KR890001988B1 - 철선 보강재가 균등 분포된 강화 콘크리이트 관 및 그 제작 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

철선 보강재가 균등 분포된 강화 콘크리이트 관 및 그 제작 방법

제1도는 철선 보강재가 균등 분포된 강화 콘크리이트 관을 제작하는데 사용되는 맨드렐(mandrel)의 개략도.

제2도는 철선을 주연부에 감고 콘크리이트를 사출하는 단계를 도시한 도면.

제3도는 종방향 철선을 첨가하는 단계를 도시한 도면.

제4도, 제5도 및 제6도는 종방향 철선을 첨가하는 일련의 단계를 도시한 도면.

제7도는 철선을 주연부에 다시 감아 콘크리이트를 사출하는 단계를 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 맨드렐 2, 2' : 헤드

3, 3' : 축 4, 4' : 지지부

5 : 모터 6, 6' : 고정 장치

7 : 콘크리이트층 8 : 콘크리이트 사출장치

9 : 콘크리이트 10, 10' : 철선다발

11 : 종방향 철선

본 발명은 철선 보간재가 균등하게 분포된 새로운 형태의 강화 콘크리이트관에 관한 것이며, 산업적인 규모로 이를 제작하는 방법에 관한 것이다. 철선 보강재가 균등하게 분포된 강화 콘크리이트 관(이하, T.A.D. 관이라 칭함)은 매우 작은 직경(0.5내지 1mm)을 갖는 철선을 말단부까지 균등하게 분포시켜 상화 콘크리이트로 제작한다. 이 구조는 그 전체에 걸쳐 매우 높은 기계적인 강도를 갖게 된다.

T.A.D.관의 제작 방법 및 그 특성은 영국 특허 제1,584,844호에 상세하게 기재되어 있다.

비록의 선행 특허에서는 T.A.D. 관의 제작에 따른 문제점은 해결하였다 하여도, 관의 종방향으로의 보강을 신속하고 경제적으로 수행하기 위해 관의 한쪽 단부에서 다른쪽 단부로 연속적이고, 자동적으로 철선을 배치시키는 문제점은 해결하지 못하였다.

실제로, 상기 영국특허는 종방향 보강재를 조립하는데 따른 어려움이 상세히 기재되어 있으며, 관의 파괴에 대한 횡방향 강도 또는 저항력이 완전히 해결될 경우에는, 관의 종방향 강도 또는 굴곡 강도는 철선 다발을 관의 축에 대해 경사지게 나선형으로 권취하여 종방향 및 횡방향 또는 주연부 방향으로 보강 작용을 하도록 하여 유지할 수 밖에 없음을 명백히 하였다. 실제로, 철선의 경자각은 종방향 강도 성분 및 횡방향강도 성분을 결정하여 경사진 보강재는 이론적으로 양 방향으로 강도를 제공할 수 있게 된다.

보강재를 주연부에 자동적(및 따라서 신속하고 경제적)으로 배치시키는 데 따른 문제점을 해결된 것으로 간주한다. 그러나, 일련의 시험을 해본 결과 주목할 만한 기술적인 불편한 점이 있고, 관의 특징을 현저하게 제한하는 등의 문제점이 있음이 명백하게 나타났다. 특히, 경사진 주연부 철선 다발은 맨드렐(mamdrel)의 축을 따라 전후로 연속 이동하는 반송기로 권취된다. 반송기의 이동 속도 및 맨드렐의 회전속도 사이의 비율에 의해 철선 다발로 형성되는 나선형의 각이 결정된다. 분명히 각 행정의 종결부, 즉 맨드렐의 단부 근처에서 반송기는 정지하기 위해 그 속도가 저하되어, 잠시 동안 맨드렐이 반이상 회전하는 동안 정지하게 되어, 맨드렐 위에 이미 사출된 콘크리이트 위에 철선이 고정되어 반대방향으로 다시 점진적으로 가속되어 이동하게 된다. 이러한 현상에 의해 관의 양 단부 근처에서 나선형의 각은 거의 제로가 되고, 보강재의 종방향 성분은 없어지게 된다. 한편 횡방향 보강 요소는 콘크리이트를 양생하기가 어려울 정도로 과도하게 밀집되게 되어, 상기 부분의 질이 낮아지게 된다. 실제로, 전기한 영국 특허에 따른 법으로 몇 개의 관을 시험적으로 제작해 본 결과 종방향 보강 요소가 부족하고 콘크리이트의 강도가 부족한 결과가 복합되어 단부 근처에 환형 파쇄 현상이 나타났다.

금속 그물로 된 리본으로 구성된 보통 보강재를 수개층의 철선 다발층 사이에서 관의 단부에 권취시켜 전기한 단점을 극복하고자 하는 시도도 행해졌다. 그러나, 이 해결책은(그물의 강도에 의해 콘크리이트 재료내에 공간이 발생되어 콘크리이트의 특성을 더욱 나쁘게 하는 것은 별문제 하고)제조 공정 중에 맨드렐을 여러번 중지시켜 손으로 배치하기 때문에, 보강재의 나선각을 선택하는 것이 불가능하기 때문에 만족스럽지 못하게 된다. 보강재의 경사각은 특정각을 초과하지 못하는데, 이는 경사각이 증가하게 되면 맨드렐의 각회전시에 철선 다발이 차지하는 맨들렐의 길이가 증가하여 권취되는 철선의 수가 증가되고, 철선 바로 위에 사출되는 콘크리이트의 밴드(band) 폭이 증가되는 것이다. 상기 두개의 변수(철선의 수 및 매우 얇은 일정 두께로 사출되는 콘크리이트 밴드)는 나선형 보강재의 최대 경사각을 결정하는데, 이는 관의 준선(directix)에 대해 약 20'정도이다.

최대 경사각이 결정되고 나선 보강재의 경사각이 종방향 강도를 제공하는 최대 기여도가 결정되게 되면, 다른 항의 강도는 횡방향 강도의 고정된 퍼센테이지가 되게 된다.

따라서, 감소된 횡방향 보강재를 갖는 저압용 관은 종방향 강도도 역시 감소되게 되어, 굴곡 효과를 제한 할 수 있는 부분은 매우 짧게 된다. 한편, 보다 긴 길이를 갖는 요소들을 제조할 시에는, 보강재는 횡방향요소로 볼때 고압에 적합하도록 선택하는 것이 필요한데, 이에 따라 관을 저압에 사용하고자 할 경우에는 너무 높은 강도를 갖게 된다.

위와 같은 기술적 제한점을 다음의 특정예를 고찰하면 쉽게 알 수 있다.

이제 직경 600mm이고, 벽 두께 50mm인 관에 대해 고찰해보자, 위와 같은 관을 상업적으로 이용할 수 있는 5m의 길이로 제작하고자 할 경우에는 종방향 보강제(관의 횡방향 단면의 전체 주연부에 배치된)는 6cm²이상의 강을 사용해야 한다. 이 보강재는 나선의 경사각을 20°로 할 때 종방향 부분의 74cm길이와 합쳐지게 되어, 매선형 미터당 22.5cm²의 보강재가 있게 되어, 벽 부분의 체적에 대해 강철의 퍼센테이지가 약 4.5% 정도 되게 된다. 복합 성분의 강도는 150kg/cm²이고, 관은 25기압 정도에서 파손된다. 직경 600mm이고, 길이 5m인 저압용 관을 제작하는 것을 불가능하게 된다.

한편, 직경 600mm이고, 벽두께 50mm인 관을 제작하면 이 관은 10기압 하에서 파손되고 복합 성분의 강도는 60kg/cm²이고, 강철 퍼센테이지는 1.5%, 즉 보강재가 매선형 미터당 7.5cm²가 된다. 관을 횡방향으로 전달할 시의 대환에는 종방향 강도에 사용되는 2cm²정도만의 강철 보강재가 통과하게 되어, 굴곡 현상을 지탱하기 위해서는 관을 3m이상을 제작할 수가 없게 된다.

분명한 사실은(상이한 압력에 사용되는 상이한 길이를 갖는 관의 제작에 따른 경제성 및 기술적인 문제점은 별도로 하고), 내부 압력을 지탱하기 위한 강도가 지나치게 크게되어 있어 가격 경쟁력이 없는 상이한 길이의 관이나 동일 길이의 관은 모두 시장성이 없다. 따라서, 실제적인 관점에서 볼 때 경사진 나선 보강재를 사용하여 문제를 해결하는 것을 이론과 실제 산업 이용 사이를 접목시키지 못한 것이다.

1955년에 허여된 이탈리아공화국 특허 제545,746호에는 회전하는 맨드렐 위에서 강화 콘크리이트 관을 제작하는 최초의 시도가 기재되어 있는데, 여기에서는 횡방향 보강을 강철 로드를 손으로 관 위에 놓아 수행하였다. 상기 특허에 기재된 바와같이 대구경의 로드로 구성되는 보강재는 이탈리아공화국 특허출원 공보 제52836 A/76호에 기재된 바와같이 분포된 상태의 보강재를 구성할 수 없는데, 이는 로드에 의해 제공되는 강도가 관 벽의 특정점에 집중되기 때문이다. 따라서, 선행 기술과 일치하는 이러한 해결 방법으로는 본 발명에서 의미하는 균일하게 분포된 보강재를 갖는 관을 제작할 수가 없게 된다.

다수의 가느다란 철선을 자동으로 종방향으로 분배시키는 바에 따른 문제점은 본 발명에 따라 해결할 수 있으며, 이러한 방법으로 선행 기술의 T.A.D. 관을 제작하는데 따른 단점을 극복할 수가 있다.

본 발명에 따라, 종방향 축을 따라 회전하는 성형 맨드렐 위에 콘크리이트를 고속으로 균일하게 사출하여 형성한 콘크리이트벽과, 이렇게 형성된 전체 벽 두께 내에 위치한, 가는 철선을 연속적으로 나선으로 권취한 층으로 구성된 주연부 보강재로 구성되는 철선 보강재가 균일하게 분포된 강화 콘크리이트 관을 마련하는데, 이 관은 주연부 보강재용 나선형 철선의 맨드렐 축에 대한 경사각이 2°내지 10° 사이로 매우 작고, 철선의 직격은 5 내지 10mm사이이고, 상기 관은 또한 관의 상기 벽 주위에 균등하게 분포되어 맨드렐의 축과 평행한 가는 철선으로 구성된 종방향 보강재를 갖고 있고, 상기 종방향 보강 철선은 주연부 보강 철선의 하나 또는 수개의 총 내에 배치되며 0.5 내지 2mm 사이의 직경을 가지며, 콘크리이트의 체적에 대한 철선의 밀도는 관의 단면에 대해 체적비 1 내지 5%인 특징을 갖는다.

본 발명의 목적에 따라, 고속으로 집중된 콘크리이트를 사출시키고 동시에 그 양단부에 고정 수단이 마련된 헤드를 갖는 회전 맨드렐 위에 제1의 연속된 가는 주연부 철선을 권취하는 방법을 마련하는데, 이 방법은 맨들렐 위에서 1회의 안전한 권취 상태를 이를 때까지 맨들렐의 축에 대해 상기 주연부 철선을 경사각 2° 내지 10°의 나선으로 권취하는 단계와, 맨드렐의 회전을 중지시켜, 제2다수의 가는 철선들을 맨드렐의 제1헤드 위에서 상기 고정 수단에 고정시키는 단계와, 상기 제2철선들을 맨드렐에 대해 종방향으로 맨드렐의 제2헤드 방향으로 당기는 단계와, 상기 제2헤드의 고정 수단을 지나 형성된 관 위의 종방향 밴드 위에 상기 철선들을 적층시키는 단계와, 맨들렐을 적층된 종방향 철선들의 상기 밴드로 덮여진 맨드렐의 주연부 호에 대응되는 각으로 회전시켜 상기 제2고정 수단 주위에 있는 철선들을 굴곡시키는 단계와, 상기 제2철선들을 상기 제1방향과는 반대되는 방향으로 맨들렐의 종방향으로 제1헤드의 고정 수단을 지나도록 당겨, 상기 철선들을 성형되는 관의 제2종방향 밴드에 적층시키는 단계와 , 상기 맨드렐을 상기 제1각과 동일한 또 다른 각으로 회전시키 제1헤드의 상기 고정 수단 주위에 있는 상기 철선들을 굴곡시키는 단계와, 성형 되는 관의 전체 표면 위에 하나 이상의 종방향 철선들의 층이 형성될 때까지 상기 종방향 철선들을 당기는 과정과 맨들렐을 회전시키는 과정을 반복하는 단계와, 마지막 고정수단으로 고정기에 있는 종방향 철선들을 고정 및 절단하는 단계와, 맨드렐을 회전시키는 동시에 콘크리이트를 사출시키 종방향 철선들의 층이 주연부 철선들의 두개의 권취층 사이에 구성되게 하는 단계로 구성된다.

본 발명에 따라 T.A.D. 형태의 관을 얻을 수 있는데, 이는 다음과 같은 특징을 갖는다. 상호 개별적이고 필요한 만큼 정확한 비례를 이룬 두개의 종방향 및 횡방향 보강재를 각각 갖고 있어, 표준 길이를 가지면서 탁월한 압력 강도를 갖는 관을 제작할 수가 있다. 본 발명의 방법에 따른 종방향 철선을 적층시키는 과정을 기계를 사용하여 자동으로 수행할 수가 있다(이러한 공정을 수행하는 장치는 본 출원인에 의해 동일 날자로 출원된 이탈리아공화국 특허출원에 기재되어 있음). 밀집된 나선형 형태의 횡방향 또는 주연부 보강재는 관의 양단부에서 과도한 보강재가 권취되는 것을 방지할 수 잇어 상기 부분에 콘크리이트가 얇게 양생되는 것을 방지할 수 있다. 종방향 보강재는 제조되는 관의 전체길이에 걸쳐 균일하게 위치하여, 양단부를 포함한 어느 지점에서도 강도를 발휘할 수 있게 한다.

본 발명에 따른 T.A.D. 관은 선행 기술의 관에 대해 현저한 개선점을 갖는데, 이는 철 및 콘크리이트 특정 조합에 의해, 종래의 강화 콘크리이트에 비해 기대되지 않는 새롭고 상이한 특성을 나타내는 구조 물질이 얻어지게 때문이다.

본 발명에 따른 장점을 보다 상세히 설명하기 위해, 새로운 물질의 특징으로 설명하겠다.

콘크리이트가 높은 압축 강도하에서는 매우 제한된 탄성 변형을 나타내고, 조각으로 부서지기 쉬우며 매우 약한 인장 강도를 나타내는 것을 공지되어 있다.

이러한 특성은 이미 양생 단계에서부터 자생적으로 형성된 콘크리이트 매트릭스(matrix) 내의 균일의 존재로서 설명한다. 이렇나 구조에 인장 응력을 가하게 되면, 균열의 모서리에 재료의 평균 강도를 초과하는 응력 집중 현상이 나타나 균열 조직을 확장시키게 된다. 이는 다시 균열 모서리의 응력을 증가시켜, 이러한 과정이 인장 응력 하에 있는 전체 부분에 신속하게 확산되게 되어 갑작스런 파괴 상태를 나타내게 된다. 이러한 특성 때문에 보강되지 않은 콘크리이트를 압축 응력만을 받는 구조물에 사용하는 것을 제한되게 된다.

인장 응력을 받는 구종물에 콘크리이트를 사용할 때에는 강화 콘크리이트를 사용함으로써 가능하게 되는데, 여기에서는 인장 응력에 따라 힘은 보강 강철에 모두 전달되게 된다. 이때에, 인장 응력을 받는 콘크리이트의 균열은 허용하는 것으로 가정 하되, 강철은 적정의 하중 인장 응력을 갖고 있어야 한다.

그러나, 가압 유체를 이동시키는데 사용하는 관과 같이 인장 응력하에서 균열이 존재하는 것을 허용할 수 없느 구조물이 필요한 경우도 있는데, 이러한 구조물에 콘크리이트를 사용할 경우에 선행 기술에서는 자생적인 미세 균열 조직의 확산을 야기시키는 인장 응력 보다 낮은 매우 제한된 강도의 인장 응력으로 제한시키는 방법 이외에는 별다른 방법을 강구하지 못했는데, 이에 따라 금속 보강재가 비레적으로 사용되지 못하게 되어, 실제 사용되지 않는 보강재가 나타나게 되고 구조 자체에 문제점이 있기 때문에 그 사용 분야가 매우 제한 되게 되고, 상기 범위를 넘는 경우에 사용하고자 할 때는 프리-스트레스 콘크리트(pre-stress concrete)와 같은 보다 복잡하고 고가의 구조물이나 또는 다른 재료를 사용하게 된다.

인장 응력을 받는 콘크리이트의 사용 분야를 보다 넓히기 위한 시도가 최근에 많이 수행되었는데, 그 특정 시도는 공정적인 결과를 나타내었으며, 섬유 보강 콘크리이트 및 그물 보강 콘크리이트와 같은 새로운 형태의 콘크리이트 재료를 제안하기도 하였다.

상기 신규한 형태의 재료는 보강재로 보다 작은 크기의 다수의 금속 부재로 분할하고 콘크리이트 괴체 내로 분산시켜 콘크리이트 내에 미세 균열 조직이 형성되는 단계에 이미 배치한 보강 강철의 인장 응력 강도를 이용하기 위한 시도인 것으로서, 위 방법에 따라 형성된 구조가 인장 응력을 받을 경우에는, 미세 균열의 팽창 상태에서 균열 조직의 모서리에 위치하게는 되는 금속 부재는 인장 응력의 집중을 흡수하여, 균열 자체의 팽창을 차단하고 콘크리이트의 하중을 감소시키며, 하중을 더욱 증가시킬 경우에는 팽창 현상은 새로 형성된 미세 균열 조직에 의해 저지되거나, 또한 보강 요소에 의해 차단될 때까지 커지게 되는 새로운 균열 조직을 형성시킨다. 이러한 과정은 전체 구조물에 포함된 구조물이 인장 응력을 받을 때까지 계속되며, 이는 이미 차단된 미세 균열 조직에 대해 수회 반복 행해져 균열 조직의 점차 증가 하게 되는 동일 교호 작용 부분에 위치하는 금속 부재의 인장 응력을 증가시켜, 일반적인 부분에 있는 보강재의 가소성 연신 또는 파손에 의해 구조물이 붕괴되게 되고 이메 균열 조직이 형성되게 된다. 마지막 단계가 일어나게 되면, 인장 응력은 보강되지 않는 콘크리이트 또는 통상적인 방식에 따라 보강된 콘크리이트에 비해 월등히 높은 인장 응력을 나타내게 되고 매우 높은 변형도를 나타내게 된다.

어떠한 팽창 단계에서도 미세 균열 조직의 존재가 구조물의 작동을 위험하게 하지 않으므로 (미세 균열 조직의 존재는 상술한 바와같이 콘크리이트의 고유 특성임), 균등하게 분포된 철선으로 구성된 보강재를 사용하는 것이 콘크리이트 재료, 특히 전술한 가암 하의 관과 같은 인장 응력을 받는 구조물을 보다 유용하게 이용하는데 유리함을 알 수 있을 것이다. 이는 섬유 콘크리이트 또는 강철 콘크리이트 모우 제관 분야에 널리 사용되어 왔으나, 새로운 형태의 구종물에도 사용될 수 있는데, 이는 섬유 콘크리이트(금속 요소를 불규칙하게 배치하여 제작된) 및 강철 콘크리이트(금속 그물로 제작된) 모두가 증가된 강도를 갖고 모든 방향으로 동일한 변형성을 갖기 때문인데, 이러한 특징은 확실하게 결정된 두개의 방향 (종방향 및 횡방향)만으로만 응력을 받는 관에 사용하기에는 비합리적고 비경제적이 되게 된다. 상기 양방향으로는 최소 비율이 보강재만이 작용하게 된다.

본 발명에 따라 T.A.D. 관의 저항벽을 구성하는 복합 재료는 전술한 바와같이 정확하고 적합한 방향에 따라 미세 균열 구조의 저지 밍 분사 효과를 얻을 수 있도록 특별히 설계되고 마무리된 분산된 보강재를 사용함으로써 콘크리이트를 완벽하게 활동하는 것을 나타낸 것이며, 사익 방향은 벽 및 불시 하중으로 가해지는 외부 하중과 내부 압력을 받는 관에 나타나는 인장 응력이 된다.

본 발명에 따른 재료는 세멘트의 비율이 높고 함수량이 낮은 미세 콘크리이트 매트릭스로 구성되는데, 여기에 두 종류의 소직경의 철선을 규칙적으로 배열하는데, 제1철선은 횡방향 보강재로서 매우 좁은 피치(pich)로 나선식으로 권취되는 연속 철선으로 구성되고, 제2철선은 종방향 보강재로서 관형 구종물의 양단부 사이에서 엮어지는 연속 철선으로 구성된다. 상기 양 종류의 철선은 철선의 수는 제한을 받지 않으며, 직경에 구애 받지 않으며(그러나 2mm이하임). 축간 또는 상호간의 간격에 구애받지 않고(그러나 수 mm 정도임) 안전히 균일하게 배치된다.

본 발명에 따른 신규한 재료는 종래의 강화 콘크리이트와는 다르나 적정 방향 및 위치에 있는 금속 보강재를 사용하는 것을 공통적인데, 이는 균등하게 분포된 철선 보강재가 미세 균열 구조의 차단 및 분산에 매우 효과적이기 때문이다. 그러나, 몇 개의 규격이 큰 요소를 상호 격설시켜 구성한 종래의 보강 콘크리이트에서는 미세 균열 구조의 형성을 방지할 수 없어 재료의 사용 가능성이 크게 제한 받게 된다. 본 발명에 따른 재료는 또한 섬유 강화 또는 그물 강화 콘크리이트와 다르나 미세 균열 구조의 차단 및 분산 효과를 나타내는 것을 공통적인데, 이는 보다 큰 강도 및 변형성은 보강재를 정확하게 배열시킴으로써 설계 응력 봉쇄를 정확하게 할 수 있기 때문이다. 한편, 섬유 및 그물은 상기 특성을 일반적으로 증가시켜 주나, 경제적 및 합리적으로 사용하기 어렵다.

또한, 보강재(T.A.D.관 제작시 사용하는 보강재)를 기계적으로 위치시킴으로써 철선 보강재를 균등 분포시키는 규격성 및 균일성에 의해, 금속 보강재의 양과 결과로 얻어지는 복합 재료의 기계적인 특징 사이의 관계가 분명하게 결정되며, 이러한 현저한 균일성에 의해 분산된 보강재로 얻을 수 있는 특성에 비해 매우 낮은 편차(강도 및 변형성의 값)를 갖게 되는데, 분산된 보강재료는 균열이 불규칙적으로 발생되는 것을 막을 수 없다. 인징 응력이 구조의 붕괴 및 균열 상태가 매우 높더라고 이를 저지하는 섬유로 구성된 복합재료에서는 콘크리이트 괴체 내에 섬유를 불규칙적으로 배치하였기 때문에 이에 따른 문제를 예측 할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 재료에 있어서는 보강재의 분포가 규칙저이고 일정하게 되어 있어, 응력을 받는 전체 구조에 있어서 변형 및 응력을 균일하게 분포시킬 수 있어, 부과된 변형과 관련하여 가능한 매우 낮은 크기의 최대 수의 미세 균열 조직을 얻을 수가 있다.

균일 조직은 매우 작게 감소시킴으로써 T.A.D. 관의 벽을 구성하는 복합재료의 또 다른 특징을 제공하게 된다. 가압 유체를 반송하는데 사용되는 종래 형태의 강화 구조를 고찰해 보면, 하나 또는 수개의 미세 균열 조직의 발생은 매우 많은 양의 물이 격렬하게 누설되는 현상을 초래하여, 미세 구조의 모서리가 파괴되게 되어, 반송되는 유체의 압력이 저하되어 구조물의 사용을 중지하여야 하게 된다.

이와는 반대로 본 발명에 따른 재료에 있어서는, 가해지는 인장 응력이 미세 균열이 구조가 벽의 전체 두께에 걸쳐 연장될 정도에 도달하게 되면, 상기 균열 조직을 통과하는 피할 수 없는 물의 통로는 매우 감소된 폭이 되며 매우 제한된 크기가 되며, 벽의 외측면에 수분의 흔적 정도로 나타나는 매우 느린 삼출 형태가 되게 된다. 파괴 가능성은 나타나지 않으며 유체의 압력은 일체로 유지되어 따라서 구조물의 작동도 일체로 유지된다. 또한, 미세 균열 조직을 통한 물의 느린 통과는 콘크리이트 매트릭스 내에 포함된 세멘트 결합체를 다시 수화시키는 역할을 한다. 수화물(매트릭스 자체를 구성하는 수화물과 성질이 동일함)은 미세균열 구조를 신속히 밀봉하고, 물의 누설을 방지하여 벽의 일체성이 다시 회복되게 된다.

이러한 수화 과정 및 재밀봉 과정은 매우 유리하며, 이는 과도한 결합제의 존재 및 혼합물의 물의 양이 과도하게 감소되었을 때 가속화도며, 상기 상태는 콘크리이트를 양생할 때 사용되지 않은 결합제가 콘크리이트 매트릭스 내에 상당한 양이 존재하게 한다. 따라서 자체 밀봉 작용 및 벽의 일체성의 재회복은 매우 짧은 시간에 이루어지며, 구보물의 작업 목적면에서 볼 때는 무시할 수가 있다.

전술한 바와같이, 가해지는 응력을 증가시킨다고 해서 존재하는 미세 균열 조직이 확장되는 것이 아니라 매우 작은 폭의 새로운 미세 균열 조직이 형성되는 것이며, 전기한 과정은 새로운 미세 균열 조직에도 다시 적용되어, 가압 유체를 반송하는 목적에 사용되는 벽의 사용 수명은 금속 보강재가 파손되어 구조물 자체가 붕괴될 때까지 연장되게 된다.

전술한 과정을 수행할 수 있는 재료를 보강 또는 프리 스트레스 콘크리이트 관에 대신하여 사용하여 T.A.D. 관을 제작하면(연속 금속 덮개가 없을 경우에), 보강재가 파괴될 때까지 그 사용 수명을 유지할 수 있다.

본 발명에 따른 재료는 따라서 다음과 같은 특징을 나타낸다.

-미세 균열 조직을 저지 및 분산시켜 인장 응력하의 콘크리이트의 강도 및 변형성을 현저히 증가시키고(종래의 강화 콘크리이트에 비해 5배), 금속 보강재의 강도를 적절히 이용할 수 있다.

-이렇게 증가된 강도를 적절한 방향으로 향하게 하여 보강재 자체를 합리적이고 경제적으로 이용할 수 있게 한다.

-상기 강도 증가를 각각의 재료에 요구되는 정확한 정도로 조절할 수 있다.

-상기 강도를 구조물의 어떠한 점에서도 균일하게 유지하며 미세 균열 구조를 최대한 넓게 본포시켜 각 미세 균열 구조의 크기를 가능한한 작게 한다.

가압하의 유체를 반송하는 구조물에 사용할 경우에는 다음과 같은 특징으로 나타낸다.

-콘크리이트(전술한)의 강도 한계가 관통된 균열 조직을 형성할 정도로 초과되면, 감소된 폭의 미세 균열 조직을 이용하여 세멘트의 수화 과정을 활성화시켜 미세 균열 구조를 밀봉시킨다.

-전체 구조물이 인장 응력하에 있을 정도까지 계속되는 인장 응력의 증가에 대응하여 새로 형성된 미세 균열 조직 및 다시 개방되는 이미 형성되어 자체 밀봉된 균열 조직에 밀봉될 균열 조직이 이미 부분적으로 밀봉되어 있기 때문에 균열 조직의 폭이 매우 좁은 상태를 이용하여 전기한 과정이 되풀이 수행된다.

-상기 과정은 인장 응력이 금속 보강재를 파괴시킬 정도로 높아질 때까지 계속되는데, 이는 보강재의 강도를 완전히 이용하고 구조물의 사용 수명을 인장 응력 및 변형이 전기한 콘크리이트의 강도 한계의 2배가 될 때까지 연장시키는데, 이는 따라서 종래의 강화 콘크리이트에 비해 10배의 특성 한계를 나타내게 된다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명을 상술한다.

본 발명을 설명하기 전에, 공지된 관과는 다른 T.A.D. 관의 특징을 간단히 설명한다. 가압 도관에 사용되는 콘크리이트 관은 다음 두 가지 분류에 속하게 된다.

a) 종래의 강화 콘크리이트로 된 관.

b) 프리 스트레스된 콘크리이트 된 관.

상기 첫번째 관은 비교적 완화된 압력(예컨대 직경이 1m정도일 경우에는 5-6기압 이하)에서 사용되며, 비교적 큰 직경을 갖는 강철 봉으로 된 횡방향 및 종방향 보강재가 삽압된 콘크리이트 벽으로 구성되는데, 이 관은 여러 가지 방법으로 제작된다(진동 또는 회전식 원심법, 진동 수직 주형 내에서의 주소 등).

상기 두번째 관은 종래의 강화 콘크리이트로 된 관 보다는 높은 압력 범위에 사용되며(5-6 기압 이상이며 최대 20기압까지), 강화 콘크리이트를 제작하는데 사용되는 기술의 하나에 따라 제작되는 코어관(core tube)로 구성되는데, 그 위에 고강도의 강철이 인장 응력 하에 나선형으로 권취된다. 다음에 상기 나선을 세멘트로 도포하여 보호한다.

T.A.D. 관은 본질적으로 통상적인 강화 콘크리이트 관으로서 프리 스트레스된콘크리이트 관이 사용되는 고압을 지탱할 수 있는 관을 말한다. 이와 관련하여, T.A.D. 관은 보강된 콘크리이트 기술 분야에서 다음과 같은 차이점을 나타낸다.

a) 보강재는 관의 전체 벽 두께에서 연속된 가는 철선(직경 2mm이하)으로 구성된다. 즉, 각 철선은 겹쳐지지 않는 상태로 동심 나선을 따라 관의 한쪽 단부에서 다른쪽 단부로 향한다.

b) 철선은 프리 스트레스된 강화 콘트리이트의 보강재에 비해 신장되지 않는다.

c) 금속 보강재는 통상적인 강화 콘크리이트 및 프리 스트레스된 강화 콘크리이트의 보강재가 보강재 강철 부재의 비교적 넓은 부분에 집중되어 있는 것과는 달리 콘크리이트 매트릭스 내에 밀접되게 위치한다.

관은 프레미옴 콘크리이트(작은 입자, 높은 세멘트 퍼센테이지, 매우 낮은 물/세멘크 비)를 대향 회전하는 로울을 사용하는 기계적인 공정으로 그 수평축 주위로 회전하는 맨드렐 위에 고속으로 25m/초 이상) 사출하여 형성한다.

콘크리이트 혼합물은 직경 3mm이항의 불활성 물질로 구성되는데, 이는 분말로 도포 및 박리되어 자갈 및 암석 파쇄물과 혼합된다. 성분비는 세멘트의 약 600-700kg/m³이며, 물/세멘크비는 0.3이하이다.

다음과 같은 특징을 갖는 고강도 콘크리이트가 얻어진다.

-순수 인장 응력 σ_t=60kg/cm²

-굴곡 인장 응력 σ_f=90kg/cm²

-입방체의 압축 응력 σ_c=650kg/cm²

-인장 응력이 0.7 σ_t인 인장 응력하의 탄성계수 E_t=350.000kg/cm²

보강재는 σ_a8.000kg/cm²인 부드러운 철선으로 구성한다.

통상적인 강화된 콘크리이트로 정의되고 균등 분포된 철선 보강재를 갖는 물질은 기술적인 관점에서 높은 기능을 가지며 제조비가 저렴한 새로운 물질을 제고하게 된다.

T.A.D. 관을 제작하기 위한 장치는 통상적인 형태 또는 프리 스트레스된 관과 같은 강화된 콘크리이트관을 제작하는데 필요한 장치에 비해 저렴하고, 간단하며 제작 속도가 신속하다.

제1도에는 그 양단부에 두개의 헤드(2,2')를 갖고 있고 지지부(4,4') 위에 회전 자재하게 지지된 축(3,3')가 마련된 금속 맨들렌(1)을 도시하였다. 축 (3)은 모터(5)에 연결되어 맨들렐(1) 및 그 단부의 헤드(2,2')를 축(3,3')를 통과하는 축 주위로 회전시킨다. 헤드(2,2')에는 고정 수단(6,6')가 마련되는데, 이들은 종방향 철선을 이후에 상술하는 바와같이 적층시키는데 사용된다.

맨드렐(1) 위에서 T.A.D. 관을 제조하기 위해서는 콘크리이트 사출 장치(8)을 사용하여 제1콘크리이트층을 도포하는데, 상기 장치는 맨트렐 위에 특정 입자 및 수분을 함유하는 특징을 갖는 콘크리이트(9)를 고속하에 사출한다. 도시한 실시예에서, 맨들렐은 그 축 주위로 회전하고, 맨들렐은 종방향에 대해서는 고정된 상태이며, 사출 장치는 맨들렐을 두개의 방향을 따라 이동하여, 맨들렐 위에 콘크리이트를 맨들렐의 회전에 의해 주연부 방향으로 도포하고, 장치(8)을 이동시켜 종방향으로도 도포한다.

콘크리이트 제1층(7)이 맨들레(1) 위에 도포된 후에, 주연부 철선을 감기 시작한다(제2도). 철선들은 영국 특허 제1,584,844호에 기재된 바에 따라 철선 다발(10)을 맨들렐(1) 위에서 형성되는 관의 한쪽 단부에 고정하고, 맨들렐을 회전시키게 되면 철선 다발(10)은 맨들렐의 종방향으로 이동하는 반송기 위에 위치한 코일로부터 풀려지게 된다. 반송기가 맨들렐의 전면으로 완전 행정을 하게 되면, 철선 다발(10)에 층(7)위에 철선 층으로 적층되게 된다.

철선 다발(10)을 주연부에 권취시키는 동시에, 장치(8)로 콘크리이트를 사출하여 콘크리이트층(7)의 굳지 않은 콘크리이트 위에 바로 적층된 철선 다발을 바로 도포하여 콘크링트 매트릭스 내에 위치시킨다. 이와 같은 과정을 수회 반복하게되면 관벽이 일정 두께로 형성되는데, 이 벽은 주연부 철선(10)에 의해 보강되게 된다.

이제 본 발명에 따라 T.A.D. 관을 제작하는 데 필요한 종방향 철선의 보강층을 적층시킨다.

주연부 보강재를 구성하는 철선(10)을 절단하지 않은 채로 맨드렐의 회전을 증지시켜, 주연부 철선 보강재의 연속된 상태를 유지한다.

제3도에서 볼 수 있는 바와같이, 종방향 보강 철선 다발(11)을 철선(11)의 단부들을 헤드(2) (또는 헤드(2'))에 있는 고정 수단(6)에 고정시켜 종방향 철선을 적층시키는데, 이때에 철선(11)을 강철 바아(12)에 고정시켜 강철 바아가 철선(11) 사이에 구속력을 제공하여 철선들이 우측을 향해(제3도에서 볼 때) 연신되고 다시 고정 수단(6)을 향해 연신되도록 한다.

고정 수단(6)은 맨드렐의 헤드로부터 돌출된 스터드 또는 고리 형태로 한다. 철선 다발(11)은 기계의 의해 연신되고 반대단 헤드(2')를 향해 당겨져 상기 헤드의 고정 수단(6')를 지나게 된다. 제3도 및 그 이후의 도면에는 단지 3개 또는 4개의 철선(11)을 도시하였으나, 헤드 (2) 및 (2')에 고정 수단 (6,6')를 보다 밀집되게 위치시켜 일회 통과시에 적충되는 철선(11)의 수를 예컨대 6개, 12개 또는 그 보다 많은 수로 할 수도 있다.

제4도는 제3도에 도시한 방법에 따라 종방향 철선들을 적층시키는 상태를 나타낸 것이다.

본 발명의 방법에 따라, 철선(11)이 헤드(2')의 고정 수단(6')를 지나간 후에, 맨들렐을 철선 다발(11)이 차지하는 원의 호 만큼의 각도로 회전시키는데, 이 때 철선(11) 자체는 맨들렐에 대해 정지된 상태로 유지된다. 이러한 방법으로, 제5도에 도시한 바와 같이 철선(11)들은 고정 수단(6') 주위에서 굴곡되게 되어, 앞서 적층된 철선 다발들을 확실하게 고정하게 되며 이어서, 철선 다발들은 앞의 과정과는 반대 방향으로 연신시켜 철선 다발의 단부들이 고정 수단(6')에 고정되게 한다.

이러한 과정을 형성되는 관의 전체 표면 위에 종방향 보강 철선이 완전히 덮혀질 때까지 반복하는데, 이는 제6도에 개략적으로 도시하였다. 분명히 다수의 철선층이 적층되는데, 각 단일 철선은 전체층에 걸쳐 연속적이게 된다.

상기 과정이 끝난 후에, 최종적으로 통과하는 철선(11)을 헤드에 일치하게 절단하고 각 고정 수단에 고정 시킨다.

상기 시점에서 제7도에 도시한 주연부 철선(10')를 권취하고 동시에 장치(8)로부터 콘크리이트(9)를 사출하여 관벽의 형성을 계속하는데, 이때 맨드렐(1)은 다시 회전되기 시작한 상태이다. 이러한 방법으로 앞서 적층된 종방향 철선들은 새로운 종방향 철선다발(10') 하부에 묻히게 되고 사출된 콘크리이트괴체 밑에 묻히게 된다. 이러한 과정은 적절한 양의 종방향 및 횡방향 보강재가 적층된 적정 벽 두께 를 얻는때까지 계속한다.

본 발명에 따라 종방향 철선을 적층시키는 것은 자동적인 방법으로 수행할 수 있어, T.A.D. 관을 자동으로 제작할 수 있게 된다. 이러한 방법을 수행하는 장치는 동일 일시에 동일 출원인에 의해 출원된 이탈리아공화국 특허출원에 기재되어 있다.

본 발명의 방법에 따라, 주연부 보강재의 경사각은 임의로 선택할 수 있으며, 맨들렐의 축에 대해 2°내지 10°사이에서 선택하는 것이 적합하다.

따라서, 적정양의 종방향 보강재 및 횡방향 보강재로 마련된 철선 보강재가 균등하게 분포되어 필요한 강도를 갖는 제품을 생산할 수 있는 방법을 마련하여 통상적으로 보강된 콘크리이트를 제작하는데 따른 문제점을 완전하게 해결하게 된다.

본 발명의 실시예는 본 발명의 분야 및 정신을 이탈하지 않는 범위내에서 수정될 수 있다.

Claims (4)

1. 종방향 축 주위로 회전하는 성형 맨들렐 위에 콘크리이트를 집중적으로 균일하게 고속으로 사출하여 형성된 콘크리이트 벽과, 형성되는 사익 벽의 전체 두께 내에 위치하는, 나선식으로 권취되는 연속된 가는 철선층으로 구성되는 주연부 보강재로 구성되는 균등하게 분포된 철선 보강재를 갖는 통상적인 보강 콘크리이트 관에 있어서, 맨들렐의 축에 대한 주연부 철선 보강재의 나선 경사각이 2°내지 10°사이이고, 철선의 직경이 0.1 내지 1mm사이이고, 맨드렐의 축에 평행한 가는 철선으로 구성되는 종방향 보강재가 상기 관벽에 균등하게 분포되고, 상기 종방향 철선 보강재가 두개의 인접한 주연부 보강 철선층 사이에 위치하여 하나 또는 수개의 층을 이루고 0.5 내지 2mm의 직경을 가지며, 콘크리이트 체적에 대한 철선의 전체 밀도가 관의 벽 단면에 대해 11 내지 5%사이인 것을 특징으로 하는 강화된 콘크리이트 관.
2. 연속적이고 가는 주연부 철선 및 종방향 철선으로 구성되는 보강재를 갖는 균등 분포된 철선 보강재를 갖고 있고, 콘크리이트를 고속으로 집중적으로 사출하고 동시에 고정 수단이 마련된 두개의 헤드가 그 양단부에 위치하고 회전 맨트렐위에 연속적이고 가느다란 다수의 연속된 주연부 철선을 권취시켜 형성하는 통상적인 강화 콘크리이트 관 제작 방법에 있어서, 상기 주연부 철선을 맨드렐의 축에 대해 2°내지 10°경사진 나선을 따라 관 전체를 덮을 때까지 권취하는 단계와, 맨드렐의 회전을 중지시키는 단계와, 가느다란 다수의 제2철선을 상기 고정 수단위에서 맨드렐의 제1헤드에 고정시키는 단계와, 상기 다수의 제2철선들을 상기 제2헤드의 고정 수단을 통과할 때까지 맨트렐의 제2헤드방향으로 멘트랠의 종방향인 제1방향으로 신장시켜 상기 철선들을 성형되는 관 위에 종방향 밴드 형태로 적층시키는 단계와, 상기 철선들을 고정된 상태로 유지하면서 사익 종방향 철선들의 적층된 밴드로 덮혀진 맨드렐의 원의 호와 일치하는 각도 만큼 맨드렐을 회전시켜 상기 제2고정 수단 주위에서 철선들을 굴곡시키는 단계와, 상기 제2철선들을 맨드렐에 대한 상기 제1종방향과는 반대되는 방향으로 상기 제1헤드의고정의 고정 수단을 지날때까지 신장시켜 성형되는 관 위에 제2종방향 밴드 형태로 상기 철선들을 적층시키는 단계와, 상기 맨드렐을 제1각과 동일한 각으로 회전시켜 상기 제1헤드의 제1고정 수단 주위에서 상기 철선들을 굴곡시키는 단계와, 성형되는 관의 전체 표면위에 하나 이상의 종방향 철선이 적층될때까지 사익 종방향 철선들의 신장 과정 및 상기 맨드렐의 회전과정을 반복하는 단계와, 상기 종방향 철선들을 절단하여 마지막 고정 수단에 고정시키는 단계와, 맨드렐을 회전시키는 동시에 주연부 철선들을 권취시키고 콘크리이트를 사출하여 종방향 철선층이 두개의 권취된 주연부 철선층 사이에 위치되도록 하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 통상적인 강과 콘크리이트 관 제작 방법.
3. 제2항에 있어서, 성형되는 관의 전체 표면위에 종방향 철선층을 적층시키는 단계를 성형되는 관벽에 종방향으로 적절한 수의 철선층을 적층시킬때까지 반복하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제2항 또는 3항에 있어서, 두개의 주연부 철선층 사이에 상기 종방향 철선층을 적층시키는 단계를 1회 이상 반복하는것을 특징으로 하는 방법.

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