[논문]줄눈 콘크리트포장의 적정 줄눈간격에 대한 연구

전범준; 이승우

문제 정의

줄눈 콘크리트포장의 장기거동에선 환경하중과 교 통하중으로 인해 설계시 고려된 줄눈폭의 변화량보다 과도하게 줄눈폭이 벌어질 경우 줄눈채움재의 파 손과 골재 맞물림 및 다웰바의 하중전달효율(LTE)저하로 Spalling, Faulting0] 발생되어 포장의 내구성 및 공용성이 떨어지는 원인이 되고 있다. 따라서 본 연구에서는 줄눈간격을 산정하기 위하여 과도한 줄눈폭의 변화에 따른 LTE 저하를 고려하였다. 줄 눈 콘크리트포장에서 다웰바의 LTE(Load Transfer Efficience) 는 교통 하중 재하시 옆 슬래브로의 하중 전달율을 의미한다.
본 연구는 줄눈 콘크리트포장에서 초기거동과 장 기거동을 고려하여 적정 줄눈간격 산정 방안에 대해 연구하였다. 연구결과를 정 리하면 다음과 같다.
본 연구는 합리적인 불연속면의 설계 기법 마련의 일환으로써 적정 줄눈간격을 제시하고 형상 설계 방 안에 대해 알아보았다. 국내 줄눈 콘크리트 포장에서 줄눈간격 및 형상설계는 합리적인 산정 방안이 제시 된 바 없이 경험적 방식에 의존하고 있다.
본 연구에서 산정된 줄눈간격이 포장파손에 미치는 영향을 포장거동에 대한 장기 공용성 예측 모델을 통해 검토하였다. 포장거동에 있어 장기 공용성 예측 은 피로균열, 단차, 스폴링, 평탄성 지수 (IRD 를 고 려하였다.

제안 방법

본 연구에서는 국내 콘크리트 포장의 보조기층이 린층으 로 비닐막을 설치하여 마찰저항이 현저히 감소되므로 C값을 1로 사용하였다.(Suh, 2002) 그리고 미국 Long Term Performance Pavement Seasonal Monitoring Program (LTPP SMP) 의 구간에 대해 AASHTO Guide에 의한 Maximum joint openinghnm)과 Maximum in situ joint opening (mmX 비교하여 누적 Joint Opening에 대한 95%에 해당하는 비율에 2.5의 값을 가지는 신뢰 도 개념으로 줄눈폭 변화량 산정식에 접목시켜 줄눈간격 (L)을 산정하였다. (Lee.
복사 조건은 Sunny로 하였고, Saw Cutting Timee 여름시공시 포설후 9~1。시간이지만 시공 오차를 고려하여 11시간으로 하였다. 골재의 종류는 국내에서 가장 많이 사용하는 화강암/석회암으로 하였고, 보 조기층의 종류는 국내 콘크리트포장이 린층에 비닐막 처리하는 것을 고려하여 Unbound Aggregate로하였다. 국내 기후특성에 따른 환경 하중을 HIPERPAV에 적용하기 위하여 국내 53개 기후관측 지점을 선정하여 10년간의 기후 자료를 수집 .
적정 줄눈간격 산정을 위해 초기거동에서 국내 권역별 기후데이터를 통계 처리하여 HIPERPAV(High PERformance PAVingSoftware) 에 적용하였다. 그리고 장기거동에선 다웰 바의 하중전달율(LTE)를 고려하였다.
HIPERPAV 환경변수로 사용된 데이터는 표 2에서 정리되어진다. 마지막 으로 일반적인 설계 변수로서 포장의 두께는 25cm, 30cm, 35cm로 하여 초기거동에 있어 두께에 따른 영향을 고려하였다. 초기거동에서 HIPERPAV에 의해 예측된 줄눈간격은 25개 권역의 53개 지역이 대부분 28m에서 43m의 결과값을 얻었다.
본 연구에서도 HIPERPAV를 사용하여 시공 초기 강도가 충분히 발현되기 전(교통개방 전) 환경하중의 영향에 따른 슬래브내무작위 균열이 발생하지 않도록 줄눈간격을 산정하여 보았다. 본 연구에서HIPERPAVe 신뢰도 99%로 수화열이 가장 많이발생하는 여름철 시공으로 하여 실행하였다.
이 Data를 통해 국내 기상청의 지역구분과 동일하게 지역별 기후특색 이 유사하고 근접한 지역을 25개 권역으로 구분하였다. 본 연구에선 HIPERPAV 환경변수로 시공초기 온도에 따른 환경영향이 여름철 가장 크게 나타나므 로 신뢰도 95%로 통계 처리되어진 월별 대표값 중8월의 Data를 적용하였다. HIPERPAV 환경변수로 사용된 데이터는 표 2에서 정리되어진다.
통계처리를 통하여 지역별, 일별, 월별 최고기온, 최저기온, 최대상대습도, 최소상대습도 평 균풍속에 대한 Data를 얻었다. 이 Data를 통해 국내 기상청의 지역구분과 동일하게 지역별 기후특색 이 유사하고 근접한 지역을 25개 권역으로 구분하였다. 본 연구에선 HIPERPAV 환경변수로 시공초기 온도에 따른 환경영향이 여름철 가장 크게 나타나므 로 신뢰도 95%로 통계 처리되어진 월별 대표값 중8월의 Data를 적용하였다.
본 연구에서 산정된 줄눈간격이 포장파손에 미치는 영향을 포장거동에 대한 장기 공용성 예측 모델을 통해 검토하였다. 포장거동에 있어 장기 공용성 예측 은 피로균열, 단차, 스폴링, 평탄성 지수 (IRD 를 고 려하였다. 장기 공용성 예측을 위한 각각의 모델은 표 5에서 정리 하였다.

대상 데이터

골재의 종류는 국내에서 가장 많이 사용하는 화강암/석회암으로 하였고, 보 조기층의 종류는 국내 콘크리트포장이 린층에 비닐막 처리하는 것을 고려하여 Unbound Aggregate로하였다. 국내 기후특성에 따른 환경 하중을 HIPERPAV에 적용하기 위하여 국내 53개 기후관측 지점을 선정하여 10년간의 기후 자료를 수집 . 통계 처리하였다.
Lee(2000)는 보조기층에서 마찰 저항을 받는 콘크 리트 슬래브의 수평변위에 대한 역학적 모델링 결과를 토대로 C값이 입상재료 보조기층, 안정처리된 보 조기층 모두 1에 근접하고 있는 것을 보였다. 본 연구에서는 국내 콘크리트 포장의 보조기층이 린층으 로 비닐막을 설치하여 마찰저항이 현저히 감소되므로 C값을 1로 사용하였다.(Suh, 2002) 그리고 미국 Long Term Performance Pavement Seasonal Monitoring Program (LTPP SMP) 의 구간에 대해 AASHTO Guide에 의한 Maximum joint openinghnm)과 Maximum in situ joint opening (mmX 비교하여 누적 Joint Opening에 대한 95%에 해당하는 비율에 2.

데이터처리

통계 처리하였다. 통계처리를 통하여 지역별, 일별, 월별 최고기온, 최저기온, 최대상대습도, 최소상대습도 평 균풍속에 대한 Data를 얻었다. 이 Data를 통해 국내 기상청의 지역구분과 동일하게 지역별 기후특색 이 유사하고 근접한 지역을 25개 권역으로 구분하였다.

이론/모형

중차량에 대한 적정 LTE는 75% 또는 그 이상으로 간주하고 있으며, (AASHTO-FHWA, 1995)LTE가 급격하게 감소하는 줄눈폭의 최대 움직임은13mm로 제시하고 있다.(AASHTO-FWHA, 1979) 본 연구는 86 AASHTO Guide (AASHTO, 1986)등 현재 일반적으로 사용되고 있는 줄눈폭 변화량 산정 식을 이용하여 줄눈간격을 산정하여 보았다. 줄눈폭 변 화량산정식은식 (2)와같다.
본 연구에서 적정 줄눈간격 산정을 위한 흐름은 그림 1과 같다. 적정 줄눈간격 산정을 위해 초기거동에서 국내 권역별 기후데이터를 통계 처리하여 HIPERPAV(High PERformance PAVingSoftware) 에 적용하였다. 그리고 장기거동에선 다웰 바의 하중전달율(LTE)를 고려하였다.

성능/효과

(1) 초기거동에서 통계처리되어진 국내 권역별 기후 자료를 HIPERPAV에 적용하여 무작위 균열이 발생하지 않도록 예측된 줄눈간격은 28~ 43m로 큰 값을 보였다. 이러한 결과값은 콘크리트 슬 래브에 과도한 줄눈폭 움직임을 유발하여 포장체 의 조기파손의 원인이 될 수 있다.
(2) 장기거동에서 86 AASHTO Guide에서 제시한줄눈폭 변화량 산정식에 신뢰도 개념을 도입하여 산정한 국내 권역별 줄눈간격 잠정안은 6~8m이다. 국내 줄눈간격은 획일적으로 6m로 설계하지 만, 본 연구에서 산정한 권역별 줄눈간격 잠정안 을 통해 지역별 기후 특색에 적합한 적정 줄눈간 격을 산정할 수 있다.
장기 공용성 예측을 위한 각각의 모델은 표 5에서 정리 하였다. 각 모델 식에 의해 국내 줄눈 콘크리트 포장의 줄눈간격 (6~8m)별로 공용성 평가 결과는 표 6에서 보는 바와 같으며, 줄눈간격을 증가 시킬 단차와 스폴링, 평탄성 지수의 경우0.001~0.333in, 0.2-0.6%, 5.3~ 11.4in/ml의값의 증가를 보이고 있으며 가장 큰 변화폭을 보인 피로균열의 경우 5.2~20.8%의 증가를 보임을 알 수 있다. 이러한 줄눈간격의 증가에 따른 각 모델별 공용성 모델의 결과는 각 파손별 기준을 모두 만족하고 있다.
본 연구에서도 HIPERPAV를 사용하여 시공 초기 강도가 충분히 발현되기 전(교통개방 전) 환경하중의 영향에 따른 슬래브내무작위 균열이 발생하지 않도록 줄눈간격을 산정하여 보았다. 본 연구에서HIPERPAVe 신뢰도 99%로 수화열이 가장 많이발생하는 여름철 시공으로 하여 실행하였다. 복사 조건은 Sunny로 하였고, Saw Cutting Timee 여름시공시 포설후 9~1。시간이지만 시공 오차를 고려하여 11시간으로 하였다.

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