선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 논문은 과주방지포장재에 적합한 재료를 개발하기 위하여다수의 공극을 포함하는 저강도의 펄라이트 콘크리트를 제작하였으며 일축압축강도실험을 통하여 과주방지포장재로서의 적합성을 평가하였다.
- 본 연구에서 개발한 저강도 펄라이트 콘크리트가 항공기 과주방지 포장재료에 적합한지 평가하기 위하여 재료의 관입시 파괴되는 형상 및 관입량에 따른 압축강도를 평가하였다. 관입실험을 하기 위하여 KS F 2320을 참고하여 CBR 시험기를 이용하였다.
- 본 연구에서는 매년 발생하는 항공기의 활주로 과주사고로 인해 발생하는 피해를 최소화 하고자 국제적으로 활주로 종단안전구역에 항공기 과주방지 포장시스템 도입의 필요성이 대두되고 있다. 이러한 국제적 흐름에 따라 항공기 과주방지 포장 시스템에 적합한 재료로 저강도 펄라이트 콘크리트를 연구하였다. 저강도 펄라이트 콘크리트의 일축압축강도, 굳기전 단위중량, 재료의 관입시험 및 덤프트럭을 이용한 차량하중 재하실험을 통하여 항공기 과주방지 포장시스템의 적합성을 평가하였다.
제안 방법
- 공시체 제작 시 굳지않은 펄라이트 콘크리트의 단위용적질량을 측정하여 재령일에 따른 일축압축강도와의 상관관계를 분석하였다. 이러한 과정을 통하여 공시체의 일정한 강도를 확보할 수 있어 일축압축강도 측정시 정확도를 가질 수 있다.
- 관입실험을 하기 위하여 KS F 2320을 참고하여 CBR 시험기를 이용하였다. 공시체 제작은 그림 8과 같이 직경 15cm, 높이 17.2cm인 CBR몰드에 표 8의 배합비를 이용하여 제작하였으며, 1mm/min의 속도로 공시체 높이의 80%까지 관입시키면서 관입비에 따른 강도를 측정하였다.
- 덤프트럭 타이어의 접지면적은 실제 현장에서 측정한 결과와 ‘타이어의 접지 면적과 비선형 접지압력을 고려한 연성포장내의 거동분석’(조명환 외, 2006)의 논문을 참고하여 시험에 적용된 덤프트럭 타이어의 접지면적은 1200cm2으로 결정하였으며 접지면적을 고려한 타이어 1개에 걸리는 응력은 다음 표 12와 같다.
- 배합비의 변화에 따라 굳지않은 저강도 펄라이트 콘크리트의 단위용적질량과 28일 기중양생하였을 경우의 공시체의 단위중량의 변화를 비교하였으며, 그에 따른 일축압축강도의 변화를 비교하였다. 그 결과 표 10 및 그림 13에서처럼 기중양생에 따른 단위중량의 감소는 시멘트:펄라이트의 체적비가 증가할수록 단위중량의 감소가 크게 발생하였다.
- 본 연구에서 개발한 저강도 펄라이트 콘크리트의 관입비에따른 하중강도를 측정하기 위하여 그림 16과 같이 기존 CBR시험장비를 이용하여 직경 5cm의 관입봉을 1mm/min의 속도로 일정 하중이 증가할때 까지 관입하였다. 시험에 사용된 배합비는 표 8에서 일축압축강도 및 단위중량이 적게 측정된 case3, 4를 표 8의 배합비를 이용하여 제작하였다.
- 시멘트 체적을 기준으로 펄라이트의 체적을 1:5, 1:6, 1:7, 1:8의 4가지 경우로 구분하였으며 시멘트 및 펄라이트의 단위중량을 곱하여 1m3 제작에 필요한 배합비를 도출하였다.
- 05mm의 정밀도로 측정하여 그 평균값을 계산하고 공시체의 단면적을 구하였으며 높이의 측정도 같은 방법으로 계산하였다. 재령 7일, 14일, 28일 강도측정을 하기 위하여 그림 7과 같이 각 재령일에 따라 각각 4개씩 제작하였다.
- 저강도 펄라이트 콘크리트를 활주로 시단에 설치하였을 때 항공기 하중에 의하여 항공기 타이어가 포장재에 관입되는 형상을 확인하기 위하여 24.5ton 덤프트럭을 이용하여 시험하였다. 시험에 필요한 포장재를 제작하기 위하여 펄라이트 콘크리트 베드를 제작하였으며, 저강도 펄라이트 콘크리트 베드 제작에 적용한 배합비는 case3과 case4를 이용하였다.
- 이러한 국제적 흐름에 따라 항공기 과주방지 포장 시스템에 적합한 재료로 저강도 펄라이트 콘크리트를 연구하였다. 저강도 펄라이트 콘크리트의 일축압축강도, 굳기전 단위중량, 재료의 관입시험 및 덤프트럭을 이용한 차량하중 재하실험을 통하여 항공기 과주방지 포장시스템의 적합성을 평가하였다. 이와 같은 실험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 펄라이트를 이용한 저강도 펄라이트 콘크리트의 배합은 그림 6과 같이 펄라이트와 시멘트를 약 30초간 건비빔한 후 계량된 물을 투입하여 5분간 혼합 후 공시체를 제작하였다. 공시체 제작은 KS F 2403(콘크리트의 강도시험용 공시체 제작 방법)에의거하여 압축강도용 공시체(Ø10×20cm)를 제작하고 24시간 탈형 후 기중양생하였다.
- 펄라이트의 구성성분 및 세부구조를 확인하기 위하여 스펙트럼 성분분석 및 전자현미경 촬영을 수행하였다. 그림 4는 펄라이트를 2,000배 확대하여 전자현미경으로 촬영한 것이다.
- 펄라이트의 구성성분을 확인하기 위하여 스펙트럼 성분분석을 수행하였다. 그림 5와 표 4에서 알 수 있듯이 펄라이트의 대부분은 규소(Si)와 산소(O)가 차지하고 있었으며 표 5와 표 6에 펄라이트의 화학적 성분과 물리적 성분을 나타내었다.
- 항공기 과주방지 포장용 저강도 펄라이트 콘크리트의 일축압축 강도특성을 평가하기 위하여 표 8 의 배합비를 이용하여 공시체를 제작하였다. 각 재령일에 따라 공시체 4개를 제작하여 그 평균값을 적용하였으며, 일축압축강도 측정 결과는 표 9 및 그림 10~11과 같다.
- 항공기 과주방지 포장재에 적합한 저강도 콘크리트를 제작하기 위하여 시멘트와 펄라이트의 체적비를 변화시켜 저강도 펄라이트 콘크리트를 제작하였다. 시멘트 체적을 기준으로 펄라이트의 체적을 1:5, 1:6, 1:7, 1:8의 4가지 경우로 구분하였으며 시멘트 및 펄라이트의 단위중량을 곱하여 1m3 제작에 필요한 배합비를 도출하였다.
대상 데이터
- 시험에 이용된 덤프트럭은 24.5ton으로 차량무게를 포함한 적재 하중은 37.8ton이다. 타이어에 걸리는 하중은 표 11과 같다.
- 5ton 덤프트럭을 이용하여 시험하였다. 시험에 필요한 포장재를 제작하기 위하여 펄라이트 콘크리트 베드를 제작하였으며, 저강도 펄라이트 콘크리트 베드 제작에 적용한 배합비는 case3과 case4를 이용하였다. 저강도 펄라이트 콘크리트 제작을 위한 형틀은 1×1.
- 저강도 펄라이트 콘크리트 제작을 위한 형틀은 1×1.5×0.3m의 아크릴로 제작하였으며, 시험을 위한 포장재 베드의 높이는 0.2m로 제작하였다.
- 차량하중 시험을 위해 그림 17과 같이 부산 ○○○ 해수욕장 공사현장에 case3과 case4로 제작한 저강도 펄라이트 콘크리트 베드를 설치하였다.
데이터처리
- 항공기 과주방지 포장용 저강도 펄라이트 콘크리트의 일축압축 강도특성을 평가하기 위하여 표 8 의 배합비를 이용하여 공시체를 제작하였다. 각 재령일에 따라 공시체 4개를 제작하여 그 평균값을 적용하였으며, 일축압축강도 측정 결과는 표 9 및 그림 10~11과 같다. 그림 10에서 case1, 2의 경우 시멘트 함유량이 case3, 4에 비해 상대적으로 많이 포함되어 있어 항복 파괴 이후 강도가 감소하는 경향을 나타내고 있으나 case3, 4인 경우 항복파괴 이후에도 일정한 강도를 유지하였다.
이론/모형
- 공시체 제작은 KS F 2403(콘크리트의 강도시험용 공시체 제작 방법)에의거하여 압축강도용 공시체(Ø10×20cm)를 제작하고 24시간 탈형 후 기중양생하였다.
- 본 연구에서 개발한 저강도 펄라이트 콘크리트가 항공기 과주방지 포장재료에 적합한지 평가하기 위하여 재료의 관입시 파괴되는 형상 및 관입량에 따른 압축강도를 평가하였다. 관입실험을 하기 위하여 KS F 2320을 참고하여 CBR 시험기를 이용하였다. 공시체 제작은 그림 8과 같이 직경 15cm, 높이 17.
- 이에 따라 굳기전 콘크리트의 단위용적질량을 측정함으로써 일정한 강도를 가지는공시체의 제작이 가능하다. 단위용적질량 측정시험은 KS F2534(굳지 않은 콘크리트의 단위용적질량 측정 및 공기량 시험방법)에 준하였다.
- 압축강도 시험은 KS F 2405(콘크리트의 압축강도 시험방법)에 따라 시험용 공시체 높이의 중앙에서 서로 직교하는 두 방향의 지름을 0.05mm의 정밀도로 측정하여 그 평균값을 계산하고 공시체의 단면적을 구하였으며 높이의 측정도 같은 방법으로 계산하였다. 재령 7일, 14일, 28일 강도측정을 하기 위하여 그림 7과 같이 각 재령일에 따라 각각 4개씩 제작하였다.
- 이러한 과정을 통하여 공시체의 일정한 강도를 확보할 수 있어 일축압축강도 측정시 정확도를 가질 수 있다. 항공기과주방지 포장용 저강도 펄라이트 콘크리트의 굳기 전 단위용적질량은 KS F 2534에 의하여 시험하였으며, 3회 측정하여 그 평균값을 적용하였다. 배합비의 변화에 따른 단위용적질량을 측정한 결과 그림 9에서처럼 시멘트:펄라이트의 체적비가 증가할수록 굳지않은 저강도 펄라이트 콘크리트의 단위용적질량은 감소하였으며 4.
성능/효과
- (3) 섬광이나 반사가 없어 조종사의 비행에 혼란을 주어서는 안 된다.
- 1. 저강도 펄라이트 콘크리트의 굳기전 단위용적 질량을 측정한 결과 시멘트의 체적에 대한 펄라이트의 체적비에 따라 4.5~6.4kN/m3의 범위를 나타내었으며, 펄라이트의 체적비가 감소할수록 단위중량은 크게 측정되었으며, 펄라이트의 체적비가 증가할수록 단위중량은 감소하였다.
- 2. 재령일에 따라 재료의 저강도 펄라이트 콘크리트의 단위중량이 감소하였으며, 단위중량의 감소비는 약 7.7~16%의 범위를 나타내었다. 이는 초기에 펄라이트가 흡수한 물이 시간이 경과함에 따라 증발하기 때문인 것으로 판단되며, 펄라이트의 체적비가 증가할수록 펄라이트에 의해 흡수되는 물의 양이 증가함을 알 수 있다.
- 3. 저강도 펄라이트 콘크리트의 배합조건에 따라 28일 강도는 약 400~1,470kN/m2의 범위를 나타냈으며, case3의 배합비인 경우 case2에 비해 강도가 크게 감소하였음을 알 수 있다. 이는 펄라이트의 체적비가 증가할수록 펄라이트에 의해 흡수되는 물의 양이 증가하여 시멘트와 반응하는 물의 양이 감소하였기 때문인 것으로 판단된다.
- 4. CBR 몰드에 case3과 case4의 배합비로 시편을 제작한 후CBR 시험기를 이용하여 관입시험을 수행한 결과 모두 관입비 20~60%까지 관입응력이 일정하다가 60% 이후부터 관입강도가 급격히 증가하였다. 이러한 결과는 항공기 접지압이 과주방지 포장재 관입비의 약 20% 이상의 응력인 경우 포장재의 60%까지 관입될 수 있음을 알 수 있다.
- 시험에 사용된 배합비는 표 8에서 일축압축강도 및 단위중량이 적게 측정된 case3, 4를 표 8의 배합비를 이용하여 제작하였다. 그 결과 그림 15과 같이 약 20% 관입시까지 응력은 급격히 증가하다가 20~60%의 범위에서는 응력 증가없이 관입비가 증가하였다. 그리고 관입비 60% 이후에는 재료의 압축에 따른 응력이 서서히 증가하여 80% 이내까지 관입되는 것으로 나타났다.
- 배합비의 변화에 따라 굳지않은 저강도 펄라이트 콘크리트의 단위용적질량과 28일 기중양생하였을 경우의 공시체의 단위중량의 변화를 비교하였으며, 그에 따른 일축압축강도의 변화를 비교하였다. 그 결과 표 10 및 그림 13에서처럼 기중양생에 따른 단위중량의 감소는 시멘트:펄라이트의 체적비가 증가할수록 단위중량의 감소가 크게 발생하였다. 이러한 이유는 펄라이트의 양이 증가할수록 펄라이트가 흡수하는 물의 양이 증가하고, 이에 따라 시멘트와 반응하는 물의 양은 감소하였다.
- 이러한 이유는 펄라이트의 양이 증가할수록 펄라이트가 흡수하는 물의 양이 증가하고, 이에 따라 시멘트와 반응하는 물의 양은 감소하였다. 기중양생 기간동안 펄라이트가 흡수한 물이 배출됨에 따라 단위중량이 감소하였으며, 펄라이트가 흡수한 물의 양이 많을수록 단위중량 감소율은 더욱 증가한 것으로 판단된다. 또한 굳지 않은 저강도 펄라이트 콘크리트의 단위용적질량과 28일 양생 후일축압축강도를 비교한 결과 표 10 및 그림 14에서와 같이 시멘트:펄라이트의 체적비가 1:6 이후 단위용적질량의 감소폭에 비해 일축압축강도의 감소폭이 증가하였다.
- 따라서 항공기 타이어의 접지압력은 약 1,000kN/m2 이상(Boeing, 2005)이므로 일정하중에서 관입비가 60% 이상 관입되는 본 재료의 특성상 충분한 관입량이 발생할 것으로 예상된다.
- 기중양생 기간동안 펄라이트가 흡수한 물이 배출됨에 따라 단위중량이 감소하였으며, 펄라이트가 흡수한 물의 양이 많을수록 단위중량 감소율은 더욱 증가한 것으로 판단된다. 또한 굳지 않은 저강도 펄라이트 콘크리트의 단위용적질량과 28일 양생 후일축압축강도를 비교한 결과 표 10 및 그림 14에서와 같이 시멘트:펄라이트의 체적비가 1:6 이후 단위용적질량의 감소폭에 비해 일축압축강도의 감소폭이 증가하였다. 이러한 이유는 위에서 언급하였듯이 펄라이트 양이 증가함에 따라 흡수량이 증가하여 시멘트와 반응하는 물의 양이 감소하였기 때문인 것으로 판단된다.
- 항공기과주방지 포장용 저강도 펄라이트 콘크리트의 굳기 전 단위용적질량은 KS F 2534에 의하여 시험하였으며, 3회 측정하여 그 평균값을 적용하였다. 배합비의 변화에 따른 단위용적질량을 측정한 결과 그림 9에서처럼 시멘트:펄라이트의 체적비가 증가할수록 굳지않은 저강도 펄라이트 콘크리트의 단위용적질량은 감소하였으며 4.5~6.0 kN/m3의 범위를 나타내었다.
- 본 연구에 사용된 펄라이트 골재뿐만 아니라 다른 경량골재를 이용한 경량 콘크리트 제작에 있어서 시멘트 함유량 및 다짐횟수는 공시체의 단위중량의 변화에 크게 작용하며, 단위중량은 공시체의 강도에 큰 영향을 미친다. 이에 따라 굳기전 콘크리트의 단위용적질량을 측정함으로써 일정한 강도를 가지는공시체의 제작이 가능하다.
- 관입파괴시 공시체 주변에 균열 및 변위가 발생하지 않고 관입봉에 의해 관입되는 부분만 파괴되었다. 이러한 실험결과는 항공기가 과주방지 포장시설에 진입하였을 경우 항공기 바퀴가 포장 깊이의 최대 60%까지 관입하여 제동될 것으로 판단되며, 항공기 바퀴가 관입 후 주변 마찰력의 증가로 인하여 제동거리를 더욱 짧게 줄일 수 있을 것이라고 판단된다.
- 그림 10에서 case1, 2의 경우 시멘트 함유량이 case3, 4에 비해 상대적으로 많이 포함되어 있어 항복 파괴 이후 강도가 감소하는 경향을 나타내고 있으나 case3, 4인 경우 항복파괴 이후에도 일정한 강도를 유지하였다. 이러한 파괴 양상은 항공기 타이어 관입에 의한 파괴에도 일정한 강도를 확보할 수 있어 과주하는 항공기의 제동에 적합할 것으로 판단된다.
후속연구
- 그러나 국내에는 과주방지 포장시스템의 도입 및 인증기준이 마련되어 있지 않은 현실이다. 지속적인 연구와 재료개발을 통하여 독자적인 과주방지 포장재료 및 국내 기준을 확립하여 항공선진국의 위상을 높여야 할 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.