1. 서 론
국내 콘크리트 포장은 전체 포장의 60%(Kim and Lee, 2020)를 차지하고 있으며, 콘크리트 포장의 노후화로 인한 포장유지관리 방법에 대한 관심이 증가하고 있는 실정이다. 현재 노후 콘크리트 포장의 보수공법으로 아스팔트 덧씌우기 공법을 가장 많이 적용하고 있으나, 반사균열, 밀림, 포트홀 등 포장 파손 발생이 발생하고 있어 포장 파손을 방지하고 포장 수명을 연장하기 위한 새로운 공법이 필요한 상황이다.
본 연구에서는 콘크리트 포장 위 아스팔트 덧씌우기 후 발생하는 반사균열을 저감시키고, 기존 콘크리트 포장과의 부착력을 증가시키며, 상부로부터 유입되는 우수 및 염화물의 침투를 방지할 수 있는 방수성능이 우수한 불투수 차단층(Thin Sand Mastic : TSM) 개발하였다.
불투수 차단층은 공극률 0.5% 이하의 구스 혼합물로써 방수성능 및 부착성능이 뛰어나고, 굵은골재 최대치수 6 mm를 사용하여 포장두께 1.0~2.0 cm의 박층포장을 구현하였다. 또한 기존 구스 혼합물의 문제점인 저온 균열 방지를 위하여 저온 성능이 우수한 폴리머 개질재를 사용하여 공용성 등급 PG 88-34 의 아스팔트 바인더를 적용하였다.
불투수 차단층의 현장 적용성 평가를 위하여 포장가속시험 및 현장 시험시공을 실시하였으며, 추적조사를 통하여 공용성능을 확인하고자 하였다.
2. 실내 시험
2.1 배합 설계
불투수 차단층 아스팔트 혼합물에 사용된 아스팔트 바인더의 시험결과는 Table 1과 같이 PG 88-34 등급의 아스팔트 바인더가 사용되었으며, 굵은골재 최대치수 6mm(MA 6 : Mastic Aaphalt 6mm)를 사용한 불투수 차단층 혼합물의 배합설계 결과는 Table 2와 같고 최적아스팔트함량(OAC : Optimum Asphalt Contents)은 13.0%로 결정되었다.
Table 1.
Test results of Asphalt binder
Table 2.
Results of Mix design
| Mixtures |
OAC (%) | Hot bin(kg) |
Filler (kg) |
AP (kg) |
Sum (kg) | |
| 6 mm~3.5 mm | 3.5 mm | |||||
| MA 6 | 13.0 | 183 | 557 | 130 | 130 | 1,000 |
2.2 불투수차단층 혼합물 시험 결과
2.2.1 접착성능시험
불투수 차단층 혼합물에 대하여 인장접착강도, 전단접착강도시험을 수행하였으며, Table 3에서와 같이 국토교통부(MOLIT, 2021) 교면포장 시스템의 품질기준을 모두 만족하고 기준값을 상회하는 것으로 나타났다.
Table 3.
Test results of TSM mixtures
2.2.2 반사균열시험
불투수차단층의 균열저항성능을 평가하고자 반사균열시험을 실시하였다(Kim et al., 1999; Doh et al., 2005, Kim et al., 2005). 실험장치는 직경 200 mm의 강재 바퀴가 200 mm 거리를 왕복하는 반복주행(Wheel tracking) 시험기를 이용하였으며, 1 Hz의 속도로 100 kgf의 하중을 재하하여 수직균열이 진전하는 것을 육안으로 측정하였으며, 실험온도는 20°C에서 수행하였다. 실험결과 불투수차단층을 하부에 적용한 시편이 일반혼합물에 비하여 반사균열 저항성이 2.1배~2.4배 우수한 것으로 평가되었다(Table 4, Fig. 1).
Table 4.
Test results of Reflection cracking test
| Classification |
Total Thickness (SMA layer + TSM layer) | |||
|
5 cm (5 cm + 0 cm) |
5 cm (4 cm + 1 cm) |
5.5 cm (4 cm + 1.5 cm) |
6 cm (5 cm + 1 cm) | |
| Fracture cycle | 1,366 | 2,844 | 3,325 | 3,124 |
| Ratio | 1 | 2.1 | 2.4 | 2.3 |
2.3 포장가속시험
결빙 불투수 차단층 혼합물의 장기 공용성능 평가를 위하여 2019년 7월 23일 한국도로공사 도로교통연구원 가속시험동 내에 Fig. 2와 같이 하부에 콘크리트 슬래브를 거치시키고 상부에 불투수 차단층과 중간층 아스팔트포장, 표층 아스팔트포장 단면으로 시험포장을 실시하였다. 또한 하부 콘크리트 슬래브의 반사균열을 모사하기 위하여 2 m와 1.5 m의 간격으로 컷팅을 통하여 조인트부를 형성하였다. 포장가속시험은 총 중량 45 ton의 하중을 재하하여 약 53만회를 주행(누적 ESALs : 7,540,000)하였으며, 주행 후 시공구간의 소성변형량과 균열을 포장 조사장비인 3D 스캐너를 이용하여 측정하였다.
소성변형 측정결과, Table 5와 같이 불투수차단층 시공구간이 일반 아스팔트포장구간에 비하여 소성변형발생량이 더 작게 측정되어 현장 적용시 사용에 문제가 없을 것으로 판단되었으며, 균열은 발생하지 않은 것으로 조사되었다.
3. 현장 적용 및 추적 조사
3.1 시험 시공
불투수 차단층의 현장 적용성을 평가하기 위하여 Table 6과 같이 2019년 11월 중앙고속도로 횡성 IC 영업소 광장부를 시작으로 서해안고속도로(함평), 고창-담양고속도로, 서천-공주고속도로(부여), 중앙고속도로(횡성~홍천) 구간에 시험 시공을 실시하였으며, Figs. 5, 6, 7, 8은 시험 시공 사진을 보여준다.
Table 6.
Test beds
3.2 추적 조사
2019년 11월 중앙고속도로 횡성IC 영업소 광장부에 시공한 불투수차단층 구간에 대하여 현장조사를 2021년 5월에 실시하였으며, Fig. 9에서와 같이 불투수차단층을 시공한 1차로 구간은 반사균열이 발생하지 않았지만 2차로 일반구간의 경우, 폭 3~5 mm, 길이 3.5 m의 반사균열이 1개소 발생한 것을 확인할 수 있었다. 또한 불투수차단층 시공구간의 코어를 현장에서 채취하여 Fig. 10에서와 같이 인장접착강도 시험을 실시하였으며, 시험 결과 Table 7에서와 같이 인장접착강도는 0.82 MPa로 측정되어 시공 후 공용 18개월이 경과된 후에도 하부 콘크리트 포장과의 접착력이 우수한 것으로 나타났다.
Table 7.
Tensile bonding strength test results
| Classfication | 1 | 2 | 3 | Average |
| Tensile bonding strength (MPa) | 0.82 | 0.81 | 0.84 | 0.82 |
2023년 10월 현장조사 결과, 서해안고속도로(함평), 고창-담양고속도로, 서천-공주고속도로(부여), 중앙고속도로(횡성~홍천) 구간의 포장상태는 소성변형, 균열 등이 포장 파손이 발생하지 않아 양호한 것으로 조사되었다(Fig. 11).
4. 결 론
본 기술은 노후 콘크리트 포장 아스팔트 덧씌우기 포장 시 발생하는 반사균열, 하부 콘크리트와 부착력 부족으로 발생하는 밀림, 우수 및 염화물의 침투로 인한 하부 콘크리트포장의 열화 발생으로 인한 포장 파손 등을 방지하고자 반사균열 저항성, 하부 콘크리트포장과의 부착성능, 상부 우수 및 염화물의 침투를 방지할 수 있는 방수성능이 우수한 불투수차단층(TSM) 혼합물의 개발하였다. 포장가속시험과 다수의 현장 시험시공을 수행하였고, 장기 추적조사를 통하여 불투수차단층의 현장 적용성을 확인하였다. 향후 불투수차단층을 노후 콘크리트포장의 유지보수공법으로 확대 적용한다면 포장 파손을 방지하고 포장 수명을 한 단계 연장할 수 있는 공법이라고 판단된다.
