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문제 정의
- 회복탄성계수에 가장 많은 영향을 미치는 인자는 작용응력(구속응력, 축차응력, 체적응력)이다. 본 연구에서는 응력조건과 회복탄성계수를 바탕으로 기존에 제시된 회복탄성계수 예측모델을 표 4와 같이 선정하여 안정처리 후 내구성 시험을 실시한 재료의 적용성을 평가해 보았다.
- 상기 언급된 문제점에 대하여 안정처리된 포장하부 지반재료를 대상으로 내구적인 성능 관점에서 역학적 시험의 결과를 토대로 살펴보고자 한다. 이를 위하여 본 논문에서는 선택된 재료를 대상으로 시멘트와 Fly ash를 안정제로 적용한 후 동결-융해 및 습윤-건조 조건하에서 반복재하식 회복탄성계수시험을 실시하였다.
제안 방법
- 각 공시체별로 항온항습 조건에서 7일간 양생 시킨 후 동결-융해과정은 -23℃에서 24시간동안 동결, 21℃·상대습도 95% 이상에서 23시간 융해를 1cycle로 하여 7cycle과 14cycle이후 융해되었을 때 회복탄성 계수시험을 실시하였다.
- 각 공시체별로 항온항습 조건에서 7일간 양생 시킨 후 실온의 물속에 5시간동안 수침, 71℃로 42시간 건조과정을 1cycle로 하여 7cycle과 14cycle이후 건조되었을 때 회복탄성계수시험을 실시하였으며, 그림 2는 그림 1과 동일한 응력 조건에서의 회복탄성계수 변화를 나타낸 것이다. 동결-융해과정을 거친 이후의 결과와 유사하게 시료의 종류와 안정제의 종류와 관계없이 전체적으로 cycle이 증가함에 따라 회복탄성계수는 감소하는 경향을 나타내었는데, 이는 습윤-건조과정시 수침으로 인해 포졸란 반응이 지연되어 감소하는 것으로 판단된다.
- 본 시험에 사용된 시료는 중부내륙고속도로 시험도로와 경기도 ○○지역의 노상토와 보조기층 재료로 기본물성은 표 1과 같다. 공시체는 최적함수비와 최대건조 단위중량의 조건에서 각각의 안정제를 함량별로 첨가하고 현장에서의 다짐을 모사하기 위하여 전단 다짐의 원리에 기초한 선회다짐기를 활용하여 직경 100mm와 높이 150mm로 제작하였다. 표 2는 공시체별 안정제 함량을 나타낸 것으로써 노상토와 보조기층에 대해 각각 안정제 종류 및 안정제 함량을 9가지로 하여 동결-융해시험과 습윤-건조시험을 실시하기 위해 총 72개의 공시체를 제작하였다.
- 2001). 따라서 본 시험에서는 0, 7, 그리고 14 cycle 이후의 동결-융해, 습윤-건조과정을 거친 후 AASHTO TP46-94에 제시되어 있는 반복재하 회복탄성계수 시험을 실시하여 내구성 특성을 각각 파악하였다. 표 3은 반복재하 회복탄성계수 시험조건을 나타낸 것이다.
- 이를 위하여 본 논문에서는 선택된 재료를 대상으로 시멘트와 Fly ash를 안정제로 적용한 후 동결-융해 및 습윤-건조 조건하에서 반복재하식 회복탄성계수시험을 실시하였다. 또한 결과를 바탕으로 대표적인 회복탄성계수 예측모델에 적용하여 적합한 회복탄성계수 재료 모델을 선정하였고, 각 안정처리시 도로 지반재료의 모델계수 적용 범위를 제시하였다.
- 본 시험에서는 항온항습 조건에서 7일간 양생 시킨 후 동결-융해과정은 구속응력을 가하지 않은 상태에서 -23℃에서 24시간동안 동결, 21℃·상대습도 95% 이상에서 23시간동안 융해를 1cycle로 실시하였고, 습윤-건조과정은 구속응력을 가하지 않은 상태에서 실온의 물속에 5시간동안 수침, 71℃로 42시간동안 건조과정을 1cycle로 하였다.
- 상기 언급된 문제점에 대하여 안정처리된 포장하부 지반재료를 대상으로 내구적인 성능 관점에서 역학적 시험의 결과를 토대로 살펴보고자 한다. 이를 위하여 본 논문에서는 선택된 재료를 대상으로 시멘트와 Fly ash를 안정제로 적용한 후 동결-융해 및 습윤-건조 조건하에서 반복재하식 회복탄성계수시험을 실시하였다. 또한 결과를 바탕으로 대표적인 회복탄성계수 예측모델에 적용하여 적합한 회복탄성계수 재료 모델을 선정하였고, 각 안정처리시 도로 지반재료의 모델계수 적용 범위를 제시하였다.
- 포장하부 지반재료의 안정처리 시 내구성 특성을 파악하기 위해 보조기층과 노상토 재료에 대하여 동결-융해, 습윤-건조과정을 거친 이후 회복탄성계수 시험을 실시한 결과를 종합하면 다음과 같다.
- 공시체는 최적함수비와 최대건조 단위중량의 조건에서 각각의 안정제를 함량별로 첨가하고 현장에서의 다짐을 모사하기 위하여 전단 다짐의 원리에 기초한 선회다짐기를 활용하여 직경 100mm와 높이 150mm로 제작하였다. 표 2는 공시체별 안정제 함량을 나타낸 것으로써 노상토와 보조기층에 대해 각각 안정제 종류 및 안정제 함량을 9가지로 하여 동결-융해시험과 습윤-건조시험을 실시하기 위해 총 72개의 공시체를 제작하였다.
대상 데이터
- 본 시험에 사용된 시료는 중부내륙고속도로 시험도로와 경기도 ○○지역의 노상토와 보조기층 재료로 기본물성은 표 1과 같다. 공시체는 최적함수비와 최대건조 단위중량의 조건에서 각각의 안정제를 함량별로 첨가하고 현장에서의 다짐을 모사하기 위하여 전단 다짐의 원리에 기초한 선회다짐기를 활용하여 직경 100mm와 높이 150mm로 제작하였다.
성능/효과
- 1. 동결-융해과정을 거친 후 회복탄성계수는 동결-융해과정을 거치지 않은 경우보다 약 20~30%정도 회복탄성계수가 감소하는 경향을 나타내었는데, 이는 융해 시 공시체가 수분을 흡수하고 흡수된 수분이 동결과정에서 Ice-lenses를 형성하여 체적의 팽창과 균열을 발생시키기기 때문인 것으로 판단된다.
- 2. 습윤-건조과정을 거친 후의 회복탄성계수도 cycle이 진행됨에 따라 감소하는데, 이는 수침으로 인해 포졸란 반응이 지연되기 때문인 것으로 추정된다. 또한 습윤-건조과정을 거친 시료에서 동결 및 융해 보다 상대적인 회복탄성계수의 감소는 더욱 큰 것으로 나타났다.
- 3. SM계열 및 SW계열의 노상토를 1%로 안정처리 할 경우 SM계열의 노상토는 습윤-건조과정 2cycle에서 공시체의 파괴가 발생하였고, SW계열의 노상토는 습윤-건조과정의 9cycle에서 공시체의 파괴가 발생하였으므로, SM 및 SW계열 노상토를 안정처리할 경우에는 3% 이상의 시멘트 함량이 필요하다고 판단된다.
- 4. 안정처리시 회복탄성계수 예측모델의 적용성 평가결과 SM 및 SW계열의 노상토는 체적응력뿐만 아니라 축차응력에도 영향을 받으므로 체적응력과 축차응력을 동시에 고려할 수 있는 Universal 모델을 적용해야 적합한 것으로 판단된다.
- 5. Universal 모델의 모델계수 변화를 분석한 결과, 모델계수 k1은 회복탄성계수와 유사하게 cycle이 증가할수록 감소하는 경향을 나타내므로 회복탄성계수를 예측하는데 가장 큰 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있었다.
- 그러나 SM 및 SW계열의 노상토에서는 비교적 낮은 상관성을 나타내고 있는데 이는 노상토의 회복탄성계수는 체적응력뿐만 아니라 축차응력의 영향도 크게 받기 때문이다. 그러므로 SM 및 SW계열의 노상토에서는 체적응력 또는 축차응력 하나만을 고려한 모델에서는 비교적 낮은 적합성을 보이므로 모델계수가 증가하더라도 높은 적합성을 보이는 축차응력과 체적응력을 동시에 고려할 수 있는 Universal 모델이 적용되어야 할 것으로 판단되며, 표 4에 나타내었듯이 Universal 모델을 적용한 결과 가장 만족스러운 결과를 나타냄을 알 수 있었다. 또한 GW계열의 재료에서도 Universal 모델을 활용한 결과 체적응력만을 고려한 모델보다 좀 더 높은 적합성을 나타냄을 알 수 있었다.
- 그림에서 알 수 있듯이 시료의 종류와 안정제의 종류에 관계없이 전체적으로 cycle이 증가함에 따라 회복탄성계수는 감소하는 경향을 나타내었다. 동결-융해과정을 14cycle 거친 후의 회복탄성계수는 동결-융해과정을 거치지 않은 경우보다 약 20~30%정도 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 융해 시 공시체가 수분을 흡수하고, 이 흡수된 수분이 동결과정에서 Ice-lenses를 형성하여 체적의 팽창과 균열을 발생시켜 cycle이 증가함에 따라 회복탄성계수가 감소하는 것으로 판단된다.
- 각 공시체별로 항온항습 조건에서 7일간 양생 시킨 후 실온의 물속에 5시간동안 수침, 71℃로 42시간 건조과정을 1cycle로 하여 7cycle과 14cycle이후 건조되었을 때 회복탄성계수시험을 실시하였으며, 그림 2는 그림 1과 동일한 응력 조건에서의 회복탄성계수 변화를 나타낸 것이다. 동결-융해과정을 거친 이후의 결과와 유사하게 시료의 종류와 안정제의 종류와 관계없이 전체적으로 cycle이 증가함에 따라 회복탄성계수는 감소하는 경향을 나타내었는데, 이는 습윤-건조과정시 수침으로 인해 포졸란 반응이 지연되어 감소하는 것으로 판단된다.
- 그러므로 SM 및 SW계열의 노상토에서는 체적응력 또는 축차응력 하나만을 고려한 모델에서는 비교적 낮은 적합성을 보이므로 모델계수가 증가하더라도 높은 적합성을 보이는 축차응력과 체적응력을 동시에 고려할 수 있는 Universal 모델이 적용되어야 할 것으로 판단되며, 표 4에 나타내었듯이 Universal 모델을 적용한 결과 가장 만족스러운 결과를 나타냄을 알 수 있었다. 또한 GW계열의 재료에서도 Universal 모델을 활용한 결과 체적응력만을 고려한 모델보다 좀 더 높은 적합성을 나타냄을 알 수 있었다.
- 습윤-건조과정을 거친 후의 회복탄성계수도 cycle이 진행됨에 따라 감소하는데, 이는 수침으로 인해 포졸란 반응이 지연되기 때문인 것으로 추정된다. 또한 습윤-건조과정을 거친 시료에서 동결 및 융해 보다 상대적인 회복탄성계수의 감소는 더욱 큰 것으로 나타났다.
- 분석결과, 표 5와 같이 체적응력 또는 축차응력 하나만을 변수로 사용한 모델에서는 체적응력을 고려한 모델에서 상대적으로 높은 적합성을 나타내고 있으며, 특히 GW계열의 보조기층에서는 체적응력을 고려한 모델이 높은 상관성을 나타내고 있다. 그러나 SM 및 SW계열의 노상토에서는 비교적 낮은 상관성을 나타내고 있는데 이는 노상토의 회복탄성계수는 체적응력뿐만 아니라 축차응력의 영향도 크게 받기 때문이다.
- 의 변화를 나타낸 것이다. 안정제함량이 증가할수록 k1값은 증가하는 경향을 나타내었으며, cycle이 증가할수록 회복탄성계수의 변화와 유사하게 k1값이 감소하는 경향을 나타내었다. 이처럼 k1의 변화가 회복탄성계수의 변화경향과 유사하게 나타나는 것으로 보아 모델계수 k1이 회복탄성계수의 변동에 많은 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.
- 안정제함량이 증가할수록 k1값은 증가하는 경향을 나타내었으며, cycle이 증가할수록 회복탄성계수의 변화와 유사하게 k1값이 감소하는 경향을 나타내었다. 이처럼 k1의 변화가 회복탄성계수의 변화경향과 유사하게 나타나는 것으로 보아 모델계수 k1이 회복탄성계수의 변동에 많은 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.
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