Scientific Paper

Journal of the Korean Asphalt Institute. 31 December 2018. 103-115
https://doi.org/10.22702/jkai.2018.8.2.010

ABSTRACT


MAIN

  • 1. 서 론

  • 2. 배수성 아스팔트 포장의 배수 거동 조사

  •   2.1 배수성능의 평가

  •   2.2 유체의 흐름과 다르시 법칙

  •   2.3 배수에 영향을 주는 인자

  • 3. 현장투수시험 방법

  •   3.1 국내 현장투수시험방법

  •   3.2 국외 현장투수시험방법

  • 4. 현장 및 실내투수시험

  •   4.1 시험개요 및 현장설명

  •   4.2 현장투수시험

  •   4.3 실내투수시험

  •   4.4 현장투수시험 분석 및 문제점

  •   4.5 시험결과 비교 및 분석

  • 5. 결 론

1. 서 론

배수성 아스팔트 포장의 배수성능은 현장투수시험으로 평가하고 있다. 그러나 현장투수시험 결과로 투수계수를 산정할 경우, 투수시험의 기본이론인 다르시법칙을 적용할 수 없고, 다르시법칙을 적용할 경우 실내투수시험 결과와 큰 차이가 발생한다. 현재의 현장투수시험방법은 공극률이 20%이상인 투수성 보도포장의 투수기능을 현장에서 직접 측정하고 평가하기 위해서 사용된 변수위투수시험으로 그 편리성과 신속성으로 인하여 배수성 아스팔트 포장에 사전 타당성 검토없이 일본아스팔트포장협회에 도입된 방법이다. 이 방법이 그대로 국내로 전파되어 현재까지 전해져 오고 있는데 이 시험에 대한 재검토가 필요하여 본 연구를 수행하였다.

실내 및 현장, 각각의 투수시험방법에 대하여 조사 및 비교하고, 서울시내 배수성 아스팔트 포장이 시공된 도로 2. 배수성 아스팔트 포장의 배수 거동 조사A, B, C구간에서 현장 및 실내투수시험을 실시하여 배수성 아스팔트 포장의 배수거동과 현장투수시험방법에 대해 연구하고자 하였다.

2. 배수성 아스팔트 포장의 배수 거동 조사

2.1 배수성능의 평가

공극률에 근거한 배수성능의 평가 시 배수성 아스팔트 포장면은 대부분 배수설계기준으로 최소공극률을 기초로 한다. 이는 공극률과 배수성능의 상호 관계를 통해 포장면의 투수계수를 수량화하는 간접적인 방법이다. 투수계수에 근거한 배수성능 평가 시 배수성 아스팔트 포장의 배수성능을 수량화하기 위한 보다 우수하고 이상적인 방법은 투수계수에 기반한 방법이다. 원칙적으로 배수성 아스팔트 포장의 구성물질의 특성과 유체 점도의 자세한 특성을 알면 투수계수를 보다 정확히 예측할 수 있을 것이다. 그러나 이러한 연구가 배수성 아스팔트 포장재료의 특성에 기초하여 타당하고 정확한 결과를 도출할 수 없는 경우에는 실험실 또는 현장에서 직접 투수계수를 측정해야한다. 그러한 직접 측정 방법에는 정수위 투수 시험과 변수위 투수시험이 있다. 정수위 투수시험은 다르시 법칙이 적용 가능한 포장면에서 흔히 사용된다. 변수위 투수시험장치는 흐름이 1차원이고 안정적이다. 원형 실린더 모양으로 흐름에 있어 거의 저항이 없는 두 개의 다공질판 사이에 배치된다.

배수성 아스팔트 포장의 기능에는 저류기능과 유출기능의 두 가지가 있다(오카와 히데오, 1992). 저류기능이란 빗물이 포장체의 공극에 흡수되어 빗물을 일정량 머금고 있다는 것을 의미하고, 저류된 빗물이 증가함에 따라 포장체 측면으로 유출되는 것을 유출기능이라 한다. 일반적으로 공극률이 크면 빗물이 저장될 수 있는 공간이 커지므로 저류능력이 상승하고, 투수계수가 커지면서 투수속도가 증가하므로 유출능력이 상승한다. 따라서 공극률이 크다는 것은 저류능력과 유출능력 두 가지가 모두 크게 된다는 것을 의미하고, 이는 배수성 아스팔트 포장의 배수능력이 커진다는 것이다. 저류능력이 큰 포장체일수록 유출의 시작이 늦어지나 포장체 공극의 포화도가 상승하면 투수계수가 커지기 때문에 유출이 신속하게 이루어진다.

공극률이 작은 포장체일수록 저류기능이 약하므로 초기 배수속도가 빠르나 전체적인 배수속도는 공극률이 큰 포장체가 비교적 빠르다. 공극률이 작은 것은 저류능력이 작고, 공극 내 포화도 상승시간이 짧기 때문에 빠른 유출이 시작하나 공극이 작기 때문에 공극 내 빗물을 내보내는 유출능력은 떨어져 전체적인 유출시간이 길어지게 된다.

이미 포화상태인 포장체인 경우, 강우가 지속되면 공극률이 작은 포장체는 표면수 배출로 인하여 배수량이 급격히 증가하나 시간이 경과될수록 배수량이 감소한다. 공극률이 큰 포장체는 일정하게 배수가 이루어져 배수에 요하는 시간이 짧다. 포화된 포장체의 경우 저류능력이 한계에 도달해 있기 때문에 유출만 이루어진다. 공극률이 작은 것은 포장체가 보유한 저류 및 유출능력이 작기 때문에 강우가 지속될수록 지반 내로 스며들지 못하고 지상에 고이는 현상이 발생한다. 포장표면에 고인 물은 배수에 비하여 약간 빠르게 흐르기 때문에, 유량계에 곧바로 도달하면서 큰 유량으로서 카운트되게 된다.

2.2 유체의 흐름과 다르시 법칙

다르시 법칙으로 알려진 기본 유체 흐름 방정식은 다공성 매질을 통과하는 유체의 단위 시간당 유량과 유체의 점성, 유체가 흐르는 거리와 그에 따른 압력 차이 사이의 비례 관계를 의미한다. 유량 Q는 매질의 투수계수 k, 물이 흐르는 매질의 내부 단면적 A와 유체가 흐르는 두 점간 수두 차이를 유체가 흐르는 길이 L로 나눈 것과 같다. 여기서 투수계수는 유체의 점성, 매질의 특성(흙 입자의 크기와 모양, 배열 상태, 포화도, 간극비 등)과 관련되어 정해지는 값으로 프랑스 엔지니어인 다르시에 의해 1856년 제시되었다.

그러나 많은 연구자들이 유출속도가 증가하는 것은 상기 관계와 관련이 없음을 밝혀냈다(Bear, 1972; Muskat, 1937). 일반적으로 유속이 느린 점성 흐름에 대해서만 유효한데, 층류인 대부분의 지하수에서는 적용이 가능하다. 다르시의 법칙이 유효하려면 입자 크기가 5mm 미만이어야 한다. 배수성 아스팔트 혼합물에 사용되는 골재의 대부분이 5mm를 초과하므로 다르시 법칙은 배수성 아스팔트 혼합물의 흐름을 설명하는데 적절치 않다. 그리하여 다르시 법칙이 적용되지 않을 때를 설명하기 위한 다양한 방정식이 제안되고 있다(Scheidegger, 1963).

2.3 배수에 영향을 주는 인자

배수시험 중 투수계수가 측정 경과시간에 따라 점차 감소하는 현상이 발생하는데 이는 공시체의 공극 내 공기량이 변화하기 때문이다. 경과시간이 길어지면 물에 녹아있는 공기가 기포화하고, 그 기포가 공극을 서서히 막는다고 가설을 세울 수 있다(오카와 히데오, 1992년). 이후 시험 끝에 공시체를 물속에서 심하게 흔들거나, 수두차를 크게 하여 배수의 유속을 크게 하면, 상당량의 기포가 빠져나간다. 기포가 감소함에 따라 투수계수가 변화되고 있는 것을 확인하기 위해 진공펌프로 물속의 공기를 제거한 탈기수(脫氣水)를 사용하여 시험한 바 경과시간에 의한 투수계수의 감소는 보이지 않았다. 이것에 의해 공극의 물에 의한 가득 채워진 정도, 즉 포화도의 차이에 의해, 투수계수가 달리 되는 것이 확인되었다. 시험을 시작하기 전에 큰 수두차를 두어 공극 중의 공기를 충분히 제거하면 비교적 짧은 시간 내에 정확한 투수계수를 구할 수 있을 것이다.

배수성 아스팔트 포장에 한정하지 않고 포장에 사용되는 일반적인 골재는 시공 시 다짐에 의해 그 골재의 배열이 수직방향, 수평방향으로 다른 방향성이 주어질 것이다. 또한 골재의 입경이 고르지 않아도 다짐에 의해 공극의 방향성이 나오는 것도 충분히 가능성은 있다. 이와 같은 경우 수직방향과 수평방향에서 투수계수가 다르게 될 것이고, 이것을 배수의 이방성(異方性)이라고 말한다. 일반적으로 수평방향의 투수계수는 수직방향의 약 2배로 되는데, 이것은 수평방향의 공극 배열이 수직방향의 공극 배열보다 원만하기 때문이라고 생각할 수 있다. 이 수평방향의 투수계수가 큰 것은 양 옆으로 배수되어야 하는 배수성 아스팔트 포장의 배수능력의 관점에서 대단히 고무적이라 말할 수 있다.

기울기를 변화시키면 동수구배뿐만 아니라 투수계수도 변화한다. 예컨대, 기울기를 2%로부터 4%로 2배로 하였다고 가정하면 투수계수가 그만큼 작게 되므로 배수의 유속은 2배로 되어야 함에도 불구하고 결과는 그렇지가 않다. 유속이 커지기 때문에 유출능력이 향상되는 것으로 판단된다. 따라서 배수는 빨라지고 포장체의 공극 내부 수량은 줄어든다. 공극 내부수량이 줄어듦에 따라 내부의 공극에 저류가능공간이 늘어나는 것이므로, 결국 다음 강우에 대하여 저류능력의 여유가 더 생기는 것이다.

3. 현장투수시험 방법

3.1 국내 현장투수시험방법

산업통상자원부 국가기술표준원의 표준규격 KS F 2394[투수성 포장체의 현장 투수 시험방법]에 의하면 현장 투수 시험은 배수성 아스팔트 포장 구조체에 대하여 현장에서의 투수 성능을 평가하기 위한 투수량을 구하는 시험방법으로 규정한다. 이에 신설 배수성 아스팔트 포장 구조체의 품질관리 및 공용 중의 배수성 아스팔트 포장 구조체의 투수 기능 회복 처치 실시 여부를 판단하기 위한 공극 막힘 확인을 위해 적용한다. 일반적으로 투수계수는 0.01cm/s를 적용하고, 현장투수시험장치 단면도는 Fig. 1과 같다.

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Fig. 1.

현장투수시험장치 (KS F 2394)

3.2 국외 현장투수시험방법

3.2.1 영국 표준협회 현장투수시험장치

1996년 영국 표준 협회(BSI)는 배수성 도로표면의 상대유압전도도 측정을 위한 실험을 실시하였다. 이 실험의 원리는 2,000mL의 물이 원형모양의 배수성 포장면에 흩어지는 시간을 구하는 것이다. 그 다음 이 시간의 역수를 통해 상대유압전도도를 계산하여 온도를 보정한다. 이는 온도에 따른 물의 점도의 변화를 고려하여 보정해야한다.(0°C와 25°C사이는 2배 증가) 일반적으로 20°C일 때, 증류수의 점도는 0.0001Pa.s이다. 따라서 보고된 상대 유압전도도 20°C로 보정한다(BSI, 1996).

3.2.2 스위스 IVT 투수시험장치

스위스의 IVT Permeameter는 수년째 사용되고 있는 스위스의 자체개발 장치다. 내부 지름 190mm, 높이 250mm의 플렉시클라스 실린더로 구성됐다. 실린더는 20mm 간격으로 다섯 개의 표시가 새겨져 있으며, 실린더 하단 또는 120mm높이에 “zero-marking”이 있다. 가장 높은 골재를 덮고 표면의 빈 공간을 채우기 위해 포장 표면에 30mm 폭의 링을 접착시킨다. 이는 실린더와 포장 사이를 밀봉하여, 모든 물이 배수성 아스팔트 내부로 통과하게하기 위함이다. 투수능력은 유출된 2,270mL의 물이 0mm와 80mm사이에서 경과한 시간으로 표현할 수 있다(Isenring, 1990).

3.2.3 영국 Burton Bypass Trials 변수위투수시험장치

영국 Burton Bypass Trials(Daines, 1986)은 스펀지 고무로 둘러싸인 직경 150mm의 원형으로 된 지역(A=177cm2)에 70cm에서 17cm로 떨어지는 물의 수두차를 이용하였다. 8,000mL의 물이 모두 배출되는 동안의 시간을 측정한다. 도로 조건과 같이 형상화된 스펀지 고무로 봉인한 테스트 면의 바닥과 무제한 바닥면에서 측정된다. 유출시간은 투수계수로 변환한다(Daines, 1986).

3.2.4 미국 죠지아 교통국 현장투수시험장치

죠지아 교통국(The Georgia Department of Transportation, GDOT)에서 사용하는 변수위투수시험장치는 원형 베이스 플레이트, 그리스 건 및 원통형 플라스틱 실린더로 구성되어 있고, 이를 통해 배수성 아스팔트 포장면의 투수계수를 산정될 수 있게 한다. 베이스 플레이트는 외측 가장자리에 장착된 고무 O-ring 2개가 장착되어 있으며 약 19mm간격으로 배치한다. 베이스 플레이트는 포장면과 접촉하며, O-ring 사이에 그리스를 주입하여 영구적인 씰이 형성되지 않도록 한다. 원형 플라스틱 실린더는 물로 채워지고, 물은 베이스 플레이트를 통해 아래의 배수성 아스팔트 포장면으로 흐르게 한다. 물의 배수는 1,600ml로 측정함으로써 포장두께를 기준으로 한 투수계수를 계산할 수 있다(GDOT).

3.2.5 스페인 칸타브리아 대학 현장투수시험장치

1981년 스페인 산탄데르에 있는 칸타브리아 대학에서 현장 투수 시험장치를 개발하였다. 이것은 “LCS (Laboratorio de Caminos de Santander) Drainometer”로 현재 몇몇의 유럽국가에서 사용되어지고 있다. LCS Drainometer는 배수용량, 공극률, 완성 표면의 균질성을 평가할 수 있는 시험이다. 시험방법은 투명 실린더를 노면에 놓고 약 250mm의 높이까지 채우는 것으로 시작된다. 이것은 7cm2 면적의 관을 통해 1,735mL의 물을 배출하는데 필요한 시간을 측정하기 위해 사용되는 투수시험 장치다. 투명실린더 내 250mm의 물(1,735mL)이 노면에 배수되어 배수성 아스팔트 포장면을 적시는 시간을 기록하여 T(초단위로 측정)라 하고 투수계수(K)와 공극률을 구한다(SABITA Manual 17, 2011).

4. 현장 및 실내투수시험

4.1 시험개요 및 현장설명

투수시험은 현장과 실내에서 각각 실시하였다. 배수성 아스팔트 포장이 시공된 서울시에 위치한 도로 중 총 3개의 구간(A, B 그리고 C)에서 시험을 실시하였는데, 공용기간은 3개 구간 공히 2년 미만의 구간을 선정하였다. 현장투수시험은 5m간격으로 9개 지점에서 3회 이상 측정하여 얻어진 값을 평균하여 비교 분석하였다. 실내투수시험의 경우 현장투수시험을 측정한 부근에서 코아를 채취하여 투수시험을 실시하였다. 각 구간의 특징은 다음 Table 1과 같다.

Table 1. A, B 및 C구간의 특징

구분 위치 교통특성 공용기간
A구간 서울 강북 중(4차선) 1년 6개월
B구간 서울 강북 중(6차선) 1년 6개월
C구간 서울 강남 상(6차전) 1년 6개월

4.2 현장투수시험

현장투수시험방법은 표준규격 KS F 2394를 따르며, 제 3장 1절의 절차대로 시험을 수행하였다. 현장투수계수를 산출하기 위하여 각 구간을 9개 지점으로 분류, 지점 당 3회 이상 측정하여 평균값을 구했다. Fig. 2는 현장투수시험 장면을 나타낸 것이다.

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Fig. 2.

현장투수시험 장면

4.3 실내투수시험

실내투수시험은 정수위 투수시험으로 실시하며, 현장에서 채취한 코아시료를 사용하여 실내투수시험을 실시하였다(KS F 2322).

4.4 현장투수시험 분석 및 문제점

현장 투수 시험은 표준규격 KS F 2394 [투수성 포장체의 현장 투수 시험방법]에 따르고 있으나, 이는 1980년대 일본 동경도에서 간단하게 배수성 포장의 배수 능력을 측정하기 위한 간이시험방법이 전해져 내려와 일본과 국내의 표준으로 자리매김한 것으로, 실질적인 투수계수와 공극률을 측정함에 있어 정확도가 떨어진다고 여러 연구를 통해 알려져 있다. 또한, 현장 투수 시험은 배수성 아스팔트 포장의 투수계수나 유출계수를 산출함에 있어 다음과 같은 문제점이 있다.

① 시험장치의 원통부가 높아, 강우 시 노면의 침수상태에 비하여 큰 수두압이 발생하게 된다.

② 투수계수 산출 시 다르시의 법칙에서는 포장체 내의 물이 수직 방향으로만 뻗어나가는 것으로 가정하고 있어 실제와는 다르다. 수평방향 침투수를 고려하지 않고 있기 때문이다.

③ 시험기간이 짧고 한정된 면적에서 실시되어 표면의 초기침투능력을 나타낼 수 없으며, 지반이 기본조건인 완벽한 포화상태임을 확인 할 수 없다. 포장체의 저류능력이 어느 정도인지 예측할 수 없다는 것이다. 이 때문에 측정 시마다 투수계수 결과치의 변동이 크게 발생하게 된다.

④ 원통의 콕크 부분이 좁아졌다가 다시 넓어지므로 투수성이 높은 포장일 경우 유출속도보다 물이 공급되는 속도가 늦어지는 경우에는 측정에 저해가 발생할 수 있다.

이뿐만 아니라, 시공 직후와 공용 중 여러 지역을 각각 3번 이상 수시로 실시해야 함에도, 저판 바닥면의 누수방지 처리와 다량의 시험수 조달 등 다수의 제한요소가 상존하고 있어 현장의 담당자들이 어려움을 겪고 있는 실정이다. 촉박한 공사기간에 쫒기는 현장 담당자들은 실질적인 시험을 최소화하고 관례에 따라 처리하는 경우도 종종 발생함에 따라, 현재의 투수 시험방법을 보완할 필요성이 있다.

4.5 시험결과 비교 및 분석

본 연구에서는 배수성 아스팔트 포장의 투수계수와 공극률을 기반으로 배수기능평가에 대해 비교 및 분석하기 위해 서울시 배수성 아스팔트 포장이 시공된 3구간을 선정하여 현장투수시험과 실내투수시험을 수행한 결과이다. 현장투수계수와 실내투수계수와의 관계, 이론적으로 계산된 공극률과 코어락 장비를 이용한 실측공극률과의 관계 그리고 투수계수와 공극률과의 관계를 비교․분석하였다.

4.5.1 현장 및 실내투수계수 결과 분석

A, B 및 C구간에서 9지점에 각각 3회씩 시험을 실시하여 평균으로 투수계수를 산출하였고, 그 결과는 Fig. 3~5에 보였다. 시험결과에 따르면 현장투수시험과 실내투수시험은 동일한 시료로 실시했음에도 불구하고 현장투수계수가 실내투수계수보다 큰 것을 알 수 있다. Fig. 3에서 A구간의 현장투수계수와 실내투수계수와의 차이는 0.26cm/s에서 0.72cm/s까지 평균 0.052cm/s의 차이를 보였고, Fig. 4의 B구간에서 현장투수계수와 실내투수계수와의 차이는 0.057cm/s에서 0.092cm/s로 평균 0.75cm/s의 다소 큰 차이를 보였으며, Fig. 5의 C구간에서 현장투수계수와 실내투수계수와의 차이는 0.006cm/s에서 0.025cm/s로 평균 0.019cm/s의 다소 작은 차이를 보이고 있으나 이 결과로 볼 수 있는 각 구간의 공통점은 현장투수계수가 모두 높다는 것이다. 전 구간에 걸쳐 현장투수시험과 실내투수시험의 투수계수가 차이가 발생하는 원인을 다음과 같이 분석할 수 있다.

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Fig. 3.

A구간 현장 및 실내투수시험 결과

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Fig. 4.

B구간 현장 및 실내투수시험 결과

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Fig. 5.

C구간 현장 및 실내투수시험 결과

① 현장투수시험의 배경적 측면

현재의 현장 투수 시험은 표준규격 KS F 2394 [투수성 포장체의 현장 투수 시험방법]에 따르고 있으나, 이는 1980년대 일본 동경도에서 간단하게 배수성 포장의 배수 능력을 측정하기 위한 간이시험방법이 전해져 내려와 일본과 국내의 표준으로 자리매김한 것으로, 실질적인 투수계수와 공극률을 측정함에 있어 정확도가 떨어진다고 여러 연구를 통해 알려져 있다. 왜냐하면 현행되는 현장투수시험은 400ml의 물을 유하시켜서 15초간 통과된 수량을 구하여 투수계수를 구하는 방법이기에 실제 현장의 직접적인 투수계수를 구하는 것과는 다르기 때문이다. 일본아스팔트포장협회의 편람에 의하면, 현장 투수시험은 일정량의 물이 유하하는데 어느 정도 시간이 필요로 하는가를 말하는 시험으로 엄밀하게 투수계수를 구하는 시험이 아니고, 반드시 실내에서 제작된 공시체와 현장에서 채취한 코아를 통해 실내투수시험을 할 것을 추천하고 있다.

② 현장투수시험의 시험적 한계성

현장투수시험장치의 원통부가 높아, 강우 시 노면의 침수상태에 비하여 추가적인 수두압이 발생하게 된다. 또한 시험기간이 짧고 한정된 면적에서 실시되어 표면의 초기침투능력을 나타낼 수 없으며, 지반이 기본조건인 완벽한 포화상태임을 확인 할 수 없다. 지반이 포화되어 저류기능이 없는 상태를 확신할 수 없기 때문이다. 이 때문에 측정 시마다 변동이 크게 발생하게 된다. 원통의 콕크 부분이 좁아졌다가 다시 넓어지므로 투수성이 높은 포장일 경우 물이 유하되는 속도가 노면의 유출속도를 못 따라가기 때문에 측정결과에 오류가 발생할 수 있다. 그리고 배수성 아스팔트 포장의 대표적인 특징 중에는 저류기능과 유출기능이 있는데, 현장투수계수는 저류기능에 대한 시간을 고려하지 않는다. 지반이 완벽한 포화상태인지 알 수 없다는 것과 유사하다. 이는 실내투수시험 시 시료는 소량의 물로도 포화상태를 만들 수 있는 반면 현장투수시험의 노반은 포화상태가 되기 위해 훨씬 많은 물의 양을 필요로 할 것이다. 그리고 실내투수계수는 수직투수계수만 고려하면 되는 반면 현장투수계수는 수평투수계수와 수직투수계수를 모두 고려해야하므로 투수계수도 비교적 높은 값을 갖는다는 것을 발견할 수 있다. 시험결과와 같이 A, B 및 C구간의 현장투수계수가 실내투수계수보다 높은 것은 현장투수시험의 경우 수직방향뿐만 아니라 수평방향으로도 유입수가 침투되기 때문에 실내투수시험보다 빨리 침투되는 것으로 현장투수계수가 실내투수계수보다 크게 측정된다.

③ 배수범위의 한계

실내투수시험에서는 물이 흘러들어가는 범위가 정해져 있고, 일정량 배수 시 포화상태가 되지만, 현장투수시험 시에는 물이 흘러들어가는 범위를 지름 15cm으로 한정하고 있음에도 더 확산되지 않는다는 확신이 없고, 시료인 지반이 포화상태임을 단정 지을 수 없다. 이는 현장투수시험에서 물의 침투는 수직방향이 아닌 수직방향과 수평방향 모두 침두가 가능하기 때문이고, 실내투수시험은 오직 수직방향으로만 침투될 수 있다는 것이다. 다르시의 법칙에서는 포장체 내의 물이 수직 방향으로만 뻗어나가는 것으로 가정하고 있어 실제와는 다르기 때문에 수평방향 침투수를 고려하지 않고 있다. 그리하여 현장투수시험과 실내투수시험의 기본조건이 다르며, 유사한 값을 산출 한다는 것이 불가능하다고 볼 수 있다. 그리고 현재의 투수시험으로는 수평투수계수까지 구하는 것이 어렵다.

4.5.2 계산공극률 및 실측공극률 결과 분석

시료를 채취한 3구간의 시공 시 산정된 이론최대밀도 자료를 기반으로 계산공극률을 산정하고, 채취한 시료를 통해 실측공극률을 구하여 공극률의 변화에 대해 분석해 보았다. 이를 통해 공용 중 먼지나 유기물질에 의한 공극 막힘 현상 등으로 배수성 아스팔트의 배수기능의 변화에 대한 분석을 기대할 수 있다.

채취한 시료들을 실내투수시험을 실시함과 동시에, 코어락장비를 통해 실측공극률을 산출했다. Fig. 6~8은 각 구간별 계산공극률과 실측공극률을 나타낸 것이다. 이론최대밀도는 A, B 및 C구간 시공 시 기록된 자료를 이용하였다. A, B 및 C구간 전 구간에 걸쳐 계산공극률과 실측공극률에 대한 시험결과는 Fig. 6~8로 확인할 수 있다. Fig. 6에서 A구간의 계산공극률은 실측공극률보다 높고 최대 2.9%의 차이를 보이고 있으며 평균 1.8%의 차이를 나타내고 있다. Fig. 7에서 B구간의 계산공극률은 실측공극률보다 모두 높은 결과치를 보이며 0.5%에서 최대 2.7%의 차이를 보이고 평균 1.8%의 차이가 있다. Fig. 8의 C구간은 비교적 고르게 계산공극률이 실측공극률보다 높으며 2.7%에서 3.5%까지 평균 2.7%의 차이를 보이고 있다. 이는 먼지나 유기물질이 공극을 점차 막는 공극막힘(Clogging) 현상에 의해 최초 설계 시 계산공극률보다 실측공극률이 낮아지는 것이라는 가정에 대한 근거가 될 수 있을 것이다.

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Fig. 6.

A구간 계산 및 실측 공극률 산정 결과

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Fig. 7.

B구간 계산 및 실측 공극률 산정 결과

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Fig. 8.

C구간 계산 및 실측 공극률 산정 결과

4.5.3 공극률 및 투수계수와의 연관성 분석

일반적으로 공극률이 높으면 배수성능은 좋을 것이고, 공극률이 높을수록 투수계수가 높게 측정되어야 할 것이다. 그래서 Fig. 3~8의 시험결과로 공극률과 투수계수와의 연관성에 대하여 분석 해보고자 한다. 공극률은 실측된 결과를 사용하며, 현장투수계수와 실내투수계수의 관계를 비교하였다.

Fig. 9에서 A구간의 현장투수계수는 1구간에서 9구간까지 점차 줄어들고 있는 상태이나, 공극율과 실내투수계수는 일정한 상관관계가 발견되지 않고 있다. Fig. 10에서 B구간의 현장투수계수도 1구간에서 9구간까지 점차 줄어들고 있는 상태이나, 공극율과 실내투수계수는 상관관계가 발견되지 않는다. Fig. 11의 C구간도 다른 구간과 마찬가지로 상관관계가 없음을 알 수 있다. 시험결과를 근거로 투수계수와 공극률 간에는 연관성을 발견되지 않았다.

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Fig. 9.

A구간 공극률과 투수계수의 결과

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Fig. 10.

B구간 공극률과 투수계수의 결과

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Fig. 11.

C구간 공극률과 투수계수의 결과

5. 결 론

배수성 아스팔트 포장의 배수거동 조사와 현장투수시험방법에 대하여 조사하고 분석한 결과 본 연구에서는 다음과 같은 결론을 도출하였다.

① 현장투수시험(표준규격 KS F 2394)은 동경도에서 공극률이 20%이상인 투수성 보도 포장의 투수량을 측정하는 현장간이 시험으로 투수계수와는 무관하다.

② 현장투수시험과 실내투수시험을 동일한 시료에 대하여 실시한 결과 현장투수시험결과가 실내투수시험 결과에 비하여 모두 크게 측정되었다. 이는 현장투수시험이 실내투수시험에 비하여 시험조건이 양호하고, 실내투수시험에서 적용하는 다르시 법칙에 따르지 않기 때문이다.

③ 공극률과 투수계수의 이론적인 관계는 비례관계이나 실제 포장체에서 측정한 공극률과 투수계수는 이러한 관계가 성립되지 않는다.

④ 상기로부터 실제 포장체의 투수기능은 교통하중의 반복작용, 토사의 유입, 여름철 온도의 상승으로 인한 공극의 찌그러짐에 의해 영향을 받기 때문에 이러한 영향인자를 고려한 시험장치와 방법이 개발되어야 한다.

향후 배수성 아스팔트의 수요가 확대될 것으로 예측되는 가운데 현행 현장투수시험의 문제점들을 보완할 수 있는 개선된 현장투수시험방법의 도입이 필요하고 현장에서 편리하게 사용가능한 새로운 현장투수시험 장치 개발이 필요하다.

Acknowledgements

본 연구는 서울과학기술대학교 교내학술연구비 일부 지원으로 수행되었습니다.

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