KR102571007B1 - Phc 파일 및 이의 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하부 거푸집 내부에서 일 측에 인장판을 설치하고, 타 측에 고정판을 설치하며, 인장판과 고정판 사이에 철근부를 배근하여 파일 골격을 설치하는 제1단계; 상기 하부 거푸집 상에서 상기 철근부와 대응하는 위치에 콘크리트를 타설하는 제2단계; 상기 하부 거푸집 상부에 상부 거푸집을 결합하는 제3단계; 상부 거푸집과 하부 거푸집이 결합된 거푸집 모듈을 회전시키는 제4단계; 및 상기 고정판에 형성된 노즐공을 통해서 급결제를 콘크리트가 교반된 상태의 기둥부 내주면에 분사하는 제5단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 PHC 파일 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 하부 거푸집과 상부 거푸집으로 이루어진 거푸집 모듈에 설치되어 콘크리트 양생 후 탈형하여 제작되는 PHC 파일에 있어서, 원판 형상으로 이루어져 상기 거푸집 모듈의 일 측 내부에 배치되는 인장판과, 상기 거푸집 모듈의 타 측 내부에 설치되고 중심에 노즐공이 형성되는 고정판과, 상기 인장판과 고정판 사이에서 상기 거푸집 모듈의 길이방향을 따라서 복수개 연결되는 강봉과 상기 강봉 주변을 감싸도록 배근되는 나선형 철근을 구비하는 철근부를 포함하는 파일 골격; 상기 철근부에 대응하도록 상기 거푸집 모듈 상에 설정량 콘크리트를 타설하여 상기 철근부를 감싸도록 형성되는 기둥부; 및 상기 거푸집 모듈이 원심 성형되면서 상기 콘크리트가 원심력에 의해 교반되어 교반된 상태의 기둥부가 상기 철근부를 감싸도록 배치되고, 상기 교반된 상태의 기둥부의 내부 중심에 상기 길이방향을 따라서 중공 영역이 형성되며, 상기 중공영역 내주면에 급결제를 분사하여 슬러지가 고착되면서 형성된 내주면층; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 PHC 파일을 제공한다.
또한, 본 발명은 반 원형의 중공 원기둥 형상으로 길이방향을 따라서 길게 형성되고 일 단부에 축공이 형성되는 하부 거푸집과, 상기 하부 거푸집과 마주하여 탈착 가능하도록 결합되는 반 원형의 중공형 상부 거푸집을 포함하는 거푸집 모듈; 원판 형상으로 이루어져 상기 거푸집 모듈의 일 측 내부에서 슬라이딩 이동 가능하도록 배치되고 중심으로부터 상기 축공을 관통하도록 인장축이 결합되는 인장판과, 상기 거푸집 모듈의 타 측 내부에 설치되고 중심에 노즐공이 형성되는 고정판과, 상기 인장판과 고정판 사이에서 상기 길이방향을 따라서 복수개 연결되는 강봉과 상기 강봉 주변을 감싸도록 배근되는 나선형 철근을 구비하는 철근부를 포함하는 파일 골격이 상기 하부 거푸집 내부에 준비되면, 상기 철근부 주변에 콘크리트를 설정량 채우고 상기 하부 거푸집과 상부 거푸집을 결합하며, 상기 노즐공을 통해 선택적으로 출입하여 교반 상태의 콘크리트 내부에 형성된 중공 영역 내주면에 급결제를 공급하는 급결제 분사모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 PHC 파일 제조장치를 제공한다.

Description

PHC 파일 및 이의 제조방법 및 제조장치{A PHC pile and a manufacturing method thereof and a manufacturing device thereof}

본 발명은 PHC 파일 및 이의 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로서, 원심 성형을 통하여 제조되는 PHC 파일 및 이의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 고층건물이나 고하중 공장건설 또는 교량건설 등에서는 연약한 지반에 강도를 보강할 수 있는 파일(pile)을 타격 설치하고 건설작업을 수행하고 있다.

이러한 파일에는 스틸 파일과 콘크리트 파일이 있으며, 콘크리트 파일은 일반 철근을 내부에 배근하여 콘크리트를 부어 만든 일반 콘크리트 파일과, 보강 철근을 내부에 배근하고 콘크리트를 붓고 강제 인장시켜서 응력을 도입하여 응력 상태 하에서 급속 양생장치에 의해 양생시켜 만드는 프리텐션 방식 원심력 고강도 콘크리트 파일(Pretensioned spun high strength concrete piles)(이하, PHC 파일이라 함)이 있다.

최근에는 일반 콘크리트 파일에 비하여 강도가 대단히 높은 PHC 파일을 주로 사용하고 있으며 일반 콘크리트 파일은 경량 건축 이외에는 점차 사용되지 않고 있다.

이러한 PHC 파일의 제조공정을 간략히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 하부 형틀에 철근을 배근한 후, 철근을 인장시킨 상태에서 적당량의 콘크리트 혼합물을 투입한다.

그리고, 하부 형틀의 상부에 상부 형틀을 결합시키고, 상부 형틀과 하부 형틀을 체결한다.

이후, 형틀을 원심 성형기를 통해 회전시켜 콘크리트 반죽이 형틀 내부에 밀착되도록 성형한다.

원심 성형이 완료된 형틀은 증기에 의한 양생을 실시하고, 상하부 형틀을 분리하여 파일을 탈거한다.

그러나, 이러한 PHC 파일은 콘크리트 반죽이 원심 성형된 후에 양생이 완료되기 전 상태에서 내부에 원기둥 형상의 중공영역이 형성되는데, 이 중공영역 내부에서 비중이 작은 액체나 액체와 혼합된 슬러지가 스며 나오면서 양생 과정에서 고착되는 문제가 제기되고 있다. 또한, 이러한 슬러지를 중공영역으로부터 일부 배출하는 공정이 추후 진행되었지만, 슬러지 배출에 따른 시간과 비용이 증가함과 동시에, 슬러지 배출을 위한 오폐수 처리 설비가 추가적으로 설치되어야 하는 문제가 지적되고 있다.

(특허문헌0001)한국공개특허공보 제10-2008-0030373호(2008.04.04 공개)

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 보다 상세하게는 양생이 완료되기 전 PHC 파일 내부의 중공 영역에서 발생되는 슬러지를 별도로 배출할 필요 없는 PHC 파일 및 이의 제조방법 및 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 수행하기 위한 본 발명은 하부 거푸집 내부에서 일 측에 인장판을 설치하고, 타 측에 고정판을 설치하며, 인장판과 고정판 사이에 철근부를 배근하여 파일 골격을 설치하는 제1단계; 상기 하부 거푸집 상에서 상기 철근부와 대응하는 위치에 콘크리트를 타설하는 제2단계; 상기 하부 거푸집 상부에 상부 거푸집을 결합하는 제3단계; 상부 거푸집과 하부 거푸집이 결합된 거푸집 모듈을 회전시키는 제4단계; 및 상기 고정판에 형성된 노즐공을 통해서 급결제를 콘크리트가 교반된 상태의 기둥부 내주면에 분사하는 제5단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 PHC 파일 제조방법을 제공한다.

상기 제4단계는 상기 거푸집 모듈의 상대적인 회전 속도가 저속인 제4-1단계와, 상기 제4-1단계 보다 고속인 제4-2단계와, 상기 제4-2단계 보다 더 고속인 제4-3단계를 포함할 수 있다.

상기 제5단계는 상기 제4-2단계 또는 제4-3단계 또는 제4-2단계와 제4-3단계 사이에서 상기 거푸집 모듈의 회전이 가속되는 구간에 이루어질 수 있다.

상기 PHC 파일 제조방법은 상기 제5단계 이후에 상기 교반 상태의 기둥부 내주면 상에서 슬러지가 고착되면서 일정한 두께로 이루어지는 내주면층이 형성되는 제6단계를 더 포함할 수 있다.

상기 PHC 파일 제조방법은 상기 제5단계가 완료된 후 고온의 스팀을 통해서 상기 거푸집 모듈 내부의 교반 상태의 기둥부 및 상기 내주면층을 양생시키는 제7단계; 및 상기 제7단계 완료 후, 상기 거푸집 모듈로부터 양생이 완료된 PHC 파일을 추출하는 제8단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 하부 거푸집과 상부 거푸집으로 이루어진 거푸집 모듈에 설치되어 콘크리트 양생 후 탈형하여 제작되는 PHC 파일에 있어서, 원판 형상으로 이루어져 상기 거푸집 모듈의 일 측 내부에 배치되는 인장판과, 상기 거푸집 모듈의 타 측 내부에 설치되고 중심에 노즐공이 형성되는 고정판과, 상기 인장판과 고정판 사이에서 상기 거푸집 모듈의 길이방향을 따라서 복수개 연결되는 강봉과 상기 강봉 주변을 감싸도록 배근되는 나선형 철근을 구비하는 철근부를 포함하는 파일 골격; 상기 철근부에 대응하도록 상기 거푸집 모듈 상에 설정량 콘크리트를 타설하여 상기 철근부를 감싸도록 형성되는 기둥부; 및 상기 거푸집 모듈이 원심 성형되면서 상기 콘크리트가 원심력에 의해 교반되어 교반된 상태의 기둥부가 상기 철근부를 감싸도록 배치되고, 상기 교반된 상태의 기둥부의 내부 중심에 상기 길이방향을 따라서 중공 영역이 형성되며, 상기 중공영역 내주면에 급결제를 분사하여 슬러지가 고착되면서 형성된 내주면층; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 PHC 파일을 제공한다.

상기 내주면층은 양생이 완료된 상기 기둥부의 내주면을 따라서 일정한 두께로 형성될 수 있다.

상기 PHC 파일은 상기 청구항 1 내지 청구항 5에 기재된 PHC 파일 제조방법으로 제조될 수 있다.

또한, 본 발명은 반 원형의 중공 원기둥 형상으로 길이방향을 따라서 길게 형성되고 일 단부에 축공이 형성되는 하부 거푸집과, 상기 하부 거푸집과 마주하여 탈착 가능하도록 결합되는 반 원형의 중공형 상부 거푸집을 포함하는 거푸집 모듈; 원판 형상으로 이루어져 상기 거푸집 모듈의 일 측 내부에서 슬라이딩 이동 가능하도록 배치되고 중심으로부터 상기 축공을 관통하도록 인장축이 결합되는 인장판과, 상기 거푸집 모듈의 타 측 내부에 설치되고 중심에 노즐공이 형성되는 고정판과, 상기 인장판과 고정판 사이에서 상기 길이방향을 따라서 복수개 연결되는 강봉과 상기 강봉 주변을 감싸도록 배근되는 나선형 철근을 구비하는 철근부를 포함하는 파일 골격이 상기 하부 거푸집 내부에 준비되면, 상기 철근부 주변에 콘크리트를 설정량 채우고 상기 하부 거푸집과 상부 거푸집을 결합하며, 상기 노즐공을 통해 선택적으로 출입하여 교반 상태의 콘크리트 내부에 형성된 중공 영역 내주면에 급결제를 공급하는 급결제 분사모듈; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 PHC 파일 제조장치를 제공한다.

상기 PHC 파일 제조장치는 상기 하부 거푸집과 상부 거푸집이 결합된 후에 상기 거푸집 모듈을 회전시키는 원심 성형부; 및 상기 거푸집 모듈의 회전을 종료하고 고온의 스팀에서 양생하는 양생부; 를 더 포함할 수 있다.

상기 급결제 분사모듈은 상기 거푸집 모듈이 상기 원심 성형부 상에서 회전 중인 상태에서 인입되어 급결제를 분사하고, 회전이 종료되기 전에 인출될 수 있다.

상기 급결제 분사모듈은 상기 노즐공을 통하여 상기 중공 영역 내부에 인입되며, 외주면에 복수개의 분사공이 형성되는 분사노즐과, 상기 분사노즐 내부에 공급될 급결제에 압력을 제공하는 압력 제공부와, 상기 분사노즐에 공급되는 급결제의 압력을 제어하는 압력 제어부를 포함할 수 있다.

상기 압력 제어부는 상기 인장판에서 고정판 방향을 향하여 상기 분사노즐이 배출되면서 급결제의 분사 압력이 점차 감소하도록 제어될 수 있다.

본 발명에 따른 PHC 파일 및 이의 제조방법 및 제조장치에 따르면,

첫째, PHC 파일 내부의 중공 영역에서 발생되는 슬러지를 별도로 배출할 필요가 없고,

둘째, 배출할 슬러지가 없어지면서 슬러지 배출에 필요한 처리비용 및 시간을 절감할 수 있으며,

셋째, 슬러지의 배출을 원천 차단함으로써 보다 환경 친화적인 제품을 생산할 수 있고,

넷째, 슬러지를 기둥부 내주면 상에서 내주면층으로 성형함으로써 PHC 파일의 압축강도를 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 PHC 파일의 제조장치를 간략히 도시하는 블럭도이다.
도 2a 내지 도 2g는 도 1에 나타낸 PHC 파일의 제조장치에서 PHC 파일이 제조되는 과정을 도시하는 참고도이다.
도 3은 PHC 파일의 내부 구조를 간략하게 도시하는 참고도이다.
도 4는 도 2b에 나타낸 거푸집 모듈 내부에서 PHC 파일의 파일 골격에 콘크리트가 타설된 상태를 도시하는 참고도이다.
도 5는 도 2e에 나타낸 거푸집 모듈 내부에 삽입될 급결제 분사모듈을 도시하는 사시도이다.
도 6은 도 2g에 나타낸 거푸집 모듈로부터 탈형한 PHC 파일의 일 단면을 도시하는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 PHC 파일의 제조방법을 도시하는 플로우차트이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소 들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.

및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 PHC 파일의 제조장치를 간략히 도시하는 블럭도이다.

본 발명의 실시예에 따른 PHC 파일 제조장치(100)는 PHC 파일 성형부(110)와, 파일 골격 인장부(120)와, 원심 성형부(130)와, 급결제 분사모듈(131)과, 양생부(140) 및 파일 추출부(150)를 포함한다.

PHC 파일 성형부(110)는 반 원형의 중공 원기둥 형상의 하부 거푸집(도 2a 참조, 111)과 상부 거푸집(도 2a 참조, 112)으로 이루어진 거푸집 모듈(도 2a 참조, 113)을 포함한다.

거푸집 모듈(113)은 후기할 PHC 파일(도 2g 참조, 10)의 외형에 대응하는 크기와 형상을 갖도록 내부에 설치공간이 형성된다. 본 발명의 거푸집 모듈(113)은 일반적인 원기둥 형상의 PHC 파일에 대응하는 설치공간이 형성된 것을 일 예로써 설명한다.

여기서, PHC 파일(10)은 일 측에 배치된 인장판과, 타 측에 배치된 고정판과, 인장판과 고정판 사이를 연결하는 복수개의 강봉과 각 강봉을 감싸도록 배근되는 나선형 철근을 구비하는 철근부를 포함하는 파일 골격과, 파일 골격 주변에 콘크리트를 채우고 원심 성형한 후 양생 시켜서 제작된다.

파일 골격 인장부(120)는 거푸집 모듈(113) 내부에서 파일 골격을 길이방향을 따라서 인장 시킴으로써 파일 골격 내부의 강봉이 처지지 않고 텐션을 갖도록 잡아당겨 준다. 예컨대, 파일 골격 인장부는 거푸집 모듈 내부에 파일 골격이 설치된 후에, 콘크리트를 타설하고 상부와 하부 거푸집이 결합된 다음에 인장판 상에 마련된 인장축을 잡아당겨서 인장력을 제공할 수 있다.

이때 거푸집 모듈(113)의 일 측은 인장축과 나사 결합되어 거푸집 모듈(113) 내부에서 인장판이 거푸집 모듈의 일 측 방향을 향해서 인장력이 가해지도록 지지할 수 있다.

따라서, 인장판에 가해지는 인장력은 PHC 파일의 양생이 완료된 후 탈형될 때까지 유지될 수 있다. 여기서 강봉에 가해지는 응력은 강봉이 가지는 인장하중의 약 50~80% 범위에서 형성될 수 있다.

원심 성형부(130)는 거푸집 모듈을 롤러 상에 올려놓고 회전시켜 거푸집 모듈 내부에 설치된 파일 골격과 콘크리트가 밀착되고, 원심력에 의해서 거푸집 모듈의 내주면 방향으로 밀착되도록 성형시킨다. 이때, 회전하는 거푸집 모듈의 내부에서 콘크리트 내측에는 콘크리트가 원심력에 의해 외측으로 밀려나면서 중공 영역이 형성된다. 원심 성형부(130)는 적어도 둘 이상의 서로 다른 속도도 회전하도록 제어되며, 보다 바람직하게는 저속, 중속, 고속으로 3단계의 속도로 회전속도가 제어될 수 있다.

양생부(140)는 원심 성형이 완료된 거푸집 모듈을 복수개 저장하는 저장고(141)와, 저장고(141) 내부에 상압 증기를 제공하는 스팀 발생부(142)를 포함한다. 따라서, PHC 파일(10)은 증기에 의한 양생을 통해서 일정한 강도를 갖도록 경화될 수 있다. 이때, 양생부는 20~90℃ 온도 범위에서 약 2~7시간 범위로 양생 조건을 제공할 수 있다.

도면에 도시하지는 않았지만, 양생부(140)는 상대적으로 고온 또는 고압에서 추가적으로 양생 조건을 제공하는 제2양생부를 포함할 수 있다.

탈형 및 파일 추출부(150)는 하부 거푸집과 상부 거푸집을 서로 분리하여 PHC 파일을 탈형 및 추출한 후, 야적 또는 출하하도록 하는 기능을 제공한다.

도 2a 내지 도 2g는 도 1에 나타낸 PHC 파일의 제조장치에서 PHC 파일이 제조되는 과정을 도시하는 참고도이다.

도 2a는 하부 하우징(111) 상에 파일 골격(121)을 설치하는 과정을 나타낸다.

하부 거푸집(111) 상에는 일 측에 인장판(122)이 배치되고, 타 측에 고정판(123)이 배치되며, 인장판(122)과 고정판(123)을 연결하는 강봉(예컨대, PC강봉, 124)이 복수개 배근되고, 강봉(124)을 감싸도록 나선형 철근(125)이 배근된다. 여기서, 강봉(124)과 나선형 철근(125)을 포함하여 철근부(126)를 이룬다. 이때, 강봉(124)은 서로 동일한 길이를 갖도록 복수개 절단되어 각각 인장판(122)과 고정판(123)에 고정되며, 나선형 철근(125)은 편성기를 이용하여 50~100mm 피치 범위에서 강봉(124) 상에 용접될 수 있다. 이하에서, 인장판(122)과 고정판(123) 사이에 강봉(124)과 나선형 철근(125)을 각각 조립한 상태를 파일 골격(121)으로 지칭한다.

예컨대, 파일 골격(121)을 하부 거푸집(111) 내부에 설치한 후에는 헤드 밴드(미도시), 상부캡(미도시), 하부캡(미도시) 및 슈(미도시) 등을 결합하고 볼팅하는 공정이 추가될 수 있다.

도 2b는 파일 골격(121)을 하부 거푸집(111) 내부에 설치하고, 인장판(122)과 고정판(123) 사이에 콘크리트를 타설한 상태를 나타내고, 도 2c는 하부 거푸집과 상부 거푸집을 서로 결합하는 과정을 나타낸다.

이렇게 하부 거푸집 내부에 파일 골격(121)이 설치되고, 콘크리트(127)가 타설된 후 상부 거푸집(112)과 하부 거푸집(111)의 체결이 완료되면 거푸집 모듈(113)을 원심 성형부(도 1 참조, 130)로 이동한다.

도 2c는 상부 거푸집(112)과 하부 거푸집(111)의 체결이 완료된 상태를 나타낸다. 이때, 거푸집 모듈(113)을 원심 성형부(130)로 이동하기 전에 인장축(114)에 인장하중을 걸어서 인장판(도 2b 참조, 122)이 거푸집 모듈(113)의 일 측을 향하여 외측으로 당겨짐으로써 강봉(도 2b 참조, 124)에 인장하중이 유지된다. 인장축(114)은 상술한 탈형 및 파일 추출부(150)에서 인장판(122)으로부터 분리될 수 있다.

도 2d는 원심 성형부(130)의 롤러(132) 상에 거푸집 모듈(113)이 올려진 상태를 나타낸다.

원심 성형부(130)는 롤러(132)의 회전력을 거푸집 모듈(113)에 전달하여 거푸집 모듈(113)을 회전시킨다. 원심 성형부(130)는 먼저 저속으로 거푸집 모듈(113)을 회전시킨다. 그리고, 저속에서 속도를 단계적으로 또는 지속적으로 더 올려서 중속으로 거푸집 모듈(113)을 회전시킨다. 그리고, 중속에서 속도를 더 올려서 고속으로 거푸집 모듈(113)을 회전시킨다. 원심 성형부(130)는 거푸집 모듈(113)을 하부에서 회전 가능하도록 지지하는 복수개의 롤러(132)와, 적어도 하나 또는 복수개의 롤러(132)에 회전력을 제공하는 모터 구동부(미도시)를 포함한다.

도 2e는 거푸집 모듈(113) 내부에 급결제 분사모듈(131)이 급결제를 분사하고 있는 상태를 도시하는 측단면도이다.

급결제 분사모듈(131)은 분사노즐(131a)과, 압력 제공부(131b) 및 압력 제어부(131c)를 포함한다.

교반 상태의 콘크리트(127)는 아직 원심 성형부(도 2d 참조, 130) 상에서 회전하고 있기 때문에 원심력에 의해서 거푸집 모듈(113)의 내주면에 밀착되어 있고, 이때 교반 상태의 콘크리트(127) 중심에는 비어 있는 중공 영역(128)이 형성된다.

분사노즐(131a)은 원심 성형부(130) 상에서 거푸집 모듈(113)이 회전하고 있을 때, 고정판(123)의 중심에 형성된 노즐공(123a)을 통해서 중공 영역(128)에 삽입되고, 거푸집 모듈(113)의 노즐공(123a)으로부터 회전이 정지하기 전에 배출되는 것이 바람직하다.

분사노즐(131a)은 중공 영역(128)의 내주면 상에 급결제를 분사하도록 외주면 상에 복수개의 분사공(131d)이 형성된다. 분사노즐(131a)은 노즐공(131d)으로부터 가장 깊숙한 인장판(122)에 인접한 중공 영역(128)의 내주면부터 급결제를 분사하며 노즐공(131d)을 통해서 서서히 배출될 수 있다. 물론, 노즐공(131d)에 가까운 중공 영역(128)의 내주면부터 급결제를 분사할 수도 있고, 노즐공(131d) 상에 두 개의 분사노즐이 서로 다른 길이를 갖도록 삽입된 후 중공 영역(128) 내주면에 같은 방향을 따라서 또는 서로 다른 방향을 향해서 이동하면서 급결제를 분사(미도시)할 수도 있다.

급결제는 혼화제라고도 불리며, AE감수제, 촉진형 감수제, 무염화 감수제, 고성능 유동화제, 폴리카본산계 유동화제, 폴리카본산계 AE감수제 중 적어도 하나 또는 복수개를 포함할 수 있다. 이러한 급결제는 응결시간을 단축하여 중공 영역 내주면 상에서 슬러지가 스며 나오는 것을 방지할 수 있다. 또한, 급결제는 원심 성형부 상에서 거푸집 몰드가 회전 중이기 때문에 중공 영역 내주면 상에서 일정한 두께로 퍼질 수 있다.

분사노즐(131a) 상에서 분사노즐(131a)의 선단에 가까울수록 길이방향을 따라서 배치된 인접한 다른 분사공(131d)과의 간격이 좁게 형성될 수 있다. 또는, 분사노즐(131a) 상에서 분사노즐(131a)의 선단에 가까울수록 분사공(131d)의 지름 또는 단면적이 크게 형성될 수 있다.

압력 제공부(131b)는 공압으로 채워진 탱크 또는 공압을 생성하여 공급하는 컴프레셔(compressor)가 될 수 있다. 압력 제공부(131b)는 공기압력을 분사노즐(131a) 방향으로 전달하면서 급격제가 저장된 급결제 용기(도 5 참조, 131e)의 급결제를 함께 분사노즐(131a)로 전달함으로써 급결제(또는 물에 희석된 급결액)가 분사노즐(131a)로부터 분사되도록 할 수 있다.

압력 제어부(131c)는 압력 제공부(131b)와 분사노즐(131a) 사이에 배치되어 분사노즐(131a)로부터 분사되는 급결제의 압력 또는 양을 제어할 수 있다. 예컨대, 급결제의 분사가 시작되는 영역에서는 분사압력이 크거나 또는 분사량이 많게 제어하고, 분사가 종료되는 영역에 가까울수록 분사압력이 점차 작아지거나 또는 분사량이 점차 적어지도록 제어할 수 있다.

도 2f는 양생부(140)를 도시한다.

양생부(140)는 내부에 복수개의 거푸집 모듈(113)이 적층되어 보관될 수 있는 저장고(도 1 참조, 141)와, 양생부(140) 내부에 증기를 공급하는 스팀 발생부(도 1 참조, 142)를 포함한다. 저장고(141) 내부의 거푸집 모듈(113)은 스팀 발생부에서 발생된 스팀에 의해 가열 상태로 양생될 수 있다.

도 2g는 PHC 파일(10)의 탈형 및 추출 과정을 도시한다.

양생이 완료된 PHC 파일(10)은 상부 거푸집(112)과 하부 거푸집(111)을 분리한 후 개별적으로 추출된다. 추출된 PHC 파일(10)은 별도로 도색공정, 로트 넘버 마킹공정, 검사공정 등을 거쳐서 야적장에 보관되거나, 또는 출하장으로 운반될 수 있다.

도 3은 PHC 파일을 도시하는 참고도이고, 도 4는 도 2b에 나타낸 거푸집 모듈 내부에서 PHC 파일의 파일 골격에 콘크리트가 타설된 상태를 도시하는 참고도이며, 도 5는 도 2e에 나타낸 거푸집 모듈 내부에 삽입될 급결제 분사모듈을 도시하는 사시도이다.

이하에서는 전기한 PHC 파일 제조장치(100)를 통해서 제조된 PHC 파일(10)에 대해서 상세하게 설명한다.

PHC 파일(10)은 길이방향을 따라서 길게 형성된 원기둥 형상으로 이루어진다.

PHC 파일(10)은 일 측에 배치되는 인장판(122)과, 타 측에 배치되는 고정판(123)과, 인장판(122)과 고정판(123) 사이를 연결하는 강봉(124)과, 강봉(124)의 외주를 감싸도록 배치되면서 인장판(122)과 고정판(123) 사이에 배근되는 나선형 철근(125)으로 이루어진 철근부(126)를 포함하는 파일 골격(121)과, 파일 골격(121) 주변에 콘크리트(127)를 타설하여 파일 골격(121)과 함께 중공의 원기둥 형상으로 양생된 기둥부(127a) 및 기둥부(127a) 내주면에 형성된 내주면층(도 6 참조, 129)을 포함한다.

인장판(122)은 강봉(124)의 일 단부가 결합되어 인장판(122)에 인장응력이 가해지면 강봉에 허용응력 범위에서 텐션이 가해지게 된다. 물론, 인장판(122)은 거푸집 모듈(113) 내부에서 수평이동이 가능하도록 설치될 수 있다.

도면에 도시하지는 않았지만, 예컨대 인장판(122)은 강봉(124)의 일 단부가 결합된 제1인장판(미도시)과, 제1인장판 외측에 결합되어 외부 중심에 인장축이 결합되며 제1인장판과 탈착 가능하도록 결합되었다가 PHC 파일의 탈형 후에 제1인장판으로부터 탈거되는 제2인장판(미도시)을 포함할 수 있다.

고정판(123)은 인장판(122)과 나란히 이격 배치되어 이들의 이격 간격이 PHC 파일(10)의 길이를 형성하며, 거푸집 모듈(113)에 탈착 가능하도록 설치될 수 있다.

따라서, 파일 골격(121) 인장 시, 거푸집 모듈(113) 내부에서 고정된 고정판(123)을 기준으로 인장판(122)이 이동하면서 강봉(124)을 인장하게 된다.

철근부(126)는 강봉(124)과 나선형 철근(125)을 포함한다.

강봉(124)은 인장판(122)과 고정판(123)을 연결하는 복수의 PC강봉으로 이루어질 수 있다. 강봉(124)은 PHC 파일(10)의 규모와 지지력에 따라서 그 수 또는 지름이 달라질 수 있다.

나선형 철근(125)은 복수개의 강봉(124) 외부를 코일 스프링 형상으로 감싸도록 배치된다. 이때, 강봉(124)과 나선형 철근(125)이 교차하는 부분에는 용접이 이루어질 수 있다. 나선형 철근(125)의 피치 또는 지름 역시 PHC 파일(10)의 규모 또는 지지력에 따라서 달라질 수 있다.

PHC 파일(10)의 내부에는 길이방향을 따라서 중심에 중공 영역(128)이 형성된다. 즉, PHC 파일(10)은 내부 중심이 길이방향을 따라서 비어 있는 구조를 가진다.

기둥부(127a)는 파일 골격(121) 부분에 타설된 콘크리트(127)가 원심 성형을 통해 교반되면서 양생되어 일 단면이 도넛 형상으로 성형된다. 물론 기둥부(127a)는 콘크리트(127)가 양생되기 전에 교반된 콘크리트(127) 또는 교반된 상태의 기둥부(127)로 지칭할 수 있고, 양생이 완료된 상태에서는 기둥부(127a)로 지칭한다.

도 5에서와 같이, 원심 성형부(130)의 롤러(132) 상에서 거푸집 모듈(113)이 회전하고 있을 때, 급결제 분사모듈(131)이 노즐공(123a)을 통해서 인입되어 급결제를 분사한다.

급결제 분사모듈(131)은 분사노즐(131a)과, 압력 제공부(131b)와 압력 제어부(131c)를 포함한다. 또한, 급결제 분사모듈(131)의 상세한 설명은 상술한 바와 동일하기 때문에 중복 설명은 생략한다.

분사노즐(131a)이 교반된 상태의 기둥부(127) 내부의 중공 영역(128) 내주면에 급결제를 분사하면, 종래 중공 영역의 내주면에 슬러지가 스며 나오는 것을 방지할 수 있다. 종래에 이러한 슬러지는 원기둥 형상의 중공 영역에서 양생되면서 중공 영역의 내주면으로부터 돌출된 형태로 굳어져 중공 영역의 일부 공간을 차지하기 때문에 후처리를 통해서 제거해야만 했는데, 본 발명의 급결제 분사모듈(131)을 통해서 회전 중인 중공 영역(128)에 급결제를 분사함으로써 슬러지가 중공 영역(128) 내부로 채 스며 나오기 전에 빠르게 응결시켜 교반 중인 콘크리트(127)의 내주면 또는 양생 완료된 기둥부(127a)의 내주면 상에서 내주면층(도 6 참조, 129)을 형성하게 된다.

도 6은 도 2g에 나타낸 거푸집 모듈로부터 탈형한 PHC 파일의 일 단면을 도시하는 단면도이다.

도 6을 참조하면, PHC 파일(10)은 일 측면이 도넛 형상을 가지는 기둥부(127a)와, 기둥부(127a) 내주면 상에 형성된 내주면층(129)을 포함한다.

이러한 내주면층(129)은 종래 PHC 파일 내부에 슬러지가 스며 나와서 일부 배출되고 나머지 일부가 중공 영역 상에서 일부 평면이 되도록 응결 및 고착되었던 것과 달리, 기둥부(129)의 내주면 상에서 얇은 도넛 형상의 원형으로 응결 및 고착된다. 때문에 PHC 파일(10)의 중공 영역(128)을 별도로 후가공 해야 하는 번거로움이 사라진다. 물론, 종래 PHC 파일 내부의 슬러지를 배출하는 공정이 본 발명의 PHC 파일 제조 공정에서는 사라지기 때문에 오폐수 처리에 대한 시간과 비용을 절감하고, 환경 친화적인 기술로 한 발 더 도약할 수 있다.

또한, 내주면층(129)은 종래 PHC 파일의 기둥부 내주면 상에서 없었던 구성으로 기둥부(127a)와 별개로 또 하나의 레이어를 형성함으로써 기둥부(127a)가 가지는 압축강도에 추가적으로 압축강도를 보강할 수 있는 이점이 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 PHC 파일의 제조방법을 도시하는 플로우차트이다.

이하에서는 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 PHC 파일의 제조방법을 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 PHC 파일의 제조방법(S100)은 제1단계(S110) 내지 제6단계(S160)를 포함한다.

먼저, 제1단계(S110)는 하부 하우징 상의 일 측에 인장판이 배치되고, 타 측에 고정판이 배치되면, 인장판과 고정판을 연결하는 강봉을 복수개 배근하고, 각 강봉을 감싸도록 나선형 철근을 배근한 파일 골격을 설치한다.

제2단계(S120)는 하부 거푸집 내부에서 철근부 상에 콘크리트를 타설한다.

제3단계(S130)는 하부 거푸집 상에 콘크리트가 타설된 후 상부 거푸집과 하부 거푸집을 결합한다. 거푸집 모듈의 체결이 완료되면 거푸집 모듈을 원심 성형부로 이동한다.

제4단계(S140)는 거푸집 모듈을 원심 성형부를 통하여 원심 성형한다.

이때, 제4단계(S140)는 거푸집 모듈을 저속으로 회전하는 제4-1단계(S141)와, 거푸집 모듈을 중속으로 회전하는 제4-2단계(S142)와, 거푸집 모듈을 고속으로 회전하는 제4-3단계(S143)를 포함한다. 여기서 원심 성형부의 회전 속도는 저속에서 고속으로 단계적으로 속도를 가속하여 회전하는 것을 일 예로써 설명하며, 저속 내지 고속의 순서는 바뀔 수 있고, 저속 내지 고속 중 어느 하나가 생략될 수도 있다.

제5단계(S150)는 급결제 분사모듈을 통하여 교반 상태의 기둥부 중심에 비어 있는 중공 영역의 내주면에 급결제를 분사한다.

분사노즐은 원심 성형부 상에서 거푸집 모듈이 회전하고 있을 때, 고정판의 중심에 형성된 노즐공을 통해서 중공 영역에 삽입되어 중공 영역의 내주면 상에 급결제를 분사한다. 물론, 제5단계(S150)는 제4-1단계(S141) 내지 제4-3단계(S143) 중 어느 한 단계 또는 어느 한 단계와 다른 한 단계 사이에서 가속 또는 감속되는 구간에서 이루어질 수 있다.

제6단계(S160)는 교반된 상태의 기둥부가 응결 및 고착되면서 내주면층을 형성한다. 내주면층은 양생이 완료된 기둥부와 별도의 구성으로써 추가적인 압축강도를 제공함과 동시에 종래 슬러지를 분리 배출하면서 오폐수 처리 비용과 시간이 드는 것을 절감할 수 있고, 또한 오폐수 처리에 따른 공정이 삭제되면서 친환경적인 기술을 확보할 수 있는 이점이 있다.

물론, PHC 파일은 상술한 PHC 파일의 제조방법에 의해서 제조될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 PHC 파일 및 이의 제조방법 및 제조장치에 의하면, PHC 파일 내부의 중공 영역에서 발생되는 슬러지를 별도로 배출할 필요가 없고, 배출할 슬러지가 없어지면서 슬러지 배출에 필요한 처리비용 및 시간을 절감할 수 있으며, 슬러지의 배출을 원천 차단함으로써 보다 환경 친화적인 제품을 생산할 수 있고, 슬러지를 기둥부 내주면 상에서 내주면층으로 성형함으로써 PHC 파일의 압축강도를 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위+에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의해 결정되어야 한다.

10: PHC 파일
100: PHC 파일의 제조장치
110: PHC 파일 성형부
120: 파일 골격 인장부
130: 원심 성형부
131: 급결제 분사모듈
140: 양생부
150: 탈형 및 파일 추출부

Claims (13)

1. 하부 거푸집 내부에서 일 측에 인장판을 설치하고, 타 측에 고정판을 설치하며, 인장판과 고정판 사이에 철근부를 배근하여 파일 골격을 설치하는 제1단계;
   상기 하부 거푸집 상에서 상기 철근부와 대응하는 위치에 콘크리트를 타설하는 제2단계;
   상기 하부 거푸집 상부에 상부 거푸집을 결합하는 제3단계;
   상부 거푸집과 하부 거푸집이 결합된 거푸집 모듈을 회전시키는 제4단계; 및
   상기 거푸집 모듈을 회전시키면서 상기 고정판에 형성된 노즐공을 통해서 급결제를 콘크리트가 교반된 상태의 기둥부 내주면에 제공하는 제5단계;
   거푸집 모듈의 회전을 유지시키면서 교반 상태의 기둥부 내주면 상에 슬러지가 고착되면서 일정한 두께를 가지면서 환형 또는 도넛 모양으로 형성되어 추가적인 두께 및 추가적인 압축강도를 제공하는 내주면 층을 형성하는 제6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PHC파일의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제4단계는,
   상기 거푸집 모듈의 상대적인 회전 속도가 저속인 제4-1단계와,
   상기 제4-1단계 보다 고속인 제4-2단계와,
   상기 제4-2단계 보다 더 고속인 제4-3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PHC 파일 제조방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제5단계는,
   상기 제4-2단계 또는 제4-3단계 또는 제4-2단계와 제4-3단계 사이에서 상기 거푸집 모듈의 회전이 가속되는 구간에 이루어지는 것을 특징으로 하는 PHC 파일 제조방법.
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제5단계가 완료된 후 고온의 스팀을 통해서 상기 거푸집 모듈 내부의 교반 상태의 기둥부 및 상기 내주면층을 양생시키는 제7단계;
   상기 제7단계 완료 후, 상기 거푸집 모듈로부터 양생이 완료된 PHC 파일을 추출하는 제8단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PHC 파일 제조방법.
6. 하부 거푸집과 상부 거푸집으로 이루어진 거푸집 모듈에 설치되어 콘크리트 양생 후 탈형하여 제작되는 PHC 파일에 있어서,
   원판 형상으로 이루어져 상기 거푸집 모듈의 일 측 내부에 배치되는 인장판과, 상기 거푸집 모듈의 타 측 내부에 설치되고 중심에 노즐공이 형성되는 고정판과, 상기 인장판과 고정판 사이에서 상기 거푸집 모듈의 길이방향을 따라서 복수개 연결되는 강봉과 상기 강봉 주변을 감싸도록 배근되는 나선형 철근을 구비하는 철근부를 포함하는 파일 골격;
   상기 철근부에 대응하도록 상기 거푸집 모듈 상에 설정량 콘크리트를 타설하여 상기 철근부를 감싸도록 형성되는 기둥부; 및
   상기 거푸집 모듈이 원심 성형되면서 상기 콘크리트가 원심력에 의해 교반되어 교반된 상태의 기둥부가 상기 철근부를 감싸도록 배치되고, 상기 교반된 상태의 기둥부의 내부 중심에 상기 길이방향을 따라서 중공 영역이 형성되며, 상기 중공영역 내주면에 급결제를 제공하여 슬러지가 고착되면서 형성된 내주면층;을 포함하되,
   상기 내주면 층은 일정한 두께를 가지면서 환형 또는 도넛 모양으로 형성되어 추가적인 두께 및 추가적인 압축강도를 제공하는 것을 특징으로 하는 PHC 파일.
7. 삭제
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 PHC 파일은,
   상기 청구항 1 내지 3, 및 청구항 5 중 어느 하나에 기재된 PHC 파일 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 PHC 파일.
9. 반 원형의 중공 원기둥 형상으로 길이방향을 따라서 길게 형성되고 일 단부에 축공이 형성되는 하부 거푸집과, 상기 하부 거푸집과 마주하여 탈착 가능하도록 결합되는 반 원형의 중공형 상부 거푸집을 포함하는 거푸집 모듈;
   원판 형상으로 이루어져 상기 거푸집 모듈의 일 측 내부에서 슬라이딩 이동 가능하도록 배치되고 중심으로부터 상기 축공을 관통하도록 인장축이 결합되는 인장판과, 상기 거푸집 모듈의 타 측 내부에 설치되고 중심에 노즐공이 형성되는 고정판과, 상기 인장판과 고정판 사이에서 상기 길이방향을 따라서 복수개 연결되는 강봉과 상기 강봉 주변을 감싸도록 배근되는 나선형 철근을 구비하는 철근부를 포함하는 파일 골격이 상기 하부 거푸집 내부에 준비되면, 상기 철근부 주변에 콘크리트를 설정량 채우고 상기 하부 거푸집과 상부 거푸집을 결합하며,
   상기 노즐공을 통해 선택적으로 출입하여 교반 상태의 콘크리트 내부에 형성된 중공 영역 내주면에 급결제를 공급하는 급결제 분사모듈;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 PHC 파일 제조장치.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 하부 거푸집과 상부 거푸집이 결합된 후에 상기 거푸집 모듈을 회전시키는 원심 성형부;
    상기 거푸집 모듈의 회전을 종료하고 고온의 스팀에서 양생하는 양생부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PHC 파일 제조장치.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 급결제 분사모듈은,
    상기 거푸집 모듈이 상기 원심 성형부 상에서 회전 중인 상태에서 인입되어 급결제를 분사하고, 회전이 종료되기 전에 인출되는 것을 특징으로 하는 PHC 파일 제조장치.
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 급결제 분사모듈은,
    상기 노즐공을 통하여 상기 중공 영역 내부에 인입되며, 외주면에 복수개의 분사공이 형성되는 분사노즐과,
    상기 분사노즐 내부에 공급될 급결제에 압력을 제공하는 압력 제공부와,
    상기 분사노즐에 공급되는 급결제의 압력을 제어하는 압력 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 PHC 파일 제조장치.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 압력 제어부는,
    상기 인장판에서 고정판 방향을 향하여 상기 분사노즐이 배출되면서 급결제의 분사 압력이 점차 감소하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 PHC 파일 제조장치.

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