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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 소입경 골재노출 콘크리트포장에 대한 기존 강릉원주대학교 연구를 토대로 하여 대단위 현장 시험시공을 실시하였으며, 강도, 소음, 미끄럼저항 및 평탄성 등 소입경 골재노출 콘크리트포장의 국내 적용을 도모하기 위한 초기 기능성 및 공용성 평가를 수행하였다.
- 소입경 골재노출 콘크리트포장의 경우 응결지연제를 일정하게 분사할 수 있는 장비 및 포장 표면 모르타르를 제거할 수 있는 장비가 요구된다. 따라서 현장 적용을 위한 일정량의 응결지연제를 분사하는 장비 및 골재노출장비를 자체 개발하여 효율적인 시공이 이루어지게 하였다.
- 본 연구에서는 적정 강도, 저소음 및 적정 미끄럼저항을 확보할 수 있는 소입경 골재노출 콘크리트포장에 대한 기존 강릉원주대학교의 연구를 토대로 하여 현장 시험시공을 실시하였으며, 소입경 골재노출 콘크리트포장의 초기 기능성 및 공용성 평가를 수행한 결과 다음과 같은 결론을 도출할 수 있었다.
- 소입경 골재노출 콘크리트포장의 시험시공은 기존 강릉원주대학교의 연구결과를 바탕으로 진행하였다. 표 4는 강릉원주대학교에서 제시한 13mm 소입경 골재노출 콘크리트포장의 시방배합으로, 시험시공 시 현장 특성 및 골재 물성을 고려하여 수정된 현장 배합비를 사용하였다.
- 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로 유럽 및 일본 등 국외의 경우 주행 중 소음을 감소시키고, 주행 안전성 및 장기간 적정 미끄럼저항을 확보할 수 있는 골재노출콘크리트 포장에 대한 연구를 수행하였으며, 현재 많은 현장에 적용하고 있다.
제안 방법
- 콘크리트의 대량 생산을 위하여 3월 28일 현장 배합에 의한 콘크리트의 기초 물성 시험 및 시험포설을 실시하였으며, 이때 관입저항 시험을 실시하여 본 시험시공 시 골재노출 시기를 예측하였다. 3월 30일 본 시험시공에 대한 콘크리트를 타설하였으며 응결 지연제 분사 및 초기 양생 중 건식 줄눈 절삭을 실시하였다. 골재노출은 현장에서 관입 저항 시험을 실시하여 노출 시기를 결정하였으며, 고무경도계 및 골재노출용 예비시편을 별도로 제작하여 최적의 골재노출 시기를 결정하였다.
- 2m) 높이에 마이크로폰을 설치하여 주행차량의 소음을 측정하는 방법으로 180대의 주행차량(승용차 100대, dual-axle₩multi-axle 트럭 80대)의 속도와 소음특성을 조사하여 SPBI(Statistical Pass-by Index)를 산정하는 방식이나, 현장 특성상 공용전의 고속도로인 점을 감안하여 Controlled Pass-by를 병행하여 실시하였다. Controlled Pass-by의 경우 소음 측정 시 차량은 마이크로폰의 전후 10m 위치에서 시동을 끄고 기어를 중립으로 유지하여 기계 소음의 발생을 최대한 억제하고 있으나, 주행 안전을 고려하여 기어 중립상태에서 소음을 측정하였다. 시험시공 장소의 경우 반경 50m 이내에 측정에 장애가 되는 요소가 없으므로 실험 기준에 만족하였다.
- 0% 정도를 유지하였다. 골재노출 후 충분한 양생을 실시하였으며, 교통개방 전인 5월 13일~14일 이틀에 걸쳐 초기 공용성을 평가하였다.
- 3월 30일 본 시험시공에 대한 콘크리트를 타설하였으며 응결 지연제 분사 및 초기 양생 중 건식 줄눈 절삭을 실시하였다. 골재노출은 현장에서 관입 저항 시험을 실시하여 노출 시기를 결정하였으며, 고무경도계 및 골재노출용 예비시편을 별도로 제작하여 최적의 골재노출 시기를 결정하였다. 시험시공 시 평균온도 5.
- 국내의 경우 골재노출 콘크리트포장에 대한 현장 시공이 전무한 상황으로, 그림 4와 같이 실내에서 소음재현장비를 활용하여 다양한 콘크리트포장 표면조직을 모사하여 이에 대한 소음특성을 분석하였다. 이를 통하여 차량의 주행 시 속도의 증가에 따라 소음의 크기가 증가하며, 골재노출 콘크리트포장의 경우 굵은 골재가 소입경일수록 소음이 감소하는 경향을 확인하였다.
- 초기 공용성 평가 항목은 소입경 골재노출의 표면조직 특성을 평가하기 위한 노출도 및 노면조직깊이와 공용성 평가 항목인 소음, 미끄럼저항 및 평탄성을 측정하였다. 또한 초기 공용성 평가와 함께 시험시공 시 제작한 강도 시편을 통하여 압축 및 휨강도를 측정하였으며, 7.6m Profiler를 활용한 평탄성(PrI) 및 Locked Wheel Trailer를 활용한 미끄럼저항 (SN40)을 측정하였다. 초기 공용성 평가를 위한 시험 항목은표 8과 같다.
- 소입경 골재노출 콘크리트포장의 시험시공은 총 연장 114m에 대하여 실시하였으며, 초기 콘크리트 타설 및 다짐은 기존 콘크리트 포장 장비를 활용하였다. 콘크리트 타설 중 작업성 및 콘크리트 강도를 확인하기 위하여 시험시공 114m를 5개 구간으로 구분하여 슬럼프, 공기량 측정 및 강도 시편을 제작하였다.
- 본 연구에서는 소음저감효과 및 적정 미끄럼저항성을 갖는 소입경 골재노출 콘크리트포장에 대하여 현장 적용을 통한 품질 및 시공관리 특성을 분석하기 위하여 2009년 3월말 대전~당진간 고속도로 건설 현장을 대상으로 1차로 114m에 대한 시험시공을 실시하였다. 시험시공 시 소입경 골재노출 콘크리트포장의 소음 및 미끄럼저항 성능을 확인하기 위하여 2차로의 경우 30mm 횡방향 타이닝 콘크리트포장을 비교 구간으로 선정하였다. 시공구간의 특징으로는 고속도로 요금소를 통과하는 차량의 가속 구간으로써 미끄럼저항 및 소음특성분석에 적합하였다.
- 오스트리아에서는 골재노출공법에 의한 콘크리트포장의 미끄럼저항 변화에 있어서 1990년과 1994년에 완공 시 측정한 값과 1997년 재 측정한 결과를 비교하였다. 초기 0.
- 그림 10 및 그림 11은 자체 개발한 응결지연제 분사장비의 모습을 나타낸 것이다. 응결지연제 분사장비는 1차로 시공을 위하여 폭 4.3m로 제작되었으며, 2차로 이상의 시공 시 장비 폭의 변경이 가능하도록 설계되었다. 총 14개의 분사식 노즐로 구성되어 분사 높이 및 분사량 조절이 가능하며 이에 대한 제원을 표 6에 나타내었다.
- 소입경 골재노출 콘크리트포장의 초기 공용성 평가는 타설 후 충분한 양생기간이 지난 2009년 5월 13일에 실시하였다. 초기 공용성 평가 항목은 소입경 골재노출의 표면조직 특성을 평가하기 위한 노출도 및 노면조직깊이와 공용성 평가 항목인 소음, 미끄럼저항 및 평탄성을 측정하였다. 또한 초기 공용성 평가와 함께 시험시공 시 제작한 강도 시편을 통하여 압축 및 휨강도를 측정하였으며, 7.
- 소입경 골재노출 콘크리트포장의 시험시공은 총 연장 114m에 대하여 실시하였으며, 초기 콘크리트 타설 및 다짐은 기존 콘크리트 포장 장비를 활용하였다. 콘크리트 타설 중 작업성 및 콘크리트 강도를 확인하기 위하여 시험시공 114m를 5개 구간으로 구분하여 슬럼프, 공기량 측정 및 강도 시편을 제작하였다. 콘크리트 타설시 KS F 2402에 의거한 평균 슬럼프 25mm 및 KS F 2421에 의거한 평균 공기량은 5.
- 소입경 골재노출 콘크리트포장의 최적 배합 및 노출기법의 검증을 위한 시험시공은 표 5와 같은 공정으로 이루어졌다. 콘크리트의 대량 생산을 위하여 3월 28일 현장 배합에 의한 콘크리트의 기초 물성 시험 및 시험포설을 실시하였으며, 이때 관입저항 시험을 실시하여 본 시험시공 시 골재노출 시기를 예측하였다. 3월 30일 본 시험시공에 대한 콘크리트를 타설하였으며 응결 지연제 분사 및 초기 양생 중 건식 줄눈 절삭을 실시하였다.
- 콘크리트타설 후 포장 표면의 수분이 없어진 시기에 그림 15와 같이 응결지연제 분사장비를 활용하여 300g/m2의 지연 제를 살포하였다.
- 현장에서 적정수준의 노면조직 깊이 및 노출도를 확보하고 공용성을 증대시키기 위하여 통하여 관입저항 시험을 실시하였으며, “ASTM C 403의 관입저항에 의한 콘크리트 응결시간 측정법”에 의거하여 관입저항 응력이 1000kgf/cm2이상을 확보한 시기로부터 현장 여건을 고려하여 타설 후 26시간을 최적 노출시기로 결정하여 골재노출을 실시하였다.
대상 데이터
- 강도 특성을 평가하기 위하여 압축강도는 KS F 2405기준에 따라 Ø100mm×200mm의 실린더형 공시체를 휨강도는 KS F2408에 따라 100×100×400mm의 공시체를 제작하였다.
- 마이크로폰은 총 4개를 설치하였으나, 소음 분석 시 전방을 기준으로 135° 위치에 설치된 마이크로폰을 사용하였다.
- 본 연구에서는 소음저감효과 및 적정 미끄럼저항성을 갖는 소입경 골재노출 콘크리트포장에 대하여 현장 적용을 통한 품질 및 시공관리 특성을 분석하기 위하여 2009년 3월말 대전~당진간 고속도로 건설 현장을 대상으로 1차로 114m에 대한 시험시공을 실시하였다. 시험시공 시 소입경 골재노출 콘크리트포장의 소음 및 미끄럼저항 성능을 확인하기 위하여 2차로의 경우 30mm 횡방향 타이닝 콘크리트포장을 비교 구간으로 선정하였다.
- 소입경 골재노출 콘크리트포장의 초기 공용성 평가는 타설 후 충분한 양생기간이 지난 2009년 5월 13일에 실시하였다. 초기 공용성 평가 항목은 소입경 골재노출의 표면조직 특성을 평가하기 위한 노출도 및 노면조직깊이와 공용성 평가 항목인 소음, 미끄럼저항 및 평탄성을 측정하였다.
- 소입경 골재노출 콘크리트포장의 시험시공은 기존 강릉원주대학교의 연구결과를 바탕으로 진행하였다. 표 4는 강릉원주대학교에서 제시한 13mm 소입경 골재노출 콘크리트포장의 시방배합으로, 시험시공 시 현장 특성 및 골재 물성을 고려하여 수정된 현장 배합비를 사용하였다.
이론/모형
- 2. The Close Proximity Method”에 의거한 근접 소음측정법(Close Proximity Method) 2가지에 대하여 실시하였다.
성능/효과
- 1) 소입경 골재노출 콘크리트포장은 일반적인 콘크리트포장 공법과 동일하게 시공이 가능하며, 시방배합에 의한 현장 공기량 및 슬럼프 측정결과 공기량은 5.8%, 슬럼프는 25mm로 나타났다. 이를 통하여 동결융해에 의한 포장 파손의 발생이 적을 것으로 판단되며, 포장 장비의 작업성을 확보한 것으로 나타났다.
- 2) 소입경 골재노출 콘크리트포장의 경우 상이한 배합비로 인하여 일반 콘크리트포장과의 압축강도 및 휨강도 비교 시 우수한 강도특성을 나타내었다. 또한 굵은 골재의 탈리현상을 방지하기 위한 적정 강도를 확보한 것으로 판단되었다.
- 3) 포장 표면조직 특성을 측정한 결과 소입경 골재노출 콘크리트포장이 적정수준의 MTD, 노출도 및 우수한 평탄성을 확보하여 각각의 기준에 만족하는 결과를 얻었다.
- 4) 소입경 골재노출 콘크리트포장의 초기 미끄럼저항은 횡방향 타이닝과 유사하게 나타났으며, 기존 강릉원주대의 연구결과 골재노출의 공용에 따른 미끄럼저항 감소가 상대적으로 느린 것으로 나타나 내구성이 우수할 것으로 판단된다.
- 5) 소음측정 결과 80km/h 이상의 고속주행 시 소입경 골재 노출 콘크리트포장의 경우 횡방향 타이닝콘크리트포장과 비교 시 약 2~4dB(A)의 소음 저감효과를 확인하였다. 또한, 소음에 대한 주파수 분석 결과 1,000Hz 대역의 소음이 감소하였으며, 이를 통하여 소입경 골재노출 콘크리트포장의 Whine 현상이 감소한 것으로 나타났다.
- 6) 현장 시험시공에 따른 연구결과에 의하여 국내 적용을 위한 소입경 골재노출 콘크리트포장의 최적 배합 및 노출기법을 검증하였으며, 현장 적용을 위하여 개발된 응결지연제 분사장비 및 골재노출장비의 시공 효율성을 확인하였다.
- BPN 측정결과 평균 53을 나타내어 소입경 골재노출 콘크리트포장의 품질관리 기준에는 만족하지 못하였으나, Locked Wheel Trailer를 이용한 SN40 측정 골재노출의 경우 평균 51, 횡방향타이닝의 경우 평균 53을 나타내어 고속도로 미끄럼저항 관리기준에 만족하였다. 또한 기존 강릉원주대의 연구결과 골재노출의 경우 횡방향 타이닝 공법에 비해 공용에 따른 미끄럼저항값 감소폭이 낮아 장기적인 내구성이 우수할 것으로 판단된다.
- 측정 결과를 그림 26~29에 나타내었다. Pass-by 소음 측정에 의한 자동차의 소음은 차량의 종류에 따라 다소 상이함을 보이지만, 차량의 주행 시 타이어/노면 소음이 지배적인 영향을 미치는 80km/h 이상의 속도에서 소입경 골재노출 콘크리트포장의 소음이 횡방향 타이닝콘크리트포장에 비해 2~4dB(A) 감소하는 수치를 보였다. 또한 CPX 소음 측정결과에서도 80km/h의 속도에서 3dB(A) 감소하였다.
- 그림 3은 콘크리트포장의 다양한 표면처리공법에 따른 소음을 측정한 결과이다. 골재노출공법이 다른 공법에 비해 소음이 감소한 것으로 나타났으며, 특히 굵은골재가 소입경으로 갈수록 소음 저감 효과가 뛰어난 것을 알 수 있다.
- 측정 결과 표 9에서 나타낸 것과 같이 강릉원주대에서 제시한 품질관리기준에는 만족하나 다소 적은 수준을 확보하였다. 또한 7.6m Profile meter를 이용한 평탄성 측정 결과 PrI값이 6.3cm/km를 나타내어 도로공사 전문시방서의 기준을 만족하는 우수한 평탄성을 확보하였다.
- 측정 골재노출의 경우 평균 51, 횡방향타이닝의 경우 평균 53을 나타내어 고속도로 미끄럼저항 관리기준에 만족하였다. 또한 기존 강릉원주대의 연구결과 골재노출의 경우 횡방향 타이닝 공법에 비해 공용에 따른 미끄럼저항값 감소폭이 낮아 장기적인 내구성이 우수할 것으로 판단된다.
- 5) 소음측정 결과 80km/h 이상의 고속주행 시 소입경 골재 노출 콘크리트포장의 경우 횡방향 타이닝콘크리트포장과 비교 시 약 2~4dB(A)의 소음 저감효과를 확인하였다. 또한, 소음에 대한 주파수 분석 결과 1,000Hz 대역의 소음이 감소하였으며, 이를 통하여 소입경 골재노출 콘크리트포장의 Whine 현상이 감소한 것으로 나타났다.
- 소음의 주파수 분석 결과, 승용차 및 승합차의 경우 소입경골재노출 콘크리트포장에서 1,000Hz 대역의 소음이 감소한 것으로 나타났으며, 이로 인하여 소입경 골재노출 콘크리트 포장의 경우 Whine 현상이 감소한 것으로 판단된다. 대형차량의 경우 주파수분석 결과 Whine 현상의 감소를 확인하지 못하였으나, 이는 대형차량의 원천적 기계 소음 및 대형타이어의 트레드 형상이 원인인 것으로 판단되었다.
- 강릉원주대학교는 골재노출 콘크리트포장의 미끄럼저항 특성을 확인하기 위하여 Wheel Load Simulator를 활용한 골재노출 콘크리트 시편과 횡방향 타이닝 시편에 대한 미끄럼 저항 특성을 비교하였다. 시험 결과 그림 8과 같이 횡방향 타이닝 시편의 경우 마모율에 따른 미끄럼저항 감소가 빠르고 골재노출 콘크리트 시편의 경우 미끄럼저항의 감소가 상대적으로 느림을 확인하였다. 이를 통하여 골재노출 콘크리트포장은 표면 모르타르의 마모가 아닌 굵은골재의 노출에 따른 마모에 의해 내마모성을 지닌 적절한 굵은골재 사용 시 내구성이 우수한 것으로 판단되었다(이승우 외, 2004).
- 8%, 슬럼프는 25mm로 나타났다. 이를 통하여 동결융해에 의한 포장 파손의 발생이 적을 것으로 판단되며, 포장 장비의 작업성을 확보한 것으로 나타났다.
- 국내의 경우 골재노출 콘크리트포장에 대한 현장 시공이 전무한 상황으로, 그림 4와 같이 실내에서 소음재현장비를 활용하여 다양한 콘크리트포장 표면조직을 모사하여 이에 대한 소음특성을 분석하였다. 이를 통하여 차량의 주행 시 속도의 증가에 따라 소음의 크기가 증가하며, 골재노출 콘크리트포장의 경우 굵은 골재가 소입경일수록 소음이 감소하는 경향을 확인하였다. 또한 횡방향 타이닝과의 소음비교 시 13mm 골재노출의 경우 주행속도 40km/h에서 4.
- 7Mpa가 측정되어 도로공사 전문시방서를 만족하였다. 일반 콘크리트포장과 비교하여 우수한 강도 특성을 나타내며, 소입경 골재노출 콘크리트포장의 특성상 굵은 골재의 탈리현상을 방지하기 위한 적정 강도로 판단되었다.
- 그림 20 및 그림 21은 소입경 골재노출 콘크리트포장의 표면조직 특성을 측정하는 과정을 나타낸 것으로 적정수준의 MTD 및 노출도를 확보해야 한다. 측정 결과 표 9에서 나타낸 것과 같이 강릉원주대에서 제시한 품질관리기준에는 만족하나 다소 적은 수준을 확보하였다. 또한 7.
- 콘크리트 타설 중 작업성 및 콘크리트 강도를 확인하기 위하여 시험시공 114m를 5개 구간으로 구분하여 슬럼프, 공기량 측정 및 강도 시편을 제작하였다. 콘크리트 타설시 KS F 2402에 의거한 평균 슬럼프 25mm 및 KS F 2421에 의거한 평균 공기량은 5.8%가 측정되어 고속도로공사 전문시방서 포장용 시멘트 콘크리트의 배합기준을 만족하였다.
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