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문제 정의
- 본 연구에서는 이를 위해 흑색안료인 카본블랙을 시멘트 중량대비 2% 첨가한 흑색 VES-LMC에 대한 현장적용성 평가를 시행하였다. 흑색 VES-LMC에 대한 성능평가는 추적 조사를 통한 노면 색상, 동절기 및 해빙기 온도변화측정 및 아스팔트콘크리트 대비 색상 분석을 통한 정량적 평가를 시행하였다.
- 이러한 VES-LMC의 밝은 색상은 때때로 아스팔트 포장구간에서 주행자의 시각적 부담에 의해 주행성을 저하시킬 수 있으므로 연속적인 색상에 의한 주행자 심리적 안정 도모를 위해 VES-LMC의 색상을 인접한 아스팔트 포장구간과 동일한 흑색으로 생산·포설하여 기존의 콘크리트포장 색상변화에 따른 문제를 해결하고자 하였다.
제안 방법
- 실내배합순서는 먼저 잔골재와 굵은골재를 믹서에 투입하여 30초간 비빈 후 시멘트를 넣고 다시 30초간 건비빔을 실시하였다. 그리고 라텍스와 물 및 소포제를 첨가한 후 최종 30초간 비빔을 실시하여 콘크리트를 배출하였다. 이렇게 제조된 시험체는 실내에서 기건양생을 실시한 후 3, 6, 24시간 및 28일에서의 강도 발현 특성을 파악하였다.
- 본 연구에서는 아스팔트포장구간 내에서 연속적인 포장색상 유지를 통해 운전자의 시인성 확보를 위하여 콘크리트 교면포장 재료에 흑색안료를 첨가하여 그 효과에 대한 분석을 계절별 온도변화 측정과 색차분석을 보다 정량적으로 분석하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 그리고 라텍스와 물 및 소포제를 첨가한 후 최종 30초간 비빔을 실시하여 콘크리트를 배출하였다. 이렇게 제조된 시험체는 실내에서 기건양생을 실시한 후 3, 6, 24시간 및 28일에서의 강도 발현 특성을 파악하였다.
- 본 실험에 사용된 굵은골재는 교면포장의 덧씌우기 용도로 최대치수 19mm의 레미콘용 쇄석을 사용하고, 잔골재는 천연 강모래를 사용하였다. 재료의 물리적 특성은 콘크리트에 매우 큰 영향을 미치므로 골재의 체가름 시험, 비중 및 흡수량 시험, 잔골재의 표면수량 측정 시험을 실시한 후 선정하였다.
- 흑색안료를 첨가하여 시인성을 향상시킨 VES-LMC의 현장평가 실험은 실내실험 결과를 통해 얻어진 결과(길용수 외, 2010)를 이용하여 영동고속도로 내 교면재포장공사에 다음과 같이 적용하였다. 적용된 현장에 대해서는 외기 및 내부온도를 측정하여 색상에 따른 포장체온도변화를 동절기, 해빙기 및 상온기에 걸쳐 연속적으로 측정평가하였으며 표면색차 분석을 통하여 시인성을 보다 객관화 시키고자 하였다.
- 현장공용성 평가를 위한 시험시공에서는 속경성시멘트 특성 상 연속생산 및 배출이 가능한 모빌믹서를 이용하였으며 안료는 시멘트 제조 시 프리믹스된 상태로 현장에서 별도의 추가작업에 의한 생산이 가능토록 하였다.
- 흑색 VES-LMC 색상의 보다 정확한 분석을 위하여 횡계2교에서 현장코어시편 채취 후 색차시험을 실시하였다. 색차 시험은 미놀타사의 CR-400(색차계, 그림 5), KS규정 도료와 바니시 측색법 색차 측정 KS M ISO 7724-2을 준하여 측정을 실시하였다.
- 흑색 VES-LMC구간의 동절기 교면포장의 조기결빙 예방 및 융빙촉진 효과를 객관적으로 검증하기 위하여 아스팔트 포장구간, 신축이음 후타재 콘크리트 구간 및 흑색 VESLMC 구간에 포장부 표면에서 약 7cm 깊이에 온도게이지를 매립하여 각각의 일일온도변화를 동절기 기간 내(2월~익년 5월) 측정하여 표면색상 변화에 따른 온도이력을 확인하고자 하였다.
- 본 연구에서는 이를 위해 흑색안료인 카본블랙을 시멘트 중량대비 2% 첨가한 흑색 VES-LMC에 대한 현장적용성 평가를 시행하였다. 흑색 VES-LMC에 대한 성능평가는 추적 조사를 통한 노면 색상, 동절기 및 해빙기 온도변화측정 및 아스팔트콘크리트 대비 색상 분석을 통한 정량적 평가를 시행하였다.
- 흑색안료를 첨가하여 시인성을 향상시킨 VES-LMC의 현장평가 실험은 실내실험 결과를 통해 얻어진 결과(길용수 외, 2010)를 이용하여 영동고속도로 내 교면재포장공사에 다음과 같이 적용하였다. 적용된 현장에 대해서는 외기 및 내부온도를 측정하여 색상에 따른 포장체온도변화를 동절기, 해빙기 및 상온기에 걸쳐 연속적으로 측정평가하였으며 표면색차 분석을 통하여 시인성을 보다 객관화 시키고자 하였다.
대상 데이터
- 압축강도 실험은 KS F 2405 규정에 의하여 수행하였다. 공시체는 편심의 영향을 최소화하기 위하여 양단을 연마기를 사용하여 수평하게 하였으며, 실험은 200톤 용량의 만능재료 시험기를 사용하였다.
- 본 시험시공은 대관령 구간에서 수행되었으며 대관령은 지역적 특성상 매우 낮은 동절기 온도특성을 나타내며 동결방지를 위하여 많은 염화칼슘이 사용되어 도로의 손상이 기타지역에 비하여 심하게 나타나는 구간이다. 본 연구에서 온도게이지가 설치된 각각의 구간에 대한 동절기 온도이력 추적조사결과 표 7에서와 같이 2월 22일~24일간 횡계2교의 최저온도는 외기온도가 약 -10.
- 본 실험에 사용된 굵은골재는 교면포장의 덧씌우기 용도로 최대치수 19mm의 레미콘용 쇄석을 사용하고, 잔골재는 천연 강모래를 사용하였다. 재료의 물리적 특성은 콘크리트에 매우 큰 영향을 미치므로 골재의 체가름 시험, 비중 및 흡수량 시험, 잔골재의 표면수량 측정 시험을 실시한 후 선정하였다.
- 본 실험에 사용된 라텍스는 국내 J사의 제품으로 성분은 스틸렌/부타디엔 계열로 라텍스 고형분 47%와 물 53%의 액상상태이며 시멘트 모르터와 콘크리트에 사용하도록 생산된 제품이다. 라텍스의 물리적 특성은 표 2에 나타내었다.
- 본 연구에 사용된 VES시멘트는 초속경성계열의 시멘트로 국내에서 SB라텍스 개질 콘크리트 생산전용 시멘트로 개발, 생산된 것으로, 주요 시멘트의 화학적 성분은 표 1과 같다.
데이터처리
- 색차 시험은 미놀타사의 CR-400(색차계, 그림 5), KS규정 도료와 바니시 측색법 색차 측정 KS M ISO 7724-2을 준하여 측정을 실시하였다. 3회 측정을 하였으며 평균값을 산정하여 측정값을 분석하였고 측정되어지는 값은 먼셀표색계(그림 6)에 의한 색도이며 100은 흰색을 0은 검정색을 의미한다 (http://enc.daum.net/dic100/contents.do?query1=b0 7m2490a). 즉, 측정된 값이 낮을수록 흑색계열을 의미한다.
이론/모형
- 흑색 VES-LMC 색상의 보다 정확한 분석을 위하여 횡계2교에서 현장코어시편 채취 후 색차시험을 실시하였다. 색차 시험은 미놀타사의 CR-400(색차계, 그림 5), KS규정 도료와 바니시 측색법 색차 측정 KS M ISO 7724-2을 준하여 측정을 실시하였다. 3회 측정을 하였으며 평균값을 산정하여 측정값을 분석하였고 측정되어지는 값은 먼셀표색계(그림 6)에 의한 색도이며 100은 흰색을 0은 검정색을 의미한다 (http://enc.
- 압축강도 실험은 KS F 2405 규정에 의하여 수행하였다. 공시체는 편심의 영향을 최소화하기 위하여 양단을 연마기를 사용하여 수평하게 하였으며, 실험은 200톤 용량의 만능재료 시험기를 사용하였다.
- 휨강도 실험도 KS F 2408 규정에 의하여 수행하였으며, 시험체는 10×10×46cm의 빔 공시체를 제작하여 3등분점 하중법으로 시험을 수행하였다.
성능/효과
- 1. 흑색안료가 시멘트 대비 2%를 첨가한 흑색 VES-LMC는 시멘트 생산 시 선배합에 의해 현장에 도착하므로 기존 VES-LMC의 포설방식과 동일하게 진행되었으며 어흘2 교, 횡계2교에 대한 현장적용성 평가결과, 기존 VESLMC와 비교하여 작업성, 슬럼프, 공기량 등에는 변화가 없었으며 양생 4시간에서는 20MPa 이상을 발현하는 것으로 측정되었다.
- 2. 흑색안료에 따른 색상발현은 기존 아스팔트포장부와 비교하여 매우 유사한 질감을 나타내었으나 배출 후 유백색의 양생제 사용으로 초기 배출상태보다는 다소 옅은 색상을 지니나 교통개방 후 시간 경과에 따라 표면 양생제피막이 제거되면서 표면색상 발현이 양호한 것으로 평가되었다.
- 3. 초기 교통개방조건에서도 짙은 흑색의 포장면 제공을 위하여 흑색안료 1%가 첨가된 양생제 적용 결과, 기존 유백색 양생제에서 나타나는 표면 백색 현상이 상당부분 저감되는 효과를 얻을 수 있었다.
- 4. 흑색 VES-LMC포장 구간은 일반콘크리트와 아스팔트포장 구간에 비하여 온도변화가 낮게 측정되어 온도응력발생량이 가장 적은 것으로 평가되었으며, 특히 해빙기 영하 권에서도 상온을 유지하여 도로결빙 예방 및 융빙촉진을 기대할 수 있는 효과를 검증하였다.
- 5. 흑색 VES-LMC를 적용한 교면재포장의 시인성 증진효과와 더불어 주변 구조물(아스팔트 콘크리트 포장 등)과 유사한 색상으로 미관을 개선하여 이용객에게 안전하고 쾌적한 고속도로 환경을 제공할 것으로 기대되는 효과에 대한 검증은 색차분석 시행을 통해 이루어졌으며 색차분석 결과, 일반콘크리트 66.07, 아스팔트 48.86, 흑색 VESLMC 53.72를 나타내어 흑색에 보다 가까운 색상으로 평가되었다.
- kr). 고기능성 색상 VESLMC를 적용하고자 무기안료계열의 흑색안료(카본블랙+산 화철)를 이용하여 실내실험을 수행하였으며, 실험 결과 VES-LMC에 안료를 2.0%(단위시멘트 중량대비) 첨가하였을 경우 슬럼프, 공기량, 압축강도에 영향을 크게 미치지 않으며 카본블랙 단독사용보다 산화철을 일정비율 혼합한 경우가 색상발현 및 내후성이 가장 우수하게 나타났다(길용수 외, 2010).
- 5℃ 로 측정되었으며, 일반아스팔트는 이보다 높은 16℃로 측정 되어 일반적인 경향을 나타내었다. 동절기 구간별 온도변화이력을 종합해 볼 때, 흑색 VES-LMC구간의 동절기 교면포장의 조기결빙 예방 및 융빙촉진 효과를 객관적으로 검증하였고, 신축이음부 및 아스팔트 포장체는 최대 20℃와 21.5℃의 온도차를 보이고 있으나 흑색 VES-LMC는 17℃의 온도차로 이들 포장체보다 낮은 온도변화이력을 나타내고 있어, 흑색 VES-LMC는 온도차에 의한 응력발생 가능성이 현저히 낮아지는 효과를 확인하였다.
- 현장 평가 결과, 기존 백색양생제 구간도 교통개방 후 시간의 경과에 따라 표면 양생제피막의 제거로 인해 표면색상 발현이 양호한 것으로 평가되었다. 또한 보다 정량적인 색상발현 정도과 를 아스팔 트포장, 일반콘크리트포장비교분석하였으며 표 6과 같이 흑색 VES-LMC의 미놀타사의 CR-400(색차계), KS규정 도료와 바니시 측색법에 의한 색차 측정결과 아스팔트포장체는 48.86로 가장 낮은 수치를 나타내어 흑색 계열임을 알 수있었으며 일반콘크리트는 66.07로 아스팔트포장부보다 약 17.21 높은 밝은 색상을 갖는 것으로 측정되었다. 흑색 VES-LMC는 53.
- 본 시험시공은 대관령 구간에서 수행되었으며 대관령은 지역적 특성상 매우 낮은 동절기 온도특성을 나타내며 동결방지를 위하여 많은 염화칼슘이 사용되어 도로의 손상이 기타지역에 비하여 심하게 나타나는 구간이다. 본 연구에서 온도게이지가 설치된 각각의 구간에 대한 동절기 온도이력 추적조사결과 표 7에서와 같이 2월 22일~24일간 횡계2교의 최저온도는 외기온도가 약 -10.5℃로 측정되었으며 이때 각 구간의 내부 온도는 신축이음부는 -5.5℃, 아스팔트 콘크리트포장부 -5.5℃ 및 흑색 VES-LMC 포장부는 -2.5℃로 측정되었으며, 최대온도는 외기, 신축이음부 및 흑색 VES-LMC는 14.5℃ 로 측정되었으며, 일반아스팔트는 이보다 높은 16℃로 측정 되어 일반적인 경향을 나타내었다. 동절기 구간별 온도변화이력을 종합해 볼 때, 흑색 VES-LMC구간의 동절기 교면포장의 조기결빙 예방 및 융빙촉진 효과를 객관적으로 검증하였고, 신축이음부 및 아스팔트 포장체는 최대 20℃와 21.
- 상온기 온도변화 이력추적조사 결과, 아스팔트포장체의 외기 변화에 따른 온도변화가 가장 큰 것으로 나타났으며 일반 콘크리트(신축이임부)와 흑색 VES-LMC는 유사한 온도변 화를 나타내는 것으로 평가되었다.
- 특히 흑색 VES-LMC 포장은 4월 8일 해빙기 저온 시에 포장체 중 유일하게 상온기온을 나타내어 일시적인 기온저하 시 도로결빙에 따른 안전사고 위험 저하에 효과가 있는 것으로 평가되었다. 해빙기 도로포장의 극심한 온도변화는 포장체의 동결융해 저항성과 직접적인 연관성이 있으며 동결융해에 따른 포장체 파손 및 균열발생으로 도로면에 잔존하는 제빙염의 내부 침투를 더 용이하게 하는 결과를 나타내므로 흑색 VES-LMC 의 해빙기 온도변화 이력은 동결융해 저항성 확보와 상온유지 효과로 내구적인 포장체임을 나타내는 결과이다.
- 해빙기는 일일온도차가 매우 큰 기간으로 동절기의 제빙염 침투와 온도응력 발생에 의한 콘크리트 구조물 열화가 촉진되는 시기이다. 해빙기 최대온도는 신축이음부 23℃, 흑색 VES-LMC 23.5℃, 일반아스팔트 26.5℃로 일반아스팔트 포장이 외기온도 변화에 더 민감한 것으로 측정되었다. 특히 흑색 VES-LMC 포장은 4월 8일 해빙기 저온 시에 포장체 중 유일하게 상온기온을 나타내어 일시적인 기온저하 시 도로결빙에 따른 안전사고 위험 저하에 효과가 있는 것으로 평가되었다.
- 양생제의 성능발현에 문제가 되지 않는 최소범위 내에서의 안료첨가로 더 짙은 흑색발현을 하기 위해서는 양생제 품질 평가, 현장 분사 문제 등이 해결되어야 한다. 현장 평가 결과, 기존 백색양생제 구간도 교통개방 후 시간의 경과에 따라 표면 양생제피막의 제거로 인해 표면색상 발현이 양호한 것으로 평가되었다. 또한 보다 정량적인 색상발현 정도과 를 아스팔 트포장, 일반콘크리트포장비교분석하였으며 표 6과 같이 흑색 VES-LMC의 미놀타사의 CR-400(색차계), KS규정 도료와 바니시 측색법에 의한 색차 측정결과 아스팔트포장체는 48.
- 흑색 VES-LMC에 적용하고 있는 피막양생제는 Polymer resin을 주성분으로 하는 고성능 콘크리트 유성양 생제로 유백색을 나타내게 된다. 흑색안료 1%가 첨가된 양생제 적용 결과, 기존 유백색 양생제에서 나타나는 표면 백색 색상이 상당부분 없어지는 효과를 얻을 수 있었다.
후속연구
- 흑색 VES-LMC를 적용한 교면재포장 시 동절기 교면포장의 조기결빙 예방 및 융빙 촉진을 기대할 수 있으며, 특히 야간에 빛의 흡수로 운전자의 시인성 증진효과와 더불어 주변 구조물(아스팔트 콘크리트 포장 등)과 유사한 색상으로 미관을 개선하여 사용자로 하여금 보다 안전하고 쾌적한 고속도로의 주행환경을 제공할 것으로 기대된다. 흑색안료가 첨가된 흑색 VES-LMC는 실내실험 평가결과 시멘트 대비 2%가 첨가되었을 경우, 표 5에서와 같이 기존 VES-LMC의 물성 변화없이 색상발현이 가능한 것으로 평가되었다(길용수 외, 2010).
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