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문제 정의
- 신규자갈을 사용한경우에도 동일한 조건을 만족하여야 한다. 따라서 본 연구에서는 포장궤도에서의 도상자갈 재활용성을 확보 할 수있는 판단 기준을 마련하기 위하여 재활용 도상자갈의 재료 및 물리적 특성 입도별 지지력 특성, 충전성, 강도특성등을 검토하였으며, 그 결과를 바탕으로 최적의 골재 사용기준을 제안하고자 하였다.
- 따라서 본 절에서는 기존 도상자갈의 재활용 가능성을 평가하기 위하여 기존선에서 채취한 도상자갈을 이용하여 기본적인 물리적 특징을 검토하였다.
- 앞 절에서 기존 도상자갈의 재료의 물리적 특성은 재활용이 가능한 것을 확인하였으며, 본 절에서는 프리팩콘크리트 골재로서의 적용성을 향상시키기 위한 방안을 제시하고자 하였다. 재료 자체의 재활용성은 확보하였으므로 동일재료를 사용한 입도별의 물리특성, 지지력 특성, 충전특성 등을 검토하였다.
제안 방법
- KS F 2431에 관한 기준을 두고 있다. 공시체 제작은 KS F 2431 기준에 의해 제작하였으며, 이때 모르터의 주입과 동시에 고무망치를 20회 공시체 측면을 타격하여 다짐을 하고, 20℃, 50%의 양생실에서 7일 동안 양생을 실시하였다. 압축시험체 몰드를 탈영 후, 프리팩 콘크리트의 충진상태를 육안 관찰을 통하여 비교 고찰하였다.
- 프리팩콘크리트 시험체를 만들기 위하여 굵은 골재를 입도별로 체가름 하여 분류한 후, 입도별로 중량을 달아 재배합하여 Type A, Type B, Type C, BA 입도를 구현하였다. 구현된 입도별굵은 골재를 #4체에 담아 굵은 골재 표면에 묻어 있는 석분을 물로 세척한 후 상온에서 24시간 건조, 프리팩 콘크리트 시험체 및 모르터 시험체를 제작하였고 충전재의 배합은 전용 모르터와 첨가제 물 20%를 프리믹싱 20초 후 물 4%에 첨가제 B를 용해 후 90초 동안 핸드 믹서를 이용하여 본 믹싱을 하였다. 온도 20℃, 습도 50%의 양생실에서 2시간, 1일, 7일, 28일 양생하였다.
- 3MI%m로 측정되었다. 그러나 이 결과는 축소된 모형시험이기 때문에 시험방법, 경계조건, 다짐방법 등의 차이로 단순 비교할 수 없어 BA 지지력 값을 기준으로 Type A와 Type B, Type C를 상대 비교, 고찰하였다. Fig.
- 7kN/m3 이상, 콘크리트단위용적 중량은 14kN/m3 이상을 기준으로 하고 있다. 본 논문에서는 선정된 Type A, Type B, Type C, BA 입도에 대하여 단위용적 중량을 구하였으며 그 결과를 Fig. 5에 나타내었다. BA 입도의 단위중량 보다 Type A, Type B, Type C의 단위중량이 크게 나타났으며, 특히 Type A의 경우가 BA입도 보다 lOkN/n?의 차이를 보였다.
- 시험 입도를 선정하기 위하여 기존 도상자갈의 입도 (BA) 범위와 일반적인 프리팩트콘크리트의 굵은 골재 입도(PPC) 범위를 기준하여 그 사이 3가지 시험 입도(Type A, Type B, Type C)를 Fig. 4와 같이 선정하였다.
- Ballast Box Test(250x280xl50mm)는 노반의 영향을 표현하기 위하여 상자의 하부에 유연한 바닥부를 갖도록 하고 있으며, 콘크리트침목을 하중 재하판으로 사용한다. 시험을 위하여 도상자갈을 300mm 두께로 상자안에 넣고, 그 위에 침목을 얹은 후 침목 주변에 도상자갈을 둘러싸서 연직 방향의 하중을 받게 하여 시험을 실시하였다. Fig.
- 공시체 제작은 KS F 2431 기준에 의해 제작하였으며, 이때 모르터의 주입과 동시에 고무망치를 20회 공시체 측면을 타격하여 다짐을 하고, 20℃, 50%의 양생실에서 7일 동안 양생을 실시하였다. 압축시험체 몰드를 탈영 후, 프리팩 콘크리트의 충진상태를 육안 관찰을 통하여 비교 고찰하였다. Fig.
- 구현된 입도별굵은 골재를 #4체에 담아 굵은 골재 표면에 묻어 있는 석분을 물로 세척한 후 상온에서 24시간 건조, 프리팩 콘크리트 시험체 및 모르터 시험체를 제작하였고 충전재의 배합은 전용 모르터와 첨가제 물 20%를 프리믹싱 20초 후 물 4%에 첨가제 B를 용해 후 90초 동안 핸드 믹서를 이용하여 본 믹싱을 하였다. 온도 20℃, 습도 50%의 양생실에서 2시간, 1일, 7일, 28일 양생하였다.
- 하였다. 재료 자체의 재활용성은 확보하였으므로 동일재료를 사용한 입도별의 물리특성, 지지력 특성, 충전특성 등을 검토하였다.
- 지지력시험은 포장궤도시공시 모르터 주입 전까지 상당기간 동안 열차하중을 지지하여야 하기 때문에 기간 동안의 주행안정성 검토를 위하여 실시하였다. Ballast Box Test(250x280xl50mm)는 노반의 영향을 표현하기 위하여 상자의 하부에 유연한 바닥부를 갖도록 하고 있으며, 콘크리트침목을 하중 재하판으로 사용한다.
- 포장궤도용 재활용 도상자갈의 사용 기준을 결정하기 위하여 사용 골재의 물리적 특성, 지지력 특성, 충진성능, 콘크리트의 강도발현특성 등을 실험하고 경제성 및 재활용성 등을 평가하였다. 결론은 다음과 같다.
- 프리팩콘크리트 시험체를 만들기 위하여 굵은 골재를 입도별로 체가름 하여 분류한 후, 입도별로 중량을 달아 재배합하여 Type A, Type B, Type C, BA 입도를 구현하였다. 구현된 입도별굵은 골재를 #4체에 담아 굵은 골재 표면에 묻어 있는 석분을 물로 세척한 후 상온에서 24시간 건조, 프리팩 콘크리트 시험체 및 모르터 시험체를 제작하였고 충전재의 배합은 전용 모르터와 첨가제 물 20%를 프리믹싱 20초 후 물 4%에 첨가제 B를 용해 후 90초 동안 핸드 믹서를 이용하여 본 믹싱을 하였다.
이론/모형
- 골재의 내마모성 시험은 KS F 2508에 의한 LA 마모시험으로 수행하였다. 이 시험은 드럼 안에 골재와 강철공을 넣어 회전시켰을 때에 마멸된 골재의 손실량을 구하는 것으로 도상자갈과 일반 콘크리트의 경우 25%를 기준으로 하고 있다.
- 굵은 골재의 밀도 및 흡수율 시험을 KS F 2503에 의하여수행하였다. 도상자갈의 흡수율은 3% 이하를 기준으로 하고 있다.
- 선정된 입도별 콘크리트 강도특성을 파악하기 위하여 KS F 2431 기준에 따라 시험체를 제작하였다. 프리팩콘크리트 시험체를 만들기 위하여 굵은 골재를 입도별로 체가름 하여 분류한 후, 입도별로 중량을 달아 재배합하여 Type A, Type B, Type C, BA 입도를 구현하였다.
- 입도별 침하 및 마모/파쇄의 특성을 분석하기 위하여 Ballast Box Test[4]를 이용하여 각 입도별 지지력 특성을 평가하였다. 지지력시험은 포장궤도시공시 모르터 주입 전까지 상당기간 동안 열차하중을 지지하여야 하기 때문에 기간 동안의 주행안정성 검토를 위하여 실시하였다.
성능/효과
- 1. 사용된 재활용 도상자갈은 용적중량시험, 밀도 및 흡수율 시험, 마모율 시험, 안정성 시험 등을 수행 한 결과프리 팩콘크리트용 골재기 준을 만족하였다.
- 2. 포장궤도용 도상자갈에 대한 입도별 지지력을 실험 결과, 서로 유사하여 큰 차이를 보이지 않았다. 이는 도상자갈에서 소립경의 혼입이 지지력에는 큰 영향을 미치지 않는다는 기존 연구결과와 일치하였다.
- 3. 충진재의 충진성능 실험결과 도상자갈의 소립경이 많이 포함되어 있는 Type A의 경우 하면에서 약간의 불량한충진상태를 보였다. 그러나 소립경이 이보다 적은 Type B, Type C, 궤도용 시험체의 경우에는 모든 곳에서 양호한 충진상태를 보였다.
- 4. 도상자갈의 입도분포별 프리팩콘크리트의 압축강도 발현 특성을 고찰한 결과 2시간에 Type A는 9.2MPa, Type B는 lO.OMPa, Type C는 10.4MPa을 나타냈다. 1 일 강도는 모두 23.
- 5. 주입모르터 소요량을 고려한 경제성 분석결과 궤도용도상자갈의 입도에 필요한 모르터를 기준으로 하였을 경우에 Type A는 11%, Type B는 5%, Type C는 3% 가절감되었다. 이는 입도별 공극률에 의해 결정 되는 것으로 잔입자가 많은 Type A의 경우에 가장 많이 모르터충전량을 절감할 수 있었다.
- 6. 도상자갈의 입도분포별 지지력, 충진재 충진성능, 강도발현 특성, 경제성 및 시공성을 종합적으로 고려한 결과, Type B의 입도가 포장궤도용 도상자갈의 최적입도로 판단된다. 그러나 Type별 편차가 크지 않고 실제 현장에서 별도로 입도를 조정하여 적용하는 것은 현실적으로 어렵기 때문에 기존 도상자갈을 세척하여 재활용하되 최소입경을 엄격히 제한하는 것으로 한다.
- 4 MPa/m, 8&2MPa/m로 측정되었다. BA 입도의 지지력 시험결과 83.3MPa/m와 비교 하였을 때 거의 지지력 값의 차이는 없는 것으로 나타났다. 이 결과는 기존의 연구에 의하여입상 20mm 이하의 소립은 진동 시험 등에 있어서 지지력에 그다지 효과가 없다[6]는 내용과 동일할 결과를 보였다.
- Type A와 BA 콘크리트 강도의 경우 2시간에 9.3MPa과 8.1MPa의 결과를 보였으며, Type B와 Type C의 경우 2시간에 각각 lOMPa과 10.5MPa을 나타내었다. 포장궤도는 주입 모르터 시공 후 1~2시간에 차량을 통과 시켜야 함으로 2시간 강도를 lOMPa 이상의 콘크리트 압축강도를 요구한다.
- 이 시험은 드럼 안에 골재와 강철공을 넣어 회전시켰을 때에 마멸된 골재의 손실량을 구하는 것으로 도상자갈과 일반 콘크리트의 경우 25%를 기준으로 하고 있다. 골재의 마모율 시험 결과, 마모율은 16.28%로서 도상 및 프리팩트 콘크리트용 골재의 마모율 기준인 25% 를 모두 만족하는 것으로 나타났다.
- 주입 모르터의 휨 강도 특성은 거의모든 강도가 1일 내에 발현하고 그 후 서서히 증진하는 특징을 보였다. 공시체의 휨 강도는 2시간에 Type C에서 최대 1.9MPa로 측정되 었으며, 양생 1 일에는 Type A, 양생 7 일에는 Type B가 가장 좋은 휨 강도 특성을 가지는 것으로 측정되 었다. 그러나 전체적으로 Type A와 Type B가 초기및 장기 휨 강도 면에서 우수한 성능을 가지는 것으로 나타났다.
- 67%인 것으로 나타났다. 두 시료 모두 12% 이하의 적을 손실 중량 백분율을 나타내어 시험골재는 매우 안정적인 상태임을 알 수 있다.
- 따라서 선정된 4가지 형태의 입도 분포 중 Type B와 Type C가 이 조건을 만족한다고 할 수 있다. 또한 장기 강도를 비교해 본 결과 7일 및 28일 강도는 Type B가 Type C보다 4%~13.0%의 높은 압축강도 특성을 보여 주어, 콘크리트 강도 면에서 Type B가 포장궤도에 적정한 골재 입도임을 알 수 있었다.
- 3%의 강도증진을 보였다. 주입 모르터의 압축강도 특성은 초기 1일까지 급속히 강도가 증진되다가, 그 후 완만하게 강도가 증진되는 경향을 보였다
- 채취한 도상자갈은 Table 2와 같이 단위용적 중량, 실적율, 흡수율, 비중, 잔입자 함량, 염화물 함량, 마모율, 안정성 시험결과, 잔입자 함량을 제외하고는 도상자갈 및 프리팩트콘크리트용 골재기준을 만족하는 것으로 나타났다.
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