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문제 정의
- 따라서 각각의 덧씌우기 구간의 수명 비교·분석을 위한 구간으로써 GPS-7A 구간은 노후화된 시멘트 콘크리트 포장 위에 아스팔트 덧씌우기 공법이 적용된 구간으로 전체 20개의 주와 35개의 구간으로 구성되어 있으며, SPS-7 구간은 노후화된 시멘트 콘크리트 포장 위에 접착식 콘크리트 덧씌우기가 적용된 구간으로 전체 4개의 주와 39개의 구간으로 구성되어 있다. 본 연구에서는 LTPP Data의 각각의 구간에서 추출한 파손 database를 통해 PCI를 산정 후, 노후화된 시멘트 콘크리트 포장의 아스팔트 덧씌우기 구간과 접착식 콘크리트 덧씌우기가 적용된 구간의 수명에 대해서 고찰하였다.
- 본 연구에서는 국내의 경우 아스팔트 덧씌우기와 접착식 콘크리트 덧씌우기 공법 간에 대한 비교·분석을 위한 자료가 충분치가 않으므로, 체계적으로 구축되어 있는 미국의 LTPP Data를 이용하여 노후화된 시멘트 콘크리트 포장의 Rubblization 등 전처리공법이 적용되지 않은 아스팔트 덧씌우기와 노후화된 시멘트 콘크리트 포장의 접착식 콘크리트 덧씌우기가 적용된 구간에 대해서 덧씌우기 수명을 고찰하였다.
제안 방법
- 각 덧씌우기 공법에 대한 덧씌우기 수명을 추정하기 위해서 포장상태지수의 보수·보강 범위를 통하여 덧씌우기 수명에 대해 산정을 실시하였다.
- 노후화된 시멘트 콘크리트 포장에 Rubblization 등 전처리 공법 없이 아스팔트 덧씌우기가 적용된 구간은 LTPP의 Inventory 및 Testing 모듈을 통해 포장기본정보에 대한 database를 구축하였다. 국내의 경우와 동일한 비교·분석을 위해 노후화된 시멘트 콘크리트 포장의 Rubblization 등 전처리공법 없이 아스팔트 덧씌우기가 적용된 구간만을 추출하였다.
- 노후화된 시멘트 콘크리트 포장의 Rubblization 등 전처리 공법 없이 적용된 아스팔트 덧씌우기와 접착식 콘크리트 덧씌우기 공법에 대해서 각각의 포장파손 및 파손량에 따라 포장상태지수를 산정하였다. 하지만 아스팔트 덧씌우기와 접착식 덧씌우기 공법의 파손 및 파손유형이 측정년수 별로 일정하게 나타나지 않았다.
- 전체 모니터링된 구간중 Rubblization 및 전처리공법이 적용되지 않은 아스팔트 덧씌우기 구간은 미국의 Kansas, Michigan, Minnesota, Washington에 대한 4개의 주와 12구간에 대해 모니터링을 실시하였고, 노후화된 시멘트 콘크리트 포장의 Crack and Seat 및 Rubblization 공법이 적용된 아스팔트 덧씌우기 구간은 Michigan, Minnesota, Texas로써 전체 3개의 주와 10구간에 대해서 평가되었다. 또한 노후화된 시멘트 콘크리트 포장에 비접착식 콘크리트 덧씌우기를 적용한 구간은 Michigan, Minnesota, Washington에 대한 3개의 주와 8구간이며 이에 대해 모니터링을 실시하였다. 그 결과를 토대로 각 구간별 사용수명을 그림 2와 같이 산정한 결과 노후화된 시멘트 콘크리트 포장에 Rubblization 및 전처리공법이 적용되지 않고 아스팔트 덧씌우기를 적용한 구간은 전체 12구간으로써 약 1~20년의 공용년수가 나타났으며, 덧씌우기 공법 후 2구간에서 조기파손이 발생한 것으로 확인되었다.
- 본 연구에서는 노후화된 시멘트 콘크리트 포장에 Rubblization 등 전처리공법 없이 적용된 아스팔트 덧씌우기와 노후화된 시멘트 콘크리트 포장에 접착식 콘크리트 덧씌우기가 적용된 구간의 수명에 대하여 비교·분석을 실시하였다.
- 이를 통해 노후화된 시멘트 콘크리트 포장의 아스팔트 덧씌우기와 접착식 콘크리트 덧씌우기 구간에 대해 공용 중 포장의 파손 및 파손 량을 평가하기 위해 국제적으로 많이 사용하는 포장상태지수(PCI, Pavement Condition Index)를 사용하였다. 사용된 모듈은 LTPP Database의 Monitoring, Rehabilitation, Inventory 등에 대해서 수록되어져 있으며, 이를 통해 아스팔트 덧씌우기 및 접착식 콘크리트 덧씌우기 구간의 수명추정을 실시하였다. 수명추정을 위한 절차는 그림 3과 같다.
- 아스팔트 덧씌우기 구간에 대한 포장파손 및 파손유형은 표 5를 통해 분류를 실시하였으며, 각 구간별로 경과년수에 따라 database를 구축하였다. 아스팔트 덧씌우기 구간에서 측정된 파손은 종방향 균열, 횡방향 균열, 거북등균열, 패칭, 단부균열, 포트홀, 펌핑, Bleeding, 라벨링, Shoving, 골재 마모 등으로 나타났다.
- 따라서 덧씌우기 공법 후 각 구간에서 발생한 파손의 형태는 종방향·횡방향 균열, 종방향·횡방향 스폴링, 모서리 파손, Map 균열, 펌핑, 패칭 강성, 패칭 연성, 골재마모, 펀치아웃 등으로 나타난 것을 확인할 수 있었다. 위와 같이 파손 및 파손량에 대한 database는 data의 양이 방대하여 본 연구에서는 포함시키지 않았으며, 표 8과 같이 포장상태지수를 산출하였다.
- 하지만 아스팔트 덧씌우기와 접착식 덧씌우기 공법의 파손 및 파손유형이 측정년수 별로 일정하게 나타나지 않았다. 이를 토대로 각 구간에 대해 파손형태 및 파손량을 덧씌우기 공법 후에 대해 포장상태지수를 산출하였으며, 포장상태지수의 산정절차는 아래의 그림 4와 같이 구축하였다.
- 아스팔트 덧씌우기 구간에서 측정된 파손은 종방향 균열, 횡방향 균열, 거북등균열, 패칭, 단부균열, 포트홀, 펌핑, Bleeding, 라벨링, Shoving, 골재 마모 등으로 나타났다. 이에 따라 아스팔트 덧씌우기 구간에서 파손 및 파손량에 대한 database는 data의 양이 방대하여 본 연구에서는 포함시키지 않았으며, 미공병단(U.S Army Corps of Engineers)에서 개발한 PAVER 4.2를 사용하여 표 7과 같이 포장상태지수를 산출하였다.
- DOT FHWA, 2010)는 노후화된 시멘트 콘크리트 포장에서 실시한 보수·보강공법을 현장의 data자료를 통해 장기간 모니터링을 실시하였다. 전체 모니터링된 구간중 Rubblization 및 전처리공법이 적용되지 않은 아스팔트 덧씌우기 구간은 미국의 Kansas, Michigan, Minnesota, Washington에 대한 4개의 주와 12구간에 대해 모니터링을 실시하였고, 노후화된 시멘트 콘크리트 포장의 Crack and Seat 및 Rubblization 공법이 적용된 아스팔트 덧씌우기 구간은 Michigan, Minnesota, Texas로써 전체 3개의 주와 10구간에 대해서 평가되었다. 또한 노후화된 시멘트 콘크리트 포장에 비접착식 콘크리트 덧씌우기를 적용한 구간은 Michigan, Minnesota, Washington에 대한 3개의 주와 8구간이며 이에 대해 모니터링을 실시하였다.
- 접착식 콘크리트 덧씌우기 구간도 위와 동일한 방법으로 파손 database를 통해서 PCI를 표 8과 같이 구축하였다. 접착식 콘크리트 덧씌우기 후 연평균PCI감소율은 전 구간에서 약 0.
- 접착식 콘크리트 덧씌우기 구간의 포장파손 및 파손유형은 콘크리트 포장에서 발생하는 파손분류를 표 6을 통해서 구축을 실시하였다. 따라서 덧씌우기 공법 후 각 구간에서 발생한 파손의 형태는 종방향·횡방향 균열, 종방향·횡방향 스폴링, 모서리 파손, Map 균열, 펌핑, 패칭 강성, 패칭 연성, 골재마모, 펀치아웃 등으로 나타난 것을 확인할 수 있었다.
- 이 중 노후화된 시멘트 콘크리트 포장에 덧씌우기가 적용되지 않은 구간과 아스팔트 구간, 수명추정의 비교가 불가능한 구간에 대해서는 제외하였다. 최종적으로 추출한 구간은 표 3과 같이 전체 4개 주의 24개 구간에 대해서 database를 구축하였다.
- 포장상태지수는 아스팔트 덧씌우기 구간의 파손 database를 통해서 연도별 포장상태지수를 산출하여 database를 구축 하였다. 이에 대하여 아스팔트 덧씌우기 및 접착식 콘크리트 덧씌우기 구간의 회귀분석을 실시하였으며, 결정계수 및 연평균PCI감소율에 대해서 산정하였다.
대상 데이터
- 국내의 경우와 동일한 비교·분석을 위해 노후화된 시멘트 콘크리트 포장의 Rubblization 등 전처리공법 없이 아스팔트 덧씌우기가 적용된 구간만을 추출하였다.
- 노후화된 시멘트 콘크리트 포장에 접착식 콘크리트 덧씌우기가 적용된 구간은 LTPP의 Inventory 및 Testing 모듈을 통해 database를 구축하였으며 이용된 구간은 전체 4개의 주로 Iowa, Louisiana, Minnesota, Missouri로 나타나있으며, 39개의 구간으로 구성되어 있다. 이 중 노후화된 시멘트 콘크리트 포장에 덧씌우기가 적용되지 않은 구간과 아스팔트 구간, 수명추정의 비교가 불가능한 구간에 대해서는 제외하였다.
- 노후화된 시멘트 콘크리트 포장의 접착식 콘크리트 덧씌우기가 적용된 구간의 모니터링된 면적은 차선 폭은 3.66m, 슬래브 길이 6.1m, 총연장 152.4m, 1차로로 구성되어 있다. 따라서 접착식 콘크리트 덧씌우기 두께는 약 8~16cm이며, 기존 콘크리트 포장의 두께는 18~21cm의 두께로 나타났다.
- 본 연구에서는 노후화된 시멘트 콘크리트 포장에 아스팔트 덧씌우기와 접착식 콘크리트 덧씌우기가 적용된 구간의 다양한 포장단면, 교통 및 환경 조건과 각각의 구간에 대한 공용중 연도별 도로파손상태에 대한 정보가 필요하다. 따라서 공용중인 파손상태정보에 대해서 구축되어 있는 미국의 LTPP Database를 이용하였다. 이를 통해 노후화된 시멘트 콘크리트 포장의 아스팔트 덧씌우기와 접착식 콘크리트 덧씌우기 구간에 대해 공용 중 포장의 파손 및 파손 량을 평가하기 위해 국제적으로 많이 사용하는 포장상태지수(PCI, Pavement Condition Index)를 사용하였다.
- 각각의 구간별 data에 대해서 신뢰성 있는 분석을 위해 이상 값을 5% 내외로 제거하였고, 수명추정 시 변동폭이 없거나 분석이 불가피한 구간의 data에 대해서는 포함 시 오차가 발생함으로 제외 후 회귀분석을 수행하였다. 또한 추세를 통해 추정된 덧씌우기 수명이 약 50년 이상인 구간에 대해서는 동일하게 50년으로 수명을 추정하였다. 따라서 아스팔트 덧씌우기 구간과 접착식 콘크리트 덧씌우기 구간에 대한 수명 추정은 그림 7, 8과 같은 방법으로 실시하였다.
- 국내의 경우와 동일한 비교·분석을 위해 노후화된 시멘트 콘크리트 포장의 Rubblization 등 전처리공법 없이 아스팔트 덧씌우기가 적용된 구간만을 추출하였다. 추출된 구간으로는 표 1과 같이 전체 10개 주(Colorado, Illinois, Michigan, Missouri, Nebraska, Ohio, Oregon, Pennsylvania, Texas, West Virginia)와 13개의 구간으로 구성되어 있다.
데이터처리
- 각각의 구간별 data에 대해서 신뢰성 있는 분석을 위해 이상 값을 5% 내외로 제거하였고, 수명추정 시 변동폭이 없거나 분석이 불가피한 구간의 data에 대해서는 포함 시 오차가 발생함으로 제외 후 회귀분석을 수행하였다. 또한 추세를 통해 추정된 덧씌우기 수명이 약 50년 이상인 구간에 대해서는 동일하게 50년으로 수명을 추정하였다.
- 따라서 아스팔트 덧씌우기 구간과 접착식 콘크리트 덧씌우기 구간에 대한 수명 추정은 그림 7, 8과 같은 방법으로 실시하였다. 그림 7은 아스팔트 덧씌우기 구간인 8-7035구간으로써 수명추정은 경과 년수별 PCI를 통해 회귀분석 실시하였다. 이에 따른 포장상태지수 가 55일 때에 수명은 7년으로 추정되었다.
- 아스팔트 덧씌우기 구간과 접착식 콘크리트 덧씌우기 구간에 대해서 경과년수별 PCI산정결과를 통해 회귀분석을 실시하였다. 이에 대해 신뢰성이 높은 구간을 선정하였으며, 표 9, 10과 같이 덧씌우기 수명에 대해서 기술하였다.
- 포장상태지수는 아스팔트 덧씌우기 구간의 파손 database를 통해서 연도별 포장상태지수를 산출하여 database를 구축 하였다. 이에 대하여 아스팔트 덧씌우기 및 접착식 콘크리트 덧씌우기 구간의 회귀분석을 실시하였으며, 결정계수 및 연평균PCI감소율에 대해서 산정하였다.
이론/모형
- 4m, 1차로로 평가되었고, 덧씌우기 층의 두께는 약 5~14cm, 기존 콘크리트 포장의 두께는 19~26cm로 나타났다. 복합지지력계수는 AASHTO 86을 설계법을 통해 각각의 기층과 노상만을 고려하여 각각의 재료에 대한 탄성계수 및 덧씌우기 두께를 통하여 산정하였으며, 복합 지지력계수는 전반적으로 217~597MN/m3로 산출되었다.
- 따라서 공용중인 파손상태정보에 대해서 구축되어 있는 미국의 LTPP Database를 이용하였다. 이를 통해 노후화된 시멘트 콘크리트 포장의 아스팔트 덧씌우기와 접착식 콘크리트 덧씌우기 구간에 대해 공용 중 포장의 파손 및 파손 량을 평가하기 위해 국제적으로 많이 사용하는 포장상태지수(PCI, Pavement Condition Index)를 사용하였다. 사용된 모듈은 LTPP Database의 Monitoring, Rehabilitation, Inventory 등에 대해서 수록되어져 있으며, 이를 통해 아스팔트 덧씌우기 및 접착식 콘크리트 덧씌우기 구간의 수명추정을 실시하였다.
성능/효과
- 1. 노후화된 시멘트 콘크리트 포장에 Rubblization 등 전처리공법 없이 아스팔트 덧씌우기가 적용된 구간의 덧씌우기 수명에 대해서 통계분석을 실시한 결과 신뢰도 95% 구간의 덧씌우기 수명은 6.2~11.5년으로 나타났으며, 평균 9년의 덧씌우기 수명이 나타났다.
- 2. 노후화된 시멘트 콘크리트 포장에 접착식 콘크리트 덧씌우기가 적용된 구간의 경우 신뢰도 95%구간의 덧씌우기 수명은 약 23.4~37.6년으로 평균 30.5년으로 나타났다. 이를 통해 접착식 콘크리트 덧씌우기 구간의 수명이 아스팔트 덧씌우기 구간의 수명보다 향상된 결과를 보였고, 약 17.
- 노후화된 시멘트 콘크리트 포장의 Rubblization 등 전처리공법 없이 아스팔트 덧씌우기가 적용된 구간에 대한 포장기본정보는 표 2와 같이 나타내고 있다. 각 구간에 대해서 모니터링 된 면적은 차선폭 3.66m, 연장 152.4m, 1차로로 평가되었고, 덧씌우기 층의 두께는 약 5~14cm, 기존 콘크리트 포장의 두께는 19~26cm로 나타났다. 복합지지력계수는 AASHTO 86을 설계법을 통해 각각의 기층과 노상만을 고려하여 각각의 재료에 대한 탄성계수 및 덧씌우기 두께를 통하여 산정하였으며, 복합 지지력계수는 전반적으로 217~597MN/m3로 산출되었다.
- 또한 노후화된 시멘트 콘크리트 포장에 비접착식 콘크리트 덧씌우기를 적용한 구간은 Michigan, Minnesota, Washington에 대한 3개의 주와 8구간이며 이에 대해 모니터링을 실시하였다. 그 결과를 토대로 각 구간별 사용수명을 그림 2와 같이 산정한 결과 노후화된 시멘트 콘크리트 포장에 Rubblization 및 전처리공법이 적용되지 않고 아스팔트 덧씌우기를 적용한 구간은 전체 12구간으로써 약 1~20년의 공용년수가 나타났으며, 덧씌우기 공법 후 2구간에서 조기파손이 발생한 것으로 확인되었다. 반면에 노후화된 시멘트 콘크리트 포장의 Crack and Seat, Rubblization 등 전처리공법이 적용된 아스팔트 덧씌우기 구간은 전체 10구간 중 7구간에서 공용년수가 10년~17년으로 나타났으며, 대부분 구간에서 10년 이상의 공용년수를 보였다.
- 또한 노후화된 시멘트 콘크리트 포장의 비접착식 콘크리트 덧씌우기 공법이 적용된 구간은 전체 8구간으로 공용 년수가 15년~31년으로 나타났다. 따라서 노후화된 시멘트 콘크리트 포장에 Rubblization 등 전처리공법이 적용되지 않은 아스팔트 덧씌우기 구간에 비해 Rubblization 등 전처리공법이 적용된 아스팔트 덧씌우기와 비접착식 콘크리트 덧씌우기 구간에서 수명이 더 높게 나타났으며, 일정 이상의 수명이 유지되는 것으로 확인되었다.
- 따라서 덧씌우기 공법 후 각 구간에서 발생한 파손의 형태는 종방향·횡방향 균열, 종방향·횡방향 스폴링, 모서리 파손, Map 균열, 펌핑, 패칭 강성, 패칭 연성, 골재마모, 펀치아웃 등으로 나타난 것을 확인할 수 있었다.
- 접착식 콘크리트 덧씌우기 구간에서 수명이 5년 미만인 구간은 없었으며, 10년 미만인 구간은 2구간, 20년 미만인 구간은 4구간, 20년 이상 구간이 16구간으로 나타났다. 따라서 아스팔트 덧씌우기와 접착식 콘크리트 덧씌우기 공법이 적용된 구간을 국외연구와 비교 시 두 공법 모두 예상수명범위 안에 드는 것으로 나타났으며, 접착식 콘크리트 덧씌우기 공법이 적용된 구간이 아스팔트 덧씌우기 구간보다 약 22년 이상의 수명 차이가 나는 것을 확인할 수 있었다. 이에 대해 두 공법이 적용된 구간별 수명에 대해서 통계분석을 실시한 결과 그림 9, 10과 같은 정규분포를 확인할 수 있었다.
- 4m, 1차로로 구성되어 있다. 따라서 접착식 콘크리트 덧씌우기 두께는 약 8~16cm이며, 기존 콘크리트 포장의 두께는 18~21cm의 두께로 나타났다. 복합지지력의 경우 전 구간에서 190~597MN/m3로 산출되었으며, 기존포장형식 및 덧씌우기 종류에 대한 내용은 다음 표 4와 같이 구성되어 있다.
- 아스팔트 덧씌우기 구간에 대한 포장파손 및 파손유형은 표 5를 통해 분류를 실시하였으며, 각 구간별로 경과년수에 따라 database를 구축하였다. 아스팔트 덧씌우기 구간에서 측정된 파손은 종방향 균열, 횡방향 균열, 거북등균열, 패칭, 단부균열, 포트홀, 펌핑, Bleeding, 라벨링, Shoving, 골재 마모 등으로 나타났다. 이에 따라 아스팔트 덧씌우기 구간에서 파손 및 파손량에 대한 database는 data의 양이 방대하여 본 연구에서는 포함시키지 않았으며, 미공병단(U.
- 아스팔트 덧씌우기 및 접착식 콘크리트 덧씌우기 구간에 대해서 덧씌우기 수명에 관한 통계분석을 실시하였으며, 표 11과 같이 신뢰도 95%인 구간에 대해서 수명을 산정한 결과 아스팔트 덧씌우기 구간의 추정 수명은 약 6.2년~11.5년, 평균 8.8년으로 나타났다. 반면에 접착식 콘크리트 덧씌우기 구간에 대한 추정 수명의 경우 약 23.
- 5년으로 나타났다. 이를 통해 접착식 콘크리트 덧씌우기 구간의 수명이 아스팔트 덧씌우기 구간의 수명보다 향상된 결과를 보였고, 약 17.2년~26.1년으로 평균 21.7년의 수명차이가 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 아스팔트 덧씌우기 포장과 기존 PCC 포장의 재료물성 및 구조적 거동 등이 상이함으로써 아스팔트에서 주로 발생하는 반사균열 및 소성변형 등에 의해 덧씌우기 수명이 단축된 것으로 사료된다.
- 5년으로 산출되었다. 이를 통해 접착식 콘크리트 덧씌우기 구간의 추정 수명이 아스팔트 덧씌우기 구간의 추정 수명보다 높게 나타났으며, 약 20년 이상의 수명이 유지될 것으로 사료된다.
후속연구
- 본 연구에서는 노후화된 시멘트 콘크리트 포장에 아스팔트 덧씌우기와 접착식 콘크리트 덧씌우기가 적용된 구간의 다양한 포장단면, 교통 및 환경 조건과 각각의 구간에 대한 공용중 연도별 도로파손상태에 대한 정보가 필요하다. 따라서 공용중인 파손상태정보에 대해서 구축되어 있는 미국의 LTPP Database를 이용하였다.
- 본 연구를 통해 수명에 대한 비교 및 분석을 실시하였으며, 국내의 경우 일반적으로 노후화된 시멘트 콘크리트 포장 위에 아스팔트 덧씌우기 포장을 주로 실시하고 있다. 최근에 접착식 콘크리트 덧씌우기 공법에 대해 도입을 하는 시점으로 국내의 장래 교통량 및 환경영향, 시공재료 및 방법, 양생조건 등을 고려할 때 기존의 덧씌우기 공법에 대하여 약 20년 이상의 덧씌우기 수명을 확보할 수 있을 지와 덧씌우기 공법 선정에 있어서 교통여건 및 경제성 평가 등의 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 향후 연구로써 포장수명에 대해 교통하중 및 환경영향 등의 영향인자와 기존 포장 층의 포장상태, 재료 및 시공방법 등을 추가 검토함으로써, 덧씌우기 수명에 대한 비교·분석을 함께 병행하여 수행되어야 할 것으로 사료된다.
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