기술사 공부하는 자료 공유

Ⅰ. 개 요

1. 도로포장은 연성포장인 아스팔트 포장과 강성포장인 콘크리트포장으로 구분.

2. AP포장은 Con'c포장에 비해 시공성 및 주행성면에서 많은 장점을 지니고 있으나, 최근 차량의 대형화, 교통지체, 온도상승 등으로 심각한 소성변형의 문제가 발생 내유동성 및 내구성이 우수한 AP혼합물이 절실히 요구되고 있다.

3. 과거 아스팔트 포장에서의 변형문제는 포장층 각층의 침하문제로 해석되었으나, 현재는 아스팔트 혼합물의 유동성에 의한 소성변형 문제가 주요 원인으로 부각.

4. AP혼합물의 물성을 향상시키는 방법으로는,

가. 개질재를 사용하는 방법

: 기존 아스팔트의 단점인 소성변형, 균열등의 문제점을 개선하기 위하여 각종 혼화재(개질재)를 첨가하는 아스팔트 포장

※ 개질재(Modifer) : 필터, 고무, 플라스틱, 섬유 촉매제 등

나. 골재 맞물림 효과를 증진시키는 방법(SMA포장)

: AP자체이 성능개선보다는 골재간 맞물림효과를 극대화하여 중차량에 대한 밀림(소성변형)을 최소화하고, 균열방지를 위해 천연섬유를 첨가한 AP혼합물 등의 방법이 있으며,

5. 여기서는 현재 국내 적용성이 우수한 것으로 평가되고 있는 SMA포장의 특성, 재료의 품질기준, 외국의 적용현황에 대하여 알아보고자 한다.

Ⅱ. SMA (Stone Mastic Aasphalt) 포장

1. 정 의

: 골재간 맞물림효과를 최대로 하여 소성변형의 발생을 최소화하고,

AP혼합물에 천연섬유를 첨가하여 골재의 탈리 및 균열을 최소화한 아스팔트 혼합물

2. 특 성

가. 고온 및 중차량조건에서 소성변형에 대한 저항력 우수

나. 섬유소의 역활로 균열발생 및 골재 탈리현상 최소화

다. 표면 피륙조직이 거칠기 때문에 마찰저항성 우수

라. 소음감소효과

마. 기존포장보다 공용수명 연장(2-3배) 기대

3. 생산 및 시공

가. 일반 혼합물과 동일.

나. 단 전압시 타이어 로울러는 사용 안함.

Ⅲ. 재료의 품질기준

1. 아스팔트 : AP-5 사용(침입도 등급 60～70)

2. 골재

가. 굵은 골재 : 마모감량 30%이하의 것 사용

나. 잔골재 : 자연 모래 사용 않함.

3. 섬유 첨가재

가. 식물성 섬유(셀룰로오스) + 일정량 아스팔트 = 낱알 형태로 생산한 것을 사용.

나. 섬유 투입량 : 혼합물 무게의 0.3%를 표준

4. 혼합골재의 입도기준

: 공칭최대치수 - 13mm

5. 일반 AP혼합물과의 품질기준 비교

Ⅳ. SMA 적용현황

1. 독 일

가. 1968년 처음 개발

나. 1984년 독일의 표준포장공법으로 채택

다. 유럽전역에 이 공법이 적용되고 있으며,

라. 시공실적으로는 유럽지역에서만 약 160,000,000㎡가 기시공 되었음.

2. 미 국

가. 1990년 연방도로청 차원에서 도입.

나. 1994년말 현재 20개주 이상에서 SMA 공법을 도입하여 사용중에 있음.

3. 우리나라

가. 1992년 SMA공법의 국내적용방안에 대한 연구 시작

나. 1995년 남해고속도로(양산-구포간 1공구), 경부선(하, 57km)에 시험시공되었으며,

다. 1997년 중앙설계심의위원회를 통과, 현재 설계 및 현장에 확대적용되고 있다.

Ⅴ. 결 론

1. SMA포장은 종전 밀입도AP콘크리트(WC-3)와 비교해 볼때

가. 경제성측면에서는 불리하게 작용되나,

나. 공용성 및 내구성에 대한 평가 결과

- 중차량에 의한 소성변형의 저항성이 크고

- 내구성이 우수한 것으로 평가되고 있으며,

2. 확대적용을 위해서는 다음사항들이 검토되어져야 한다.

가. SMA포장의 초기공사비가 일반 WC-3에 비하여 75%가량 고가이므로,

유지관리비용을 감안한 수명-주기비용(LCC)에 대한 비교검토 필요

나. SMA포장 적용구간을 위한 조건과 공사비 산정기준 마련

다. SMA포장단면 설계를 위한 상대강도계수(ai)값 제시

Ⅰ. 개 요

1. 도로포장 파손원인

가. AP포장 : 주로 중차량, 포장두께부족, 노상의 지지력부족 등에 의해 발생.

나. Con'c포장 : AP포장과는 달리 포장줄눈이 주요원인으로 작용.

2. 포장파손시 주행성, 안전성, 쾌적성이 저하되어,

결국에는 원활한 교통흐름에 지장을 주게 되므로 신속한 유지보수가 요구됨.

3. 포장의 유지보수공법에는

- 유지공법(소규모 수리) : 응급적인 수리에 의해 포장의 공용성을 유지

ex) 팻칭, 표면처리, 절삭, 플라쉬대책, Surface Recycling

- 보수공법(대규모 수리) : 시험결과 분석, 과거경험등 신중한 검토후 결정

ex) Overlay, 절삭 Overlay, 재포장

4. 포장파손의 방지대책으로는

- 설계시 교통량, 배수, 기온, 환경적 요소를 고려한 적절한 두께 산정과

- 시공시 철저한 품질관리, 예방적 유지관리 실시, 정책적 배려가 선행되어야 한다.

Ⅱ. 파손형태 및 원인

1. 아스팔트 포장

가. 파손형태

1) 노면성상에 관한 파손

① 균 열 : 미세균열, 선상균열, 종,횡단균열, 시공조인트 균열

② 단 차 : 구조물 부근의 다짐부족에 의한 부등침하

③ 변 형 : 소성변형, 종단변형 요철, 코루케이션, 침하, 범프, 플라쉬

④ 마 모 : 라벨링, 폴리싱, 스케일링

⑤ 붕 괴 : 포트홀, 박리, 노화

⑥ 기 타 : 타이어자국, 흠집, 표면 부풀음

2) 구조에 관한 파손

① 거북등 균열 ② 동상 등

나. 원 인

1) 노면성상에 관한 파손

① 젖은 골재사용 ② 입경이 큰 골재사용

③ AP량 부족 또는 과다 ④ 노화 AP사용

⑤ AScon 과열 ⑥ Prime, Tack Coating양 부족

2) 구조에 관한 파손

① 과다한 교통하중 ② 포장두께 부족

③ 지하수 영향(침투수에 의한 박리현상) ④ 노상 지지력 부족

⑤ 동상방지층의 두께 부족(동결융해) ⑥ 다짐부족(공극율 과대)

2. 콘크리트 포장

가. 파손순서

줄눈의 Sealing재료 이탈 → 줄눈부에 물이나 이물질 침투 → Pumping현상

→ 균열 진행 → 균열된 포장 슬래브가 움직임

나. 파손형태

1) 가로균열 : 줄눈부 30cm이내, 건조수축에 의한 팽창작용

2) 세로균열 : 부등침하, 줄눈간격 부적당

3) 구속균열 : 가로, 세로줄눈 교차점에서 비늘 모양 발생

4) Ravelling : 짧은 줄눈 좌, 우 25mm 이내에서 Con'c가 깨지거나 부서짐

5) Spalling : 줄눈 60mm 이내, 줄눈부에 이물질이 침투하여 팽창방해

6) Pumping : 우수 침입으로 보조기층의 흙이 노면으로 올라감

7) Blow up : 팽창을 흡수 못해서 생기는 세굴현상

다. 원 인

1) 줄눈 - 간격부적정, 이물질 침투, Sealing재료 이탈

2) 교통량 과다

3) 보조기층 지지력 저하

4) 재료불량

5) 양생불량 - 직사광선, 온도관리

6) 콘크리트 경화 수축

Ⅲ. 유지보수공법

1. 아스팔트 포장

가. 유지공법(소규모 수리)

- 포장의 파손을 근본적으로 수리하는 것이 아니라 일시적으로 보수

- 종 류 : 팻칭, 표면처리, 절삭, 플라쉬대책, Surface Recycling

나. 보수공법(대규모 수리)

- 유지공법에 비하여 고가

- 보수공법 채택은 시험결과 분석, 과거경험등 신중한 검토후 결정

- 종 류 : Overlay, 절삭 Overlay, 재포장

다. 유지보수의 순서

노면의 자료수집 ⇨ 노면의 관찰 ⇨ 노면의 조사 ⇨ 노면의 평가 ⇨ 유지보수 공법 채택

라. 노면평가와 유지보수 공법(AASHTO에 의한 법)

1) PSI = 1.0 이하 : 재포장

2) PSI = 1.10～2.0 : Overlay

3) PSI = 2.1～3.0 : 표면처리

2. 콘크리트 포장

가. 줄눈 및 균열의 Sealing

1) 우수로 인한 Pumping현상 발생 방지

2) 순서 : Sealing부위 청소 → 프라이머 도포 → Sealing

나. 주입공법

: 슬래브에 구멍을 뚫어 주입재료 삽입 → 펌핑방지

1) Under Sealing - Cement 주입공법 : 양생기간 3일

- Asphalt 주입공법 : 양생기간 필요없이 조기교통 개방

2) Slab Jacking - Slab 침하시 Slab를 들어올리고 주입

다. Patching 공법 : Slab 파손부위에 현장타설 또는 PC Patching

라. 덧 씌우기(Over lay)

마. 재포장 : 가장 고가의 유지보수 공법

Ⅳ. 결 론(파손방지 대책)

: 본 수검자가 고속도로 설계시공 감독 경험에 따르면, 포장파손을 최소화하기 위해다음과 같은 사항을 고려하여야 할 것으로 사려됨.

1. 설계시 고려사항

가. 정확한 교통량 추정

나. 배수, 기온, 환경적 요소를 고려한 적절한 두께 산정

다. 환경, 교통조건 고려 적절한 유지보수 시기 결정

2. 시공시 고려사항

가. 아스팔트포장

1)다짐철저 : 토질별 최적장비 및 최적함수비 설정

2) 품질관리 철저 : AP배합기준, 포설온도 관리

3) 배수 철저 : 포장 및 지하 배수시설 → 노상지지력 감소방지

나. 콘크리트포장

1) 줄눈 설치 정밀시공 : 특히 Dowel Bar 설치 등

2) 양생, 품질관리, 배수 철저

3. 유지관리상

: 유지보수계획수립→정기적조사→대책수립→예방적 유지보수실시, 과적통제

4. 정책상 : 차량형식규제, 유지보수예산 적기배정

Ⅰ. 개 요

1. 스톤 매스틱 아스팔트(Stone mastic asphalt)포장은 골재간의 맞물림 효과를 증대시켜 일반 아스팔트 포장보다 동적 안정도가 월등히 커서 소성변형에 강한 개립도포장의 한 형식이다.

2. 스톤 매스틱 아스팔트는 굵은 골재로만 형성된 매트릭스(matrix)에 매스틱(잔골재＋필러＋아스팔트)을 첨가한 혼합물을 말한다.

Ⅱ. 스톤 매스틱 아스팔트포장의 구성 및 기본원리

1. SMA혼합물의 구성

2. SMA혼합물의 기본원리

1) 아스팔트 바인더 접착력 : 골재의 이탈방지 역할

2) 골재 : 압축력과 전단력에 저항(Interlocking)

3) 섬유첨가제 : 아스팔트의 안정유지

4) 채움재 : 굵은골재사이의 공극채움

Ⅲ. SMA 혼합물 구성인자의 특성

1. 골재의 특성

1) SMA는 갭입도 형의 혼합물로 5mm이상의 비교적 굵은골재 사용

2) 굵은골재사이의 공극은 채움재(Filler)와 아스팔트 바인더가 채워진다.

3) SMA혼합물은 차량하중에 의한 전단변형을 골재의 Interlicking에 의하여 저항

2. 섬유첨가재

1) SMA혼합물의 생산ㆍ운반ㆍ포설시 매스틱(Mastic)의 흘러내림 방지

2) 아스팔트의 흡수율이 좋은 셀룰로오스 화이버 사용

3. 배합설계

1) SMA 배합설계는 마샬배합 설계방법 적용

2) 골재간극율(V.M.A) 2～3% 범위 결정

3) 섬유첨가제 사용시 다짐온도는 170℃까지 허용(일반적 다짐온도 : 145～150℃)

Ⅳ. SMA 시방기준

1. 재료의 품질기준

1) 아스팔트 : 침입도 60～70을 사용

2) 골재 : 굵은골재 품질기준에 적합한 것

3) 채움재 : 석회석분의 사용을 원칙(중량으로 약 10% 사용), 회수더스트는 사용금지

4) 섬유첨가제 : 식물성 섬유(셀룰로오스) 사용

혼합물중량의 0.3% 투입

2. 재료의 입도

1) SMA포장의 입도기준에 적합할 것

2) 5mm이상의 굵은골재의 함량을 높인 것

3) 입형이 좋고, 단립도 쇄석 사용

3. 배합설계 기준

1) AP함량 : 6%이상

2) 공극율 : 3%정도가 적당

4. 골재의 입형

1) 골재의 맞물림효과가 클 것

2) 쇄석골재 사용

3) 입형이 좋을 것

5. 포설 및 다짐

1) 85%이상의 선다짐 실시

2) 포설대상 구간의 표면온도는 10℃이상이 유리

3) 다짐온도는 170℃이하

Ⅴ. SMA혼합물의 교면포장 적용

1. 교면포장의 구성

1) 상부층(표층)

① 양호한 주행성 확보

② 내유동성

③ 내균열성 및 미끄럼 저항성

2) 하부층

① 상판의 요철에 대한 레벨링층 역할

② 평탄성 확보

③ 처짐추종성과 수밀성 확보

2. SMA혼합물의 평가

1) 회복탄성계수(MR) 시험

2) 간접 인장강도 시험

3) 휨 시험

4) 휠 트래킹 시험

Ⅵ. 결론

1. SMA포장에 영향을 미치는 가장 중요한 요소는 골재의 양호한 입형, 낮은 편장석 함유율, SMA혼합물 생산시 설계된 합성입도의 유지와 철저한 현장 다짐에 있다.

2. SMA포장은 소성변형의 발생을 최소화 할 수 있고, 획기적인 미끄럼 저항성의 개선, 소음감소효과등으로 도로이용자에게 교통사고 감소효과와 쾌적한 주행성을 제공함으로써 양질의 서비스수준을 제고할 수 있다.

3. SMA포장은 종전 밀입도AP콘크리트(WC-3)와 비교해 볼때

가. 경제성측면에서는 불리하게 작용되나,

나. 공용성 및 내구성에 대한 평가 결과

- 중차량에 의한 소성변형의 저항성이 크고

- 내구성이 우수한 것으로 평가되고 있으며,

4. 확대적용을 위해서는 다음사항들이 검토되어져야 한다.

가. SMA포장의 초기공사비가 일반 WC-3에 비하여 75%가량 고가이므로,

유지관리비용을 감안한 수명-주기비용(LCC)에 대한 비교검토 필요

나. SMA포장 적용구간을 위한 조건과 공사비 산정기준 마련

다. SMA포장단면 설계를 위한 상대강도계수(ai)값 제시

Ⅰ. 개 요

1. 소성(Plasticity)은 탄성(Elasticity)의 대응 개념으로 물체를 변형 후 외력을 없애도 변형이 영구히 남는 성질을 말한다.

2. 아스팔트 포장의 소성변형은 여름철 고온에서 온도가 가장 높은 포장 표면이 차량 진행 방향을 따라 바퀴자국이 발생하는 Rutting을 말한다.

3. 우리나라의 소성변형은 대부분 불안정 소성변형으로 아스팔트 혼합물의 품질확보와 소성변형 방지 노력 및 연구가 시급하다.

Ⅱ. 소성변형 발생요인 및 문제점

1. 시공상의 원인

가. 다짐불량 및 과다짐으로 인한 공극률 부족

나. 불충분한 양생 및 40℃ 이상에서의 조기 교통개발

다. 노상, 기층 등의 침하

라. 택코팅 과다 사용

2. 교통하중에 의한 원인

가. 중차량 교통량 증가

나. 주행속도 느릴수록 소성변형 증가

3. 아스팔트 품질 원인

가. 국내 포장 사용 AP : AP-3, AP-5

나. 고온 및 저온에서의 아스팔트 거동 고려 못함

다. 우리나라 년중 AP포장 최고온도 66℃ 감안할 때

라. SHRP의 PG76-22 규격이 적합하나 PG76-22 규격의 AP는 국내에서 생산 못함

4. 골재 품질 원인

가. 부적절한 골재(자연 모래등), 입도조건의 골재 사용

나. Fillter 량의 과다, 과소 사용

5. 소성변형의 문제점

가. 포장의 조기 파손 : 잦은 유지보수 ⇒ 이용자 불편 증대

나. 수막현상(Hydroplaning) 발생

다. 차량의 조향성 불량 : 교통사고 원인 제공 (특히 소형차)

라. 기 타

1) 차량 수명 단축

2) 절삭 폐아스콘 ⇒ 환경문제와 처리비용 부담

Ⅲ. 소성변형 방지 대책

1. 시공상 대책

가. 현장다짐도 96% 이상, 공극율 8% 이하가 되도록 철저한 다짐

나. Finisher 속도 6m/min 이하 준수

다. 양생시간 엄수, 포장온도 40℃ 이하일 때 교통 개방

라. 하절기(6-8월) 시공 지양, 가급적 가을철에 시공 (충분한산화기간 필요)

2. 교통하중에 대한 대책

가. 오르막차로, 교차로 등에는 개질아스팔트 포장 적용

3. 아스팔트 품질에 대한 대책

가. 아스팔트 종류 변경 : AP-3 ⇒ AP-5

나. 공극율 확보 : 배합설계시 5% 확보, 최종공극율 3% 이상

다. AP 함량 6% 이하

라. 골재 입도 조정

1) No.4 번체 이하 골재 사용 : 시방 범위내에서 가능한 최소지 적용

2) 쇄석골재 사용 (자연모래 사용 억제)

4. 포장단면구조 개선

가. 표층 두께 최소화

1) 소성변형 취약 부위 최소화(두께 10cm⇒5cm)

2) 내유동성이 상대적으로 높은 중간층 도입

나. 중간층

1) 두께 : 5-10cm (재료에 따라)

2) 아스팔트 : AP-5 사용 (침입도 60-70)

3) 골재 : No.4번체 통과 골재량을 시방기준 중간치 이하

4) AP 함량 : 6% 이하

5. 새로운 시험방법 도입

6. 포장공법 활용

가. SMA 포장

1) 골재 맞물림 효과로 소성변형 최소화

2) 휠트랙킹시험 결과 : 동적안정도 4-11배 향상

나. 개질아스팔트

1) SBS 개질재 사용

2) 골재와 점착력 강화, 감온성 저하로 고온에서 내유동성 증대

3) 휠트랙킹 시험결과 : 동적안정도 30배

4) 초기 비용 고가이나, LCC 측면에서 경제성 유리

5) 보수주기 감소 등 전체적으로 유리

Ⅳ. 결 론

1. 아스팔트 포장의 소성변형 원인은 복합적이며, 가장 큰 발생원인은 아스팔트와 골재에 대한 선정 시험을 철저히 하고 배합설계 초기단계에서 철저한 품질관리 실시

2. 배합설계 시험 방법은 선회다짐시험방법 적용이 바람직.

3. 배합설계시 고온의 소성변형과 겨울철 저온균열을 동시에 고려하는 것이 중요함.

4. 소성변형 방지를 위하여 SMA 포장, Superpave 설계법 도입, 개질 아스팔트 사용 등을 적극 검토.

5. 해외 연구 사례 (영국)

- 영국에서 수행된 최근 연구에 의하면 아스팔트층 두께가 18cm 이상인 경우 포장 표면 소성변형은 단면 두께와 거의 무관.

- 대부분 소성변형은 아스팔트 표층, 바인더 층의 소성흐름에 기인함.

6. 표층과 기층의 배합설계 기준에 골재 간극률(VMA) 기준이 추가되어야 한다.

Ⅰ. 개 요

1. 아스팔트 포장은 일정기간동안 충분한 내구성과 공용성을 발휘하도록 교통여건, 자연여견 및 사용재료를 기준으로 하여 설계되며, 충분히 관리되어도 반복 교통하중 및 기상변화를 받아서 포장도로의 교통개방과 함께 파손이 동시에 진행된다.

2. 포장의 파손은 노상토의 지지력, 교통량, 포장두께의 세가지의 균형이 깨짐으로서 일어난다.

3. 아스팔트포장을 유지관리하는데 있어서 포장의 파손현상과 그 원인을 잘 이해하는 것은 중요한 일이다.

Ⅱ. 아스팔트포장의 파손의 분류와 원인

1. 노면성상에 관한 파손

- 공용성에만 관한 것으로 노면의 주행성과 교통 안전, 쾌적성, 포장에 기인하는 연도환경을 직접적으로 저해하며, 종국에는 포장의 내구성과 구조기능을 해치는 것을 말한다.

2. 구조에 관한 파손

- 포장내구성과 구조를 직접 저해하고,공용성의 저하, 연도환경의 저해에 연결되는 것으로 전면적인 거북등 모양의 균열등이 여기에 해당된다.

Ⅲ. 아스팔트 포장의 보수공법

1. 보수공법의 분류

2. 보수공법의 특징

1) 팻칭

∙ 포트홀, 단차, 부분적인 침하시 포장재료로 채우는 방법

∙ 기존 포장재료와 같은 재료 사용

2) 표면 처리

∙ 부분적인 균열, 변형, 마모, 박리, 노화시 2.5㎝이하로 Sealing층 시공

∙ 방법

- Seal Coat, Armor Coat

- Carpet Coat

- Fog Seal

- Slurry Seal

- 수지계 표면처리

3) 부분재포장

∙ 파손이 심한 경우 다른 공법으로 보수불가시

∙ 표층, 기층까지 부분적으로 재포장

4) 덧씌우기

∙ 기존 포장강도 부족 보강, 평탄성 개량 및 우수 침투 방지

∙ 공사비 소요가 많고, 시가지 노면상승에 따른 검토 필요

5) 절삭 overlay

∙ 노면상승, 배수시설 고려시 절삭 overlay 실시

∙ 균열, 소성변형이 심한 경우

6) 재포장

∙ 기층, 보조기층까지 재시공하는 방법

∙ 포장원인 조사후 경제성, 기술적인면 등을 종합 판단

7) 기타

∙ 절삭(milling)공법

∙ Surface Recycling 공법

- Reshape : 가열→긁어 일으킴→정형→전압

- Repave : 가열→긁어 일으킴→밭갈이→정형→신재혼합물공급 (씌운다) → 포설→전압

- Remix : 가열→긁어 일으킴→밭갈이→신재혼합→포설→전압

∙ 충진공법

Ⅳ. 파손방지 대책

: 본 수검자가 고속도로 설계시공 감독 경험에 따르면, 포장파손을 최소화하기 위해다음과 같은 사항을 고려하여야 할 것으로 사려됨.

1. 설계시 고려사항

가. 정확한 교통량 추정

나. 배수, 기온, 환경적 요소를 고려한 적절한 두께 산정

다. 환경, 교통조건 고려 적절한 유지보수 시기 결정

2. 시공시 고려사항

가. 다짐철저 : 토질별 최적장비 및 최적함수비 설정

나. 품질관리 철저 : AP배합기준, 포설온도 관리

다. 배수 철저 : 포장 및 지하 배수시설 → 노상지지력 감소방지

3. 유지관리상

: 유지보수계획수립→정기적조사→대책수립→예방적 유지보수실시, 과적통제

4. 정책상 : 차량형식규제, 유지보수예산 적기배정

Ⅴ. 결 론

1. IT 기술을 접목한 도로포장의 품질관리시스템 구축하여 CALS와 병행하여 포장 data의 구축과 공유 활용

2. 포장파손 예측모형을 개발하여 feedback하여 포장설계법에 적용

3. 적절한 시기에 유지 보수를 실시하는 것이 효과적이며 포장 유지 관리 체계 확립으로 도로 파손을 조기에 예방해야 한다.

4. 조사 및 관찰기록을 철저히 하고 환경적 측면의 재생공법 적극 활용하는 것이 바람직하다.

5. 효율적이고 체계적인 유지보수를 위한 PMS 도입이 시급한 과제임.