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문제 정의
- 본 연구에서는 섬유보강 아스팔트의 장기 공용성에 큰 영향을 미치는 섬유보강재의 부착 전단강도를 개선하기 위하여 예산국도 29분기, 의정부지방도 360분기, 전주지방도 749 분기의 3개 구간에서 시험시공을 실시하였다. 부착 전단강도에 영향을 미칠 수 있는 시공 도중 발생 가능한 문제점을 정의하여 시험시공 시 이를 재현하였으며, 시험시공 직후와약 1년이 지난 후 시공 상태가 양호한 위치와 불량한 위치 에서 각각 채취한 코어에 대해 부착 전단강도 실험을 실시 하여 개선방안을 제시하였다.
- 이 때 기존 층과 아스팔트 표층 간의 부착 전단강도에 영향을 미칠만한 각종 시공 조건을 인위적 으로 조성하여 그 위치를 표시하였으며, 시험시공 직후와 시공 약 1년 후에 코어를 채취하여 섬유보강재에 의한 부착 전단강도를 측정하였다. 이 외에도 시험 포장 구간의 상태를 추적 조사하여 시공 조건에 따른 섬유보강 아스팔트 포장의 공용성을 평가하고 이를 증진시키기 위한 대책을 제시하였다.
제안 방법
- 부착 전단강도 실험을 위하여 현장에서 채취된 코어의 아스팔트 표층 두께는 50mm로 동일하지만 섬유보강재 아래아스팔트 층의 두께는 코어에 따라 달랐기 때문에 공시체에 충격이 가해지지 않도록 조심하면서 50mm의 두께로 잘라섬유보강재를 중심으로 하는 상하 두 층의 두께를 동일하게만들었다. 동일한 크기로 가공한 공시체는 온도 23℃, 상대 습도 50%의 항온항습기에 8시간동안 저장하여 안정화한 후 꺼내어 바로 부착 전단강도 실험을 실시하였다.
- 85MPa(10kN~ 15kN : 지름 150mm 공시체)의 전단력에 저항할 수 있어야 한다(권세용 등, 2005). 따라서 시공 상태에 따른 섬유보강 아스팔트 포장의 구조적 성능을 조사하기 위하여 시험시공 구간에서 채취한 코어에 대하여 그림 3과 같이 절삭면과 아스팔트 표층 간의 부착 전단강도 실험을 실시하였다. 그림 3(a)와 (b)는 부착 전단강도 실험장비의 전면과 측면 모습이고 그림 3(c)는 부착 전단강도 실험으로 파괴된 공시체의 모습이다.
- 본 연구에서는 노후된 아스팔트 콘크리트 포장 구간에서 절삭된 기존 층 위에 섬유보강재를 설치하고 그 위에 표층 아스팔트를 포설 및 다짐하는 방식으로 섬유보강 아스팔트를 시험 포장하였다. 이 때 기존 층과 아스팔트 표층 간의 부착 전단강도에 영향을 미칠만한 각종 시공 조건을 인위적 으로 조성하여 그 위치를 표시하였으며, 시험시공 직후와 시공 약 1년 후에 코어를 채취하여 섬유보강재에 의한 부착 전단강도를 측정하였다.
- 본 연구에서는 섬유보강 아스팔트의 장기 공용성에 큰 영향을 미치는 섬유보강재의 부착 전단강도를 개선하기 위하여 예산국도 29분기, 의정부지방도 360분기, 전주지방도 749 분기의 3개 구간에서 시험시공을 실시하였다. 부착 전단강도에 영향을 미칠 수 있는 시공 도중 발생 가능한 문제점을 정의하여 시험시공 시 이를 재현하였으며, 시험시공 직후와약 1년이 지난 후 시공 상태가 양호한 위치와 불량한 위치 에서 각각 채취한 코어에 대해 부착 전단강도 실험을 실시 하여 개선방안을 제시하였다.
- 섬유보강 아스팔트 포장의 장기 공용성을 평가하기 위하여 1차 시험시공(2009년 6월 16일), 2차 시험시공(2009년 7월 14일), 3차 시험시공(2009년 6월 17일)에 다시 코어를 채취 하고 부착 전단강도 실험을 실시하였다. 1차 시험시공 구간에서는 1년의 시간이 지났음에도 파손이 전혀 발견되지 않고 양호한 상태가 유지되었다.
- 섬유보강 아스팔트의 시험시공은 표 1과 같이 표층에 격자형의 피로균열과 러팅이 상당히 진전된 예산 국도 29분기, 의정부 지방도 360분기, 전주 지방도 749분기의 3개 구간에서 수행되었다.
- 시공 상태가 불량할 경우 섬유보강재를 중심으로 하는 절삭면과 아스팔트 표층 사이의 부착 전단강도가 충분히 발현 되지 않을 것으로 예상되었기 때문에 시험시공 중 발생할수 있는 문제점을 표 3과 같이 미리 정하고 의도적으로 문제점을 유발하면서 시험시공을 실시하였으며 각각에 해당되는 위치를 노면과 야장에 각각 표시하였다. 시험시공이 끝나고 1차 시험시공(2008년 7월 14일), 2차 시험시공(2008년 8월 28일), 3차 시험시공(2008년 10월 31일)에 한국건설기 술연구원의 자동장비를 사용하여 각 위치에서 코어를 채취
- 본 연구에서는 노후된 아스팔트 콘크리트 포장 구간에서 절삭된 기존 층 위에 섬유보강재를 설치하고 그 위에 표층 아스팔트를 포설 및 다짐하는 방식으로 섬유보강 아스팔트를 시험 포장하였다. 이 때 기존 층과 아스팔트 표층 간의 부착 전단강도에 영향을 미칠만한 각종 시공 조건을 인위적 으로 조성하여 그 위치를 표시하였으며, 시험시공 직후와 시공 약 1년 후에 코어를 채취하여 섬유보강재에 의한 부착 전단강도를 측정하였다. 이 외에도 시험 포장 구간의 상태를 추적 조사하여 시공 조건에 따른 섬유보강 아스팔트 포장의 공용성을 평가하고 이를 증진시키기 위한 대책을 제시하였다.
- 절삭면에 존재하는 폭 4mm 이하의 균열은 씰링하고 폭 4mm를 초과하는 균열은 충진하 였으며, 전용장비를 사용하여 절삭면의 이물질을 완전히 제거하였다. 이어서 섬유보강재를 절삭면에 부착시키기 위하여 아스팔트 함량이 50% 이상인 폴리머 개질 유제(BD-24)를절삭면에 골고루 분사하였다. 유제는 침입도(25℃) 60~80, 연화점 44℃ 이상의 것을 사용하였으며, 살포량은 도로공사 표준시방서에 따라 0.
대상 데이터
- 섬유보강재는 KS M 3381(유리섬유 강화플라스틱의 인장 시험 방법)의 절차에 따라 시험하였을 때 인장강도가 약 70kN/m인 아스팔트 컴파운드가 함침된 20mm×20mm 격자 형의 국산 제품을 사용하였으며, 도포 및 부착 작업에는 전용장비를 사용하여 가열 압착하는 방법을 사용하였다.
- 시험시공은 섬유보강 아스팔트 포장의 장기적인 공용성에 영향을 미칠만한 시공조건 및 시공방법 등의 문제점을 찾아 내고 이에 관한 개선사항을 제시하기 위하여 3곳에서 실시 되었다.
- 하였는데, 1차 시험시공 구간에서는 지름 100mm, 2차 및 3차 시험시공 구간에서는 지름 150mm의 코어를 채취하여 부착 전단강도 실험에 사용하였다. 공시체 크기에 차이가 있으므로 부착 전단강도 결과에는 이에 대한 보정계수가 고려 되었다.
성능/효과
- 1, 2, 3차 시험시공 구간에서 채취된 코어에 대한 부착 전단강도 실험 결과를 종합해 보면, 시공 상태가 양호했던 위치의 공시체는 일반 아스팔트 콘크리트 포장의 전단강도 기준 값을 모두 만족했지만 시공 중 아스팔트 운반차량의 연착 또는 페이버의 정체 등으로 아스팔트 다짐 시의 온도가 크게 떨어진 위치, 섬유보강재가 뒤틀어진 위치, 섬유보 강재 부착 후 차량의 진입으로 흙이 떨어진 위치, 유제 살포량이 불충분한 위치 등과 같이 문제점이 발견된 위치의 공시체는 낮은 부착 전단강도를 나타내었다.
- 1. 1차 시험시공 결과, 섬유보강재 설치 후 아스팔트 운반차량 등의 급정지 및 급커브로 인하여 섬유보강재 위에 이물질이 떨어지거나 섬유보강재가 뒤틀린 경우 부착 전단 강도가 낮은 것으로 조사되었다. 또한, 아스팔트 운반차량의 도착이 늦어지고 포설 및 다짐이 연속으로 이루어지지 않아 다짐시의 표층 아스팔트 온도가 낮아진 일부 위치에서 부착 전단강도가 낮게 측정되었다.
- 1차 시험시공 장소에서 채취한 공시체에 대해 장기 부착 전단강도 실험을 수행한 결과, 섬유보강재 부착 후 차량이 진입하여 흙이 떨어진 위치를 제외하고는 시험시공 직후 얻은 부착 전단강도보다 대체로 높은 경향을 나타내었다.
- 1차(예산, 국도 29분기) 시험시공 구간의 부착 전단강도를 실험한 결과, 시공이 불량하여 섬유보강재가 뒤틀린 위치에서 가장 낮은 부착 전단강도가 측정되었으며, 섬유보강재 부착 작업 후 표층 아스팔트의 타설을 위해 진입한 차량으로 인하여 섬유보강재 위로 흙이 떨어진 위치, 아스팔트 운반차 량의 도착 지연으로 기 포설된 일부 아스팔트의 다짐 작업이 중단되어 다짐시의 온도가 크게 하강한 위치의 순서로 낮은 부착 전단강도가 측정되었다. 반면 시공 상태가 양호했던 2개소에서 채취된 코어의 부착 전단강도는 모두 0.
- 2. 2차 시험시공 결과, 표층 절삭 또는 아스팔트 포설이 늦 어지고 페이버가 정체되어 다짐시의 표층 아스팔트 온도가 낮아진 위치에서도 부착 전단강도가 낮은 것으로 조사 되었다. 또한, 택코팅 작업에 사용된 유제의 살포량이 불충분하여 섬유보강재가 들뜬 위치에서도 낮은 부착 전단 강도를 나타내었다.
- 4. 추적조사로서 실시된 1차 시험시공 구간에 대한 장기 부착 전단강도 시험결과, 교통하중에 의한 장기적인 다짐효과로 시공 상태가 양호했던 구간에서는 시공 직후보다 약 20% 부착 전단강도가 높아졌으나 시공 상태가 불량했던 위치에 서는 시공 직후보다 오히려 낮은 강도를 나타내었다.
- 따라서 섬유보강 아스팔트 포장의 부착 전단강도를 증가시 키고 장기 공용성을 향상시키기 위해서는 표층 아스팔트의 다짐 온도가 저하되지 않도록 노면절삭에서 표층 아스팔트타설과 다짐까지의 작업을 연속적으로 수행해야 하며, 섬유 보강재를 설치한 후에는 차량의 진입을 통제하여 이물질이 보강재 위로 떨어지지 않도록 유의하여야 하는 것으로 나타났다. 또한, 규정된 양의 택코팅 재료를 사용하고 섬유보강재 설치 작업 중 보강재가 겹치거나 엉키지 않도록 유의하며 충분한 다짐작업을 실시해야 할 것으로 사료된다.
- 1차(예산, 국도 29분기) 시험시공 구간의 부착 전단강도를 실험한 결과, 시공이 불량하여 섬유보강재가 뒤틀린 위치에서 가장 낮은 부착 전단강도가 측정되었으며, 섬유보강재 부착 작업 후 표층 아스팔트의 타설을 위해 진입한 차량으로 인하여 섬유보강재 위로 흙이 떨어진 위치, 아스팔트 운반차 량의 도착 지연으로 기 포설된 일부 아스팔트의 다짐 작업이 중단되어 다짐시의 온도가 크게 하강한 위치의 순서로 낮은 부착 전단강도가 측정되었다. 반면 시공 상태가 양호했던 2개소에서 채취된 코어의 부착 전단강도는 모두 0.60MPa로 일반 아스팔트의 전단강도 기준 값을 만족하였고인근의 개질 아스팔트 표층을 사용한 섬유보강 아스팔트 구간에서 채취된 코어는 0.70MPa의 가장 큰 부착 전단강도를나타내었다.
- 실내에서 수행된 부착 전단강도 실험 결과, 시공 상태가 양호했던 위치에서 채취된 코어의 부착 전단강도는 일반 아스팔트 콘크리트 포장의 전단강도 기준 값인 0.57MPa~0.85 MPa을 모두 만족하였다, 하지만, 시공 상태가 불량할 경우 에는 공시체의 부착 전단강도가 확실히 낮았으며, 시공 상태 또는 현장 조건에 따라 다양한 값을 나타내었다.
- 공시체 크기에 차이가 있으므로 부착 전단강도 결과에는 이에 대한 보정계수가 고려 되었다. 채취된 코어를 육안으로 관찰한 결과, 섬유보강재의 위치와 그 위에 포설된 아스팔트 표층의 두께를 육안으로 확인할 수 있었다. 부착 전단강도 실험이 불가능하여 표 3 에는 포함하지 않았지만, 1차 시험시공 구간이 위치한 예산의 국도 29분기에서 코어 채취 시에는 유제 살포량이 불충분했던 위치에서 절삭면과 아스팔트 표층 간의 부착이 불량 하여 섬유보강재를 경계로 코어가 분리가 되는 현상을 발견할 수 있었다.
- 또한 코어를 채취하던 중 섬유보강재를 중심으로 절삭면과 아스팔트 표층이 분리되었는데, 이는 코어 비트가 콘크리트와 마찰하면서 발생한 진동이 원인인 것으로 짐작되며, 이로 인하여 부착 전단강도 실험은 실시할 수없었다. 코어비트가 콘크리트이 위치한 의정부 지방도 360분기에서는 휠패스 부근의 표면에서 균열이 확인되어 코어링을 실시하였으며, 코어의 균열을 관찰한 결과, 절삭면 아래로부터 위로 전파된 반사균열이 아니고 아스팔트 표층의 표면에서 발생하여 아래로 진전된 하향균열(top-down cracking)로확인되어 구간 내에 발생한 균열과 섬유보강재의 성능과는관련이 적은 것으로 판단되었다.
- 섬유보강재는 KS M 3381(유리섬유 강화플라스틱의 인장 시험 방법)의 절차에 따라 시험하였을 때 인장강도가 약 70kN/m인 아스팔트 컴파운드가 함침된 20mm×20mm 격자 형의 국산 제품을 사용하였으며, 도포 및 부착 작업에는 전용장비를 사용하여 가열 압착하는 방법을 사용하였다. 표층 아스팔트는 고온에서 러팅에 대한 저항성이 큰 스트레이트 아스팔트 AP-5(60-80)를 사용하였으며, 품질시험 결과 표 2 와 같이 3차례 모두 「도로공사표준시방서」및 「KS M 2201」의 품질기준을 만족하였다.
후속연구
- 따라서 섬유보강 아스팔트 포장의 부착 전단강도를 증가시 키고 장기 공용성을 향상시키기 위해서는 표층 아스팔트의 다짐 온도가 저하되지 않도록 노면절삭에서 표층 아스팔트타설과 다짐까지의 작업을 연속적으로 수행해야 하며, 섬유 보강재를 설치한 후에는 차량의 진입을 통제하여 이물질이 보강재 위로 떨어지지 않도록 유의하여야 하는 것으로 나타났다. 또한, 규정된 양의 택코팅 재료를 사용하고 섬유보강재 설치 작업 중 보강재가 겹치거나 엉키지 않도록 유의하며 충분한 다짐작업을 실시해야 할 것으로 사료된다.
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