[논문]고속도로 시멘트 콘크리트 포장에서의 재료 원인 파손

유태석; 홍승호; 김홍기; 한승환

문제 정의

공용년수가 약 7년 정도 경과된 콘크리트 포장에 과도한 표면의 망상 균열과 내부 균열이 전 깊이에 발생하여 이에 대한 원인 분석과 대책수립을 위한 연구 검토가 수행되었다.
본 연구에서 수행된 광범위한 조사결과 중에 특이할 만한 사항 몇 가지를 파손의 주요 원인으로 판단하고 기술하기로 한다. 특히 이번 조사에서는 현미경을 이용한 광물학적인 분석을 사용한 것이 특이사항으로서 본조사를 통해 본 파손구간의 주요파손 원인을 규명할 수 있었다.
발생되어 손상 원인에 대한 조사 분석이 수행되었다. 본 조사는 이러한 현장 구간에 대한 시공자료분석, 현장조사, 및 결과분석을 통해 해당구간의 스폴링 발생 원인과 포장의 구조적 안전성, 그리고 포장의 기능 유지를 위한 보수, 보강 방안의 필요성 및 시행방법 등을 검토하는 것을 목적으로 하여 수행되었다.

제안 방법

포장 콘크리트의 공기량 조사는 현장에서 채취한 010cm 코아를 두께 3~ 5cm의 디스크 형태로 절단하여 표면에 분포된 공극의 형상과 크기를 ASTM C 457-98에 규정된 “현미경을 이용한 굳은 콘크리트의 공극구조 결정” 시험법에 근거하여 실시하였다.(ASTM C 457-98, Standard Test Method for Microscopical Determination of Parameters of the Air-Void System in Hardened Concrete) 이때 채취시편은 코아강도 결과를 위해 절단된 20cm를 제외한 나머지 부분에서 추출하여 시험을 수행하였다.
공용년수가 7년 정도 경과된 일부 콘크리트 포장 구간의 가로줄눈부와 세로 줄눈부에 많은 줄눈부 파손이 발생되어 손상 원인에 대한 조사 분석이 수행되었다. 본 조사는 이러한 현장 구간에 대한 시공자료분석, 현장조사, 및 결과분석을 통해 해당구간의 스폴링 발생 원인과 포장의 구조적 안전성, 그리고 포장의 기능 유지를 위한 보수, 보강 방안의 필요성 및 시행방법 등을 검토하는 것을 목적으로 하여 수행되었다.
본 연구에서는 국내 고속도로 현장의 일부 개소에서 발생되어진 손상에 대한 원인 분석을 수행하여, 재료 원인 손상의 몇가지 유형을 분리하여 검토하였으며, '그 현황을 분석하였다. 이러한 연구결과는 단순히 손상의 원인 규명과 대책 수립을 뛰어넘어 보다 내구적인 고성능 시멘트 콘크리트 포장의 고속도로 적용을 위한 전 단계 연구로 유용할 것으로 판단된다.
앞서 기술한 바와 같은 일부 콘크리트 포장 구간의 파손 원인 분석을 통해 재료 원인 파손(MRD)에 대한 검토를 수행하였다. 이러한 MRD의 체계적 분석과 대책 수립을 통해 적절한 두께 설계를 통해 시공되는 콘크리트 포장의 공용수명이 확보될 수 있을 것이다.
그리고 타이바 삽입위치의 콘크리트 충진이상으로 인한 표면흔적의 발생하였으며, 포장 표면의 미끄럼 저항 증진을 위해 설치된 타이닝이 차륜 궤적을 중심으로 해서 마모가 심하게 발생되어져 있었다. 이에 대한 파손 원인 분석을 위하여 강도, 사용골재, 공기량 등과 같은 재료특성 및 지지력, 하중전달계수《과 구조특성, 그리고 시공 특성에 대한 광범위한 조사를 실시하였다.
줄눈부 파손구간에 대한 원인분석 및 대책 수립을 위한 조사는 육안조사, 평탄성조사, 지지력조사, 강도 조사 그리고 기타 물성조사 둥에 대한 전반적인 조사를 병행하여 실시하였다. 파손 형태를 수치화하기 위하여 미국 오하이오 도로국에서 줄눈 콘크리트포장의 프로젝트 레벨에서 수행하고 있는 PCR 방법을 사용하여 파손 형태를 슬래브별로 상.
그리고 기타 물성조사 둥에 대한 전반적인 조사를 병행하여 실시하였다. 파손 형태를 수치화하기 위하여 미국 오하이오 도로국에서 줄눈 콘크리트포장의 프로젝트 레벨에서 수행하고 있는 PCR 방법을 사용하여 파손 형태를 슬래브별로 상. 중 .
파손구간의 콘크리트 포장의 건전부와 파손부로부터 현장 채취한 코아의 상단을 두께 방향의 관찰이 가능하도록 절단하여, 표면에서부터 깊이별로 Video Microscope를 통해 확대하여 얻어진 영상을 관찰하는 방법으로 시험이 수행되었다.

이론/모형

유발한 것으로 판단되었다. 포장 콘크리트의 공기량 조사는 현장에서 채취한 010cm 코아를 두께 3~ 5cm의 디스크 형태로 절단하여 표면에 분포된 공극의 형상과 크기를 ASTM C 457-98에 규정된 “현미경을 이용한 굳은 콘크리트의 공극구조 결정” 시험법에 근거하여 실시하였다.(ASTM C 457-98, Standard Test Method for Microscopical Determination of Parameters of the Air-Void System in Hardened Concrete) 이때 채취시편은 코아강도 결과를 위해 절단된 20cm를 제외한 나머지 부분에서 추출하여 시험을 수행하였다.

성능/효과

검토구간이 갖는 공극의 분포가 그림 1에서와 같이 비교적 공극의 직경이 큰 1.0~3.0mm 사이에 많이 존재함을 알 수 있었는데, 이는 중부고속도로 채취 시편의 공극분포 특성과는 상당한 차이점이 존재하는 것으로 나타났다. 일반적으로 연행공기에 의한 기포는 작게 그리고 고르게 많이 분포하는 것이 내구성 향상에 많은 기여를 하는 것으로 알려져 있으며, 자연발생적인 기포는 이러한 조건을 만족시키지 못하는 경우가 많다.
의하여 노란색 형광 빛을 나타나는 것을 관찰할 수 있었다. 그리고 SEM X-ray 분석을 통하여 콘크리트 시편 내에 존재하는 생성물은 알칼리-골재 반응에 의한 생성물을 판별할 수 있었다. 이와 같은 분석 결과를 바탕으로 본 조사 대상 구간의 콘크리트포장의 파손 원인은 알칼리-골재 반응에 의한 파손으로 잠정적으로 결론을 도출하였다.
표면에서 발생된 종방향 균열은 불규칙한 깊이로 포장체 하부로 균열이 진전되고 있는 것 이 관찰되었다. 또한, 포장의 깊이별로 포장체 내부에 불규칙적으로 수평한 방향으로 균열이 발생된 것이 관 찰되었으며, 이 균열의 일부는 상부 및 하부 표면에서 발생된 수직 방향 균열과 연결되어 있는 것으로 관찰 되었다.
본 검토 구간에 대해서도 다양한 원인 분석을 위한 실험과 조사가 수행되었으며, 그 중에 균열이 있는 콘크리트에서 채취된 시편에 형광 시약을 처리한 후 자외선 광선을 비추게 되면 시약과 알칼리-골재 반응 부에 화학반응에 의하여 노란색 형광 빛을 나타나는 것을 관찰할 수 있었다. 그리고 SEM X-ray 분석을 통하여 콘크리트 시편 내에 존재하는 생성물은 알칼리-골재 반응에 의한 생성물을 판별할 수 있었다.
본 검토 대상 구간의 줄눈 콘크리트에 발생된 파손 유형은 차선과 포설 시점에 따라 파손의 정도와 범위가• 다양하게 나타났다. 전형적인 파손 유형은 포장 표면에 종방향으로 불규칙적인 균열이 발생되어 있으며, 일부 포장 단면에서는 횡방향 균열이 발생되어 있다.
여러 가지 조사 항목 중 주요한 파손 원인으로 결과가 도출된 것은 포장 콘크리트 내부의 공기량 미흡으로 파악되었으며, 이러한 내구성 확보인자의 미흡함이 다른 부차적인 원인과 결합되어 국부적인 파손의 집중을 유발한 것으로 판단되었다. 포장 콘크리트의 공기량 조사는 현장에서 채취한 010cm 코아를 두께 3~ 5cm의 디스크 형태로 절단하여 표면에 분포된 공극의 형상과 크기를 ASTM C 457-98에 규정된 “현미경을 이용한 굳은 콘크리트의 공극구조 결정” 시험법에 근거하여 실시하였다.
그리고 SEM X-ray 분석을 통하여 콘크리트 시편 내에 존재하는 생성물은 알칼리-골재 반응에 의한 생성물을 판별할 수 있었다. 이와 같은 분석 결과를 바탕으로 본 조사 대상 구간의 콘크리트포장의 파손 원인은 알칼리-골재 반응에 의한 파손으로 잠정적으로 결론을 도출하였다.

후속연구

이러한 MRD의 체계적 분석과 대책 수립을 통해 적절한 두께 설계를 통해 시공되는 콘크리트 포장의 공용수명이 확보될 수 있을 것이다. 다양한 시험 방법의 적용과 경험이 현장에 존재하는 다양한 문제 해결에 많은 도움이 될 것으로 기대하며, 아울러 고성능 콘크리트 포장의 달성을 위한 선결 사항으로 대두되는 MRD에 대한 체계적인 분석을 통해 고속도로 콘크리트포장의 고성능화가 달성될 수 있을 것으로 판단된다.
수행하였다. 이러한 MRD의 체계적 분석과 대책 수립을 통해 적절한 두께 설계를 통해 시공되는 콘크리트 포장의 공용수명이 확보될 수 있을 것이다. 다양한 시험 방법의 적용과 경험이 현장에 존재하는 다양한 문제 해결에 많은 도움이 될 것으로 기대하며, 아울러 고성능 콘크리트 포장의 달성을 위한 선결 사항으로 대두되는 MRD에 대한 체계적인 분석을 통해 고속도로 콘크리트포장의 고성능화가 달성될 수 있을 것으로 판단된다.
손상의 몇가지 유형을 분리하여 검토하였으며, '그 현황을 분석하였다. 이러한 연구결과는 단순히 손상의 원인 규명과 대책 수립을 뛰어넘어 보다 내구적인 고성능 시멘트 콘크리트 포장의 고속도로 적용을 위한 전 단계 연구로 유용할 것으로 판단된다.

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