WO2017069492A1 - 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브 및 그 제조 방법, 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 판 상의 콘크리트 몸체와; 프리텐션(pre-tenstion)되어 상기 콘크리트 몸체의 길이 방향을 따라 상기 콘크리트 몸체의 단면 하부에 매입되어 부착되는 긴장재를 포함하되, 상기 긴장재의 양단부는 상기 콘크리트 몸체의 단부로부터 일정 거리가 상기 콘크리트 몸체에 비부착되는, 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브가 제공된다.

Description

프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브 및 그 제조 방법, 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재 제조 방법
본 발명은 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 콘크리트에 직접적으로 전달되는 긴장재의 인장력의 일부를 차단하여 인장력을 부담하는 콘크리트 단면을 증가시켜 인장응력을 감소시킴으로써 콘크리트 슬래브의 수평인장균열의 발생을 방지할 수 있는 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 조강성 시멘트를 이용하여 콘크리트 부재를 제조하고 콘크리트 부재의 양생 시 발생하는 수화열을 고려하여 증기양생이력을 선정함으로써 재령 초기에 강도를 발현할 수 있고 에너지 소비를 줄일 수 있는 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재 제조 방법에 관한 것이다.
프리스트레스트 중공 콘크리트 슬래브는, 슬래브 복부에 길이 방향으로 중공부(hollow core)를 두고 복부 하부에 긴장재 두어 프리스트레스(prestress)를 도입한 콘크리트 바닥구조이다. 슬래브 복부의 중공부는 슬래브의 중량과 재료비용이 감소되는 장점이 있으나, 복부 단면의 감소로 인해 전단에 취약하다는 단점이 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 중공 콘크리트 슬래브의 경우 슬래브 단면의 축소로 인하여 슬래브의 하부에 프리스트레스의 도입에 따라 중공 콘크리트 슬래브의 단부의 긴장재의 부근에서 콘크리트 내 인장응력 발생으로 인하여 수평인장균열(split crack)이 발생 할 수 있다. 수평인장균열은 긴장재 부근의 다짐 불량 등의 시공적인 원인 이외에도 과도한 긴장력으로 인한 콘크리트 강도를 넘어서는 과도한 인장응력(또는 파열응력: bursting stress)의 발생이나, 또는 긴장력 도입 시 불충분한 콘크리트 강도 등의 구조적인 원인으로 초래될 수 있다.
수평인장균열이 발생하면 중공 콘크리트 슬래브의 전단강도가 감소되고, 긴장력 도입 시 더 많은 양의 슬립(slip)이 발생하게 된다.
한편, 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재는 공장 등에서 긴장재를 미리 긴장한 상태에서 콘크리트를 타설하고 양생한 후 긴장재의 긴장을 해제하여 콘크리트 부재에 프리스트레스(prestress)를 도입한 콘크리트 부재를 말한다.
종래의 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재는 1종 시멘트로 구성된 일반 콘크리트를 적용하여 제작된다. 일반 콘크리트는 재령 7일과 28일에 설계 압축강도의 70%와 거의 100%에 해당하는 압축강도를 발휘하는데, 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재는 생산량 증대를 위하여 조기 탈형이 필요하여 재령 1일에 설계 압축강도의 70%를 확보해야 할 필요가 있다. 이에 따라 일반 콘크리트의 수화반응을 촉진하기 위하여 콘크리트 부재에 증기양생을 진행하게 된다.
종래의 증기양생은 기본적으로 3시간 콘크리트 타설, 3시간 전치기간, 3시간 증기공급 상승기, 6시간 최대증기온도 유지기, 3시간 증기공급 하강기, 3시간 냉각기, 3시간 탈형 및 운반으로 구성된다.
그런데, 증기양생 공정 중, 증기 공급시간은 3시간+6시간+3시간=12시간의 과도한 시간이 소요되며 이로 인해 에너지가 과다하게 사용되는 단점이 있다.
본 발명은 콘크리트에 직접적으로 전달되는 긴장재의 인장력의 일부를 차단하여 인장력을 부담하는 콘크리트 단면을 증가시켜 인장응력을 감소시킴으로써 콘크리트 슬래브의 수평인장균열의 발생을 방지할 수 있는 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브 및 그 제조 방법을 제공한다.
그리고, 본 발명은 조강성 시멘트를 이용하여 콘크리트 부재를 제조하고 콘크리트 부재의 양생 시 발생하는 수화열을 고려하여 증기양생이력을 선정함으로써 재령 초기에 강도를 발현할 수 있고 에너지 소비를 줄일 수 있는 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 판 상의 콘크리트 몸체와; 프리텐션(pre-tenstion)되어 상기 콘크리트 몸체의 길이 방향을 따라 상기 콘크리트 몸체의 단면 하부에 매입되어 부착되는 긴장재를 포함하되, 상기 긴장재의 양단부는 상기 콘크리트 몸체의 단부로부터 일정 거리가 상기 콘크리트 몸체에 비부착되는, 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브가 제공된다.
상기 콘크리트 몸체에는 상기 콘크리트 몸체의 길이 방향을 따라 관통하는 중공부(hollow core)가 형성될 수 있다.
상기 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브는, 상기 긴장재가 슬립(slip)되도록 단부가 삽입되며, 상기 콘크리트의 몸체에 매입되는 비부착용 슬리브(sleeve)를 더 포함할 수 있다.
상기 긴장재는 PS 강연선을 포함할 수 있으며, 상기 PS 강연선의 비부착 길이(lu)는, 아래의 [식 9]를 만족하도록 선택될 수 있다.
[식 9]
Figure PCTKR2016011698-appb-I000001
여기서,
Figure PCTKR2016011698-appb-I000002
Figure PCTKR2016011698-appb-I000003
Figure PCTKR2016011698-appb-I000004
Figure PCTKR2016011698-appb-I000005
Figure PCTKR2016011698-appb-I000006
Figure PCTKR2016011698-appb-I000007
Figure PCTKR2016011698-appb-I000008
Figure PCTKR2016011698-appb-I000009
Figure PCTKR2016011698-appb-I000010
Figure PCTKR2016011698-appb-I000011
Figure PCTKR2016011698-appb-I000012
Figure PCTKR2016011698-appb-I000013
Figure PCTKR2016011698-appb-I000014
Figure PCTKR2016011698-appb-I000015
Figure PCTKR2016011698-appb-I000016
Figure PCTKR2016011698-appb-I000017
Figure PCTKR2016011698-appb-I000018
Figure PCTKR2016011698-appb-I000019
Figure PCTKR2016011698-appb-I000020
Figure PCTKR2016011698-appb-I000021
Figure PCTKR2016011698-appb-I000022
사용하중에 따른 상기 PS 강연선의 최대 비부착 길이(lu,s)는, 아래의 [식 10]에 의해 산출될 수 있다.
[식 10]
Figure PCTKR2016011698-appb-I000023
여기서,
Figure PCTKR2016011698-appb-I000024
Figure PCTKR2016011698-appb-I000025
Figure PCTKR2016011698-appb-I000026
Figure PCTKR2016011698-appb-I000027
Figure PCTKR2016011698-appb-I000028
극한하중에 따른 상기 PS 강연선의 최대 비부착 길이(lu,u)는, 아래의 [식 11]에 의해 산출될 수 있다.
[식 11]
Figure PCTKR2016011698-appb-I000029
여기서,
Figure PCTKR2016011698-appb-I000030
Figure PCTKR2016011698-appb-I000031
Figure PCTKR2016011698-appb-I000032
Figure PCTKR2016011698-appb-I000033
Figure PCTKR2016011698-appb-I000034
Figure PCTKR2016011698-appb-I000035
그리고, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브를 제조하는 방법으로서, 제조하고자 하는 상기 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브의 개수에 상응하여 긴장재에 복수의 비부착용 슬리브를 끼워 넣고 상기 긴장재를 인장대(tensioning bed)에 설치하여 상기 긴장재를 긴장하는 단계와; 제조하고자 하는 상기 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브의 각 단부에 상응한 위치에 상기 비부착용 슬리브가 위치하도록 상기 비부착용 슬리브의 위치를 설정하고 고정하는 단계와; 제조하고자 하는 복수의 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브 각각에 상응하여 상기 인장대에 굳지 않는 콘크리트를 타설하고 양생하여 콘크리트 몸체를 형성하는 단계와; 상기 콘크리트가 양생되면 상기 긴장재의 정착을 해제하여 상기 콘크리트 몸체에 프리스트레스를 도입하는 단계를 포함하는, 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브 제조 방법이 제공된다.
상기 콘크리트 몸체를 형성하는 단계는, 상기 인장대의 길이 방향으로 따라 이동하는 압출식 타설기에 의해 압출성형방식으로 수행될 수 있다.
상기 콘크리트를 타설하고 양생하는 단계 이후에, 서로 인접하는 상기 콘크리트 몸체 사이의 긴장재를 절단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재를 제조하는 방법으로서, 긴장재를 인장대(tensioning bed)에 설치하여 상기 긴장재를 긴장하는 단계와; 조강성 시멘트(early strength type cement)를 포함하는 굳지 않은 조강성 콘크리트를 타설하는 단계와; 제조하고자 하는 상기 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재의 단면에 따른 수화열 발생을 고려하여 증기양생이력을 선정하는 단계와; 상기 증기양생이력에 따라 상기 조강성 콘크리트를 증기양생하여 콘크리트 몸체를 형성하는 단계와; 상기 증기양생 후 상기 긴장재의 정착을 해제하여 상기 콘크리트 몸체에 프리스트레스를 도입하는 단계를 포함하는, 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재 제조 방법이 제공된다.
상기 증기양생이력을 선정하는 단계는, 복수의 예비 증기양생이력을 준비하는 단계와; 상기 각각의 예비 증기양생이력에 따른 상기 조강성 콘크리트의 예측 압축강도 및 에너지계수를 산정하는 단계와; 상기 조강성 콘크리트의 예측 압축강도가 상기 조기 탈형을 위한 설계 압축강도의 70%이상인 것과 상기 에너지계수 중 가장 낮은 것을 최적의 증기양생이력으로 선정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 조강성 콘크리트의 예측 압축강도는 다음의 [식 12]으로 산정될 수 있다.
[식 12]
Figure PCTKR2016011698-appb-I000036
여기서,
Figure PCTKR2016011698-appb-I000037
Figure PCTKR2016011698-appb-I000038
Figure PCTKR2016011698-appb-I000039
Figure PCTKR2016011698-appb-I000040
Figure PCTKR2016011698-appb-I000041
Figure PCTKR2016011698-appb-I000042
Figure PCTKR2016011698-appb-I000043
Figure PCTKR2016011698-appb-I000044
Figure PCTKR2016011698-appb-I000045
Figure PCTKR2016011698-appb-I000046
상기 조강성 콘크리트의 예측 압축강도를 산정하는 [식 12]의 양생이력을 고려한 조강성 콘크리트의 등가재령(teq)은, 제조하고자 하는 상기 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재의 단면을 여러 개의 단위요소로 분할하고 상기 단위요소별 단면 내 온도(℃)를 산정한 후, 상기 단위요소별로 단면 내 온도의 평균값은 단면 내 온도(T)로 하여 산정될 수 있다.
상기 단위요소별 단면 내 온도(℃)는, 상기 수화열의 열전달 모델에 따른 아래의 [식 13]에 의해 산정될 수 있다.
[식 13]
Figure PCTKR2016011698-appb-I000047
여기서,
Figure PCTKR2016011698-appb-I000048
Figure PCTKR2016011698-appb-I000049
Figure PCTKR2016011698-appb-I000050
Figure PCTKR2016011698-appb-I000051
Figure PCTKR2016011698-appb-I000052
이고,
상기 단위 부피당 발생하는 수화열(QH)은,
Figure PCTKR2016011698-appb-I000053
여기서,
Figure PCTKR2016011698-appb-I000054
Figure PCTKR2016011698-appb-I000055
Figure PCTKR2016011698-appb-I000056
Figure PCTKR2016011698-appb-I000057
Figure PCTKR2016011698-appb-I000058
Figure PCTKR2016011698-appb-I000059
Figure PCTKR2016011698-appb-I000060
Figure PCTKR2016011698-appb-I000061
Figure PCTKR2016011698-appb-I000062
Figure PCTKR2016011698-appb-I000063
Figure PCTKR2016011698-appb-I000064
본 발명의 실시예에 따르면, 콘크리트에 직접적으로 전달되는 긴장재의 인장력의 일부를 차단하여 인장력을 부담하는 콘크리트 단면을 증가시켜 인장응력을 감소시킴으로써 콘크리트 슬래브의 수평인장균열의 발생을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재 제조 방법은, 조강성 시멘트를 이용하여 콘크리트 부재를 제조하고 콘크리트 부재의 양생 시 발생하는 수화열을 고려하여 증기양생이력을 선정함으로써 재령 초기에 강도를 발현할 수 있고 에너지 소비를 줄일 수 있다.
도 1은 수평인장균열이 발생한 프리캐스트 프리스트레스트 중공 콘크리트 슬래브를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브의 정면을 간략히 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브의 측면을 간략히 도시한 도면.
도 4는 도 3의 A 부분을 확대한 도면.
도 5는 비부착 구간이 없는 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브의 단면을 도시한 도면.
도 6은 비부착 구간이 없는 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브의 자유물체도(free body diagram)
도 7은 비부착 구간이 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브의 자유물체도(free body diagram)
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브 제조 방법의 순서도.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브 제조 방법의 흐름도.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브 제조 방법에 사용되는 압출식 타설기를 간략히 도시한 도면.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재 제조 방법의 순서도.
도 15 내지 도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재 제조 방법의 흐름도.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재 제조 방법의 증기양생이력을 나타낸 도면.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재 제조 방법에 따라 제조될 콘크리트 부재의 단면도.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재 제조 방법에 따른 증기양생이력을 도시한 도면.
본 발명은 다양한 변환을 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 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브 및 그 제조 방법, 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재 제조 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브의 정면을 간략히 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브의 측면을 간략히 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 A 부분을 확대한 도면이다. 그리고, 도 5는 비부착 구간이 없는 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브의 단면을 도시한 도면이고, 도 6은 비부착 구간이 없는 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브의 자유물체도(free body diagram)이다. 그리고, 도 7은 비부착 구간이 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브의 자유물체도(free body diagram)이다.
도 1 내지 도 7에는, 콘크리트 슬래브(10), 콘크리트 몸체(12), 굳지 않은 콘크리트(13), 긴장재(14), 수평인장균열(split crack)(15), 중공부(16), 비부착 구간(17), 비부착용 슬리브(sleeve)(18), PS 강연선(19)이 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브(10)는, 판 상의 콘크리트 몸체(12)와; 프리텐션(pre-tenstion)되어 콘크리트 몸체(12)의 길이 방향으로 따라 콘크리트 몸체(12)의 단면 하부에 매입되어 부착되는 긴장재(14)를 포함하는데, 긴장재(14)의 양단부는 콘크리트 몸체(12)의 단부로부터 일정 거리가 콘크리트 몸체(12)에 비부착된다.
콘크리트 몸체(12)에 매입되는 긴장재(14)의 양단부가 콘크리트 슬래브(10)의 양단부에서 일정 거리 비부착되어 있어, 콘크리트 몸체(12)에 직접적으로 전달되는 긴장재(14)의 인장력의 일부가 차단되어 콘크리트 몸체(12)의 단면 내에 발생하는 인장력이 차단됨과 아울러 비부착된 부분의 콘크리트의 면적이 넓어짐에 따라 상대적으로 인장응력의 크기(인장응력=인장력/콘크리트면적)가 감소됨으로써 긴장재(14) 부근에서 발생하는 수평인장균열(split crack)(15)의 발생이 감소될 수 있는 것이다.
콘크리트 몸체(12)는, 폭(b)에 비해 높이(h)가 낮은 판 상으로 제조되어 콘크리트 슬래브(10)의 본체를 이루게 된다. 콘크리트 몸체(12)는, 굳지 않은 콘크리트(13)를 거푸집에 타설하고 양생하여 형성되거나, 굳지 않은 콘크리트(13)를 압출식 타설기로 타설하여 압출식 공법에 의해 형성될 수 있다. 한편, 콘크리트 몸체(12)에는 콘크리트 몸체(12)의 길이 방향을 따라 관통하는 복수의 중공부(hollow core) (16)가 형성되어 중공의 콘크리트 슬래브(10)의 본체를 이룰 수 있다.
이하에서는, 길이 방향으로 복수의 중공부(16)가 형성되어 있는 중공의 콘크리트 슬래브(10)를 중심으로 설명하기로 한다.
긴장재(14)는, 프리텐션(pre-tension)되어 콘크리트 몸체(12)의 길이 방향을 따라 콘크리트 몸체(12)의 단면 하부에 매입되어 콘크리트 몸체(12)에 부착된다.
콘크리트의 인장강도는 압축강도의 1/10 ~ 1/13 정도로서 매우 작기 때문에, 콘크리트 슬래브의 상부에서 하중이 작용하는 경우 콘크리트 슬래브의 하부에는 인장응력이 발생하여 휨균열이 발생하고 인장응력이 콘크리트의 인장강도를 초과하는 경우 파괴가 일어날 수 있다. 이와 같이 하중에 의하여 콘크리트 슬래브에 일어나는 인장응력을 상쇄하기 위하여 긴장재로 콘크리트 몸체의 단면 하부에 미리 압축응력을 줄 수 있는데, 이와 같이 미리 압축응력이 도입된 콘크리트를 프리스트레스트 콘크리트(prestressed concrete)라 한다.
긴장재(14)에 프리스트레스를 도입하는 방법으로는 긴장재(14)의 긴장 시기에 따라 프리텐션(pre-tension) 방식과 포스트 텐션(post-tension) 방식으로 구분되는데, 본 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브(10)는 프리텐션 방식에 의해 콘크리트 몸체(12)에 긴장력이 도입된다. 프리텐션 방식은, 긴장재(14)에 인장력을 주어 긴장해 놓은 채 콘크리트를 타설하고 콘크리트가 양생되면 긴장재(14)의 인장력을 풀어서 콘크리트에 압축의 프리스트레스를 도입하는 방법으로서, 콘크리트와 긴장재(14)의 부착에 의해 프리스트레스가 도입된다.
콘크리트 몸체(12)에 프리스트레스를 도입하기 위한 긴장재(14)로는 PS 강선, PS 강연선(19) 등이 사용될 수 있다. 본 실시예에서는 여러 개의 소선(素線, strand)을 꼬아 형성되는 PS 강연선(19)을 긴장재(14)로서 사용한 형태를 제시한다.
프리텐션 방식에 의해 콘크리트 몸체(12)에 프리스트레스트를 도입하는 과정에서 긴장재(14)는 콘크리트 몸체(12)의 길이 방향을 따라 콘크리트 몸체(12)의 단면 하부에 매입되어 부착되는데, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 긴장재(14)의 양단부가 콘크리트 몸체(12)의 양단부로부터 각각 일정 거리만큼 콘크리트 몸체(12)에 비부착되도록 구성된다. 즉, 긴장재(14)의 양단부가 콘크리트 몸체(12)에 부착되지 않도록 긴장재(14)의 단부에 비부착 구간(17)을 마련하는 것이다.
본 실시예에서는 긴장재(14)의 단부에 비부착 구간(17)을 형성하기 위하여, 튜브 형상의 비부착용 슬리브(sleeve)(18)를 긴장재(14)의 양단부에 각각 끼운 상태에서 긴장재(14)가 콘크리트 몸체(12)에 매입되도록 콘크리트를 타설하고 양생하여 긴장력 도입 시 비부착용 슬리브(18)의 내부에서 긴장재(14)의 단부에 긴장력이 전달되지 않도록 구성하였다.
비부착용 슬리브(18)는 내부에 관통부가 형성되는 튜브 형태로서, 긴장재(14)가 슬립(slip)되도록 긴장대의 단부가 삽입된 상태에서 콘크리트의 몸체에 매입된다.
이하에서는 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브(10)의 수평인장균열(15) 방지 효과에 대해 자세히 살펴보기로 한다.
도 6은 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브(10)의 자유물체도로서, 콘크리트 슬래브(10)의 내부에는 길이 방향으로 중공부(16)가 형성되고 긴장재(14)로서 PS 강연선(19)을 사용한 형태이다.
이때, 수평인장균열(15)을 발생시키는 y방향 인장력(T)는 x=h/4에 위치한다고 가정한다. (H. Nilson (1987). "Design of Prestressed Concrete 2nd edition." John Wiley & Sons, Incorporated.) 또한, 일반적으로 수평인장균열(15)의 길이가 전달길이(ltr)와 유사하다는 점을 바탕으로, 인장력(T)와 평형을 이루는 압축력(C )은 x= ltr에서 작용한다고 가정하였다.
도 6에 나타낸 자유물체도에서 x 방향 힘과 모멘트에 대한 평형조건을 적용하면 인장력(T)과 전단력(V )을 다음의 [식 1]과 [식 2]로 산정할 수 있다.
[식 1]
Figure PCTKR2016011698-appb-I000065
[식 2]
Figure PCTKR2016011698-appb-I000066
여기서,
Figure PCTKR2016011698-appb-I000067
Figure PCTKR2016011698-appb-I000068
Figure PCTKR2016011698-appb-I000069
Figure PCTKR2016011698-appb-I000070
Figure PCTKR2016011698-appb-I000071
Figure PCTKR2016011698-appb-I000072
Figure PCTKR2016011698-appb-I000073
Figure PCTKR2016011698-appb-I000074
Figure PCTKR2016011698-appb-I000075
Figure PCTKR2016011698-appb-I000076
상기 [식 1]과 [식 2]로 산정된 인장력(T)과 전단력(V)에 의한 인장응력(σy)과 전단응력(τ)은 다음의 [식 3]과 [식 4]와 같다.
[식 3]
Figure PCTKR2016011698-appb-I000077
[식 4]
Figure PCTKR2016011698-appb-I000078
여기서,
Figure PCTKR2016011698-appb-I000079
Figure PCTKR2016011698-appb-I000080
그리고, 인장응력(σy)와 전단응력(τ)이 작용하는 x=h/4에서 작용하는 y-z평면에서 작용하는 압축응력(σx)은 다음의 [식 5]와 같다.
[식 5]
Figure PCTKR2016011698-appb-I000081
여기서,
Figure PCTKR2016011698-appb-I000082
Figure PCTKR2016011698-appb-I000083
Figure PCTKR2016011698-appb-I000084
Figure PCTKR2016011698-appb-I000085
Figure PCTKR2016011698-appb-I000086
Figure PCTKR2016011698-appb-I000087
[식 3], [식 4] 및 [식 5]을 이용하여 주응력(σ1)을 산정하면 [식 6]과 같다.
[식 6]
Figure PCTKR2016011698-appb-I000088
상기 [식 6]에 의한 주응력(σ1)이 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브(10)를 구성하는 콘크리트 몸체(12)의 인장강도(fct)보다 크면 수평인장균열(15)이 발생하게 된다.
상기 [식 6]에 의하면, 인장응력(σy)와 전단응력(τ)이 증가함에 따라서 주응력(σ1)이 증가하게 되므로, 도 7과 같이, 콘크리트 몸체(12)의 양단부에서 긴장재(14)가 비부착되는 비부착 구간(17)을 두어 인장력(T)와 전단력(τ)이 작용하는 면적
Figure PCTKR2016011698-appb-I000089
와
Figure PCTKR2016011698-appb-I000090
를 증가시킴으로써 인장응력과 전단응력을 감소시키고 주응력(σ1)을 줄일 수 있다.
비부착 길이(lu)를 증가시킴에 따른 수정된
Figure PCTKR2016011698-appb-I000091
와
Figure PCTKR2016011698-appb-I000092
는 다음의 [식 7] 및 [식 8]과 같다.
[식 7]
Figure PCTKR2016011698-appb-I000093
[식 8]
Figure PCTKR2016011698-appb-I000094
여기서,
Figure PCTKR2016011698-appb-I000095
수정된 [식 7] 및 [식 8]를 적용하여 아래의 [식 9]을 만족하도록 긴장재(14) 단부의 비부착 길이(lu)를 산정할 수 있다.
[식 9]
Figure PCTKR2016011698-appb-I000096
상기 [식 9]를 만족하는 긴장재(14)의 비부착 길이(lu)를 적용하여 긴장재(14)의 단부를 콘크리트 몸체(12)에서 비부착 시킴으로써 주응력(σ1)의 크기가 감소되어 수평인장균열(15)의 발생을 방지할 수 있다.
한편, 긴장재(14)의 단부의 비부착로 인한 내력저하에 따른 콘크리트 슬래브(10)의 안정성에 대한 검토가 필요하다.
사용하중에 따른 긴장재(14)의 최대 비부착 길이(lu,s)는 [식 10]과 같고, 극한하중에 따른 긴장재(14)의 최대 비부착 길이(lu,u)는 [식 11]과 같다.
[식 10]: 사용하중에 따른 긴장재(14)의 최대 비부착 길이
Figure PCTKR2016011698-appb-I000097
[식 11]: 극한하중에 따른 긴장재(14)의 최대 비부착 길이
Figure PCTKR2016011698-appb-I000098
여기서,
Figure PCTKR2016011698-appb-I000099
Figure PCTKR2016011698-appb-I000100
Figure PCTKR2016011698-appb-I000101
Figure PCTKR2016011698-appb-I000102
Figure PCTKR2016011698-appb-I000103
Figure PCTKR2016011698-appb-I000104
Figure PCTKR2016011698-appb-I000105
Figure PCTKR2016011698-appb-I000106
상기의 [식 9]를 만족하는 긴장재(14)의 비부착 길이(lu)가 상기 [식 10]이나 [식 11]의 값보다 큰 경우에는 사용하중 또는 극한하중 작용 시 안정성에 문제가 발생할 수 있으므로 콘크리트의 강도를 증가시키거나, 긴장력의 감소, 콘크리트 슬래브(10)의 단면의 크기 증가 등을 고려하여야 한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브 제조 방법의 순서도이고, 도 9 내지 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브 제조 방법의 흐름도이다. 그리고, 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브 제조 방법에 사용되는 압출식 타설기(30)를 간략히 도시한 도면이다.
도 9 내지 도 13에는, 콘크리트 슬래브(10), 콘크리트 몸체(12), 굳지 않은 콘크리트(13), 긴장재(14), 비부착용 슬리브(18), 인장대(tensioning bed)(20), 고정단(22), 정착구(24), 가동단(26), 잭(jack)(28), 압출식 타설기(30), 호퍼(32), 몰드부(34), 기둥체(36)가 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브 제조 방법은, 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브(10)를 제조하는 방법으로서, 제조하고자 하는 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브(10)의 개수에 상응하여 긴장재(14)에 복수의 비부착용 슬리브(18)를 끼워 넣고 긴장재(14)를 인장대(20)(tensioning bed)에 설치하여 긴장재(14)를 긴장하는 단계와; 제조하고자 하는 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브(10)의 각 단부에 상응한 위치에 비부착용 슬리브(18)가 위치하도록 비부착용 슬리브(18)의 위치를 설정하고 고정하는 단계와; 제조하고자 하는 복수의 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브(10) 각각에 상응하여 인장대(20)에 굳지 않는 콘크리트를 타설하고 양생하여 콘크리트 몸체(12)를 형성하는 단계와; 콘크리트가 양생되면 긴장재(14)의 정착을 해제하여 콘크리트 몸체(12)에 프리스트레스를 도입하는 단계를 포함한다.
이하에서는 도 9 내지 도 12를 참조하여 본 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브 제조 방법을 자세히 살펴보기로 한다.
먼저, 도 9에 도시된 바와 같이, 제조하고자 하는 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브(10)의 개수에 상응하여 긴장재(14)에 복수의 비부착용 슬리브(18)를 끼워 넣고, 긴장재(14)를 인장대(20)(tensioning bed)에 설치하여 긴장재(14)를 긴장한다(S100). 긴장재(14)에 대한 한 번의 프리스트레싱으로 하나의 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브(10)를 제조하거나 복수의 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브(10)를 제조할 수 있다.
본 실시예에서는 긴장재(14)에 대한 한 번의 프리스트레싱으로 3개의 단위 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브(10)를 제조하는 방법을 제시한다.
콘크리트 슬래브(10)의 하부에는 다수의 긴장재(14)가 배치(도 2 참조)되어 콘크리트 슬래브(10)에 압축의 긴장력이 도입되는데, 각 긴장재(14)에 대해서 그 양단부 각각에 비부착 구간(17)을 형성하여야 하므로 단위 콘크리트 슬래브(10) 별로 두 개의 비부착용 슬리브(18)가 필요하다. 도 9를 참조하면, 한 번의 프리스트레싱으로 3개의 단위 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브(10)를 제조하여야 하므로 각 긴장재(14) 별로 총 6개의 비부착용 슬리브(18)를 끼워 넣는다.
인장대(20)(tensioning bed)는 긴장재(14)의 양단을 정착한 후 긴장재(14)를 인장하여 긴장시키는 장치로서, 인장대(20)의 고정단(22)에 긴장재(14)의 일단을 정착구(24)를 통해 고정하고, 인장대(20)의 고정단(22)에 대향하여 위치하는 가동단(26)에는 긴장재(14)의 타단을 정착구(24)를 통해 고정한 후, 잭(28)(jack)을 작동시켜 긴장재(14)를 잡아 당기면 긴장재(14)가 늘어나면서 긴장된다. 긴장재(14)가 긴장된 상태에서 긴장재(14)가 매입되도록 인장대(20)에 굳지 않은 콘크리트를 타설하고 양생하여 콘크리트 몸체(12)를 형성한 후 긴장재(14)의 정착을 해제하여 콘크리트 몸체(12)에 프리스트레스를 도입하게 된다.
비부착용 슬리브(18)의 설치 순서는, 긴장재(14)에 비부착용 슬리브(18)를 끼워 넣은 후 긴장재(14)의 양단을 인장대(20)의 고정단(22) 및 가동단(26)에 각각 정착하거나, 긴장재(14)의 일단을 인장대(20)의 고정단(22)이나 가동단(26)에 설치한 후 비부착용 슬리브(18)를 긴장재(14)에 끼워 긴장재(14)의 타단을 인장대(20)에 고정하는 것도 가능하다. 본 실시예에서는 도 9에 도시된 바와 같이, 긴장재(14)의 일단을 고정단(22)에 고정한 후 긴장재(14)의 타단을 통해 복수의 비부착용 슬리브(18)를 끼워 놓고 긴장재(14)의 타단을 가동단(26)에 고정하였다. 긴장재(14)의 타단이 인장대(20)의 가동단(26)에 정착되면 가동단(26)의 잭(28)을 작동시켜 긴장재(14)를 잡아 당겨 긴장재(14)를 긴장시킨다.
다음에, 도 10에 도시된 바와 같이, 제조하고자 하는 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브(10)의 각 단부에 상응한 위치에 비부착용 슬리브(18)가 위치하도록 비부착용 슬리브(18)의 위치를 설정하고 고정한다(S200). 각 비부착용 슬리브(18)는 콘크리트 슬래브(10)의 단부에 배치되어야 하므로, 제조하고자 하는 단위 콘크리트 슬래브(10)의 단부의 위치를 확인하고 콘크리트의 타설 위치를 고려하여 비부착용 슬리브(18)를 이동시켜 긴장재(14)에 비부착용 슬리브(18)를 고정한다. 이 때 비부착용 슬리브(18) 내부로 굳지 않은 콘크리트(13)가 스며들지 않도록 비부착용 슬리브(18) 단부에 테이핑 처리를 할 수 있다.
다음에, 도 11에 도시된 바와 같이, 제조하고자 하는 복수의 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브(10) 각각에 상응하여 인장대(20)에 굳지 않는 콘크리트를 타설하고 양생하여 콘크리트 몸체(12)를 형성한다(S300). 긴장재(14)가 일정 위치에 매입되도록 인장대(20) 상부에 제조하고자 하는 콘크리트 슬래브(10)에 상응하여 거푸집을 형성하고 거푸집에 굳지 않은 콘크리트(13)를 타설하거나 인장대(20) 상부에서 인장대(20)의 길이 방향으로 압출식 타설기(30)를 이동시키면서 제조하고자 하는 콘크리트 슬래브(10)에 상응하여 콘크리트를 압출성형 방식으로 타설한 후, 일정 기간 동안 콘크리트를 양생하여 인장대(20) 상부에 콘크리트 몸체(12)를 형성한다. 본 실시예에서는 도 11에 도시된 바와 같이, 3개의 콘크리트 몸체(12)가 형성되도록, 압출식 타설기(30)를 이용하여 콘크리트를 타설하고 양생한 형태를 제시한다.
도 13은 콘크리트의 압출성형을 위한 압출식 타설기(30)를 간략히 도시한 도면으로서, 호퍼(32)를 통해 굳지 않은 콘크리트(13)가 투입되면 굳지 않은 콘크리트(13)가 압출식 타설기(30)의 내부의 몰드부(34)에 유입되어 일정 형상으로 성형되고 이와 동시에 압출식 타설기(30)를 이동시켜 일정 단면을 갖는 긴 선형의 콘크리트 몸체(12)를 형성할 수 있다. 콘크리트 슬래브(10)의 내부에 길이 방향으로 중공부(16)를 형성하는 경우에는 압출식 타설기(30) 내부의 몰드부(34)에는 중공부 형성용 기둥체(36)가 형성될 수 있다.
다음에, 도 12에 도시된 바와 같이, 콘크리트가 양생되면 긴장재(14)의 정착을 해제하여 콘크리트 몸체(12)에 프리스트레스를 도입한다(S400). 단위 콘크리트 슬래브(10)의 콘크리트 몸체(12)가 양생되면 긴장재(14)의 정착을 서서히 풀어서 콘크리트 몸체(12)에 압축의 프리스트레스를 도입하게 된다.
다음에, 도 12에 도시된 바와 같이, 서로 인접하는 콘크리트 몸체(12) 사이의 긴장재(14)를 절단한다(S500). 긴장재(14)의 긴장 해제에 따라 각 콘크리트 몸체(12)에 대해 프리스트레스가 도입되면 서로 인접하는 콘크리트 몸체(12) 사이의 긴장재(14)를 절단하여 단위 단위 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브(10)를 제조한다.
한편, 도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재 제조 방법의 순서도이고, 도 15 내지 도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재 제조 방법의 흐름도이다. 그리고, 도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재 제조 방법의 증기양생이력을 나타낸 도면이다.
도 15 내지 도 17에는, 인장대(112), 잭(jack)(114), 정착구(116, 122), 가동단(118), 고정단(120), 조강성 콘크리트(123), 긴장재(124), 준조강 콘크리트(125), 콘크리트 몸체(126)가 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재 제조 방법은, 긴장재(124)를 인장대(112)(tensioning bed)에 설치하여 긴장재(124)를 긴장하는 단계와; 조강성 시멘트를 포함하는 굳지 않은 조강성 콘크리트(123)를 타설하는 단계와; 제조하고자 하는 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재의 단면에 따른 수화열 발생을 고려하여 증기양생이력을 선정하는 단계와; 증기양생이력에 따라 조강성 콘크리트(123)를 증기양생하여 콘크리트 몸체(126)를 형성하는 단계와; 증기양생 후 긴장재(124)의 정착을 해제하여 콘크리트 몸체(126)에 프리스트레스를 도입하는 단계를 포함한다.
이하에서는, 도 15 내지 도 18를 참조하여, 본 실시예에 따른 프리캐스트 프리트스레스트 콘크리트 부재 제조 방법을 자세히 살펴 보기로 한다.
먼저, 도 15에 도시된 바와 같이, 긴장재(124)를 인장대(112)(tensioning bed)에 설치하여 긴장재(124)를 긴장한다(S1100). 긴장재(124)에 대한 한 번의 프리스트레싱으로 하나의 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재를 제조하거나 복수의 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재를 제조할 수 있다.
본 실시예에서는 긴장재(124)에 대한 한 번의 프리스트레싱으로 3개의 단위 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재를 제조하는 방법을 제시한다.
인장대(112)(tensioning bed)는 긴장재(124)의 양단을 정착한 후 긴장재(124)를 인장하여 긴장시키는 장치로서, 인장대(112)의 고정단(120)에 긴장재(124)의 일단을 정착구(122)를 통해 고정하고, 인장대(112)의 고정단(120)에 대향하여 위치하는 가동단(118)에는 긴장재(124)의 타단을 정착구(116)를 통해 고정한 후, 잭(114)(jack)을 작동시켜 긴장재(124)를 잡아 당기면 긴장재(124)가 늘어나면서 긴장된다. 긴장재(124)가 긴장된 상태에서 긴장재(124)가 매입되도록 인장대(112)에 굳지 않은 조강성 콘크리트(123)를 타설하고 양생하여 콘크리트 몸체(126)를 형성한 후 긴장재(124)의 정착을 해제하여 콘크리트 몸체(126)에 프리스트레스를 도입하게 된다.
그리고, 도 16에 도시된 바와 같이, 조강성 시멘트를 포함하는 굳지 않은 조강성 콘크리트(123)를 타설한다(S1200). 긴장재(124)가 일정 위치에 매입되도록 제조하고자 하는 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재의 형상에 따라 인장대(112) 위에 거푸집(미도시)을 설치하고, 거푸집에 조강성 시멘트를 포함하는 굳지 않은 조강성 콘크리트(123)를 타설한다.
조강성 시멘트(early strength type cement)는 일반적인 시멘트보다 분말도가 높고 C3S(Alite)성분이 많은 시멘트로, 단기간에 높은 강도를 발현할 수 있는 시멘트이다. 이러한 조강성 시멘트는 강도 발현 속도에 따라 준조강, 조강, 초조강 시멘트로 나눌 수 있다. 배합설계에 따라 조강성 시멘트, 물, 골재, 혼화재, 혼화제 등을 배합하여 굳지 않은 조강성 콘크리트를 제조하게 되는데, 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재의 생산주기를 짧게 함과 아울러 프리스트레스를 도입에 필요한 콘크리트 압축강도를 확보하기 위하여 콘크리트의 수화반응을 촉진시켜야 하기 때문에 조강성 시멘트를 사용하여 조강성 콘크리트(123)를 제조하는 것이다.
본 실시예에서는 준조강 시멘트(semi-high early strength cement)를 사용하여 굳지 않은 준조강 콘크리트(125)를 만들고, 준조강 콘크리트(125)를 타설하여 콘크리트 부재를 형성하는 방법을 제시한다.
준조강 시멘트를 사용하는 경우 후술할 증기양생이력에 따라 증기양생이 최소화되거나 배제될 수도 있다. 즉, 준조강 콘크리트(125)를 타설하는 경우 재령 초기에 수화반응이 급격히 일어나면서 수화열이 발생하고 이러한 수화열를 고려하여 증기양생이력을 선정하기 때문에 증기양생이 최소화되거나 증기양생 없이 초기에 압축강도가 발현되는 경우도 있게 된다.
그리고, 제조하고자 하는 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재의 단면에 따른 수화열 발생을 고려하여 증기양생이력을 선정한다(S1300). 증기양생이력의 선정은 조강성 콘크리트(123)의 양생 전 어느 단계에서 수행되어도 좋다. 제조하고자 하는 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재의 설계 시 증기양생을 고려하여 미리 증기양생이력을 선정하여도 좋다.
제조하고자 하는 콘크리트의 부재가 큰 경우 콘크리트의 양생과정에서 수화열이 발생하게 되는데, 이러한 수화열은 콘크리트 부재의 단면에 서로 다른 분포로 발생한다. 따라서, 증기양생은 고온의 증기를 이용하여 콘크리트를 양생하는 것으로서, 실제 제조하고자 하는 콘크리트 부재의 내부 수화열 온도를 추정하고 이를 고려하여 증기양생이력을 결정해야 한다.
증기양생이력은, 도 18에 도시된 바와 같이, 전치구간(delay period), 온도상승구간(temperature increase period), 고온유지구간(constant temperature period), 온도하강구간(temperature decrease period), 냉각구간(cooling period)으로 나눌 수 있는데, 온도상승구간의 온도상승비율(ka), 고온유지구간의 최대유지온도(Tmax), 온도하강구간의 온도하강비율(kd), 증기투입종료시간(te)을 4개의 설계변수로 하여 증기양생이력을 표현할 수 있다.
도 18에서, tde는 증기양생 시작 시간, tcs 고온유지구간의 시작시간, tce는 고온유지구간의 종료시간, tf는 증기양생종료시간, Tr은 증기양생 기준온도를 의미한다.
전치구간의 경우는 연구에 따르면 2시간에서 6시간 내에서 정해야 바람직하며, 전치구간이 충분하지 않은 경우는 콘크리트에 미세균열이 발생할 수 있고 콘크리트 내에 공극률 및 공극 크기 분포에 악영향을 미친다고 알려져 있으며, 과도한 경우에는 콘크리트 수화반을 촉진을 위한 증기의 효율적 사용을 방해하게 된다.
증기양생이력을 선정하는 방법을 보면, 먼저, 복수의 예비 증기양생이력을 준비한다. 복수의 예비 증기양생이력은 상술한 4개의 설계변수를 달리하여 사용자가 임의로 정하여 생성하게 된다.
다음에, 각각의 예비 증기양생이력에 따른 조강성 콘크리트(123)의 예측 압축강도 및 에너지계수를 산정한다. 조강성 콘크리트(123)의 예측 압축강도는 수화열을 고려하여 증기양생을 수행한 경우 예측되는 압축강도로서, 다음의 [식 12]에 의해 산정될 수 있다.
[식 12]
Figure PCTKR2016011698-appb-I000107
여기서,
Figure PCTKR2016011698-appb-I000108
Figure PCTKR2016011698-appb-I000109
Figure PCTKR2016011698-appb-I000110
Figure PCTKR2016011698-appb-I000111
Figure PCTKR2016011698-appb-I000112
Figure PCTKR2016011698-appb-I000113
Figure PCTKR2016011698-appb-I000114
Figure PCTKR2016011698-appb-I000115
Figure PCTKR2016011698-appb-I000116
Figure PCTKR2016011698-appb-I000117
한편, 에너지계수(℃·hour)는 증기양생이력에 따라 소비되는 에너지의 양을 상대적으로 표현하기 위한 계수이다. 증기의 온도를 높이거나 유지시키기 위해서 연료가 소비된다고 볼 수 있기 때문에, 도 18에서 빗금친 면적을 에너지계수로 보고, 이 면적의 상대적인 비교를 통해 증기양생이력의 에너지 소비를 평가할 수 있게 된다.
다음에, 조강성 콘크리트(123)의 예측 압축강도가 조기 탈형을 위한 설계 압축강도의 70%이상인 것과 에너지값 중 가장 낮은 것을 최적의 증기양생이력으로 선정한다. 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재의 빠른 생산주기를 위하여 조기 탈형을 해야 하는데 설계 압축강도의 70%이상을 되어야 조기 탈형이 가능하다. 따라서, 예비 증기양생이력 각각에 대한 콘크리트 예측 압축강도 및 에너지계수를 산정하고, 그 중 예측 압축강도가 설계 압축강도의 70% 이상이 되는 예비 증기양생이력 중 에너지계수가 가장 작은 것을 최적의 증기양생이력을 선정한다.
한편, 조강성 콘크리트(123)의 예측 압축강도의 산정을 위해서는 '양생이력을 고려한 조강성 콘크리트(123)의 등가재령(teq)'의 산정이 필요하다.
상기 [식 12]의 등가재령(teq) 산정식을 보면, 조강성 콘크리트(123)의 양생과정에서 수화열에 따른 단면 내 온도(T)가 필요하다.
본 실시예는 콘크리트 부재의 단면 형상에 따른 단면 내 온도를 산정하기 위해, 제조하고자 하는 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재의 단면을 여러 개의 단위요소로 가상적으로 분할하고 단위요소 별로 단면 내 온도(℃)를 산정한 후, 상기 단위요소별 단면 내 온도의 평균값을 전체 콘크리트 부재의 단면 내 온도(T)로 하여 '양생이력을 고려한 준조강 콘크리트(125)의 등가재령(teq)'을 산정하게 된다.
이와 같은 방식으로 콘크리트 부재의 단면 형상에 따른 수화열의 변화를 고려하여 증기양생이력을 선정할 수 있다.
단위요소별 단면 내 온도는 아래의 수화열 열전달 모델의 지배방정식인 [식 13]으로 산정될 수 있다.
[식 13]
Figure PCTKR2016011698-appb-I000118
여기서,
Figure PCTKR2016011698-appb-I000119
Figure PCTKR2016011698-appb-I000120
Figure PCTKR2016011698-appb-I000121
Figure PCTKR2016011698-appb-I000122
Figure PCTKR2016011698-appb-I000123
한편, 상기의 [식 13]에서 '단위 부피당 발생하는 수화열(QH)'은 아래의 [식 14]으로 산정될 수 있다.
[식 14]
Figure PCTKR2016011698-appb-I000124
여기서,
Figure PCTKR2016011698-appb-I000125
Figure PCTKR2016011698-appb-I000127
Figure PCTKR2016011698-appb-I000128
Figure PCTKR2016011698-appb-I000129
Figure PCTKR2016011698-appb-I000130
Figure PCTKR2016011698-appb-I000131
Figure PCTKR2016011698-appb-I000132
Figure PCTKR2016011698-appb-I000133
Figure PCTKR2016011698-appb-I000134
Figure PCTKR2016011698-appb-I000135
상술한 방법에 따라 예비 증기양생이력 중 최적의 증기양생이력이 선정되면, 선정된 증기양생이력에 따라 조강성 콘크리트(123)를 증기양생 하여 콘크리트 몸체(126)를 형성한다(S1400). 증기양생을 위해서 준조강 콘크리트(125)가 수용될 수 있는 양생실을 마련하고, 양생실로 증기를 투입하여 증기양생을 실시할 수 있다. 증기는 보일러에 의해 생성되며 보일러에서 생성되는 증기를 양생실로 투입하게 된다. 증기의 투입은 상기의 증기양생이력에 따라 이루어진다. 별도의 양생실이 없는 경우에는 증기가 새지 않도록 조강성 콘크리트(123)를 방수막 등으로 덮은 후 방수막 내부에 증기를 투입하여 증기양생을 진행할 수 있다.
그리고, 도 16에 도시된 바와 같이, 증기양생 후 긴장재(124)의 정착을 해제하여 콘크리트 몸체(126)에 프리스트레스를 도입한다(S1500). 조강성 콘크리트(123)가 소정의 압축강도로 양생되면 거푸집을 탈형하고 긴장재(124)의 정착을 해제하여 콘크리트 몸체(126)에 프리스트레스를 도입한다. 도 14와 같이 본 실시예에서는 긴장재(124)에 대한 한 번의 프리스트레싱으로 3개의 단위 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재를 제조하기 때문에, 단위 콘크리트 부재의 콘크리트 몸체(126)가 양생되면 긴장재(124)의 정착을 서서히 풀어서 콘크리트 몸체(126)에 압축의 프리스트레스를 도입하게 된다. 긴장재(124)의 긴장 해제에 따라 각 콘크리트 몸체(126)에 대해 프리스트레스가 도입되면 서로 인접하는 콘크리트 몸체(126) 사이의 긴장재(124)를 절단하여 단위 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재를 제조한다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재 제조 방법에 따라 제조될 콘크리트 부재의 단면도이고, 도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재 제조 방법에 따른 증기양생이력을 도시한 도면이다.
도 20은, 도 19에 도시된 400×800 mm2의 직사각형 단면과 설계 압축강도 40MPa를 갖는 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재를 준조강 콘크리트로 제조하고자 할 때 상기의 방법에 따라 선정된 증기양생이력(도 20에서 Rec)을 도시하고 있다. 도 20에서 NC는 일반적인 3-6-3 스케줄에 따른 증기양생이력을 나타내고 있는데, 일반적인 증기양생이력과 비교할 때 에너지계수가 적음을 알 수 있고 이에 따라 증기양생과정에서 에너지 사용 비용을 절감함을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

Claims (14)

  1. 판 상의 콘크리트 몸체와;
    프리텐션(pre-tenstion)되어 상기 콘크리트 몸체의 길이 방향을 따라 상기 콘크리트 몸체의 단면 하부에 매입되어 부착되는 긴장재를 포함하되,
    상기 긴장재의 양단부는 상기 콘크리트 몸체의 단부로부터 일정 거리가 상기 콘크리트 몸체에 비부착되는 것을 특징으로 하는, 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 콘크리트 몸체에는 상기 콘크리트 몸체의 길이 방향을 따라 관통하는 중공부(hollow core)가 형성되는 것을 특징으로 하는, 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 긴장재가 슬립(slip)되도록 단부가 삽입되며, 상기 콘크리트의 몸체에 매입되는 비부착용 슬리브(sleeve)를 더 포함하는 것을 특징으로, 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 긴장재는 PS 강연선을 포함하며,
    상기 PS 강연선의 비부착 길이(lu)는, 아래의 [식]을 만족하도록 선택되는 것을 특징으로 하는, 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브.
    [식]
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000136
    여기서,
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000137
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000138
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000139
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000140
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000141
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000142
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000143
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000144
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000145
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000146
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000147
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000148
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000149
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000150
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000151
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000152
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000153
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000154
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000155
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000156
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000157
  5. 제4항에 있어서,
    사용하중에 따른 상기 PS 강연선의 최대 비부착 길이(lu,s)는, 아래의 [식]에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는, 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브.
    [식]
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000158
    여기서,
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000159
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000160
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000161
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000162
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000163
  6. 제4항에 있어서,
    극한하중에 따른 상기 PS 강연선의 최대 비부착 길이(lu,u)는, 아래의 [식]에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는, 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브.
    [식]
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000164
    여기서,
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000165
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000166
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000167
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000168
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000169
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000170
  7. 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브를 제조하는 방법으로서,
    제조하고자 하는 상기 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브의 개수에 상응하여 긴장재에 복수의 비부착용 슬리브를 끼워 넣고 상기 긴장재를 인장대(tensioning bed)에 설치하여 상기 긴장재를 긴장하는 단계와;
    제조하고자 하는 상기 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브의 각 단부에 상응한 위치에 상기 비부착용 슬리브가 위치하도록 상기 비부착용 슬리브의 위치를 설정하고 고정하는 단계와;
    제조하고자 하는 복수의 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브 각각에 상응하여 상기 인장대에 굳지 않는 콘크리트를 타설하고 양생하여 콘크리트 몸체를 형성하는 단계와;
    상기 콘크리트가 양생되면 상기 긴장재의 정착을 해제하여 상기 콘크리트 몸체에 프리스트레스를 도입하는 단계를 포함하는, 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 콘크리트 몸체를 형성하는 단계는,
    상기 인장대의 길이 방향으로 따라 이동하는 압출식 타설기에 의해 압출성형방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 콘크리트를 타설하고 양생하는 단계 이후에,
    서로 인접하는 상기 콘크리트 몸체 사이의 긴장재를 절단하는 단계를 더 포함하는, 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 슬래브 제조 방법.
  10. 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재를 제조하는 방법으로서,
    긴장재를 인장대(tensioning bed)에 설치하여 상기 긴장재를 긴장하는 단계와;
    조강성 시멘트(early strength type cement)를 포함하는 굳지 않은 조강성 콘크리트를 타설하는 단계와;
    제조하고자 하는 상기 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재의 단면에 따른 수화열 발생을 고려하여 증기양생이력을 선정하는 단계와;
    상기 증기양생이력에 따라 상기 조강성 콘크리트를 증기양생하여 콘크리트 몸체를 형성하는 단계와;
    상기 증기양생 후 상기 긴장재의 정착을 해제하여 상기 콘크리트 몸체에 프리스트레스를 도입하는 단계를 포함하는, 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 증기양생이력을 선정하는 단계는,
    복수의 예비 증기양생이력을 준비하는 단계와;
    상기 각각의 예비 증기양생이력에 따른 상기 조강성 콘크리트의 예측 압축강도 및 에너지계수를 산정하는 단계와;
    상기 조강성 콘크리트의 예측 압축강도가 상기 조기 탈형을 위한 설계 압축강도의 70%이상인 것과 상기 에너지계수 중 가장 낮은 것을 최적의 증기양생이력으로 선정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 조강성 콘크리트의 예측 압축강도는 다음의 [식 12]으로 산정하는 것을 특징으로 하는, 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재 제조 방법.
    [식 12]
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000171
    여기서,
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000172
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000173
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000174
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000175
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000176
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000177
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000178
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000179
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000180
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000181
  13. 제12항에 있어서,
    상기 조강성 콘크리트의 예측 압축강도를 산정하는 [식 12]의 양생이력을 고려한 조강성 콘크리트의 등가재령(teq)은,
    제조하고자 하는 상기 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재의 단면을 여러 개의 단위요소로 분할하고 상기 단위요소별 단면 내 온도(℃)를 산정한 후, 상기 단위요소별로 단면 내 온도의 평균값은 단면 내 온도(T)로 하여 산정되는 것을 특징으로 하는, 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 단위요소별 단면 내 온도(℃)는,
    상기 수화열의 열전달 모델에 따른 아래의 [식 13]에 의해 산정되는 것을 특징으로 하는, 프리캐스트 프리스트레스트 콘크리트 부재 제조 방법.
    [식 13]
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000182
    여기서,
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000183
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000184
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000185
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000186
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000187
    이고,
    상기 단위 부피당 발생하는 수화열(QH)은,
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000188
    여기서,
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000189
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000190
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000191
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    Figure PCTKR2016011698-appb-I000197
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000198
    Figure PCTKR2016011698-appb-I000199
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