1. 서 론
교면포장은 교통하중에 의한 충격과 우수 등 기상조건으로부터 교량의 상판을 보호하고 차량의 쾌적한 주행성을 제공하는 것을 목적으로 한다(Kim et al., 2005). 교면포장은 차량의 지속적인 하중 전달과 건조수축, 상판 표면으로 유입된 우수 및 염화물로 인하여 교량 상판의 노화 및 철근의 부식, 박리 등 내구성이 저하되는 환경에 직접적으로 노출되어 있다(Kim et al., 2005). 최근 교통량 및 중차량의 증가로 인하여 교면포장의 손상이 가속화되고 보수주기가 빨라지고 있는 실정이다. 이러한 문제를 극복하고자 재료적으로는 라텍스, 섬유, 포졸란재료 등을 첨가하여 내구성 있는 보수공법 개발 연구가 수행되고 있으며 장비의 개량을 통해 포설장비를 자동화하는 등 여러공법들이 실무현장에 적용되고 있다(Jeong and Kim, 2013). 그중 라텍스를 일반 콘크리트에 혼입하여 휨강도 증진, 균열억제 및 방수효과 증진, 작업성, 부착력 및 내구성을 지닌 대표적인 콘크리트가 라텍스 개질 콘크리트(Latex Modified Concrete; 이하 LMC)이다. LMC포장은 여러분야에서 활용되고 있으며 특히 우수한 부착성능과 내구성으로 인해 덧씌우기식 콘크리트계 교면포장에 적합한 것으로 알려져 있다. 그러나 LMC포장은 고가의 라텍스 사용으로 인한 매우 높은 공사비가 소요된다는 단점을 지니고 있다. 본 논문에서는 공용 중 빗물 및 염화물 등에 의한 교량바닥판 콘크리트의 내구성 저하문제 및 고가의 라텍스의 경제성 문제를 해결하고자 건설분야에 방수재로 널리 사용되고 있는 열가소성재료인 아스팔트 에멀젼을 시멘트 혼화용 폴리머로 개발하였다. 열경화성인 라텍스와 아스팔트 에멀젼을 합성시킨 역청 라텍스(Bituminous Latex)를 사용하여 콘크리트에 혼합한 개질유화아스팔트를 이용한 초속경 콘크리트 교면포장공법(Bituminous Latex Modified Concrete-Very Early; 이하 BLMC-VE)을 소개하고 교면포장 보수에 대한 새로운 기술보급 도모 및 설계, 시공, 감리 등의 현장 실무자의 이해를 돕기 위하여 기술하고자 한다.
2. BLMC-VE 공법
2.1 BLMC-VE 소개
개질유화아스팔트를 이용한 초속경 콘크리트 교면포장공법은 열가소성인 아스팔트 에멀전과 열경화성인 라텍스를 개질한 역청 라텍스(Bituminous Latex)를 사용하여 콘크리트에 혼합한 개질 콘크리트로써 방수성 및 내구성이 우수하고, 아스팔트포장과 유사한 색상으로 운전자의 시각적부담을 줄여주는 특징이 있으며 영하의 기온에서 도로 결빙을 예방하고 융빙을 촉진하는 공법이다. Fig. 1은 본 공법에 사용되는 재료의 구성요소이다.
Fig. 1.
BLMC-VE components (Dokyeong Construction, http://www.dklmc.co.kr/bbs/board.php?bo_table=sub02_02)
2.2 BLMC-VE의 발현 메카니즘
열가소성인 아스팔트 에멀젼에 열경화성인 라텍스를 합성한 역청 라텍스(Bituminous Latex)를 시멘트, 골재, 물과 혼합한 후 경화되기 시작하면 물을 소모시키며 시멘트는 수화반응을 하며 골재와 골재를 연결하는 결합재가 형성된다. 라텍스는 아스팔트 에멀젼 입자의 표면에 붙어 라텍스-아스팔트 복합필름을 형성한다. 라텍스- 아스팔트복합필름은 시멘트 수화물을 감싸게 되는 벌집 구조의 시멘트-아스팔트-폴리머 복합체가 형성된다. Fig. 2는 시멘트-아스팔트-폴리머 복합체의 형성과정과 BLMC-VE 내에서 라텍스에 의해서 형성된 필림막을 보여주는 사진이다. 제1단계(BLMC-VE 혼합직후)에서는 굵은골재, 잔골재, 초속경시멘트, 물등 각각의 재료들은 서로 독립적으로 활동하며, 역청 라텍스 입자들이 초속경 시멘트 페이스트에 균일하게 분포한다. 제2단계(초기응결)는 역청 라텍스입자가 흡착하는 단계이다. 제3단계(수화종결)는 초속경 시멘트 겔 주변에 역청 라텍스 입자막을 형성하는 단계로 시멘트 수화반응으로 물은 증발하고, 역청 라텍스 입자는 연속적인 필름막 형성을 위하여 응집한다. 제4단계(경화)는 초속경 콘크리트내 미세공극에 역청 라텍스 고형분이 충진되어 시멘트 수화물과 골재를 연결하는 역청 라텍스 입자는 연속적인 필름막을 형성한다. 초속경 시멘트 수화물 사이에 충진 된 역청 라텍스 의 고형분과 필름막은 초속경 콘크리트를 매우 조밀한 단일구조를 형성하게 하며 초속경 콘크리트의 취약한 제 성질을 개선한다.
Fig. 2.
The formation process of polymer cement matrix and the film film formed by latex in BLMC-VE (Dokyeong Construction, http://www.dklmc.co.kr/bbs/board.php?bo_table=sub02_02)
3. 공법의 특성
BLMC-VE 공법은 조기강도발현에 따른 조기교통개방, 부착성능, 동결융해저항성, 균열저항성, 염소이온투과 저항성, 내구성 등의 우수한 특성을 이용하여 노후 손상된 교량의 교면포장을 보수함과 동시에 주행성을 회복시킨다. 또한 아스팔트 에멀전의 연성에 의한 휨, 인장성능 증가로 균열발생을 억제하고, 역청 라텍스(Bituminous Latex)의 점성적인 성질로 재료분리 저항성이 향상되는 특징이 있다. 고압 워터제트 장비를 이용하여 열화된 바닥판 콘크리트를 완전제거 함으로써 단면증설에 의한 내하력이 증진되어 구조적 보수·보강 효과로 인한 교량의 공용수명을 연장시킬 수 있다.
3.1 시공적 특성
Fig. 3은 초고압 워터제트 장비를 이용하여 열화된 바닥판 콘크리트를 절삭방법을 보여주는 사진이다. Fig. 3(a)는 기존의 워터제트 방식은 치핑압력 1000 bar의 로봇장비를 이용하여 매인 치핑부만 절삭 할 수 있는 구성으로 방호벽 측면부 30 cm 부분의 열화부 제거가 어려워 인력를 이용하여 제거하였으나, BLMC-VE 공법에 적용된 Fig. 3(b)의 워터제트는 치핑압력 1500 bar의 로봇장비를 이용하여 메인 치핑부와 서브 치핑부를 선택적으로 시공 할 수 있어 방호벽 측면부의 열화 제거가 가능한 특징이 있다.
Fig. 4는 초속경 콘크리트 포설 장비을 보여주는 사진이다. Fig. 4(a)는 기존의 데크피니셔 방식으로 좌/우 운동으로 평탄화 작업을 하면서 전진하는 방식이며, Fig. 4(b)는 3축의 롤러 드럼과 더블 바이브레이터를 이용하여 전진 구동하면서 연속적으로 시공함으로써 평탄화 작업을 하면서 전진하는 방식으로 우수한 평탄성 확보와 시공속도가 빠르며 인력마감부를 최소화 할 수 있는 장점이 있다.
Fig. 5은 초속경 콘크리트 포장 표면 마무리 시공을 보여주는 사진이다. Fig. 5(a)는 인력에 의한 타이닝 성형 방식으로 타이닝 간격 및 깊이가 불규칙적이며, 인력 양생재 살포로 균질한 양생재 살포에 어려움이 있었다. Fig. 5(b)는 타이닝 장비의 기계화로 정확한 간격과 깊이의 타이닝 성형이 가능하고, 양생재 기계화 살포로 균질한 양생재 살포가 가능하다.
3.2 재료적 특성
BLMC-VE 공법은 포설 완료 후 4시간만에 압축강도 21 Mpa 이상, 휨강도 3.15 Mpa 이상 발현이 가능하며, 초기 슬럼프가 160 mm~220 mm로 유동성이 좋다(Korea Expressway Corporation Research Institute, 2023). 또한 라텍스와 아스팔트 에멀젼을 혼합한 역청 라텍스(Bituminous Latex) 사용으로 기존에 사용중인 라텍스의 연성, 내수성 및 보수성을 크게 개선하여 콘크리트의 방수성, 균열저항성, 염소이온투과 저항성 및 내구성을 향상시킨 공법이다. Table 1은 BLMC-VE 공법의 품질성능 평가 결과를 정리하였다.
Table 1.
Result of quality performance evaluation of BLMC-VE (Korea Expressway Corporation Research Institute, 2023, Korea Expressway Corporation, 2021)
4. 결 론
BLMC-VE 공법은 열가소성인 아스팔트 에멀전과 열경화성인 라텍스를 개질한 역청 라텍스(Bituminous Latex)를 개발 사용함으로써 콘크리트 성질을 크게 향상시켰다. 기존 유사공법의 경우 방호벽 구간의 인력마감을 메인 치핑부와 서브 치핑부를 선택적으로 시공 할 수 있는 초고압 워터제트 장비를 이용하여 치핑 함으로써 열화된 바닥판 콘크리트를 완전 제거하여 단면증설에 의한 내하력이 증진되어 구조적 보수·보강 효과가 탁월하다. 자체개발한 3축의 롤러 드럼, 더블 바이브레이터장비와 타이닝 장비의 기계화로 우수한 평탄성 확보 및 정확한 간격과 깊이의 타이닝 성형이 가능하고, 양생재 기계화 살포로 균질한 양생재 살포가 가능하다. 본 공법은 교량 바닥판 콘크리트의 구조내하력 저하시 적용하여 상부 콘크리트의 내하력을 보강하는 동시에 교면포장을 함으로써 교량의 공용수명을 연장 시킬 수 있는 공법으로 판단된다.
조기강도발현에 따른 조기교통개방, 부착성능, 동결융해저항성, 균열저항성 및 염소이온투과 저항성 및 내구성을 향상시킨 재료적 특성과 기존 유사기술 보다 고가의 라텍스량을 줄여 공사비가 저렴하며 시공성과 품질 안정성이 우수하여 아스팔트 콘크리트 교면포장 교량의 바닥판 콘크리트 보수공사 및 재포장, 콘크리트포장 도로의 부분단면보수, 노출슬래브 바닥판콘크리트 보수 등 공용중인 콘크리트 구조물의 구조기능 회복의 목적으로 광범위하게 활용될 수 있을 것으로 판단되며, 포설완료 후 4시간만에 조기 교통개방으로 시공시간이 획기적으로 절감되어 경제적 이익을 극대화할 수 있을 것으로 판단된다.
