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문제 정의
- 본 연구는 고속도로 확장 구간에서 발생된 이암계 현장 발생암을 파쇄하여 보조기층 재료로 활용하기 위하여 관련 품질기준을 만족여부를 조사한 결과 적합한 판정을 받았으나 현장 야적중 우수, 직사일광, 온도변화 등에 의한 풍화가 빠르게 진행되어 사용성에 문제가 발생된 사례로부터 관련 품질관리기준 및 사용성 평가결과를 정리한 것이다.
제안 방법
- 골재의 동결저항성을 직접평가하기 위해서 AASHTO T 103에서는 골재에 직접 동결 및 융해작용에 의한 안정성 평가방법을 규정하고 있으며, 완전 침지법, 5% 에탄올 및 물에서 부분 침지법 등 3가지 방법을 제안하고 있으나 품질기준은 제시하고 있지 않다. 또한 본 연구에서 사용한 이암과 같은 퇴적암은 골재 생산후 야적중 온도변화, 우수, 직사일광 등의 영향으로 풍화가 빠르게 진행되기 때문에 본 시험방법의 적용은 단순한 동결저항성 평가 외에도 촉진 풍 화특성을 평가할 수 있는 시험방법으로 판단되었다.
- 마모시험은 KS F 2508에 규정된 입도 A(37.5~9.5mm)에 따라 각 크기별 재료를 선별하였으며, 500회 회전후 1.7mm 체를 통과한 시료의 중량백분율로부터 마모율을 계산하였다. 표 3과 같이 편마암, 이암 및 사암계 혼합석 마모율은 각각 32.
- 안정성시험은 골재의 동결 저항성을 간접적으로 평가하는 지표이다. 시험방법은 골재를 포화 Na2SO4 수용액에 반복 침지 및 건조시키면서 골재 공극에 침투한 NazSQ의 결정성장압으로 균열 및 파쇄를 발생시켜 각 입도별 중량손실을 측정한다. 시험결과는 각 입도군별 중량감소율의 합으로 표현되며, 콘크리트용 골재의 경우 시방서에서 굵은골재 12%, 잔골재 10% 이하로 규정하고 있다.
- 이암 및 사암계 혼합석의 마모율이 예상과 달리 낮은 원인을 분석하기 위하여 마모시험후 골재의 각 입도군별 중량감소율을 표 3과 같이 고찰하였다. 마모 시험은 전체 입도를 대상으로 실시된다.
이론/모형
- 시험방법은 AASHTO T 103에서 규정하고 있는 완전침지법을 사용하였으며, 온도 -20℃ 동결, 지속 시간 24시간 및 100℃ 건조, 지속시간 24시간으로 하였으며, 결과분석은 안정성 시험결과와 동일하게 분석하였다. 표 4는 동결 및 건조에 의한 촉진풍화시 험결과를 정리한 것이다.
성능/효과
- (1) 다짐특성을 고찰한 결과 퇴적암 골재의 경우 흡수율이 높은 관계로 다짐곡선이 넓게 분포하는 특성을 나타내었으며, 각 입도별 다짐 전·후 입도변화는 이암계 혼합석이 편마암계 및 사암계 혼합석에 비하여 약 2배 정도를 나타내어 이암계 혼합석의 강경도가 매우 낮은 것을 알 수 있다.
- (2) 마모율 시험결과 본 연구 범위내에서 3종류 골재 모두 보조기층 재료의 품질기준을 만족하는 것으로 나타났다. 그러나 37.
- (3) 포화황산나트륨 수용액에 의한 골재의 안정성 시험결과 편마암계 및 사암계 혼합석은 각각 9 및 31%를 나타내었으나 이암계 혼합석은 73%로서 안정성이 매우 낮은 결과를 나타내었다. 또한 동결 및 건조 반복에 의한 중량감소 율은 8사이클 진행단계에서 편마암계 3.
- (4) 본 연구에서 사용한 이암계 혼합석은 골재 제 조단계에서 보조기층 재료의 품질기준은 만족하지만 골재 생산 및 현장야적중 우수, 공기접 촉, 동결 및 건조 등의 반복과정으로 풍화작용이 빠르게 진행될 것으로 판단되므로 포장층에 사용하는 것은 적절하지 못한 것으로 판단된다. 향후 보조기층 재료 특성평가를 위한 촉진 풍화시험방법에 대한 연구 및 시방규청의 보완이 필요함을 알 수 있었다.
- 40mm 골재의 다짐 전·후 통과율 변화는 편마암계 및 사암계 혼합석의 경우 0 및 2%로 미미한 반면 이암계 혼합석은 75%의 높은 값을 나타내었다. 20mm 통과율 변화에서도 편마암계 및 사암계 혼합석이 약 10% 정도를 나타낸 반면 이암계 혼합석은 22.5%로 약 2배의 통과율 변화를 나타내었으며, 5 및 2mm 통과율 변화도 이암계 혼합석의 통과율 변화가 편마암계 및 사암계 혼합석의 경우에 비하여 약 2 배 이상을 나타내었으며, 0.4mm 이하 입도에서는 골재 종류에 관계없이 유사한 통과율 변화를 나타내었다.
- 37.5~26.5m 입도군의 마모에 의한 중량감소율 은 편마암계 19.5%, 사암계 30.0%이었으나 이암계 혼합석은 47.3%로서 매우 높은 중량감소율을 나타내었다. 또한 26.
- 40mm 골재의 다짐 전·후 통과율 변화는 편마암계 및 사암계 혼합석의 경우 0 및 2%로 미미한 반면 이암계 혼합석은 75%의 높은 값을 나타내었다. 20mm 통과율 변화에서도 편마암계 및 사암계 혼합석이 약 10% 정도를 나타낸 반면 이암계 혼합석은 22.
- 표 4는 동결 및 건조에 의한 촉진풍화시 험결과를 정리한 것이다. 8사이클이 진행된 시점에서 중량감소율은 편마암계 3.75%, 사암계 21.0%에 비하여 이암계 혼합석의 경우 57.7%로 매우 높게 나타나 동결 및 건조에 의한 촉진 풍화에 매우 민감한 결과를 나타내었다.
- 3%로서 매우 높은 중량감소율을 나타내었다. 또한 26.5mm 이하 입도에서도 편마암계 및 사암계 혼합석의 중량감소율은 30~50%인 반면 이암계 혼합석은 40~70%를 나타내 이암계 혼합석의 강경도가 크게 떨어지는 것을 알 수 있다.
- (3) 포화황산나트륨 수용액에 의한 골재의 안정성 시험결과 편마암계 및 사암계 혼합석은 각각 9 및 31%를 나타내었으나 이암계 혼합석은 73%로서 안정성이 매우 낮은 결과를 나타내었다. 또한 동결 및 건조 반복에 의한 중량감소 율은 8사이클 진행단계에서 편마암계 3.8%, 사암계 21%인 반면 이암계 혼합석은 58%를 나타내어 풍화에 의한 골재의 균열 및 파쇄가 크게 발생하는 것으로 나타났다.
- 166g/cm3으로 나타났다. 보조기층 재료별 최적함 수비 및 최대 건조밀도 차이는 크지 않으나 이암계 혼합석의 경우 편마암 및 사암계 혼합석에 비하여 최적함수비는 높고 최대건조밀도는 낮은 경향을 나타내었으며, 이러한 결과는 이암계 혼합석의 흡수율이 높고 비중이 낮은 결과로 판단된다.
- 본 연구에서 대상으로 한 보조기층 재료의 안정성 시험결과 편마암계 혼합석 8.58%, 사암계 혼합석 31.5%이었으나, 이암계 혼합석은 73.2%로서 일반적으로 시공되는 혼합석에 비하여 매우 크게 나타나 흡수된 수분에 의한 동결저항성이 매우 취약한 것으로 나타났다.
- (non-plastic)를 나타내었으며, 보조기층 재료의 품질기준을 충분히 만족하고 있음을 알 수 있다. 사암계 혼합석도 수정 CBR 88이었으며, 품질 기준상 특이점은 없이 보조기층 재료의 품질기준을 만족하였다. 이암계 혼합석은 소성지수 8.
- 마모 시험은 전체 입도를 대상으로 실시된다. 시험중 골재는 각 입경보다 큰 골재가 파쇄된 후 작은 입경으로 재파쇄되므로 26.5mm 이하 중량감소율은 정확한 값이라 할 수 없으나 전체적인 경향으로 판단할 때 골재의 강경도를 간접적으로 평가할 수 있을 것으로 판단된다.
- 이러한 결과로부터 이암계 혼합석의 강경도가 다른 골재에 비하여 크게 낮은 것으로 판단할 수 있으며, 실제 시공과정에서는 진동로울러 다짐시 골재파쇄로 인하여 골재 입도가 크게 변화될 것으로 예상할 수 있다.
- 이상의 보조기층 재료별 품질시험결과 이암계 혼합석의 소성지수가 약간 높은 값을 나타내었지만 시험포설을 통하여 포설높이 및 장비조합으로 시방서에서 제시하고 있는 소요 지지력을 확보한다면 사용상 큰 문제없을 것으로 판단할 수 있다.
- 이상의 시험결과로부터 이암계 혼합석은 도로공사 표준시방서에서 보조기층용 재료의 품질기준을 만족하였으나 골재 생산 및 야적 중에 풍화가 빠르게 진행되어 균열 및 파쇄가 일어나므로 포장층에 사용하는 것은 적절하지 못한 것을 알 수 있다. 또한 풍화가 빠르게 진행될 것으로 예상되는 현장 발생암의 경우에는 비록 도로공사 표준시방서의 품질기준을 만족한다.
- 보조기층 재료의 다짐시험결과를 정리한 것이 그림 2이다. 최적함수비 및 최대건조밀도는 편마암계혼합석 6.48% 및 2.186g/cm3, 이암계 혼합석 7.96% 및 2.130g/cm3, 사암계 혼합석 6.1% 및 2.166g/cm3으로 나타났다. 보조기층 재료별 최적함 수비 및 최대 건조밀도 차이는 크지 않으나 이암계 혼합석의 경우 편마암 및 사암계 혼합석에 비하여 최적함수비는 높고 최대건조밀도는 낮은 경향을 나타내었으며, 이러한 결과는 이암계 혼합석의 흡수율이 높고 비중이 낮은 결과로 판단된다.
- 7mm 체를 통과한 시료의 중량백분율로부터 마모율을 계산하였다. 표 3과 같이 편마암, 이암 및 사암계 혼합석 마모율은 각각 32.8, 1354 및 17.9%로서 편마암계 혼합석의 마모율이 가장 큰 결과를 나타내었으나 보조기층용 재료의 품질기준으로 규정된 50% 이하로서 사용상 문제가 없음을 알 수 있다.
후속연구
- 이러한 결과는 로스앤젤레스 마모시험방법이 시험 후 1.7mm 이하 통과율만을 대상으로 마모율을 계산하기 때문에 이암계 혼합석과 같이 강경도가 낮은 골재의 특성을 재대로 반영하지 못하며, 저급골재가 품질기준을 만족하는 결과를 나타내 보조기층재료의 품질평가에 큰 혼란을 가중시킬 것으로 판단된다.
- (4) 본 연구에서 사용한 이암계 혼합석은 골재 제 조단계에서 보조기층 재료의 품질기준은 만족하지만 골재 생산 및 현장야적중 우수, 공기접 촉, 동결 및 건조 등의 반복과정으로 풍화작용이 빠르게 진행될 것으로 판단되므로 포장층에 사용하는 것은 적절하지 못한 것으로 판단된다. 향후 보조기층 재료 특성평가를 위한 촉진 풍화시험방법에 대한 연구 및 시방규청의 보완이 필요함을 알 수 있었다.
- 할지라도 풍화에 의한 품질저하가 발생할 수 있으므로 이에 대한 적절한 시험과 조치가 필요하다. 향후 포장층 재료의 특성평가를 위한 촉진 풍화시험 방법에 대한 연구 및 시방규정에 대한 계속적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
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