KR100966119B1 - 초고성능 콘크리트 복공판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지하철 시공현장이나 가설 교량 시공 현장 등에서, 거더 위에 임시로 설치되어 차량 등이 통행할 수 있도록 설치되는 구조부재인 복공판에 관한 것으로서, 구체적으로는 섬유를 함유하며 본 발명의 고유한 조성에 의하여 120MPa 이상의 압축강도를 가지는 초고성능 콘크리트(Ultra High Performance Concrete/"UHPC")로 제작되어 내구성이 우수하며, 소음 발생을 최소할 수 있고 경제성이 좋은 신규한 구성의 복공판에 관한 것이다.

본 발명에서는 시멘트, 실리카흄, 잔골재, 충전재, 감수제, 섬유 및 배합수로 이루어지고, 굵은 골재는 포함하지 아니하며, 400MPa 이상의 압축강도를 가지는 초고성능 콘크리트로 이루어지고 가로 방향과 세로 방향 및 소정의 두께를 가진 육면체 형상으로 이루어진 복공판(1)으로서, 상기 복공판(1)의 하부면으로부터 내부로는, 가로 방향으로 배치되는 가로 칸막이부(11)를 사이에 두고 가로 방향으로 길게 연장되어 있는 복수개의 오목 채널부(10)가 세로 방향으로 나란하게 배열 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초고성능 콘크리트 복공판이 제공된다.

Description

초고성능 콘크리트 복공판{Ultra High Performance Concrete Deck Plates}

본 발명은 지하철 시공현장이나 가설 교량 시공 현장 등에서, 거더 위에 임시로 설치되어 차량 등이 통행할 수 있도록 설치되는 구조부재인 복공판에 관한 것으로서, 구체적으로는 섬유를 함유하며 본 발명의 고유한 조성에 의하여 120MPa 이상의 압축강도를 가지는 초고성능 콘크리트(Ultra High Performance Concrete/이하, "UHPC"라고 약칭함)로 제작되어 내구성이 우수하며, 소음 발생을 최소할 수 있고 경제성이 좋은 신규한 구성의 복공판에 관한 것이다.

지하철 공사를 위하여 터파기한 부분을 덮어서 차량 등이 통행할 수 있도록 하기 위하여 복공판이 사용되는데, 종래의 복공판은 일반적으로 강재를 용접하여 제작된다. 그런데 종래의 복공판은 강재로 이루어져 있으므로 차량 등이 통행할 때 큰 소음과 진동이 발생하게 되는 것이 가장 큰 문제점으로 지적되고 있다. 또한 종래의 복공판은 강재로 제작되어 있고 강재는 부식에 매우 취약한데, 겨울철에 제설을 위하여 염분이나 염화칼슘을 사용함으로 인하여 복공판 자체의 부식이 발생 하게 되고, 그에 따라 복공판의 내구성이 현저하게 저하되는 것이 또 다른 문제점과 한계로 지적되고 있다. 그 뿐만 아니라 복공판이 강재로 제작되기 때문에 단가가 매우 비싸다는 것도 단점이라고 할 수 있다.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점과 단점을 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 강재로 제작된 종래의 복공판이 가지고 있던 문제점인 큰 소음과 진동 발생, 그리고 부식에 대한 취약성, 더 나아가 고가의 강재로 제작됨으로 인한 경제성 저하를 해소하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 육면체로 이루어지되 하부면으로부터 내부로 복수개의 오목 채널부가 형성되어 있는 구조를 가지고 있으며, 시멘트, 실리카흄, 플라이애쉬, 잔골재, 충전재, 감수제, 섬유 및 배합수로 이루어지고, 굵은 골재는 포함하지 아니하고, 본 발명의 고유한 조성을 가지고 있으며, 120MPa 이상의 압축강도를 가지는 본 발명만의 고유한 UHPC(초고성능 콘크리트/Ultra High Performance Concrete)로 제작되는 것을 특징으로 하는 복공판이 제공된다.

본 발명에 의하면 복공판이 본 발명만의 고유한 UHPC로 제작되어 있다. 따라서 차량 등이 통행할 때 종래의 강재로 이루어진 복공판에 비하여 소음과 진동이 작아지는 효과가 발휘된다.

또한 본 발명에 따른 복공판은 부식의 염려가 없으며, 따라서 복공판의 내구성이 현저하게 향상되는 효과가 있다. 또한 본 발명은 복공판이 콘크리트로 제작되기 때문에 종래의 강재로 이루어진 복공판에 비하여 제작 단가가 저렴하여 공사비를 절감할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

더 나아가, 본 발명의 복공판은, 통행용으로서의 사용이 완료된 후에는, 자체의 구조적 잔류 내하력과 자중을 이용하여 사면 안정용 블록으로도 사용할 수 있게 되어, 그 용도가 종래의 복공판에 비하여 더 확대되어 매우 유용하게 쓰일 수 있다는 장점이 있다.

이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예를 더욱 구체적으로 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

우선 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 복공판(1)의 구조를 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 복공판(1)이 복수개로 배열된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다. 도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명에 따른 복공판(1)의 구조를 보여주기 위하여 복공판(1)의 하부가 위쪽에 오도록 뒤집어지도록 도시된 개략적인 사시도로서, 편의상 도 2a는 후술하는 오목 채널부(10)를 점선으로 도시한 것이고, 도 2b는 긴장재(13)를 점선으로 도시한 것이다. 도 3은 도 1의 선A-A에 따른 단면도이다.

도면에 도시된 것처럼 본 발명에 따른 복공판(1)은, 육면체로 이루어지되 하부면으로부터 내부로 복수개의 오목 채널부(10)가 형성되어 있는 구조를 가지고 있다. 도면에 도시된 실시예에서는 가로 방향(도 1의 화살표 B 방향)이 세로 방향(도 1의 화살표 C 방향)보다 더 길고 소정의 두께를 가진 직육면체 형상을 가지도록 복공판(1)이 구성되어 있으며, 상기 오목 채널부(10)는 가로 방향으로 길게 연장되어 복공판(1)의 하부면으로부터 내부를 향하여 형성되어 있다.

상기 오목 채널부(10)는 가로 칸막이부(11)를 사이에 두고 세로 방향으로 복수개로 형성될 수 있는데, 도면에 도시된 실시예에서는 2개의 가로 칸막이부(11)가 존재하여 3개의 오목 채널부(10)가 나란하게 형성되어 있다. 그러나 가로 칸막이부(11)와 오목 채널부(10)의 개수는 이에 한정되지 아니하며 필요와 복공판(1)의 크기에 따라 증감시킬 수 있다.

또한 필요에 따라서는 도면에 도시된 실시예와 같이 오목 채널부(10) 내에는 세로 방향으로 배치되는 판형상의 보강부(12)가 배치될 수 있는데, 이러한 보강부(12)는 복수개가 간격을 두고 배치될 수 있다. 상기 보강부(12)는 복공판(1)과 동일한 재질 즉, 후술하는 바와 같은 UHPC로 일체 제작되어 구비될 수도 있지만 별도의 부재로서 조립 설치될 수도 있다.

한편, 위와 같은 구조를 가지는 본 발명에 따른 복공판(1)에서는, 도면에 도시된 것처럼 상기 가로 칸막이부(11) 내에 가로 방향으로 긴장재(13)가 배치되어 긴장, 정착됨으로써, 복공판(1)의 가로 방향으로 긴장력이 부여되어 있다. 즉, 가로 칸막이부(11)를 긴장재(13) 배치 영역으로 활용하여, 긴장재(13)에 의한 긴장력을 복공판(1)의 가로 방향으로 가함으로써, 복공판(1)의 휨응력을 더욱 보강하는 효과를 발휘하고 있는 것이다. 도면에 도시된 실시예와 같이, 긴장재(13)는 복공판(1)의 휨응력 보강을 위하여, 가로 칸막이부(11) 이외에 복공판(1)의 가장자리 벽체에도 배치될 수 있다.

한편, 도 1에 점선으로 표시되어 있는 부재번호 15는 앵커 설치공(15)인데, 이는 본 발명에 따른 복공판(1)을 지하철 공사 등과 같이 차량 통행이나 보행용으로 사용한 후에, 다시 사면 보강용 블록으로 재활용할 때 앵커를 관통 설치하기 위한 구멍이다. 본 발명에 따른 복공판(1)은 후술하는 것처럼 UHPC로 제작되어 내구성이 우수하고, 위와 같이 하부면으로부터는 오목 채널부(10)가 형성되어 있으므로, 차량 통행이나 보행용으로 사용한 후에는 폐기하지 않고, 절취 또는 성토된 사면위에 놓여 사면 보강용 블록으로 재활용할 수 있다. 차량 통행이나 보행용 등의 통행용으로서의 사용이 완료된 본 발명에 따른 복공판(1)의 상면판에 앵커 설치공(15)을 천공하고, 복공판(1)을 사면위에 놓은 후, 앵커가 상기 앵커 설치공(15)을 관통하여 오목 채널부(11)를 지나 사면에 관입되도록 설치하고, 앵커의 두부를 복공판(1)에 정착하게 되면 복공판(1) 자체의 중량과 앵커가 고정된 내하력에 의해 사면에 가압력이 가해져서 오목 채널부(10)에 사면의 토사가 채워지면서 복공판(1)이 사면에 밀착하여 설치된다. 따라서 복공판(1)이 사면 안정용 블록으로서의 기능을 발휘하게 되는 것이다.

다음에서는 본 발명에 따른 복공판(1)의 재질에 대해 설명한다. 상기한 본 발명의 복공판(1)은 본 발명만의 고유한 UHPC로 제작되는데, 구체적으로는 시멘트, 실리카흄, 잔골재, 충전재, 감수제, 섬유 및 배합수로 이루어지고, 굵은 골재는 포함하지 아니하며, 120MPa 이상의 압축강도를 가지는 UHPC로 제작된다.

필요에 따라서는 본 발명의 복공판(1)을 이루는 UHPC에 공기량 조절제가 포함될 수도 있다. 상기 섬유로는 고탄성 섬유가 바람직한데, 강섬유, PVA섬유, 폴리에틸렌섬유, 폴리프로필렌섬유, 아크릴 섬유, 아라미드 섬유, 탄소섬유로 이루어진 군에서 선택되는 한 가지 또는 복수 종류의 섬유가 사용될 수 있다.

특히, 본 발명에 있어서, 복공판(1)을 이루는 본 발명만의 고유한 UHPC는 시멘트의 중량을 100 중량부라고 할 때 실리카흄 5 ~ 30 중량부, 플라이애쉬 0 초과 ~ 30 중량부, 잔골재 100 ~ 130 중량부, 충전재 20 ~ 40 중량부, 감수제 1.5 ~ 5 중량부, 섬유 10 ~ 50 중량부 및 배합수 20 ~ 30 중량부를 포함하는 조성을 가진다.

실리카흄의 함유량이 5 중량부 미만일 경우 UHPC의 유동성이 떨어져 배합이 어려우며 30 중량부를 초과하는 경우 포졸란 반응에 필요한 시멘트 사용량이 줄어들기 때문에 강도가 저하되며 가격이 고가여서 경제적인 배합이 어렵다. 도 4에는 실리카흄의 함유량에 따른 UHPC의 압축강도, 휨강도 및 유동성에 대한 실험결과를 보여주는 그래프도가 도시되어 있는데, 도면에서 알 수 있는 것처럼 실리카흄의 함유량이 5 ~ 30 중량부일 때 만족할만한 압축강도와 휨강도, 그리고 유동성을 보이게 된다. 도 4에서 가로축의 SF05는 실리카흄의 함유량이 5 중량부일 때의 시편을 의미하고, SF10, SF15, SF25 및 SF30 역시 각각 실리카흄의 함유량이 10, 15, 25 및 30 중량부일 때의 시편을 의미한다.

플라이애쉬는 실리카흄 대체재로 사용을 하는 것으로 30 중량부를 초과하여 사용하면 강도가 저하되므로 30 중량부 이하로 사용된다.

잔골재는 100 중량부 미만으로 사용할 경우 시멘트, 실리카흄 등 분체의 사용량이 늘어나 경제적인 배합이 어렵고 130 중량부를 초과하여 사용할 경우 UHPC의 강도가 저하된다. 도 5에는 잔골재의 함유량에 따른 UHPC의 압축강도에 대한 실험결과를 보여주는 그래프도가 도시되어 있는데, 도면에서 알 수 있는 것처럼 잔골재의 100 ~ 130 중량부일 때 만족할만한 압축강도를 보이게 된다. 도 5에서 가로축은 잔골재/시멘트 비를 의미한다.

충전재는 20 중량부 미만으로 사용할 경우 UHPC 강도증진의 효과가 떨어지며 40 중량부를 초과하여 사용할 경우 유동성이 감소하며 가격이 고가여서 경제적인 배합이 어렵다. 도 6에는 충전재의 함유량에 따른 UHPC의 압축강도에 대한 실험결과를 보여주는 그래프도가 도시되어 있는데, 도면에서 알 수 있는 것처럼 충전재의 함유량이 10 중량부일 때보다 20 중량부 내지 40 중량부일 때 UHPC의 강도증진 효과가 우수함을 알 수 있다. 도 6에서 가로축은 충전재/시멘트 비를 의미한다.

감수제는 UHPC의 유동성을 증가시키는 재료로서 1 ~ 5 중량부로 할 경우 UHPC가 적절한 유동성을 나타낼 수 있으며 5 중량부를 초과하여 사용할 경우 UHPC의 경화가 지연되는 악영향을 나타낸다.

섬유는 10 중량부 미만으로 할 경우 UHPC의 휨강도, 인장강도 등의 향상 시키는 효과가 떨어지며 50 중량부를 초과하여 사용할 경우 섬유가 뭉치게 되는 파이버 볼(Fiber ball) 효과가 일어나 UHPC내에서 재료분산이 잘 이루어지지 않는다. 도 7에는 UHPC 실물실험에 의해 구해진 섬유 혼입율(구체적으로는 강섬유의 혼입율)에 따른 휨강도-처짐 곡선이 도시되다. 도 7의 도면에서 섬유는 UHPC 체적에 대해 1 ~ 5%를 혼입하게 하는데 이를 시멘트의 중량 100에 대해 비율로 환산하면 10 ~ 50 중량부이다. 도 7의 결과를 도출하기 위한 실물실험에서 곡선지름 0.2mm, 길이 13mm의 직선형 섬유를 이용하였다. 도 7에서 가로축은 처짐량이고, 세로축은 휨강도이다. 도면에서 알 수 있는 것처럼 섬유는 10 ~ 50 중량부로 함유할 때 UHPC의 강도증진 효과가 우수함을 알 수 있다. 도 7에서 "Volume friction"은 UHPC 체적에 대한 섬유혼입율을 의미한다.

배합수는 적게 사용할수록 UHPC의 강도가 증진되지만 UHPC의 구성재료가 잘 비벼질 수 있는 최소의 양으로서 20 중량부 이상이 되어야 하며 30 중량부를 초과할 경우 UHPC의 강도 120MPa를 달성하기 어렵다. 도 8에는 물-결합재비(W/B)에 따른 UHPC의 압축강도에 대한 실험결과를 보여주는 그래프도가 도시되어 있는데, 도 8에서 W/B는 물-결합재 비율을 의미하며, W/B=0.18 및 W/B=0.24에 대한 값을 성분조성비로 환산하면 각각 시멘트 중량 100에 대해 물의 함유량이 20 중량부 및 30 중량부이다. 도면에서 알 수 있듯이 물의 함유량이 20 중량부 ~ 30 중량부일 때 만족스러운 압축강도를 보이고 있다. 도 5, 도 6 및 도 8의 "C : W : SF : SP"라는 기재에서 C는 시멘트를 의미하고, W는 물을 의미하며, SF는 실리카흄을 의미하며, SP는 감수제를 의미하며, 실물실험에 사용된 시편의 위 4개 재료의 배합비가 위와 같이 도 5, 도 6 및 도 8에 표기되어 있다.

본 발명에서는 위와 같은 최적의 조성을 가지는 UHPC에 의하여 복공판이 제작되고, 그에 따라 강재 복공판을 대체하여 우수한 활용성 및 경제성을 발휘할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 복공판이 복수개로 배열된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 복공판의 구조를 보여주기 위하여 복공판의 하부가 위쪽에 오도록 뒤집어지도록 도시된 개략적인 사시도로서, 편의상 도 2a는 후술하는 오목 채널부를 점선으로 도시한 것이고, 도 2b는 긴장재를 점선으로 도시한 것이다.

도 3은 도 1의 선A-A에 따른 단면도이다.

도 4는 실리카흄의 함유량에 따른 UHPC의 압축강도, 휨강도 및 유동성에 대한 실험결과를 보여주는 그래프도이다.

도 5는 잔골재의 함유량에 따른 UHPC의 압축강도에 대한 실험결과를 보여주는 그래프도이다.

도 6은 충전재의 함유량에 따른 UHPC의 압축강도에 대한 실험결과를 보여주는 그래프도이다.

도 7은 UHPC 실물실험에 의해 구해진 섬유 혼입율에 따른 휨강도-처짐 곡선이다.

도 8은 물-결합재비(W/B)에 따른 UHPC의 압축강도에 대한 실험결과를 보여주는 그래프도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 복공판

10 : 오목 채널부

11 : 가로 칸막이부

Claims (3)

1. 철근이 배근되지 않은 철근 무배근 구성의 초고성능 콘크리트로 제작되고 가로 방향의 폭과 세로 방향의 길이와 두께를 가진 육면체 형상으로 이루어진 복공판(1)으로서,

   상기 복공판(1)의 하부면으로부터 내부로는, 가로 방향으로 배치되는 가로 칸막이부(11)를 사이에 두고 가로 방향으로 길게 연장되어 있는 복수개의 오목 채널부(10)가 세로 방향으로 나란하게 배열 형성되어 있으며;

   상기 가로 칸막이부(11) 내에는 가로 방향으로 긴장재(13)가 배치되어 긴장, 정착됨으로써, 복공판(1)의 가로 방향으로 긴장력이 부여되어 있으며;

   복공판을 이루는 초고성능 콘크리트는 120MPa 이상의 압축강도를 가지고 있어, 상기 복공판(1)의 내부 및 가로 칸막이부(11)에는 철근이 배근되어 있지 아니하며;

   복공판을 이루는 초고성능 콘크리트는, 시멘트, 실리카흄, 잔골재, 충전재, 감수제, 섬유 및 배합수로 이루어지고, 굵은 골재는 포함하지 아니하며, 시멘트의 중량이 100중량부일 때 실리카흄 5 ~ 30 중량부, 플라이애쉬 0 초과 ~ 30 중량부, 잔골재 100 ~ 130 중량부, 충전재 20 ~ 40 중량부, 감수제 1.5 ~ 5 중량부, 섬유 10 ~ 50 중량부 및 배합수 20 ~ 30 중량부를 포함하는 조성을 가지고 있고, 철근이 배근되지 아니한 상태로 차량 하중을 지지하게 되는 것을 특징으로 하는 철근 무배근 초고성능 콘크리트 복공판.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,

   통행용으로서의 사용이 완료된 후에는 복공판(1)의 상면판에 앵커 설치공(15)을 천공하고, 복공판(1)을 사면위에 놓은 후, 앵커가 상기 앵커 설치공(15)을 관통하여 오목 채널부(11)를 지나 사면에 관입되도록 설치하여 앵커의 두부를 복공판(1)에 정착함으로서 사면에 밀착하여 설치되어 사면 안정용 블록으로서도 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 초고성능 콘크리트 복공판.

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