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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 CRCP의 횡방향 균열 발생에 따른 균열간격 및 균열폭 특성을 분석하기 위하여 Fig.1에 나타낸 바와 같이 횡방향 균열간격과 균열폭을 현장조사를 통하여 측정하였다. CRCP 시공초기부터 10년 이상 지속적인 균열 조사를 수행하였으며 축적된 데이터를 기반으로 철근비, 하부지지층 형식, 단부처리 방법, 계절 영향 등에 따른 CRCP의 균열간격 및 균열폭의 특성을 분석하였으며 균열간격과 균열폭의 상관관계도 분석하였다.
- 본 연구에서는 CRCP의 횡방향 균열 특성을 분석하기 위하여 횡방향 균열간격과 균열폭을 아스팔트 부착방지층을 사용한 A-CRCP 구간과 린콘크리트 하부층을 사용한 L-CRCP 구간에서 10년이 넘는 기간 동안 측정하여 자료를 분석함으로써 철근비, 하부지지층 형식, 단부처리 방법, 계절 영향 등이 CRCP의 균열간격, 균열폭 및 상호 관계에 어떠한 영향을 미치는지를 파악하였다. 이러한 연구를 통해 CRCP의 균열 특성에 대한 그동안 적립된 사항을 확인하고 또한 측정 자료를 기반으로 논란이 있는 사항에 대한 근거를 마련하였다.
제안 방법
- 측정 위치는 주행차로의 중앙부와 휠패스에서 측정하였으며, 측정 결과 중앙부와 휠패스 위치의 균열폭은 거의 유사한 것으로 나타났다. A-CRCP C1 구간에서는 총 50개의 횡방향 균열에서 균열폭을 측정하였으며, A-CRCP C3 구간에서는 총 64개의 횡방향 균열에서 균열폭을 측정하였다. 여름철 A-CRCP에서의 횡방향 균열폭 측정 결과를 Table 4에 나타내었다.
- A-CRCP 구간의 횡방향 균열 발생 과정을 콘크리트타설 직후부터 지속적으로 조사하여 각 횡방향 균열의 발생 위치와 발생 시기를 기록하였다. 횡방향 균열 발생조사 시기를 Table 1에 나타내었다.
- 2m, 연장 390m로 건설되었으며, CRCP 슬래브와 하부 린콘크리트층 사이에 아스팔트 부착방지층을 설치하였다. A-CRCP의 종방향 철근비는 종방향 위치에 따라 0.6%(C1), 0.7%(C2) 및 0.8%(C3)로 설계되었으며, 슬래브의 중간 깊이에 종방향 철근을 설치하였다. 각 철근비 구간(C1, C2, C3)은 약 84m로 구성되어 있으며, 각 구간 사이에는 약 12m의 변이구간을 두었다.
- 1에 나타낸 바와 같이 횡방향 균열간격과 균열폭을 현장조사를 통하여 측정하였다. CRCP 시공초기부터 10년 이상 지속적인 균열 조사를 수행하였으며 축적된 데이터를 기반으로 철근비, 하부지지층 형식, 단부처리 방법, 계절 영향 등에 따른 CRCP의 균열간격 및 균열폭의 특성을 분석하였으며 균열간격과 균열폭의 상관관계도 분석하였다.
- L-CRCP 역시 콘크리트 타설 직후 횡방향 균열의 발생 과정을 지속적으로 조사하였다. Table 2는 L-CRCP의 횡방향 균열 조사 시기를 보여준다.
- 각 CRCP 구간별 횡방향 균열간격을 분석하기 위하여 균열 조사를 통해 조사 시기별로 발생한 횡방향 균열의 개수를 사용하여 평균 균열간격을 산출하였다. 평균균열간격은 각 조사 구간별 연장을 균열 누적개수에 1을 더한 값으로 나누어 산출하였으며, Table 3에 나타내었다.
- 균열폭 측정은 주행차로에서 수행되었으며, 동일한 횡방향 균열에서 중앙부와 휠패스(Wheel-pass)에서 각각 측정하였다. 겨울철 균열폭 측정은 CRCP 슬래브 표면에 다이아몬드 그라인딩이 적용된 후에 수행되었다. 다이아몬드 그라인딩은 주행차로 휠패스 구간에만 적용되었으며, C1 구간은 표면으로부터 약 9mm, C2와 C3 구간은 약 5mm의 두께가 절삭되었다.
- 균열폭 측정은 2014년 5월에 수행된 10차 및 2014년 12월에 수행된 11차 조사에서 수행되었다. 계절적 영향에 따른 균열폭의 거동을 분석하기 위하여 여름철과 겨울철에 각각 조사를 수행하였다. 균열폭은 균열자를 사용하여 슬래브 표면에서 측정하였다.
- 조사 구간은 차량 진행방향에 따라 L-CRCP의 시점인 자유단부로부터 100m까지인 단부 부근 구간과 270~350m 구간의 중앙부 구간에서 수행되었다. 균열폭 측정 위치는 주행차로에서 횡방향을 따라 가운데 부분(Center), 휠패스(Wheelpass) 및 모서리(Edge)에서 균열자를 사용하여 측정하였다. Table 6에 나타낸 바와 같이 L-CRCP 중앙부 270~350m 구간에서는 총 63개의 횡방향 균열에서 균열폭을 측정하였으며, 측정 구간에서 3차(3-n), 7차(7-n), 10차(10-n) 균열 조사에서 추가 균열은 발생하지 않았다.
- 균열폭 측정은 2014년 5월에 수행된 10차 및 2014년 12월에 수행된 11차 조사에서 수행되었다. 계절적 영향에 따른 균열폭의 거동을 분석하기 위하여 여름철과 겨울철에 각각 조사를 수행하였다.
- 균열폭은 균열자를 사용하여 슬래브 표면에서 측정하였다. 균열폭 측정은 주행차로에서 수행되었으며, 동일한 횡방향 균열에서 중앙부와 휠패스(Wheel-pass)에서 각각 측정하였다. 겨울철 균열폭 측정은 CRCP 슬래브 표면에 다이아몬드 그라인딩이 적용된 후에 수행되었다.
- 균열 번호는 A-CRCP와동일한 방법으로 조사시기-발견순서로 기입하였다. 균열폭은 13차 균열 조사에서 측정하였다.
- 표에는 조사 구간의 발생 시기에 따른 횡방향 균열의 개수와 측정 위치에 따른 평균 균열폭을 나타내었다. 단부 부근 구간에서는 총 36개의 횡방향 균열에서 균열폭을 측정하였다. 측정 구간에서 4차(4-n), 7차(7-n), 13차(13-n) 조사에서 균열은 발생하지 않았다.
- 따라서 L-CRCP의 전체 구간의 평균 균열간격과 A-CRCP의 평균 균열간격의 비교로는 하부층 종류에 따른 영향을 파악하기는 어렵다. 따라서 L-CRCP의 전체구간 평균 균열간격이 아닌 양측 단부로부터 100m를 제외한 중앙 300m 구간(L-0.68%-Central)과 양측단부로부터 100m까지 총 200m 구간(L-0.68%-Terminal)으로 구분하여 분석하였다. L-CRCP의 단부로부터 100m 구간까지의 평균 균열간격은 약 2.
- A-CRCP는 여름철 균열폭 조사 이후 주행차로 휠패스 구간에 다이아몬드 그라인딩이 적용되었다. 따라서 겨울철 A-CRCP의 균열 조사 결과는 다이아몬드 그라인딩이 적용된 휠패스 구간과 다이아몬드 그라인딩이 적용되지 않은 구간으로 구분하여 분석하였다. 횡방향 균열폭의 크기는 C1 구간에서 50개, C2 구간에서 34개, C3 구간에서 64개의 측정을 수행하였으며 횡방향 균열폭 측정 결과를 Table 5에 나타내었다.
- 다이아몬드 그라인딩은 주행차로 휠패스 구간에만 적용되었으며, C1 구간은 표면으로부터 약 9mm, C2와 C3 구간은 약 5mm의 두께가 절삭되었다. 따라서 다이아몬드 그라인딩이 적용된 휠패스 구간과 다이아몬드 그라인딩이 적용되지 않은 주행차로의 중앙부에서 각각 균열폭을 측정하였다.
- 본 연구에서 수행된 균열간격 및 균열폭 조사는 두 CRCP 구간에서 수행되었다. 각 CRCP 구간의 주요 차이점은 슬래브 하부층의 구성이 다른 것이다.
- 10차 조사는 대기 및 슬래브의 온도가 높은 여름철의 균열폭 측정이며, 11차 조사는 대기 및 슬래브의 온도가 낮은 겨울철의 균열폭 측정이다. 여름철 균열폭 측정은 A-CRCP C1 구간과 A-CRCP C3 구간에서 수행되었다. 측정 위치는 주행차로의 중앙부와 휠패스에서 측정하였으며, 측정 결과 중앙부와 휠패스 위치의 균열폭은 거의 유사한 것으로 나타났다.
대상 데이터
- A-CRCP의 균열폭 특성 분석을 위한 조사는 2014년 5월의 10차 균열 조사와 2014년 12월의 11차 균열조사에서 수행하였다. 10차 조사는 대기 및 슬래브의 온도가 높은 여름철의 균열폭 측정이며, 11차 조사는 대기 및 슬래브의 온도가 낮은 겨울철의 균열폭 측정이다.
- 린콘크리트 하부층을 사용한 CRCP(L-CRCP라 칭함)는 두께 280mm, 폭 8.2m, 연장 500m로 2012년 9월 건설되었다. 종방향 철근비는 0.
- 7에 나타내었다. 범례는 각 CRCP 구간에 다이아몬드 그라인딩이 적용되지 않은 주행차로 중앙부는 -WC, 다이아몬드 그라인딩이 적용된 휠패스는 -WD로 표기하였다. 다이아몬드 그라인딩이 적용되지 않은 주행차로 중앙부의 횡방향 균열폭은 전반적으로 C1 구간의 균열폭의 크기가 가장 넓게 측정된 것을 알 수 있다.
- 아스팔트 부착방지층을 사용한 CRCP(A-CRCP라 칭함)는 2002년 10월에 두께 300mm, 폭 8.2m, 연장 390m로 건설되었으며, CRCP 슬래브와 하부 린콘크리트층 사이에 아스팔트 부착방지층을 설치하였다. A-CRCP의 종방향 철근비는 종방향 위치에 따라 0.
- L-CRCP의 균열폭 측정은 겨울철인 2015년 1월의 13차 균열조사에서 수행되었다. 조사 구간은 차량 진행방향에 따라 L-CRCP의 시점인 자유단부로부터 100m까지인 단부 부근 구간과 270~350m 구간의 중앙부 구간에서 수행되었다. 균열폭 측정 위치는 주행차로에서 횡방향을 따라 가운데 부분(Center), 휠패스(Wheelpass) 및 모서리(Edge)에서 균열자를 사용하여 측정하였다.
데이터처리
- 여름철 A-CRCP에서의 횡방향 균열폭 측정 결과를 Table 4에 나타내었다. 균열폭 측정을 수행한 횡방향 균열을 발생 시기에 따라 구분하고 동일한 발생시기의 균열에 대해 평균 균열폭을 나타내었다.
성능/효과
- 1. CRCP의 시종점 단부에 앵커러그를 설치한 경우와 팽창줄눈을 두고 앵커러그를 설치하지 않은 경우를 비교하면, 앵커러그가 없는 CRCP의 중앙부 구간과 앵커러그를 설치한 CRCP는 종방향을 따라 균열간격이 유사하게 발생하지만, 앵커러그를 설치하지 않은 CRCP의 단부 구간은 중앙부 구간에 비해 균열이 적게 발생하여 균열간격이 넓어지게 된다.
- 2. 동일한 철근비가 사용된 CRCP에서 슬래브 하부에 아스팔트 부착방지층을 사용한 경우와 린콘크리트 부착 기층을 사용한 경우를 비교하면 린콘크리트를 사용한 CRCP에서 균열이 더 많이 발생하여 균열간격이 좁게 된다. 이는 린콘크리트 기층을 사용한 CRCP는 슬래브와 하부층 간의 직접적인 부착에 의한 층간 수평마찰저항이 크기 때문에 콘크리트 슬래브의 수축에 대한 저항성 증대 및 이에 따른 콘크리트의 인장응력 증가로 인해 나타나는 것으로 분석된다.
- 3. CRCP의 균열은 최근에 발생한 균열일수록 균열폭이 다소 작게 된다. 하지만 발생 후 시간이 오래 경과된 균열의 경우는 어느 정도의 시간이 경과하면 그 이후로는 균열폭의 크기에 변화가 거의 없게 된다.
- 4. CRCP의 균열폭 크기는 철근비가 높아지면 대체로 좁아지게 된다. 계절적으로는 여름철에 균열폭이 닫힐 경우에는 철근비에 따른 균열폭의 차이가 뚜렷하나, 겨울철에 균열폭이 열릴 경우에는 오래되지 않은 균열에 대한 철근비에 따른 균열폭 차이는 확연하지만 균열 발생 시기가 오래된 균열에서는 철근비에 따른 균열폭 차이가 미소해진다.
- 5. 다이아몬드 그라인딩으로 표면을 수 mm 정도 절삭하더라도 균열폭이 대폭 감소하게 된다. 이는 CRCP의 횡방향 균열폭의 크기는 표면에서 넓게 관찰되더라도 슬래브 내부로 조금만 들어가도 균열폭이 상당히 좁아진다는 것을 의미한다.
- 6. 동일한 철근비와 두께를 가지는 CRCP에서 시종점단부가 자유단부인 팽창줄눈으로 처리되었을 경우에는 종방향 위치에 따라 균열폭의 크기가 다르게 되며 단부 부근 구간의 균열폭이 가장 커지게 된다.
- 7. 횡방향 위치에 따른 균열폭의 크기는 슬래브의 측면 모서리 부분에서 가장 작으며, 교통량이 많은 구간일수록 주행차로 가운데 부분과 휠패스 부분의 균열폭의 차이가 증가하여 휠패스 부분의 균열폭이 가장 넓어지게 된다.
- 8. 본 연구를 통해 CRCP에서 균열간격이 작아지는 요인이 있을 경우에는 이러한 요인이 균열폭도 작아지게 하기 때문에 궁극적으로는 균열간격과 균열폭은 서로 연관되어 있는 것으로 분석된다. 예를 들어 철근비가 높아지면 평균 균열간격과 평균 균열폭이 함께 작아지게 되며, 이는 일반적으로 균열간격과 균열폭은 연관이 있다는 것을 의미한다.
- L-CRCP의 경우는 주행차로에서 횡방향으로 가운데 부분과 휠패스 부분의 균열폭의 평균으로 나타내었다. A-CRCP에 발생한 횡방향 균열은 초기 균열 발생 후 약 12년이 경과하였으며 약 4년 이내에는 추가적으로 발생한 균열이 없는 반면 L-CRCP는 공용 기간이 비교적 짧은 것을 알 수 있다. 두 구간 모두에서 최근에 발생한 균열의 균열폭이 초기에 발생하여 오랜 시간이 경과한 균열의 균열폭 보다 다소 좁은 경향을 나타내는 것을 알 수 있다.
- 68%-Terminal)으로 구분하여 분석하였다. L-CRCP의 단부로부터 100m 구간까지의 평균 균열간격은 약 2.4m이며, L-CRCP 중앙부의 평균 균열간격은 유사한 철근비가 사용된 A-CRCP C2 구간에 비해 균열간격이 좁게 발생하는 것으로 나타났다. 유사한 철근비가 사용되었음에도 L-CRCP에서의 균열간격이 더 좁게 발생하는 것은 아스팔트 부착방지층을 사용한 CRCP에 비해 린콘크리트가 설치된 CRCP에 균열이 더 많이 발생한다는 것을 의미한다.
- L-CRCP의 중앙부 구간과 단부 부근 구간의 균열폭을 비교하면 단부 부근 구간의 균열폭이 더욱 큰 것을 알 수 있으며, 중앙부의 평균 균열폭은 약 0.2mm 내외, 단부 부근 구간의 평균 균열폭은 약 0.4mm 이내로 나타났다. 따라서 동일한 철근비와 두께를 가지는 CRCP에서 단부가 자유단부인 팽창줄눈으로 처리되었을 경우에는 종방향 위치에 따라 균열폭의 크기가 다르며, 단부 부근 구간의 균열폭이 더 크게 발생하는 것을 알 수 있다.
- 13(a)는 중앙부 270~350m 구간의 균열간격과 균열폭의 관계를 보여준다. 균열폭이 다소 넓은 중앙부와 휠패스 위치에서 측정한 균열폭과 균열간격과의 관계를 보면 균열 간격이 넓을수록 균열폭도 넓어지는 경향을 확인할 수 있다. Fig.
- 다이아몬드 그라인딩으로 표면을 절삭한 경우에는 균열 발생 시기에 따른 균열폭의 변화는 유사한 경향을 보이지만 균열폭의 크기는 상당히 감소하는 것을 알 수 있다. 다이아몬드 그라인딩으로 표면을 약 9mm 정도 절삭한 C1 구간의 균열폭의 경우와 표면을 약 5mm 정도 절삭한 C2와 C3 구간의 경우를 비교하면 C1 구간의 균열폭의 감소가 더욱 큰 것을 알 수 있다. 따라서 CRCP의 횡방향 균열폭의 크기는 표면에서 넓게 관찰되더라도 슬래브 내부로 조금만 들어가도 균열폭이 상당히 좁아지는 것을 알 수 있다.
- A-CRCP에 발생한 횡방향 균열은 초기 균열 발생 후 약 12년이 경과하였으며 약 4년 이내에는 추가적으로 발생한 균열이 없는 반면 L-CRCP는 공용 기간이 비교적 짧은 것을 알 수 있다. 두 구간 모두에서 최근에 발생한 균열의 균열폭이 초기에 발생하여 오랜 시간이 경과한 균열의 균열폭 보다 다소 좁은 경향을 나타내는 것을 알 수 있다. 그러나 균열 발생 후 시간 경과에 비례하여 균열폭이 넓어지지는 않고 어느 정도의 크기로 수렴하는 것을 알 수 있다.
- CRCP는 일반적으로 철근비가 높아지면 종방향 철근이 환경하중에 의한 콘크리트의 수축거동을 제지하는 현상이 커지기 때문에 콘크리트의 인장응력이 증가하게 되며 결과적으로 더 많은 횡방향 균열이 발생하게 된다. 따라서 A-CRCP의 경우 철근비 0.6%인 C1, 0.7%인 C2 구간의 경우는 철근비의 효과가 뚜렷하지 않지만 0.8%인 C3에서는 C1과 C2 구간에 비하여 좁은 균열간격을 보여주는 것을 알 수 있다.
- 13(b)는 단부 부근 구간의 균열간격과 균열폭의 관계를 보여준다. 중앙부와 휠패스 위치에서 측정한 균열폭과 평균 균열간격이 약 4m 이내의 균열들을 보면 균열간격이 넓어질수록 균열폭도 넓어지나 균열간격이 4m보다 커지더라도 균열폭은 이에 비례하여 커지지는 않는 것을 알 수 있다. 또한 Table 9에 나타낸 바와 같이 균열간격이 넓은 단부 부근 구간의 균열폭과 균열간격이 좁은 중앙부 구간의 균열폭을 비교하면 균열간격이 넓은 단부 부근 구간에서의 균열폭이 뚜렷이 더 커지는 것을 알 수 있다.
- 공용 기간이 증가함에 따라 추가적인 횡방향균열이 발생하여 평균 균열간격이 점차 좁아지는 것을 알 수 있다. 철근비 0.6%의 A-CRCP C1 구간과 0.7%의 A-CRCP C2 구간의 균열간격은 양생 초기에는 약 3m, 공용 기간이 약 3년 후인 5차 조사부터는 약 1.6m의 균열간격을 유지하며, 균열간격의 변화가 유사하게 발생하는 것을 알 수 있다. 철근비 0.
- 여름철 균열폭 측정은 A-CRCP C1 구간과 A-CRCP C3 구간에서 수행되었다. 측정 위치는 주행차로의 중앙부와 휠패스에서 측정하였으며, 측정 결과 중앙부와 휠패스 위치의 균열폭은 거의 유사한 것으로 나타났다. A-CRCP C1 구간에서는 총 50개의 횡방향 균열에서 균열폭을 측정하였으며, A-CRCP C3 구간에서는 총 64개의 횡방향 균열에서 균열폭을 측정하였다.
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