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문제 정의
- 따라서 TAS 시험 후 접촉면과의 계면에서 탈리 (debonding) 상태가 매우 중요하므로 이를 중점적으로 조사하였다.
- 각각의 방수재는 단일한 재료가 아닌 복합재료로 구성되어 있으므로 서로 다른 특성을 갖게 된다. 따라서 각 제품에 해당하는 시방조건에 맞는 시공을 하기 위하여 제품별로 해당 업체에서 직접 시공하도록 하였다. 따라서 상기 배합표에 의해 제조한 10cm 두께의 콘크리트 슬래브 재령 28일이 된 이후에 각 업체별로 콘크리트 슬래브 위에 방수재를 시공하였다.
- 따라서 본 연구의 목적은 현재 국내에 유통되고 있는 교면방수재의 종류별로 인장접착강도(tensile adhesive strength: TAS)를 시험하여 교면방수 시스템의 성능향상의 방안을 제시하고자 하는 것이다. 이를 위해 각 시공현장에서 하자의 원인으로 가장 빈번하게 제시되는 아스팔트 포장과 관련된 요인들을 실험변수로 놓고 이를 중심으로 결과를 분석하였다.
제안 방법
- 9%로 결정되었다. SMA 혼합물의 입도는 교량 하부용 10mm 입도를 사용하였고, 포설 방법은 일반 밀입도 아스팔트 혼합물과 같은 방법으로 이루어졌다.
- 접착제가 경화한 후 하중기록장치 (load indicator) 및 로드셀 (loadcell)을 연결한 유압식 인장접착시험기(hydraulic tensile adhesive test equipment) 를 사용하여 약 lkgf/cnf/sec의 재하속도로 최대하중에 도달 될 때까지 재하 하였으며, TAS 시험 장치의 개요도는 그림 1과 같다. TAS 시험후의 코아 공시 체를 통해 접착면의 파괴형상도 관찰하였다.
- 북미에서는 아스팔트 운반온도를 170°C 까지 높일 수 있으나 전압시의 온도는 방수재의 손상을 줄이기 위해 145°C 이하를 유지하도록 권장하고 있다(Manning, 1995). 따라서 본 연구에서는 아스팔트 포설온도를 SMA의 경우 130°C와 155°C로, 밀입도 혼합물의 경우에는 110°C와 140°C로 구분하여 시공하였다.
- 하지만 차량하중에 의해 WPS의 계면에 작용하는 하중분포를 정확하게 평가하는 것 또한 많은 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 이들 변수 중 아스팔트 포장과 관련 된것들을 실험변수들로 한정하여 표 2에서와 같이 채택하였다.
- 이 상태에서 반복적으로 윤하중이 주행하면 포장 내부에는 변형이 완전히 회복되지 않고 누적되어 영구변형 형태로 남게되고 이에 따라 포장층 아래의 방수재의 접착성에도 그 영향이 미치게 된다. 따라서 본 절에서는 실험 후 반복주행시험에 의한 바퀴자국 바로 아래지점 (under wheel path: UWP), 바퀴자국 지점 부근(near wheel path: NWP)에서 코어를 채취한 후 인발용(Pull out) 디스크를 부착시키고 TAS 시험을 실시하였다.
- 따라서 각 제품에 해당하는 시방조건에 맞는 시공을 하기 위하여 제품별로 해당 업체에서 직접 시공하도록 하였다. 따라서 상기 배합표에 의해 제조한 10cm 두께의 콘크리트 슬래브 재령 28일이 된 이후에 각 업체별로 콘크리트 슬래브 위에 방수재를 시공하였다. 다음은 본 실험에서 실시한 일반적인 방수층 시공 절차이다.
- 또한 아스팔트 포장층의 두께는 5cm와 8cm두 종류, 그리고 윤하중 작용 전후의 방수층 TAS 변화를 보기 위해 60°C에서 반복재하(wheel tracking) 시험을 수행하고 그 전후에 시험 값을 평가를 하였다. 모든 변수에 대한 TAS 실험은 상온 (20°C)에서 실시하였다.
- 반복주행시험을 수행하지 않는 슬래브 공시체에는 직경 100mm의 코어 채취기를 사용하여 TAS 시험을 하기 위해 적절한 간격으로 시험체 1개당 3개소에서 코어링을 하였다. 깊이는 방수재를 지나 콘크리트 바닥판 상면에 도달하도록 하였다.
- 본 연구에서는 다양한 종류의 교면용 방수재를 계열별로 선정하여 아스팔트 혼합물의 종류 및 시공온도, 포장층의 두께, 반복주행시험을 통해 교면 방수재의 가장 중요한 특성 중의 하나인 인장접착강도 시험을 실시한 결과로부터 다음과 같은 결론을 얻었다. (1) 아스팔트 혼합물의 종류는 시트.
- 아스팔트 혼합물의 시공온도가 WPS에 미치는 영향을 검토하고자 SMA의 온도는 130°C와 155°C, 밀입도의 시공온도는 llbU와 140E로 구분하였다. 아스팔트 포설 후 윤하중으로 인해 발생할 수 있는 포장층의 손상정도 파악을 위해 아스팔트 혼합 물의 소성변형을 측정하는 시험방법인 반복주행시험(wheel tracking test)을 실시하였다. 시험조건은 시험체를 60t!에서 6시간 양생 후 6.
- 혼합이 완료된 아스팔트 혼합물을 방수 처리가 된 10cm 콘크리트 슬래브 위에 끼워 만든 몰드에 부어 넣고 롤러 컴팩터를 이용해 5kgf/atf의하중으로 다짐하여 하나의 시험체를 완성하였다. 아스팔트 혼합물의 시공온도가 WPS에 미치는 영향을 검토하고자 SMA의 온도는 130°C와 155°C, 밀입도의 시공온도는 llbU와 140E로 구분하였다. 아스팔트 포설 후 윤하중으로 인해 발생할 수 있는 포장층의 손상정도 파악을 위해 아스팔트 혼합 물의 소성변형을 측정하는 시험방법인 반복주행시험(wheel tracking test)을 실시하였다.
- 아스팔트 포설 후 윤하중으로 인해 발생할 수 있는 포장층의 손상정도 파악을 위해 아스팔트 혼합 물의 소성변형을 측정하는 시험방법인 반복주행시험(wheel tracking test)을 실시하였다. 시험조건은 시험체를 60t!에서 6시간 양생 후 6.4kgf/otf의 차륜접지압으로 왕복 1, 280회의 차륜하중을 반복적으로재하한 후 반복주행시험전과 후에 바퀴자국 아래와 바퀴자국 인접부에서 TAS 실험을 실시하였다.
- 것이다. 이를 위해 각 시공현장에서 하자의 원인으로 가장 빈번하게 제시되는 아스팔트 포장과 관련된 요인들을 실험변수로 놓고 이를 중심으로 결과를 분석하였다.
- 일반 밀입도 및 SMA 혼합물을 두께 5cm 및 8cm가 되도록 계량된 골재를 165°C의 온도에서 4시간동안 가열하여 아스팔트 믹서로 4단계 속도로 분할 비빔을 실시하였다. 혼합이 완료된 아스팔트 혼합물을 방수 처리가 된 10cm 콘크리트 슬래브 위에 끼워 만든 몰드에 부어 넣고 롤러 컴팩터를 이용해 5kgf/atf의하중으로 다짐하여 하나의 시험체를 완성하였다.
- 상면에 010cm의 인장접착용 스테인레스 스틸디스크(stainless steel disk) 를 에폭시 수지 등의 접착제를 사용하여 완전하게 접착했다. 접착제가 경화한 후 하중기록장치 (load indicator) 및 로드셀 (loadcell)을 연결한 유압식 인장접착시험기(hydraulic tensile adhesive test equipment) 를 사용하여 약 lkgf/cnf/sec의 재하속도로 최대하중에 도달 될 때까지 재하 하였으며, TAS 시험 장치의 개요도는 그림 1과 같다. TAS 시험후의 코아 공시 체를 통해 접착면의 파괴형상도 관찰하였다.
- 즉, 아스팔트 혼합물은 밀입도 (dense grade) 와 SMA (stone mastic asphalt) 두 종류를 사용했으며 각각의 포설온도를 표 2에서와 같이 두 가지로 하였다. 또한 아스팔트 포장층의 두께는 5cm와 8cm두 종류, 그리고 윤하중 작용 전후의 방수층 TAS 변화를 보기 위해 60°C에서 반복재하(wheel tracking) 시험을 수행하고 그 전후에 시험 값을 평가를 하였다.
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3.3 시험체의 코어링
코어링(coring)은 반복주행시험을 수행하지 않은 시험체와 반복주행시험 후의 시험체로 나누어서 수행하였다
. 반복주행시험을 수행하지 않는 슬래브 공시체에는 직경 100mm의 코어 채취기를 사용하여 TAS 시험을 하기 위해 적절한 간격으로 시험체 1개당 3개소에서 코어링을 하였다. - 콘크리트-방수재-아스팔트포설 시험체를 제조한 후 48시간 이상 상온에서 식히고, 원하는 위치에 코아 채취기로 코어링하여 24시간 이상 건조시킨 후, 그 상면에 010cm의 인장접착용 스테인레스 스틸디스크(stainless steel disk) 를 에폭시 수지 등의 접착제를 사용하여 완전하게 접착했다. 접착제가 경화한 후 하중기록장치 (load indicator) 및 로드셀 (loadcell)을 연결한 유압식 인장접착시험기(hydraulic tensile adhesive test equipment) 를 사용하여 약 lkgf/cnf/sec의 재하속도로 최대하중에 도달 될 때까지 재하 하였으며, TAS 시험 장치의 개요도는 그림 1과 같다.
대상 데이터
- 방수재에 대한 TAS 실험을 위해 표 3과 같은 배합비로 30X30X 10cm의 콘크리트 슬래브를 제작하였다. 각각의 방수재는 단일한 재료가 아닌 복합재료로 구성되어 있으므로 서로 다른 특성을 갖게 된다.
성능/효과
- (2) 아스팔트 시공온도에 따른 영향을 보면 시트방수재는 모두 온도가 높을수록 인장접착강도가 증가하였으며 밀입도에 비해 SMA가 더 예민하게 영향을 받는 것으로 나타났다. 따라서 교면 방수재 위에 SMA 아스팔트를 시공할 시에는 온도 관리를 철저히 하여야만 방수재와의 소요의 접착 성능을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.
- 클로로프렌 고무계(D)는 접착력이 BWT> NWP>UWP의 순으로 나타났는데, 이는 클로로프렌고무계 방수재의 막 두께가 다소 얇아 아스팔트 혼합물 적용시 가열골재에 의한 찢김이나 뚫림으로 인한 접착력 손실이 발생하였기 때문인 것으로 판단된다. 그리고 에폭시 수지계(G)를 제외하고는 아스팔트 혼합물의 종류에 상관없이 UWP서의 접착력이 가장 낮은 것으로 나타났다. 에폭시 수지계의 경우 NWP 보다 UWP에서의 접착력이 더 크게 나타났는데 이러 한 경 향은 밀입도보다 SMA에서 그 증가폭이 더욱 크게 나타났다.
- 따라서 포장층 자체의 두께만으로는 TAS에 직접적으로 영향을 미치지 않은 것으로 나타났다. 하지만 윤하중이나 기후조건에 노출될 시에는 포장층의 두께가 방수층에 전달되는 윤하중에 의한 응력을 분산시켜 방수재의 손상을 저감시킬 수 있고, 태양열에 의해 전달되는 방수층에서의 온도 상승을 방지하는 효과가 있어 두께에 따른 차이가 다소 있을 것으로 추정된다.
- 시트식 방수재는 아스팔트 포장층의 종류에 상관없이 반복주행시험 후의 NWP에서의 TAS는 감소한 반면에, UWP에서의 접착력은 BWT보다 오히려 증가하였다. 이는 시트식 방수재는 방수층의 두께가 3.
- 시트식의 경우는 혼합물의 종류에 크게 영향을 받지 않고 전반적으로 TAS가 양호한 것으로 나타났다. 이는 시트식 방수재의 재질이 거의 비슷하고 단지 공법별로 분류한 것으로 시트 자체에 결합재 성분이 포함되어 있어 아스팔트 시공시 고온의 열에 의해 결합재 성분이 액상으로 변해 아스팔트와 완전 접착에 기여하였기 때문인 것으로 판단된다.
- 아스팔트 혼합물에 대한 배합설계를 통하여 일반밀입도 혼합물 최적아스팔트 함량은 5.1%, SMA 혼합물은 6.9%로 결정되었다. SMA 혼합물의 입도는 교량 하부용 10mm 입도를 사용하였고, 포설 방법은 일반 밀입도 아스팔트 혼합물과 같은 방법으로 이루어졌다.
- 그리고 에폭시 수지계(G)를 제외하고는 아스팔트 혼합물의 종류에 상관없이 UWP서의 접착력이 가장 낮은 것으로 나타났다. 에폭시 수지계의 경우 NWP 보다 UWP에서의 접착력이 더 크게 나타났는데 이러 한 경 향은 밀입도보다 SMA에서 그 증가폭이 더욱 크게 나타났다. 이러한 원인은 알려진 바와 같이 포장층의 소성변형에 대한 저항성이 밀입도 보다는 SMA가 크다는 연구결과를 뒷받침 하는 일례임을 알 수 있었고, 따라서 포장층의 강성에 따라 동일한 윤하중이 작용하여도 방수층의 TAS에 미치는 영향은 달라질 수 있다는 것을 알 수 있었다.
- 에폭시 수지계의 경우 NWP 보다 UWP에서의 접착력이 더 크게 나타났는데 이러 한 경 향은 밀입도보다 SMA에서 그 증가폭이 더욱 크게 나타났다. 이러한 원인은 알려진 바와 같이 포장층의 소성변형에 대한 저항성이 밀입도 보다는 SMA가 크다는 연구결과를 뒷받침 하는 일례임을 알 수 있었고, 따라서 포장층의 강성에 따라 동일한 윤하중이 작용하여도 방수층의 TAS에 미치는 영향은 달라질 수 있다는 것을 알 수 있었다.
- 5mm 정도밖에 되지 않아 UWP의 접착력이 용제형 (A) 이나 융착형((钏어〕비해 차이가 크지 않았다. 전반적으로 접착력의 증가폭은 밀입도에서 다소 큰 것으로 나타났고, BWT 시험체에 비해 NWP에서의접착력의 감소는 밀입도 시험체에서 더 현저한데, 이는 기존에 잘 알려진 바와 같이 밀입도 아스팔트 포장이 SMA 보다 소성 변형 이 크기 때문임 을 보여 주는 결과라 할 수 있다.
- 반면에。(클로로프렌 고무계 )는 밀 입 도가 SMA에 비 해 TAS가 다소 높게 나타났는데 , 그 원인은 클로로프렌 고무계의 방수막 두께(약 1mm)가 다른 것에 비해 얇아 아스팔트 포장층 시공시 가열골재가 부분적으로 방수막을 관통하여 접착면적이 감소하였기 때문인 것으로 판단된다. 하지만 도막식은 전반적으로 밀입도의 경우 종류별로 강도의 차이가 매우 크게 나타났고 H는 두 혼합물 모두 아예 강도를 측정 할 수가 없어 품질의 차이가 크고 불안정함을 알 수 있었다.
- 전 . 후의 TAS 실험결과에서는 전단력에 의해 바퀴자국 옆(near wheel path) 계면에서의 접착력의 감소가 발생하는 것으로 나타났다.
후속연구
- 그러나 반복주행시험 결과 실험전과 차이는 있지만, 이러한 차이가 혼합물 두께의 증가로 인한 밀림의 방지 등에 의한 영향인지, 다짐 효과에 의한 영향인지를 정확하게 판정하기에는 한계가 있음을 알 수 있었다. 또한 실제 교면에서의 윤하중은 일정한 온도에서 반복되는 것이 아니라 가변적인 온도 싸이클에 지배되기 때문에 방수재의 물리 .
- 받는 것으로 나타났다. 따라서 교면 방수재 위에 SMA 아스팔트를 시공할 시에는 온도 관리를 철저히 하여야만 방수재와의 소요의 접착 성능을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.
- 이로 인해 현장에서 작업 시 많은 시행착오로 교통개방 후 짧은 기간에 많은하자가 발생하고 있다. 따라서 향후 국내에서 표준화된 시험법의 제정이 필요하며, 본 연구를 통해 얻어진 각 변수에 대한 인장접착 특성의 영향을 고려하여 시공에 반영한다면 우선은 조기 손상을 줄이는데 어느 정도 역할을 할 수 있을 것으로 사료된다.
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