[논문]일반국도 현장조사 모니터링을 통한 장수명 아스팔트 덧씌우기 포장의 공용성 분석

백종은; 임재규; 권수안; 권병윤

doi:10.7855/ijhe.2015.17.3.069

일반국도 현장조사 모니터링을 통한 장수명 아스팔트 덧씌우기 포장의 공용성 분석
Performance Evaluation of Long-Life Asphalt Concrete Overlays Based on Field Survey Monitoring in National Highways 원문보기

한국도로학회논문집 = International journal of highway engineering, v.17 no.3 = no.71, 2015년, pp.69 - 76

백종은 (서울시 품질시험소 도로포장연구센터) , 임재규 (한국건설기술연구원 도로연구소) , 권수안 (한국건설기술연구원 도로연구소) , 권병윤 (국토교통부)

Abstract ▼ AI-Helper

PURPOSES : Performance evaluation of four types of asphalt concrete overlays for deteriorated national highways. METHODS : Pavement distress surveys for crack rate and rut depth have been conducted annually using an automated pavement survey vehicle since 2007. Linear and non-linear performance prediction models of the asphalt concrete overlays were developed for 43 sections. The service life of the asphalt overlays was defined as the number of years after which a crack rate of 30% or rut depth of 15mm is observed. RESULTS : The service life of the asphalt overlays was estimated as 17.4 years on an average. In 90.7% of the sections, the service life of the overlays was 15 years or more which is 1.5 times the life of conventional asphalt concrete overlays used in national highways. The performance of the overlays was dependent on the type of asphalt mixture, traffic volume levels, and environmental conditions. CONCLUSIONS : The usage of stone mastic asphalt (SMA) and polymer-modified asphalt (PMA) for the overlays provided good resistance to cracking and rutting development. It is recommended that appropriate asphalt concrete overlays must be applied depending on the type of existing pavement distress.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

반면에 선형 함수의 경우 포장의 초·중기 상태를 나타내기에 적합하지만 후기의 급속한 파손을 모사할 수 없으므로 공용수명을 과대평가할 수 있는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 공용기간 10년 이후 급격한 균열률을 예측하기 위하여 Eq. (1)과 같은 멱함수를 사용하고, 공용 중기 이후 점진적으로 증가하는 소성변형량을 예측하기 위하여 Eq.
본 논문에서는 일반국도에 적용된 장수명 아스팔트 덧씌우기 포장의 현장공용성을 평가하고자 한다. 이를 위하여 일반국도 포장관리시스템(Pavement Manage ment System, PMS) 전국 모니터링 구간에서 획득한 포장상태를 기반으로 장수명 아스팔트 포장의 공용성 예측 모델을 만들었다.
본 연구에서는 일반국도에 적용한 장수명 아스팔트 덧씌우기 포장에 대한 공용성을 일반국도 PMS에서 매년 실시하는 현장 추적조사 결과를 이용하여 평가하였다. 다양한 장수명 아스팔트 포장 중 SMA와 PMA 등 4가지 공법에 대하여 균열과 소성변형에 대한 공용수명을 평가하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.

가설 설정

균열률과 소성변형량 기준 공용수명을 바탕으로 장수명 포장의 공용성을 3단계로 평가하였다. 공용수명이 10년 미만인 경우 장수명 포장으로서의 공용성이 불량, 공용수명이 10년 이상 20년 미만인 경우 양호, 20년 이상인 경우 우수한 것으로 가정하였다. 이를 바탕으로 균열률과 소성변형량에 대하여 장수명 포장의 공용성을 Table 2에 나타내었다.

제안 방법

1. 조사 대상 구간에 적용된 장수명 포장의 종류는 총 4가지로 입도를 개선하여 골재 맞물림을 크게 한 SMA 포장(공법 A)과 다양한 종류의 개질재를 이용하여 아스팔트의 고온 또는 저온의 성질을 개선한 개질 아스팔트 포장(공법 B, C, D)이다. SMA 포장에는 SMA 입도에 개질 아스팔트를 사용하는 PSMA 포장 2개 구간도 포함하였다.
균열률과 소성변형량 기준 공용수명을 바탕으로 장수명 포장의 공용성을 3단계로 평가하였다. 공용수명이 10년 미만인 경우 장수명 포장으로서의 공용성이 불량, 공용수명이 10년 이상 20년 미만인 경우 양호, 20년 이상인 경우 우수한 것으로 가정하였다.
본 연구에서는 일반국도에 적용한 장수명 아스팔트 덧씌우기 포장에 대한 공용성을 일반국도 PMS에서 매년 실시하는 현장 추적조사 결과를 이용하여 평가하였다. 다양한 장수명 아스팔트 포장 중 SMA와 PMA 등 4가지 공법에 대하여 균열과 소성변형에 대한 공용수명을 평가하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
일반적으로 일반국도 PMS에서 아스팔트 포장의 균열률이 30% 또는 소성변형량이 15mm인 경우에 장수명 포장을 적용한다. 따라서 이러한 보수기준(균열률 30%, 소성변형량 15mm)을 적용하여 장수명 포장의 공용수명을 추정하였다. 장수명 포장의 공용수명은 평균 17.
본 논문에서는 일반국도에 적용된 장수명 아스팔트 덧씌우기 포장의 현장공용성을 평가하고자 한다. 이를 위하여 일반국도 포장관리시스템(Pavement Manage ment System, PMS) 전국 모니터링 구간에서 획득한 포장상태를 기반으로 장수명 아스팔트 포장의 공용성 예측 모델을 만들었다. 장수명 포장의 균열률과 소성변형량 기준 공용수명을 추정하여 장수명 포장의 공용성을 공법별로 평가하였다.
장수명 포장의 공용성은 일정 공용기간에 발생하는 균열률과 소성변형량을 기준으로 평가하였다. 일반 포장의 경우 공용수명이 평균 10년이므로, 이때 장수명 포장의 공용성을 평가하였다. 장수명 포장의 공용성 모델에서 공용기간 10년까지는 대체적으로 포장손상이 점진적으로 진행되었다.
장수명 포장의 공용기간에 따른 균열률과 소성변형량의 변화를 모사하기 위하여 선형과 비선형함수 중 하나인 멱(power)함수를 고려하였다. 멱함수는 거듭제곱의 값에 따라 급격한 증가(거듭제곱이 1보다 큰 경우), 완만한 증가(거듭제곱이 1에 가까운 경우), 천천히 증가 (거듭제곱이 1보다 작은 경우)하는 것을 나타낼 수 있으므로 균열률과 소성변형량의 거동을 모두 반영할 수 있다.
장수명 포장의 공용성은 일정 공용기간에 발생하는 균열률과 소성변형량을 기준으로 평가하였다. 일반 포장의 경우 공용수명이 평균 10년이므로, 이때 장수명 포장의 공용성을 평가하였다.
이를 위하여 일반국도 포장관리시스템(Pavement Manage ment System, PMS) 전국 모니터링 구간에서 획득한 포장상태를 기반으로 장수명 아스팔트 포장의 공용성 예측 모델을 만들었다. 장수명 포장의 균열률과 소성변형량 기준 공용수명을 추정하여 장수명 포장의 공용성을 공법별로 평가하였다.
장수명 포장의 포장상태는 일반국도 전국모니터링 구간에서 2007년 이후 측정한 연도별 균열률과 소성변형량을 이용하여 평가하였다. 대표적인 균열률과 소성변형량의 변화를 Fig.
조사 대상 구간에 대하여 2007년부터 매년 자동포장 상태 조사장비를 이용하여 균열률과 소성변형량을 측정 하였다(국토교통부 2013). 균열률은 노면을 촬영한 영상으로부터 종·횡방향 균열의 길이와 피로균열의 면적을 추출하여 전체 면적 대비 백분율로 나타낸다.

대상 데이터

일반국도 PMS에서는 일반국도의 포장상태를 지속적으로 파악하기 위하여 약 2,300개 구간을 대상으로 연도별 포장상태를 조사하고 있다. 이러한 모니터링 구간에서 장수명 포장이 적용된 구간 중 43개 구간을 공용성 분석을 위한 조사 대상으로 선정하였다. 선정기준은 덧씌우기로 적용되고, 적용된 공법이 제시되고, 통계분석을 위하여 공법별 대상 구간을 5개 이상으로 하였다.

성능/효과

- 공법 B와 D는 균열과 소성변형에 대한 공용성이 모두 우수하다.
1. 장수명 아스팔트 포장의 공용수명은 일반 아스팔트 포장에 비해 공용수명이 50% 이상 향상된 것으로 나타났다.
2. SMA 계열의 장수명 포장의 균열저항성이 우수하고, PMA 계열의 장수명 포장은 소성변형저항성이 우수한 것으로 나타났다.
공법별 상관계수를 살펴보면 교통량 또는 환경인자에 영향을 받는 경우가 나타났다. 공법 A의 경우 일평균교통량(Annual Average Daily Traffic, AADT)과 축환산교통량(Equivalent Single Axal Load, ESAL)에 대한 상관계수가 각각 -0.66과 -0.68로 상관성이 높은 것으로 나타났다. 이는 교통량이 증가할수록 공법 A의 공용수명이 감소하는 경향을 나타낸다.
공법 B의 경우 연평균온도, 연최고온도, 연최저온도에 대한 상관계수가 각각 +0.66, +0.57, +0.40으로 상관성이 높은 것으로 나타났다. 이는 온도가 내려가면 공법 B의 공용수명이 감소하는 것을 의미한다.
4에 나타내었다. 공법별 공용수명은 최소 16.2년(공법 C)에서 최대 19.0년(공법 D)로 공법별 평균 공용수명의 차이가 3.8년으로 크지 않게 나타났다. 공용수명이 15년 이상인 확률을 살펴보면 공법 D는 75.
8년으로 크지 않게 나타났다. 공용수명이 15년 이상인 확률을 살펴보면 공법 D는 75.0%로 공법 C의 55.6% 보다 19.4%p 크게 나타났다.
균열률 기준 공용수명이 20년 이상인 경우는 공법 A가 57.1%로 가장 높고, 공법 B와 공법 D가 50.0%로 나타났다. 반면에 균열률 기준 공용수명이 10년 미만인 경우는 공법 C가 11.
국내의 경우, 이수형 등(2000)과 유인균과 이수형(2001)은 일반국도에서 실시한 5개 시험구간에 대하여 시공 후 2년 동안의 현장 공용성 평가 자료를 바탕으로 SBS(Styrene-Butadiene-Styrene) 개질 아스팔트 포장의 현장 공용성을 평가하였다. 그 결과 SBS 개질 아스팔트 포장의 초기 공용성이 일반 아스팔트 포장에 비해 우수한 것으로 나타났다. 조규태(2002)는 일반국도 5호선 신설구간 표층에 시공된 SBS 개질 아스팔트와 폴리머 개질 SMA(Polymer-modified SMA, PSMA)에 대한 실내시험을 실시하였다.
52로 상관성이 높은 것으로 나타났다. 따라서 공법 C는 ESAL이 증가할수록, 공법 D는 AADT가 감소할수록 공용수명이 증가하는 것을 의미한다.
5%로 가장 높게 나타났다. 따라서 균열률 기준 공용성은 공법 A가 가장 높고 공법 C가 가장 낮은 것으로 나타났다.
8%로 크지 않게 나타났다. 또한 소성변형량이 최소 8.0mm에서 최대 10.5mm로 공법별로 차이가 크지 않은 것으로 나타났다.
0%로 나타났다. 반면에 균열률 기준 공용수명이 10년 미만인 경우는 공법 C가 11.1%, 공법 D가 12.5%로 가장 높게 나타났다. 따라서 균열률 기준 공용성은 공법 A가 가장 높고 공법 C가 가장 낮은 것으로 나타났다.
소성변형률 기준 공용성의 경우 공법 B의 80%가 우수한 것으로 나타나 다른 공법에 비해 가장 높은 것으로 나타났다. 반면 공법 A는 우수한 경우가 57.
조규태(2002)는 일반국도 5호선 신설구간 표층에 시공된 SBS 개질 아스팔트와 폴리머 개질 SMA(Polymer-modified SMA, PSMA)에 대한 실내시험을 실시하였다. 시험 결과 개질 아스팔트의 균열저항성이 일반 아스팔트에 비해 다소 향상되었으며, 소성 변형 저항성을 나타내는 동적안정도는 일반에 비해 약 3.8배로 크게 증가한 것으로 나타났다. 송서규 등(2005)은 포장가속시험을 통하여 고강성 바인더(PG 82-22)를 사용한 개질 아스팔트 기층을 사용한 경우 단면이 약 20% 얇았음에도 불구하고 소성변형량이 43% 감소하는 것으로 나타났고, 균열은 180,000회 재하 될 때까지 전혀 발생하지 않아 균열저항성이 매우 높은 것으로 나타났다.
위의 상관성 분석을 통하여 공법 A, B, D는 교통량의 영향을, 공법 B는 환경인자에 영향을 많이 받는 것으로 판단된다. 반면에 공법 B는 환경 또는 지역특성에 영향을 받는 것으로 판단된다.
따라서 이러한 보수기준(균열률 30%, 소성변형량 15mm)을 적용하여 장수명 포장의 공용수명을 추정하였다. 장수명 포장의 공용수명은 평균 17.4년(표준편차 6.1년)으로 나타나 일반 포장에 비해 약 70% 정도 공용 수명이 향상되었다. 장수명 포장의 공용수명이 정규분포를 따른다고 가정하면 공용수명이 10년 이상일 확률은 88.
2는 장수명 포장 공법별 공용기간 10년에서 발생한 균열률과 소성변형량을 나타낸다. 장수명 포장의 균열률은 평균 13.9%(표준편차 17.4%)이고, 소성변형량은 평균 8.6mm(표준편차 2.2mm)로 예측되었다. 균열률의 경우 변동계수(Coefficient of Variation, COV)가 125.

후속연구

5 미만으로 교통량 또는 온도만의 영향으로 공용수명을 단순하게 평가하기에는 신뢰성이 떨어진다고 할 수 있다. 따라서 향후 연구를 통하여 포장두께, 하부상태 등의 구조적 상태, 유지보수 이력 및 품질관리와 같은 영향도 고려해야 한다고 판단된다.
본 연구에서 대상으로 한 장수명 포장의 잔존수명이 대부분 10여년 이상이므로 보다 신뢰성 있는 공용수명 평가를 위해서는 추후 추적조사가 필요하다고 판단된다. 또한 지역의 특성, 즉 기온, 강수량, 토질, 교통량이 장수명 포장의 공용성에 미치는 영향을 평가하여, 최적의 장수명 포장을 적용할 수 있는 기준을 설정하는 것이 필요하다.
본 연구에서 대상으로 한 장수명 포장의 잔존수명이 대부분 10여년 이상이므로 보다 신뢰성 있는 공용수명 평가를 위해서는 추후 추적조사가 필요하다고 판단된다. 또한 지역의 특성, 즉 기온, 강수량, 토질, 교통량이 장수명 포장의 공용성에 미치는 영향을 평가하여, 최적의 장수명 포장을 적용할 수 있는 기준을 설정하는 것이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	내유동성 포장의 도입으로 인한 효과는?	국내에 도입된 대표적인 내유동성 포장으로는 골재의 입도를 개선한 SMA(Stone Mastic Asphalt)와 아스팔트 바인더의 성질을 개선한 개질 아스팔트(Polymer Modified Asphalt, PMA) 포장 등이 있다. 이러한 내유동성 포장의 도입으로 인해 국내 아스팔트 포장에서는 소성변형의 발생을 저감시켜 이용자 불편을 최소화하였다.
	국내에 도입된 대표적인 내유동성 포장은?	1990년대 국내 아스팔트 포장에서는 소성변형이 급격하게 증가하여 이를 억제하기 위하여 내유동성 포장이 도입되기 시작하였다. 국내에 도입된 대표적인 내유동성 포장으로는 골재의 입도를 개선한 SMA(Stone Mastic Asphalt)와 아스팔트 바인더의 성질을 개선한 개질 아스팔트(Polymer Modified Asphalt, PMA) 포장 등이 있다. 이러한 내유동성 포장의 도입으로 인해 국내 아스팔트 포장에서는 소성변형의 발생을 저감시켜 이용자 불편을 최소화하였다.
	일반국도에서 실시한 5개 시험구간에 대하여 시공 후 2년 동안의 현장 공용성 평가 자료를 바탕으로 SBS 개질 아스팔트 포장의 현장 공용 성을 평가한 결과는?	국내의 경우, 이수형 등(2000)과 유인균과 이수형(2001)은 일반국도에서 실시한 5개 시험구간에 대하여 시공 후 2년 동안의 현장 공용성 평가 자료를 바탕으로 SBS(Styrene-Butadiene-Styrene) 개질 아스팔트 포장의 현장 공용 성을 평가하였다. 그 결과 SBS 개질 아스팔트 포장의 초기 공용성이 일반 아스팔트 포장에 비해 우수한 것으로 나타났다. 조규태(2002)는 일반국도 5호선 신설구간 표층에 시공된 SBS 개질 아스팔트와 폴리머 개질 SMA(Polymer-modified SMA, PSMA)에 대한 실내시험을 실시하였다.

참고문헌 (10)

Cho, K.T. (2002) Evaluation of Performance and Construction the New National Test Road Sites of Modified Asphalt, Proceedings of Korea Society of Road Engineers, Vol. 4, No. 3, pp.43-49.
Lee, K.H. et al. (2012) The development of the composite pavement structure for heavy duty traffic and thin overlay system using polymer concrete, Final Report, Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs
Lee, S.H, Yoo, P.J., Yoo, I.K. and Cha, S.M. (2000) Field Performance and Cost Effectiveness of Polymer Modified Asphalt, Proceedings of Korea Society of Civil Engineers, Vol. 4, pp.281-284.
MOLIT (2013) 2013 National highway pavement management system, Final report, Ministry of Land, Infrastructure and Transport.
Park, S.Y. (2002) Technical Information: Application State of SMA in Georgia, USA, Road, Korean Society of Road Engineers, Vol. 4, No. 3, pp.67-69.
Park, H.M. (2004) Concept and Literature Review on Long-Life Asphalt Pavements in Foreign Countries, Technical News, Construction Supervision.
Song, S.G., Lee, J.H., Lee, H.J. and Hwang, E.Y. (2005) Performance Evaluation of Perpetual Asphalt Pavements Using an Accelerated Pavement Tester, International Journal of Highway Engineering, Vol. 7, No. 3, pp.1-10.
Smith, K. L., Titus-Glover, L., Rao, S., Von Quintus, H. L., and Stanley, M. (2006) Life-cycle Cost Analysis of SMA Pavements and SMA Application Guideline, Wisconsin Highway Research Program, Madison, WI, USA.
Yoo, I.K. and Lee, S.H. (2001) Field Performance and Economic Analysis of SBS Modified Asphalt Pavement, Proceedings of Korea Society of Road Engineers, Vol. 3, No. 1, pp.93-99.
Yoo, P.J. and Kim, K.H. (2014) Thermo-plastic Fiber's Reinforcing Effect on Hot-Mix Asphalt Concrete Mixture, Construction and Building Materials, Vol. 59, pp.136-143.

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용어 설명 출처 목록 (6)

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