KR102663484B1

KR102663484B1 - 철도 궤도의 지반 침하를 방지하기 위한 자갈층 고상화 방법

Info

Publication number: KR102663484B1
Application number: KR1020210193675A
Authority: KR
Inventors: 박승호
Original assignee: 주식회사 제트콘코리아
Priority date: 2021-12-31
Filing date: 2021-12-31
Publication date: 2024-05-14
Also published as: KR20230104789A

Abstract

본 발명은 철도 궤도의 지반 침하를 방지하기 위한 자갈층 고상화 방법에 관한 것이다. 본 발명은 물과 라텍스혼합개질 콘크리트 조성물을 각각 1000 : 400 또는 1000 : 500 중량비로 혼합하되, 라텍스혼합개질 콘크리트 조성물은 저발열 특수시멘트 16~19 중량%; 골재 72~76 중량%; 폴리머 개질제 3~5 중량%; 및 물 3~5 중량%;를 포함하여 이루어지고, 저발열 특수시멘트는 분말상태의 무기계 혼화재인 고로수쇄슬래그 미분말 2~40 중량%와, 보통포틀랜드 시멘트 10~30 중량%와, 칼슘설포알루미네이트계 클링커 15~40 중량%와, 칼슘알루미네이트계 클링커 2~10중량%와, 무수석고 10~30 중량%와, 소석회 2~5 중량%와, 첨가제 2~5 중량%로 이루어진다.

Description

철도 궤도의 지반 침하를 방지하기 위한 자갈층 고상화 방법{Gravel stratum solidification method to prevent ground subsidence of railroad tracks}

본 발명은 철도 궤도의 지반 침하를 방지하기 위한 자갈층 고상화 방법에 관한 것이다.

본 발명은 특히, 자갈층을 콘크리트와 혼합하여 고상화된 콘크리트 구조체를 철도 궤도에 설치함으로써 반영구적으로 사용할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 각종 토목공사에서는 자갈층 등의 베이스를 다짐하게 되는데, 이 경우에는 무거운 물체로 굴리거나 두들기는 방법 또는 진동에 의해 베이스를 구성하는 입자간의 간격을 줄이는 방법을 사용한다.

그러나 철로의 자갈층은 일정간격을 두고 레일을 받쳐 고정하는 침목이 배치되므로 상기 두 방법 중에서 후자의 방법을 사용하여 다짐하게 된다.

이러한 철로의 자갈층 다짐은 철로의 신설공사에서뿐만 아니라 기존 철로에서도 시행되는데, 일반적으로 사용되고 있는 다짐장치는 진동모터의 떨림이 장치의 사용자에게 그대로 전해지기 때문에 작업성이 떨어진다.

구체적인 종래기술로는 실용신안등록 제20-0172089호가 있다.

도 1을 참조하면 자갈층 다짐장치는 크게 진동모터, 모터하우징, 다짐판, 손잡이 및 모터를 손잡이에 연결 지지하면서 충격을 완화시키는 판스프링 등으로 구성된다.

상기 진동모터는 하우징(10)의 내부에 설치된다. 하우징(10)은 상부와 하부(10a)(10b)로 구분되고 이들은 볼트와 너트로 된 소정의 결합구(12)(12a)에 의해서 내부에 진동모터를 설치한 후에 결합 고정된다. 그리고 하우징(10)의 양쪽에는 다짐판(20)과 제 1 및 제 2 판스프링(30)(40)을 고정하기 위한 구멍이 뚫려 있다.

상기 다짐판(20)은 기다란 판상의 형태를 가지며, 일단에는 하우징(10)의 구멍에 대응하는 구멍이 뚫려 있고 타단은 조금 굽어진 형태이다.

상기 손잡이부(50)는 파이프와 같은 내부가 빈 봉 형태이며, 모터에 연결된 인입전선(52)과 전원인가/단락을 위한 스위치(54)가 구비되어 있다.

이러한 손잡이부(50)와 모터 하우징(10)은 판스프링(30)(40)에 의해 지지 연결된다. 제 1 판스프링(30)과 제 2 판스프링(40)의 각 일단은 손잡이부(50)의 중단과 끝단에 설치된 브라켓트(36)(46)에 고정핀(38)(48)으로 결합 고정된다. 그리고 판스프링(30)(40)의 타단은 하우징(10)의 일단에 고정되는데, 제 1 판스프링(30)의 타단에는 하우징의 양쪽 구멍에 대응하는 구멍이 뚫려 있어 보조 판스프링(32)(34)를 고무판(32a)(34a)를 내재시킨 상태에서 양쪽에 배치하고 제 2 판스프링(40)의 타단이 돌설된 결합구(44)에 고정핀(45)으로 결합 고정되는 결합부재(42)를 보조 판스프링(34)의 외곽에 배치한 상태에서 조립 고정되는데, 이때 하우징(10)의 타단에 다짐판(20)을 배치한 상태에서 기다란 볼트(22)(22a)와 너트(24)(24a)를 이용하여 결합 고정된다.

이와 같이 구성되는 자갈층 다짐장치는 작업자가 손잡이부(50)를 잡고 다짐판(20)을 자갈층에 댄 상태에서 전원스위치(54)를 작동시킨다. 전원인가에 의해 하우징(10) 내부에 설치된 진동모터가 작동되면서 그 진동이 그 하우징(10)의 일단에 결합된 다짐판(20)에 그대로 전달되어 자갈층의 다짐에 이용된다.

한편, 하우징(10)의 타단에는 제 1 판스프링(30)이 고무판(32a)(34a)을 내재한 상태로 결합 고정되고 그 외곽에 제 2 판스프링(40)이 조립되어 있기 때문에 판스프링에 전달되는 진동이 고무판에서 1차 완충되고 다시 구부러진 형태의 제 1 및 제 2 판스프링(30)(40)에 의해 2차적으로 완충되므로 손잡이부(50)에 전달되는 진동은 현격하게 줄어들게 된다.

그러나 상기와 같은 종래기술은 다짐판을 이용하여 자갈층을 다져서 지반의 침하를 예방하는 일부 효과가 있으나, 급격한 기온 변화에 따른 지반의 약화, 즉 지반이 얼었다가 해빙시 발생하는 지반의 약화, 비, 눈 등이 자갈층의 틈을 타고 흘러들어 지반을 약화 등을 근본적으로 방지할 수 있는 방법은 되지 못하였다.

또 다른 종래기술로는 도 2에 도시한 바와 같이, 지면위에 설치된 자갈(100)과, 상기 자갈(100)의 상부에 설치되는 콘크리트 침목(110)과, 상기 콘크리트 침목(110)의 상부에 철도차량이 통행할 수 있게 설치된 레일(120)로 이루어져 있다.

이와 같은 기술은 철도차량이 레일(120)을 따라 진행하게 되고, 철도차량이 레일(120)을 따라 운행할 때 충격이 발생되는데, 이 충격은 자갈(100)의 상부에 설치된 콘크리트 침목(110)에 의해 레일(120)이 손상되는 것을 방지할 수 있으나, 완충이나 방진 기능이 없어 철도차량이 고속으로 운행할 때 심한 진동과 소음이 발생하였고, 동절기같은 경우 철도차량에 물방울 등이 결빙되어 얼음 상태로 달라붙어 있는데, 이 상태에서 철도차량을 고속으로 운행하게 되면 결빙된 얼음이 자갈(100)로 떨어지게 되고, 얼음이 떨어진 자갈(100)은 그 충격 및 속도에 의해 파손되거나 철도차량에 부딪혀 철도차량이 손상되거나 심지어는 외부로 튕겨져 나가 주변에 있는 물품 등을 파손시킬 뿐만 아니라 인체에 상해를 입히게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술에 관련된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 철도 궤도의 지반 침하를 방지하기 위한 자갈층 고상화 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 해결과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 철도 궤도의 지반 침하를 방지하기 위한 자갈층 고상화 방법은,
철도 레일(1), 침목(2) 및 자갈층(4)으로 구성되어, 상기 철도 레일(1)의 하면(1b)은 침목(2)에 접촉하고, 상기 철도 레일(1)의 상면(1a)은 열차에 접촉하여 열차를 직접 지지하면서 열차의 주행을 유도하고, 상기 침목(2)은 철도 레일(1)로부터 받는 하중을 자갈층(4)에 전달하면서 철도 레일(1)의 위치를 유지하며, 상기 자갈층(4)은 상기 침목(2)으로부터 받은 하중을 노반(3)에 넓게 전달하여 침목(2)의 위치를 유지하며 탄성에 의한 충격력을 완화시키는 철도 궤도에서,
상기 자갈층(4)은 콘크리트와 혼합하여 고상화된 콘크리트 구조체로 대체되고,
상기 콘크리트 구조체는
상기 레일(1) 보다 폭이 넓게 구성된 침목(2)의 외주면 전체를 둘러쌓을 수 있는 크기의 프레임 형상으로 제조되어 궤도를 따라 연속으로 배치되며, 상기 프레임에 일정량의 자갈이 투입된 상태에서 라텍스혼합개질 콘크리트 조성물과 물을 각각 1000 : 400 중량비 또는 1000:500 중량비로 혼합하여 제조하고,
상기 라텍스혼합개질 콘크리트 조성물은
저발열 특수시멘트 16~19 중량%; 골재 72~76 중량%; 폴리머 개질제 3~5 중량%; 및 물 3~5 중량%;를 포함하여 이루어지고,
상기 저발열 특수시멘트는

분말상태의 무기계 혼화재인 고로수쇄슬래그 미분말 2~40 중량%와, 보통포틀랜드 시멘트 10~30 중량%와, 칼슘설포알루미네이트계 클링커 15~40 중량%와, 칼슘알루미네이트계 클링커 2~10중량%와, 무수석고 10~30 중량%와, 소석회 2~5 중량%와, 첨가제 2~5 중량%로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 첨가제는 상기 저발열 특수시멘트의 전체 중량 대비 실리카 퓸 1.0~4.0 중량%와, 고유동화제 0.5~2.0 중량%와, 경화촉진제 0.1~0.5 중량%와, 응결지연제 0.1~1.0 중량%와, 소포제 0.1~0.3 중량%로 이루어지고,
상기 골재는 골재의 전체 중량 대비 모래 54~57 중량%와, 자갈 43~46 중량%로 이루어진 것을 특징으로 한다.

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본 발명의 철도 궤도의 지반 침하를 방지하기 위한 자갈층 고상화 방법에 따르면, 저발열 특수 시멘트를 활용한 라텍스 혼합개질 콘크리트를 이용하여 자갈층을 고상화시키고, 이를 철도 궤도에 여러 가지 형태로 배치함으로써, 급격한 기온변화, 비, 눈 등 날씨 등에 영향을 받지 않음으로써 지반 약화를 방지할 수 있다.

또한, 기존 침목을 그대로 레일 하부에 배치하고, 기존 자갈층을 콘크리트로 고상화시켜 대체함으로써 방진 및 완충을 모두 달성할 수 있다.

본 발명의 효과는 상술한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 인식될 수 있을 것이다.

도 1은 종래 철로 자갈층 다짐장치의 구성도.
도 2는 또 다른 종래기술의 자갈층 보호 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 철도 궤도의 지반 침하를 방지하기 위한 기술이 적용되는 철도 궤도의 기본 구성도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 철도 궤도의 지반 침하를 방지하기 위한 상세 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 각 실시예와 비교예에 대한 압축강도를 나타낸 막대그래프,
도 6은 본 발명에 따른 각 실시예와 비교예에 대한 휨강도를 나타낸 막대그래프,
도 7은 본 발명에 따른 각 실시예와 비교예에 대한 부착강도를 나타낸 막대그래프,
도 8은 본 발명에 따른 각 실시예와 비교예에 대한 염소이온투과시험 결과를 나타낸 막대그래프.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 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.

본 발명에서 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.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 철도 궤도의 지반 침하를 방지하기 위한 기술이 적용되는 철도 궤도의 기본 구성도이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 철도 궤도의 지반 침하를 방지하기 위한 상세 구성도이다.

일반적으로 철도차량이 통행하는 철로에는 다수개의 침목이 설치되고, 이 침목의 상부에는 레일을 설치한 다음, 레일을 고정쇠 등을 이용하여 고정 설치하며, 상기 침목은 지상에 설치된 자갈 위에 올려놓은 상태로 설치하여 상기 철도차량이 통행할 때 레일이 충격 등에 의하여 손상되는 것을 방지하도록 되어 있다.

즉 상기 침목은 도상에 적당한 간격으로 나열하여 그 위에 레일을 깔고 정착시킴으로써 궤간(레일과 레일 사이의 간격)을 정확히 유지시키고 열차 하중을 노반에 전달하는 것으로써, 궤도 사이의 간격유지와 열차 하중을 땅에 고루 전달하여 안정성을 향상시키는 것이다.

그런데 상기 침목, 즉 레일과 레일 사이에는 침목의 간격이 정확하게 유지됨은 물론, 지반이 침하함에 따라 그 형상 등이 왜곡되지 않도록 자갈층이 구성된다. 즉 자갈층이 침목 사이에 구성됨으로써 침목들간 간격을 정상적으로 유지시키고 지반 침하도 방지하는 것이다.

그러나 이러한 자갈들도 눈, 비 등 자연적인 요소로 인해 그 밀도가 약해지는 경우가 빈번하여 상시 관리가 필요한 상황이다.

본 발명은 상기 레일과 레일 사이의 자갈층을 콘크리트로 고상화시켜 대체함으로써 기존 철도 궤도의 단점을 해결하도록 구성한다.

도 3 및 도 4에 있어서, 철도 레일은 견고한 노반(3) 위에 자갈층(4)을 정해진 두께로 구성하고, 그 위에 침목(2)을 일정간격으로 부설하여 침목(2) 위에 두 줄의 철도 레일(1)을 소정 간격으로 평행하게 체결한 것이다. 시공기면(노면으로 표면) 이하의 노반과 함께 열차 하중을 직접 지지하는 중요한 역할을 하는 도상(4) 윗부분을 궤도라고 총칭한다.

이와 같은 궤도는 철도 레일(1), 침목(2) 및 자갈층(4) 등으로 구성되는데, 철도 레일(1)의 하면(1b)은 침목(2)에 접촉하고, 철도 레일(1)의 상면(1a)은 열차에 접촉하며, 열차를 직접 지지하면서 열차의 주행을 유도한다.

침목(2)은 철도 레일(1)로부터 받는 하중을 자갈층(4)에 전달하고, 철도 레일(1)의 위치를 유지한다. 자갈층(4)은 침목(2)으로부터 받은 하중을 노반(3)에 넓게 전달하고 침목(2)의 위치를 유지하며 탄성에 의한 충격력을 완화시킨다.

이때, 침목(2)은 레일 길이 대체로 10m 당 보통 15본 ~ 17본을 배치하며, 침목(2)과 침목(2) 간의 간격이 일정하게 유지되어야 하고, 그 높낮이(수평)도 일정하게 유지되어야 한다.

만일, 침목(2) 간의 간격이 일정하지 않거나 높낮이가 틀리면, 열차의 하중이 균등하게 분포되지 않아서 철도 레일(1)이 휘거나 균일이 발생하거나 또는 침목(2)의 균열이 발생하게 되며, 그로 인하여 철도 레일(1) 또는 침목(2) 및 차륜의 보수비가 증가하고 열차의 노후화가 가속화되는 문제가 있고, 열차 주행 시 승차감이 나빠진다는 문제점 및 철도 레일(1)의 손상으로 인한 열차의 탈선으로 안전사고 및 인명사고가 발생하는 문제점이 발생할 수 있다.

본 발명은 상기 자갈층(4)을 콘크리트와 혼합하여 고상화된 콘크리트 구조체로 대체한다.

상기 콘크리트 구조체는 일정 크기로 제조되어 레일(1) 사이에 위치한 자갈층(4)을 대신하여 궤도를 따라 연속으로 배치되는 것으로써, 도 4에 도시한 바와 같이 레일(1) 보다 폭이 넓게 구성된 침목(2)의 외주면 전체를 둘러쌓을 수 있는 형상으로 제조되어 궤도를 따라 연속으로 배치될 수 있다.

상기 콘크리트 구조체는 일정면적에 구성된 자갈층을 일정한 크기로 구획하는 내부가 비어 있는 프레임에 일정량의 콘크리트를 투입하여 일정시간 응고(고상화)시킴에 따라 제조될 수 있다.

즉 상기 프레임은 그 높이를 본래 자갈층의 높이에 맞춘 상태에서 침목(2)의 하부에 정확하게 위치할 수 있는 크기로 구성되며, 프레임에 자갈들이 투입된 상태에서 일정량의 콘크리트가 투입되어 일정시간 응고된다.

한편, 상기에서는 미리 제조된 프레임내에 복수 개의 자갈들을 투입한 상태에서 일정량의 콘크리트를 프레임내에 투입하여 일정시간 응고시키는 것으로 설명하였으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 즉 프레임 없이도 자갈층 상부에 일정량의 콘크리트를 부으면, 콘크리트가 흘러내리면서 자연스럽게 일정면적을 차지하는 자갈층 위에 스며들면서 시간이 경과함에 따라 콘크리트가 응고되어 콘크리트와 자갈이 완전 접착되도록 하여도 된다.

이때, 양쪽에 서로 마주한 레일 폭 방향의 강도보다 레일의 길이 방향으로의 강도를 강하게 할 필요가 있다. 이는 철도 차량이 주행할 때 그 가속도에 의해 주행 방향쪽으로 압력이 더 가해지는데, 콘크리트 구조체가 이러한 압력에 적절하게 대응하지 못하면 일정한 크기로 연속 설치된 다른 콘크리트 구조체에 대해서도 악영향을 미칠 수 있고, 이러한 악영향은 침목의 손상 또는 비틀어짐을 야기함과 동시에 레일의 위치 변형까지도 유발할 수 있으므로 이를 방지하기 위함이다.

따라서 철도 차량의 주행 압력에 적절하게 대응할 수 있도록 레일의 길이 방향으로의 강도를 더 세게 하고, 그 두께는 약 10cm 정도가 되도록 한다.

본 발명에 따른 자갈층을 고상화시킨 콘크리트 구조체를 제조하기 위해 자갈층에 투입되는 라텍스혼합개질 콘크리트 조성물은, 저발열 특수시멘트 16~19 중량%, 골재 72~76 중량%, 폴리머 개질제 3~5 중량%, 물 3~5 중량%를 포함하여 이루어지는데, 상기 골재는 골재의 전체 중량 대비 모래 54~57 중량%와 자갈 39~42 중량%인 것이 바람직하다.

상기 콘크리트 조성물과 물의 혼합비율을 1000 : 400 중량비 또는 1000 : 500 중량비로 혼합하여 자갈층을 고상화시킨 콘크리트 구조체를 제조하며, 1000 : 400 비율은 콘크리트 구조체의 경계선, 즉 레일(1)의 길이 방향으로 위치되는 콘크리트 구조체 면에 대해 적용하고, 1000 : 500 비율은 레일(1)의 폭 방향에 위치되는 콘코리트 구조체 면에 대해 적용한다.

상기와 같이 적용하여 얻어진 실혐결과는 다음 표 1과 같다.

시험항목		1000:500	1000:400
압축강도 (MPa)	재령 3시간	32.0	33.5
	재령 1일	36.5	38.5
	재령 28일	42.0	45.0
휨강도(MPa, 재령 28일)		7.5	8.0

즉 콘크리트와 물의 혼합비율을 1000 : 500 중량비로 한 콘크리트 구조체의 길이방향의 압축강도 및 휨강도는 재령 28일에서 42.0 및 7.5로 각각 나타났고, 혼합비율을 1000 : 400 중량비로 한 콘크리트 구조체의 길이방향이 아닌 방향의 압축강도 및 휨강도는 재령 28일에서 45.0 및 8.0으로 각각 나타났다.

한편, 상기 저발열 특수시멘트는 분말상태의 무기계 혼화재인 고로수쇄슬래그 미분말 2~40 중량%, 보통포틀랜드 시멘트 10~30 중량%, 칼슘설포알루미네이트계 클링커 15~40 중량%, 칼슘알루미네이트계 클링커 2~10 중량%, 무수석고 10~30 중량%, 소석회 2~5 중량%, 첨가제 2~5 중량%를 혼합하여 이루어진다.

또한, 첨가제는 상기 저발열 특수시멘트의 전체 중량 대비 실리카 흄 1.0~4.0 중량%, 고유동화제 0.5~2.0 중량%, 경화촉진제 0.1~0.5 중량%, 응결지연제 0.1~1.0 중량%, 소포제 0.1~0.3 중량%를 혼합하여 이루어진다.

우선, 상기 폴리머 개질제는 조성물의 부착성 및 작업성을 개선하기 위하여 사용하는 것으로, 입자간의 자착성 및 흡착성을 갖는 점성적 성질 및 계면활성작용으로 콘크리트의 첨가 시 유동성 증가를 통한 작업성 향상 및 단위수량을 감소시킬 수 있다.

또한, 시멘트 페이스트 및 골재 사이를 라텍스 입자로 채우고, 필름막을 형성하여 콘크리트의 수밀성 및 내염화 이온 투과성능 및 기존 구체와의 부착성능 향상이 가능하다.

이때, 상기 폴리머 개질제는 스틸렌(Styrene) 및 부타디엔(Butadiene)으로 이루어진 단량체 혼합물을 중합 반응하여 제조된 미세 구형의 폴리머 입자를 계면활성제로 코팅하여 물속에 분산시킨 반투명 상태의 수용액인 SB(Styrene-Butadiene) 라텍스를 사용하는 것이 가장 바람직하며, PAE 에멀젼, EVA 에멀젼, 에폭시 수지, 아크릴 수지 및 폴리에스터 등도 사용 가능하다.

여기서, 상기 폴리머 개질제는 3 내지 5 중량%의 범위에서 사용되는 것이 바람직하며, 이는 폴리머 개질제의 사용량이 3% 미만이면 조성물의 부착성능이 떨어져 소요의 성능을 확보할 수 없고, 5%를 초과할 경우에는 부착성능, 작업성 등에서 좋은 물성을 얻을 수 있으나, 제조원가의 상승으로 인해 경제적이지 못하다.

상기 저발열 특수시멘트의 무기계 혼화재(고로수쇄슬래그 미분말)는 수화반응 시, 발생하는 수화열을 저감시켜 콘크리트에 발생하는 균열의 억제 및 예방이 가능하고, 수화반응 생성물인 수산화칼슘이나 수산화알칼리 혼합물을 고정하여 조성물 내부의 공극을 채움으로써 침투성 및 화학물질에 대한 저항성을 개선하여 콘크리트의 내구성을 증진시키는 효과가 있다.

즉 상기 무기계 혼화재인 고로수쇄슬래그 미분말은 슬래그에 존재하는 CaO 및 SiO2는 물과 반응하여 시멘트의 특질을 지닌 C-S-H 겔 (C=CaO, S=SiO2, H=H2O)을 형성하게 되고, C-S-H 겔의 형성은 초기 단계에서 응결시간을 가속시키고, 추후 단계에서 강도 발전에 기여하게 된다.

아울러, 상기 칼슐설포알루미네이트계 클링커는 수화광물인 에트린자이트를 다량 생성할 뿐만 아니라, 수화 활성이 높고, 또한 상기 칼슘설포알루미네이트계 클링커와 칼슘알루미네이트계 클링커는 시멘트의 수화물인 Ca(OH)2, 소석회 및 석고의 SO3와 반응하여 팽창성, 속경성, 조강성 등의 특성을 나타내게 한다.

그리고 상기 무수석고 및 소석회는 각각 수화광물인 에트린자이트의 형성과 초기강도를 향상시킬 목적으로 첨가된다.

더 나아가, 상기 저발열 특수시멘트의 구성 성분 중 무기계 혼화재인 고로수쇄슬래그 미분말, 칼슘설포알루미네이트계 클링커, 칼슘알루미네이트계 클링커의 함량 조절을 통하여 콘크리트 조성물의 양생시간 및 강도조절이 가능하게 된다.

즉 상기 무기계 혼화재, 칼슐설포알루미네이트 및 칼슐알루미네이트는 상기한 바와 같이 응결시간, 강도 및 각 특성들의 발현 속도나 정도가 그 함량에 따라 결정되기 때문에 이들의 함량을 조절하여 콘크리트 조성물의 양생시간 및 강도를 조절함으로써 사용 특성에 따른 최적의 설계 시공을 할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 실시예를 통하여 더욱 상세하게 설명하기로 하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위해 제시된 것으로 본 발명이 이에 한정되는 것을 아님을 밝혀둔다.

<실시예 1>

저발열 특수시멘트(결합재) 400kg, 모래 1015kg, 골재 741kg, 폴리머 개질제 80kg, 혼합수 84kg를 첨가한다.

<실시예 2>

저발열 특수시멘트(결합재) 420kg, 모래 993kg, 골재 725kg, 폴리머 개질제 84kg, 혼합수 88kg를 첨가한다.

<비교예 1>

초속경 시멘트(결합재) 400kg, 모래 1062kg, 골재 775kg, 혼합수 132kg를 첨가한다.

이때, 각 실시예 및 비교예의 성분을 계량하여 강제식 교반믹서에 투입한 후 믹싱(mixing)하여 제조하였으며 하기 표 2는 실시예 및 비교예의 성분별 배합비를 표로 나타낸 것이며, 표 3은 실시예 및 비교예에 대한 각종 시험결과를 나타낸 것이다.

구분(kg/cm3)	실시예 1	실시예 2	실시예 3
결합재	400	420	400
모래	1015	993	1062
자갈	741	725	775
폴리머 개질제	80	84	-
혼합수	84	88	132

시험항목		실시예 1	실시예 2	비교예 1
압축강도 (MPa)	재령 3시간	222	235	238
	재령 1일	25.3	26.1	27.8
	재령 28일	35.8	36.6	33.8
휨강도 (MPa, 재령 28일)		5.6	5.3	5.0
부착강도 (MPa, 재령 28일)		2.3	2.2	1.8
염소이온투과시험 (Coulomb, 재령 28일)		963	982	1600

시험예 1 <압축강도 및 휨강도 측정> : 도 5 및 도 6 참조

각 실시예 및 비교예의 시험결과는 상기 표 3과 같고 한국공업규격 KS F 2403, 2405 및 2408에 규정된 공시체 제작 및 강도측정방법에 의하여 실시하였다.

실시예 1 내지 2가 비교예 1에 비해 재령 28일에서 더 큰 압축강도를 보이고 있으며 휨강도 역시 [실시예 1 >실시예 2 > 비교예 1] 순으로 나타났다.

시험예 2 <부착강도 측정> : 도 7 참조

각 실시예 및 비교예의 시험결과는 상기 표 3과 같다.

실시예 1 내지 2가 비교예 1에 비해 더 큰 부착강도를 나태나고 있음을 알 수 있다.

시험예 3 <염소이온 투과시험> : 도 8 참조

각 실시예 및 비교예의 시험결과는 상기 표 3과 같고, 시험방법은 KS F 2711(염소이온 침투저항시험)의 시험기준에 따라 평가하였다.

각 실시예 및 비교예의 염소이온 투과시험에서는 실시예 1이 가장 낮은 투과량을 나타내었고, 그 다음으로 실시예 2 > 비교예 1 임을 알 수 있다.

즉 콘크리트 조성물의 결합재로 본 발명에 따른 저발열 특수시멘트를 사용하는 경우 종래의 초속경 시멘트를 결합재로 사용하는 경우와 대비하여 압축강도에 있어서 지속적인 강도발현에 유리하고, 또한 압축강도, 부착강도, 염소이온 투과시험 등에서 종래의 초속경 시멘트를 결합재로 사용하는 경우에 비하여 월등한 성능을 갖는 것으로 나타났다.

이상에서 첨부된 도면 및 표를 참조하여 본 발명인 양생시간 조절이 가능한 저발열 특수시멘트를 활용한 라텍스 혼합개질 콘크리트 조성물을 설명함에 각 구성의 특정 수치범위 내에서 설명하였으나, 본 발명의 수치범위 내에서 당업자에 의한 단순한 최적 또는 호적의 수치범위를 선택하는 것이 가능하고, 이러한 최적 또는 호적의 수치범위 선택은 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관해서 설명하였으나, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 물론이다.

라서 본 발명의 권리범위는 상술한 실시 예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시 예로 구현될 수 있다. 그리고 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

1 : 레일 2 : 침목
3 : 노반 4 : 자갈층

Claims

철도 레일(1), 침목(2) 및 자갈층(4)으로 구성되어, 상기 철도 레일(1)의 하면(1b)은 침목(2)에 접촉하고, 상기 철도 레일(1)의 상면(1a)은 열차에 접촉하여 열차를 직접 지지하면서 열차의 주행을 유도하고, 상기 침목(2)은 철도 레일(1)로부터 받는 하중을 자갈층(4)에 전달하면서 철도 레일(1)의 위치를 유지하며, 상기 자갈층(4)은 상기 침목(2)으로부터 받은 하중을 노반(3)에 넓게 전달하여 침목(2)의 위치를 유지하며 탄성에 의한 충격력을 완화시키는 철도 궤도에서,
상기 자갈층(4)은 콘크리트와 혼합하여 고상화된 콘크리트 구조체로 대체되고,
상기 콘크리트 구조체는
상기 레일(1) 보다 폭이 넓게 구성된 침목(2)의 외주면 전체를 둘러쌓을 수 있는 크기의 프레임 형상으로 제조되어 궤도를 따라 연속으로 배치되며, 상기 프레임에 일정량의 자갈이 투입된 상태에서 라텍스혼합개질 콘크리트 조성물과 물을 각각 1000 : 400 중량비 또는 1000:500 중량비로 혼합하여 제조하고,
상기 라텍스혼합개질 콘크리트 조성물은
저발열 특수시멘트 16~19 중량%; 골재 72~76 중량%; 폴리머 개질제 3~5 중량%; 및 물 3~5 중량%;를 포함하여 이루어지고,
상기 저발열 특수시멘트는
분말상태의 무기계 혼화재인 고로수쇄슬래그 미분말 2~40 중량%와, 보통포틀랜드 시멘트 10~30 중량%와, 칼슘설포알루미네이트계 클링커 15~40 중량%와, 칼슘알루미네이트계 클링커 2~10중량%와, 무수석고 10~30 중량%와, 소석회 2~5 중량%와, 첨가제 2~5 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 철도 궤도의 지반 침하를 방지하기 위한 자갈층 고상화 방법.
제1항에 있어서,
상기 첨가제는 상기 저발열 특수시멘트의 전체 중량 대비 실리카 퓸 1.0~4.0 중량%와, 고유동화제 0.5~2.0 중량%와, 경화촉진제 0.1~0.5 중량%와, 응결지연제 0.1~1.0 중량%와, 소포제 0.1~0.3 중량%로 이루어지고,
상기 골재는 골재의 전체 중량 대비 모래 54~57 중량%와, 자갈 43~46 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 철도 궤도의 지반 침하를 방지하기 위한 자갈층 고상화 방법.
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