KR20190048231A

KR20190048231A - Pc 침목

Info

Publication number: KR20190048231A
Application number: KR1020170142998A
Authority: KR
Inventors: 신운선
Original assignee: 주식회사 태명실업
Priority date: 2017-10-31
Filing date: 2017-10-31
Publication date: 2019-05-09

Abstract

본 발명은 PC 침목에 관한 것으로서, 물 5.57중량％, 시멘트 15.96∼16.29중량％, 굵은골재 40.72중량％, 잔골재 37.00중량％, 개질유황 0.33∼0.66중량％, 혼화제 0.08∼0.09중량％의 중량비로 배합되어 성형되는 PC 침목을 제공한다.

Description

PC 침목{PC sleeper}

본 발명은 PC 침목에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시멘트에 수경성 개질유황을 첨가하여 형성한 PC 침목에 관한 것이다.

일반적으로, 철도의 선로에 설치되는 침목(枕木, sleeper, rail timber)은 레일을 설치하여 레일의 위치를 정하고, 궤도 간의 간격을 정확하게 유지하며, 레일로부터 전해지는 열차 하중을 도상(道床) 아래로 널리 분산시키며, 궤도 좌굴에 대한 저항력의 대부분을 부담하는 궤도의 중간구조물이다.

이러한 침목은 통상적으로 재질에 따라 나무로 만든 목침목(木枕木, wooden sleeper )과, 철재를 이용한 철침목(鐵枕木, iron sleeper), PC 침목(prestressed concrete sleeper, 'PC 침목'이라고도 한다) 등의 종류로 구별된다.

이와 같이 구별되는 침목의 종류에서 전통적으로 목침목을 많이 사용하여 왔으나, 최근에는 콘크리트 제작 기술이 발달함에 따라 유지보수면에서 유리하고 보다 경제적인 PC 침목의 사용이 증가하고 있는 추세이다.

PC 침목은 고강도의 강선을 사용하여 이에 미리 인장력을 주어 콘크리트에 압축력이 작용하는 상태로 구비되게 하여, 실 하중이 작용하였을 때 콘크리트의 인장 저항력을 강하게 나타내도록 한 콘크리트 침목이다.

이러한 PC 침목은 목침목에 비해 가격이 2배이지만, 사용연수가 5배 정도로 길어 더 경제적이다. 또, 탄성 체결에 의해 궤도 틀림 진행을 작게 하여 궤도 유지보수의 경감이 가능하고, 도상 저항이 커 장대 레일을 부설할 수 있는 등의 이점이 있다.

하지만, 종래의 PC 침목은 목침목에 비해 탄성계수가 작은 경질의 콘크리트로 이루어지기 때문에, 열차 운행으로 인해 발생되는 하중과, 충격 및 진동에 대한 흡수(완충)율이 낮아 PC 침목의 강도 및 내구성이 저하되고, 이로 인해 PC 침목에 많은 균열이 발생되므로 침목의 수명이 단축되고 많은 유지보수가 요구되는 문제가 있다.

이에, 국내 등록특허 제10-0612755호(등록일 : 2006.08.08. 이하 '선행기술문헌1'이라 한다)와 국내 등록특허 제10-0622069호(등록일 : 2006.09.01. 이하 '선행기술문헌2'라 한다)에서는 PC 침목의 저부에 침목용 방진패드를 구성한 기술이 개시되어 있다.

하지만, 선행기술문헌1,2에서와 같이 침목의 저부에 방진패드를 구성한다 해도 열차 통과시의 하중과, 충격 및 진동은 그대로 침목에 전달되므로 침목의 강도 및 내구성 저하를 개선할 수 있는 근본적인 해결책은 되지 못한다.

국내 등록특허 제10-0612755호 국내 등록특허 제10-0622069호

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, PC 침목을 성형하기 위한 조성물에 수경성 개질유황을 첨가하여 성형함으로써 침목의 강도 및 내구성을 향상시키도록 한 PC 침목을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 PC 침목은, 물, 시멘트, 굵은골재, 잔골재, 개질유황, 혼화제가 일정 비율로 배합되되, 개질유황은 시멘트 대비, 2∼4％의 비율로 배합되어 성형된다.

그리고, 보다 구체적으로는, 물 5.57중량％, 시멘트 15.96∼16.29중량％, 굵은골재 40.72중량％, 잔골재 37.00중량％, 개질유황 0.33∼0.66중량％, 혼화제 0.08∼0.09중량％의 중량비로 배합되어 성형될 수 있다.

본 발명의 PC 침목에 따르면, PC 침목의 조성물에 수경성 개질유황을 첨가하여 PC 침목을 형성함으로써 침목의 강도 및 내구성을 향상시켜 침목의 균열 및 침식을 최소화하고, 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 PC 침목의 염화물량 시험결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 PC 침목의 재령별 압축강도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 PC 침목의 타입별 압축강도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 PC 침목의 타입별 휨강도를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 기술적 사항에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.

그리고, 본 발명에서 사용되는 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 본 발명의 구성요소가 상기의 용어에 의해 제한되는 것은 아니다.

첨부도면 도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 PC 침목을 실험한 결과의 특성을 나타낸 그래프들이다.

본 발명에 따른 PC 침목은 물, 시멘트, 굵은골재, 잔골재, 개질유황, 혼화제가 일정 비율로 배합되어 성형된다.

여기서, 굵은골재를 자갈을 포함하고, 잔골재는 모래를 포함하며, 혼화제는 폴리카르본산계와 나프탈렌계를 포함한다.

게다가, 개질유황은 시멘트 대비, 2∼4％의 비율로 배합되어 성형되는 것이 PC 침목의 성형시 압축강도 및 휨강도, 염화물량 측면에서 유리하다.

한편, 상기와 같은 침목의 바람직한 배합비는, 물 5.57중량％, 시멘트 15.96∼16.29중량％, 굵은골재(자갈) 40.72중량％, 잔골재(모래) 37.00중량％, 개질유황 0.33∼0.66중량％, 혼화제 0.08∼0.09중량％의 중량비로 배합되어 성형된다.

이하, 상기와 같은 본 발명의 PC 침목을 하기의 실시예를 참고하여 보다 상세히 설명한다.

수경성 개질유황이 첨가된 PC 침목의 최적 배합을 도출하기 위해 하기의 표 1에서와 같이, 실시예1,2에서는 개질유황을 시멘트 대비, 2％와 4％의 비율로 각각 배합하여 성형된 침목 시험편을 실험한 것이고, 비교예1,2에서는 개질유황을 첨가하지 않거나 또는 시멘트 대비 6％의 비율로 배합하여 성형된 침목 시험편을 실험한 것이다.

시험편	물	시멘트	굵은골재	잔골재	개질유황	혼화제
비교예1 (개질유황 무첨가)	5.57％	16.62％	40.72％	37.00％	0％	0.08％
실시예 1 (시멘트 대비 2％)	5.57％	16.29％	40.72％	37.00％	0.33％	0.08％
실시예 2 (시멘트 대비 4％)	5.57％	15.96％	40.72％	37.00％	0.66％	0.08％
비교예 2 (시멘트 대비 6％)	5.57％	15.63％	40.72％	37.00％	1.00％	0.08％

[실시예 1 및 2]

먼저, 실시예 1에서는 상기의 표 1에서와 같이, 물 5.57중량％, 시멘트 16.29중량％, 굵은골재(자갈) 40.72중량％, 잔골재(모래) 37.00중량％, 개질유황 0.33중량％, 혼화제 0.08중량％의 중량비로 배합되어 성형된 PC 침목을 원기둥 형태로 제작하였다.

그리고, 실시예 2에서는 물 5.57중량％, 시멘트 15.96중량％, 굵은골재(자갈) 40.72중량％, 잔골재(모래) 37.00중량％, 개질유황 0.66중량％, 혼화제 0.08중량％의 중량비로 배합되어 성형된 PC 침목을 원기둥 형태로 제작하였다.

상기와 같이 실시예 1,2에 따라 제작된 침목을 굳지 않은 상태에서 슬럼프, 공기량, 염화물에 대한 3가지의 실험을 진행하였고, 굳은 후에는 압축강도(탈형 직후, 탈형 7일후, 탈형 28일후), 휨강도에 대한 시험을 진행하였으며, 이의 결과를 하기의 표 2 내지 표 5에 나타내었다.

[비교예 1 및 2]

비교예 1에서는 물 5.57중량％, 시멘트 16.62중량％, 굵은골재(자갈) 40.72중량％, 잔골재(모래) 37.00중량％, 혼화제 0.08중량％의 중량비로 배합된 것으로, 실시예 1,2와는 달리 개질유황이 첨가되지 않았다.

비교예 2에서는 물 5.57중량％, 시멘트 15.63중량％, 굵은골재(자갈) 40.72중량％, 잔골재(모래) 37.00중량％, 개질유황 1.00중량％, 혼화제 0.08중량％의 중량비로 배합되어 성형된 PC 침목을 원기둥 형태로 제작하였다.

이와 같은 비교예 1,2에서도 실시예 1,2에서와 마찬가지로, 성형된 침목이 굳지 않은 상태에서 슬럼프, 공기량, 염화물에 대한 3가지의 실험을 진행하였고, 굳은 후에는 압축강도(탈형 직후, 탈형 7일후, 탈형 28일후), 휨강도에 대한 시험을 진행하였으며, 이의 결과를 하기의 표 2 내지 표 5에 나타내었다.

<굳지 않은 PC 침목 시험편의 슬럼프>

구분	비교예1(무첨가)	실시예1(2％)	실시예2(4％)	비교예2(6％)
슬럼프	80	85	75	80

PC 침목에 적용하는 콘크리트 배합을 위하여 슬럼프 80±25㎜를 목표로 실험을 진행하였고, 그 결과는 위 표 2와 같다.

<굳지 않은 PC 침목 시험편의 공기량>

구분	비교예1(무첨가)	실시예1(2％)	실시예2(4％)	비교예2(6％)
공기량	2.8	2.5	2.7	2.4

PC 침목에 적용하는 콘크리트 배합을 위하여 공기량 3.5±1.5％를 목표로 실험을 진행하였고, 그 결과는 위 표 3과 같다.

<굳지 않은 PC 침목 시험편의 염화물량>

구분	비교예1(무첨가)	실시예1(2％)	실시예2(4％)	비교예2(6％)
염화물량	0.037	0.102	0.190	0.376

PC 침목에 적용하는 콘크리트 배합을 위하여 염화물 0.3kg/㎥를 목표로 실험을 진행하였고, 수경성 개질유황이 시멘트와 반응하여 염화물량이 증가하는 것으로 나타났으며. 비교예2(6％ 치환 배합)부터 기준을 초과하는 결과가 나타났음을 위 표 4를 통해 알 수 있었고, 이를 도 1에 도시하였다.

구분	탈형직후	탈형 7일후	탈형 28일후	비고
비교예1(무첨가)	40.4	53.2	52.6	단위 : Mpa
실시예1(2％)	43.4	55.8	67.9
실시예2(4％)	47.8	61.0	72.6
비교예2(6％)	43.4	56.1	66.6

수경성 개질유황 콘크리트 적용시험의 탈형 직후의 강도, 탈형 7일후의 강도, 탈형 28일후의 강도를 측정한 결과, 비교예1(무첨가 배합)은 탈형 직후의 강도가 40.4Mpa, 7일후의 강도가 53.2Mpa, 28일후의 강도가 52.6 Mpa로 나타났고, 실시예1(시멘트와 유황을 2％ 치환한 배합)은 각각 43.4, 55.8, 67.9Mpa로 나타났으며, 실시예2(4％ 배합)는 각각 47.8, 61.0, 72.6 Mpa로 나타났으며, 비교예2(6％ 배합)는 각각 43.4, 56.1, 66.6 Mpa로서, 모든 재령에서 6％ 치환부터 압축강도가 감소하는 것을 위 표 5를 통해 알 수 있고, 이를 도 2 및 도 3에 도시하였다.

이는, 개질유황이 콘크리트 내에서 화학적 결합재 역할을 하여 강도 증진보다 시멘트 페이스트와 골재 사이의 채움재 역할을 함으로써 개질유황이 최대 4％ 배합 때까지만 강도 증진의 효과가 있음을 알 수 있다.

상기와 같은 압축강도와 더불어 수경성 개질유황 콘크리트 적용시험의 재령 28일 휨강도를 측정한 결과 도 4에서와 같이, 비교예1(무첨가 배합)은 6.8 Mpa, 실시예1(2％ 치환한 배합)은 7.6 Mpa, 실시예2(4％ 치환 배합)는 7.9Mpa, 비교예2(6％ 치환 배합)는 7.2 Mpa로 나타났다.

따라서, 휨강도에서도 동일하게 실시예2(4％ 치환 배합)가 가장 우수한 성능을 나타내고 있음을 알 수 있고, 이는 압축강도가 증가할수록 휨강도가 비례하여 증가됨을 알 수 있다.

이상과 같은 실험결과에서 알 수 있듯이, 시멘트와 개질유황 치환시 4％까지는 압축강도와 휨강도가 증가하였으나, 6％부터는 오히려 감소되었고, 개질유황의 치환율이 높아질수록 염화물량이 증가하였다.

따라서, 전술한 실험을 통해서도 나타났듯이, 기준 값을 만족하면서 가장 우수한 강도값을 얻을 수 있는 배합이 수경성 개질유황을 2∼4％로 치환한 배합인 것을 알 수 있고, 더 바람직하게는 수경성 개질유황을 4％로 치환한 배합이 최적의 배합비임을 알 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.

Claims

물, 시멘트, 굵은골재, 잔골재, 개질유황, 혼화제가 일정 비율로 배합되되, 개질유황은 시멘트 대비, 2∼4％의 비율로 배합되어 성형되는 PC 침목.
청구항 1에 있어서,
물 5.57중량％, 시멘트 15.96∼16.29중량％, 굵은골재 40.72중량％, 잔골재 37.00중량％, 개질유황 0.33∼0.66중량％, 혼화제 0.08∼0.09중량％의 중량비로 배합되어 성형되는 PC 침목.