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문제 정의
- 이에 본 연구에서는 이러한 사회적 요구에 맞추어 품질관리가 되며 유지·보수가 용이하고 시공 후 공용성이 확보되는 보수재료를 개발하기 위하여 기존 도로 포장재료 및 유지관리에 사용되는 보수재료의 조사 및 검토 후, 선정된 재료의 물성 및 선정조건을 반영하여 일정수준 이상의 공용성을 만족하는 아스팔트 프리캐스트 포트홀 보수재료를 개발하기로 하였다.
- 그중 포트홀로 인한 파손이 66%로 다른 파손(소성변형 10%, 균열 24%)보다 큰 비중을 차지하는 것으로 확인되었으며 포트홀은 주로 장마철과 혹한기에 크게 발생하는 것으로 조사되었다. 이에 서울시 및 지방자치단체, 관련 공공기관에서는 포트홀에 대한 대비책을 마련하기 위하여 고심하고 있다. 하지만 아스콘의 플랜트 및 시공현장 품질관리 미흡 및 품질관리자의 전문성이 부족하여 품질관리가 어렵고 포장된 도로의 유지·보수도 응급소파보수의 반복으로 인하여 근본적인 대책이 마련되지 못하고 있다.
- 아스팔트 프리캐스트 보수재료를 개발하기 위해서 우선 국내외에서 사용 중인 포트홀 보수재료의 현황을 조사하였다. 국내외에서 사용되는 포트홀 보수재료는 큰 차이를 보이지 않았다.
- 본 연구는 기존의 아스팔트 포트홀 보수방법인 상온 아스팔트 보수재를 이용한 인력보수방법과 소파보수방법에서 탈피하여 실내에서 미리 제작된 아스팔트 프리캐스트(Precast) 형태의 보수재를 개발하는데 목적이 있다. 본 논문에서 검토한 프리캐스트 보수재료는 상온아스팔트 보수재보다 높은 내구성 및 수분안정성을 확보하고 중·장기 보관성 및 품질의 변화를 최소화 할 수 있는 사전제작 형태의 보수재료의 개발을 위해 기존에 사용되고 있는 다양한 아스팔트 포장 재료들을 대상으로 하였다.
- 또한 프리캐스트 보수재와 기존 포장면과의 부착을 위해 사용되는 접착제에 대한 조사 및 접착강도 시험도 함께 진행하였다. 또한 보수재와 접착제의 결합된 물성 확인 및 현장적용성 등을 검토하고자 한다. 위의 본 연구의 개발목표는 다음과 같이 정리하였다.
- Table 2는 보수재의 재료선정을 위하여 각 포장 재료의 특성을 나타낸 것이다. 본 연구에서는 강도가 우수한 개질 아스팔트 혼합물인 SMA와 PMA 및 생산 시 다짐이 필요 없는 Guss 아스팔트 혼합물을 우선 검토하였다. SMA(Stone Mastic Asphalt) 혼합물은 이미 국내에서도 기술수준이 높은 포장형식으로 고속도로 및 국도에서 널리 사용되고 있는 재료이다.
- 본 연구에서는 각 혼합물재료의 기본적인 물성 및 강도를 측정하기 위하여 배합설계로 얻어진 최적 아스팔트 함량을 가지고 마샬 공시체(직경100mm 원주형)를 제작하여 상온에서 양생한 후 물성을 측정한다. 24시간 이후 60℃의 수조에서 30분 동안 수침 후 표면에 물기를 신속히 제거한 후 Fig.
- 본 연구는 포트홀 발생 시 인력을 이용한 소파보수 개념을 넘어 일정한 품질관리가 된 사전제작 형태의 아스팔트 프리캐스트 보수재를 개발하기 위하여 장기적인 유지·보수가 가능한 보수재 및 접착제를 연구하여 선정하는데 있다.
- 후보로 선정된 보수재의 경우 논문 및 보고서를 통한 측정값이 많아서 기존 자료들로도 비교가 가능하지만 본 연구에서는 동일한 골재원 및 재료를 적용하여 정확히 비교하기 위하여 자체적으로 배합설계 및 성능시험을 실시하였다. 보수재의 물성 및 강도성능을 평가하기 위하여 각각의 포장 재료의 배합설계를 KS F 2337;『마샬 시험기를 사용한 역청혼합물의 소성 흐름에 대한 저항력 시험방법』과 Guss 아스팔트에 배합설계 방법인 류엘 유동성 & 관입량(일본 아스팔트 포장 요강과 일본 본주사국연락교공단 기준안)을 수행하여 최적 아스팔트 함량을 얻은 후, 이를 토대로 마샬 안정도 시험(KS F 2337)과 휠트래킹 시험(KS F 2374)을 실시하였다.
제안 방법
- 보수재는 일정수준 이상의 공용성을 만족해야 하기 때문에 여러 가지의 아스팔트 포장 재료의 특징 및 성능 등을 평가하여 보수재료의 적용성을 확인하였다. 또한 프리캐스트 보수재와 기존 포장면과의 부착을 위해 사용되는 접착제에 대한 조사 및 접착강도 시험도 함께 진행하였다. 또한 보수재와 접착제의 결합된 물성 확인 및 현장적용성 등을 검토하고자 한다.
- 마지막으로 고분자형 개질 아스팔트 혼합물로 가열없이 반응으로 경화가 일어나는 반응형 상온 아스팔트 혼합물을 추가 검토하였다. 수반응형 개질 아스팔트는 일반적인 아스팔트 혼합물과는 다르게 다짐에 의한 강도발현이 아닌 물과 반응하여 강도를 발현하는 재료이다.
- 접착제가 신·구 포장 재료사이에서 내구성이 얼마나 발휘되는지를 Fig. 6에서처럼 일반표층용 혼합물을 이용하여 슬래브 공시체를 만들고 코어를 뚫어 소형의 아스팔트 프리캐스트 보수체를 접착제를 이용하여 삽입 후 경화를 시켰고 동적 안정도 시험을 실시하여 변형 및 파괴정도를 확인하였다.
- 또한 접착제가 신·구 포장 재료사이에서 내구성이 얼마나 발휘되는지를 슬래브 공시체에 코어를 뚫어 소형의 아스팔트 프리캐스트 보수체를 접착제를 이용하여 삽입 후 경화를 시켰고 동적 안정도 시험을 실시하여 변형 및 파괴정도를 확인하였다.
- 보수재의 물성 및 강도성능을 평가하기 위하여 각각의 포장 재료의 배합설계를 KS F 2337;『마샬 시험기를 사용한 역청혼합물의 소성 흐름에 대한 저항력 시험방법』과 Guss 아스팔트에 배합설계 방법인 류엘 유동성 & 관입량(일본 아스팔트 포장 요강과 일본 본주사국연락교공단 기준안)을 수행하여 최적 아스팔트 함량을 얻은 후, 이를 토대로 마샬 안정도 시험(KS F 2337)과 휠트래킹 시험(KS F 2374)을 실시하였다.
- 또한, 포트홀 보수재료로서 주요한 평가요인인 수분에 대한 저항성을 알아보기 위하여 수침잔류안정도(KS F 2369에 의거)를 실시하였다. 그리고 각 재료의 생산성과 현장적용성을 각 보수재의 생산과정과 결과를 통해 분석하였다.
- 또한 접착제가 신·구 포장 재료사이에서 내구성이 얼마나 발휘되는지를 슬래브 공시체에 코어를 뚫어 소형의 아스팔트 프리캐스트 보수체를 접착제를 이용하여 삽입 후 경화를 시켰고 동적 안정도 시험을 실시하여 변형 및 파괴정도를 확인하였다. 이를 가지고 현장적용을 모사하기 위하여 실제 아스팔트 포장면에 보수체 크기의 구멍을 뚫고 시공을 하여 1년간의 추적조사를 실시하였다.
- 본 연구에서는 각 혼합물재료의 기본적인 물성 및 강도를 측정하기 위하여 배합설계로 얻어진 최적 아스팔트 함량을 가지고 마샬 공시체(직경100mm 원주형)를 제작하여 상온에서 양생한 후 물성을 측정한다. 24시간 이후 60℃의 수조에서 30분 동안 수침 후 표면에 물기를 신속히 제거한 후 Fig. 3과 같이 재하속도 50mm/min으로 하중을 가한 후 변형에 대한 저항력인 마샬 안정도를 구하였다.
- 전단접착강도는 시험에 사용될 시편 305×305×50mm의 슬래브 공시체를 제작한 후 100×100×50mm로 절단하여 중앙부분의 것을 사용하였으며 구 도로 포장을 나타내는 일반 포장체의 상부를 실제 보수재료 삽입 시 포트홀을 파쇄 절삭 처리하므로 그라인딩 작업을 하여 골재가 노출이 되도록 하여 시험을 실시하였다.
- 실제 도로에서 접착제가 신·구재료의 거동을 최소화하기 위하여 최소 1시간 이내로 양생을 목표로 하였고 양생 및 경화시간의 측정은 접착강도의 시편을 제작할 때에 여러번 측정하여 평균값을 얻었다.
- 접착제에 경우는 보수재가 선정된 후, 구 도로 포장과의 부착성능을 평가하기 위하여 인장접착강도와 전단접착강도의 시험을 실시하였다. 전단접착강도는 시험에 사용될 시편 305×305×50mm의 슬래브 공시체를 제작한 후 100×100×50mm로 절단하여 중앙부분의 것을 사용하였으며 구 도로 포장을 나타내는 일반 포장체의 상부를 실제 보수재료 삽입 시 포트홀을 파쇄 절삭 처리하므로 그라인딩 작업을 하여 골재가 노출이 되도록 하여 시험을 실시하였다.
- 인장접착강도는 마샬 공시체를 높이 50mm로 제작하여 전단시험에 시편과 같이 그라인딩 작업을 한 일반 포장체면에 접착제 도포 후 보수체를 부착하여 양생을 시킨다. 시험 시편의 양생은 도로 보수시간을 고려하여 1시간 경과 후로 하였고 시험의 측정은 3차례 이상 실시하여 평균값을 측정하여 구하였다. Table 4와 같이 시험체를 만든 후 만능재료시험기를 사용하여 20℃에서 전단시험은 1mm/min, 인장시험은 0.
- 실제 도로에서 접착제가 신·구재료의 거동을 최소화하기 위하여 최소 1시간 이내로 양생을 목표로 하였고 양생 및 경화시간의 측정은 접착강도의 시편을 제작할 때에 여러번 측정하여 평균값을 얻었다. 사용 편리성을 평가하기 위하여 재료의 혼합방식(1액형, 2액형, 타재료 첨가)과 작업성을 비교하여 분석하였다.
- 우천 중에 발생한 포트홀의 경우 우수로 인하여 표면에 물이 존재하고 비가 계속하여 내릴 경우를 대비하여 접착제의 수분과의 반응성을 검토하였다. Fig.
- 우천 중에 발생한 포트홀의 경우 우수로 인하여 표면에 물이 존재하고 비가 계속하여 내릴 경우를 대비하여 접착제의 수분과의 반응성을 검토하였다. Fig. 5처럼 물이 담겨있는 용기에 믹싱된 접착제를 담가 두어 수분으로 인하여 생기는 재료의 변화를 육안으로 확인하였다.
- 생산성 및 현장 작업성은 혼합물 생산 시 각 재료별 생산온도를 비교하여 나타내었다. 고온혼합물(SMA, PMA)의 경우, 실제 플랜트에서 생산이 없을 경우는 필요한 혼합물을 대량으로 얻을 수 없는 단점이 있었으며 생산 즉시 고온의 혼합물을 작업하여 보수체를 만들어야 함으로 혼합물의 온도가 낮아지면 제대로 다짐이 되지 않는 문제점이 있었다.
- 접착제의 부착성능을 평가하기 위하여 초속경 그라우트, Guss 바인더, 실리콘 실런트와 2액형 타입(에폭시, 우레탄, 에폭시 우레아)을 이용하여 시험을 실시하였다. 우선적으로 목표로 하는 접착재료의 양생이 1시간 이내로 되는지 확인하였다.
- 접착제의 부착성능을 평가하기 위하여 초속경 그라우트, Guss 바인더, 실리콘 실런트와 2액형 타입(에폭시, 우레탄, 에폭시 우레아)을 이용하여 시험을 실시하였다. 우선적으로 목표로 하는 접착재료의 양생이 1시간 이내로 되는지 확인하였다. 실제로 접착강도시험 직전 재료들의 초기거동을 하지 않은 경화시간을 측정하였다.
- 우선적으로 목표로 하는 접착재료의 양생이 1시간 이내로 되는지 확인하였다. 실제로 접착강도시험 직전 재료들의 초기거동을 하지 않은 경화시간을 측정하였다. Fig.
- 이는 실제 도로에 프리캐스트 보수체와 접착제를 이용하여 시공할 시 차량하중에 의해 접합면이 탈락되었을 경우, 프리캐스트 보수체가 한번에 떨어지는 것보다 재료자체의 접착력으로 유지시켜 주는 것이 훨씬 효과적인 것으로 판단할 수 있었다. 이에 실리콘 실런트를 제외한 5가지 재료를 가지고 접착강도시험을 실시하였다. 그리고 실리콘 실런트와 Guss 아스팔트 바인더는 재료 자체만을 이용하지만 실리콘 실런트는 시간 내 양생이 되지 않았으며 구스 아스팔트의 경우는 200℃ 이상에서 유동성을 가지므로 상온에서 작업성이 좋지 않았다.
- 그리고 접착제를 현장에서 혼합하여 작업할 때 우수가 존재할 수 있으므로 물을 담아 놓은 용기에 접착제를 혼합한 후 일정량을 투입하여 Fig. 12와 같이 경화가 진행되는 상태를 확인하여 보았다. Fig.
- 아스팔트 프리캐스트의 접착제로 선정하기 위하여 우선적으로 시행된 시험에서 양생시간, 접착강도 값, 그리고 물과에 반응 상태를 확인하였다. 접착재료 중 기준을 모두 만족한 것은 2액형 우레탄과 2액형 에폭시 우레아였다.
- 접착재료 중 기준을 모두 만족한 것은 2액형 우레탄과 2액형 에폭시 우레아였다. 이를 가지고 포트홀이 발생하여 실제 현장 시공시 접착제의 내구성능이 얼마나 발휘되는지를 모의하기위해 Fig. 13과 같이 제작된 슬래브 공시체에 동적안정도 시험을 실시하였다. 이는 동적 안정도 수치뿐만 아니라 접착제와 보수체가 일반 밀입도 시험모체의 소성변형을 통하여 시험측정 후 부착면의 상태를 확인하기 위함이다.
- 실내 시험과 선정기준에 부합한 반응형 상온 아스팔트와 2액형 에폭시 우레아를 사용하여 현장적용성을 평가하기 위하여 연구소 공장부지 내에 Fig. 13과 같은 아스팔트 프리캐스트 보수체를 절삭된 코어에 접착제를 채워 현장시공을 실시하였다. 시공장소는 골재 및 아스콘을 적재한 중차량이 지나다니는 경로이고 Table 9는 시공 직후와 시공 6개월, 12개월이 경과한 보수체의 상태를 나타낸 것이다.
- 본 연구는 포트홀 발생 시 인력을 이용한 소파보수 개념을 넘어 일정한 품질관리가 된 사전제작 형태의 아스팔트 프리캐스트 보수재를 개발하기 위하여 장기적인 유지·보수가 가능한 보수재 및 접착제를 연구하여 선정하는데 있다. 이를 위하여 보수재와 접착제에 각종 성능시험 및 선정조건을 검증하였고 현장 적용을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 논문에서 검토한 프리캐스트 보수재료는 상온아스팔트 보수재보다 높은 내구성 및 수분안정성을 확보하고 중·장기 보관성 및 품질의 변화를 최소화 할 수 있는 사전제작 형태의 보수재료의 개발을 위해 기존에 사용되고 있는 다양한 아스팔트 포장 재료들을 대상으로 하였다. 보수재는 일정수준 이상의 공용성을 만족해야 하기 때문에 여러 가지의 아스팔트 포장 재료의 특징 및 성능 등을 평가하여 보수재료의 적용성을 확인하였다. 또한 프리캐스트 보수재와 기존 포장면과의 부착을 위해 사용되는 접착제에 대한 조사 및 접착강도 시험도 함께 진행하였다.
대상 데이터
- 국내외에서 사용되는 포트홀 보수재료는 큰 차이를 보이지 않았다. 사용되는 보수재료는 가열 아스팔트(Hot Mixed Asphalt) 혼합물과 상온 유화 아스팔트 혼합물로 나눌 수 있으며 그 중 상온에서 사용이 가능한 상온 유화 아스팔트가 대부분을 차지하였다. 또한, 현장에서 사용하기 쉽도록 포대 혹은 캔으로 포장되어 관리되고 있었다.
- 본 논문에서 검토한 프리캐스트 보수재료는 상온아스팔트 보수재보다 높은 내구성 및 수분안정성을 확보하고 중·장기 보관성 및 품질의 변화를 최소화 할 수 있는 사전제작 형태의 보수재료의 개발을 위해 기존에 사용되고 있는 다양한 아스팔트 포장 재료들을 대상으로 하였다.
- PMA 역시 국내에서 SMA와 함께 가장 널리 사용되고 있는 개질 아스팔트 혼합물로 가격대비 품질수준이 높은 것으로 조사되었다. 세 번째로 선정한 재료는 Guss 아스팔트로 높은 온도에서 생산하는 것이 다소 단점이긴 하지만, 아스팔트 바인더 함량이 높고 첨가재 및 개질제가 다량 함유되어 흐름성이 좋아 별도의 다짐 없이 포설이가능한 재료이다. 본 연구에서 개발하고자 하는 프리캐스트 형태로 생산이 가장 용이한 재료로 판단되어 추가로 후보에 선정하였다.
- 위에서 제시하는 접착제의 특성을 고려하여 Table 3과 같이 다양한 재료들을 선정하여 검토하였다. 현장에서 간단하게 물과 혼합하여 사용할 수 있는 초속경 시멘트 그라우트제와 접착 및 내구성능이 높은 2액형 타입의 접착재료(에폭시, 우레탄, 에폭시 우레아)를 포함시켰다.
- 위에서 제시하는 접착제의 특성을 고려하여 Table 3과 같이 다양한 재료들을 선정하여 검토하였다. 현장에서 간단하게 물과 혼합하여 사용할 수 있는 초속경 시멘트 그라우트제와 접착 및 내구성능이 높은 2액형 타입의 접착재료(에폭시, 우레탄, 에폭시 우레아)를 포함시켰다. 또한 프리캐스트 보수재와 포장면의 재료적인 특성을 고려하여 동질재료인 Guss 아스팔트 바인더를 선정하였으며 각종 조인트 및 보수용으로 사용되는 실리콘 실런트도 포함하였다.
- 현장에서 간단하게 물과 혼합하여 사용할 수 있는 초속경 시멘트 그라우트제와 접착 및 내구성능이 높은 2액형 타입의 접착재료(에폭시, 우레탄, 에폭시 우레아)를 포함시켰다. 또한 프리캐스트 보수재와 포장면의 재료적인 특성을 고려하여 동질재료인 Guss 아스팔트 바인더를 선정하였으며 각종 조인트 및 보수용으로 사용되는 실리콘 실런트도 포함하였다.
- SMA 혼합물은 소성변형뿐만 아니라 각종 내구성 향상 측면에서 우수한 효과가 있는 것으로 확인되었으며, 골재 및 자재의 수급이 원활한 것으로 판단되었다. 두 번째로 선정한 재료는 PMA(Polymer Modified Asphalt)이다. PMA 역시 국내에서 SMA와 함께 가장 널리 사용되고 있는 개질 아스팔트 혼합물로 가격대비 품질수준이 높은 것으로 조사되었다.
이론/모형
- 보수재의 물성 및 강도성능을 평가하기 위하여 각각의 포장 재료의 배합설계를 KS F 2337;『마샬 시험기를 사용한 역청혼합물의 소성 흐름에 대한 저항력 시험방법』과 Guss 아스팔트에 배합설계 방법인 류엘 유동성 & 관입량(일본 아스팔트 포장 요강과 일본 본주사국연락교공단 기준안)을 수행하여 최적 아스팔트 함량을 얻은 후, 이를 토대로 마샬 안정도 시험(KS F 2337)과 휠트래킹 시험(KS F 2374)을 실시하였다. 또한, 포트홀 보수재료로서 주요한 평가요인인 수분에 대한 저항성을 알아보기 위하여 수침잔류안정도(KS F 2369에 의거)를 실시하였다. 그리고 각 재료의 생산성과 현장적용성을 각 보수재의 생산과정과 결과를 통해 분석하였다.
- 본 연구는 보수재료의 내구성을 평가하기 위하여 KS F 2374; 『아스팔트 혼합물의 휠 트래킹 시험방법』을 실시하였다. 롤러 압축 다짐기로 305×305×50mm의 슬래브 공시체를 제작한 후 24시간 이상 양생 한 후, 슬래브 공시체를 60℃에서 6시간 보관하여 Fig.
- 보수재료의 수분민감성을 평가하기 위하여 KS F 2369; 『도로 보수용 상온 아스팔트 혼합물』의 시험방법인 수침잔류 안정도를 이용하여 측정하였다. 측정하는 온도를 25±1℃로 하여 30분 수침 후 마샬 안정도와 48시간 수침 후 마샬 안정도의 값을 비교하여 나타낸 것으로 다음과 같이 Eq.
성능/효과
- 국내의 총 도로 길이는 105,700km이며 매년 도로의 연장은 증가하고 노후도는 점점 높아지는 실정이다. 2002년도에 96,000km이던 총 도로 길이가 2012년에는 105,700km로 증가하였고 그에 따라 고속도로와 일반국도의 노후화도 크게 가속화 할 것으로 보인다. 고속도로는 2012년에 20년 이상된 노후 포장이 400km에서 2022년도에 3,322km로 8배 이상 증가할 것으로 보이고 일반국도의 경우는 4,703km에서 8,660km로 약 1.
- 도로의 파손은 소성변형, 균열, 포트홀 등으로 대표할 수 있다. 그중 포트홀로 인한 파손이 66%로 다른 파손(소성변형 10%, 균열 24%)보다 큰 비중을 차지하는 것으로 확인되었으며 포트홀은 주로 장마철과 혹한기에 크게 발생하는 것으로 조사되었다. 이에 서울시 및 지방자치단체, 관련 공공기관에서는 포트홀에 대한 대비책을 마련하기 위하여 고심하고 있다.
- SMA(Stone Mastic Asphalt) 혼합물은 이미 국내에서도 기술수준이 높은 포장형식으로 고속도로 및 국도에서 널리 사용되고 있는 재료이다. SMA 혼합물은 소성변형뿐만 아니라 각종 내구성 향상 측면에서 우수한 효과가 있는 것으로 확인되었으며, 골재 및 자재의 수급이 원활한 것으로 판단되었다. 두 번째로 선정한 재료는 PMA(Polymer Modified Asphalt)이다.
- 접착제의 경우는 기존 포장과 신규 보수재간의 부착성능을 평가하기 위해 KS F 4931 『교면용 시트 방수재』에서 제시하는 방법을 토대로 시험을 실시하였는데이는 기존에 없던 파쇄 후 보수체 안착방식에 재료를 평가하기 위하여 가장 유사하게 평가할 수 있는 방법으로 사료된다. 본 연구에서는 접착제를 이용하여 기존 구 도로포장에 접착제를 도포 후, 프리캐스트 보수체를 삽입함으로 부착된 보수단면의 성능을 평가하기에 적절한 것으로 생각되어진다. 접착강도의 경우, 인장과 전단을 통해 측정을 하였으며 시험법에서 제시한 기준을 통해 평가되었다.
- 접착강도의 경우, 인장과 전단을 통해 측정을 하였으며 시험법에서 제시한 기준을 통해 평가되었다. 그 외 접착강도시험을 위한 재료에 부착 과정을 통해 1시간 이내의 양생시간을 확인할 수 있었으며 접착제의 혼합방식 및 재료보관의 용이성을 통해 접착제의 용이성을 확인할 수 있었다. 또한 접착제가 신·구 포장 재료사이에서 내구성이 얼마나 발휘되는지를 슬래브 공시체에 코어를 뚫어 소형의 아스팔트 프리캐스트 보수체를 접착제를 이용하여 삽입 후 경화를 시켰고 동적 안정도 시험을 실시하여 변형 및 파괴정도를 확인하였다.
- Guss 아스팔트는 수침잔류 안정도를 제외하고는 다른 보수재료에 비해 결과값이 매우 낮았다. 마샬 안정도의 경우 PMA, 상온 반응형 아스팔트가 매우 높았으며 동적 안정도의 경우는 상온 반응형 아스팔트가 매우 높았다. 수침잔류 안정도 시험의 경우는 상온에서 시험을 실시하여 모두 높은 수치를 나타냈다.
- 수침잔류 안정도 시험의 경우는 상온에서 시험을 실시하여 모두 높은 수치를 나타냈다. 특히, 상온 반응형 아스팔트의 경우 동적 안정도가 소성변형이 거의 일어나지 않을 정도로 매우 높은 값을 나타냈으며, 수침잔류 안정도 시험의 경우 수침 전보다 측정된 결과 값이 높아서 100% 이상의 값을 나타냈다.
- Table 6은 각 혼합물의 배합설계를 통해 얻어진 물성과 보수재로서의 강도 및 여러 선정요인을 비교하였다. 이를 종합하여 분석한 결과, 반응형 상온 아스팔트 혼합물이 아스팔트 프리캐스트 보수재료로 적합함을 알 수 있었다.
- 반면, 2액형 타입 접착제나 Guss 아스팔트 바인더는 허용응력 이상의 외력을 받으면 접착강도는 저하되지만 끈끈하게 붙잡고 있는 상태는 일정수준 유지하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 실제 도로에 프리캐스트 보수체와 접착제를 이용하여 시공할 시 차량하중에 의해 접합면이 탈락되었을 경우, 프리캐스트 보수체가 한번에 떨어지는 것보다 재료자체의 접착력으로 유지시켜 주는 것이 훨씬 효과적인 것으로 판단할 수 있었다.
- 전단 접착강도 시험결과는 2액형 에폭시와 2액형 우레탄 타입, 2액형 에폭시 우레아가 목표값을 초과하였다. 그 중, 시멘트 계열의 초속경 그라우트제는 취성재료로 일정수준 이상의 하중을 받으면 접촉면 전체가 한번에 떨어져 나가는 현상이 시험을 통해 확인이 되었고 2액형 에폭시의 경우도 강도발현 60분 이내에 완료되어 전단강도는 높게 측정되었으나 한계응력 이상이 되면 취성 파괴되는 경향을 보였다. 포트홀 파쇄면과 보수재료간의 접착성능을 유지하기 위해서는 강한 취성의 재료를 사용하지 않는 것이 효과적일 것으로 판단되었다.
- 그 중, 시멘트 계열의 초속경 그라우트제는 취성재료로 일정수준 이상의 하중을 받으면 접촉면 전체가 한번에 떨어져 나가는 현상이 시험을 통해 확인이 되었고 2액형 에폭시의 경우도 강도발현 60분 이내에 완료되어 전단강도는 높게 측정되었으나 한계응력 이상이 되면 취성 파괴되는 경향을 보였다. 포트홀 파쇄면과 보수재료간의 접착성능을 유지하기 위해서는 강한 취성의 재료를 사용하지 않는 것이 효과적일 것으로 판단되었다.
- 인장과 전단의 접착강도에서 기준 이상의 값을 모두 얻은 것은 2액형 우레탄과 2액형 에폭시 우레아이다. 이것 중에 2액형 에폭시 우레아가 인장 접착강도에서 가장 높은 값을 나타냈으며 전단 접착강도에서는 3~4배정도 높은 수치를 나타내었고 양생속도도 상당히 빨랐다.
- 이는 동적 안정도 수치뿐만 아니라 접착제와 보수체가 일반 밀입도 시험모체의 소성변형을 통하여 시험측정 후 부착면의 상태를 확인하기 위함이다. 시험모체의 변형이 상대적으로 크게 발생하여 육안으로 높이차를 확인할 수 있었으며 이는 보수재와 시험모체간의 강도차이 및 채움재의 강도차이로 인해 발생하는 현상임을 알 수 있었다.
- Table 8은 접착제의 강도시험 및 선정조건을 평가하여 정리한 것이다. 접착성능 및 내구성능뿐만 아니라 물과 반응시 영향을 받지 않는 2액형 에폭시 우레아가 본 연구에서 개발하고자 하는 접착제의 기본적인 물성을 가장 잘 확보하고 있음을 확인하였다.
- 하지만 보수체의 경우 큰 변화없이 보존되어 있었다. 이를 통해 사용된 보수재료가 주변에 균열이나 변화로 인해 영향을 받지 않음을 확인할 수 있었다.
- 1. 보수재의 선정에 대한 물리적 성능시험(마샬 안정도, 동적 안정도, 수침잔류 안정도) 결과 SMA, PMA, 반응형 상온 아스팔트가 높은 값을 나타냈다. 반면, Guss 아스팔트의 경우는 상온에서 실시한 수침잔류 안정도를 제외하고는 매우 낮은 결과 값을 나타냈다.
- 2. 혼합물의 동적 안정도와 수침잔류 안정도 시험의 경우, SMA와 반응형 상온 아스팔트가 기준에 비해 높은 수치를 나타냈으며 특히 반응형 상온 아스팔트의 경우 소성변형이 거의 발생하지 않고 수침잔류 안정도가 수침 후 강도가 더 늘어난 108.5%로 측정되어 내구성과 수분저항성이 가장 우수함을 알 수 있었다.
- 3. 반응형 상온 아스팔트는 상온에서 물과 반응하여 경화가 됨으로 작업이 편리하며 경화시간이 다른 혼합물에 비해 상대적으로 빨라 생산성을 확보할 수 있었다. 강도시험 및 여러 현장 적용성을 검토하여 볼 때, 반응형 상온 아스팔트가 아스팔트 프리캐스트 보수재로 가장 적합한 것으로 나타났다.
- 반응형 상온 아스팔트는 상온에서 물과 반응하여 경화가 됨으로 작업이 편리하며 경화시간이 다른 혼합물에 비해 상대적으로 빨라 생산성을 확보할 수 있었다. 강도시험 및 여러 현장 적용성을 검토하여 볼 때, 반응형 상온 아스팔트가 아스팔트 프리캐스트 보수재로 가장 적합한 것으로 나타났다.
- 4. 접착재료의 접착강도 시험결과, 2액형 타입(에폭시, 우레탄, 에폭시 우레아)의 접착제가 Guss 바인더 및초속경 그라우트, 실리콘 실런트에 비해 높은 접착강도를 발현하였다. 초속경 그라우트와 2액형 에폭시는 재료의 취성으로 인해 허용하중 이상에서 쉽게 탈락되는 현상이 발생하였다.
- 선별된 두 재료를 가지고 신·구재료 사이에 사용하여 내구성능을 동적안정도로 평가한 결과, 2액형 우레탄은 시험모체에서 부착이 떨어지면서 변형 및 파괴가 되었지만 2액형 에폭시 우레아의 경우는 부착을 유지하고 있었으며 시험모체에 소성변형 외에는 큰 변형이 없었음을 확인하였고 동적 안정도 수치도 2액형 에폭시 우레아가 약 3배 이상 높았다.
- 인장 및 전단 접착강도 시험결과, 2액형 우레탄과 2액형 에폭시 우레아가 기준을 만족하였다. 그 중에서도 2액형 에폭시 우레아가 가장 높은 강도를 발현하였으며, 전단의 경우는 약 4배 정도의 높은 값을 확인할 수 있었다.
- 6. 양생시간을 측정한 결과 실리콘 실런트를 제외하고는 60분 이내에 양생이 다 되었으며 그 중 2액형 에폭시 우레아가 가장 빠른 양생시간(7분)을 기록하였다.
- 7. 우천 시 물(수분)로 인한 영향을 확인한 결과, 실리콘 실런트와 2액형 타입 접착제가 경화 시 영향을 받지 않았으며 초속경 그라우트는 믹싱 시 물이 필요하므로 추가적인 물로 인해 강도가 저하됨을 알 수 있었고, Guss 바인더의 경우는 200℃ 이상에서 좋은 유동성을 가지므로 상온의 물에 투입 시 급결되어 작업성이 확보되지 않음을 알 수 있었다.
- 8. 접착제의 경우, 접착성능 및 실내 시험을 비교한 결과 2액형 우레탄과 2액형 에폭시 우레아가 우수함을 알 수 있었다. 선별된 두 재료를 가지고 신·구재료 사이에 사용하여 내구성능을 동적안정도로 평가한 결과, 2액형 우레탄은 시험모체에서 부착이 떨어지면서 변형 및 파괴가 되었지만 2액형 에폭시 우레아의 경우는 부착을 유지하고 있었으며 시험모체에 소성변형 외에는 큰 변형이 없었음을 확인하였고 동적 안정도 수치도 2액형 에폭시 우레아가 약 3배 이상 높았다.
- 9. 2액형 에폭시 우레아는 빠른 양생을 통해 매우 높은 접착강도(인장, 전단)을 발현했으며 물로 인해 강도 및 반응성이 저하되지 않음을 확인하였다. 그리고 주제와 경화제만을 이용하여 간단한 믹싱을 통하여 혼합 후 자체반응을 통하여 경화가 이루어짐으로 현장작업성이 매우 우수하였다.
- 2액형 에폭시 우레아는 빠른 양생을 통해 매우 높은 접착강도(인장, 전단)을 발현했으며 물로 인해 강도 및 반응성이 저하되지 않음을 확인하였다. 그리고 주제와 경화제만을 이용하여 간단한 믹싱을 통하여 혼합 후 자체반응을 통하여 경화가 이루어짐으로 현장작업성이 매우 우수하였다. 보수재와의 결합을 통한 내구성 시험에서도 큰 변형 및 파괴가 일어나지 않았다.
- 보수재와의 결합을 통한 내구성 시험에서도 큰 변형 및 파괴가 일어나지 않았다. 접착강도 시험 및 여러 평가사항을 검토하여 볼 때, 2액형 에폭시 우레아가 아스팔트 프리캐스트 접착제로 가장 적합한 것으로 나타났다.
- 10. 반응형 상온 아스팔트 혼합물과 2액형 에폭시 우레아를 사용하여 현장 시공된 아스팔트 프리캐스트 보수체는 현장 시공 후 장기간(6개월, 12개월)이 지난 후에도 시공된 보수체는 크게 변형이 되지 않고 원형을 유지하고 있어 우수한 내구성능 및 현장 적용성을 나타내었다.
- 반면, 2액형 타입 접착제나 Guss 아스팔트 바인더는 허용응력 이상의 외력을 받으면 접착강도는 저하되지만 끈끈하게 붙잡고 있는 상태는 일정수준 유지하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 실제 도로에 프리캐스트 보수체와 접착제를 이용하여 시공할 시 차량하중에 의해 접합면이 탈락되었을 경우, 프리캐스트 보수체가 한번에 떨어지는 것보다 재료자체의 접착력으로 유지시켜 주는 것이 훨씬 효과적인 것으로 판단할 수 있었다. 이에 실리콘 실런트를 제외한 5가지 재료를 가지고 접착강도시험을 실시하였다.
- 5. 인장 및 전단 접착강도 시험결과, 2액형 우레탄과 2액형 에폭시 우레아가 기준을 만족하였다. 그 중에서도 2액형 에폭시 우레아가 가장 높은 강도를 발현하였으며, 전단의 경우는 약 4배 정도의 높은 값을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 향후 선정된 아스팔트 프리캐스트 보수재료(보수재, 접착제)의 개선을 위하여 추가적인 재료선정 첨가 및 시험을 실시하고 여러 형태 및 크기로 현장 시공을 실시해 볼 예정이다.
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