1. 서 론
공군에서 가장 중요한 것은 항공기이고, 항공기가 이착륙하는 곳은 활주로이기 때문에 전시 상황에서 노출로 인한 활주로의 폭파구를 얼마나 빠르고 안정적으로 복구할 수 있느냐는 점에서 지속적인 운용 능력을 확보하는 것이 중요하다. 활주로 폭파구에서 재사용된 골재를 다짐하여 적정강도를 판정하게 될 경우 기준대비 강도미달인 경우가 많다. 따라서 강도가 미달되는 재사용 골재들의 강도를 증진시키기 위해 강도증진재가 필요하기도 하다. 이에 따라 본 연구는 다짐방법과 국내외 골재 크기 차이를 분석하고, 실내·현장 시험을 통해 활주로 손상복구골재의 표준적합성과 강도증진재의 사용성을 평가·관리하고자 한다.
2. 기존 골재의 입도 선정과 실내시험 및 현장시험 결과분석
국내외의 지침 및 시방서를 통해 활주로 폭파구 피해복구용 골재의 입도를 분석하였다. Table 1과 같이 국외 지침인 “A”에서의 입도인 UFC No. 1~3과 Table 2와 같이 국내지침인 “B”에서의 입도인 SB-1~2를 폭파구 피해복구용 골재 입도로 선정하였다. “A”와 “B”에서의 최대입도는 75 mm(3 in.)이다(UFC, 2003; MoLIT, 2017). 실험에 사용된 골재의 최대 입경은 50 mm와 25 mm로 UFC No.1, 3의 입도기준 및 국내 입도 기준인 SB-2를 기준으로 판정하였다. Table 1과 Table 2의 기준을 통해 실험에 사용된 사용 골재의 입도를 분석하였다.
Table 1.
UFC crushed stone aggregate size criteria
Table 2.
Domestic sub-base aggregate particle size standards
| Index | Passing weight percentage (%) | |||||||
| 75 mm | 53 mm | 37.5 mm | 19 mm | 4.75 mm | 2.0 mm | 0.425 mm | 0.075 mm | |
| SB-1 | 100 | - | 70-100 | 50-90 | 20-22 | 20-55 | 5-25 | 2-10 |
| SB-2 | - | 100 | 80-100 | 55-100 | 20-55 | 20-55 | 5-30 | 2-10 |
기존 공군 보유 골재와 폭파구 피해복구 현장 사용 골재를 실내시험 실시하였다. KS F 2502(2019)의 골재의 체가름 시험 방법에 따라 Fig. 1과 같이 공군 보유 골재를 체가름 시험하였다. Fig. 1에서 50 mm 골재가 UFC 입도 기준에 만족하지 않지만 국내 SB-2 입도기준에는 들어오는 것을 확인하였다. 25 mm 골재는 UFC입도와 SB-2 입도 둘 다 만족한다는 것을 확인하였다. 또한, 골재의 최적함수비(O.M.C)를 파악하기 위해 KS F 2312 (2021)의 다짐방법에 따라 Fig. 2와 같이 다짐시험을 실시하였고, Fig. 3과 같이 다짐시험의 결과를 정리하였다. 공군 자체 보유중인 골재의 강도를 파악하기 위해 KS F 2320(2020)의 CBR 시험 방법에 따라 시험을 실시 후 Fig. 4와 같이 결과를 도출하였다.
Fig. 5(a)는 현장 시험 시의 전경이고, (b)와 같이 현장 LFWD 시험을 실시한 일례를 나타내었다. 시험결과는 Table 3에 정리하였다. Table 3에서는 C-130 긴급복구 기준인 70 MPa를 만족하지만 C-17의 복구기준인 98 MPa를 만족하지 못하는 것을 확인할 수 있다. 기존 골재의 입도는 적정하지만 강도부족 문제로 인해 골재의 강도증진재가 필요하다고 판단되었다(UFC, 2003)
Table 3.
LFWD test results gained November 4th to 5th at the blast pit (MPa)
3. 강도증진재의 사용성 검증 실내시험 및 현장시험 결과분석
기존 골재의 현장시험 시에 강도 부족의 문제에 따라 강도증진재의 사용이 필요하다. 본 연구에서 사용된 강도증진재는 Humus-B 안정처리공법에서 사용되어지는 Humus-B 혼화제이다. Humus-B 혼화제는 노상 개량 및 일반 흙으로 보조기층 골재의 대체 효과와 이를 통한 아스콘 기층의 두께 절감 효과를 낸다고 알려져 있다. 이에 본 연구진은 연구측면에서 강도증진 측면의 적용성 검토만을 목적으로 하는 바, 화학 생성비율 및 최적배합비등은 업체제시 기준을 사용하여 실내시험을 통해 강도증진재의 사용성을 미리 검증 후 현장시험에서의 시험결과를 통해 강도증진재의 사용성을 검증하고자 한다. 현장시험 시 사용되었던 재사용 골재를 통하여 파괴시의 강도인 일축압축강도 개념을 폭파구 상황에 맞추어 허용침하범위를 고려한 실내 CBR 개념의 시험을 실시하였으며, 강도 시험결과는 Table 4와 Fig. 6에 나타내었다. 그림에서와 같이 Humus-B 혼화제의 강도증진재는 시간별 강도증진효과가 있음을 알 수 있었고, 이를 현장에서 확인하여 사용성을 검증하고자 한다.
Table 4.
Uniaxial compressive test result raw data
강도증진재를 활용하여 롤러를 통해 폭파구의 다짐 시에 현장 강도를 확인하기 위해 기존 재사용토와 쇄석(25 mm)골재로 나누어 진동 3회와 무진동 3회의 최적 다짐 후, 현장다짐 정도를 LFWD로 측정하였다. 또한 Fig. 7과 같이 재사용 골재와 훈련용 골재의 LFWD 결과로 비교를 실시하였다. Table 5를 보면 포설전 바닥면 강성도 차이로 인해 Site 1이 재사용골재임에도 불구하고 석분포함으로 초기 다짐도가 크게 나왔으나 시간별 강도증진효과가 3시간이후 비슷함을 알 수 있다. 또한 Site 1의 포설 전 바닥면이 작아 초기 다짐강도가 CBR 25 기준에 미달되었으나 1시간이후 강도증진재에 의해 강도증진이 일어난 것을 알 수 있었다. 이는 비록 제한적 실험결과이나 강도증진재가 복구 목표 2시간 후 강도증진효과가 크게 나타나므로 기준미달 복구 재료나 주변 토사를 활용하여 충분히 활용 가능할 것으로 사료된다.
Table 5.
Intensity development over elapsed time
4. 결 론
본 연구에서는 피해복구 현장에서 골재 품질 관리를 위해 기존 공군에서 훈련에서 사용한 재사용골재를 사용시 부족한 강도부분을 보강하기 위한 재사용골재 및 재사용골재에 첨가제를 포함힌 강도증진재 성능을 평가하고자 실내시험 및 현장시험을 실시하였다.
1. 재사용골재는 C-130 긴급복구 기준인 70 MPa를 만족하지만 C-17의 복구기준인 98 MPa를 만족하지 못하는 것을 확인할 수 있다. 기존 재사용 골재의 입도가 적정하더라도 강도부족 문제로 인해 골재의 강도증진재가 필요하다고 판단되었다.
2. 복구골재의 강도증진은 2~3시간이후 기준통과가 되어야 하므로, 양생으로 인한 강도증진이 아닌 다짐이 가능하고 강도증진이 2~3시간이후 강도기준을 만족하게 하는 강도증진재가 필요함을 알 수 있었다.
3. 파괴시의 강도인 일축압축강도 개념을 폭파구 상황에 맞추어 허용침하범위의 실내 CBR 개념의 압축시험을 실시한 실내시험결과, 강도증진재는 시간별 강도증진효과가 있음을 알 수 있었다.
4. 현장시험결과, 강도증진재가 복구 목표 2시간 후 강도증진효과가 크게 나타나므로 기준미달 재사용골재를 활용하여 충분히 활용 가능할 것으로 사료된다. 추후 일반토사에 대한 실험결과를 통해 전시사항에서 비치된 골재가 부족시 활용가능한지에 대한 연구가 필요할 것이다.
