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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 기존의 인위적인 줄눈 절단작업으로 인한 줄눈 콘크리트 포장(Jointed Concrete Pavement, JCP) 공용성 저하의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 다양한 높이의 줄눈균열 유도장치(Joint Crack Inducer, JCI)와 다양한 깊이의 균열유도 홈(Crack Inducing Slot, CIS)을 실제 시험포장에 적용하여 콘크리트 포장에서의 줄눈균열 유도 효과를 확인하였으며 시험포장구간의 균열조사를 통하여 줄눈균열 유도공법의 개선사항 및 향후 연구방향을 고찰 하였다.
- 본 연구에서는 인위적인 줄눈 절단작업으로 인한 줄눈부의 파손을 감소시키기 위하여 선행연구를 통해 개발된 줄눈 균열 유도장치를 적용한 콘크리트 포장의 줄눈부의 유도균열 발생 및 균열형상과 줄눈의 거동을 현장시험을 통해 고찰하였다. 본 연구의 시험결과를 토대로 한 연구내용을 요약하면 다음과 같다.
- 줄눈균열 유도장치를 이용한 현장 시험은 2007년 5월 29일부터 6월 5일까지 충청남도 당진군에 위치한 약 140m의 편도 2차로의 시험포장 구간에서 실시되었으며, 줄눈균열의 발생, 형태, 거동 등을 줄눈균열 유도장치의 높이별로 초기와 장기로 구분하여 관찰하기 위하여 실시하였다. 1차로에는 220mm, 150mm, 100mm의 높이별 4개씩 총 12개의 줄눈 균열 유도장치를 그림 3과 같이 린 콘크리트 기층 위의 줄눈 위치에 높이별로 하나씩 번갈아가며 정착시켰으며, 2차로에는 같은 높이의 줄눈균열 유도장치 4개씩을 모아서 린 콘크리트 기층에 정착시켜 높이별로 3개의 구간이 되게끔 하였다.
제안 방법
- 그림 2(a)와 (b)는 본 연구의 현장시험에 사용된 줄눈균열 유도장치의 모식도 및 사진으로 기존에 Cable, J. K., (2006)가 L자형으로 제작한 것과는 달리 역T자형으로 제작하여 기층에 대한 접지력을 향상시켰으며, 장치의 높이별 성능을 확인하기 위해 100mm, 150mm, 220mm의 3가지 높이로 슬래브의 폭에 맞춰 제작하였다. 또한 장치의 하부에는 길이 520mm의 지지대를 820mm의 간격으로 부착하여 힐티핀을 사용하여 간편하게 린 콘크리트 층에 정착시킬 수 있도록 하였다.
- 그림 1(a)의 슬래브 상부표면에 인위적인 절단 작업을 수행하여 줄눈을 형성하고 균열을 유도하던 기존의 방법과는 달리 본 연구에서는 그림 1(b)에서와 같이 줄눈균열 유도장치를 린 콘크리트 층에 정착시킨 후 줄눈균열 유도장치의 상단으로부터 균열발생을 유도하여 자연적으로 줄눈이 생성되도록 하였다.
- 1차로에는 220mm, 150mm, 100mm의 높이별 4개씩 총 12개의 줄눈 균열 유도장치를 그림 3과 같이 린 콘크리트 기층 위의 줄눈 위치에 높이별로 하나씩 번갈아가며 정착시켰으며, 2차로에는 같은 높이의 줄눈균열 유도장치 4개씩을 모아서 린 콘크리트 기층에 정착시켜 높이별로 3개의 구간이 되게끔 하였다. 1차로는 5월 31일, 2차로는 6월 3일에 콘크리트를 각각 타설하였으며, 줄눈균열의 거동을 측정하기 위하여 모든 줄눈에 Demac disc를 설치하였다. 콘크리트 타설 시간에 따른 슬래브 내 온도의 분포를 비교하기 위하여 차로 당 20개씩의 슬래브 중 2, 9, 20번째 슬래브 위치에 i-Button을 깊이별로 매설하였다(박대근, 2002).
- 줄눈균열 유도장치를 이용한 현장 시험은 2007년 5월 29일부터 6월 5일까지 충청남도 당진군에 위치한 약 140m의 편도 2차로의 시험포장 구간에서 실시되었으며, 줄눈균열의 발생, 형태, 거동 등을 줄눈균열 유도장치의 높이별로 초기와 장기로 구분하여 관찰하기 위하여 실시하였다. 1차로에는 220mm, 150mm, 100mm의 높이별 4개씩 총 12개의 줄눈 균열 유도장치를 그림 3과 같이 린 콘크리트 기층 위의 줄눈 위치에 높이별로 하나씩 번갈아가며 정착시켰으며, 2차로에는 같은 높이의 줄눈균열 유도장치 4개씩을 모아서 린 콘크리트 기층에 정착시켜 높이별로 3개의 구간이 되게끔 하였다. 1차로는 5월 31일, 2차로는 6월 3일에 콘크리트를 각각 타설하였으며, 줄눈균열의 거동을 측정하기 위하여 모든 줄눈에 Demac disc를 설치하였다.
- 콘크리트 타설 직후 균열 발생이 예상되는 슬래브 상부의 줄눈부에 Demac Disk를 설치한 후 Demac Gauge(썬런쥬안 외, 2007)를 이용하여 줄눈균열을 비롯한 줄눈부의 움직임을 측정하였다. 1차로와 2차로 총 42개의 줄눈부에 Demac Disk를 설치하였으며 1차로의 콘크리트 타설 직후인 2007년 5월 31일 19시부터 6월 5일 07시까지 3시간을 주기로 1차로와 2차로에 대하여 1차 측정을 실시하였다. 2차 측정은 콘크리트 타설 후 약 5개월이 지난 10월 24일 04시부터 10월 25일 15시까지 측정하였으며 1차 및 2차 측정결과는 그림 13와 같다.
- 개발된 줄눈균열 유도장치의 유효성을 검토하고 최적의 줄눈균열 유도장치의 높이 및 균열유도 홈의 깊이를 결정하기 위하여 현장시험을 실시하였다. 최적의 줄눈균열 유도장치의 높이 결정을 위하여 유도균열의 발생시기와 줄눈균열의 거동을 조사하였으며 슬래브 상부표면에서의 균열형상을 조사하여 최적의 균열유도 홈 설치깊이를 찾아내었다.
- 균열유도 측면에서 불리한 것으로 분석된 100mm 높이의 줄눈균열 유도장치를 제외한 150mm와 220mm 높이의 줄눈 균열 유도장치에 대하여 균열유도 홈의 깊이에 따른 슬래브 상부표면으로 진전된 균열의 형태를 분석하였다. 높은 줄눈 균열 유도장치와 깊은 균열유도 홈을 설치한 줄눈에서 발생된 균열의 직선화 정도가 좋을 것이라는 예상과 달리 그림 9(b)와 (c)에서 보는 바와 같이 150mm와 220mm 높이의 줄눈균열 유도장치 모두에서 균열유도 홈의 깊이에 상관없이 유사한 균열의 형태가 관찰되었다.
- 균열유도 홈의 효과를 알아보기 위하여 그림 8에 보인 바와 같이 슬래브 상부표면까지 진전된 균열이 균열유도 홈의 위치를 기준으로 하여 콘크리트 타설 방향과 타설 반대 방향으로 벗어난 각각의 면적을 모든 줄눈에서 조사하였다. 그림 9는 균열유도 홈의 깊이에 따라 슬래브 상부표면에 발생한 균열이 균열유도 홈의 위치에서 벗어난 정도를 줄눈균열 유도장치의 높이별로 분석한 결과이다.
- 타설 후 약 5개월이 지난 시점까지도 다웰 줄눈과 무다웰 줄눈에서 단 몇 개의 미세균열만 발견된 1차로에서는 다웰 줄눈과 무다웰 줄눈의 움직임이 매우 작은 것으로 관찰되어 발견된 미세균열이 줄 눈의 움직임을 유발할만한 의미 있는 균열은 아니라는 것을 확인할 수 있었다. 다웰 줄눈과 무다웰 줄눈에 제대로 균열이 유도되지 않고 미세균열만 발생한 것은 1차로 슬래브에 발생한 다수의 무작위 균열 때문에 발생한 현상으로 정상적인 콘크리트 포장의 조건과는 차이가 있지만 줄눈균열 유도장치가 설치된 거의 모든 줄눈에 균열이 유도된 것과는 비교할 만하다. 2차로에서 다웰 줄눈의 평균 움직임은 줄눈균열 유도장치를 사용한 줄눈보다 훨씬 작은 것으로 나타났으나 6곳의 다웰 줄눈 중 3곳의 줄눈에서만 균열이 발생하였으므로 이를 고려할 때 균열이 발생한 다웰 줄눈의 실제 움직임은 더 클 것으로 예상되었다, 무다웰 줄눈 움직임의 크기는 줄눈균열 유도장치를 사용한 줄눈과 유사한 것으로 나타났으나 3곳의 무다웰 줄눈 중 2곳의 줄눈에서 균열이 발생한 것을 고려할 때 줄눈균열 유도장치를 사용한 줄눈 움직임의 크기보다 더 클 수도 있는 것으로 판단된다.
- 다웰 줄눈과 무다웰 줄눈의 움직임을 그림 14와 같이 1차로와 2차로로 나누어 줄눈균열 유도장치가 사용된 줄눈과 비교하였다. 여러 개 줄눈 움직임의 평균값을 사용하여 비교하였으며 줄눈균열 유도장치의 높이가 높을수록 줄눈의 움직임이 큰 것을 확인할 수 있었다.
- 줄눈균열 유도장치의 균열 유도효과를 살펴보기 위하여 총 2차로 중 먼저 시공된 1차로에서 예비 시험을 수행한 결과, 줄눈균열 유도장치만 설치하고 슬래브 표면에 균열유도 홈을 만들어주지 않은 경우에는 그림 7과 같이 장치의 상단으로부터 진전된 균열이 슬래브 상부 표면에서는 곡선형태로 나타나 향후 차량하중에 의한 국부적 파손이 쉽게 발생하고 이로 인한 장기적인 공용성 저하가 우려되었다. 따라서 2차로에서는 표 3과 같은 10mm 이내의 다양한 깊이의 홈을 줄눈균열 유도장치 바로 윗부분의 슬래브 상부 표면에 콘크리트 타설 직후 설치하여 균열을 유도 홈 내로 집중시켰다.
- 콘크리트 타설 시간에 따른 슬래브 내 온도의 분포를 비교하기 위하여 차로 당 20개씩의 슬래브 중 2, 9, 20번째 슬래브 위치에 i-Button을 깊이별로 매설하였다(박대근, 2002). 또한 슬래브의 상세 거동을 측정하기위하여 V/W Strain Gauge, Moisture Sensor, Dial Gauge등을 2차로 9번째 슬래브에 집중하여 매설하였으며 그 결과는 다른 논문에서 소개하기로 한다.
- , (2006)가 L자형으로 제작한 것과는 달리 역T자형으로 제작하여 기층에 대한 접지력을 향상시켰으며, 장치의 높이별 성능을 확인하기 위해 100mm, 150mm, 220mm의 3가지 높이로 슬래브의 폭에 맞춰 제작하였다. 또한 장치의 하부에는 길이 520mm의 지지대를 820mm의 간격으로 부착하여 힐티핀을 사용하여 간편하게 린 콘크리트 층에 정착시킬 수 있도록 하였다.
- 시멘트는 1차로와 2차로 모두 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 1차로는 고로슬래그를 첨가하고 부배합으로 설계하여 워커빌리티 및 강도발현 효과를 크게 하였고, 2차로는 초기 건조수축의 크기를 줄이기 위하여 단위 수량 및 단위 시멘트량을 최소화함으로써 1차로에 비하여 빈배합으로 설계하였다. 1차로는 2차로에 비하여 콘크리트의 타설 속도가 빨라 다짐이 상대적으로 충분하지 않았으며, 양생제 살포시기가 늦고 살포량이 충분하지 않아 양생 초기에 줄눈 위치가 아닌 슬래브 내에 무작위 균열이 여러 군데 발생하였다.
- 앞서 타설된 1차로에서 줄눈균열 유도장치에 의한 줄눈균열의 발생이 예상 외로 빨랐기 때문에 2차로에서는 콘크리트 타설이 시작되고 약 4시간 30분 후인 13시부터 그림 6(b)와 같이 줄눈균열 발생여부를 조사하였다. 타설이 완료된 100mm와 150mm 높이의 줄눈균열 유도장치 사용 줄눈의 경우, 100mm 높이를 사용한 줄눈은 4곳 중 1곳, 그리고 150mm 높이를 사용한 줄눈은 4곳 중 2곳에서 각각 균열이 유도되었으며, 이때까지 220mm 높이를 사용하는 줄눈부에는 아직 콘크리트가 타설되지 않았다.
- 개발된 줄눈균열 유도장치의 유효성을 검토하고 최적의 줄눈균열 유도장치의 높이 및 균열유도 홈의 깊이를 결정하기 위하여 현장시험을 실시하였다. 최적의 줄눈균열 유도장치의 높이 결정을 위하여 유도균열의 발생시기와 줄눈균열의 거동을 조사하였으며 슬래브 상부표면에서의 균열형상을 조사하여 최적의 균열유도 홈 설치깊이를 찾아내었다.
- 1차로는 5월 31일, 2차로는 6월 3일에 콘크리트를 각각 타설하였으며, 줄눈균열의 거동을 측정하기 위하여 모든 줄눈에 Demac disc를 설치하였다. 콘크리트 타설 시간에 따른 슬래브 내 온도의 분포를 비교하기 위하여 차로 당 20개씩의 슬래브 중 2, 9, 20번째 슬래브 위치에 i-Button을 깊이별로 매설하였다(박대근, 2002). 또한 슬래브의 상세 거동을 측정하기위하여 V/W Strain Gauge, Moisture Sensor, Dial Gauge등을 2차로 9번째 슬래브에 집중하여 매설하였으며 그 결과는 다른 논문에서 소개하기로 한다.
- 콘크리트 타설 직후 균열 발생이 예상되는 슬래브 상부의 줄눈부에 Demac Disk를 설치한 후 Demac Gauge(썬런쥬안 외, 2007)를 이용하여 줄눈균열을 비롯한 줄눈부의 움직임을 측정하였다. 1차로와 2차로 총 42개의 줄눈부에 Demac Disk를 설치하였으며 1차로의 콘크리트 타설 직후인 2007년 5월 31일 19시부터 6월 5일 07시까지 3시간을 주기로 1차로와 2차로에 대하여 1차 측정을 실시하였다.
대상 데이터
- 콘크리트 타설이 거의 마무리될 무렵인 15시부터 그림 6(a)와 같이 1차로의 줄눈균열 발생 여부를 조사하였으며, 이때 220mm 높이의 줄눈균열 유도장치를 사용한 4곳의 줄눈 모두에서 유도균열이 발생되었고, 150mm 높이를 사용한 줄 눈의 경우 4곳 중 3곳에서 균열이 유도되었으며, 100mm 높이의 장치를 사용한 구간에서는 이때까지 4곳 중 3곳의 줄눈부만 콘크리트가 타설되었는데 3곳 모두에서 유도균열이 발생되지 않았다. 타설 완료 약 12시간 30분 후인 5월 30일 04시에는 220mm와 150mm의 줄눈균열 유도장치를 사용한 줄눈 모두에서 균열이 유도되었으며, 100mm 높이를 사용한 줄눈의 경우 4곳 중 3곳에서 유도균열이 발생되었다.
- 표 1은 줄눈균열 유도장치의 제원으로 KS규격의 구조용 압연강재를 주재료로 사용하였으며, 줄눈균열 유도벽체와 바닥판은 용접을 통해 접합되었고, 줄눈균열 유도장치를 린 콘크리트 층에 고정시켜주는 지지대에는 힐티 핀을 사용할 수 있도록 양쪽에 각각 1개씩의 구멍을 천공하였다. 총 중량은 13~24kg으로써 높이가 높아질수록 중량이 무거워지나 2인 1조로 운반하거나 린 콘크리트층에 고정작업을 수행하기에 무리가 없는 적당한 중량이라고 판단되었다.
- 현장에서 사용된 콘크리트는 레디믹스트 콘크리트로서 현장에서 10분 거리에 위치한 공장에서 운반되었으며 인력 시공으로 타설되었다. 1차로는 5월 29일 07시30분에 콘크리트 타설이 시작되어 15시35분에 종료되었으며, 2차로는 6월 2일 08시20분에 시작되어 17시00분에 종료되었다.
성능/효과
- 높은 줄눈 균열 유도장치와 깊은 균열유도 홈을 설치한 줄눈에서 발생된 균열의 직선화 정도가 좋을 것이라는 예상과 달리 그림 9(b)와 (c)에서 보는 바와 같이 150mm와 220mm 높이의 줄눈균열 유도장치 모두에서 균열유도 홈의 깊이에 상관없이 유사한 균열의 형태가 관찰되었다. 다만, 그림 9(a)에서 (c)까지의 전체 결과를 보았을 때, 큰 균열면적을 보인 균열 유도 홈의 깊이가 모두 5mm 이내인 점을 고려한다면 균열 유도 홈의 적정 깊이를 5mm 이상으로 정할 필요가 있는 것으로 판단된다. 특히, 그림 9(b)에서 보듯이 150mm 높이의 줄눈균열 유도장치를 사용하였으나 균열유도 홈은 내지 않은 경우에는 균열유도 홈을 사용한 다른 3곳에 비하여 균열이 기준 위치에서 훨씬 더 벗어났으므로 줄눈균열 유도장치를 사용할 경우에는 균열유도 홈도 반드시 함께 설치해야 한다고 판단된다.
- 1. 린 콘크리트 기층 위에 100mm, 150mm, 220mm 높이의 줄눈균열 유도장치를 설치하고 콘크리트를 타설한 후 균열유도 홈을 설치하는 방식으로 시험시공을 수행한 결과, 150mm와 220mm 높이의 줄눈균열 유도장치를 사용한 줄 눈에서 균열유도 효과가 큰 것으로 판명되었으나, 현장적용을 고려한 결과 공사비 절감 차원에서 150mm의 장치를 사용하는 것이 보다 경제적이라고 판단된다.
- 콘크리트 타설 후 약 5개월이 지난 2007년 10월 말까지도 2차로의 100mm 높이의 줄눈균열 유도장치를 사용한 1개의 줄눈에서는 여전히 균열이 발생하지 않았음을 확인 할 수 있었다. 1차로의 다웰 줄눈 및 무다웰 줄눈에서는 콘크리트 타설 약 5개월 후까지도 미세균열만 몇 개 관찰되었고 유도균열은 발생하지 않았다. 이는 1차로의 슬래브에 발생한 다수의 무작위 균열 때문에 줄눈에서의 인장응력이 매우 작아졌기 때문으로 판단된다.
- 2. 균열의 형상을 관찰한 결과, 균열유도 홈을 이용하여 줄눈 균열 유도장치의 상단으로부터 진전된 균열을 균열유도 홈으로 집중시켜 슬래브 상부표면에서 직선 형태로 균열을 유도할 수 있는 것으로 나타났다. 또한, 균열유도 홈의 효율성을 높이기 위해서 다양한 깊이로 홈을 설치해본 결과 최소 5mm 이상의 깊이로 균열유도 홈을 설치해야 할 것으로 판단되었다.
- 다웰 줄눈과 무다웰 줄눈에 제대로 균열이 유도되지 않고 미세균열만 발생한 것은 1차로 슬래브에 발생한 다수의 무작위 균열 때문에 발생한 현상으로 정상적인 콘크리트 포장의 조건과는 차이가 있지만 줄눈균열 유도장치가 설치된 거의 모든 줄눈에 균열이 유도된 것과는 비교할 만하다. 2차로에서 다웰 줄눈의 평균 움직임은 줄눈균열 유도장치를 사용한 줄눈보다 훨씬 작은 것으로 나타났으나 6곳의 다웰 줄눈 중 3곳의 줄눈에서만 균열이 발생하였으므로 이를 고려할 때 균열이 발생한 다웰 줄눈의 실제 움직임은 더 클 것으로 예상되었다, 무다웰 줄눈 움직임의 크기는 줄눈균열 유도장치를 사용한 줄눈과 유사한 것으로 나타났으나 3곳의 무다웰 줄눈 중 2곳의 줄눈에서 균열이 발생한 것을 고려할 때 줄눈균열 유도장치를 사용한 줄눈 움직임의 크기보다 더 클 수도 있는 것으로 판단된다.
- 하지만, 1차로의 경우 무작위 균열이 많이 발생하였기 때문에 줄눈균열 유도장치의 높이에 따른 줄눈의 움직임을 비교하기에 무리가 있다고 보여진다. 2차로의 경우, 220mm의 줄눈균열 유도장치를 사용한 구간에서의 줄눈의 폭이 전반적으로 100mm 높이와 150mm 높이의 줄눈균열 유도장치를 사용한 구간에서의 줄눈 폭보다 시간이 지남에 따라 커지는 경향을 볼 수 있었는데, 이로 미루어 보아 줄눈균열 유도장치의 높이가 높아질수록 콘크리트 포장은 구조적으로 불리할 것으로 판단되었다. 콘크리트 타설 이후 며칠 동안 대기온도는 거의 일정하게 유지되었으나 줄눈 폭은 점점 증가하였으며 이는 콘크리트의 초기 건조수축으로 인하여 줄눈 폭이 점점 커졌기 때문으로 판단된다.
- 3. 줄눈부에 발생된 유도균열이 콘크리트 타설 진행방향 쪽으로 편향되어 발생하는 현상을 관찰할 수 있었는데, 이러한 편향현상은 콘크리트 타설시 줄눈균열 유도벽체에 발생한 콘크리트의 압력 때문으로 이는 줄눈균열 유도장치 지지대의 개수를 늘리거나 벽체의 두께를 증가시켜 타설되는 콘크리트의 압력에 저항할 수 있도록 하여 해결할 수 있을 것으로 판단된다.
- 4. 줄눈균열의 거동을 조사한 결과, 줄눈균열 유도장치의 높이가 높을수록 줄눈균열의 움직임이 크게 나타나는 경향이 보이므로 줄눈균열 유도장치의 높이를 최소화할 필요가 있는 것으로 판단되었다. 따라서 균열유도 효과와 줄눈 균열 거동을 종합적으로 고려하여 줄눈균열 유도장치의 높이를 결정해야 할 것으로 판단된다.
- 그림 12는 슬래브 상부표면에 발생한 줄눈균열 면적의 합과 이를 계산하기 위한 줄눈균열 면의 개수를 줄눈균열 유도장치의 높이에 따라 각 줄눈에서 조사하여 비교한 결과이다. 대체로 모든 높이의 줄눈균열 유도장치에서 균열면의 개수와 균열면적의 합이 비례하는 관계를 보이고 있으나, 줄눈 균열 유도장치의 높이가 높아질수록 균열면의 개수가 동일하더라도 면적은 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 줄눈균열 유도장치의 높이가 높아질수록 슬래브 상부로 진전된 균열이 균열유도 홈 내에 집중될 확률이 더 높다는 것을 의미한다.
- 시공이 완료되고 약 1시간이 지난 18시에는 150의 높이를 사용한 줄눈에서 1개의 줄눈균열이 더 발생하여 4곳 모두에서 균열이 유도되었으며, 시공이 종료되고 약 2시간 30분이 지난 19시 30분에는 200mm 높이를 사용한 줄눈에서도 1개의 균열이 추가로 발생하여 4곳 모두에서 균열이 유도되었다. 따라서, 이때까지 100mm 높이의 줄눈균열 유도장치를 사용한 줄눈 3곳을 제외한 나머지 줄눈에서 줄눈균열이 유도되었다.
- 균열의 형상을 관찰한 결과, 균열유도 홈을 이용하여 줄눈 균열 유도장치의 상단으로부터 진전된 균열을 균열유도 홈으로 집중시켜 슬래브 상부표면에서 직선 형태로 균열을 유도할 수 있는 것으로 나타났다. 또한, 균열유도 홈의 효율성을 높이기 위해서 다양한 깊이로 홈을 설치해본 결과 최소 5mm 이상의 깊이로 균열유도 홈을 설치해야 할 것으로 판단되었다.
- 이로부터 3시간이 지난 16시에 다시 균열조사를 수행한 결과, 100mm 높이를 사용한 줄눈은 여전히 4곳의 구간 중 1곳에서만 균열이 발생한 상태였으나 150mm와 200mm 높이를 사용한 줄눈은 각각 4곳 중 3곳에서 균열이 유도되었다. 시공이 완료되고 약 1시간이 지난 18시에는 150의 높이를 사용한 줄눈에서 1개의 줄눈균열이 더 발생하여 4곳 모두에서 균열이 유도되었으며, 시공이 종료되고 약 2시간 30분이 지난 19시 30분에는 200mm 높이를 사용한 줄눈에서도 1개의 균열이 추가로 발생하여 4곳 모두에서 균열이 유도되었다. 따라서, 이때까지 100mm 높이의 줄눈균열 유도장치를 사용한 줄눈 3곳을 제외한 나머지 줄눈에서 줄눈균열이 유도되었다.
- 다웰 줄눈과 무다웰 줄눈의 움직임을 그림 14와 같이 1차로와 2차로로 나누어 줄눈균열 유도장치가 사용된 줄눈과 비교하였다. 여러 개 줄눈 움직임의 평균값을 사용하여 비교하였으며 줄눈균열 유도장치의 높이가 높을수록 줄눈의 움직임이 큰 것을 확인할 수 있었다. 타설 후 약 5개월이 지난 시점까지도 다웰 줄눈과 무다웰 줄눈에서 단 몇 개의 미세균열만 발견된 1차로에서는 다웰 줄눈과 무다웰 줄눈의 움직임이 매우 작은 것으로 관찰되어 발견된 미세균열이 줄 눈의 움직임을 유발할만한 의미 있는 균열은 아니라는 것을 확인할 수 있었다.
- 타설이 완료된 100mm와 150mm 높이의 줄눈균열 유도장치 사용 줄눈의 경우, 100mm 높이를 사용한 줄눈은 4곳 중 1곳, 그리고 150mm 높이를 사용한 줄눈은 4곳 중 2곳에서 각각 균열이 유도되었으며, 이때까지 220mm 높이를 사용하는 줄눈부에는 아직 콘크리트가 타설되지 않았다. 이로부터 3시간이 지난 16시에 다시 균열조사를 수행한 결과, 100mm 높이를 사용한 줄눈은 여전히 4곳의 구간 중 1곳에서만 균열이 발생한 상태였으나 150mm와 200mm 높이를 사용한 줄눈은 각각 4곳 중 3곳에서 균열이 유도되었다. 시공이 완료되고 약 1시간이 지난 18시에는 150의 높이를 사용한 줄눈에서 1개의 줄눈균열이 더 발생하여 4곳 모두에서 균열이 유도되었으며, 시공이 종료되고 약 2시간 30분이 지난 19시 30분에는 200mm 높이를 사용한 줄눈에서도 1개의 균열이 추가로 발생하여 4곳 모두에서 균열이 유도되었다.
- 줄눈균열 유도장치의 균열 유도효과를 살펴보기 위하여 총 2차로 중 먼저 시공된 1차로에서 예비 시험을 수행한 결과, 줄눈균열 유도장치만 설치하고 슬래브 표면에 균열유도 홈을 만들어주지 않은 경우에는 그림 7과 같이 장치의 상단으로부터 진전된 균열이 슬래브 상부 표면에서는 곡선형태로 나타나 향후 차량하중에 의한 국부적 파손이 쉽게 발생하고 이로 인한 장기적인 공용성 저하가 우려되었다. 따라서 2차로에서는 표 3과 같은 10mm 이내의 다양한 깊이의 홈을 줄눈균열 유도장치 바로 윗부분의 슬래브 상부 표면에 콘크리트 타설 직후 설치하여 균열을 유도 홈 내로 집중시켰다.
- 줄눈균열의 발생추이를 전체적으로 분석해 보면, 줄눈균열 유도장치의 높이가 높을수록 균열유도 효과가 높으며 2차로의 경우에는 150mm와 220mm 높이의 줄눈균열 유도장치의 효과가 거의 동일한 것을 알 수 있다. 콘크리트 타설 후 약 5개월이 지난 2007년 10월 말까지도 2차로의 100mm 높이의 줄눈균열 유도장치를 사용한 1개의 줄눈에서는 여전히 균열이 발생하지 않았음을 확인 할 수 있었다.
- 표 1은 줄눈균열 유도장치의 제원으로 KS규격의 구조용 압연강재를 주재료로 사용하였으며, 줄눈균열 유도벽체와 바닥판은 용접을 통해 접합되었고, 줄눈균열 유도장치를 린 콘크리트 층에 고정시켜주는 지지대에는 힐티 핀을 사용할 수 있도록 양쪽에 각각 1개씩의 구멍을 천공하였다. 총 중량은 13~24kg으로써 높이가 높아질수록 중량이 무거워지나 2인 1조로 운반하거나 린 콘크리트층에 고정작업을 수행하기에 무리가 없는 적당한 중량이라고 판단되었다.
- 균열이 발생한 줄눈의 폭은 기온이 최고 온도에 이르는 오후에 가장 작았으며, 기온이 최저 온도에 도달하는 새벽에 가장 큰 것으로 나타나 줄눈균열의 거동이 외부 온도의 상승 및 하강에 의한 슬래브의 팽창 및 수축에 큰 영향을 받고 있음을 확인 할 수 있었다(Jeong 2003). 콘크리트 타설 직후 측정된 결과에서 1차로에 설치된 150mm 높이의 줄눈 균열 유도장치에서 2차로에서보다 줄눈의 움직임이 더 작은 것으로 나타났는데 이는 바로 옆에 설치된 100mm 높이와 220mm 높이의 줄눈균열 유도장치에서의 줄눈의 움직임이 훨씬 더 크게 나타났기 때문에 상대적으로 작은 줄눈 움직임을 나타내었으리라 판단된다. 하지만, 1차로의 경우 무작위 균열이 많이 발생하였기 때문에 줄눈균열 유도장치의 높이에 따른 줄눈의 움직임을 비교하기에 무리가 있다고 보여진다.
- 줄눈균열의 발생추이를 전체적으로 분석해 보면, 줄눈균열 유도장치의 높이가 높을수록 균열유도 효과가 높으며 2차로의 경우에는 150mm와 220mm 높이의 줄눈균열 유도장치의 효과가 거의 동일한 것을 알 수 있다. 콘크리트 타설 후 약 5개월이 지난 2007년 10월 말까지도 2차로의 100mm 높이의 줄눈균열 유도장치를 사용한 1개의 줄눈에서는 여전히 균열이 발생하지 않았음을 확인 할 수 있었다. 1차로의 다웰 줄눈 및 무다웰 줄눈에서는 콘크리트 타설 약 5개월 후까지도 미세균열만 몇 개 관찰되었고 유도균열은 발생하지 않았다.
- 콘크리트 타설이 거의 마무리될 무렵인 15시부터 그림 6(a)와 같이 1차로의 줄눈균열 발생 여부를 조사하였으며, 이때 220mm 높이의 줄눈균열 유도장치를 사용한 4곳의 줄눈 모두에서 유도균열이 발생되었고, 150mm 높이를 사용한 줄 눈의 경우 4곳 중 3곳에서 균열이 유도되었으며, 100mm 높이의 장치를 사용한 구간에서는 이때까지 4곳 중 3곳의 줄눈부만 콘크리트가 타설되었는데 3곳 모두에서 유도균열이 발생되지 않았다. 타설 완료 약 12시간 30분 후인 5월 30일 04시에는 220mm와 150mm의 줄눈균열 유도장치를 사용한 줄눈 모두에서 균열이 유도되었으며, 100mm 높이를 사용한 줄눈의 경우 4곳 중 3곳에서 유도균열이 발생되었다. 타설 완료 약 17시간 후인 5월 30일 08시 30분에는 여전히 100mm 높이의 줄눈균열 유도장치를 사용한 1곳의 줄눈에서만 균열이 유도되지 않았는데 관찰 결과 슬래브에 무작위 균열이 발견되었으며 이로 인한 슬래브 내 인장응력의 감소로 줄눈균열이 발생하지 않은 것으로 판단되었다.
- 타설 완료 약 12시간 30분 후인 5월 30일 04시에는 220mm와 150mm의 줄눈균열 유도장치를 사용한 줄눈 모두에서 균열이 유도되었으며, 100mm 높이를 사용한 줄눈의 경우 4곳 중 3곳에서 유도균열이 발생되었다. 타설 완료 약 17시간 후인 5월 30일 08시 30분에는 여전히 100mm 높이의 줄눈균열 유도장치를 사용한 1곳의 줄눈에서만 균열이 유도되지 않았는데 관찰 결과 슬래브에 무작위 균열이 발견되었으며 이로 인한 슬래브 내 인장응력의 감소로 줄눈균열이 발생하지 않은 것으로 판단되었다.
- 여러 개 줄눈 움직임의 평균값을 사용하여 비교하였으며 줄눈균열 유도장치의 높이가 높을수록 줄눈의 움직임이 큰 것을 확인할 수 있었다. 타설 후 약 5개월이 지난 시점까지도 다웰 줄눈과 무다웰 줄눈에서 단 몇 개의 미세균열만 발견된 1차로에서는 다웰 줄눈과 무다웰 줄눈의 움직임이 매우 작은 것으로 관찰되어 발견된 미세균열이 줄 눈의 움직임을 유발할만한 의미 있는 균열은 아니라는 것을 확인할 수 있었다. 다웰 줄눈과 무다웰 줄눈에 제대로 균열이 유도되지 않고 미세균열만 발생한 것은 1차로 슬래브에 발생한 다수의 무작위 균열 때문에 발생한 현상으로 정상적인 콘크리트 포장의 조건과는 차이가 있지만 줄눈균열 유도장치가 설치된 거의 모든 줄눈에 균열이 유도된 것과는 비교할 만하다.
후속연구
- 이후 콘크리트를 타설할 때까지는 일반적인 줄눈 콘크리트 포장 작업순서와 동일하나, 2차로에서는 평탄 마무리 작업 후에 줄눈균열 유도장치가 설치된 줄눈부의 슬래브 상부표면에 균열유도 홈(그림 4(b))을 만들어 주어 균열유도의 효율을 높게 해주는 작업이 추가되는 점이 다르다. 2차로의 140m의 구간 중 약 60m 구간은 줄눈균열 유도장치의 균열 유도에 미치는 보조기층과 슬래브 간의 마찰력의 영향을 살펴보기 위하여 분리막을 설치하였는데 향후에 수행될 보조기층과 슬래브 간의 마찰력 시험(건설교통부, 2002; Suh 외, 2002)과 연계하여 결과를 분석할 예정이다. 이상의 현장 시험시공의 작업순서는 그림 5와 같이 나타낼 수 있다.
- 5. 향후 연구에서는 하중전달율의 향상을 위하여 줄눈균열 유도장치의 형태를 다양하게 변화시키면서 줄눈균열의 발생과 줄눈균열 폭의 거동을 조사할 예정이다.
- 줄눈균열의 거동을 조사한 결과, 줄눈균열 유도장치의 높이가 높을수록 줄눈균열의 움직임이 크게 나타나는 경향이 보이므로 줄눈균열 유도장치의 높이를 최소화할 필요가 있는 것으로 판단되었다. 따라서 균열유도 효과와 줄눈 균열 거동을 종합적으로 고려하여 줄눈균열 유도장치의 높이를 결정해야 할 것으로 판단된다.
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