선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 교면포장은 교통하중 및 환경하중으로부터 교량의 바닥판을 보호하고 차량의 주행성 및 안전성을 확보하는 것을 목적으로 설치한다. 시멘트 콘크리트 교면포장이란 표층이 시멘트 콘크리트 층으로 이루어진 교면포장을 의미하며, 시공방법에 따라 크게 일체식(노출) 교면포장 공법과 덧씌우기식 교면포장 공법으로 분류할 수 있다.
- 교통 및 환경하중으로부터 교량 바닥판을 보호하고 차량의 주행성과 안전성 확보를 목적으로 하는 개질 시멘트 콘크리트 중심의 교면포장 재료 대신 경제성과 시공편의성 확보가 가능한 보통 포틀랜드 시멘트 기반 교면포장 재료 개발을 목적으로 본 연구를 진행하였다. 이를 위해 보통 포틀랜드 시멘트 기반 배합설계 안을 제시
- 이와 같은 국내외 연구결과 및 공용성 평가결과를 종합적으로 고려해 볼 때, 개질 콘크리트 중심의 덧씌우기 교면포장 재료만이 적용되고 있는 국내 현실에 대해 재검토해 볼 시점이 바로 지금이라고 할 수 있겠다. 따라서 본 연구의 목적은 보통포틀랜드 시멘트 기반 교면포장 재료를 개발하고, 실내에서 그 적용 가능성을 평가한 후, 이의 시험포장을 통해 초기 공용성을 평가하는데 있다. 보통포틀랜드 시멘트 기반 교면포장재가 개발된다면 이는 기존의 개질 교면 포장재료에 비해 재료 측면에서 경제성 확보가 가능할 뿐만 아니라 전용 시공장비가 아닌 일반 레미콘을 이용하여 재료생산이 가능하기 때문에 시공 편의성의 획기적인 향상을 도모할 수 있고, 초기 품질관리 및 양생관리를 철저히 한다면 우수한 장기내구성도 확보할 수 있을 것이다.
- 본 논문에서는 보통포틀랜드 시멘트 기반 교면포장재료의 최적 배합 도출, 재료 성능 평가, 그리고 습윤 양생을 통한 초기 시험시공 결과에 한정해서 본문을 구성함을 밝힌다.
제안 방법
- Φ100mm×200mm 원형 공시체 상부에서부터 50mm 단위로 3개(상, 중, 하)의 시험편을 확보하고 진공(Vacuum saturation) 장치를 사용하여 진공처리 및 증류수 주입 등의 전처리 공정을 실시한다.
- 이와 같은 배합설계기준과 내구성능 품질기준을 만족시키는 보통 포틀랜드 시멘트 기반 교면포장 재료 배합을 결정하기 위해 다수의 예비 배합을 실시하였으며 작업성과 초기 강도 평가를 통해 본 실험을 위한 배합변수를 Table 5와 같이 결정하였다. 가장 주요한 변수로 보통 포틀랜드 시멘트 함량(C=410, 430, 450kg/m3)을 선정하였으며, 예비 배합 결과를 바탕으로 W/B는 42%, S/a는 48%, 고성능 감수제(super plasticizer, SP) 및 수축 저감제(shrinkage retarder)는 바인더 함량의 1.0%, AE제는 3.0%를 기본 배합으로 결정하였다. 실제 시방서 상에는 W/B를 40% 이하로 제안하고 있으나, W/B를 줄이면 필요 슬럼프를 확보하기 위해 고성능 감수제 함양을 늘려야 하고, 이는 실제 레미콘 생산 시 재료의 민감도가 높아지는 문제가 있어, 본 배합에서는 시험시공을 고려하여 W/B를 42%로 상향 조정하였다.
- 3에 나타나 있다. 골재의 밀도 및 흡수율은 기준치를 만족하고 있으며 입도곡선의 경우 굵은 골재의 경우 상한선을, 잔골재의 경우 하한선을 약간 벗어가는 경향을 보이고 있으나 실제 적용에는 큰 문제가 없는 것으로 보고 실험을 진행하였다.
- 9m)에 인근 플랜트 레미콘을 이용하여 시험시공을 실시하였다. 교면포장 마무리 장비는 롤러 튜브(roller tube)를 이용하였으며, 1차 피막 양생 후 익일 2차 습윤양생을 실시하였으며, 습윤양생 후에 실시한 전면 조사에서 교량 전 구간에 걸쳐 균열이 발생되지 않는 우수한 초기 공용성을 확보하였다.
- 본 배합 실험의 최적 변수를 확보하기 위해 다양한 변수로 예비배합을 사전에 실시하였다. 그러나 예비배합 실험과정에서 일반적인 보통 포틀랜드 시멘트 기반 강도로 보기에는 압축강도결과가 너무 높게 나와 실험에 사용된 두 종류의 시멘트 성분 분석을 의뢰하였으며 Table 1과 같은 화학성분 결과를 얻었다. 일반적인 1종 시멘트 및 3종 조강시멘트의 비표면적(blain)이 각각 2,800cm2/g, 3,300cm2/g인 점을 고려할 때, Table 1에서 보는 바와 같이 본 실험에 사용된 시멘트는 1종 시멘트임에도 불구하고 상당히 높은 비표면적을 가지고 있다.
- 먼저 굳지않은 콘크리트 상태 성능평가를 위해 각 변수별 공기량 시험, 슬럼프 시험 및 슬럼프 로스(loss) 시험을 실시하였다. 슬럼프 로스 시험의 경우 실제 작업 현장에서 작업 가사 시간 정도를 파악하기 위한 시험으로 최초 슬럼프 시험 이후 동일 재료에 대해 20분 경과 후 슬럼프를 다시 측정한 결과를 기술하였다.
- 보통 포틀랜드 시멘트 기반 교면 포장 재료의 변수별 강도 성능 평가를 위하여 압축강도, 휨강도, 부착강도 시험을 각각 실시하였다. 기본적으로 압축강도의 경우 교량 바닥판 강도 이상의 압축강도를 요구하고 있으나, 일반적으로 도로교에서 요구하는 최소 압축강도 기준은 35MPa 이상으로 파악하고 있다.
- 보통 포틀랜드 시멘트 기반 교면 포장 재료의 변수별 내구 성능 평가를 위해서 동결융해시험, 스케일링 시험, 건조수축 시험 및 염소이온 침투저항성 시험을 각각 실시하였다. 동결융해 저항성 시험을 위해 KS F 2456 A type(수중 급속 동결융해 방법)으로 시험을 실시하였으며, 이 시험은 실제 교면포장에서 발생할 수 있는 장기 내구성을 종합적으로 판단할 수 있는 가장 효과적인 방법 중에 하나라고 할 수 있다.
- 보통 포틀랜드 시멘트 콘크리트 기반 교면포장 재료를 개발하기 위해 바인더 함량을 주요 변수로 하는 배합 실험을 실시하였으며, 굳지않은 콘크리트 상태평가, 강도 성능평가 및 내구성능 평가를 실시하여 최종 Table 11과 같은 시방배합을 얻었으며, 이를 적용한 시험시공을 실시하였다.
- 보통 포틀랜드 시멘트 함양을 주요 변수로 하는 3가지 배합을 대상으로 최적 배합을 선정하기 위해 굳지않는 콘크리트 상태 평가, 강도 성능평가 및 내구성 평가를 각각 Table 6에서 제시한 시험항목 및 시험기준에 따라 실시하였다. 국내 기준이 없거나 폐기된 균열 저항성 시험 및 스케일링 시험의 경우 해당 외국기준을 준용해서 시험을 실시하였다.
- 보통 포틀랜드 시멘트만을 이용한 교면 포장 배합의 목적을 달성하기 위한 전략으로 충분한 바인더 함량의 확보, 균열 방지를 위한 물-바인더(W/B) 비율 최적화, 고성능 감수제 사용, 수축저감제 사용을 주요 기반으로 하는 배합설계를 실시하였다. 특히 장기 내구성 확보를 위한 혼화재(플라이애시) 사용을 초기에는 검토하였으나 국내 플라이애시 성분의 변동성과 시험시공 예정 인근 시멘트 플랜트의 재료 수급 여건 등을 종합적으로 고려하여 본 배합에서는 적용하지 않기로 결정하였다.
- 본 배합 실험의 최적 변수를 확보하기 위해 다양한 변수로 예비배합을 사전에 실시하였다. 그러나 예비배합 실험과정에서 일반적인 보통 포틀랜드 시멘트 기반 강도로 보기에는 압축강도결과가 너무 높게 나와 실험에 사용된 두 종류의 시멘트 성분 분석을 의뢰하였으며 Table 1과 같은 화학성분 결과를 얻었다.
- 하였으며, 굳지않는 콘크리트 상태 성능평가, 강도 특성 평가 및 내구성능 평가를 통해 최적 배합을 선정하였다. 선정된 배합설계안에 대해 실제 김제시 연정교차로 램프교에 시험적용을 실시하였으며, 1차 피막양생 및 28일간 2차 습윤양생을 통해 대상 교량 전 구간(연장 105m)에 걸쳐 균열이 발생되지 않는 우수한 초기 공용성을 확보하였으며 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 시험변수별 휨 강도 특성을 평가하기 위해 KS F 2408에 따라 휨 시편을 제작하였으며, 재령 28일 강도 기준으로 약 7MPa을 상회하는 충분한 휨 강도 특성을 보이고 있다. 재령 7일 강도와 재령 92일 강도의 평균치가 큰 차이를 보이고 있지 않으며(높은 조기 강도 발현), 압축강도와 유사하게 변수별 W/B가 동일한 관계로 변수 별 휨 강도특성 변화는 명확히 보이지 않고 있다.
- 0%를 기본 배합으로 결정하였다. 실제 시방서 상에는 W/B를 40% 이하로 제안하고 있으나, W/B를 줄이면 필요 슬럼프를 확보하기 위해 고성능 감수제 함양을 늘려야 하고, 이는 실제 레미콘 생산 시 재료의 민감도가 높아지는 문제가 있어, 본 배합에서는 시험시공을 고려하여 W/B를 42%로 상향 조정하였다.
- 전류를 측정하기 위하여 시험체를 Applied Voltage Cell에 고정시키고, cell의 (-)극에는 3%의 NaCl 용액을, (+)극에 0.3N의 NaOH 용액을 채우고 60±0.1V의 직류 전원을 흘려 매 30분(총 6시간)마다 0.2Ω에 걸리는 전압을 측정하여 염소이온의 통과전하량을 최종 측정한다.
- 하였으며, 굳지않는 콘크리트 상태 성능평가, 강도 특성 평가 및 내구성능 평가를 통해 최적 배합을 선정하였다. 선정된 배합설계안에 대해 실제 김제시 연정교차로 램프교에 시험적용을 실시하였으며, 1차 피막양생 및 28일간 2차 습윤양생을 통해 대상 교량 전 구간(연장 105m)에 걸쳐 균열이 발생되지 않는 우수한 초기 공용성을 확보하였으며 다음과 같은 결론을 도출하였다.
대상 데이터
- 4. 최종 선정된 배합설계에 대해 그 적용 가능성을 검토하기 위해 김제시 관내 연정교차로 램프교(ramp-A교, 연장 105m, 폭 7.9m)에 인근 플랜트 레미콘을 이용하여 시험시공을 실시하였다. 교면포장 마무리 장비는 롤러 튜브(roller tube)를 이용하였으며, 1차 피막 양생 후 익일 2차 습윤양생을 실시하였으며, 습윤양생 후에 실시한 전면 조사에서 교량 전 구간에 걸쳐 균열이 발생되지 않는 우수한 초기 공용성을 확보하였다.
- 본 실험에 사용된 잔골재 및 굵은 골재는 실제 시험시공 예정지인 김제시 인근 시멘트 플랜트에서 직접 수급해 왔으며, 굵은 골재 및 잔골재의 기초 물성 및 입도곡선은 Table 2 및 Fig. 3에 나타나 있다. 골재의 밀도 및 흡수율은 기준치를 만족하고 있으며 입도곡선의 경우 굵은 골재의 경우 상한선을, 잔골재의 경우 하한선을 약간 벗어가는 경향을 보이고 있으나 실제 적용에는 큰 문제가 없는 것으로 보고 실험을 진행하였다.
- 9m)에 실시하였다. 시험 시공은 오전 11시에 시작하여 전체 교량을 시공하는데 약 4시간이 소요되었으며, 인근 플랜트의 레미콘을 이용하여 시공하였다. 교면포장 마무리 장비는 롤러 튜브(roller tube)를 이용하였으며, 1차 피막 양생 후 익일 2차 습윤양생을 Fig.
- 시험시공은 2017년 9월 13일 김제시 관내 국도 대체 우회도로(흥사-연정) 건설공사 중 연정교차로 램프교(ramp-A교, 연장 105m, 폭 7.9m)에 실시하였다. 시험 시공은 오전 11시에 시작하여 전체 교량을 시공하는데 약 4시간이 소요되었으며, 인근 플랜트의 레미콘을 이용하여 시공하였다.
이론/모형
- 균열저항성 시험의 경우 ASTM C 1581을 준용하여 시험을 실시하였으며(Fig. 9 참조), W/B가 동일한 경우, 바인더 함량이 높을수록, 균열이 먼저 발생되는 것으로 평가되었다. 이와 같은 결과는 동결융해저항성 및 염소이온침투 저항성 시험 결과와 유사한 경향을 보이고 있으며, 그 원인으로는 동결융해 저항성 분석에서 기술한 바와 같이 바인더 함량 증가(동일 W/B)에 따른 상대 잉여수 증가에 따른 내구성 저하가 그 원인이 될 수 있다.
성능/효과
- 1. 보통 포틀랜드 시멘트 콘크리트 기반 교면포장 재료를 개발하기 위해 바인더 함량을 주요 변수로 하는 배합실험을 실시하였으며, 굳지않은 콘크리트 상태 평가, 강도 성능평가 및 내구성능 평가를 실시하여 최종 바인더 함량 410kg/m3, W/B=0.42, S/a=0.48를 기본으로 하는 최적 배합을 선정하였다.
- 2. 예비 실험과 본 실험을 통해 적용 대상인 1종 시멘트가 보통 포틀랜드 시멘트임에도 불구하고 상당히 높은 비표면적 3,820cm2/g 및 비교적 높은 C3A 함량(8.3%)을 보이고 있으며, 이로 인해 압축강도는 재령 3일에 30MPa, 휨강도는 재령 7일에 7MPa을 상회하는 조강특성을 보였다.
- 10에서와 같이 실시하였다. 28일간의 2차 습윤 양생 기간동안 지속적으로 살수를 실시하여 교면 바닥판 전 면적에 충분한 습윤 상태를 유지시켰으며, 습윤 양생 후에 실시한 전면 조사에서 교량 전 구간에 걸쳐 균열이 발생되지 않는 결과를 얻었다.
- 3. 내구성능 측면에서는 염소이온침투 저항성 수준이 비록‘보통(3,500 쿨롱(Coulomb))’수준으로 측정되었으나, 동결융해저항성 (300사이클 동안 90% 상대동탄성계수), 스케일링(0.0056kg/m2 박리량, 매우 우수 수준) 및 건조수축(재령 91일 건조 수축량, 0.124% 수준) 관련 내구성 평가 결과 등과 연계해서 종합적으로 판단할 필요가 있다.
- C 410kg/m3 변수의 경우 공기량 6%, 목표 슬럼프인 150mm에 근접한 성능을 보였으며, 콘크리트의 거칠기 및 성형성이 양호했으며, 점성 및 작업성이 우수하였으나 상대적으로 슬럼프 로스는 큰 것으로 판단되었다.
- 보통 포틀랜드 시멘트 기반 교면 포장 재료의 변수별 내구 성능 평가를 위해서 동결융해시험, 스케일링 시험, 건조수축 시험 및 염소이온 침투저항성 시험을 각각 실시하였다. 동결융해 저항성 시험을 위해 KS F 2456 A type(수중 급속 동결융해 방법)으로 시험을 실시하였으며, 이 시험은 실제 교면포장에서 발생할 수 있는 장기 내구성을 종합적으로 판단할 수 있는 가장 효과적인 방법 중에 하나라고 할 수 있다. 300 사이클 동결융해 시험 동안 실시한 상대동탄성계수 값은 모두 초기치의 90% 이상을 상회하는 우수한 내구성능을 보여주고 있다.
- 또한 2004년도 한국도로공사의 ‘콘크리트 노출 바닥판의 적용 및 유지관리에 관한 연구’보고서에 따르면 80년대에 건설된 88 올림픽 고속도로, 호남고속도로 확장, 중부고속도로 상에 적용된 일체식(노출) 교면포장의 경우, 일부 교량 바닥판 상면에 철근 부식 및 콘크리트 박락과 같은 손상이 발생되었으나 17~20 여년 동안 공용된 조기파손 교량 외의 일체식(노출) 교면포장의 외관조사 및 상태 평가를 실시한 결과, 콘크리트의 품질과 피복두께가 충분히 확보한 경우에는 상당히 양호한 공용성을 보이고 있다고 기술하고 있어, 보통 포틀랜드 시멘트를 이용하고 시공품질이 확보된다면 20년 이상 교면포장의 수명 확보가 가능하다는 것을 알 수 있었다.
- 15% 이하로 수축량을 유지해야 한다. 본 시험에서는 재령 7일 기준으로 변수에 상관없이 수축량이 0.0461 % 수준으로 나타났으며, 재령 91일 건조 수축량 또한 0.124% 수준으로 기준 값을 충분히 충족하는 것을 알 수 있다.
- 기본적으로 압축강도의 경우 교량 바닥판 강도 이상의 압축강도를 요구하고 있으나, 일반적으로 도로교에서 요구하는 최소 압축강도 기준은 35MPa 이상으로 파악하고 있다. 예비실험 및 시멘트 화학성분 분석결과로 보통 포틀랜드 시멘트의 높은 조강성이 판명되었으며, 실제 압축강도 시험결과에서도 재령 3일에 약 30MPa, 28일에 모든 변수에 걸쳐 50MPa을 상회하는 높은 강도 특성을 보이고 있다. 최종 92일 강도의 경우 플라이애시 및 기타 혼화재의 미사용으로 장기강도가 크게 증진되는 경향은 보이고 있지 않았으나, 보통 포틀랜드 시멘트 바인더 함량 400kg/m3 이상 적용 시(단, W/B=0.
후속연구
- 5MPa을 상회하는 결과를 보이고 있다. 그러나 실제 교면 현장에서의 부착강도 특성은 기존 교량 바닥판의 전처리 공정을 통한 충분한 부착 면적(요철) 확보 유무, 표면의 청소 유무에 따라 동일 재료를 사용하더라도 그 강도 특성이 상이하게 나타남에 따라 본 시험결과는 기본적인 참고자료만 사용할 예정이다.
- 종합적인 내구성 평가를 위해서는 염소이온침투 저항성 수준이 비록‘보통’수준으로 측정되었으나, 동결융해저항성, 스케일링 및 건조수죽 관련 내구성 평가 결과 등과 연계해서 판단할 필요가 있다. 또한 염소이온침투 저항성 시험 방법의 타당성과 국내 기준치에 대해서도 다양한 학계의 의견이 있는 만큼 추가적인 연구 및 관심이 지속될 필요가 있겠다.
- 124% 수준) 관련 내구성 평가 결과 등과 연계해서 종합적으로 판단할 필요가 있다. 또한 염소이온침투저항성 시험 방법의 타당성과 국내 기준치에 대해서도 다양한 학계의 의견이 있은 만큼 추가적인 연구 및 관심이 지속될 필요가 있겠다.
- 따라서 본 연구의 목적은 보통포틀랜드 시멘트 기반 교면포장 재료를 개발하고, 실내에서 그 적용 가능성을 평가한 후, 이의 시험포장을 통해 초기 공용성을 평가하는데 있다. 보통포틀랜드 시멘트 기반 교면포장재가 개발된다면 이는 기존의 개질 교면 포장재료에 비해 재료 측면에서 경제성 확보가 가능할 뿐만 아니라 전용 시공장비가 아닌 일반 레미콘을 이용하여 재료생산이 가능하기 때문에 시공 편의성의 획기적인 향상을 도모할 수 있고, 초기 품질관리 및 양생관리를 철저히 한다면 우수한 장기내구성도 확보할 수 있을 것이다.
- 종합적인 내구성 평가를 위해서는 염소이온침투 저항성 수준이 비록‘보통’수준으로 측정되었으나, 동결융해저항성, 스케일링 및 건조수죽 관련 내구성 평가 결과 등과 연계해서 판단할 필요가 있다.
- 초기 발생하는 소성수축은 습윤 양생으로 방지하고, 장기적으로 발생되는 건조수축은 W/B의 최적화 및 수축저감제(SR, 바인더 함량의 1.0% 사용)의 사용으로 방지할 수 있을 것이다. 신설 교면포장 재료의 건조수축에 대한 기준값은 현 시방서에 제시되어 있지 않은 관계로, 고속도로공사 전문시방서(2012)에 제시되어 있는 유지보수 기준을 준용하여 적용하면 재령 7일 기준으로 0.
- 향후 본 시험시공구간에 대해 지속적인 공용성 평가를 수행하여 그 적용 가능성을 구체적으로 모니터링 할 예정이며, 보통 포틀랜드 시멘트 콘크리트 기반 교면포장의 시공성 평가 관련 자세한 내용에 대해서는 추가적인 논문 작업이 이루어질 예정이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.