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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 따라서 본 고에서는 CRCP의 거동을 이해하기 위하여 국내에 설치된 CRCP 구간에서 CRCP 슬래브의 종방향 거동을 계측하고, CRCP의 횡방향 균열부에서 하중전달율을 측정하여 CRCP의 구조적 거동을 이해하고자 한다.
• 실제로 앵커러그가 설치되지 않더라도 CRCP의 시종점부에서 슬래브 수축·팽창에 의한 과도한 변위가 발생하지는 않는 것으로 분석되었다(Rye et al, 2012). 따라서 본 고에서는 아스팔트 부착방지층을 사용한 CRCP와 린콘크리트 하부층을 사용한 CRCP 구간의 자유단부 및 자유단부로부터 일정 거리 떨어진 슬래브의 종방향 여러 위치에서 환경하중에 대한 CRCP의 종방향 거동을 측정하였다.
• 본 고에서는 CRCP의 구조적 거동을 이해하기 위하여 종방향 거동 분석 및 횡방향균열 하중전달율 분석 등의 현장 실험을 수행하였다. 하부층 형식에 따른 종방향 거동 특성 분석 결과, 아스팔트 하부층을 사용한 CRCP의 일일 종방향 거동은 자유단부로부터 약 30m 이상까지 영향을 미치며, 린콘크리트 하부층을 사용한 CRCP의 일일 종방향 거동은 자유단부로부터 약 10m 이상 떨어지면 급격하게 작아지는 것을 알 수 있었다.

제안 방법

• 2005년 측정한 10개의 균열 이외의 추가적인 5개의 균열 선정 방법은 육안으로 확인하여 균열폭이 큰 곳으로써 이러한 균열은 슬래브를 관통하였다고 판단되기 때문에 균열폭이 크게 벌어진 곳을 선택하였다. CRCP에 발생한 횡방향균열은 슬래브를 관통하지 않고 슬래브 상부에만 존재하는 경우가 있으며 이러한 경우에는 하중전달율이 높을 것이 확실하기 때문에 관통균열을 선정하여 실험을 수행하였다. 또한 2013년에는 철근비 변화에 따른 하중전달율을 비교분석하기 위하여 C1구간에서 선정된 균열중 임의로 9개를 선정하였으며 C3(0.
• FWD를 이용하여 하중전달율^{LTE: Load Transfer Efficiency}을 구하기 위하여 하중이 재하 될 때 FWD에 장착된 지름 30cm의 원형 하중 재하판의 원주를 Fig. 9와 같이 균열과 거의 일치하도록 셋팅 한 후 (오차범위가 균열에서 1.5cm 이내) 재하판의 중심에 위치한 센서의 처짐량과 균열의 반대편 슬래브에 위치한 첫 번째 센서에서의 처짐량을 측정하여 다음과 같은 널리 사용되는 공식을 사용하여 LTE를 산정하였다. 여기서 LTE는 하중전달율이며 는 재하판의 중심에 위치한 센서의 처짐량이고 은 균열의 반대편 슬래브에 위치한 첫 번째 센서의 처짐량을 나타낸다.
• CRCP에 발생한 횡방향균열은 슬래브를 관통하지 않고 슬래브 상부에만 존재하는 경우가 있으며 이러한 경우에는 하중전달율이 높을 것이 확실하기 때문에 관통균열을 선정하여 실험을 수행하였다. 또한 2013년에는 철근비 변화에 따른 하중전달율을 비교분석하기 위하여 C1구간에서 선정된 균열중 임의로 9개를 선정하였으며 C3(0.8% 철근비) 구간에서 균열 6개를 선정하여 FWD 시험을 수행하였다.
• 횡방향 균열에서 하중전달율은 컬링현상을 고려하여 동일한 위치에서 여러 다른 시간대에 측정하여 분석해야 하나 이전의 연구에서 밝혀진 바와 같이 CRCP의 균열에서는 시간에 따른 LTE의 영향이 작고 본 실험에서 고려한 균열의 수가 많기 때문에 시간에 관계없이 연속적으로 균열을 따라 실험을 수행하였다. 또한 철근비 변화에 따른 하중전달율을 분석하기 위하여 철근비가 0.6%인 C1구간과 0.8%인 C3구간에서 측정한 하중전달율을 비교하였다.
• 그러나 CRCP 표면에 발생한 횡방향 균열은 미세하고 줄눈 콘크리트 포장과 달리 철근이 배근되어 있기 때문에 하중의 전달이 우수할 것으로 예측할 수 있다. 이러한 CRCP의 횡방향 균열에서 하중 전달 특성을 파악하기 위하여 Fig. 8에 나타낸 FWD^{Falling Weight Deflectometer}를 이용하여 충격하중 재하시험을 수행하였다. 충격하중 재하시험은 균열의 한쪽에서 하중판을 재하하고 하중이 재하된 곳의 처짐과 균열을 지난 곳에서의 처짐을 측정하여 두 처짐량의 비율을 비교함으로써 균열에서의 하중전달율을 측정할 수 있는 시험방법이다.
• 철근비에 따른 하중전달율을 분석하기 위하여 CRCP의 철근비 0.6%인 C1구간과 0.8%인 C3 구간에서 FWD 시험을 수행하였으며 두 구간의 LTE 결과를 비교하여 Fig. 10에 나타내었다. 두 구간에서 측정한 LTE 값은 모두 92%를 상회하며 매우 높은 것을 알 수 있다.
• 하부층 형식에 따른 CRCP의 종방향 거동 측정은 하부층이 아스팔트층과 린콘크리트 층으로 구성된 두 곳의 CRCP 단부에서 수행되었다. 하부층 형식이 아스팔트층으로 구성된 CRCP는 중부내륙 고속도로의 시험도로에 위치하고 있으며, Fig.
• 횡방향 균열에서 하중전달율은 컬링현상을 고려하여 동일한 위치에서 여러 다른 시간대에 측정하여 분석해야 하나 이전의 연구에서 밝혀진 바와 같이 CRCP의 균열에서는 시간에 따른 LTE의 영향이 작고 본 실험에서 고려한 균열의 수가 많기 때문에 시간에 관계없이 연속적으로 균열을 따라 실험을 수행하였다. 또한 철근비 변화에 따른 하중전달율을 분석하기 위하여 철근비가 0.

대상 데이터

• 2005년에 수행한 FWD 자료를 바탕으로 시험도로 C1(0.6% 철근비)구간에서 수행되었던 균열을 포함하여 2012년에는 총 15개의 균열을 선정하여 FWD 시험을 수행하였다(김성민 외, 2005). 2005년 측정한 10개의 균열 이외의 추가적인 5개의 균열 선정 방법은 육안으로 확인하여 균열폭이 큰 곳으로써 이러한 균열은 슬래브를 관통하였다고 판단되기 때문에 균열폭이 크게 벌어진 곳을 선택하였다.

성능/효과

• FWD 시험 결과를 종합적으로 분석해 보면 시험측정 구간의 균열간격 및 균열폭에 대해서는, CRCP 슬래브에서의 횡방향 균열은 차륜하중 관점에서는 균열이 없는 연속된 콘크리트 포장 슬래브와 다를 바가 없음을 알 수 있었으며 철근비가 낮아도 하중전달율의 저하는 발생하지 않는 것을 알 수 있었다.
• 1에 나타내었다. LTE 값을 비교 분석한 결과 2005년, 2012년, 2013년에 측정한 LTE가 모두 매우 높으며 차이가 거의 발생하지 않는 것을 알 수 있었다.
• 하부층 형식에 따른 종방향 거동 특성 분석 결과, 아스팔트 하부층을 사용한 CRCP의 일일 종방향 거동은 자유단부로부터 약 30m 이상까지 영향을 미치며, 린콘크리트 하부층을 사용한 CRCP의 일일 종방향 거동은 자유단부로부터 약 10m 이상 떨어지면 급격하게 작아지는 것을 알 수 있었다. 따라서 CRCP 단부에서 발생하는 종방향 변위는 슬래브 길이에 비례하여 발생하는 것은 아닌 것을 알 수 있었다. 또한 CRCP에서 무수히 발생하는 횡방향균열에서 하중전달율 분석을 수행한 결과 시공 후 약 11년 동안 하중전달율의 저하는 발생하지 않았으며, 균열이 발생하지 않은 구간과 거의 유사한 크기로 하중전달율이 높은 것으로 분석되었다.
• 린콘크리트 하부층을 사용한 CRCP의 종방향 거동 역시 단부에서 가장 큰 종방향 변위가 발생하지만 단부로부터 10m 만 떨어져도 종방향 변위가 매우 작게 발생하는 것을 알 수 있었다. 또한 A-CRCP와 달리 종방향 위치에 따른 최대 변위의 발생 시간의 지연이 나타나지 않는 것을 알 수 있었다.
• 따라서 CRCP 단부에서 발생하는 종방향 변위는 슬래브 길이에 비례하여 발생하는 것은 아닌 것을 알 수 있었다. 또한 CRCP에서 무수히 발생하는 횡방향균열에서 하중전달율 분석을 수행한 결과 시공 후 약 11년 동안 하중전달율의 저하는 발생하지 않았으며, 균열이 발생하지 않은 구간과 거의 유사한 크기로 하중전달율이 높은 것으로 분석되었다.
• 그림을 보면 자유단부(0m)에서 가장 크게 발생하고 단부에서 가까운 순서로 종방향 변위가 크게 발생하는 것을 알 수 있다. 또한 단부의 종방향 변위가 단부로부터 약 25m 이상 영향을 미치는 것을 알 수 있으며, 각 종방향 위치마다 최대 변위의 발생 크기가 작아지며 발생 시간이 늦어지는 것을 알 수 있다.
• 아스팔트 부착방지층을 사용한 CRCP 단부의 수축 팽창 변위는 단부로부터 25m 지점까지 영향을 미치며 50m 이상 떨어지면 일일 종방향 변위의 크기가 매우 작아지는 것을 알 수 있었다. 또한 최대 변위의 발생 크기는 단부로부터 멀어질수록 작게 발생하고, 최대 변위의 발생 시간 또한 단부로부터 멀어질수록 늦게 발생하는 것을 알 수 있었다.
• 자유단부에서 가장 큰 수축변위가 발생하였으나 종방향 위치별 거동은 단부로부터 10m 떨어진 지점부터 최대 종방향 변위가 매우 작게 발생하는 것을 알 수 있다. 또한 최대 종방향 변위의 발생 시간이 A-CRCP의 종방향 거동과 달리 각 측정 지점이 유사한 시간에 발생하는 것을 알 수 있다. 아스팔트 부착방지층을 사용한 CRCP 단부의 수축 팽창 변위는 단부로부터 25m 지점까지 영향을 미치며 50m 이상 떨어지면 일일 종방향 변위의 크기가 매우 작아지는 것을 알 수 있었다.
• 린콘크리트 하부층을 사용한 CRCP의 종방향 거동 역시 단부에서 가장 큰 종방향 변위가 발생하지만 단부로부터 10m 만 떨어져도 종방향 변위가 매우 작게 발생하는 것을 알 수 있었다. 또한 A-CRCP와 달리 종방향 위치에 따른 최대 변위의 발생 시간의 지연이 나타나지 않는 것을 알 수 있었다.
• 또한 최대 종방향 변위의 발생 시간이 A-CRCP의 종방향 거동과 달리 각 측정 지점이 유사한 시간에 발생하는 것을 알 수 있다. 아스팔트 부착방지층을 사용한 CRCP 단부의 수축 팽창 변위는 단부로부터 25m 지점까지 영향을 미치며 50m 이상 떨어지면 일일 종방향 변위의 크기가 매우 작아지는 것을 알 수 있었다. 또한 최대 변위의 발생 크기는 단부로부터 멀어질수록 작게 발생하고, 최대 변위의 발생 시간 또한 단부로부터 멀어질수록 늦게 발생하는 것을 알 수 있었다.
• 중부고속도로 공용성 평가 결과 13년간의 누적 유지보수비에서 CRCP가 JCP에 비하여 유지관리 측면에서 유리한 것으로 분석되었다. 또한 CRCP의 횡방향 균열은 발생 후 약 20년 이상 지나도 초기 상태로 있으며, 횡방향 균열부에서 이와 연관된 파손이 미소하게 발생하여 장기간 우수한 공용성을 보이는 것으로 분석되었다(안성순, 2006).
• 본 고에서는 CRCP의 구조적 거동을 이해하기 위하여 종방향 거동 분석 및 횡방향균열 하중전달율 분석 등의 현장 실험을 수행하였다. 하부층 형식에 따른 종방향 거동 특성 분석 결과, 아스팔트 하부층을 사용한 CRCP의 일일 종방향 거동은 자유단부로부터 약 30m 이상까지 영향을 미치며, 린콘크리트 하부층을 사용한 CRCP의 일일 종방향 거동은 자유단부로부터 약 10m 이상 떨어지면 급격하게 작아지는 것을 알 수 있었다. 따라서 CRCP 단부에서 발생하는 종방향 변위는 슬래브 길이에 비례하여 발생하는 것은 아닌 것을 알 수 있었다.

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질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
강성 포장인 포틀랜드 시멘트 콘크리트 포장	강성 포장인 포틀랜드 시멘트 콘크리트 포장에서 가장 널리 사용되고 있는 형식은 무엇인가?	강성 포장인 포틀랜드 시멘트 콘크리트 포장(PCCP: Portland Cement Concrete Pavement)에서 가장 널리 사용되고 있는 형식은 줄눈콘크리트 포장(JCP: Jointed Con crete Pavement)과 연속철근 콘크리트 포장(CRCP: Continuously Reinforced Concrete Pavement)이 있다. JCP의 경우 콘크리트 포장 슬래브에 발생하는 횡방향 균열을 제어하기 위하여 길이방향으로 일정 간격마다 횡방향 수축줄눈을 두어 횡방향 균열을 유도한다.
PCCP	PCCP의 특성은 무엇인가?	PCCP는 온도 및 습도 변화 등 환경하중에 의하여 체적변화가 발생하게 된다. 이때 PCCP의 체적변화는 콘크리트 슬래브의 자중, 슬래브와 하부층과의 마찰 등으로 인하여 콘크리트 슬래브에 응력을 유발한다. 또한 차륜하중이 작용할 경우에도 슬래브에 응력이 발생하게 된다. 이러한 환경하중과 차륜하중의 조합으로 콘크리트 슬래브에 발생하는 응력이 콘크리트 강도보다 커지면 균열이 발생하게 된다.
줄눈콘크리트 포장	줄눈콘크리트 포장의 특징은 무엇인가?	강성 포장인 포틀랜드 시멘트 콘크리트 포장(PCCP: Portland Cement Concrete Pavement)에서 가장 널리 사용되고 있는 형식은 줄눈콘크리트 포장(JCP: Jointed Con crete Pavement)과 연속철근 콘크리트 포장(CRCP: Continuously Reinforced Concrete Pavement)이 있다. JCP의 경우 콘크리트 포장 슬래브에 발생하는 횡방향 균열을 제어하기 위하여 길이방향으로 일정 간격마다 횡방향 수축줄눈을 두어 횡방향 균열을 유도한다. 그리고 슬래브 내에 횡방향 균열의 발생을 허용하지 않으며 수축줄눈부에서 원활한 하중전달을 위하여 다웰바를 설치한다.

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