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요약문

SUMMARY

목차

제1장 서론 31

제1절 연구의 배경 및 필요성 31

1. 연구의 배경 31

2. 연구 개발의 필요성 31

제2절 연구의 목표 및 범위 35

1. 연구의 목표 35

2. 연구의 범위 35

제2장 국내외 기술개발 현황 37

제1절 국내기술 동향 37

1. 복합포장 시스템 개발 37

2. 폴리머 콘크리트 교면포장 개발 38

제2절 국외기술 동향 46

1. 복합포장 시스템 개발 46

2. 폴리머 콘크리트 교면포장 개발 82

제3장 연구개발 수행내용 및 결과 94

제1절 연구수행 추진전략 및 방법 94

1. 연구개발 추진전략 94

2. 연구개발 수행체계 95

3. 주요 연구 내용 95

제2절 복합포장 시스템 개발 연구결과 97

1. 복합포장 장기 공용성 추적조사 97

2. 복합포장용 배수성 아스팔트 바인더 개발 104

3. 배수성 아스팔트 혼합물의 실내 공용성 평가 121

4. 개질 매스틱 아스팔트 복합포장 중간층 적용 기초 연구 135

5. 복합포장 시스템 개발 143

6. 복합포장 포장가속시험 (JCP 기층) 144

7. 복합포장 포장가속시험 (CRCP 기층) 147

8. CRCP 기층 포장가속시험 결과 분석 178

9. 개질 매스틱을 적용한 복합포장의 장기 공용성 평가 184

10. 복합포장의 포장가속시험 공용성 평가 205

11. 복합포장 현장시험시공 214

12. 복합포장 단면 설계 220

제3절 폴리머 콘크리트 교면포장 개발 연구결과 239

1. 교면포장의 개요 239

2. 박층 폴리머 콘크리트 교면포장 개요 252

3. 에폭시 일반 253

4. 박층폴리머 콘크리트용 에폭시 수지의 국산화 연구 266

5. 에폭시 폴리머 콘크리트의 물리적 특성 시험 276

6. 폴리머 콘크리트 교면포장을 고려한 교량의 거동분석(정영도 외, 2011) 292

7. Full Scale 가속시험기를 이용한 교량 상판위 박층 폴리머 콘크리트포장 공용성 평가 계획수립 및 시험체 제작 298

8. 박층 에폭시 폴리머 콘크리트 공법을 활용한 현장시험시공 309

9. 폴리머 콘크리트를 이용한 박막 교면포장 공법의 경제성 검토 및 지침 제작 318

제4장 연구개발 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 321

제1절 연구개발 목표 달성도 321

1. 주요 연구개발 목표 대비 달성도 321

2. 성과지표 및 실적 323

제2절 연구개발 내용의 대외 기여도 325

1. 복합포장 시스템개발 325

2. 폴리머 콘크리트 박층포장 개발 325

제5장 연구개발결과의 활용계획 327

제1절 연구성과의 기대효과 327

1. 기술적 측면 327

2. 사회·경제적 측면 327

제2절 연구 성과의 활용방안 327

제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 329

1. 연구논문 329

2. 연구보고서 333

3. 해외(일본) 설계 요령 335

제7장 참고 문헌 336

부록 342

[부록 1] 복합포장 생산 및 시공 지침[안] 343

[부록 2] 개질 매스틱 아스팔트 포장 시방서 [복합포장 중간층용] 349

[부록 3] 에폭시 폴리머 콘크리트 교면포장 공법 시방서 [안] 361

[부록 4] - 고속도로공사 전문지침[안] 토목편 - [특수포장] 2004년 372

[부록 5] 배수성(고기능) 포장용 혼합물의 배합설계 - 설계요령 제1집 포장편 - 2007년 8월 384

[부록 6] 복합(콤포지트) 포장 - 설계요령 제1집 포장편 - 2007년 8월 393

[부록 7] 배수성포장의 성능규정 발주 - 저소음포장의 개설- 2004년 423

〈표 1-2-1〉 연구의 범위 35

〈표 2-1-1〉 국내포장설계규정 37

〈표 2-1-2〉 구스아스팔트의 국내시공실적 41

〈표 2-2-1〉 연속철근 콘크리트 슬래브의 설계두께 51

〈표 2-2-2〉 철근의 치수와 간격 52

〈표 2-2-3〉 고기능 포장용 혼합물의 배합설계 표준입도범위 54

〈표 2-2-4〉 중간층용 배합설계 표준입도범위 55

〈표 2-2-5〉 마샬시험 기준치 55

〈표 2-2-6〉 미국의 주별 복합포장의 시공비율과 적용단면 56

〈표 2-2-7〉 복합포장의 최소두께와 재료 필요량 67

〈표 2-2-8〉 생애주기비용에 사용된 포장층별 두께 68

〈표 2-2-9〉 유럽의 나라별 복합포장의 설계와 시공 조사(DRI, 2004) 70

〈표 2-2-10〉 하부층의 강성에 의한 분류 73

〈표 2-2-11〉 DRI의 복합 포장 설계(Thogersen et al., 2004) 74

〈표 2-2-12〉 차도포장의 성능규정 76

〈표 2-2-13〉 국가별 배수성포장의 소음감소 효과 77

〈표 2-2-14〉 배수성 포장 청소 방법에 따른 이물질 수거량 81

〈표 2-2-15〉 폴리머 콘크리트를 이용한 박층 교면포장 공법의 특징 88

〈표 3-1-1〉 분야별 연구개발 내용 96

〈표 3-2-1〉 중부고속도로 남이JC~일죽IC구간 콘크리트포장 형식 98

〈표 3-2-2〉 중부고속도로 남이JC~일죽IC구간 복합포장 구역 및 특징 98

〈표 3-2-3〉 중부고속도로 남이JC~일죽IC구간 복합포장 결함분석 결과 99

〈표 3-2-1〉 Toque rheometer 측정 결과 110

〈표 3-2-2〉 소재별 바인더 물성 영향 110

〈표 3-2-3〉 소재별 바인더 물성 영향 113

〈표 3-2-4〉 배수성 상층부용 개질제의 바인더 물성 시험 115

〈표 3-2-5〉 배수성 하층부용 개질제의 배합비 및 바인더 물성시 함량 118

〈표 3-2-6〉 배수성 아스팔트 혼합물용 골재의 입도 122

〈표 3-2-7〉 배수성 포장의 동적안정도 시험결과 132

〈표 3-2-8〉 10mm 배수성 포장의 동적안정도 시험결과 비교 133

〈표 3-2-9〉 10mm 배수성 포장의 간접인장강도 및 터프니스 133

〈표 3-2-10〉 기존 구스 아스팔트 공법의 AP 품질 기준 138

〈표 3-2-11〉 개질 아스팔트의 물성 138

〈표 3-2-12〉 골재 입도 규격 139

〈표 3-2-13〉 개질 매스틱 아스팔트 최종 배합비 140

〈표 3-2-14〉 성능 시험 결과 141

〈표 3-2-15〉 시험 결과 143

〈표 3-2-16〉 CRCP 철근량, 배근 간격, 피복덮개 산정 148

〈표 3-2-17〉 다짐 판정 기준 154

〈표 3-2-18〉 콘크리트 재료특성 157

〈표 3-2-19〉 방수층 제원 167

〈표 3-2-20〉 기 시행된 포장가속시험의 하중횟수 179

〈표 3-2-21〉 기 시행된 포장가속시험 종료 후 표면사진(방수층별) 180

〈표 3-2-22〉 부착강도 실험 결과(복합식 방수층, MMA 방수층) 182

〈표 3-2-23〉 보조기층의 LFWD 측정 결과 184

〈표 3-2-24〉 포장가속시험 운영 개요 193

〈표 3-2-25〉 접착강도 실험 결과 197

〈표 3-2-26〉 하중재하에 따른 1일 수분 침투량 199

〈표 3-2-27〉 포장가속시험 운영 개요 202

〈표 3-2-28〉 부착인발시험 강도 및 파쇄면 위치 212

〈표 3-2-29〉 남해고속도로 서부산 IC~사상 IC 구간의 일일 교통량 222

〈표 3-2-30〉 대구지역 평균 대기온도 및 평균 강수량 223

〈표 3-2-31〉 복합포장 해석에 사용된 변수 226

〈표 3-2-32〉 소규모 교통량(10,000대/일)인 경우의 복합포장의 공용수명 231

〈표 3-2-33〉 중규모 교통량(19,000대/일)인 경우의 복합포장의 공용수명 232

〈표 3-2-34〉 대규모 교통량(25,000대/일)인 경우의 복합포장의 공용수명 233

〈표 3-2-35〉 복합포장과 아스팔트 포장의 경제성 비교 238

〈표 3-3-1〉 교면포장 공법별 비교 분석(한국도로학회, 2009) 252

〈표 3-3-2〉 에폭시 수지의 응용 분야 256

〈표 3-3-3〉 T-48 구조 분석 및 기본물성 267

〈표 3-3-4〉 Unitex 에폭시 구조 분석 및 기본물성 268

〈표 3-3-5〉 Slurry 공법용 에폭시 재료의 기본물성 270

〈표 3-3-6〉 제논 아크 광원 조건 272

〈표 3-3-7〉 Broom&Seed 공법용 에폭시 재료의 기본물성 275

〈표 3-3-8〉 파우더 혼입량에 따른 에폭시 혼합물의 배합비율 277

〈표 3-3-9〉 구조해석에 적용된 차륜의 접지면과 접지압 292

〈표 3-3-10〉 구조해석 적용 교면포장재료의 온도별 탄성계수 293

〈표 3-3-11〉 KALES의 구조물과 실험 가능 제원 299

〈표 3-3-12〉 공용전후 부착강도 시험결과 308

〈표 3-3-13〉 최소 마찰계수 기준표 316

〈표 3-3-14〉 교면포장 직접공사비 비교표 320

〈표 4-1-1〉 주요 연구개발 목표 대비 달성도 321

〈표 4-1-2〉 성과지표 및 실적(1-3-1) 323

〈표 4-2-1〉 연구개발결과의 관련 분야 기여 326

〈그림 2-1-1〉 국내 교량 현황 39

〈그림 2-1-2〉 교면 표면처리 및 프라이머 도포 41

〈그림 2-1-3〉 구스아스팔트 포장 41

〈그림 2-1-4〉 운반 쿠커 41

〈그림 2-1-5〉 LMC 교면포장 시공절차 43

〈그림 2-1-6〉 HPC 재료의 구성(김지원, 2007) 44

〈그림 2-1-7〉 HPC 교면포장 공법 시공 절차 45

〈그림 2-2-1〉 콘크리트 위에 아스팔트를 시공한 일본 고속도로 최초 포장 단면 47

〈그림 2-2-2〉 포장표준횡단도(D램프) 47

〈그림 2-2-3〉 일본 제2도메이-메이신 고속도로 교량부 포장 표준 단면도 49

〈그림 2-2-4〉 일본 제2도메이-메이신 고속도로 터널부 포장 표준 단면도 49

〈그림 2-2-5〉 일본 제2도메이-메이신 고속도로 토공부 포장 표준 단면도 50

〈그림 2-2-6〉 일본 제2도메이-메이신 고속도로 포장 표준 단면도 50

〈그림 2-2-7〉 교량부 포장 단면도 51

〈그림 2-2-8〉 터널부 포장단면도 51

〈그림 2-2-9〉 토공부 포장 단면도 51

〈그림 2-2-10〉 CRCP 복합포장 단면도 51

〈그림 2-2-11〉 연속철근 콘크리트 슬래브 두께의 설계곡선 52

〈그림 2-2-12〉 철근 배치 예 53

〈그림 2-2-13〉 미국의 대표적인 복합포장의 구조(Flintsch 등, 2008) 57

〈그림 2-2-14〉 미국 복합포장의 아스팔트 및 콘크리트층의 종류 (Flintsch 등, 2008) 58

〈그림 2-2-15〉 미국의 각 주별 복합단면 포장각층의 최소 두께 (Flintsch 등, 2008) 58

〈그림 2-2-16〉 고무아스팔트(AR)를 이용한 얇은 덧씌우기 59

〈그림 2-2-17〉 SH-6 덧씌우기 구간의 전반적으로 양호한 포장상태 60

〈그림 2-2-18〉 SH-6 구간의 덧씌우기에 사용된 혼합물 60

〈그림 2-2-19〉 SH-6 CRCP의 덧씌우기에서 발생된 균열 61

〈그림 2-2-20〉 고무 아스팔트 덧씌우기의 입도 61

〈그림 2-2-21〉 6.5년 경과 후의 포장상태, CRCP와 고무 아스팔트(AR)의 복합포장 62

〈그림 2-2-22〉 CRCP와 고무 아스팔트(AR)의 복합포장의 국부적 결함 62

〈그림 2-2-23〉 재 덧씌우기 하기 위해 기존 아스팔트를 절삭한 모습 63

〈그림 2-2-24〉 덧씌우기 재료 (절삭된 콘크리트위에 시공) 63

〈그림 2-2-25〉 각 대안별 초기비용과 생애주기비용 68

〈그림 2-2-26〉 각 대안별 교통량에 따른 민감도 분석 69

〈그림 2-2-27〉 골재 노출 콘크리트포장의 상부 단면도 70

〈그림 2-2-28〉 소음저감 측면에서 아스팔트로 덧씌워진 영국의 콘크리트 포장모습 72

〈그림 2-2-29〉 차량의 속도와 포장 종류에 따른 소음감소 효과 그래프 77

〈그림 2-2-30〉 배수성 포장의 구조 78

〈그림 2-2-31〉 배수성 포장의 단면 78

〈그림 2-2-32〉 기존의 청소방법과 청소장비 80

〈그림 2-2-33〉 최신 청소방법과 청소장비 80

〈그림 2-2-34〉 독일 Autobahn 82

〈그림 2-2-35〉 연도별 논문발표 동향(폴리머 콘크리트 기술) 86

〈그림 2-2-36〉 국가별 공동연구 네트워크 분석(폴리머 콘크리트 기술) 86

〈그림 2-2-37〉 thin overlay 공법의 포장 단면도(Transpo Industries, Inc. 2004) 87

〈그림 2-2-38〉 broom and seed 공법 시공 절차 89

〈그림 2-2-39〉 슬러리 공법 시공 절차 90

〈그림 2-2-40〉 슬러리 공법 시공 절차 독일의 ZTV BEL-ST 92에서 정의한 구스아스팔트 포장 단면 93

〈그림 3-1-1〉 연구개발 추진 전략 94

〈그림 3-1-2〉 기관별 연구개발 수행체계 95

〈그림 3-2-1〉 중부고속도로 97

〈그림 3-2-2〉 진천~증평 구간 균열부분 Pumping 100

〈그림 3-2-3〉 진천~증평 구간 반사균열 100

〈그림 3-2-4〉 오창~서청주 하부 CRCP 파손 101

〈그림 3-2-5〉 오창~서청주 구간 Pumping 101

〈그림 3-2-6〉 진천~증평 구간 균열과 Patching부분 Pumping 102

〈그림 3-2-7〉 증평~오창 구간 균열 103

〈그림 3-2-8〉 남이~서창주 구간 patching부분 pumping(1) 103

〈그림 3-2-9〉 남이~서창주 구간 patching부분 pumping(2) 104

〈그림 3-2-10〉 2축 압출기 105

〈그림 3-2-11〉 Super mixe 105

〈그림 3-2-12〉 Toque rheometer 105

〈그림 3-2-13〉 용융지수 측정기 105

〈그림 3-2-14〉 사출기 106

〈그림 3-2-15〉 인장시험기 106

〈그림 3-2-16〉 소재별 60°C 점도 변화 107

〈그림 3-2-17〉 소재별 160°C 점도 변화 107

〈그림 3-2-18〉 소재별 침입도 변화 108

〈그림 3-2-19〉 소재별 연화점 변화 108

〈그림 3-2-20〉 소재별 ductility 변화 108

〈그림 3-2-21〉 Specialty Elastomer 분자량의 개질제 분산성 영향 108

〈그림 3-2-22〉 개질제 함량별 바인더 물성 변화 109

〈그림 3-2-23〉 개질제 함량별 점도 변화 109

〈그림 3-2-24〉 아스팔트 개질제 제조 공정 111

〈그림 3-2-25〉 압출기 스크류 구조 111

〈그림 3-2-26〉 압출기내 재료의 원활한 투입를 위한 압출기 스크류 조합 112

〈그림 3-2-27〉 압출기내 재료의 혼합을 향상시키기 위한 압출기 스크류 조합 112

〈그림 3-2-28〉 아스팔트 개질제 제조를 위한 압출기 스크류 113

〈그림 3-2-29〉 상층부용 아스팔트 개질제의 바인더 시험결과(침입도 잔류율) 116

〈그림 3-2-30〉 상층부용 아스팔트 개질제의 바인더 시험결과(135°C 점도) 117

〈그림 3-2-31〉 상층부용 아스팔트 개질제의 바인더 시험결과(160°C 점도) 117

〈그림 3-2-32〉 하층부용 아스팔트 개질제 제조시 사용된 kneader 119

〈그림 3-2-33〉 하층부용 아스팔트 개질제의 바인더 시험결과(130°C 점도) 120

〈그림 3-2-34〉 하층부용 아스팔트 개질제의 바인더 시험결과(G*/sinδ) 120

〈그림 3-2-35〉 배수성 아스팔트 혼합물의 골재 입도곡선(10mm(좌), 19mm(우)) 122

〈그림 3-2-36〉 배수성 아스팔트 혼합물의 배합설계 절차 123

〈그림 3-2-37〉 칸타브로 시험기 및 마모된 배수성 아스팔트 혼합물 공시체 124

〈그림 3-2-38〉 코어락 겉보기 밀도 측정 시험기 125

〈그림 3-2-39〉 배수성 아스팔트 혼합물의 바인더 함량에 따른 칸타브로와 Draindown 손실량 비교 127

〈그림 3-2-40〉 배수성 아스팔트 혼합물의 아스팔트 바인더 함량에 따른 공극률 변화 128

〈그림 3-2-41〉 휠트래킹 시험 129

〈그림 3-2-42〉 간접인장강도시험 130

〈그림 3-2-43〉 배수성 포장의 휠트래킹 시험 결과 132

〈그림 3-2-44〉 10mm 배수성 포장의 간접인장강도 시험 결과 134

〈그림 3-2-45〉 개질 매스틱 아스팔트 방수특성 136

〈그림 3-2-46〉 개질 매스틱 아스팔트의 흐름성 136

〈그림 3-2-47〉 개질 매스틱 아스팔트의 단면 137

〈그림 3-2-48〉 실제 적용된 합성입도 139

〈그림 3-2-49〉 체가름 시험 139

〈그림 3-2-50〉 계량 및 배합 140

〈그림 3-2-51〉 유동성 확인 및 시편 제작 140

〈그림 3-2-52〉 류엘유동성 시험(좌)과 관입량 시험(우) 141

〈그림 3-2-53〉 저온 휨 시험 전경 및 시험 후 시편 142

〈그림 3-2-54〉 휠트랙킹 시험 전경 및 시험 후 시편 142

〈그림 3-2-55〉 CRCP를 기반으로 하는 복합포장 구조 예 144

〈그림 3-2-56〉 포장가속시험 단면도 145

〈그림 3-2-57〉 공법별 균열 길이 변화 146

〈그림 3-2-58〉 60,000회하중 적용 후 표면사진 146

〈그림 3-2-59〉 98,000회 하중 적용 후 표면사진 146

〈그림 3-2-60〉 140,000회 하중 적용 후 표면사진 147

〈그림 3-2-61〉 복합포장 포장가속시험단면도 148

〈그림 3-2-62〉 CRCP 철근 배근도 149

〈그림 3-2-63〉 균열 유도 장치 도면 149

〈그림 3-2-64〉 아스팔트 혼합물 및 방수층 시공 계획 평면도 150

〈그림 3-2-65〉 2 lane 시험체 단면도(하중진행방향) 150

〈그림 3-2-66〉 계측센서 매설 상세도 151

〈그림 3-2-67〉 노상 다짐 152

〈그림 3-2-68〉 방수천막 설치 152

〈그림 3-2-69〉 보조기층 시공 153

〈그림 3-2-70〉 보조기층 평판재하 시험 153

〈그림 3-2-71〉 보조기층 평판재하 시험 154

〈그림 3-2-72〉 보조기층 LFWD Test 155

〈그림 3-2-73〉 균열유도장치 155

〈그림 3-2-74〉 균열유도장치 설치 156

〈그림 3-2-75〉 콘크리트 타설 전 철근배치 156

〈그림 3-2-76〉 철근 및 균열유도장치 표시 157

〈그림 3-2-77〉 레미믹스 콘크리트 인력타설 158

〈그림 3-2-78〉 콘크리트 표면처리 및 비닐양생 159

〈그림 3-2-79〉 표면 Deflection 측정 LVDT위치도 160

〈그림 3-2-80〉 LVDT 설치 160

〈그림 3-2-81〉 CRCP 포장가속실험 시 하중적용위치도 161

〈그림 3-2-82〉 CRCP 기층 균열진전도(86,000회) 161

〈그림 3-2-83〉 CRCP 기층 균열진전도(133,000회) 161

〈그림 3-2-84〉 CRCP 기층 균열진전도(190,000회) 162

〈그림 3-2-85〉 CRCP 기층 균열진전도(330,000회) 162

〈그림 3-2-86〉 CRCP 기층 표면 균열사진 163

〈그림 3-2-87〉 Deflection 진폭 예시(190,300회) 164

〈그림 3-2-88〉 하중 재하에 따른 Deflection 크기 변화 165

〈그림 3-2-89〉 Pull-off test 결과(수침상태 시험) 166

〈그림 3-2-90〉 접착층 시공 전 CRCP 표면처리 168

〈그림 3-2-91〉 MMA 시공 168

〈그림 3-2-92〉 MMA 시공 마무리 169

〈그림 3-2-93〉 복합식방수층 시공 169

〈그림 3-2-94〉 복합식방수층 시공 마무리 170

〈그림 3-2-95〉 표면강화제 시공 170

〈그림 3-2-96〉 중간 접착층 시공사진(일반텍코팅 시공 전) 171

〈그림 3-2-97〉 일반 텍코팅 시공 171

〈그림 3-2-98〉 일반 텍코팅 시공 172

〈그림 3-2-99〉 아스팔트 혼합물 포설 172

〈그림 3-2-100〉 롤러를 이용한 아스콘 다짐 173

〈그림 3-2-101〉 SMA, CRM 시공 후 사진 173

〈그림 3-2-102〉 Cutting lane 표시 174

〈그림 3-2-103〉 포장컷팅기를 이용한 Cutting 174

〈그림 3-2-104〉 2 lane test section 174

〈그림 3-2-105〉 LVDT 설치사진 175

〈그림 3-2-106〉 Crack gauge 설치사진 175

〈그림 3-2-107〉 Strain gauge 설치사진 176

〈그림 3-2-108〉 계측센서 setting 완료 176

〈그림 3-2-109〉 CRCP(복합포장)의 수직 deflection 177

〈그림 3-2-110〉 하중재하에 의한 Strain gauge 계측치 178

〈그림 3-2-111〉 기 시행된 포장가속시험 179

〈그림 3-2-112〉 하중재하에 따른 가수시험 진행 및 균열발생 시기(L-Lane) 181

〈그림 3-2-113〉 하중재하에 따른 가수시험 진행 및 균열발생 시기(R-Lane) 181

〈그림 3-2-114〉 코어링 선정 지점(좌) 및 코어링 중아스팔트 층 탈리 지점(우) 182

〈그림 3-2-115〉 부착강도 시험 후 사진(복합식 방수층, MMA 방수층) 183

〈그림 3-2-116〉 보조기층 포설 및 다짐 과정 184

〈그림 3-2-117〉 CRCP 구간 철거 및 JCP 구간 거푸집 설계 도면 185

〈그림 3-2-118〉 JCP 구간의 줄눈 모사를 위한 아크릴 설치 186

〈그림 3-2-119〉 콘크리트 타설 및 바이브레이터 다짐 과정 186

〈그림 3-2-120〉 콘크리트 표면 마무리 및 Thermocouple 매설 과정 187

〈그림 3-2-121〉 콘크리트 비닐 양생막 설치 187

〈그림 3-2-122〉 콘크리트 표면 처리 과정 188

〈그림 3-2-123〉 역청고무계 접착제 살포 과정 188

〈그림 3-2-124〉 개질 매스틱 아스팔트 운반 Cooker 및 인력타설 과정 189

〈그림 3-2-125〉 개질 매스틱 아스팔트 시공 과정 189

〈그림 3-2-126〉 개질 매스틱 아스팔트 시공 완료 모습 190

〈그림 3-2-127〉 커팅 작업 전 모습 190

〈그림 3-2-128〉 커팅 작업 후 모습 191

〈그림 3-2-129〉 Strain gauge 및 Crack gauge 설치 도면 192

〈그림 3-2-130〉 Strain gauge 및 Crack gauge(gaguge) 설치 모습 192

〈그림 3-2-131〉 포장가속시험 하중 재하 계획 193

〈그림 3-2-132〉 하중분포 그래프 194

〈그림 3-2-133〉 하중재하 횟수에 따른 가수량 그래프 194

〈그림 3-2-134〉 초기 표면사진 195

〈그림 3-2-135〉 하중 100,000회 적용 후 표면사진 195

〈그림 3-2-136〉 하중 210,000회 적용 후 표면사진 195

〈그림 3-2-137〉 SBS 아스팔트 반사균열 실험 초기 사진 196

〈그림 3-2-138〉 SBS 아스팔트 하중 20,200회 적용 후 반사균열 발생사진 196

〈그림 3-2-139〉 SBS 아스팔트 하중 210,000회 적용 후 반사균열 발생사진 196

〈그림 3-2-140〉 Pull-out tester를 이용한 접착강도 실험 197

〈그림 3-2-141〉 수분침투속도 실험을 위한 Coring 위치 도면 198

〈그림 3-2-142〉 수분침투량 측정 모습 199

〈그림 3-2-143〉 하중재하에 따른 1일 수분침투량 그래프 200

〈그림 3-2-144〉 하중 1회 재하에 따른 수분침투량 그래프 200

〈그림 3-2-145〉 하중재하에 따른 분당 수분침투량 그래프 201

〈그림 3-2-146〉 포장가속시험 하중재하 횟수 및 원더링 조건 202

〈그림 3-2-147〉 포장가속시험 하중 재하 분포 그래프 203

〈그림 3-2-148〉 횡단프로파일미터 203

〈그림 3-2-149〉 소성변형 발생량의 정의 204

〈그림 3-2-150〉 하중재하에 따른 소성변형 발생량 204

〈그림 3-2-151〉 초기 표면사진 205

〈그림 3-2-152〉 24,480회 적용 후 표면사진 205

〈그림 3-2-153〉 48,960회 적용 후 표면사진 205

〈그림 3-2-154〉 포장가속 시험체 복합포장 측면도 206

〈그림 3-2-155〉 포장가속 시험체 복합포장 정면도 206

〈그림 3-2-156〉 린 콘크리트 기층 포설 207

〈그림 3-2-157〉 중간층 개질 매스틱 아스팔트 시공 207

〈그림 3-2-158〉 배수성 포장 시공 207

〈그림 3-2-159〉 포장 가속동과 포장가속기(KALES) 208

〈그림 3-2-160〉 포장가속 시험체 횡방향 프로파일측정 위치도 209

〈그림 3-2-161〉 횡방향 프로파일 미터 측정장비 및 측정전경 209

〈그림 3-2-162〉 포장가속 시험체 NO.1 횡방향 프로파일 210

〈그림 3-2-163〉 포장가속 시험체 NO.2 횡방향 프로파일 210

〈그림 3-2-164〉 포장가속 시험체 NO.3 횡방향 프로파일 210

〈그림 3-2-165〉 공용후 복합포장 코아채취 및 코아시편 211

〈그림 3-2-166〉 포장종류별 위치 및 코아 위치 211

〈그림 3-2-167〉 인발시험 모습 212

〈그림 3-2-168〉 공용전후 부착인발 시험시편(좌:③, 우:①) 213

〈그림 3-2-169〉 매스틱 부착인발 시험시편(좌:⑥, 우:⑤) 213

〈그림 3-2-170〉 방수성능 시험 214

〈그림 3-2-171〉 시공 현장 구간 전경 214

〈그림 3-2-172〉 현장 시공구간 노면상태 215

〈그림 3-2-173〉 적용된 포장 단면도 215

〈그림 3-2-174〉 혼합물 생산 및 숙성 216

〈그림 3-2-175〉 표면 이물질 제거 및 면 마무리 216

〈그림 3-2-176〉 콘크리트 균열 및 줄눈부 보수 217

〈그림 3-2-177〉 현장 노면 상태 및 접착층 시공 217

〈그림 3-2-178〉 개질 매스틱 중간층 포설 및 복합포장 시공단면 217

〈그림 3-2-179〉 현장시험시공 구간 교통개방 후 7개월 공용 218

〈그림 3-2-180〉 소음측정 원리 및 측정방법 219

〈그림 3-2-181〉 소음측정장치 및 분석시스템 219

〈그림 3-2-182〉 포장 종류별 평균소음도(100km/h 주행 시) 220

〈그림 3-2-183〉 복합포장 대표 단면 221

〈그림 3-2-184〉 공용기간에 따른 IRI과 영구변형량 변화 227

〈그림 3-2-185〉 영구변형 대 IRI 변화 228

〈그림 3-2-186〉 다양한 복합포장 변수와 IRI와의 상관성 229

〈그림 3-2-187〉 다양한 복합포장 변수와 영구변형과의 상관성 230

〈그림 3-2-188〉 복합단면 결정 과정 235

〈그림 3-2-189〉 교통량에 따른 복합포장 단면 236

〈그림 3-2-190〉 교용 아스팔트 포장 단면 237

〈그림 3-3-1〉 교면포장의 구성 241

〈그림 3-3-2〉 교면포장에 발생한 소성변형 244

〈그림 3-3-3〉 교량 상판의 교면포장 균열발생 244

〈그림 3-3-4〉 교면포장에 발생한 포트홀(pothole) 245

〈그림 3-3-5〉 교면포장에서의 밀림과 코루게이션의 발생 246

〈그림 3-3-6〉 국내 교면포장의 파손유형 247

〈그림 3-3-7〉 성수대교 표층 시공전경(2004년) 248

〈그림 3-3-8〉 SMA 포장의 구성 249

〈그림 3-3-9〉 에폭시 수지의 구조적 특성 257

〈그림 3-3-10〉 T-48 분자구조 266

〈그림 3-3-11〉 Unitex 에폭시 분자구조 268

〈그림 3-3-12〉 일반 Bisphenol-A계 에폭시 분자구조 269

〈그림 3-3-13〉 Propylene oxide계 에폭시 269

〈그림 3-3-14〉 내후성 촉진 장비 ATLAS C4000 271

〈그림 3-3-15〉 Slurry 공법용 에폭시 수지의 노화에 따른 인장강도 변화 273

〈그림 3-3-16〉 Slurry 공법용 에폭시 수지의 노화에 따른 인장율 변화 273

〈그림 3-3-17〉 KER 8000U 반응 메커니즘 274

〈그림 3-3-18〉 배합모습 277

〈그림 3-3-19〉 시험용 시편 제작 277

〈그림 3-3-20〉 압축강도 시험 278

〈그림 3-3-21〉 휨강도 시험 278

〈그림 3-3-22〉 파우더 혼입량별 압축강도 279

〈그림 3-3-23〉 파우더 혼입량별 휨강도 279

〈그림 3-3-24〉 파우더 혼입량별 휨변형량 279

〈그림 3-3-25〉 배합시간별 압축강도 280

〈그림 3-3-26〉 배합시간별 휨강도 281

〈그림 3-3-27〉 배합시간별 휨변형량 281

〈그림 3-3-28〉 파우더 종류별 압축강도 시험결과 283

〈그림 3-3-29〉 파우더 종류별 압축강도 시험결과 283

〈그림 3-3-30〉 압축강도 시험 285

〈그림 3-3-31〉 휨강도 시험 285

〈그림 3-3-32〉 염분침투저항성 시험 285

〈그림 3-3-33〉 Thermal(Themal) Compatibility 시험용 시편 제작 286

〈그림 3-3-34〉 Thermal Compatibility 시험 후 시편의 접착 상태 287

〈그림 3-3-35〉 콘크리트 포장면과의 부착강도 시험 287

〈그림 3-3-36〉 압축강도 시험 289

〈그림 3-3-37〉 휨강도 시험 289

〈그림 3-3-38〉 염분침투저항성 시험 289

〈그림 3-3-39〉 Thermal(Themal) Compatibility 시험용 시편 제작 290

〈그림 3-3-40〉 Thermal Compatibility 시험 후 시편의 접착 상태 290

〈그림 3-3-41〉 콘크리트 포장면과의 부착강도 시험 291

〈그림 3-3-42〉 PSC Girder교 교량제원 및 유한요소모델 형상 294

〈그림 3-3-43〉 PSC box girder교 교량제원 및 유한요소모델 형상 294

〈그림 3-3-44〉 Steel box girder교 교량제원 및 유한요소모델 형상 295

〈그림 3-3-45〉 RC 라멘교 교량제원 및 유한요소모델 형상 296

〈그림 3-3-46〉 포장가속시험동과 포장가속기(KALES) 299

〈그림 3-3-47〉 포장가속시험을 위한 에폭시 폴리머 콘크리트 포장 300

〈그림 3-3-48〉 노상 다짐 301

〈그림 3-3-49〉 콘크리트층 시공 및 강판 지지용 기초 볼트 설치 301

〈그림 3-3-50〉 교량 상판 구조물 제작 302

〈그림 3-3-51〉 교량 상판 구조물 운반 및 바닥면 그라우팅 302

〈그림 3-3-52〉 교량 상판 거치 및 최종 그라우팅 마무리 303

〈그림 3-3-53〉 표면 연마 및 청소 303

〈그림 3-3-54〉 프라이머 배합 및 도포 304

〈그림 3-3-55〉 폴리머 콘크리트 표층용 골재 및 슬러리 포설 304

〈그림 3-3-56〉 골재 칩핑 및 최종 시공완료 305

〈그림 3-3-57〉 1층 에폭시수지 조성물 배합 및 도포 305

〈그림 3-3-58〉 1층 골재 살포 및 제거 306

〈그림 3-3-59〉 에폭시수지 조성물 배합 및 도포 306

〈그림 3-3-60〉 골재 살포 및 제거 306

〈그림 3-3-61〉 최종 시공완료 307

〈그림 3-3-62〉 포장가속시험 진행모습 307

〈그림 3-3-63〉 부착강도시험 308

〈그림 3-3-64〉 현장 시험시공 구간 전경 309

〈그림 3-3-65〉 Slurry 방식 에폭시 폴리머 콘크리트포장 예비시험시공 공정 311

〈그림 3-3-66〉 Broom & Seed 방식 에폭시 폴리머 콘크리트포장 시험시공 공정 312

〈그림 3-3-67〉 Broom & Seed 방식 에폭시 폴리머 콘크리트포장 시험시공 공정 313

〈그림 3-3-68〉 현장 시험시공 구간 평탄성 측정 및 위치 315

〈그림 3-3-69〉 시험시공구간 프로파일미터 315

〈그림 3-3-70〉 시험시공구간 미끄럼저항성 평가 316

〈그림 3-3-71〉 Slurry방식의 에폭시 슬러리 혼합물과 콘크리트 포장면의 부착강도 시험 317

〈그림 3-3-72〉 Broom & Seed 방식의 에폭시 슬러리 혼합물과 콘크리트 포장면의 부착강도 시험 317

〈그림 5-2-1〉 연구성과의 활용방안 328

I. 제목

복합포장 시스템 및 폴리머 콘크리트 교면포장 개발 평가보고서

II. 연구개발의 목적 및 필요성

도로주행환경에서의 운전자 주행 쾌적성 및 안전성과 유지관리 효율성의 확보를 위하여 다양한 도로환경에 따른 최적의 포장형식, 재료, 시공기술을 선정하고, 이의 적용성에 따른 기술을 개발함이 본 연구의 목적임

○ 복합포장 시스템 개발

쾌적하고 안전한 고속주행 환경을 유지하기 위해서는 도로의 평탄성, 미끄럼 저항성, 저소음성 등의 기능성 확보와 포장의 수명을 연장시키는 내구성 향상을 통해 유지보수의 최소화가 필요함.

○ 폴리머 콘크리트 교면포장 개발

교면포장은 포장의 두께가 얇고 차량하중에 의한 국부적인 처짐 및 진동이 크며 동절기에는 다량의 제설제에 노출되는 특징을 가짐. 따라서 이러한 악조건에서도 도로의 기능을 유지할 수 있도록 교량연장, 형식 및 바닥판 종류별 최적의 교면포장 형식을 개발하는 연구가 필요함. 이러한 연구의 일환으로 포장 두께를 최소화 하여 교량 하중을 감소시켜 궁극적으로는 교량 전체의 건설비용을 낮추면서도 신속한 시공이 가능한 신재료 및 공법에 대한 검토가 시급히 필요한 실정임.

III. 연구개발의 내용 및 범위

최근 포장 재료의 고내구성·고기능성 재료들이 국내·외에서 개발되고 이에 맞는 시공 공법도 소개되고 있음. 하지만 이들의 우수한 기술력에 대한 도입에 앞서 선정된 대안에 대한 실내시험을 통해 기초물성과 적용성 및 내구성에 대한 분석이 필요함. 또한 포장의 기능성 측면인 평탄성과 미끄럼 저항성, 저소음에 대한 평가가 병행되어야 할 것임.

○ 복합포장 시스템 개발

- 표층부의 배수성 아스팔트 개질제 개발

- 표층부의 배수성 포장 아스팔트 혼합물 내구성 검증

- 중간층 개질 매스틱 아스팔트 적용 및 검증

- 포장가속시험을 통한 복합포장의 강성 기층 및 중간층별 공용성 자료 확보

- 복합포장 선정단면의 포장가속시험을 통한 공용성 평가

- 복합포장 선정단면의 현장시험시공

- 복합포장 시공지침(안) 제시

○ 폴리머 콘크리트 교면포장 개발

- 박층 교면포장 재료 국산화 개발

- 기초 물성 실험을 통한 국산화 개발 재료의 역학적 특성 및 내구성 평가

- 박층 교면 포장 배합 및 공법 도출

- 박층 교면 포장 배합 및 공법 개선안 도출

- 박층 교면포장 기술의 현장 적용성 검토

- 박층 교면포장의 포장가속시험 진행

- 박층 교면포장의 현장시험시공

- 박층 교면포장 지침(안) 제시

IV. 연구개발 결과

○ 복합포장 시스템 개발

- 공용성 평가방안을 위한 해외 문헌 및 사례연구

복합포장 시스템 검토를 위해 해외 문헌 및 현장조사를 실시하였다. 미국, 유럽, 일본에 대한 해외 문헌을 조사하였으며, 문헌에서는 복합포장에 대한 단면정보와 종류 및 현장공용성에 대해 언급하고 있다. 일반적으로 주행성 및 공용성이 일반 포장에 비해 상당히 우수하다고 언급하고 있다.

- 고속도로의 노후 연속철근콘크리트포장에 아스팔트 덧씌우기한 복합포장 공용성 조사 HPMS의 기초자료와 현장육안조사를 분석한 결과 2003년도 5cm두께로 시공된 노후 연속철근콘크리트포장 위의 아스팔트 덧씌우기한 복합포장의 공용수명은 약 5년 미만으로 나타났다. 반면 9cm 아스팔트 덧씌우기한 복합포장은 현재까지 큰 문제없이 공용 중에 있다. 또한 노후 CRCP포장에 대한 아스팔트 덧씌우기한 복합포장의 공용성에 가장 큰 영향을 주는 포장파손은 당초 예상되었던 반사균열 보다는 수분관련 손상(백태, 포트홀, 패칭)에 의한 파손으로 나타났으며 이는 복합포장의 층별 접착 및 배수의 문제에서 비롯된 것으로 예상된다. 따라서 각 층별 접착력을 향상과 적절한 배수를 위한 조치가 필요하다.

- 토공부 표층의 배수성 포장용 아스팔트 개질제 및 혼합물 개발

토공부의 포장형식에 시멘트 콘크리트의 기층부와 아스팔트 포장의 상층부로 구성된 복합 포장 공법을 도입하기로 결정되어 이에 상응하는 아스팔트 개질제 및 혼합물 개발 연구를 수행하였다. 표층의 아스팔트 포장은 배수기능과 소음저감 기능을 가지는 배수성 포장이 시험시공 될 예정이며 이에 따라 2층 배수성의 상층부와 하층부에 해당하는 아스팔트 개질제 연구와 혼합물 연구를 병행하였다. 상층부의 배수성 아스팔트는 차량의 하중을 직접적으로 받는 만큼 외력에 의한 소성변형 저항성과 수분 및 UV에 취약하지 않는 내노후성 등이 고려되었다. 하층부의 배수성 아스팔트는 상대적으로 굵은 골재를 사용하게 되어 아스콘 제조 및 포장현장으로 이송 시 아스팔트가 하부로 흘러내리는 drain down이 발생할 가능성이 있어 이를 억제하기 위한 화이버 결합 첨가제가 도입되었다.

- 개질 매스틱 아스팔트 중간층 적용 및 평가

복합포장은 강성 기층위에 기능성 배수포장의 조합으로 상부의 침투수가 강성기층의 열화를 가속화시키는 문제점을 내포하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 하나의 대안은 표층 수분의 유입을 차단할 수 있는 중간 방수층 적용이 그것이다. 개질 매스틱 아스팔트는 일반 아스팔트 혼합물과는 달리 공극이 전혀 없으므로 내방수성이 매우 우수한 재료이다. 따라서 복합포장의 중간층으로 적용하기 위해 기능성 및 내구성을 평가하는 실험을 실시하였고 공용성을 검증하기 위한 포장가속 시험과 현장시험시공을 수행하였다.

- 복합포장 포장가속시험

복합포장 포장단면의 선정에 있어 우선적으로 검토되고 있는 복합포장에 대한 포장가속시험을 진행하였다. 복합포장의 기층으로서 콘크리트의 균열에 대한 아스팔트 포장의 저항성을 실험하였고 복합단면의 반사균열에 대한 포장가속시험의 공용성 평가를 통해 복합포장 단면에 대한 결론을 내릴 수 있었다. 또한 복합포장의 다양한 단면의 조합을 통해 강성기층 위에 중간층과 아스팔트 표층에 대한 공용성 평가 결과, 적정 단면에 대한 복합포장의 시스템 검증을 완료하였다.

- 복합포장 현장시험시공 진행

복합포장의 현장시험시공에서는 기존 콘크리트 위에 개발된 복합포장의 시스템을 적용하여 시공성 및 공용성을 평하였다. 현장시험시공은 복합포장 시스템에서 개발된 재료의 평가뿐만 아니라 시공공정에서 발생할 수 있는 문제점을 개선하고 시공효율을 높이기 위한 기술상용화의 일환이다.

○ 폴리머 콘크리트 교면포장 개발

- 박층 폴리머 콘크리트 교면포장용 에폭시수지 조성물 개발

박층 폴리머 콘크리트용 고분자 소재의 국산화를 위해 미국에서 상용되고 있는 에폭시 소재를 입수하여 벤치마킹하여 국내외에 상용화되어 있는 폴리머 콘크리트용 에폭시수지와 동등하거나 그 이상의 우수한 물성을 가지며 교면포장에 널리 사용될 수 있도록 시공원가를 낮출 수 있는 소재를 개발하였다. Broom&Seed 공법용과 Slurry 공법용의 2가지의 에폭시수지를 개발하고 기본물성을 평가하였다. 개발된 에폭시수지, 에폭시수지 조성물 및 그 제조방법에 대한 특허를 출원하였다.

- 박층 폴리머 콘크리트 교면포장용 혼합물의 실내실험 및 시공방법 개발

박층 폴리머 콘크리트를 교면포장에 적용하기 위한 문헌고찰을 통해 재료적 성질과 시공순서에 대해 검토하였고 재료물성을 평가하기 위한 실내실험을 실시하였다. 본 연구에서 개발된 에폭시수지(KER 8000, KER 8000U)와 해외에서 판매하는 에폭시수지를 결합재로 사용하여 에폭시 폴리머 콘크리트를 제조하고 이에 대한 부착강도, 압축강도, 휨강도, 염분침투저항성 시험, thermal compatibility 시험 등의 실내물성시험을 실시하였으며, 시험결과 모든 시험항목에서 요구기준을 만족시키는 것으로 나타났다. 실내실험 결과를 종합적으로 분석하여 에폭시 폴리머 콘크리트의 최적 배합설계를 도출하였다. 또한 Broom & Seed 방식과 Slurry 방식의 시공방법에 대해 포장가속시험, 예비시험시공, 현장 시공시험 등을 통해 적정 시공방법을 개발하였다. 이 연구를 통해 에폭시 콘크리트 조성물 및 그 제조방법과 시공방법에 대한 특허를 출원하였다.

- 폴리머 콘크리트 교면포장을 고려한 교량의 거동분석

얇은 포장두께를 적용하는 폴리머 콘크리트를 이용한 박층 교면포장의 거동을 유한요소모델을 통하여 구조해석한 결과 적용한 모든 교량형식에서 포장의 자중과 차량하중에 의한 응력비와 처짐비가 1.0 이하로 발생하였고, 차량하중에 의한 응력비 증가가 미소하므로 폴리머 재료를 활용한 박층포장 공법의 포장재료가 공용성능이 우수한 경우라면 이를 활용하는 것이 교량의 응력저감으로 인한 안정성 측면에서 효율적인 것으로 판단된다.

- Full Scale 가속시험기를 이용한 장기 공용성 평가

박층 폴리머 콘크리트 교면포장의 장기 공용성을 분석하기 위하여 도로교통연구원 내포장가속시험기(KALES)를 이용하였다. 에폭시 폴리머 콘크리트 포장층은 Slurry 방식과 Broom & Seed 방식의 두 종류의 공법을 폭 1.7m x 길이 3m의 면적에 각각 시공하였으며 시공성 및 현장적용성에 대한 분석을 실시하였다. 시공을 통해 포장가속시험은 제작된 교량 상판위 박층 폴리머 콘크리트포장을 시공한 실험용 포장체에 최대 36ton(축하중 18ton)의 모사차량하중으로 시험을 진행 중에 있다.

- 박층 폴리머 콘크리트 교면포장 공법의 현장 시험시공

에폭시 폴리머 콘크리트를 활용한 박층 교면포장의 시공성 및 현장 공용성을 분석하기 위하여 구원주영업소 폐도구간에서 예비시험시공을 실시한 후, 중부내륙고속도로상에 있는 한국도로공사 시험도로의 연속철근콘크리트포장 구간에 현장 시험시공을 실시하였다. 시험시공 결과 시공성은 우수한 것으로 나타났다. 향후 다양한 현장시험과 고속도로 개통 후 공용성 평가 등을 통하여 향후 공법 개선 및 기술 상용화에 중요한 자료로서 활용할 예정이다.

- 에폭시 폴리머 콘크리트 교면포장 공법의 경제성 분석

Broom & Seed 방식의 에폭시 폴리머 콘크리트 교면포장은 아스팔트 교면포장과 비교하여 약 15% 가량 고가인 것으로 나타났으나 콘크리트 교면포장과는 유사한 수준으로 나타났다. 해외에서 적용중인 유사한 공법에 비해서는 약 25% 정도 비용 절감이 예상된다. Slurry 방식의 에폭시 폴리머 콘크리트 교면포장은 아스팔트 교면포장과 비교하여 약 15% 가량, 콘크리트 교면포장보다는 10~35% 가량 고가인 것으로 나타났다. 그러나 해외에서 적용중인 유사한 공법에 비해서는 약 35~68% 가량 비용절감이 가능할 것으로 예상되었다. 본 연구를 통해 개발된 공법은 다른 교면포장 공법에 비해 비교적 간단한 배합설계와 시공 시 데크 피니셔 등의 특수한 교면 포장장비를 사용할 필요가 없어 시공이 간단하므로 전체적인 공사비용이 절감되며 포장 자동화 기계를 적용한다면 현장 타설시 노무비와 기타 관련 경비도 절감할 수 있을 것으로 판단된다.

V. 연구개발 결과의 활용계획

○ 안전하고 쾌적한 고속도로 주행환경에 적합한 포장형식을 선정하고 성능평가 기준을 수립하여 각 구간별 최적의 포장이 이루어질 수 있도록 함

○ 도로하부구조의 단차억제와 신속유지보수 등을 통해 이용자에게 주행안전성과 쾌적성을 확보할 수 있도록 함

○ 연구된 성과물에 대해서 국가 차원의 공동활용을 위해 성과물 전담기관과 연계해 규격서, 특허, SW/HW 등 연구 성과 검증 서비스를 통해 유망 연구 성과의 공동 활용 및 사업화 지원 등 연구 개발 성과를 부가가치 창출로 연계하고 R&D 사업정보와 관련된 현황과 추세를 한눈에 파악할 수 있도록 핵심지표를 선정