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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 합성단면 포장에 적합한 줄눈재 시공방식을 평가하고 포장가속시험을 이용하여 Saw & Seal 공법의 효과를 확인하는데 그 목적이 있다.
- 본 연구에서는 Saw & Seal 공법에 사용되는 줄눈재들의 소성변형에 의한 투수시험 및 줄눈상태변화를 확인하기 위한 1차 포장가속시험을 실시하였다.
- 본 연구에서는 Saw & Seal 공법에 적합한 줄눈재의 선정 및 현장 평가를 위해 다양한 줄눈재의 소성변형 저항 특성 및 차수 기능을 평가하였고, 합성단면 포장에서의 Saw & Seal 공법을 포장가속시험 및 현장에 적용하여 효과를 확인하였다.
가설 설정
- 1) 맑은 물이 흐를 때까지 절단된 줄눈을 높은 압력의 물로 씻어내야 한다.
- 2) Compressed Air로 줄눈을 청소하고 건조해야 한다.
- 3) Sealing 바로 전에 접착면 건조를 위해 줄눈을 hot air lance로 가열하여야 한다.
제안 방법
- 접착식 및 비접착식 성형줄눈재의 투수시험을 위해 4000회의 하중이 재하될 때마다 Fig. 7(a)와 같이 직경 10cm의 PVC파이프를 휠패스구간에 부착한 후 400㎖의 물을 부어 유입되는 물의 양 및 줄눈부 외부로 유출되는 물의 양과 시간을 측정하여 투수속도를 계산하였다. 시험결과 접착식 성형줄눈재는 투수가 되지 않았으며, 비접착식 성형줄눈재는 Fig.
- 시험 진행에 따른 소성변형 변화량과 이로 인한 영향을 확인하기 위하여 줄눈부 표면 육안조사와 Coring을 통해 줄눈 내부 상태를 확인하였다. 1차 포장가속시험에 사용된 줄눈재는 현재 국내의 콘크리트 포장에 사용되고 있는 주입식 줄눈재, 접착 및 비접착식 성형줄눈재이며, 접착식 성형줄눈재에 사용되는 접착제들에 대해 겨울철 포장의 수축 시 유동성 및 접착력을 확인하기 위한 허용변위 시험을 실시하였다. 또한, 1차 포장가속시험으로 검증된 줄눈재를 합성단면 포장에 적용하기 위해 2차 포장가속시험을 실시하였고, 노후된 시멘트 콘크리트 포장을 절삭하여 아스팔트 콘크리트 포장으로 덧씌우기를 실시한 실제 현장 시험구간(국도)에 적용하여 Saw & Seal 공법의 효과를 확인하였다.
- Fig. 16에 나타나 있듯이 기존 17cm 높이의 줄눈콘트리트 포장(JCP, Jointed Concrete Pavement)위에 4cm의 SBS 개질 아스팔트 혼합물로 덧씌우기를 실시하여 JCP 줄눈 위치에 폭 8.2mm, 깊이 2.7cm로 아스팔트 콘크리트 포장 줄눈을 절단한 후 접착식 성형줄눈재를 삽입하였고, Saw & Seal 공법을 적용하지 않은 비교구간과 하중재하 횟수에 따라 균열 및 파손정도의 비교를 실시하였다.
- Saw & Seal 공법 유무에 따른 시험포장체 표면의 반사균열을 측정하기 위해 하중재하의 진행에 따라 육안 조사 및 표면사진 촬영을 실시하였다.
- Saw & Seal 공법의 효과를 검증하기 위한 2차 포장가속시험은 한양대학교 포장가속시험동에서 실시하였다.
- 13(a)의 시편(가로(100mm)×세로(70mm)×높이(16mm)에 에폭시 계열의 접착제, 역청 고무계 접착제, 고무풀, 만능본드 및 아스팔트 프라이머총 5가지의 접착제를 사용하여 실시되었다. 각 접착제에 대해 노화전과 후의 각각 3개의 시편을 제작하여 Push-Pull gage(FB-20K) 장비를 이용하여 접착력 또한 평가하였다.
- 또한, 1차 포장가속시험으로 검증된 줄눈재를 합성단면 포장에 적용하기 위해 2차 포장가속시험을 실시하였고, 노후된 시멘트 콘크리트 포장을 절삭하여 아스팔트 콘크리트 포장으로 덧씌우기를 실시한 실제 현장 시험구간(국도)에 적용하여 Saw & Seal 공법의 효과를 확인하였다.
- 시험은 겨울철의 온도조건을 모사하기 위하여 냉동시설에서 -10℃ 상태에서 시편을 8시간 동안 보관한 후 줄눈재의 변위와 접착제에 의한 강도를 측정하였다. 또한, 초기 및 장기 공용상태를 모사하기 위하여 접착제별 3개의 시편은 일주일의 충분한 양생기간이 지난 후 시험을 실시하였으며, 3개의 시편은 아스팔트 시편 노화 방법에 따라 오븐에 85℃의 온도조건으로 8일간 보관하여 Long term Aging Level 3(AASHTO R30-02, 2006)를 모사한 후에 같은 과정으로 시험을 실시하였다. Fig.
- 본 연구에서는 현장에 Saw&Seal 공법 적용 시기존 콘크리트 포장의 줄눈 위치를 길어깨 및 본선에 표시하여 덧씌우기 줄눈절단을 실시한 후 줄눈간 이격거리를 확인하였다.
- 소성변형 저항특성 분석을 위한 줄눈의 절단 깊이는 아스팔트 층 두께의 1/3 깊이(FHWA RD-89-142)와 성형줄눈재 규격을 고려한 2.5cm로 A, B구간 각각 4개(접착, 비접착, 주입식, 미설치)의 줄눈을 시공하였다(Fig. 4(a)).
- 본 연구에서는 Saw & Seal 공법에 사용되는 줄눈재들의 소성변형에 의한 투수시험 및 줄눈상태변화를 확인하기 위한 1차 포장가속시험을 실시하였다. 시험 진행에 따른 소성변형 변화량과 이로 인한 영향을 확인하기 위하여 줄눈부 표면 육안조사와 Coring을 통해 줄눈 내부 상태를 확인하였다. 1차 포장가속시험에 사용된 줄눈재는 현재 국내의 콘크리트 포장에 사용되고 있는 주입식 줄눈재, 접착 및 비접착식 성형줄눈재이며, 접착식 성형줄눈재에 사용되는 접착제들에 대해 겨울철 포장의 수축 시 유동성 및 접착력을 확인하기 위한 허용변위 시험을 실시하였다.
- 시험 하중조건은 4.1ton, Wandering 조건은 분포 ±5cm를 적용하여 가운데 지점, 좌측 5cm지점, 우측 5cm지점 3가지로 구분하여 하중을 재하하였다.
- 시험은 겨울철의 온도조건을 모사하기 위하여 냉동시설에서 -10℃ 상태에서 시편을 8시간 동안 보관한 후 줄눈재의 변위와 접착제에 의한 강도를 측정하였다. 또한, 초기 및 장기 공용상태를 모사하기 위하여 접착제별 3개의 시편은 일주일의 충분한 양생기간이 지난 후 시험을 실시하였으며, 3개의 시편은 아스팔트 시편 노화 방법에 따라 오븐에 85℃의 온도조건으로 8일간 보관하여 Long term Aging Level 3(AASHTO R30-02, 2006)를 모사한 후에 같은 과정으로 시험을 실시하였다.
- 여름철 소성변형 저항성이 강하여 Saw & Seal 공법에 적합한 줄눈재를 선정하기 위해 포장가속시험을 실시하였다.
- 접착식 성형줄눈재에 사용되는 접착제가 겨울철 포장의 수축과 시편 노화에 따라 줄눈재의 변위를 어느 정도 허용하는지 확인하기 위해 허용변위 시험을 실시하였다. 시험은 Fig.
- 줄눈재 설치는 줄눈 절단 직후 Water Jet과 Compressed Air를 이용하여 미세먼지를 제거하고, 휴대용 Heating 장비를 이용하여 줄눈을 건조시킨 후 줄눈재별 시공순서에 맞게 실시되었다.
- 줄눈재별 소성변형에 대한 저항특성 및 투수성 분석을 위해 PG 66-24 Binder(최대 입도 19mm)를 사용하여 두께 7cm의 아스팔트 콘크리트 포장층 시험구간에서 시험을 실시하였다. 포장가속시험 포장 온도는 Heating System을 이용하여 깊이 2.
- 포장가속시험 종료 후 줄눈부 표면 육안조사와 코아(Core)채취를 통해 줄눈 내부 변화를 확인하였다. 줄눈재를 삽입하지 않은 줄눈은 코아를 채취한 결과 Fig.
- 2ton(Dual tire/half Axle, 타이어 압 120psi)을 양방향 10kph의 속도로 재하하였다. 하중 적용 시 실제 현장조건과 근접하게 모사하기 위한 차량주행의 수평방향의 분산인 Wandering은 실험의 가속화를 위해 Full Wandering을 적용하는 대신 Half Wandering을 적용하였다.
대상 데이터
- Saw & Seal 공법의 효과를 검증하기 위한 2차 포장가속시험은 한양대학교 포장가속시험동에서 실시하였다. 1차 포장가속시험 결과 소성변형 저항성 및 차수기능이 우수한 접착식 성형줄눈재를 사용하였고, 접착제는 시공성 및 경제성을 고려하여 역청 고무계열의 접착제를 사용하였다.
- 사용된 줄눈재는 Fig. 6의 국내 콘크리트 포장에 일반적으로 사용되고 있는 주입식 줄눈재와 접착 및 비접착식 성형줄눈재를 사용하였으며, 접착식 성형줄눈재의 경우 접착제로는 아스팔트 프라이머를 사용하였다. 주입식 줄눈재와는 달리 성형줄눈재는 백업제를 사용하지 않으며, 접착식 성형줄눈재는 줄눈 절단면과 접착면적을 넓히기 위해 줄눈면이 직선적이고, 비접착식 성형줄눈재는 줄눈의 이탈방지를 고려하여 설계되었다.
- 시험구간은 줄눈 콘크리트포장(JCP)으로 건설된 교차로의 유입로와 유출로로, 기존 층의 5cm를 절삭한 후 아스팔트로 덧씌우기가 실시되어 각각 26개 및 37개의 줄눈에 Saw & Seal 공법이 적용되었다(Fig. 21).
- 시험은 Fig. 13(a)의 시편(가로(100mm)×세로(70mm)×높이(16mm)에 에폭시 계열의 접착제, 역청 고무계 접착제, 고무풀, 만능본드 및 아스팔트 프라이머총 5가지의 접착제를 사용하여 실시되었다.
이론/모형
- 2차 포장가속시험과 같이 접착식 성형줄눈재 및 역청고무계열의 접착제를 사용하여 실제 국도 유지보수 구간에 Saw & Seal 공법을 적용하였다.
성능/효과
- 1. 소성변형에 따른 줄눈탈리 저항성시험 결과 주입식줄눈재의 경우 하중재하 횟수가 증가함에 따라 줄눈재 밑의 백업제 부분에 포장 재료가 밀려들어가는 변형이 발생하였다. 이러한 현상은 문헌고찰 결과에서도 유사한 결함으로 지적된바 있다.
- 2. 접착식 성형줄눈재에 적합한 접착제를 선정하기 위해 다양한 접착제가 시도되었는데 노화 및 저온에서의 허용변위 시험결과 적합한 접착제로는 에폭시 및 역청 고무계열이었다. 에폭시 계열의 접착제는 장기 노화에 따른 변위한계 및 접착력은 매우 우수하였지만 역청 고무계열과 비교하여 약 30배 정도의 높은 비용, 짧은 경화시간, 주제와 경화제로 구성되어 시공상의 불편함과 같은 단점이 있는 것으로 분석되었다.
- 3. 이상의 과정을 통해 얻어진 접착식 성형줄눈재를 이용하여 포장가속시험을 실시한 결과 Control Section에 비해 Saw & Seal 공법을 적용한 구간은 시험 종료 후에도 초기와 같은 포장상태를 유지한 것으로 나타나 반사균열 저감효과가 있는 것으로 나타났다.
- 공용 2개월 후 추적조사를 실시한 결과 전체적인 시험구간의 줄눈들은 반사균열에 의한 파손 없이 공용 초기상태를 유지하였다. 그러나 같은 시기에 가열형 주입식 줄눈재로 시공된 인접 교차로는 주로 차량의 바퀴가 지나가는 휠패스(Wheel path) 구간에서 줄눈이 소멸되거나 줄눈재 및 백업제의 절단 현상이 발생하였다.
- 반면, 역청 고무계열의 접착제는 시공성이 우수하고, 비용이 저렴하지만 장기 노화 시 변위는 약 40%, 강도는 약 50% 정도 떨어지는 단점이 있었다. 또한, 시험 종료 후 접착면 상태를 확인한 결과 역청 고무계 접착제는 접착력이 남아있는 연성의 파괴형태를 보였고 에폭시 계열의 접착제는 접착력이 남아 있지 않은 취성의 파괴형태를 보였다.
- 콘크리트포장에 주로 사용하는 성형줄눈재(비접착식)는 소성변형에 의해 상하 거동을 막지 못해 줄눈재가 위로 돌출되거나 포장에 덮여버리는 현상이 발생하였다. 또한, 줄눈부의 투수시험 결과 차수기능이 취약한 것으로 나타났다.
- 하지만 역청 고무계열과 비교하여 약 30배 정도의 높은 비용, 짧은 경화시간, 주제와 경화제로 구성되어 시공상의 불편과 같은 단점이 있었다. 반면, 역청 고무계열의 접착제는 시공성이 우수하고, 비용이 저렴하지만 장기 노화 시 변위는 약 40%, 강도는 약 50% 정도 떨어지는 단점이 있었다. 또한, 시험 종료 후 접착면 상태를 확인한 결과 역청 고무계 접착제는 접착력이 남아있는 연성의 파괴형태를 보였고 에폭시 계열의 접착제는 접착력이 남아 있지 않은 취성의 파괴형태를 보였다.
- 시멘트 콘크리트 포장 위 아스팔트 콘크리트 층이 덧씌우기 된 합성단면 포장에서 발생하는 반사균열의 억제 공법은 다양하지만 어느 방법이 절대적으로 우세하다고 볼 수 없으며, 완벽히 반사균열을 제거하는 것은 거의 불가능한 것으로 알려졌다. 해외에서는 반사균열을 억제하기 보다는 제어하는 것에 초점을 맞추어 기존 시멘트 콘크리트 포장의 줄눈 및 균열의 위치에 덧씌우기 한 아스팔트 콘크리트 포장에 반사균열을 유도하는 줄눈을 설치하는 Saw & Seal 공법이 반사균열 문제해결 방법의 하나로 사용되어지고 있다.
- 접착식 성형줄눈재에 적합한 접착제를 선정하기 위해 다양한 접착제가 시도되었는데 노화 및 저온에서의 허용변위 시험결과 적합한 접착제로는 에폭시 및 역청 고무계열이었다. 에폭시 계열의 접착제는 장기 노화에 따른 변위한계 및 접착력은 매우 우수하였지만 역청 고무계열과 비교하여 약 30배 정도의 높은 비용, 짧은 경화시간, 주제와 경화제로 구성되어 시공상의 불편함과 같은 단점이 있는 것으로 분석되었다.
- 차수기능을 확보하기위한 접착식 성형줄눈재는 물의 침투를 비교적 잘 억제하였고, 소성변형에 따른 줄눈 탈리 저항성이 우수한 것으로 나타났다.
- 하중재하에 따른 소성변형은 횡방향 Laser profilermeter를 이용하여 측정하였고, 하중의 영향을 받지 않는 Heaving된 구간까지 포함하여 소성변형 발생량을 측정한 결과 하중재하 종료 후 발생한 최종 평균 소성변형 발생량은 약 22mm이었다.
후속연구
- 4. 실제 현장에 Saw & Seal 공법을 적용하여 시공성을 확인하였으며 공용 2개월 후 시험구간 상태조사를 실시한 결과 반사균열에 의한 파손 및 줄눈 함몰 및 절단과 같은 파손 또한 발생하지 않았으며, 향후 장기 공용성을 확인하기 위하여 추가 조사가 수행되어야 할 것으로 판단된다.
- 본 연구에서는 현장에 Saw&Seal 공법 적용 시기존 콘크리트 포장의 줄눈 위치를 길어깨 및 본선에 표시하여 덧씌우기 줄눈절단을 실시한 후 줄눈간 이격거리를 확인하였다. 또한, 이격거리 차이에 따른 파손에 대한 지속적인 추적조사를 통하여 국내의 기준에 대한 추가연구가 진행되어야 할 것이다.
- , 2011). 이 연구에 사용된 줄눈재는 가열형 고탄성 고무 아스팔트 줄눈재로서 소성변형에 취약한 문제점이 발견되었다.
- 이 부분의 코아를 채취한 결과 줄눈 하부의 백업제 구간에 아스팔트 포장 재료가 밀려들어오면서 변형이 발생하였고, 이로 인해 상부의 줄눈재가 위로 밀려 골재를 물고 떨어져 나가는 Ravelling 현상이 나타났다. 합성단면 포장의 줄눈재로 주입식 줄눈재를 사용할 경우 백업제 및 시공방법에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 그러나 같은 시기에 가열형 주입식 줄눈재로 시공된 인접 교차로는 주로 차량의 바퀴가 지나가는 휠패스(Wheel path) 구간에서 줄눈이 소멸되거나 줄눈재 및 백업제의 절단 현상이 발생하였다. 향후 추가적인 조사를 통해 반사균열에 의한 파손여부의 확인이 필요하다고 판단된다.
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