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문제 정의
- 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 HMS-25의동적 특성 분석을 위하여 시료를 현장조건을 고려하여 성형 한 후 공진주 실험 (resonant column test) 과 비틂 전단 실험(torsional shear test)실험을 실시하였다.
- 본 연구는 선철의 제조과정에서 산업부산물로 발생하는 HMS- 25를 재활용하는 차원에서 철도노반재로의 현장 적용성을 검토하였다. 본 연구의 결론은 다음과 같다.
- 본 연구에서는 HMS - 25의 수경성의 특성을 파악하고 노반재로서의 적용성을 판단하기 위해 HMS-25 의 일축압축강도시 험 을 실시하였다.
- 위에서 언급한 강화노반의 종류를 근거로 본 연구는 각 강화 노반 재료별 성능평가를 위해 특히 HMS- 25를 중심으로 실내 기본물성시험 및 공진주/비틂 전단시험을 실시하여 강화노반의 현장 적용성을 검토하였다.
제안 방법
- HMS-25의 기본물성시험 및 일축압축시험 등의 실내시험 결과를토대로 하여 모형토조시험을통해 HMS-25 의 정 적 하중에 대한 침 하특성을 규명 하였다.
- 각 재료를 사용하여 조성한 지반의 상부에는 유압실린더로부터 재하되는 하중을 지반에 전달될 수 있도록 하기 위해 모형기초를 설치하였는데 기초는 강성이 큰 압축 Plexiglass를 폭 90mm, 길이 300mm, 두께 30mm로 제작하여 사용하였다.
- 공시체는 KS 규격에 의하여 13일 동안 공기 중에서 양생시키고 1 일간 수침시킨 후 양생기간의 경과에 따른 강도 특성 을 분석하였다.
- 그림 8에 나타낸 시험장치를 이용하여 모형지반을 조성하였는데 모형지 반은 크게 흙노반20cm, 30cmHMS - 25 노반 20cm, 30cm로 노반두께를 달리한 4개의 Case에 대해시험을 실시하였다.
- 나타냈다. 극한지지 력의 산정방법은 그림 9에 나타낸 바와 같이 도 해적인 방법으로 각 조건별 항복하중(Q)을 구한 다음 (식 1)을 이용하여 극한지지력을 구하였다.
- 위해 투명한Plexiglass로 제작하였다. 또한 하중재하시 에 기초지 반과 토조 안쪽면과의 마찰을 최소화 하기 위해 토조 벽면에 그리스를 도포하였다.
- 모형지반의 조성은두 시료를표 1과표4에 나타낸 결과치를 이용하여 최대건조밀도의 90% 이상이 되도록 하여다짐을 실시하였다. 다짐 완료후 재하판의 양단부에 다이
- 모형토조시 험은 철도 노반의 현장 조건을 고려하여 흙노반과 HMS - 25 노반을 각각 두께를 다르게 조성하여 상호 비교하였다.
- 본 연구에서 일축압축강도시험에 필요한 공시체의 제작 방법 은 직경 10cm, 높이 20cm인 다짐 용 몰드 내에 KS 기준에 맞게 입도조정을 한 HMS- 25를 넣고 최적함수비 (9.55%)상태에서 3층 각 42회(KS F 2535 기준)로 다짐을 하여 공시체를 제작하였다.
- 시험장치의 전면부는 하중재하시 지반의 파괴 형상 관찰을 위해 투명한Plexiglass로 제작하였다. 또한 하중재하시 에 기초지 반과 토조 안쪽면과의 마찰을 최소화 하기 위해 토조 벽면에 그리스를 도포하였다.
- 양생기간은 14일, 28일, 42일, 70일로 나누어 각 조건별 2개씩 총 8개의 공시체를 제작하였다.
- 얼 게이지를 설치하여 지반의 침하량을측정하였다. 침하는 각 하중단계 별로 15분간의 침 하를 단계 침 하로 산정 하고 그동안 침하가 정 지 되 었을 경우의 침 하를 침 하량으로산정하였다.
- 모형 기 초가 전도되 지 않도록 하였다. 이와 같은 모형기초 중심부에 직경 3cm 정도의 홈이 있는 하중받침대를 설치하여 하중재하봉의 단부가 하중받침대의 홈과 맞물려 하중을 지반에 전달될 수 있도록 하였다.
- 침하는 각 하중단계 별로 15분간의 침 하를 단계 침 하로 산정 하고 그동안 침하가 정 지 되 었을 경우의 침 하를 침 하량으로산정하였다.
대상 데이터
- 모형토조의 내부는 폭 300mm, 길이 900mm, 높이가 800mm이며, 토조의 3면과 밑바닥은 앵글로 보강하여 하중재하시 토조자체에 휨변형이 발생하지 않도록 제작하였다.
- 본 시험에서는 그림 12에 보인 시험장치를 이용하였다. 공진주 시험기의 원리는 공시체의 바닥을 고정시키고 그림에 나타낸 코일 - 자석 시스템을 이용한 가진시스템(drive system)을 공시체의 상부와 연결하여 진동시에 진동판에부착된 가속도계에 의해 구한 가속도를 측정하여 전단파속도(Vs), 전단탄성 계수(G)등을 구하는 시험이다.
- 시험에 사용된 공시체는 직경 5cm로제작하였고HMS - 25 의 최대입경이 시료직경(5cm)의 1/6 이상이므로 9.8mm 체로 쳐서 최대입경을 조절하여 실험에 사용하였다. 일반적으로 공진주/비틂 전단실험시 시료의 최대입경이 공시체 직경의 1/6 이상이 되면실험에서 구하는전단탄성 계수와 감쇠비의 신뢰성이 떨어지므로 정확한 실험결과 도출을 위해 공시체 직경의 1/6 이하로 시료의 최대입경을 조절하였다.
- 시험에 사용된 모형토조의 제원 및 전경을그림 7, 그림 8에 보였다.
- 흙노반 조성 에 사용된 시 료는 신 갈 - 안산간 고속도로 확포장공사 구간에 성토재료로 사용된 양질의 화강풍화토를 사용하였으며, 기본 물성치 및 입도시험결과를 표4와그림 6에 각각 나타냈다.
이론/모형
- 모두 만족함을 알 수 있었다. 본 연구에서 사용한 KS F 2535의 경우도로에서 사용되고 있는HMS-25의 기준을 나타내었는데 이는 국내에서는 현재까지 철도 노반재용슬래그의 기준이 마련되어 있지 않으므로 이를 참고로 하였다. 표 1에 보인 시험결과치 중 특히 주목해야 할 사항으로 수정 CBR 시험결과치로서 KS 기준인 80%를 2배 이상 상회하는 약 170%로서 매우 큰 수치를 나타냈다.
성능/효과
- 1) HMS-25를사용한실내시험 결과기본물성 값들eKS 에 규정 된 값을 만족하였다.
- 2) HMS-25의 일축압축강도시험 결과 양생 14일 때의 강도가 KS 기준인 12kgf/cm2 이상으로나타났으며 70일 때의 강도는 14일 강도에 비해 약 23%의 강도증가를 나타내어 수경성 에 따른장기거동 특성을 확인할 수 있었다.
- 3) 모형 토조시험 결과 HMS - 25를 사용한 노반이 흙 노반에 비해 최대 1.6배의 극한지지력의 증 가를 보였으며, 침하량은흙노반이 HMS-25노반에 비해 약2.6배 정도 침하량이 크게 나타났다.
- 4) 공진주/비틂시험 결과HMS-25의 전단탄성계 수는 구속 응력의 0.5 제곱 정도로 증가하였다. 또한 전단변형률이 증가할수록 전단탄성 계수는 감소하였다.
- 5) 최대전단탄성계수의 경우 공시체의 재령이 증 가할수록 증가하는 경향을 보였다.
- 6) 감쇠비의 경우 구속응력이 증가하면 감소하지만 전단변형률이 증가하면 증가하는 경향을 보였다.
- 7) 정규화 탄성계수와 감쇠비는 직선적인 상관관계를 보였다.
- 실험결과감쇠비는 구속응력이 10kPa에서 320kPa로 증가함에 따라 감소한다. 또한 전단변형 률이증가함에 따라 감쇠 비 는 점 차적 으로 증가하는데 1 X10-3%이하의 전단변형률에서는 거의 변화가 없었다.
- 5 제곱 정도로 증가하였다. 또한 전단변형률이 증가할수록 전단탄성 계수는 감소하였다.
- 구속응력 320kPa에서 수행된 공진주 시험 결과를 그림 14에 나타냈다. 시험 결과 최대 전단탄성 계수는공시체의 재령이 경과할수록 500MPa에서 l, 100MPa 정도까지 증가하는 경향을 나타냈다.
- 만족하였다. 양생조건별 강도 증가량은 양생 70일의 경우 14일 강도에 비해 약33%의 강도증가를 나타내었으며, 흡수율은 약 7% 정도 증가하였다.
- 본 연구에서 사용한 KS F 2535의 경우도로에서 사용되고 있는HMS-25의 기준을 나타내었는데 이는 국내에서는 현재까지 철도 노반재용슬래그의 기준이 마련되어 있지 않으므로 이를 참고로 하였다. 표 1에 보인 시험결과치 중 특히 주목해야 할 사항으로 수정 CBR 시험결과치로서 KS 기준인 80%를 2배 이상 상회하는 약 170%로서 매우 큰 수치를 나타냈다. 이는 HMS - 25가 입 자간의 억 물림 (Interlocking) 이 좋고 입 자간에 수분을 흡수하여 경화하는 슬래그의 고유특성 인 수경성 의 영 향으로판단된다.
- 입도시 험 결과에 의하면 HMS - 25의 입 도분포는 KS 규정 의상 . 하한계치 범위내에 존재하는 것으로 나타나 다른 시험 결과와 마찬가지로 KS의 기준을 만족하였다.
후속연구
- . 동적 특성분석을 중심으로 하였으나 현재 실제 열차 주행 시 의 거동특성 분석을 위해 철도 노반 시공 현장에 흙, 입도조정쇄석(M-40), HMS-25를부설하여 장기 계측을 추진 중에 있으며 아울러 다양한 현장조건별 강화 노반의 성능평가를 위하여 종합 궤도노반 시험장치를 제작 중에있으므로 그에 따른 연구결과를 차후 발표할 예정이다.
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