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접착식 콘크리트 덧씌우기 포장의 부착거동 연구
A Study on the Bond-Behavior of Bonded Concrete Overlays 원문보기

한국도로학회논문집 = International journal of highway engineering, v.14 no.5 = no.55, 2012년, pp.31 - 45  

김영규 (강릉원주대학교 토목공학과) ,  이승우 (강릉원주대학교 토목공학과) ,  한승환 (한국도로공사 도로교통연구원)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

PURPOSES: In Korea, rapid maintenance of distressed concrete pavement is required to prevent traffic jam of the highway. Asphalt concrete overlay has been used as a general maintenance method of construction for aged concrete pavement. AC overlay on existing concrete pavements experience various ear...

주제어

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문제 정의

  • 다양한 해석조건에 대한 결과를 제시하기에 앞서 부착응력의 발생위치 및 양상을 확인하고자 환경하중 재하에의한 상향 컬링 및 하향 컬링 현상과 함께 코너하중 재하시 발생하는 부착면의 수직 인장응력 및 수평 전단응력의 분포를 나타내고자 한다. 본 장에서 나타내는 대표단면의 재료 물성은 덧씌우기층 탄성계수 30GPa, 열팽창계수는 10με/℃에 대한 결과로써 부착면 응력분포 특성을 확인하고자 덧씌우기층 하부 및 기존 포장층 상부에 대하여 두께를 갖지 않는 surface(t=0mm)로 지정하여제시하였으며, 위치상 동일 부착면이나 덧씌우기층과 기존포장층의 특성을 갖는다.
  • 따라서 본 연구에서는 접착식 콘크리트 덧씌우기 공법의 구조적 파손 중 부착면 파손의 발생 특성을 확인하기 위하여 3차원 유한요소해석을 실시하였으며, 모델링이 용이하고, 해석시간을 단축할 수 있는 기본모형을 제시하고자 하였다. 이를 통하여 다양한 해석 조건에 따른부착면의 수직 인장응력 및 수평 전단응력을 평가하여접착식 콘크리트 덧씌우기의 주요 부착파괴모드 확인을통한 부착응력을 산정하고자 하였다.
  • 단부에서의 컬링응력의 경우 수식으로 계산된 결과값이 유한요소해석을 통해 도출된결과값과 약 5% 가량 차이가 발생하였으며, 코너하중적용 시 발생한 응력의 경우 약 2% 미만의 결과차이를보였다. 따라서 이론적 해석으로 도출된 결과값과 유한요소해석을 통하여 도출된 결과값이 미소한 차이를 보여 제시된 기본모형의 사용을 결정하였으며, 본 연구에서는 다양한 조건별로 BCO 부착면에서 발생하는 부착응력 특성을 검토하였다.
  • 본 연구에서는 유한요소해석 모형을 사용하여 BCO의 부착 거동 특성을 살펴보고자 하였다. 이를 위하여기존 해석 모형 등을 검토한 후 기본 모형을 제시하였으며, 다양한 해석조건에 따른 부착거동을 분석하여 BCO의 부착면에서 발생하는 부착응력 산정 및 주요 영향인자를 검토하였다.
  • 본 연구에서는 접착식 콘크리트 덧씌우기의 구조적파손 중 하나인 부착면 파손의 발생 특성을 확인하기 위하여 3차원 유한요소 해석을 실시한 후 부착면에서 발생하는 수직 인장응력 및 수평 전단응력을 검토하였다. 이를 위하여 다양한 변수 적용이 용이하고 해석시간을단축할 수 있는 적합한 유한요소해석 모형을 제시하였으며, 기본 모형을 바탕으로 다양한 해석 조건에 따른부착응력을 산정하였다.
  • 2(b)와 같이 기존의 콘크리트포장 위에분리층을 두고 그 위에 새로운 콘크리트층을 덧씌우는공법이다. 이 공법은 접착식 콘크리트 덧씌우기 공법(BCO)과는 상반되는 개념을 갖고 있으며, 두 콘크리트층을 완전히 분리시킴으로써 기존 포장체의 결함이 덧씌우기층으로 전달되는 것을 막고 덧씌우기층이 독립적인 포장체로 거동할 수 있도록 하는 것을 목적으로 하는공법이다. 독립적인 덧씌우기층은 포장 파손이 발생할가능성이 크기 때문에 일반적으로 두껍게 시공하고 있으며, 경우에 따라 기존 포장층 두께 이상으로 시공하는경우도 있다.
  • 따라서 본 연구에서는 접착식 콘크리트 덧씌우기 공법의 구조적 파손 중 부착면 파손의 발생 특성을 확인하기 위하여 3차원 유한요소해석을 실시하였으며, 모델링이 용이하고, 해석시간을 단축할 수 있는 기본모형을 제시하고자 하였다. 이를 통하여 다양한 해석 조건에 따른부착면의 수직 인장응력 및 수평 전단응력을 평가하여접착식 콘크리트 덧씌우기의 주요 부착파괴모드 확인을통한 부착응력을 산정하고자 하였다.

가설 설정

  • 9(a) 형상의 경우 야간에 대기의 온도가 슬래브 하부의 온도보다 낮은 경우 (-)온도차에 의하여 슬래브 하부에서는 압축응력이 발생하게되며, Fig. 9(b) 형상은 상향 컬링과는 반대로 낮 동안슬래브 표면의 온도가 하부보다 높아지므로 (+)온도차에 의하여 슬래브 하부에서는 인장응력이 발생하게 된다. 이와 같이 콘크리트포장 단면의 온도차에 의하여 발생하는 슬래브 내의 컬링응력은 Eq.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
접착식콘크리트 덧씌우기의 공용성을 저하시키는 원인은 무엇인가? 접착식 콘크리트 덧씌우기의 장단기 공용성을 확보하기 위한 방안으로는 기존 콘크리트 포장층이 건전해야 하며, 적정 부착성능을 확보하여 완전부착을 통한 일체화 거동을 나타내야 한다. 접착식 콘크리트덧씌우기의 공용성을 저하시키는 원인으로는 크게 부착면 파손에 의하여 구조적 성능이 감소하는 것으로, 부착면에서의 수직 인장응력 및 수평 전단응력이 임계치에도달하여 부착강도 이상이 발생할 경우 파괴되는 것이다. 따라서 이에 대한 적절한 부착강도 품질관리기준이요구된다.
접착식콘크리트 덧씌우기의 장점은 무엇인가? 이로 인하여 국내의 경우 콘크리트 포장의 효과적인 유지보수 공법을 필요로 하게 되었으며, 아스팔트 덧씌우기 공법의 구조적 파손을 예방하고 공용성을 확보하기 위한 방안으로 접착식 콘크리트 덧씌우기에관한 연구를 수행하였다(한국도로공사, 1997). 접착식콘크리트 덧씌우기는 교통량 증가 및 중차량에 대한 하중지지 능력이 우수하고, 기존 콘크리트 포장과의 재료물성이 유사하여 유지보수 후 포장 파손 발생이 적다는장점이 있다. 또한 최근 들어 다양한 초속경성 재료의 도입으로 콘크리트 덧씌우기의 조기 교통개방 성능을 확보하여 국내 현장 적용실적이 증가하고 있는 추세이다(이승우 외, 2011).
아스팔트 덧씌우기의 경우 잦은 유지보수를 시행하는 이유는 무엇인가? 특히 호남고속도로 대전~광주 구간의 경우 1986년 개통 후 현재까지 170km 구간중 약 65%인 109km가 아스팔트 덧씌우기로 시공되었다(정종덕 외, 2006). 그러나 아스팔트 덧씌우기의 경우 기존 콘크리트포장과의 재료물성 및 열팽창계수 등의 특성이 상이하여 줄눈부에서 발생되는 반사균열과 함께 포트홀 등의 다양한 포장 파손으로 인하여 잦은 유지보수를시행하고 있다. 이로 인하여 국내의 경우 콘크리트 포장의 효과적인 유지보수 공법을 필요로 하게 되었으며, 아스팔트 덧씌우기 공법의 구조적 파손을 예방하고 공용성을 확보하기 위한 방안으로 접착식 콘크리트 덧씌우기에관한 연구를 수행하였다(한국도로공사, 1997).
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참고문헌 (19)

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  3. Expressway and Transportation Research Institute, 1997. Pavement Rehabilitation by Concrete Overlay (III), Korean Expressway Corporation 

  4. Granju J. L., 2001. Debonding of Thin Cement-based Overlays, Journal of Materials in Civil Engineering, 13(2), pp. 114-120 

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  6. Jung, J. D., Ryu, S. W., Han, S. H., Cho, Y. H., 2006. The Performance Analysis of Diamond Grinding for Existing Concrete Pavement, Journal of Korean Society of Road Engineers, KSRE, Seoul, Korea, Vol. 8, No. 3, pp.77-88 

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  8. Korean Expressway Corporation, 2009. Highway Construction Guide Specification 

  9. Lee, S. W., and Son, H. J., 2011. A Study on the Factors Affecting on the Life of Bonded Concrete Overlay Pavement using the LTPP Data of U.S.A, Journal of Korean Society of Civil Engineers, KSCE, Seoul, Korea, Vol. 31, No. 4, pp. 555-564. 

  10. Lee, S. W., Kim, Y. K., and Lee, P. H., 2011. A Study on the Application of Very Rapid Hardening Acrylic Polymer Modified Concrete for Bonded Concrete Overlay Method, Journal of Korean Society of Road Engineers, KSRE, Seoul, Korea, Vol.13, No.1, pp.139-148 

  11. Medina-Chavez, C.I., Choi, S.C., and Won, M., 2007. Concrete Pavement Overlays and Failure Mechanisms, Certer for Transportation Research, Report No. 0-4893-2 

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  14. Robert Otto Rasmussen, Dan K. Rozycki, 2001. Characterization and Modeling of Axial Slab-Support Restraint, Transportation Research Record 1778, Paper No. 01-2948, pp. 26-32 

  15. Ryu, Sung Woo, 2010. Evaluation of Thin Bonded Continuously Reinforced Concrete Overlay on Jointed Concrete Pavement, Doctoral Dissertation, Department of Civil Engineering, Graduate School, Chung-Ang University, Seoul, Korea 

  16. Sprinkel, M. M. and C. Ozyildirim, 2000. Evaluation of Hydraulic Cement Concrete Overlays Placed on Three Pavements in Virginia, VTRC 01-R2, Virginia Department of Transportation, Charlottesville, VA 

  17. Son, H. J., 2011, Evaluation of the Performance of Overlay Methods on Aged Concrete Pavements, Master's Thesis, Department of Civil Engineering, Graduate School of Gangneung-Wonju National University, Gangneung, Korea 

  18. Thomas Bennert, 2009. Flexible Overlays for Rigid Pavements, FHWA-NJ-2009 -014, Federal Highway Administration, Washington D. C. 

  19. Woods, M. E., 2004. Laboratory Evaluation of Tensile and Shear Strengths of Asphalt Tack Coats, Mississippi State University, Starkville, MS. 

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