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알루미나계열 속경성 도로 보수재료 개발에 따른 경제성 분석
Economic Analysis with Development of Rapid Setting Alumina-based Binder for Road Repair 원문보기

콘크리트학회논문집 = Journal of the Korea Concrete Institute, v.29 no.1, 2017년, pp.3 - 10  

양희준 (한양대학교 건설환경공학과) ,  김민재 (한양대학교 건설환경공학과) ,  홍성인 (한양대학교 건설환경공학과) ,  안기용 (한양대학교 건설환경공학과)

초록
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내 공용중인 고속도로의 60%는 콘크리트로 포장이 되어 있으며, 그중 50% 이상의 도로가 설계 수명 이상 사용으로 인해 포장 손상, 줄눈부 파손, 부분 탈락 등의 다양한 문제가 발생하고 있다. 하지만 기존 도로 구조물의 보수보강은 높은 비용과 그로인한 복잡한 유지관리가 발생하므로 경제적인 보수보강 재료의 개발이 시급하다. 본 연구에서는 도로보수재료로서 기초물성 평가를 위해 칼슘 알루미나 시멘트에 OPC를 무게 대비 0, 10, 20%로 혼입한 재료를 적용하여 응결시간, 압축강도, 휨강도를 측정하였다. 그 결과, 최소물성 기준 및 재료 단가 측면을 고려하였을 때 20% OPC의 경우가 최적배합임을 도출하였다. 또한 일반적인 보수재료들을 이용한 특정 도로의 공사비용 산정을 위해, 상용 프로그램(CA4PRS)을 사용하여 경제성 분석을 실시하였다. 그 결과 20% OPC의 경우 총 시공 및 이용자 비용으로 각각 40.52, 15.77억 원이 발생하였으며, 총합으로 비교 시 가장 경제성이 높은 재료로 판단되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In case of Korea highways, about 60% of highways are paved by concrete and more than 50% of them were repaired due to reduction in required performance such as damage in pave or joint and delamination of cover pavement. However, repairing old material in such structure generally costs a lot of money...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구에서는 CAC와 OPC를 혼입한 시멘트의 고속도로 보수 재료로서의 현장 사용성을 알아보기 위해 압축강도, 휨강도, 응결시간 측정이 이루어졌다. CAC에 20%의 OPC를 혼입한 시멘트가 규정상의 압축강도와 휨강도를 만족하며 가장 빠른 응결을 보여, 도로 보수재료로서 가장 높은 사용성을 보였다.
  • 본 연구에서는 CAC와 OPC를 혼입한 콘크리트의 보수재료로서의 적용가능성에 대한 평가를 수행하고자 각 배합별로 응결시간과 압축강도 및 휨 강도를 측정하였으며 이 중 교통개방기준을 만족하면서 동시에 경제적인 배합을 선정하였다.
  • 이에 본 연구에서는 콘크리트 포장도로의 보수재료로서 산화알루미늄의 함량이 높은 CAC와 OPC를 혼입하여 초기 강도 증진의 효과를 통해 도로 보수재료의 기본 요구 성능 (교통개방기준)을 만족하며 경제성을 고려한 최적 배합비를 산정하고 기존 재료를 사용하였을 경우와의 경제성 분석을 실시하여 개발된 보수재료의 경제성 및 현장 적용성을 검토하였다.

가설 설정

  • 의 연구결과에 따르면 설계 속도가 80 km/h인 공사 구간의 1차로 용량의 값은 약 1,650 pcphpl이이므로 공사 시에는 이 값을 적용하였으며 공사 전 용량은 도로용량편람에서 제시한 2,200 pcphpl을 입력하였다. 또한 공사 조건을 1개 차로로 한정하여 양쪽 모두 길어깨가 존재하지 않으며 차로폭은 3.4 m로 가정하였다.3)
  • 또한 본 연구에서는 재포장을 위해 24시간 차단하여 시공함에 있어 사용자의 불편함이 발생할 수 있으므로 박지원1)의 연구 결과를 참고하여 나타나지 않은 비율 10%, 우회비율 15% 및 우회로 인한 통행시간을 20분으로 가정하였다.
  • 1과 같이 크게 기존 콘크리트 철거를 포함한 준비기간, 포설기간, 양생 및 차선 도색기간으로 구분할 수 있다. 이 중 양생 기간을 제외한 나머지 공정은 사용 재료와 관계없이 모두 동일한 것으로 가정하였다.
  • 이에 기존 콘크리트의 철거 및 준비기간은 2일, 포설기간은 기계를 이용한 콘크리트 포설속도가 약 1 m/분인 점과 장비 및 작업자의 효율(약 80%)을 감안하여 전체 공사 구간 9.2 km를 0.8 m/분으로 나눈 값인 약 8일로 가정하였고, 차선 도색기간은 마감 및 굳는 시간을 고려하여 1일로 두고 계산을 하였다. 다만, 포설과 동시에 철거가 이루어짐으로 추가적인 철거기간은 더하지 않았다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
도로 보수재료로 쓰이는 것은 무엇인가? 현재 도로 보수재료로는 초속경 시멘트, 조강슬래그 시멘트, 초속경 아크릴계 개질 콘크리트, 라텍스 개질 콘크리트 및 폴리머 콘크리트 등 다양한 종류가 쓰이고 있다. 1,2,4,6) 특히 초속경 아크릴계 개질 콘크리트의 경우 CSA계를 다량 첨가하여 짧은 시간 내에 요구되어지는 강도를 발현하며 core-cell 중합반응을 통하여 부착강도 및 휨강도를 향상시킬 수 있다.
초속경 아크릴계 개질 콘크리트의 장점은 무엇인가? 현재 도로 보수재료로는 초속경 시멘트, 조강슬래그 시멘트, 초속경 아크릴계 개질 콘크리트, 라텍스 개질 콘크리트 및 폴리머 콘크리트 등 다양한 종류가 쓰이고 있다. 1,2,4,6) 특히 초속경 아크릴계 개질 콘크리트의 경우 CSA계를 다량 첨가하여 짧은 시간 내에 요구되어지는 강도를 발현하며 core-cell 중합반응을 통하여 부착강도 및 휨강도를 향상시킬 수 있다.4) 그러나 위 재료는 작업성, 온도의존성 등 사용에 있어 어려움이 있으며 특히 대규모 공사 시 높은 재료단가로 인한 경제성 저하를 초래할 수 있다.
초속경 아크릴계 개질 콘크리트의 단점은 무엇인가? 1,2,4,6) 특히 초속경 아크릴계 개질 콘크리트의 경우 CSA계를 다량 첨가하여 짧은 시간 내에 요구되어지는 강도를 발현하며 core-cell 중합반응을 통하여 부착강도 및 휨강도를 향상시킬 수 있다.4) 그러나 위 재료는 작업성, 온도의존성 등 사용에 있어 어려움이 있으며 특히 대규모 공사 시 높은 재료단가로 인한 경제성 저하를 초래할 수 있다.4,6)
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참고문헌 (18)

  1. Lee, B. C., Kim, J. C., Uhm, J. Y., and You, T. E., "A Experimental Study on Concrete Pavement for Early Traffic Opening", Proceeding of the Korean Society of Civil Engineers, Vol. 2, 1996, pp.17-20. 

  2. Won, J. P., Kim, H. H., and Anh, T. S., "Mechanical Properties of High-Early-Strength Concrete for Early Traffic Opening", Journal of the Korean Society of Road Engineers, Vol. 3, No. 2, 2001, pp. 123-130. 

  3. Park, J. W., "Case Studies of Life Cycle Cost Analysis for Rehabilitation of Deteriorated Expressway Concrete Pavements", Master Thesis, Hanyang University, Ansan, Korea, 2016. 

  4. Lee, S. W., Kim, Y. K., and Lee, P. H., "A Study on the Application of Very Rapid Hardening Acrylic Polymer Modified Concrete for Bonded Concrete Overlay Method", Journal of the Korean Society of Road Engineers, Vol. 13, No. 1, 2011, pp. 139-148. 

  5. Han, D. S., Do, M. S., Kim, S. H., and Kim, J. H., "Life Cycle Cost Analysis of Pavement Maintenance Standard Considering User and Socio-Environmental", Journal of the Korean Society of Civil Engineers D, Vol. 27, No. 6, 2007, pp. 727-740. 

  6. Lee, S. H., "The Study of Mix Proportions of Early-Strength Bridge Deck Pavement Concrete", Master Thesis, 2009, Kumoh National Institute of Technology, Gumi, Korea. 

  7. Neville, A. M., Properties of Concrete - Fourth Edition, John Wiley & Sons, Inc. 2012, pp. 91-102. 

  8. Lea, F. M., and Hewlett, P. C., Lea's Chemistry of Cement and Concrete - Fourth Edition, Elsevier, 2007, pp. 713-775. 

  9. Ping, G., James, J. B., Admond, H. Q., and Robert, E. M., "Early Strength Development and Hydration of Ordinary Portland Cement/Calcium Aluminate Cement Pastes", Advanced Cement Based Materials, Vol. 6, No. 2, 1997, pp. 53-58. 

  10. Onder, K., "Temperature Effect on Calcium Aluminate Cement Based Composite Binders", Doctoral Thesis, Middle East Technical University, 2009. 

  11. Salim, B., Shaswata, M., and Hamid, N., "Effects of Nano-Al2O3 on Early-age Microstructural Properties of Cement Paste", Construction and Building Materials, Vol. 52, 2014, pp. 189-193. 

  12. Park, K. J., "A Desicion-Making System with Dual Stages for Rehabilitation Method Considering the Transportation Management on Expressways", Doctoral Thesis, Chung Ang University, Seoul, Korea, 2014. 

  13. Lee, M. R., Kim, D. G., Kim, H. S., and Lee, C. W., "Capacity of Urban Freeway Work Zones", Journal of the Korean Society of Civil Engineers, Vol. 33, No. 3, 2013, pp. 1123-1130. 

  14. Ministry of Land, Infrastructure and Transport, "Yearbook of Road Statistics", 2014. 

  15. Ministry of Land, Infrastructure and Transport, "Korea Highway Capacity Mannual", 2013. 

  16. Ministry of Land, Infrastructure and Transport, "Annual Traffic Volume Report", 2005-2014. 

  17. Lee, H., Ann, K. Y., and Sim, J. S., "Experimental Study on Performance of MgO-based Patching Materials for Rapid Repair of Concrete Pavement", International Journal of Highway Engineering, Vol. 18, No. 1, 2016, pp. 43-55. 

  18. Jin, S. H., Yang, H. J., Hwang, J. P., and Ki, Y. A., "Corrosion behavior of steel in CAC-mixed concrete containing different concentrations of chloride", Construction and Building Materials, Vol. 110, No. 1, 2016, pp. 227-234. 

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