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문제 정의
- 본 사업의 대표 교량인 단등교는 세계에서 가장 긴 단경간 1주탑 현수교의 해상교량으로 에폭시 아스팔트의 포장형식을 적용할 예정이다. 본 기사에서는 단등교 강상판에 적용된 에폭시 아스팔트 포장에 대한 시공사례와 중점관리 사항에 대하여 기술 하고자 한다.
- 에폭시 아스팔트 포장이 일반 포장 시공과 유사한 부분도 많으나 본 절에서는 에폭시 포장 공사에 필요한각 공정별 중점 관리 사항에 대해서 정리하였다.
- ｢고군산군도 연결도로(2공구) 건설공사｣는 군산시와 고군산군도를 연결시켜 도서지역 주민 등 도로 이용자 에게 교통편의를 제공하며 세계 최장의 새만금 방조제 등으로 유발되는 신규 관광수요와 고군산군도의 뛰어난 해양관광자원의 연계를 통한 시너지 효과를 극대화를 위해 계획되었다. 본 사업의 대표 교량인 단등교는 세계에서 가장 긴 단경간 1주탑 현수교의 해상교량으로 에폭시 아스팔트의 포장형식을 적용할 예정이다.
제안 방법
- Shot Blast 장비를 이용하여 포장부위의 기름이나 녹을 제거한 후 새로운 징크프라이머 도포 작업을 진행하였다. 특히 연석부 및 단부 구간은 Shot Blast 장비를 이용하여 제거가 불가능하므로 그라인더 장비를 이용 하여 인력으로 작업을 진행할 수 밖에 없다.
- 「아스팔트 혼합물 생산 및 시공 지침(2014, 국토교통부)」에 제시된 절차에 따라 골재 유출량 시험을 진행하여 콜드빈 피더 모터 속도에 따른 골재 유출량과 콜드빈 골재의 핫빈 입도를 표4와 같이 산정하였다. 위 결과는 콜드빈 골재의 특성, 콜드빈 피더 속도, 핫 스크린의 크기, 플랜트 특성에 따라 다르게 산정되므로 에폭시 아스팔트 혼합물이 생산될 플랜트에서 실시하여야 한다.
- Chemco Systems에서 생산된 에폭시 아스팔트 PART A(레진)과 PART B(Type V)를 에폭시 아스팔트 포장에 적용할 경우 표3의 기준값을 만족하여야 한다. 각 제품의 성능 시험은 Chemco Systems에서 제시한 결과값 및 성적서를 기준으로 결정하였다.
- 레벨층 및 표층 포설 두께가 25mm 일 경우 포설두께는 대략 30∼32mm로 산정된 바, 당 현장에서는 표5와 같이 30, 35mm 포설 두께에 대한 시험포장을 수행하였다. 다짐 횟수는 4회를 기준으로 하여 레벨층 및 표층의 다짐장비 조합에 대하여 시험포장을 실시하였다.
- 레벨층의 경우 포설두께는 31mm이나 안전성을 고려하여 32mm로 결정하였으며, 표층의 경우 포설두께는 30mm이나 안전성을 고려하여 31mm로 결정하였다. 또한 다짐횟수는 그림 9와 같이 비파괴 현장밀도 측정기를 이용하여 산정하였으며 기준 밀도 2.415g/㎤의 경우 다짐률 98%에 대한 다짐횟수는 3.1회로 산정되었으나 안전성을 고려하여 최종 다짐횟수를 4회로 결정하였다. 최종적으로 비파괴 현장밀도 측정기를 이용하여 측정한 동일 장소에서 현장 코어를 채취하여 밀도 및 두께 측정을 재평가하였다.
- 따라서 레벨층 시공 시에는 특별히 차량 통행을 제재할 필요는 없으나 표층 시공이 완료된 후 작업 차량 통과시에는 표면 보호판를 설치하거나 최소한 48시간 이후에 통행하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 최종 교통개방은 포장 양생 후 마샬 안정도 시험을 통하여 기준값 이상이 만족된 경우 개통하도록 한다.
- 아스팔트 혼합물 생산 전에 배합설계를 수행하여야 하며 배합설계는 실내배합설계, 골재 유출량시험, 현장 배합설계, 시험생산 등으로 구성된다. 먼저 실내 배합 설계를 통하여 혼합물의 공극률과 포화도를 산정하며 마샬 안정도 시험을 통해 안정도 및 흐름값을 구한 결과를 바탕으로 최적의 에폭시 아스팔트 함량을 결정하였다. 이후 골재 유출량 시험으로 콜드빈 피더 모터 속도에 따른 골재 유출량을 결정하였다.
- 배합설계 후에는 시험포장을 통해 포설두께와 다짐 방법 등을 결정하고 본 시공을 실시한다. 시험생산을 통해 아스팔트 플랜트에서 아스팔트 혼합물의 품질을 미리 확인하고 현장배합 입도와 아스팔트 함량, 공극률 등의 품질 기준을 결정하기 위해 현장시공 전 시험포장을 실시하였다.
- 배합설계 후에는 시험포장을 통해 포설두께와 다짐 방법 등을 결정하고 본 시공을 실시한다. 시험생산을 통해 아스팔트 플랜트에서 아스팔트 혼합물의 품질을 미리 확인하고 현장배합 입도와 아스팔트 함량, 공극률 등의 품질 기준을 결정하기 위해 현장시공 전 시험포장을 실시하였다.
- 시험포장에서 결정된 시공장비, 포설두께, 다짐횟수 등의 포장시공 공정과 시공방법을 동일하게 적용하였다. 본포장은 그림10과 같이 강상판 청소 및 블라스팅 작업에서 표층 포설 및 다짐까지 일련의 과정으로 실행된다.
- 에폭시 아스팔트 혼합물의 최적 배합비를 결정하기 위하여 에폭시 아스팔트 바인더 함량을 5.5%, 6.0%, 6.5%, 7.0%로 선정하고 각 배합비별 공시체를 제작하였다. 각 공시체의 이론상 최대밀도에 따른 공극률, 흐름값, 마샬안정도 값은 그림4와 같다.
- 에폭시 포장을 시공한 이순신대교 및 울산대교의 시험포장 결과보고서를 참고하여 당 현장에서 필요로 하는 시험포장 방법을 결정하였다. 레벨층 및 표층 포설 두께가 25mm 일 경우 포설두께는 대략 30∼32mm로 산정된 바, 당 현장에서는 표5와 같이 30, 35mm 포설 두께에 대한 시험포장을 수행하였다.
- 먼저 실내 배합 설계를 통하여 혼합물의 공극률과 포화도를 산정하며 마샬 안정도 시험을 통해 안정도 및 흐름값을 구한 결과를 바탕으로 최적의 에폭시 아스팔트 함량을 결정하였다. 이후 골재 유출량 시험으로 콜드빈 피더 모터 속도에 따른 골재 유출량을 결정하였다. 최종적으로 핫빈 골재를 이용한 현장배합설계로 플랜트의 혼합여건에 맞게 골재 합성입도, 최적 아스팔트 함량, 공시체의 마샬안정도 측정 시험을 수행하였다.
- 굵은 골재(10mm 이하)는 ㈜장성산업의 골재를 이용하고, 잔골재(8mm이하, 2mm이하)는 ㈜대운산업개발의 골재, 석회석분은 ㈜마루의 재료를 선정하였다. 지침에 명시된 품질 기준을 확보여부를 확인하기 위하여 자체 시험 및 외부 공인 기관에서 각 골재별 시험을 진행하고 골재 배합비 및 합성입도를 결정하였다.
- 1회로 산정되었으나 안전성을 고려하여 최종 다짐횟수를 4회로 결정하였다. 최종적으로 비파괴 현장밀도 측정기를 이용하여 측정한 동일 장소에서 현장 코어를 채취하여 밀도 및 두께 측정을 재평가하였다.
- 이후 골재 유출량 시험으로 콜드빈 피더 모터 속도에 따른 골재 유출량을 결정하였다. 최종적으로 핫빈 골재를 이용한 현장배합설계로 플랜트의 혼합여건에 맞게 골재 합성입도, 최적 아스팔트 함량, 공시체의 마샬안정도 측정 시험을 수행하였다.
- 플랜트에서는 아스팔트 생산 시 혼합물 생산온도, 시료 채취를 통한 현장배합설계 기준 만족 여부를 확인하고 현장에서는 포설두께와 다짐횟수 변화에 따른 포장의 두께와 밀도 변화를 분석하였다. 다짐장비의 조합에 맞게 레벨층 및 표층의 포설두께 및 다짐횟수를 그림 8과 같이 산정하였다.
- 현장배합설계 시 골재유출량 시험에 의해 결정된 설계 유출량을 기준으로 핫빈에서 골재를 채취하여 체가름 시험하고, 측정된 핫빈 골재 질량 비율로 골재입도를 합성하여 그림 5와 같이 합성입도를 산정하였다. 현장배합설계의 경우 골재 합성입도가 실내배합설계와 유사하여 실내배합설계의 최적 아스팔트 바인더 함량 인 6% 핫빈 공시체를 제작하였으며, 공시체에 대한 밀도, 공극률, 흐름값, 마샬안정도 산정값이 기준값을 만족하여 에폭시 아스팔트 바인더 함량을 6.
- 현장배합설계 시 골재유출량 시험에 의해 결정된 설계 유출량을 기준으로 핫빈에서 골재를 채취하여 체가름 시험하고, 측정된 핫빈 골재 질량 비율로 골재입도를 합성하여 그림 5와 같이 합성입도를 산정하였다. 현장배합설계의 경우 골재 합성입도가 실내배합설계와 유사하여 실내배합설계의 최적 아스팔트 바인더 함량 인 6% 핫빈 공시체를 제작하였으며, 공시체에 대한 밀도, 공극률, 흐름값, 마샬안정도 산정값이 기준값을 만족하여 에폭시 아스팔트 바인더 함량을 6.0%로 최종 결정하였다.
대상 데이터
- 현재 국내의 장대교량에 시공된 에폭시 아스팔트 포장은 이순신대교, 울산대교, 단등교 총 3곳이다. 국내에서 최초로 에폭시 아스팔트 포장을 시공한 이순신대교는 중국 Ningwu Chemical사 제품을 사용하였으며, 울산대교와 단등교가 미국 Chemco사 제품을 사용하였다. 각 회사별 재료 구성, 배합 비율, 생산 설비, 시공법은 상이하지만 에폭시 아스팔트 포장의 특성상 혼합물 관리, 온도 관리, 시공 관리 방안은 유사하다고 할 수 있다.
- 먼저, 에폭시 아스팔트 혼합물 특성을 표2와 같이 결정하였다. 굵은 골재(10mm 이하)는 ㈜장성산업의 골재를 이용하고, 잔골재(8mm이하, 2mm이하)는 ㈜대운산업개발의 골재, 석회석분은 ㈜마루의 재료를 선정하였다. 지침에 명시된 품질 기준을 확보여부를 확인하기 위하여 자체 시험 및 외부 공인 기관에서 각 골재별 시험을 진행하고 골재 배합비 및 합성입도를 결정하였다.
- 아스팔트, 변형 아스팔트, 매스틱 아스팔트 등 기존의 아스팔트를 사용한 강상판 포장에서 피로균열이나 탈리 현상과 같은 문제점이 많이 발생한다는 점을 고려하여 단등교의 포장형식은 이를 극복할 수 있는 에폭시 아스팔트 포장으로 선정하였다. 단등교 에폭시 아스팔트는 25mm 레벨층과 25mm 표층으로 구성하여 총 50mm 포장을 적용하였다.
- 본포장은 그림10과 같이 강상판 청소 및 블라스팅 작업에서 표층 포설 및 다짐까지 일련의 과정으로 실행된다. 단등교의 실제 포장 공정은 2015년 8월 20일부터 9월 13일까지 본포장을 위한 강상판 표면 처리, 플랜트 장비 설치, 시험포장 등을 진행하였고 9월 14일부터 9 월 19일까지 본포장을 수행하였다. 그림 11과 같이 단등교 차도부는 9.
- 한국의 여름과 겨울 날씨를 고려하면 극심한 더위와 영하 이하의 극한 추위에 견딜 수 있는 포장 재료 선택이 무엇보다 중요하다고 할 수 있다. 아스팔트, 변형 아스팔트, 매스틱 아스팔트 등 기존의 아스팔트를 사용한 강상판 포장에서 피로균열이나 탈리 현상과 같은 문제점이 많이 발생한다는 점을 고려하여 단등교의 포장형식은 이를 극복할 수 있는 에폭시 아스팔트 포장으로 선정하였다. 단등교 에폭시 아스팔트는 25mm 레벨층과 25mm 표층으로 구성하여 총 50mm 포장을 적용하였다.
이론/모형
- 「아스팔트 혼합물 생산 및 시공 지침(2014, 국토교통부)」에 제시된 절차에 따라 플랜트 및 포장장비를 점검 하였다. 특히, 시험포장에 적용하는 아스팔트 플랜트와 포장장비는 본포장에 적용하는 것과 동일하여야 하며, 시험포장전에 그림 7과 같이 다짐장비를 계근하여 표6과 같이 중량의 적합여부를 검토하는 것이 중요하다.
- 「아스팔트 혼합물 생산 및 시공 지침(2014, 국토교통부)」에 제시된 절차에 의거하여 그림3과 같이 실내배합 설계를 수행하였다. 먼저, 에폭시 아스팔트 혼합물 특성을 표2와 같이 결정하였다.
성능/효과
- (1) 에폭시 아스팔트 포장에 적용하는 다짐장비는 일반 아스팔트 포장에 적용하는 장비에 비해 중량이 매우 커 다짐장비를 확보하는 것이 쉽지 않다. 따라서 시험 포장 후 본포장까지 다짐장비가 변경되지 않도록 공정 및 비용 관리를 수행하여야 한다.
- (3) 현장밀도 측정 시 사용되는 비파괴 현장밀도 측정기는 다짐 중에도 포장면의 밀도를 바로 측정할 수 있으므로 현장 다짐관리에 유용하다. 시험포장 시에는 콘크리트 상면에 포장하므로 밀도를 측정할 수 있지만 본포장 시에는 강상판 상면에 포장하므로 밀도 측정이 불가능하였다.
- (3) 현재 국내 플랜트에 설치되어 있는 핫 스크린의 최소 치수는 대부분 6mm이며 에폭시 아스팔트 합성입도에서 6mm이하 골재가 차지하는 비율은약 60%이다. 따라서 6mm이하 골재의 입도관리를 위해서는 3.
- 다짐후 이음부 커팅은 포장 후 24시간 이내로 실시하는 것이 수월하며 이음부 컷팅 각도는 연직보다는 45°∼60° 로 실시하는 것이 연결부 접합에 유리하다고 판단된다.
- 각 공시체의 이론상 최대밀도에 따른 공극률, 흐름값, 마샬안정도 값은 그림4와 같다. 마샬안정도 측정치가 6% 이상에서 감소하므로 최적아스팔트 함량은 6.0%로 최종 결정하였다.
- 하지만 교량의 특성 상 단부에서 중앙부까지는 상향 구배 방향으로 진행하게 되나 중앙부를 지나서는 하향 구배 방향으로 진행할 수 밖에 없다. 하향 구배 포설 시 상향 구배와 동일한 속도로 포설할 경우 포장면이 미세하게 갈라지는 현상이 발생 하였으며 아스팔트 페이버의 이동속도를 줄이는 방법으로 개선할 수 있었다.
후속연구
- 또한 징크프라이머 도포 후 부착력 테스트(Dolly Test) 진행 시 도장 면에 테스터기를 부착하기 위한 본드가 탈락하는 경우가 많이 발생하므로 접착 강도가 큰2액형 에폭시 본드의 적용이 필요할 것으로 판단된다.
- 45ℓ/㎡(+20%∼-10%)를 도포하도록 규정되어 있으며 초과 살포된 경우 본드코트가 포장면 위로 밀려 올라오게 되어 혼합물의 양생에 많은 시간이 소요된다. 또한 혼합물에 본드코트가 포함되어 있으므로 규정된 범위 내에서 최소량을 도포하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
- ｢고군산군도 연결도로(2공구) 건설공사｣는 군산시와 고군산군도를 연결시켜 도서지역 주민 등 도로 이용자 에게 교통편의를 제공하며 세계 최장의 새만금 방조제 등으로 유발되는 신규 관광수요와 고군산군도의 뛰어난 해양관광자원의 연계를 통한 시너지 효과를 극대화를 위해 계획되었다. 본 사업의 대표 교량인 단등교는 세계에서 가장 긴 단경간 1주탑 현수교의 해상교량으로 에폭시 아스팔트의 포장형식을 적용할 예정이다. 본 기사에서는 단등교 강상판에 적용된 에폭시 아스팔트 포장에 대한 시공사례와 중점관리 사항에 대하여 기술 하고자 한다.
- 각 회사별 재료 구성, 배합 비율, 생산 설비, 시공법은 상이하지만 에폭시 아스팔트 포장의 특성상 혼합물 관리, 온도 관리, 시공 관리 방안은 유사하다고 할 수 있다. 이러한 점에서 본 기사에 제시된 중점관리 방안은 향후 국내에서 시공되는 에폭시 아스팔트 포장 시공 시가이드라인을 제시한다고 할 수 있다.
- 에폭시 아스팔트 포장은 우수한 골재 석산 선정, 플랜트 스크린 교체, 혼합물 온도 관리, 현장 다짐 관리 등 수준 높은 현장 품질 관리가 요구되며, 이와 같은 과정을 통하여 포장공정이 시공될 때 에폭시 아스팔트 포장이 갖는 장점이 실현될 수 있다. 향후 수행되는 에폭시 아스팔트 공사 시 본 기사에서 제시한 중점관리 사항을 준수하다면 품질 관리에 도움이 될 것으로 판단된다.
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