레탄인 경우에는 다음과 같은 문제가 있다. 우레탄은 일반적으로 수분에 의한 가수분해를 일으켜, 재료의 화학적 성분이 변화한다. 우레탄의 화학적 구조는 에스테르 결합, 우레탄 결합, 요소 결합으로 이루어지는데, 이러한 결합은 물분자와 반응하여 전혀 다른 물질로 변화하므로, 물과 접촉하여 사용되는 제품의 재료로서 우레탄은 바람직하지 못하다. 또한, 바라스트 매트(12)에 요구되는 성능을 살펴보면, 크게 내수성, 흡수성, 및 결빙으로 인한 성능 안정성이 있다. 내수성은 수분에 노출되는 제품일 경우 필연적으로 검토되는 시험 항목 중의 하나이다. 일반적으로, JIS 규격에 고분자 재료의 내수성은 4일 정도 수돗물에 침적 후, 중량 변화를 체크하여, 수분의 흡수 정도와 재료의 성능(예를 들면, 인장강도 및 신장율) 저하를 확인하여, 제품의 사용 조건에 부합되는지를 확인한다. 그리고 흡수율은 극한 지방의 결빙으로 인한 제품성능과 연관되기 때문에 반드시 확인되어야 한다. 대부분의 솔리드(solid) 또는 스펀지(sponge) 방진 제품의 경우, 흡수율은 2% 이하로 규정하고 있으며, 제품의 성능 저하를 10% 이하로 규정하고 있다. 또한, 결빙으로 인한 성능 변화에 대하여 살펴보면, 제품의 수분 흡수는 혹한기에 결빙으로 이어지며, 결빙은 제품의 성능 특히 진동 흡수와 관련된 스프링 정수의 급격한 상승으로 이어져 치명적인 결합이 된다. 일반적으로 결빙 시 9%의 부피 팽창을 가져오므로 두께는 3%의 선팽창을 일으킨다. 즉, 20ton 제품인 경우 0.6mm의 두께 상승을 가져오게 된다. 그러므로 수분을 함유시켜 -30℃로 결빙시킨 후 스프링 정수 시험을 거치는 내한성 시험이 필수적이다.
도 1을 참조하여, 바라스트 매트(12)가 구비하여야 할 특성을 살펴보면, 레일(15)에서 발생되는 진동 및 소음은, 레일(15) 위를 이동하는 차량의 구조, 속도, 무게, 통과 빈도 등이 증가함에 따라 증가하므로, 바라스트 매트(12)는 이를 감소시켜야 한다. 또한, 상기 바라스트 매트(12)는 상기 노반(10) 위에 얹어져 설치되므로, 하부 구조의 변위와 온도 변화, 크리프, 건조수축 등의 교량 내적 요인으로 인하여, 상기 바라스트 매트(12)는 원래의 설치 위치에서 이탈될 수 있다. 이때, 이탈 거리, 즉, 이동량이 큰 경우 바라스트 매트(12)의 기능을 제대로 발휘할 수 없게 되므로, 바라스트 매트(12)와 노반(10)과의 접착력이 중요시 되고 있다.
따라서 본 발명의 목적은 소음 및 진동을 저감시키는 바라스트 매트를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 내수성 및 배수성이 향상된 바라스트 매트를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 노반과의 접착력이 향상된 바라스트 매트를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하나 이상의 홈이, 길이 방향을 따라, 상부에 형성되어 있는 완충용 고무 매트; 및 상기 완충용 고무 매트의 하부에 접착되어 있으며, 상기 완충용 고무 매트를 지지하는 보강포를 포함하는 바라스트 매트를 제공한다. 여기서, 상기 완충용 고무 매트는 천연고무, 클로로프렌 고무, 부틸 고무, 스티렌부타디엔 고무 및 에틸렌프로필렌 고무 로 이루어진 군으로부터 선택되는 고무 성분으로 이루어지며, 상기 보강포는 폴리아미드포, 나일론포, 면포, 및 폴리에스테르포로 이루어진 군으로부터 선택되는 직물인 것이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 바라스트 매트를 상세히 설명한다. 도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 바라스트 매트의 사시도 및 단면도이다. 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 바라스트 매트(20)는 하나 이상의 홈(24)이, 길이 방향을 따라, 상부에 형성되어 있는 완충용 고무 매트(22) 및 상기 완충용 고무 매트(22) 하부에 접착되어 있으며, 상기 완충용 고무 매트(22)를 지지하는 보강포(21)를 포함한다. 또한, 상기 완충용 고무 매트(22) 상부에는 다수의 돌기(26)가 형성되어 있다.
상기 완충용 고무 매트(22)의 크기는 바라스트 매트(20)가 설치되는 노반 조건에 따라 달라질 수 있으나, 폭 1m, 길이 2m, 두께 10 내지 30mm 이며, 상기 두께는 25mm인 것이 바람직하다. 상기 고무 매트(22)는 장기간에 걸친 하중지지 및 이동, 회전 등의 변형에 적합한 재질이 사용되어야 하며, 특히 내하중력과 탄성적 특성을 동시에 가지고 있어야 하며, 내후성 및 안전성에서도 우수한 성능을 가져야 한다. 또한, 상기 바라스트 매트(20)가 설치 완료된 경우, 외부 환경에 직접적으로 노출이 되지 않는 점을 고려하여, 상기 완충용 고무 매트(22)는 천연고 무(natural rubber: NR), 클로로프렌 고무(chloroprene rubber: CR), 부틸 고무(isobutylene isoprene rubber: IIR), 스티렌부타디엔 고무(styrene butadiene rubber: SBR) 및 에틸렌프로필렌 고무(ethylene propylene diene monomer rubber: EPDM)로 이루어진 군으로부터 선택되는 고무 성분으로 이루어질 수 있고, 그 중 천연고무는 일반적으로 클로로프렌 고무에 비해 내후성이 떨어지는 반면에 내한성이 우수하고, 가격 면에서도 저렴하므로 바람직하다. 또한 상기 고무 성분에 고무 자체의 내구성 향상을 위하여 카본 블랙을 첨가할 수 있으며, 또한 고무재질의 성능을 향상시키기 위하여 산화아연(ZnO), 스테아르산(Stearic Acid), 노화방지 지연제, 가황촉진제 등의 배합제를 첨가하여 상기 바라스트 매트(20)의 내수성 향상 및 침수율 최소화를 도모할 수 있다. 상기 완충용 고무 매트(22)에 있어서, 전체 고무량은 전체중량에 대하여 50% 이상이며, 상기 카본 블랙량은 15 내지 30%이며, 배합제량은 10% 이하인 것이 바람직하다.
상기 홈(24)은, 바라스트 매트(20)에 고여 있는 물을 노반에 형성된 배수장치로 이동시키기 위한 것으로, 상기 완충용 고무 매트(22) 상부에 형성되며, 길이 방향 및/또는 폭 방향으로 하나 이상 형성될 수 있다. 상기 홈(24)의 단면은 직사각형, 사각형, 반원형, 오각형 등일 수 있으며, 상기 직사각형 단면의 경우, 너비가 5 내지 30mm, 두께가 0.5 내지 2.0 mm 정도이며, 너비가 10 내지 20mm, 두께가 0.5 내지 1.5mm인 것이 바람직하다. 또한, 반원형인 경우에는, 반지름이 5 내지 30mm 정도이며, 10 내지 20mm 인 것이 바람직하다. 그리고 상기 홈(24)의 단면 중 완충용 고무 매트(22)의 상면과 맞닿는 부분은 물의 원활한 유입을 위하여 곡선부(25)가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 상기 홈(24)의 개수는 하나 이상 형성될 수 있으며, 완충용 고무 매트(22)가 길이 2m, 폭 1m 인 경우, 길이 방향으로 3개 형성되는 것이 바람직하고, 등간격으로 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 완충용 고무 매트(22) 상부에 홈(24)이 형성되어 있으므로, 전체적으로 바라스트 매트(20)의 중량이 감소되어 상기 바라스트 매트(20)의 설치 작업이 용이한 장점이 있다.
또한, 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 상기 완충용 고무 매트(22)의 상부에는 오목볼록한 모양의 돌기(26)가 형성되어 있다. 따라서, 상기 오목볼록한 모양의 돌기(26)로 인하여, 상기 바라스트 매트(20) 위에 적재된 자갈 등이 옆으로 잘 밀리지 않게 되므로, 철도 선로의 구조적 안정을 도모할 수 있다. 상기 돌기(26)의 크기는 통상적으로 가로, 세로 5 내지 20mm 이며, 두께 1 내지 5mm 정도이다.
상기 보강포(21)는 상기 완충용 고무 매트(22)의 하부에 접착되어, 상기 완충용 고무 매트(22)를 지지하므로, 바라스트 매트(20)의 장력을 강화하고, 결국 상기 바라스트 매트(20)의 재하능력 향상을 가져온다. 도 3a 내지 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 바라스트 매트(20)의 보강포(21) 기능을 설명하기 위한 도면이다. 도 3a는 바라스트 매트(20)에 하중을 재하하기 전 상태를 나타내는 도면이며, 상하 재하판(38a, 38b)에 하중이 재하된다. 도 3b는 보강포가 없는 경우, 하중이 재하된 바라스트 매트(20)의 변형을 나타내는 도면이며, 도 3c는 보강포가 있는 경우, 하중이 재하된 바라스트 매트(20)의 변형을 나타내는 도면이다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 하중 재하 시, 보강포가 없는 바라스트 매트(20)의 경우, 상기 바라스트 매트(20)의 고무 매트(22)는 압축 변형과 동시에 자유측면인 측면방향으로 팽창된다. 반면에 보강포(21)가 있은 바라스트 매트(20)의 경우, 도 3c에 도시된 바와 같이, 보강포(21)가 형성된 바라스트 매트(20)의 하면에는 팽창 현상이 감소하게 된다. 따라서, 전체적으로 바라스트 매트(20)의 변형이 작아지므로, 결국 바라스트 매트(20)가 수용할 수 있는 수직 하중이 증가하여, 재하능력이 향상된다. 또한, 보강포(21)의 형성으로 상기 바라스트 매트(20)가 노반위에 설치되는 경우, 노반과의 마찰력이 증가하여, 구조물 자체의 이동 등으로 인한 바라스트 매트(20)의 이동이 감소되고, 자갈도포 차량의 통행에도 바라스트 매트(20) 자체 틀어짐이 없게 된다. 상기 보강포(21)는 나일론 등의 폴리아미드(polyamide)포, 나일론포, 면포(cotton cloth), 및 폴리에스테르(polyester)포로 이루어진 군으로부터 선택되는 직물로 이루어지며, 경사(經絲), 위사(緯絲) 구조로 이루어지는 것이 바람직하다. 특히, 경사 및 위사가 폴리아미드로 이루어진 보강포(21)는 항장력이 우수하고, 유연성이 풍부하고, 내굴곡성이 좋으며, 탄성이 우수하며, 결국 신율이 큰 반면에 탄성 회복율이 커 내충격성이 큰 특징이 있다. 또한, 고무와의 접착력이 우수하여 설치 후 박리현상에 대한 저항력이 큰 장점이 있다. 상기 보강포(21)를 상기 완충용 고무 매트(22)에 접착하는 방법을 살펴보면, 상기 보강포(21)를 하부에 깔고, 그 위에 완충용 고무 매트(22)의 원료를 위치시키고, 가열한 다음 프레스 장치를 통하여 홈(24) 가공과 동시에 경화시켜 일체로 바라스트 매트(20)를 제조한다. 또는, 상기 완충용 고무 매트(22)의 상부 형상 가공한 다음, 상기 보강포(21)를 하부에 접착제 등을 이용하여 접착시켜 상기 바라스트 매트(20)를 제조할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 바라스트 매트의 설치에 따른 물의 흐름을 설명하기 위한 도면으로, 노반(30) 위에 형성된 바라스트 매트(20)는 노반(30)의 양 쪽에 형성된 배수장치(미도시)로 물이 배수될 수 있도록 홈(24)이 배수 방향으로 향하도록 설치된다. 상기 노반(30)은 자체적으로 일정한 횡단방향 구배를 가지고 있으므로, 자갈(34)를 통하여 상기 바라스트 매트(20) 위로 빗물이나 눈 녹은 물이 떨어지는 경우, 상기 바라스트 매트(20) 위의 물은 상기 홈(24)을 타고, 배수장치로 흘러 들어가게 된다. 따라서, 바라스트 매트(20)의 침수율이 저하되므로, 바라스트 매트(20)가 동결되는 경우에도 바라스트 매트(20)의 변형은 일어나지 않으므로 철도 레일(35) 및 침목(36)의 변위는 발생되지 않는다. 또한 차량 이동으로 인하여 레일(35)에서부터 소음과 진동이 발생하는 경우, 발생된 소음과 진동은 바라스트 매트(20)로 전달되며, 특히 상기 완충용 고무 매트(22, 도 2a 참조) 상부에 형성된 홈(24)에 의하여 감쇄되므로, 구조물 자체 및 주변 환경으로 전파되는 것이 감소된다. 상기 홈(24)은 소음과 진동을 감쇄시키기 위하여 다양한 단면을 가질 수 있으며, 특히 단면이 오각형인 것이 바람직하다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 바라스트 매트는 상부에 홈이 형성되어 있는 완충용 고무 매트를 포함하므로, 레일에서부터 발생되는 소음 및 진동을 저감시킬 수 있으며, 빗물 등의 배수성이 향상시킬 수 있다. 또한, 하부에는 보강포가 형성되어 있어, 노반과의 접착력이 향상되어 철로의 구조적 안정을 도모할 수 있다.

Claims (4)

  1. 하나 이상의 홈이, 길이 방향을 따라, 상부에 형성되어 있는 완충용 고무 매트; 및
    상기 완충용 고무 매트의 하부에 접착되어 상기 완충용 고무 매트를 지지하며, 폴리아미드포, 나일론포, 면포, 및 폴리에스테르포로 이루어진 군으로부터 선택되는 직물로 이루어진 보강포를 포함하며,
    철도 레일의 침목 하부에 형성된 자갈과 노반 사이에 위치하는, 바라스트 매트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 완충용 고무 매트는 천연고무, 클로로프렌 고무, 부틸 고무, 스티렌부타디엔 고무, 및 에틸렌프로필렌 고무로 이루어진 군으로부터 선택되는 고무 성분으로 이루어진 것인 바라스트 매트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 완충용 고무 매트의 상부에 형성된 홈은 상기 고무 매트의 길이 방향 전체에 형성되어 있으며, 상기 홈의 단면은 사각형, 반원형, 및 오각형로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 바라스트 매트.
  4. 제1항에 있어서, 상기 완충용 고무 매트의 상부에는 다수의 돌기가 형성되어 있는 것인 바라스트 매트.
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