© 2025 by Korean Asphalt Institute
ABSTRACT
1. 서 론
2. 린 콘크리트의 특징
3. 연구방법
3.1 시편제작
3.2 물리적 특성 평가 방법
4. 시험 결과 및 분석
4.1 압축강도 및 탄성계수
4.2 피로시험
4.3 열팽창계수
5. 결 론
1. 서 론
라오스는 쾨펜-가이거 기후 구분(Koppen-Geiger classification system)에 따라 Am형(열대 몬순) 기후로 분류되며, 연평균 강수량은 약 1,750 mm에 달하고 대부분이 우기(5월~10월)에 집중된다(World Bank, 2025). 특히 우기에는 스콜성(Squall) 강우가 내리는 특징이 있다. 이러한 기후 특성은 라오스 비포장도로에 직접적인 영향을 미치며, 건기에는 차량 통행에 따른 비산먼지 발생하고, 우기에는 강우로 인한 토사 유실과 노면 패임으로 평탄성이 크게 저하되는 문제가 반복적으로 나타난다(Kang et al., 2023). 비포장도로는 주로 라테라이트(Laterite) 토양으로 구성되어 있는데 건조 시에는 비교적 높은 지지력을 발휘하지만, 높은 물보수력(Water-holding capacity)과 물가소성(Water plasticity) 특성으로 인해 우기 중 강우가 침투하면 급격히 지지력이 저하되는 문제가 발생한다(Gidigasu and Dogbey, 1991; Yamaguchi et al., 2007; Netterberg, 2014; Osele and Kasangaki, 2018; Bhamidipati et al., 2024). 우기 중 손상된 도로는 일반적으로 자갈골재층(Gravel Wearing Course, 이하 GWC) 공법을 활용하여 Fig. 1과 같이 유지･보수가 이루어지지만, 이 공법은 현장에서 기존 토양과 자갈 및 암석을 단순 혼합･다짐하는 방식으로 수행되며, 강우 시 Fig. 2와 같이 손상이 쉽게 재발하는 한계를 가지고 있다.
Fig. 1.
GWC construction
Fig. 2.
Visual inspection results of the GWC construction section
비포장도로는 우기 손상과 건기 복구가 반복되는 구조적 취약성으로 인해, 지속적인 유지관리 비용 부담을 초래하고 있다. 이러한 반복적인 보수 패턴은 재정적･행정적 자원의 낭비로 이어지며, 중장기적인 도로 인프라 개선의 걸림돌이 되고 있다. 라오스가 내륙국이라는 지리적 이점을 활용하여 메콩 지역 국가들을 연결하는 교통 허브(Hub)로 도약하기 위해서는, 전체 도로망 중 대다수를 차지하는 비포장도로의 구조적 품질 개선이 선행되어야 한다. 다양한 선행연구에서는 라테라이트 토양의 안정화를 위해 시멘트, 석회, 아스팔트, 폐플라스틱, 지오폴리머, 고화제 등의 다양한 재료를 활용한 사례가 보고되고 있다(Gidigasu and Dogbey, 1991; Yamaguchi et al., 2007; Amirkhanian et al., 2017; Phummiphan et al., 2017; Osele and Kasangaki, 2018; Rashid et al., 2019; Wahab et al., 2021; Quadri et al., 2021; Ezreig et al., 2022; Konduah et al., 2022; Ayoola and Philip, 2023; Almeida et al., 2024; Obianyo et al., 2024; Mezie et al., 2025). 라오스는 내륙국이라는 지리적 특성상 아스팔트계 자재의 안정적인 수급에 한계가 있으며, 열악한 도로 접근성과 낮은 운송 효율성으로 인해 아스팔트 혼합물의 현장 적용이 구조적으로 제약을 받는다. 특히 마을 간 연결도로 및 간선도로 연계망 확보를 위한 비포장도로는 신속한 시공성과 조기 통행 개방성이 요구된다. 이러한 제약 요건을 종합적으로 고려할 때, 시공이 간편하고 양생 기간이 짧으며, 기본적인 지지력을 확보할 수 있는 콘크리트 기반 공법이 보다 실용적인 대안으로 평가된다. 그중에서도 린 콘크리트(Lean concrete)는 재료 수급, 공정 단순화, 구조적 안정성을 동시에 만족시킬 수 있는 비포장도로 개선을 위한 실용적 대안으로 검토될 수 있다. 본 연구는 린 콘크리트가 라오스의 비포장도로 개선에 실질적으로 적용된 선행 사례가 부족하다는 점에 착안하여, 현지 조건에 적합한 린 콘크리트 혼합물을 제작하고, 그 물리적 특성을 체계적으로 분석하는 데 목적이 있다. 이를 바탕으로, 향후 구조 해석, 공용성능 평가, 경제성 분석 등 후속 연구에 활용가능한 기초자료를 마련하고자 한다.
2. 린 콘크리트의 특징
일반적으로 린 콘크리트(Lean Concrete)는 상부층에 안정적인 지지력을 제공하고 평탄한 기초면을 형성하기 위해 아스팔트 또는 콘크리트 포장의 하부층, 혹은 구조물의 기초층으로 활용된다(Brown, 1979; Jo, 1993; Suo and Wang, 2012; Ling et al., 2018; Kasu et al., 2022). 린 콘크리트는 단위 시멘트량이 적어 수화열이 낮고, 이로인해 온도균열 발생 가능성이 작다. Fig. 3에서 볼 수 있듯이 슬럼프 값이 ‘0(Zero)’에 가까워 혼합물의 유동성이 매우 적다.
Fig. 3.
Comparing slump value between normal concrete and lean concrete
린 콘크리트의 특성으로 인하여 시공방식은 롤러전압 콘크리트 포장(Roller-Compacted Concrete Pavement, RCCP) 및 아스팔트 포장의 시공방식과 유사하다(ACI 211 Committee, 2002; Gauthier and Marchand, 2005; Harrington et al., 2010; Lee et al., 2014; Chhabra et al., 2021). Fig. 4는 비엔티안특별시 돈눈(Don Noun) 지역에 시범사업으로 린 콘크리트 시공시 과정을 보인 것이다. 기존 토공부를 절삭 및 정지한 뒤 지지력 확보를 위한 골재층을 설치하고, 린 콘크리트를 페이버(Paver)로 포설한 다음 진동롤러 및 타이어롤러를 이용하여 다짐한다. 습윤 양생은 7일간 수행되며, 이후 충분한 강도 발현을 확인한 뒤 교통 개방이 이루어진다. 이러한 시공 방식은 특수 장비 없이도 수행가능하며, 현지 기술자들이 익숙하게 적용할 수 있는 방식이라는 점에서 라오스와 같은 건설 경험이 제한된 지역에서도 높은 수용성을 기대할 수 있다. 또한 일반 콘크리트 포장에 비해 양생 기간이 짧아 조기 교통 개방이 가능하다는 이점이 있다. 시범사업 대상지역은 3개의 마을 이동경로이자 인근 13번 국도 진출로서 활용되는 곳이다. 2개의 중･고등학교와 1개의 유치원이 있어 등하교 시간에 오토바이, 툭툭(Tuk-Tuk) 그리고 PC(Personal Car)가 집중되나 비포장도로의 특성상 중차량의 통행은 없고 미니버스만 간헐적으로 운행되었던 곳이다. 시범사업 이후 대상 구간의 일평균 교통량은 251대에서 1,145대로 현저히 증가하였다. 이는 린 콘크리트 포장층 시공을 통해 노면 상태와 평탄성이 크게 개선되어 주행 안정성이 향상된 결과로 해석된다. 린 콘크리트는 아스팔트 포장과 유사한 시공방식으로 라오스 현지 건설 관계자들에게 거부감 없이 수용될 수 있으며 시범사업을 통해 비포장도로 개선 효과가 실증된바, 비포장도로 개선을 위한 유효한 대안 공법으로서의 가능성을 확인하였다.
Fig. 4.
Lean concrete construction
3. 연구방법
3.1 시편제작
Fig. 5는 본 연구의 수행 절차를 도식화한 것이다. 라오스의 현행 건설기준 및 시방서에는 린 콘크리트 공법이 명시되어 있지 않으므로, 본 연구에서는 국내 KCS 44 50 15를 준용하여 현지 조건에 맞춘 실내 배합설계를 수행하였다. 사카이(Sakai)지역에서 생산한 골재와 방비엥(Vang Vieng)에서 생산하는 일반 1종 포틀랜드 시멘트를 사용하였으며, 최적 합성입도곡선은 Fig. 6과 같다. 시멘트량은 180 kg/m3이며, 작업성 향상과 조기 강도 발현을 위해 적정량의 혼화제를 병용하였다. 린 콘크리트 혼합물은 국토교통부 ODA 사업을 통해 라오스 비엔티안(Vientiane)에 설치된 이동식 건설재료 생산설비를 활용하여 현장배합 후 생산하였으며, 생산된 혼합물로 직경 150 mm, 높이 300 mm의 원주형 공시체로 제작하였다.
Fig. 5.
Study process
Fig. 6.
Combined gradation of lean concrete
3.2 물리적 특성 평가 방법
3.2.1 압축강도 및 탄성계수
Fig. 7은 압축강도 및 탄성계수 시험 수행장면을 보인 것이다. 압축강도는 콘크리트의 내구성, 조기강도 발현, 장기 사용 가능성을 나타내는 대표적인 지표 중 하나로서 린 콘크리트의 실내배합설계 기준을 재령 7일 압축강도로 평가하고 있으며, KCS 44 50 15 기준에 5.0 MPa 이상으로 규정하고 있다. 압축강도 시험은 KS F 2405를 준수하였으며, 강도 발현 정도를 확인하기 위한 재령 3일 압축강도와 린 콘크리트를 비포장도로 표층으로 사용해야 하므로 일반 시멘트 콘크리트와 동일하게 재령 28일 압축강도, 그리고 장기 성능을 가늠하기 위해 재령 90일 압축강도를 추가적으로 평가하였다. 린 콘크리트를 표층으로 적용할 경우 차량하중에 의하여 하부층에 인장응력이 발생하고 반복하중에 따라 굽힘(Flexure)에 의한 균열발생을 고려해야 하기 때문에(Horiguchi, 1991; Lane, 1998; Harrington et al., 2001; Trost, 2004; Lane, 2010; Ardana and Ariawan, 2019; Keys, 2021; Marín-Uribe and Navarro-Gaete, 2021; Yaowarat et al., 2021), 혼합물의 압축강도로부터 휨강도를 변환하였다. 변환공식은 미국 콘크리트 포장협회(American Concrete Pavement Association, ACPA)에서 제시한 ACI 330 기준을 적용하였다. 린 콘크리트를 시공 후 교통하중 및 열팽창 등으로 인해 변형정도를 파악하고, 균열 분포를 예측하기 위하여 탄성계수 및 포아송비(Possion’s Ratio)를 KS F 2438을 준수하여 측정하였다.
Fig. 7.
Compressive strength and Young’s modulus test
3.2.2 피로시험
Fig. 8은 쪼갬인장강도를 이용한 피로시험 수행장면을 보인 것이다. 쪼갬인장강도는 차륜의 이동상태에 따라 도로 포장체가 받는 이축응력상태(Biaxial Stress)를 모사하여 거동을 확인할 수 있다는 장점이 있다(Kim et al., 2004). 또한 포장체는 반복되는 교통하중에 의해 점진적으로 손상이 발생하기 때문에, 비포장도로 개선공법으로서 린 콘크리트의 공용수명을 예측하기 위해서는 응력과 파괴횟수를 이용한 피로모델 도출은 필수적이다. KS F 2423에 따라 재령 90일의 시편을 쪼갬인장강도 시험을 실시하였으며, 변수로서 쪼갬인장강도 값의 90%, 80%, 70% 그리고 60%의 응력수준으로 피로를 주어 파괴횟수(N)을 기록하였다. 응력수준 외 피로시험에 변수로 작용하는 응력비(Stress Ratio)는 제외하였으며, 하중빈도는 5 Hz로 고정하였고, 응력수준별 피로시험의 종료는 시험체에 균열 및 파단이 발생하였을 때를 기준으로 하였다.
Fig. 8.
Fatigue test using splitting tensile strength
3.2.3 열팽창계수
Fig. 9는 린 콘크리트의 열팽창계수 시험 수행장면을 보 것이다. 콘크리트의 열팽창계수(Coefficient of Thermal Expansion, 이하 CTE)는 경화 과정이나 기후 변화에 따라 발생하는 조인트의 개폐, 슬래브의 curling 응력 및 표면 균열, faulting, 평탄성 저하에 큰 영향을 미치며(Tanesi and Meininger, 2002; Mallela et al., 2005; Tanesi and Meininger, 2007; Hein and Sullivan, 2012), AASHTO 기준에 따라 정확히 측정된 CTE 값을 MEPDG와 같은 설계 가이드에 입력하면 설계 정확도가 크게 향상된다고 보고되고 있다(Buch and Jahangirnejad, 2008; Subedi et al., 2025). 라오스는 지리적으로 우리나라처럼 사계절이 존재하지 않으나 주간 및 야간의 온도차가 발생하기 때문에 열팽창계수를 고려해야만 하며, AASHTO T 336를 준수하여 시험을 실시하였다. φ150 mm × 300 mm의 시편을 φ150 mm × 150 mm로 절단하여 시험을 수행하였으며, 시험온도는 라오스 기후 조건을 반영하여 10°C에서 50°C까지 10°C 간격으로 팽창 및 수축 세그먼트 길이(mm)를 측정하였다.
Fig. 9.
Coefficient of Thermal Expansion test
4. 시험 결과 및 분석
4.1 압축강도 및 탄성계수
Fig. 10 및 Table 1은 린 콘크리트의 재령별 압축강도 시험 결과를 보인 것이다. 린 콘크리트의 배합설계 기준인 재령 7일 압축강도 기준 5.0 MPa를 만족하였으며, 양생일수가 증가하면서 강도발현이 지속적으로 되는 것을 확인하였다. 특히 재령 90일 압축강도는 재령 7일 압축강도 대비 약 230% 증가하였다. ACI 330 기준에 의해 압축강도를 휨강도로 변환한 결과 재령 28일과 90일의 휨강도는 2.37 MPa과 3.29 MPa로 계산되었다. KCS 44 50 15의 포장용 콘크리트의 28일 휨강도 설계기준 4.5 MPa의 53%가 발현되었다. 라오스 비포장도로는 고속도로 및 국도와 달리 중차량의 통행이 적고, PC(Personal Car) 위주이기 때문에 시험을 통해 계산한 압축강도와 환산한 휨 하중을 고려하였을 때 충분한 강도를 확보하였다고 판단할 수 있으나, 향후 구조해석 및 공용수명 분석을 통해 정확한 계산이 필요하다.
Fig. 10.
Compressive strength test results of lean concrete
Table 1.
Compressive strength test results
|
@ 3 days
|
@ 7 days
|
@ 14 days
|
@ 28 days
|
@ 90 days
|
|
Compressive strength (MPa)
|
7.31
|
8.92
|
10.50
|
12.57
|
20.57
|
|
Flexural strength (ACI 330)
|
1.66
|
1.88
|
2.10
|
2.37
|
3.29
|
Fig. 11은 린 콘크리트의 탄성계수 시험 결과를 보인 것이다. 최대하중 40%에 도달하였을 때 세로변형률과 가로변형률은 0.000271, 0.000056 이었으며 세로변형률 0.000050에 도달하였을 때 응력과 가로변형률은 2.0 MPa, 0.000012 로 탄성계수는 28,329 MPa, 푸아송비는 0.20로 계산되었다. 일반적으로 시멘트 콘크리트의 탄성계수 범위는 20,000~56,000 MPa이기 때문에(FHWA, 1990) 단위 시멘트량이 180 kg/m3임을 고려하였을 때 적정 수준의 탄성계수가 측정되었음을 확인할 수 있다.
Fig. 11.
Young’s modulus test results
4.2 피로시험
린 콘크리트의 피로모델을 도출하기 위해 시편의 쪼갬인장강도 시험결과, 쪼갬인장강도는 1.66 MPa이 측정되었다. 일반적으로 인장강도의 경우 압축강도의 10% 수준으로서 재령 90일의 압축강도인 20.57 MPa 대비 8.1%로 계산되었다. 또한 일반적으로 일반 시멘트 콘크리트의 쪼갬인장강도 범위는 2.0~5.0 MPa이므로(Satish et al., 2021), 단위 시멘트 함량이 적은 린 콘크리트임을 감안하였을 때 적정하다고 판단된다. 쪼갬인장강도의 90%, 80%, 70% 그리고 60% 응력수준으로 피로를 주었을 때 파괴횟수(N)을 Table 2에 나타내었으며, Fig. 12는 이를 S-N곡선으로 도식한 것이다. 응력수준별 피로파괴가 발생한 시점은 90%일 때는 평균 457회, 80%일 때는 평균 6,381회, 70%일 때는 평균 150,766회, 60%일 때는 평균 561,206회였으며, 이를 피로모델로 도출하면 ‘S = -0.0765 log(N) + 1.0766’과 같다. 도출된 피로모델의 결정계수(R-Squared, R2) 값은 0.8792이다.
Table 2.
Fatigue test results
|
Max.Load, kN
|
Min.Load, kN
|
Stress Level, S
|
Loading
Frequency, Hz
|
Number of failure, N
|
Log(N)
|
|
105.12
|
0.10
|
0.90
|
5.00
|
431
|
2.634
|
|
223
|
2.348
|
|
887
|
2.948
|
|
693
|
2.841
|
|
51
|
1.708
|
|
93.44
|
0.10
|
0.80
|
5.00
|
2,441
|
3.388
|
|
557
|
2.746
|
|
14,554
|
4.163
|
|
12,339
|
4.091
|
|
2,016
|
3.304
|
|
81.76
|
0.10
|
0.7
|
5.00
|
102,017
|
5.009
|
|
191,421
|
5.282
|
|
201,678
|
5.305
|
|
158,570
|
5.200
|
|
100,144
|
5.001
|
|
70.08
|
0.10
|
0.6
|
5.00
|
220,180
|
5.343
|
|
449,284
|
5.653
|
|
1,014,155
|
6.006
|
Fig. 12.
Fatigue model (S-N curve) of lean concrete
4.3 열팽창계수
Fig. 13은 린 콘크리트의 열팽창계수 시험을 보인 것이다. 린 콘크리트의 열팽창계수는 8.80 × 10-6/°C로서 일반 시멘트 콘크리트의 열팽창계수 범위인 9~12 × 10-6/°C 보다 적어 4.2장 결과와 유사하게 나왔다. 일반 시멘트 페이스트의 열팽창계수는 약 11~20 × 10-6/°C로서 린 콘크리트의 열팽창계수와 비교하였을 때, 린 콘크리트는 구성하는 골재-시멘트 간 열팽창 특성 차이가 많이 발생하지 않음을 확인하였으며, 이를 통해 린 콘크리트를 비포장도로 개선공법으로 사용이 적합함을 가늠할 수 있다.
Fig. 13.
CTE of lean concrete
5. 결 론
라오스 비포장도로 개선 공법으로서 린 콘크리트 포장의 내구성, 공용성능을 체계적으로 규명하고자 이동식 건설재료 생산설비를 사용해 혼합물을 생산 후 시편을 제작, 물리적 성능을 다음과 같이 분석하였다.
1) 라오스 현지 건설재료로 만든 린 콘크리트 시편은 KCS 44 50 15 배합강도 기준인 5.0 MPa를 만족하였다. 재령 3일 압축강도가 7.31 MPa이고 배합강도 기준과 비교시 강도가 조기 발현되었기 때문에 향후 린 콘크리트를 이용한 비포장도로 개선 공사 시 현장에서 강도 발현을 위한 교통차단시단을 단축시키는 것을 검토해볼 수 있다. 또한 양생 기간에 따라 령 90일까지 충분히 압축강도가 증가함을 확인하였기 때문에 향후 목표강도 조정을 검토해볼 수 있다. ACI 330 기준에 의해 압축강도를 휨강도로 변환한 결과 재령 28일과 90일의 휨강도는 2.37 MPa과 3.29 MPa로 계산되었다. 재령 90일 시편의 탄성계수는 28,329 MPa로서 일반 시멘트 콘크리트 대비 단위 시멘트 함량이 적은 린 콘크리트임을 감안할 때 적정 수준이라고 판단된다.
2) 린 콘크리트의 쪼갬인장강도는 1.66 MPa로서 재령 90일 압축강도 대비 8.1%로 계산되었다. 일반 시멘트 콘크리트의 쪼갬인장강도 범위인 2.0~5.0 MPa를 고려하였을 때 린 콘크리트의 쪼갬인장강도는 적정하다고 판단되며, 응력수준을 90%, 80%, 70% 그리고 60%로 적용하여 피로시험을 수행한 결과 ‘S = -0.0765 log(N) + 1.0766’의 피로모델이 도출되었다. 해당 피로모델의 거동은 일반적인 콘크리트와 유사양상을 나타내었기 때문에 적정하다고 판단하였다.
3) 린 콘크리트의 열챙팡계수는 8.80 × 10-6/°C로서 일반 시멘트 페이스트의 열팽창계수 범위를 고려하였을 때(11~20 × 10-6/°C), 린 콘크리트를 구성하는 골재-시멘트 간 열팽창 특성 차이가 적음을 확인하였으며, 주야 온도차로 인한 균열 발생률이 적어 비포장도로 표층으로서 시공이 적합함을 확인할 수 있었다.
4) 본 연구를 통해 확인한 린 콘크리트의 물리적 특성으로 라오스 환경조건을 고려한 린 콘크리트 포장의 구조해석을 진행 중이며, 교통량 조건에 따른 축하중별 파손이 발생하는 횟수를 계산하여 확인하여 공용성 분석을 추가 수행할 예정이다. 일반적으로 린 콘크리트는 하부 평탄화 및 화학적 부식, 습기 차단을 위해 포장 하부층으로 활용되고 있는 것을 참고하여 린 콘크리트 포장층이 향후 아스팔트 포장층 또는 시멘트 콘크리트 포장층 하부층으로서 역할을 수행할 수 있는지 확인하기 위한 유한요소해석도 추가 수행할 예정이다.
Acknowledgements
본 연구는 국토교통부 공적개발원조사업 “라오스 도로 건설 및 관리 기반 자립화 사업(20240524-001)”에 의하여 수행되었으며, 이에 감사드립니다.
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