KR102368610B1 - 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치 및 방법 - Google Patents
초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
고강도 콘크리트, 고성능 콘크리트 또는 초고성능 콘크리트를 사용하여 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트를 제작할 경우, 콘크리트의 수축, 수화열 등에 의해 발생할 수 있는 인장응력을 완충용 비닐커버를 통해 흡수하고, 동시에 응력제어 유닛을 통해 인장응력을 제어함으로써 콘크리트 진공튜브 세그먼트의 균열 발생을 억제할 수 있고, 이에 따라, 초고성능 콘크리트를 사용한 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트의 기밀성과 내구성을 향상시킬 수 있으며, 또한, 거푸집에서 구속응력을 제어하는 방법으로서 내부 거푸집에 로드셀 및 유압잭을 장착하여 시멘트복합체의 산출된 자기수축량만큼 내부 거푸집을 이완시킴으로써, 시멘트복합체의 자기수축 길이 변화만큼 정확하게 거푸집을 이완시킬 수 있고, 거푸집에서 구속응력을 제어하는 방법을 자동화시킬 수 있는, 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치 및 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트의 제작에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 고강도 콘크리트, 고성능 콘크리트 또는 초고성능 콘크리트(UHPC)를 사용하여 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트를 제작할 경우, 인장응력을 흡수하고 인장응력을 제어함으로써 균열 발생을 억제하는, 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치 및 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 초고속 튜브 트레인은 기존의 자기부상열차가 갖는 속도의 한계를 극복하기 위하여 튜브(Tube)라는 밀폐된 공간을 아진공(Partial Vacuum) 상태로 만들어 주행하는 튜브철도 시스템으로서, 철도의 궤도를 튜브로 감싼 후 진공 또는 아진공 상태로 만들어 공기저항을 최소화함으로써 동일 출력으로 더 큰 속도로 주행할 수 있다. 예를 들면, 초고속 튜브 트레인은 궤도를 튜브로 감싸고, 예를 들면, 0.05∼0.4기압의 아진공 상태에서 시속 700㎞ 이상으로 주행할 수 있다.
기존의 자기부상열차는 공기저항 및 점착 구동방식의 한계로 인하여 열차의 초고속화에 어려움이 있지만, 초고속 튜브 트레인 시스템은 튜브 구조물을 만들고, 그 내부에서 아진공 상태를 유지하여 공기저항을 줄이며, 선형 전동기를 이용하여 비점착(No-adhesive) 구동함으로써 700㎞/h 이상의 초고속 운행을 가능하게 한다.
이러한 초고속 튜브 트레인 시스템은 튜브 내부를 진공 또는 아진공 상태로 유지하므로 고도의 공기역학적 설계 및 정밀 제어 기술이 요구되며, 예를 들면, 기존의 초고속 튜브 트레인에서 튜브의 직경은 4.5m~10m 정도일 수 있다. 이러한 초고속 튜브 트레인 시스템의 차량은 초고속 자기부상열차가 유력하며, 가이드웨이 상에서 자기력으로 일정한 간격을 유지하면서 차량을 지지하고 선형전동기로 추진하는 구조이다.
한편, 최근 개발중인 하이퍼루프(Hyperloop)와 같은 초고속 이동체계(High Speed Transportation System)는 진공에 가깝게 조성된 지름 3.2m 터널을 만들고, 28인승 기차 1량이 그 내부를 주행하는 시스템이다. 이러한 하이퍼루프 초고속 이동체계는 이론상 최대 시속은 1223㎞로서, 780㎞ 정도인 여객기의 2배에 달한다. 이러한 초고속 이동체계는 도시화로 인한 인구집중, 교통정체, 교통사고, 환경 등의 문제 해결을 위한 것으로, 진공 또는 아진공 상태의 아진공 운송관을 개발하여 이동체계에 공기저항을 최소화시킴으로써 초고속으로 주행하는 지속가능한 미래 교통수단이라고 할 수 있다.
구체적으로, 이러한 하이퍼루프 초고속 이동체계는 열차 하부에는 자석을 부착하고, 터널 바닥은 자기장이 흐르도록 설계한다. 이때, 마찰을 최대한 줄이기 위해서 열차가 살짝 뜬 상태로 달려야 하며, 이를 위해 열차 뒤에 설치된 팬과 압축기로 터널 속에 남은 공기를 빨아들여 밑으로 뿜어냄으로써 공중에 뜬 상태를 유지한다. 이러한 방식을 통해, 예를 들면, 30t 무게의 열차를 시속 1200㎞ 이상으로 움직이게 한다. 또한, 자기장을 발생시키는 데 필요한 전기를 공급하기 위해 진공 터널 외벽에 태양광 패널을 설치하고, 주위에 풍력 발전기를 설치할 수 있다. 이러한 하이퍼루프 초고속 이동체계의 건설비는 고속철도 대비 10분의 1밖에 되지 않아 운임도 낮출 수 있다.
도 1은 하이퍼루프 초고속 이동체계를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 하이퍼루프 초고속 이동체계에서 여객용 운송체를 구체적으로 나타내는 도면이며, 도 3은 도 1에 도시된 하이퍼루프 초고속 이동체계에서 진공튜브 세그먼트를 구체적으로 나타내는 도면이다
도 1의 a)에 도시된 바와 같이, 하이퍼루프 초고속 이동체계는 두 역 사이에 튜브를 설치하고, 진공펌프를 사용하여 튜브 속의 기압을 0.1기압 이하로 낮춰 공기저항을 최소화함으로써, 진공에 가까운 아진공 튜브 내부를 최고 시속 1,200㎞까지 달리게 할 수 있다.
이러한 하이퍼루프 초고속 이동체계의 운송체(10)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 열차처럼 생기긴 했지만, 실제 작동 방식은 기존 열차와 많이 다르며, 또한, 기본적으로 진공튜브(20) 내부에서 운송체(10)를 이동시키는 형태의 운송수단으로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 진공튜브(20) 내부에서 자기장을 이용해 운송체(10)의 추진력을 얻고, 바닥으로 공기를 분사해 마찰력을 줄일 수 있다. 여기에, 필요한 전력은 진공튜브(20)의 외벽을 감싼 태양광 패널로 얻는다.
한편, 도 4는 종래의 기술에 따른 초고속 튜브철도용 튜브 구조물을 나타내는 도면이다.
종래의 기술에 따른 초고속 튜브철도용 튜브 구조물은, 도 4에 도시된 바와 같이, 폐합된 원형의 튜브(20)가 궤도(30a, 30b)를 각각 감싸도록 시공되며, 강관을 연속적으로 접합하여 구성된 원형단면의 튜브 내부를 포드 형태의 운송체가 아음속으로 주행할 수 있게 한다.
하지만, 종래의 기술에 따른 초고속 튜브철도용 튜브 구조물은, 강재 튜브 운송관으로서, 중공 원형의 튜브(또는 운송관) 단면은 I형 또는 박스형 단면에 비해 단면 2차모멘트가 상대적으로 작아 휨 거동이 주된 거동 형태인 교량 구조에서는 불리한 형상이며, 또한, 원형 강관과 궤도 구조간의 합성을 유도하기 위한 별도의 연결재를 두어야 한다.
특히, 튜브(또는 운송관) 교체가 필요한 경우, 부분적으로 강관과 궤도구조 전체를 절단해야 하는 문제가 있다. 또한, 휨에 취약한 중공 원형 단면의 휨강성을 확보하기 위해 후프(Hoop) 형태의 보강재를 두어야 하며, 휨강성 확보를 위해 경간을 짧게 구성해야 하므로 비용이 증가하는 문제점이 있다.
한편, 초고속 이동체계용 아진공 운송관에서 가장 요구되는 성능은 1/1000 atm을 유지할 수 있는 기밀성으로, 종래에는 주로 강재를 대상으로 기초 연구들이 수행되었고, 대형 튜브를 제작하는 단계까지는 발전하지 않은 실정이다. 또한, 시멘트를 기반으로 하는 콘크리트 구조물 진공튜브를 제작한 사례는 아직까지 없는 실정이다. 또한, 강재로 제작된 아진공 튜브는 기밀성 유지에 우수하나, 제작 크기가 직경 3.5m 이상이 되면 제작이 어렵고, 경제성 저하뿐만 아니라 강재 부식 등으로 사용성이 문제가 될 수 있다.
또한, 일반 강도를 갖는 콘크리트는 침매터널 등과 같이 수밀성을 확보할 수 있으나, 1/1000 atm과 같은 환경에서 기밀성 확보가 매우 어렵고 비경제적이다. 이를 확보하기 위해서는 피복 두께를 두껍게 해야 하나의 진공을 유지하기 위한 기밀성은 확보하기 어렵고, 확보하기 위해서는 매우 두꺼운 피복 두께를 유지하기 위한 콘크리트 외측에 10mm 정도 두께를 갖는 강재 거푸집이 필요하며, 일반 콘크리트는 자기충전성이 없기 때문에 원형으로 제작하기가 매우 어렵고, 또한, 일부 단면에서는 콘크리트 타설이 불량할 수 있어 기밀성을 확보하기가 어려우므로, 이에 대한 대책이 필요한 실정이다.
특히, 초고속 이동체계의 아진공 운송관은 시공이음 및 세그먼트 연결부 등 불연속 구간을 포함하고 있기 때문에 세그먼트 자체의 기밀성도 중요하지만 세그먼트를 연결함에 있어서 연결부에서 기밀성이 무엇보다도 중요한 것으로 알려져 있다.
이러한 콘크리트 구조물 진공튜브의 경우, 콘크리트 자체의 투기계수(air permeability)는 강도에 반비례하고 이음부가 많을수록 구조물의 등가투기계수가 높아지는 경향을 나타내므로, 예를 들면, 일체형 콘크리트 튜브의 내부 기압이 초기 10kPa에서 20kPa로 두 배 증가하는데 약 4~5시간이 소요되는 것으로 나타났다. 이러한 점은 일반적인 콘크리트를 사용하여 내부의 아진공을 유지하는 것이 어렵기 때문에 보다 양호한 기밀성능을 갖는 재료가 필요한 실정이며, 예를 들면, 일반 콘크리트 대신에 고강도 콘크리트(High Strength Concrete), 고성능 콘크리트(High Performance Concrete), 초고성능 콘크리트(Ultra High Performance Concrete: UHPC) 등의 콘크리트를 적용하여 기밀성을 확보할 수 있다. 하지지만, 현재까지 초고성능 콘크리트를 사용한 초고속 이동체계용 아진공 운송관은 없으며, 아직까지 진공튜브를 이용한 초고속 이동체계는 실현된 것은 없고 개념만 제안되거나 연구가 진행 중인 상태이다.
하지만, 종래의 기술에 따른 고강도 콘크리트, 고성능 콘크리트, 초고성능 콘크리트 등은 물-결합재비가 아주 낮고, 다량의 결합재와 미세한 재료를 사용하기 때문에 자기수축(autogenous shrinkage)과 수화열 등이 증가하여 균열 발생 가능성이 매우 높다는 한계점이 있다. 특히, 콘크리트 튜브에 균열이 발생하면 하이퍼루프 차량 운행에 필요한 아진공 상태를 유지하기 어렵고 유지관리비용이 크게 상승할 수 있다는 문제점이 있다.
전술한 초고성능 콘크리트(UHPC)에 대한 선행기술로서, 본 발명의 출원인에 의해 특허출원되어 등록된 대한민국 등록특허번호 제10-1751479호에는 "초고성능 섬유보강 콘크리트 및 그 제조방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 이러한 초고성능 섬유보강 콘크리트는 압축강도 80~180MPa, 휨강도 15MPa 이상, 직접인장강도 7MPa 이상, 내구수명 100~200년, 수축변형률 700 이하 등의 역학성능 및 내구성능뿐만 아니라 최대 충밀이론을 기반으로 배합설계를 하고 있기 때문에 콘크리트 내부의 조직이 매우 치밀하여 수밀성 및 기밀성이 매우 우수한 초고성능 섬유보강 콘크리트를 구현할 수 있다. 이러한 고성능 섬유보강 콘크리트 및 그 제조방법은 본 명세서 내에 참조되어 본 발명의 일부를 이룬다.
한편, 도 5는 콘크리트의 균열발생 메커니즘의 개념을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 콘크리트 균열은 수축 등에 의한 인장응력이 발생하는데 이러한 인장응력이 콘크리트의 인장강도를 초과하면 발생하게 된다. 이때, 콘크리트의 균열 발생을 억제하기 위해서 수축 등에 의한 인장응력을 작게 하는 방법과 인장응력을 흡수하여 제어하는 방법이 있다.
이때, 콘크리트의 수축 등에 의한 인장응력을 작게 하는 방법으로 수축 저감재료와 수화열 저감 재료 등을 사용하는 방법이 있으나, 가격 측면에서 불리하고 완전히 수축과 수화열에 의한 균열 발생 억제가 쉽지 않다는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 고강도 콘크리트, 고성능 콘크리트 또는 초고성능 콘크리트를 사용하여 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트를 제작할 경우, 콘크리트의 수축, 수화열 등에 의해 발생할 수 있는 인장응력을 완충용 비닐커버를 통해 흡수하고, 동시에 응력제어 유닛을 통해 인장응력을 제어함으로써 콘크리트 진공튜브 세그먼트의 균열 발생을 억제할 수 있는, 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 내부 거푸집에 로드셀 및 유압잭을 장착하여 시멘트복합체의 산출된 자기수축량만큼 내부 거푸집을 이완시킴으로써, 시멘트복합체의 자기수축 길이 변화만큼 정확하게 거푸집을 이완시킬 수 있고, 거푸집에서 구속응력을 제어하는 방법을 자동화시킬 수 있는, 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치는, 콘크리트 진공튜브 세그먼트용 시멘트복합체를 충전하도록 설치되는 내부 및 외부 거푸집; 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작시, 인장응력 흡수를 위해 상기 내부 거푸집의 외측 표면에 부착되는 완충용 비닐커버; 상기 시멘트복합체의 양생 과정에서 상기 시멘트복합체의 표면에 설치되어 상기 시멘트복합체의 온도를 측정하는 열전대; 상기 시멘트복합체의 표면에 설치되어 상기 시멘트복합체의 변형률을 측정하는 변형률게이지; 시간에 따른 상기 시멘트복합체의 길이 변화만큼 상기 내부 거푸집이 이완될 수 있도록, 상기 열전대에서 측정된 시멘트복합체의 온도를 산출하여 수축발현 시기를 예측하고, 상기 변형률게이지에서 측정된 시멘트복합체의 변형률을 산출하여 자기수축량을 산출하며, 상기 자기수축량에 대응하여 시멘트복합체의 구속응력을 제어하는 응력제어 유닛; 상기 내부 거푸집에 장착되어 상기 시멘트복합체의 자기수축량에 대응하도록 구동되는 로드셀; 및 상기 로드셀에 연결되고, 상기 시멘트복합체의 자기수축량에 대응하는 길이 변화만큼 상기 내부 거푸집을 이완시키는 유압잭을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 완충용 비닐커버에 의해 상기 시멘트복합체의 수축 또는 수화열에 의해 발생하는 인장응력을 흡수하고, 상기 응력제어 유닛에 의해 인장응력을 제어함으로써, 상기 시멘트복합체의 균열 발생이 억제될 수 있다.
여기서, 상기 완충용 비닐커버는 3~7㎜의 두께로 형성되고, 상기 내부 거푸집의 외측 표면에 부착되어 상기 시멘트복합체의 인장응력을 흡수하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 응력제어 유닛은, 상기 열전대에서 측정된 시멘트복합체의 온도를 산출하는 온도 산출부; 상기 변형률게이지에서 측정된 시멘트복합체의 변형률을 산출하는 변형률 산출부; 상기 산출된 시멘트복합체의 온도에 따라 상기 시멘트복합체의 수축발현 시기를 예측하는 수축발현 시기 예측부; 및 상기 산출된 시멘트복합체의 변형률에 따라 상기 수축발현 시기로부터 자기수축량을 산출하는 자기수축량 산출부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 자기수축량 산출부는 
로부터 자기수축(autogenous shrinkage) 양을 산출하되, 여기서, ??
는 계산된 자기수축 변형률(
)을 나타내며, 
는 측정된 변형률(
)을 나타내고, 
는 시멘트복합체의 열팽창계수를 나타내며, 
는 온도 변화량(℃)을 나타내는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 시멘트복합체의 열팽창계수(
)는 초고성능 콘크리트의 경우, 13
/℃로 주어진다.
한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 방법은, a) 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작시 내부 거푸집 외측 표면에 인장응력 흡수를 위한 완충용 비닐커버를 부착하는 단계; b) 내부 거푸집, 외부 거푸집, 열전대, 변형률게이지, 응력제어 유닛, 로드셀 및 유압잭을 설치하는 단계; c) 콘크리트 진공튜브 세그먼트용 시멘트복합체를 배합하여 상기 내부 거푸집 및 외부 거푸집 사이에 충전하는 단계; d) 상기 시멘트복합체의 양생 과정에서 시멘트복합체 표면에 설치된 열전대 및 변형률게이지를 통해 상기 시멘트복합체의 온도 및 변형률을 각각 측정하는 단계; e) 상기 응력제어 유닛이 상기 측정된 온도에 따라 시멘트복합체의 수축발현 시기를 예측하고, 상기 측정된 변형률에 따라 시멘트복합체의 자기수축량을 산출하는 단계; f) 상기 시멘트복합체의 자기수축량에 대응하여 상기 내부 거푸집에 장착된 로드셀에 따라 유압잭을 구동하는 단계; 및 g) 상기 시멘트복합체의 자기수축량에 대응하는 길이 변화만큼 상기 유압잭을 통해 상기 내부 거푸집을 이완시켜 상기 시멘트복합체의 구속응력을 제어하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따르면, 고강도 콘크리트, 고성능 콘크리트 또는 초고성능 콘크리트를 사용하여 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트를 제작할 경우, 콘크리트의 수축, 수화열 등에 의해 발생할 수 있는 인장응력을 완충용 비닐커버를 통해 흡수하고, 동시에 응력제어 유닛을 통해 인장응력을 제어함으로써 콘크리트 진공튜브 세그먼트의 균열 발생을 억제할 수 있고, 이에 따라, 초고성능 콘크리트를 사용한 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트의 기밀성과 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 거푸집에서 구속응력을 제어하는 방법으로서 내부 거푸집에 로드셀 및 유압잭을 장착하여 시멘트복합체의 산출된 자기수축량만큼 내부 거푸집을 이완시킴으로써, 시멘트복합체의 자기수축 길이 변화만큼 정확하게 거푸집을 이완시킬 수 있고, 거푸집에서 구속응력을 제어하는 방법을 자동화시킬 수 있다.
도 1은 하이퍼루프 초고속 이동체계를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 하이퍼루프 초고속 이동체계에서 여객용 운송체를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 하이퍼루프 초고속 이동체계에서 진공튜브 세그먼트를 구체적으로 나타내는 도면이다
도 4는 종래의 기술에 따른 초고속 튜브철도용 튜브 구조물을 나타내는 도면이다.
도 5는 콘크리트의 균열발생 메커니즘의 개념을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치를 예시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치에서 콘크리트 진공튜브 세그먼트용 시멘트복합체의 조성을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치에서 응력제어 유닛을 구체적으로 나타내는 구성도이다.
도 9는 콘크리트의 온도 변형과 자기수축 변형을 나타내는 도면이다.
도 10a는 본 발명의 실시예에 따른 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치에서 내부 거푸집 표면에 완충용 비닐커버를 부착한 것을 나타내는 도면이고, 도 10b는 로드셀에 의한 콘크리트 구속응력을 제어하는 것을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 방법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 12a 내지 도 12h는 각각 본 발명의 실시예에 따른 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면들이다.
도 2는 도 1에 도시된 하이퍼루프 초고속 이동체계에서 여객용 운송체를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 하이퍼루프 초고속 이동체계에서 진공튜브 세그먼트를 구체적으로 나타내는 도면이다
도 4는 종래의 기술에 따른 초고속 튜브철도용 튜브 구조물을 나타내는 도면이다.
도 5는 콘크리트의 균열발생 메커니즘의 개념을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치를 예시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치에서 콘크리트 진공튜브 세그먼트용 시멘트복합체의 조성을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치에서 응력제어 유닛을 구체적으로 나타내는 구성도이다.
도 9는 콘크리트의 온도 변형과 자기수축 변형을 나타내는 도면이다.
도 10a는 본 발명의 실시예에 따른 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치에서 내부 거푸집 표면에 완충용 비닐커버를 부착한 것을 나타내는 도면이고, 도 10b는 로드셀에 의한 콘크리트 구속응력을 제어하는 것을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 방법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 12a 내지 도 12h는 각각 본 발명의 실시예에 따른 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면들이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
[초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치]
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치를 예시하는 도면으로서, 도 6의 a)는 측면 사시도이고, 도 6의 b)는 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치는, 내부 거푸집(210), 외부 거푸집(220), 완충용 비닐커버(230), 열전대(Thermocouple)(240), 변형률게이지(250), 응력제어 유닛(260), 로드셀(270) 및 유압잭(280)을 포함하여 구성된다.
내부 및 외부 거푸집(210, 220)은 콘크리트 진공튜브 세그먼트용 시멘트복합체(100)를 충전하도록 제작 설치된다.
완충용 비닐커버(230)는 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작시, 인장응력 흡수를 위해 상기 내부 거푸집(210)의 외측 표면에 부착된다. 이때, 상기 완충용 비닐커버(230)는 3~7㎜의 두께로 형성되고, 상기 내부 거푸집(210)의 외측 표면에 부착되어 상기 시멘트복합체(100)의 인장응력을 흡수할 수 있다. 구체적으로, 두께 3㎜ 이하의 시트는 인장응력을 흡수하는 데 한계가 있어서 균열 억제 효과가 크게 저하되고, 두께 7㎜ 이상은 인장응력 흡수는 뛰어나나, 거푸집 부착성이 저하되고 거푸집 단면이 커져 시공성이 저하된다.
열전대(240)는 상기 시멘트복합체(100) 또는 콘크리트의 양생 과정에서 상기 시멘트복합체(100)의 표면에 설치되어 상기 시멘트복합체(100)의 온도를 측정한다.
변형률게이지(250)는 상기 시멘트복합체(100)의 표면에 설치되어 상기 시멘트복합체(100)의 변형률을 측정한다.
응력제어 유닛(260)은 시간에 따른 상기 시멘트복합체(100)의 길이 변화만큼 상기 내부 거푸집(210)이 이완될 수 있도록, 상기 열전대(240)에서 측정된 시멘트복합체(100)의 온도를 산출하여 수축발현 시기(time zero)를 예측하고, 상기 변형률게이지(250)에서 측정된 시멘트복합체(100)의 변형률을 산출하여 자기수축량을 산출하며, 상기 자기수축량에 대응하여 시멘트복합체(100)의 구속응력을 제어할 수 있다.
로드셀(270)은 상기 내부 거푸집(210)에 장착되어 상기 시멘트복합체(100)의 자기수축량에 대응하도록 구동된다.
유압잭(280)은 상기 로드셀(270)에 연결되고, 상기 시멘트복합체(100)의 자기수축량에 대응하는 길이 변화만큼 상기 내부 거푸집(210)을 이완시킨다. 이때, 상기 유압잭(280)은 상기 내부 거푸집(210)의 길이 방향을 따라 적어도 양측 단부에 설치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치의 경우, 상기 완충용 비닐커버(230)에 의해 상기 시멘트복합체(100)의 수축 또는 수화열에 의해 발생하는 인장응력을 흡수하고, 상기 응력제어 유닛(260)에 의해 인장응력을 제어함으로써, 상기 시멘트복합체(100)의 균열 발생이 억제될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치의 경우, 초고성능 콘크리트를 사용하여 콘크리트 진공튜브 세그먼트를 제작하는 것으로 설명하였지만, 이에 국한되는 것은 아니며, 고강도 콘크리트 또는 고성능 콘크리트 등이 적용될 수 있다는 점은 당업자에게 자명하다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치에서 콘크리트 진공튜브 세그먼트용 시멘트복합체의 조성을 나타내는 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치에서, 상기 콘크리트 진공튜브 세그먼트용 시멘트복합체(100)를 초고성능 콘크리트(UHPC)를 사용하여 형성할 경우, 상기 초고성능 콘크리트(UHPC)는, 결합재(B)로서 100중량부의 시멘트; 결합재(B)로서 20~30중량부의 실리카퓸; 결합재(B)로서 15~25중량부의 석영질 분말; 100~120중량부의 잔골재; 20~28중량부의 배합수(W); 4~7중량부의 고성능감수제; 및 1.6~2.2중량부의 소포제를 포함한다.
이때, 배합수(W)/결합재(B)의 비(W/B)는 0.2이고, 상기 초고성능 콘크리트(UHPC)는 단섬유를 추가로 혼입하여 시멘트복합체(100)를 형성하며; 그리고 상기 단섬유는 상기 시멘트복합체 전체 체적의 1.5~2%가 혼입된다. 예를 들면, 상기 단섬유는 강섬유, 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유 또는 바잘트섬유 중에서 선택되며, 길이가 20㎜ 이하인 것이 바람직하다.
이에 따라, 상기 시멘트복합체(100)는 압축강도 80~180MPa, 휨강도 15MPa 이상, 직접인장강도 7MPa 이상, 내구수명 100~200년 및 수축변형률 700 이하일 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치에서 응력제어 유닛을 구체적으로 나타내는 구성도이고, 도 9는 콘크리트의 온도 변형과 자기수축 변형을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치에서 응력제어 유닛(260)는, 온도 산출부(261), 변형률 산출부(262), 수축발현 시기 예측부(263) 및 자기수축량 산출부(264)를 포함한다.
온도 산출부(261)는 상기 열전대(240)에서 측정된 시멘트복합체(100)의 온도를 산출하고, 변형률 산출부(262)상기 변형률게이지(250)에서 측정된 시멘트복합체(100)의 변형률을 산출한다.
수축발현 시기 예측부(263)는 상기 산출된 시멘트복합체(100)의 온도에 따라, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 시멘트복합체(100)의 수축발현 시기(time zero)를 예측한다.
자기수축량 산출부(264)는 상기 산출된 시멘트복합체(100)의 변형률에 따라 상기 수축발현 시기로부터 자기수축량을 산출한다.
구체적으로, 인장응력을 제어하는 방법으로는 열전대(240)와 변형률게이지(250)를 시멘트복합체(100) 표면에 부착하여 온도와 변형률을 측정하여 시간에 따른 콘크리트의 길이 변화만큼 거푸집을 풀어주어 응력을 제어할 수 있다.
이때, 도 9에 도시된 바와 같이, 온도는 시멘트복합체(100)의 수축발현 시기(time zero)를 예측하고, 측정된 시멘트복합체(100)의 변형률을 다음의 수학식으로 콘크리트의 자기수축(autogenous shrinkage) 양을 산출할 수 있다.
여기서, 
는 계산된 자기수축 변형률(
)을 나타내며, 
는 측정된 변형률(
)을 나타낸다. 또한, 
는 콘크리트의 열팽창계수를 나타내며, 예를 들면, 굵은골재 사용 고성능 콘크리트의 경우, 10
/℃로 주어지고, 초고성능 콘크리트의 경우, 13
/℃로 주어진다. 또한, 
는 온도 변화량(℃)을 나타낸다.
한편, 도 10a는 본 발명의 실시예에 따른 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치에서 내부 거푸집 표면에 완충용 비닐커버를 부착한 것을 나타내는 도면이고, 도 10b는 로드셀에 의한 콘크리트 구속응력을 제어하는 것을 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치는, 도 10a에 도시된 바와 같이, 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작시, 인장응력 흡수를 위해 상기 내부 거푸집(210)의 외측 표면에 완충용 비닐커버(230)를 부착한다. 이때, 상기 완충용 비닐커버(230)는 3~7㎜의 두께로 형성되고, 상기 내부 거푸집(210)의 외측 표면에 부착되어 상기 시멘트복합체(100)의 인장응력을 흡수할 수 있다. 구체적으로, 두께 3㎜ 이하의 시트는 인장응력을 흡수하는 데 한계가 있어서 균열 억제 효과가 크게 저하될 수 있고, 또한, 두께 7㎜ 이상은 인장응력 흡수는 뛰어나지만 거푸집 부착성이 저하되고, 또한, 거푸집 단면이 커져 시공성이 저하된다는 문제점이 있기 때문이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치는, 도 10b에 도시된 바와 같이, 인장응력을 제어하는 방법으로서, 열전대(240)와 변형률게이지(250)를 시멘트복합체(100) 표면에 부착하여 온도와 변형률을 측정하고, 시간에 따른 시멘트복합체(100)의 길이 변화만큼 거푸집을 이완시켜 구속응력을 제어할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시에에 따른 고강도 콘크리트, 고성능 콘크리트 또는 초고성능 콘크리트를 사용하여 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트를 제작할 경우, 콘크리트의 수축, 수화열 등에 의해 발생할 수 있는 인장응력을 완충용 비닐커버를 통해 흡수하고, 동시에 응력제어 유닛을 통해 인장응력을 제어함으로써 콘크리트 진공튜브 세그먼트의 균열 발생을 억제할 수 있고, 이에 따라, 초고성능 콘크리트를 사용한 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트의 기밀성과 내구성을 향상시킬 수 있다.
[초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 방법]
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 방법을 나타내는 동작흐름도이고, 도 12a 내지 도 12h는 각각 본 발명의 실시예에 따른 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면들이다.
도 11, 도 12a 내지 도 12h를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 방법은, 먼저, 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작시 내부 거푸집(210) 외측 표면에 인장응력 흡수를 위한 완충용 비닐커버(230)를 부착한다(S110). 구체적으로, 도 12a에 도시된 바와 같이, 상기 완충용 비닐커버(230)는 3~7㎜의 두께로 형성되고, 상기 내부 거푸집(210)의 외측 표면에 부착되어 상기 시멘트복합체(100)의 인장응력을 흡수할 수 있다.
다음으로, 도 12b에 도시된 바와 같이, 내부 거푸집(210), 외부 거푸집(220), 열전대(240), 변형률게이지(250), 응력제어 유닛(260), 로드셀(270) 및 유압잭(280)을 설치한다(S120).
다음으로, 도 12c에 도시된 바와 같이, 콘크리트 진공튜브 세그먼트용 시멘트복합체를 배합하여 상기 내부 거푸집(210) 및 외부 거푸집(220) 사이에 충전한다(S130).
다음으로, 도 12d에 도시된 바와 같이, 상기 시멘트복합체(100)의 양생 과정에서 시멘트복합체(100) 표면에 설치된 열전대(240) 및 변형률게이지(250)를 통해 상기 시멘트복합체(100)의 온도 및 변형률을 각각 측정한다(S140).
다음으로, 도 12e에 도시된 바와 같이, 상기 응력제어 유닛(260)이 상기 측정된 온도에 따라 시멘트복합체(100)의 수축발현 시기를 예측하고, 상기 측정된 변형률에 따라 시멘트복합체(100)의 자기수축량을 산출한다(S150). 구체적으로, 상기 응력제어 유닛(260)은, 상기 열전대(240)에서 측정된 시멘트복합체(100)의 온도를 산출하는 온도 산출부(261); 상기 변형률게이지(250)에서 측정된 시멘트복합체(100)의 변형률을 산출하는 변형률 산출부(262); 상기 산출된 시멘트복합체(100)의 온도에 따라 상기 시멘트복합체(100)의 수축발현 시기(time zero)를 예측하는 수축발현 시기 예측부(263); 및 상기 산출된 시멘트복합체(100)의 변형률에 따라 상기 수축발현 시기로부터 자기수축량을 산출하는 자기수축량 산출부(264)를 포함하여 구성된다. 구체적으로, 상기 자기수축량 산출부(264)는 
로부터 자기수축(autogenous shrinkage) 양을 산출하되, 여기서, ??
는 계산된 자기수축 변형률(
)을 나타내며, 
는 측정된 변형률(
)을 나타내고, 
는 시멘트복합체의 열팽창계수를 나타내며, 
는 온도 변화량(℃)을 나타내며, 이때, 상기 시멘트복합체의 열팽창계수(
)는 초고성능 콘크리트의 경우, 13
/℃로 주어진다.
다음으로, 도 12f에 도시된 바와 같이, 상기 시멘트복합체(100)의 자기수축량에 대응하여 상기 내부 거푸집(210)에 장착된 로드셀(270)에 따라 유압잭(280)을 구동한다(S160).
다음으로, 도 12g에 도시된 바와 같이, 상기 시멘트복합체(100)의 자기수축량에 대응하는 길이 변화만큼 상기 유압잭(280)을 통해 상기 내부 거푸집(210)을 이완시켜 상기 시멘트복합체(100)의 구속응력을 제어한다(S170).
다음으로, 도 12h에 도시된 바와 같이, 상기 시멘트복합체(100)의 양생 완료후, 거푸집(210, 220)으로부터 탈형하여 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트를 완성한다(S180).
이에 따라, 상기 완충용 비닐커버(230)에 의해 상기 시멘트복합체(100)의 수축 또는 수화열에 의해 발생하는 인장응력을 흡수하고, 상기 e) 단계의 응력제어 유닛(260)에 의해 인장응력을 제어함으로써, 상기 시멘트복합체(100)의 균열 발생이 억제될 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 콘크리트 진공튜브를 고강도 콘크리트, 고성능 콘크리트 또는 초고성능 콘크리트로 제작할 경우, 수화반응에 의한 자기수축과 수화열에 의한 발생하는 균열을 제어하기 위해서 거푸집 내부에 완충용 비닐커버를 부착하여 인장응력을 흡수하고, 또한, 수축과 온도에 의해 발생하는 구속응력을 제어하는 방법을 사용하여 균열 발생을 억제함으로써, 초고성능 콘크리트를 사용한 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트의 기밀성과 내구성을 향상시킬 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 콘크리트 진공튜브 세그먼트용 시멘트복합체
210: 내부 거푸집 220; 외부 거푸집
230: 완충용 비닐커버 240: 열전대(Thermocouple)
250: 변형률게이지 260: 응력제어 유닛
270: 로드셀(Load Cell) 280: 유압잭
261: 온도 산출부 262: 변형률 산출부
263: 수축발현 시기 예측부 264: 자기수축량 산출부
210: 내부 거푸집 220; 외부 거푸집
230: 완충용 비닐커버 240: 열전대(Thermocouple)
250: 변형률게이지 260: 응력제어 유닛
270: 로드셀(Load Cell) 280: 유압잭
261: 온도 산출부 262: 변형률 산출부
263: 수축발현 시기 예측부 264: 자기수축량 산출부
Claims (16)
- 고강도 콘크리트, 고성능 콘크리트 또는 초고성능 콘크리트를 사용한 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치에 있어서,
콘크리트 진공튜브 세그먼트용 시멘트복합체(100)를 충전하도록 설치되는 내부 및 외부 거푸집(210, 220);
콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작시, 인장응력 흡수를 위해 상기 내부 거푸집(210)의 외측 표면에 부착되는 완충용 비닐커버(230);
상기 시멘트복합체(100)의 양생 과정에서 상기 시멘트복합체(100)의 표면에 설치되어 상기 시멘트복합체(100)의 온도를 측정하는 열전대(240);
상기 시멘트복합체(100)의 표면에 설치되어 상기 시멘트복합체(100)의 변형률을 측정하는 변형률게이지(250);
시간에 따른 상기 시멘트복합체(100)의 길이 변화만큼 상기 내부 거푸집(210)이 이완될 수 있도록, 상기 열전대(240)에서 측정된 시멘트복합체(100)의 온도를 산출하여 수축발현 시기(time zero)를 예측하고, 상기 변형률게이지(250)에서 측정된 시멘트복합체(100)의 변형률을 산출하여 자기수축량을 산출하며, 상기 자기수축량에 대응하여 시멘트복합체(100)의 구속응력을 제어하는 응력제어 유닛(260);
상기 내부 거푸집(210)에 장착되어 상기 시멘트복합체(100)의 자기수축량에 대응하도록 구동되는 로드셀(270); 및
상기 로드셀(270)에 연결되고, 상기 시멘트복합체(100)의 자기수축량에 대응하는 길이 변화만큼 상기 내부 거푸집(210)을 이완시키는 유압잭(280)을 포함하는 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치. - 제1항에 있어서,
상기 완충용 비닐커버(230)에 의해 상기 시멘트복합체(100)의 수축 또는 수화열에 의해 발생하는 인장응력을 흡수하고, 상기 응력제어 유닛(260)에 의해 인장응력을 제어함으로써, 상기 시멘트복합체(100)의 균열 발생이 억제되는 것을 특징으로 하는 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치. - 제1항에 있어서,
상기 완충용 비닐커버(230)는 3~7㎜의 두께로 형성되고, 상기 내부 거푸집(210)의 외측 표면에 부착되어 상기 시멘트복합체(100)의 인장응력을 흡수하는 것을 특징으로 하는 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치. - 제1항에 있어서, 상기 응력제어 유닛(260)은,
상기 열전대(240)에서 측정된 시멘트복합체(100)의 온도를 산출하는 온도 산출부(261);
상기 변형률게이지(250)에서 측정된 시멘트복합체(100)의 변형률을 산출하는 변형률 산출부(262);
상기 산출된 시멘트복합체(100)의 온도에 따라 상기 시멘트복합체(100)의 수축발현 시기(time zero)를 예측하는 수축발현 시기 예측부(263); 및
상기 산출된 시멘트복합체(100)의 변형률에 따라 상기 수축발현 시기로부터 자기수축량을 산출하는 자기수축량 산출부(264)를 포함하는 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치. - 제4항에 있어서,
상기 자기수축량 산출부(264)는로부터 자기수축(autogenous shrinkage) 양을 산출하되, 여기서,
는 계산된 자기수축 변형률(
)을 나타내며,
는 측정된 변형률(
)을 나타내고,
는 시멘트복합체의 열팽창계수를 나타내며,
는 온도 변화량(℃)을 나타내는 것을 특징으로 하는 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치.
- 제5항에 있어서,
상기 시멘트복합체의 열팽창계수()는 초고성능 콘크리트의 경우, 13
/℃로 주어지는 것을 특징으로 하는 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 콘크리트 진공튜브 세그먼트용 시멘트복합체(100)를 형성하기 위한 초고성능 콘크리트(UHPC)는, 결합재(B)로서 100중량부의 시멘트; 결합재(B)로서 20~30중량부의 실리카퓸; 결합재(B)로서 15~25중량부의 석영질 분말; 100~120중량부의 잔골재; 20~28중량부의 배합수(W); 4~7중량부의 고성능감수제; 및 1.6~2.2중량부의 소포제를 포함하되, 상기 배합수(W)/결합재(B)의 비(W/B)는 0.2이고; 상기 초고성능 콘크리트는 단섬유를 추가로 혼입하여 시멘트복합체(100)를 형성하며; 그리고 상기 단섬유는 상기 시멘트복합체 전체 체적의 1.5~2%가 혼입된 것을 특징으로 하는 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치. - 제7항에 있어서,
상기 단섬유는 강섬유, 유리섬유, 탄소섬유, 아라미드섬유 또는 바잘트섬유 중에서 선택되며, 길이가 20㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치. - 제7항에 있어서,
상기 시멘트복합체(100)는 압축강도 80~180MPa, 휨강도 15MPa 이상, 직접인장강도 7MPa 이상, 내구수명 100~200년 및 수축변형률 700 이하인 것을 특징으로 하는 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 장치. - 고강도 콘크리트, 고성능 콘크리트 또는 초고성능 콘크리트를 사용한 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 방법에 있어서,
a) 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작시 내부 거푸집(210) 외측 표면에 인장응력 흡수를 위한 완충용 비닐커버(230)를 부착하는 단계;
b) 내부 거푸집(210), 외부 거푸집(220), 열전대(240), 변형률게이지(250), 응력제어 유닛(260), 로드셀(270) 및 유압잭(280)을 설치하는 단계;
c) 콘크리트 진공튜브 세그먼트용 시멘트복합체(100)를 배합하여 상기 내부 거푸집(210) 및 외부 거푸집(220) 사이에 충전하는 단계;
d) 상기 시멘트복합체(100)의 양생 과정에서 시멘트복합체(100) 표면에 설치된 열전대(240) 및 변형률게이지(250)를 통해 상기 시멘트복합체(100)의 온도 및 변형률을 각각 측정하는 단계;
e) 상기 응력제어 유닛(260)이 상기 측정된 온도에 따라 시멘트복합체(100)의 수축발현 시기를 예측하고, 상기 측정된 변형률에 따라 시멘트복합체(100)의 자기수축량을 산출하는 단계;
f) 상기 시멘트복합체(100)의 자기수축량에 대응하여 상기 내부 거푸집(210)에 장착된 로드셀(270)에 따라 유압잭(280)을 구동하는 단계; 및
g) 상기 시멘트복합체(100)의 자기수축량에 대응하는 길이 변화만큼 상기 유압잭(280)을 통해 상기 내부 거푸집(210)을 이완시켜 상기 시멘트복합체(100)의 구속응력을 제어하는 단계를 포함하는 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 방법. - 제10항에 있어서,
h) 상기 시멘트복합체(100)의 양생 완료후, 거푸집(210, 220)으로부터 탈형하여 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트를 완성하는 단계를 추가로 포함하는 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 방법. - 제10항에 있어서,
상기 a) 단계의 완충용 비닐커버(230)에 의해 상기 시멘트복합체(100)의 수축 또는 수화열에 의해 발생하는 인장응력을 흡수하고, 상기 e) 단계의 응력제어 유닛(260)에 의해 인장응력을 제어함으로써, 상기 시멘트복합체(100)의 균열 발생이 억제되는 것을 특징으로 하는 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 방법. - 제10항에 있어서,
상기 a) 단계의 완충용 비닐커버(230)는 3~7㎜의 두께로 형성되고, 상기 내부 거푸집(210)의 외측 표면에 부착되어 상기 시멘트복합체(100)의 인장응력을 흡수하는 것을 특징으로 하는 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 방법. - 제10항에 있어서, 상기 응력제어 유닛(260)은,
상기 열전대(240)에서 측정된 시멘트복합체(100)의 온도를 산출하는 온도 산출부(261);
상기 변형률게이지(250)에서 측정된 시멘트복합체(100)의 변형률을 산출하는 변형률 산출부(262);
상기 산출된 시멘트복합체(100)의 온도에 따라 상기 시멘트복합체(100)의 수축발현 시기(time zero)를 예측하는 수축발현 시기 예측부(263); 및
상기 산출된 시멘트복합체(100)의 변형률에 따라 상기 수축발현 시기로부터 자기수축량을 산출하는 자기수축량 산출부(264)를 포함하는 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 방법. - 제14항에 있어서,
상기 자기수축량 산출부(264)는로부터 자기수축(autogenous shrinkage) 양을 산출하되, 여기서,
는 계산된 자기수축 변형률(
)을 나타내며,
는 측정된 변형률(
)을 나타내고,
는 시멘트복합체의 열팽창계수를 나타내며,
는 온도 변화량(℃)을 나타내는 것을 특징으로 하는 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 시멘트복합체의 열팽창계수()는 초고성능 콘크리트의 경우, 13
/℃로 주어지는 것을 특징으로 하는 초고속 이동체계용 콘크리트 진공튜브 세그먼트 제작 방법.
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