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Scientific Paper

Journal of the Korean Asphalt Institute. 11 January 2023. 267-278
https://doi.org/10.22702/jkai.2022.12.2.23

A study on the field construction of stone mastic asphalt (SMA) paving in Korea

국내의 SMA 포장에 대한 현장 시공에 대한 연구
Jung Hoon Jin1*
진 정훈1*
1Vice president, Seil Matrix Co., LTD.(Ph.D)
1(주)세일매트릭스(박사) 부사장
*Corresponding Author

ABSTRACT

In Korea, the SMA (Stone Mastic Asphalt) construction method was introduced in the 1990s and is being constructed as a representative asphalt pavement on the highway. However, the reason why the construction performance of SMA paving on national and local roads is small is that the price of the mixture is expensive and construction and quality management are difficult. SMA paving, which was used on domestic highways, has recently been damaged early due to plastic deformation due to the rapid climate change summer heat wave. The causes of early damage are compared and reviewed with domestic specifications through domestic and foreign literature data. According to a survey of domestic specifications and overseas literature data, it was found that the atmospheric temperature allowed for construction was different and the thickness of the blanket was different depending on the maximum aggregate size of the mixture. Therefore, it could be estimated that early breakage of small deformation occurs in domestic SMA paving due to these influences.

Keywords
Asphalt mat compaction
Weight of asphalt compaction equipment
Thickness of paving
Compaction temperature
Paving temperature

MAIN

  • 1. 서 론

  • 2. SMA 포장

  •   2.1 재료의 특성

  •   2.2 포설 및 다짐

  • 3. 자료 분석

  •   3.1 다짐롤러

  •   3.2 포장두께

  •   3.3 온도

  • 4. 결 론

1. 서 론

독일에서 개발된 SMA(stone mastic asphalt) 포장은 표면의 영구적인 변형에 대한 내구성과 겨울철에는 눈길 전용 스터드(studded or spike) 타이어에 의한 마모를 개선해야 한다는 목적으로 만들어졌다. SMA 포장은 박리, 표면균열 및 라벨링(raveling) 저항성이 뛰어나고 높은 함량의 아스팔트 바인더의 사용으로 포장의 열화 속도가 늦추어서 내구성이 좋아서 1960년대부터 사용되었으며 1984년에 독일의 표준이 되었다. 1990년대에 국내 도로의 중차량 교통량 증가와 여름철 고온 현상으로 아스팔트 도로포장 조기 파손의 한 종류인 소성변형이 심각하게 발생하게 되면서 문제를 해결할 수 있는 대안으로 SMA 포장이 도입되어서 고속도로의 대표적인 공법으로 자리 잡게 되었다.

SMA 포장 공법은 높은 아스팔트 바인더의 함량과 엄격한 골재 입도 규격 및 섬유 첨가제의 사용 등으로 가격이 높고, 품질 및 시공관리가 어렵다는 문제들로 고속도로를 제외하고는 많이 시공되지 못하고 있다.

신설도로가 많지 않은 국내의 여건으로 SMA 포장은 유지보수 재포장용으로 고속도로의 교면 포장과 시멘트 콘크리트 포장의 절삭 및 덧씌우기 포장으로 시공되고 있으며 본 논문의 연구 범위이다. 고속도로의 유지보수공사는 야간에 진행되어서 짧은 시간 내에 절삭후 덧씌우기 포장을 시공하고 새벽에 교통개방을 해야만 하기 때문에 충분한 양생 시간을 확보하기 어렵다. 이러한 짧은 시간 동안의 야간공사 특성으로 인하여 SMA 포장의 소성변형 등의 조기 파손 문제가 발생하고 있다. 따라서 본 연구는 SMA 포장의 조기 파손에 대한 원인에는 다양한 요소들이 있지만 SMA 포장의 1회 포설 및 다짐 두께, 다짐 장비, 시공과 포설 및 다짐 온도 등을 중심으로 국내외 문헌들을 중심으로 조사 및 분석하고자 한다.

2. SMA 포장

2.1 재료의 특성

SMA 포장을 아스팔트 바인더 종류에 따라서 일반 및 개질 SMA 포장으로 구분할 수 있다. 국내에서는 아스팔트 바인더는 공용성(PG: Performance Grade) 등급을 사용하고 있다. SMA 포장에서는 주로 개질아스팔트 바인더인 PG76-22 이상을 사용하고 있다. 남부 지역의 일부에서는 기후변화에 의한 여름철 고온 현상으로 소성변형이 발생하여 PG82-22를 사용하기도 한다. 국내의 SMA 포장에 사용하는 골재의 최대치수에 따라서 고속도로에서는 Table 1과 같이 혼합물의 종류를 분류하고 있으며, 아스팔트 바인더의 PG등급에 의해서 SMA 혼합물의 동적안정도가 각각 다른 기준을 갖고 있다. 고속도로의 교면 SMA 포장의 경우 Table 2와 같이 표층(마모층)과 기층(레벨링층)의 경우에는 일반 토공부의 SMA 포장과 다르게 높은 아스팔트 바인더의 함량과 공극률이 적용되고 있다.

Table 1.

SMA mixture of design specification (EXCS 44 50 10)

Category SMA types
20 mm 13 mm 10 mm 8 mm 5 mm
Asphalt contents (%) over 5.8 over 6.2 over 6.6 over 7.0 over 7.6
air void rate (%) 2.0~4.0
Wheel tracking test
(number of times / mm) 		2,000 over (PG 64-22, PG 70-22)
2,500 over (PG 76-22)
3,000 over (PG 82-22)
Marshall compaction double-sided 75th
Table 2.

SMA mixture of design specification for bridge pavement (EXCS 44 50 10)

Category Specification
Surface course Leveling layer
Asphalt contents (%) over 6.8 over 6.9
Air void rate (%) 2.0~3.0 1.0~2.0
Wheel tracking test
(number of times / mm) 		2,000 over (PG 64-22, PG 70-22)
2,500 over (PG 76-22)
3,000 over (PG 82-22)
Marshall compaction double-sided 75th

유럽아스팔트협회(EAPA:European Asphalt Pavement Association)에 의하면 Table 3과 같이 유럽 국가들은 SMA 포장에 사용하는 다양한 최대골재 크기에 따라서 아스팔트 바인더 함량도 다르고, 공극률도 다르게 사용하고 있다. 유럽에서도 심각한 교통체증으로 소성변형이 많이 발생하고 있어서 내구성이 뛰어난 SMA 포장 개발을 위하여 노력하고 있으며, 문제 해결 방법들 중의 하나가 고품질아스팔트 바인더의 사용과 함량을 증가시키고 좋은 골재를 사용하여 SMA 포장 수명을 증가시키고 있다(EAPA, 2018).

Table 3.

SMA type in european (EAPA, 2018)

SMA type
(Maximum aggregate size) 		Asphalt binder content
(%) 		Air void
(%)
5-6 5.6-8.0 2-4
8 6.5-7.5 2-5
9.5-10 5.3-6.8 3-6
11-12 5.3-7.5 1-5
14 6.5 2-5
16 6.4 2-5

2.2 포설 및 다짐

2.2.1 다짐 장비

국토교통부의 KCS 44 50 05(2016) “동상방지층, 보조기층 및 기층”과 한국도로공사의 EXCS 44 50 05(2021) “동상방지층, 보조기층 및 기층”에서는 12톤 이상의 머캐덤 롤러(macadam roller)와 8톤 이상의 탄뎀 롤러(tandem roller) 및 12톤 이상의 타이어 롤러(tire roller)를 사용하여야 하며, 규격, 종류 및 다짐 횟수는 시험포장 결과에 따라 결정하는 것으로 되어있다. 국토교통부의 KCS 44 50 10(2016) “아스팔트콘크리트 포장공사”는 다짐 장비는 8톤 이상의 머캐덤 롤러와 6톤 이상의 2축식 탄뎀 롤러 및 10톤 이상의 타이어 롤러를 사용하여야 하며, 규격, 종류 및 다짐 횟수는 시험포장 결과에 따라 결정하는 것으로 되어있다. Table 4와 같이 국토교통부의 MOLIT(2021) 지침은 SMA 포장을 대상으로 층별 다짐에 대한 자세한 사항을 없고 일반적인 아스팔트 포장의 표층 및 기층에 대한 1차에서 3차까지의 장비 종류 및 무게에 대하여 기술되어 있다. 한국도로공사의 EXCS 44 50 10(2021) “아스팔트콘크리트 포장공사”에는 SMA 혼합물의 특성으로 포설 후 즉시 다짐을 실시하여야 하며 12톤 이상의 머캐덤 롤러 2대와 10톤 이상의 진동 가능한 탄댐 롤러 1대 또는 12톤 이상의 머캐덤 롤러 1대와 10톤 이상의 진동 가능한 탄댐 롤러 2대를 1조로 갖추어서 다짐을 하여야 한다고 기술되어 있다.

미국 NAPA(National Asphalt Pavement Association)의 경우 철륜 롤러(steel wheel roller)를 사용하며 무게는 10톤 이상을 사용하게 되어있으며, 콜로라도주는 고무 타이어 롤러(rubber tire roller)는 SMA 포장에서 사용하지 않고 있지만 비석유계 부착방지제를 사용할 경우에는 SMA 혼합물 및 바인더가 붙지 않기 때문에 효과적인 다짐을 할 수 있다고 되어있다(NAPA, 2002). 유럽의 EAPA는 철륜 롤러를 사용하여야 하며 피니셔로부터 첫 번째 다짐은 진동 없이하고 2차 이후의 다짐은 진동으로 실시하여 목표 밀도 및 공극을 확보하는 것으로 기술되어있다(EAPA, 2018). 독일의 SMA 가이드북은 다짐은 피니셔 바로 뒤에서 실시하여야 하며, 철륜 롤러를 사용하며 9톤 이상의 무게를 가져야 한다고 명시하고 있다(Lothar and Volker, 2005). 영국 웨일스에서는 철륜 롤러를 사용하며 탄뎀 또는 매캐덤 롤러를 사용할 수 있으며 최소무게는 9톤 이상으로 되어있다(Welsh Government, 2012). 호주 퀸즐랜드에서는 8~12톤의 철륜 롤러를 사용하고 있으며, 진동 및 무진동 모두 사용하고 있다(Allen, 2006).

Table 4.

Compaction equipment weight criteria (MOLIT, 2021)

Category 1st compaction 2nd compaction 3rd compaction
Macadam roller Vibration
tandem roller 		Tire roller Tandem roller Tandem roller
Surface course and
intermediate course 		over 10 tons over 8 tons over 10 tons over 8 tons over 6 tons
Base layer over 12 tons over 10 tons over 12 tons over 10 tons over 8 tons

2.2.2 골재 크기에 의한 포장두께

국토교통부의 MOLIT(2021) 지침은 다짐 후의 1층 두께는 기층은 100 mm 이내, 중간층 및 표층은 70 mm 이내이어야 하며, 최소 포장두께는 아스팔트 혼합물의 공칭 최대크기의 2.5 배 이상으로 되어있다. 기층의 포장층 두께가 100 mm를 초과하면 최적의 다짐 밀도를 얻을 수 있도록 2단 이상으로 포설하며, 중간층 및 표층의 1단 포장 두께는 70 mm 이내이어야 한다고 제한하고 있다. 국토교통부의 KCS 44 50 05(2016)는 아스팔트 콘크리트 기층은 다짐 후의 1층 두께가 100 mm 이내가 되도록 포설하는 것으로 되어있다. 국토교통부의 KCS 44 50 10 (2016)은 아스팔트 중간층은 다짐 후의 1층 두께가 70 mm 이내가 되도록 포설하는 것으로 되어있다. 한국도로공사의 EXCS 44 50 10(2021)는 포설 부분은 EXCS 44 50 05(3.4.7)에 따르며, 다짐 후의 1층 두께는 70 mm 이내가 되도록 포설하여야 한다고 되어있다.

독일은 Table 5와 같이 최대골재 크기 11 mm에서는 35~40 mm 두께로 포장하고 최대골재 크기가 8 mm일 경우에는 30~40 mm 두께로 포장하며, 최대골재 크기에 따라서 포장의 최소 및 최대 두께를 제한하고 있다(독일의 ZTV Asphalt-StB 07, 2007).

Table 5.

Requirements pertaining to stone mastic asphalt (ZTV Asphalt-StB 07, 2007)

Layer properities Unit SMA 11 S SMA 8 S SMA 8 N SMA 5 N
Thickness mm 35 to 40 30 to 40 20 to 40 20 to 30
Quanitity kg/m2 85 to 100 75 to 100 50 to 100 50 to 75
Degree of compaction % ≥ ≥ ≥ ≥
Void content % by vol. ≤ ≤ ≤ ≤

호주는 Table 6과 같이 골재의 3종류의 크기별로 최소 및 최대의 SMA 포장 두께 기준을 제시하고 있다(AAPA, 2000). 호주 퀸즐랜드는 Table 7과 같이 2종류의 골재에 크기별로 SMA 포장의 최소 및 최대 두께를 제한하고 있다(Queensland, 2022).

미국 콜로라도주는 12.7~19.1 mm의 골재를 사용할 경우 포장두께는 50.8~76.2 mm로 제한하고 있으며, 교면 포장의 덧씌우기 두께는 76.2 mm로 시공하고 있다(CAPA, 2020). 미국 NAPA는 SMA 포장 두께를 40 mm로 제한하고 있으며 포장두께의 허용오차는 ±6 mm로 하고 있으며, 조지아주는 최대골재 크기 9.5 mm의 SMA 혼합물의 경우 28~40 mm, 최대골재 크기 12.5 mm의 SMA 혼합물의 경우 32~75 mm, 최대골재 크기 19 mm의 SMA 혼합물의 경우 44~75 mm 포장두께까지 허용하고 있다(NAPA, 2002). 캐나다 온타리올주는 SMA 9.5 mm를 사용할 경우 포장의 두께는 30~40 mm의 표층, SMA 12.5 mm를 사용할 경우에는 40~50 mm의 표층, 기층은 SMA 19 mm로 60~80 mm의 포장두께를 사용하고 있으며 대부분 미국의 NAPA(2002) 규정을 따르고 있으며, 아스팔트 바인더는 PG70-22, PG70-28, PG64-34를 사용하고 있다(OPSS, 2006). 영국 웨일스에서는 SMA 10 mm의 포장두께는 30~50 mm, SMA 6 mm는 20~50 mm의 두께의 포장을 시공할 수 있다(Welsh Government, 2012).

Table 6.

Layer thicknesses for SMA (AAPA, 2000)

Maximum aggregate size (mm) Compacted layer thickness (mm)
7 18-30
10 25-40
14 35-50
Table 7.

Nominated layer thickness limits (Queensland, 2022)

Asphalt Type Nominal size of asphalt
(Asphalt designation) 		Layer thickness (mm)
Minimum Maximum
Stone mastic asphalt 10 mm (SMA10) 35 40
14 mm (SMA14) 50 60

2.2.3 기상조건

국토교통부의 MOLIT (2021) 지침은 아스팔트 포장은 대기온도 5°C 이하에서는 시공을 하지 않는 것으로 되어있으며 한국도로공사의 EXCS 44 50 05(2021), 국토교통부의 KCS 44 50 10(2016)도 똑같다. 캐나다 온타리오주는 SMA 포장을 시공할 때 최소 대기 온도가 10°C 이상으로 되어있다(OAPC, 2006). 미국 NAPA에서는 SMA 혼합물을 시공하려면 최소 포장 온도가 10°C 이상을 권장하고 있다(NAPA, 2002). 미국 콜로라도주는 SMA 포장을 시공하려면 최소 대기 온도가 10°C 이상으로 되어있다(CAPA, 2020). 호주에서는 SMA는 포장을 대기 온도가 l0°C 미만일 경우 시공하지 않으며, 개질아스팔트 바인더를 사용하는 경우 대기 온도는 15°C 이상에서 시공하는 것으로 되어있다(AAPA, 2000). 호주의 퀸즐랜드에서는 Table 8과 같이 개질아스팔트 바인더를 사용하고 있는 SMA 포장은 대기 온도가 최소 15°C 이상으로 되어있으며 감독관의 허락하에 SMA 10 mm는 10°C, SMA 14 mm는 5°C에서 MTV(material transfer vehicle)를 사용할 경우 시공이 가능하다(Queensland, 2022). 영국 웨일스는 포장두께가 30 mm 이하일 경우에는 5°C 이상에서 시공이 가능하며, 포장두께가 30~50 mm일 경우에는 기온이 0°C에서 오르기 시작하면 시공이 가능하다(Welsh Government, 2012). 독일의 경우 표층의 포장두께 30 mm 이상일 경우 표층은 기온이 0°C 이상, 기층은 30 mm 이상일 경우에는 5°C 이상, 기층의 두께가 30 mm 미만일 경우 10°C 이상을 요구하고 있다(ZTV Asphalt-StB 07, 2007).

Table 8.

Minimum pavement surface temperature for asphalt placement (Queensland, 2022)

Asphalt Type Nominal size of asphalt
(Asphalt designation) 		Minimum surface temperature for asphalt pavement (°C)1
Bitumen and multi-grade bitumen Polymer modified binder
Stone mastic asphalt 10 mm (SMA10) - 15(10)
14 mm (SMA14) - 15(5)

Note: 1The minimum surface temperature requirements shown in brackets apply when the contractor uses a material transfer vehicle as part of the asphalt paving process.

2.2.4 다짐

한국도로공사의 EXCS 44 50 10(2021)에서 롤러는 피니셔의 근접 위치에서 5 km/hr를 초과하지 않는 속도로 초기 다짐을 하고 기준밀도의 97% 이상으로 되어있으며, Table 9와 같이 혼합물에 사용한 아스팔트 바인더를 기준으로 초기 전압 온도를 3개의 계절로 제시하고 있다. 가열아스팔트 혼합물에 대한 국토교통부의 MOLIT (2021) 지침은 아스팔트 혼합물이 포설 및 롤러 초기 진입시 다짐온도에 대하여 Table 10과 같이 규정하고 있다. 국토교통부의 MOLIT(2021) 지침에서는 피니셔의 진동 탬퍼 최대 값이 60% 이상을 적용하여야 하며 동절기는 75% 이상을 적용하는 것으로 되어있지만 다짐밀도에 대한 사항은 없다.

독일의 SMA 포장 가이드북은 피니셔 호퍼의 혼합 온도는 균일하게 분포되어야 하며 혼합물의 온도가 150°C 이하로 떨어지지 않아야 한다고 명시하고 있으며, 포장 온도가 100°C 미만일 경우에는 진동을 주지 않으며, 또한 20 mm 두께의 SMA 포장은 진동 다짐을 사용하지 않는다(Lothar and Volker, 2005). 미국 NAPA에서는 피니셔의 포설과 동시에 다짐을 실시하며 다짐속도는 5 km/h 이하로 제한하고 있고 롤러의 구동축이 피니셔를 향해야 하고 다짐 횟수는 6~8회를 원칙으로 하고 있다(NAPA, 2002). 미국 콜로라도주는 피니셔 뒤쪽에서 바로 다짐하고 진동 롤러를 사용하고 단지, 롤러의 진동으로 인해 골재가 파손을 주의하여야 한다고 명시되어있으며, SMA 포장을 5월 1일부터 10월 31일까지 생산 및 시공하고 있고, PG76-28 바인더의 사용으로 혼합물 온도가 115.6°C 이하로 냉각되기 전에 다짐하여야 하며 최대 이론 밀도의 95%(±2%)를 허용하고 있으며, 피니셔로 포설된 두께가 다짐으로 인하여 10~15% 두께가 줄어드는 것을 고려하여 포장을 하고 있다(CAPA, 2020). 영국의 웨일스에서는 피니셔의 호퍼에 투입되는 혼합물 온도가 최저 150°C 이상이여야 하고 피니셔에 의한 다짐을 75~80%까지 허용하고 있으며 혼합물의 운반 거리가 멀거나 혹은 2시간 30분 정도의 시간 정체시에는 MTV를 사용하며, 최저 다짐 온도는 130°C이다(Welsh Government, 2012). 호주는 피니셔 바로 뒤에서 진동 없이 1~2회 정적 다짐을 실시하고 그 후로는 진동 다짐을 사용하며 과도한 진동보다 낮은 주파수 진동으로 다짐한다(AAPA, 2000). 호주의 퀸즐랜드에서는 다짐시에 최소 혼합물 온도가 120°C 이상으로 포설 후 20분 이내에 5회 이상 다짐을 한다(Queensland, 2022).

Table 9.

Seasonal the first temperature compaction of asphalt mixture (EXCS 44 50 10, 2021)

Asphalt Type Binder type 1st compaction temperature (°C)
General Summer
(Jun.~Aug.) 		Winter
(Nob.~Mar.)
SMA PG 64-22 over 145 over 140 over 155
SMA PG 70-22
PG 76-22 		over 150 over 145 over 160
SMA PG 82-22 over 155 over 150 over 165
Table 10.

Seasonal the first temperature compaction of asphalt mixture (MOLIT, 2021)

Category Compaction temperature (°C)
General Summer
(Jun.~Aug.) 		Winter
(Nob.~Mar.)
Paveing over 150 over 145 over 160
1st compaction over 140 over 130 over 150
2nd compaction over 120 over 110 over 130
3rd compaction 60~100

2.2.5 유지보수 현장 상황

1997년이후 국내의 교면포장의 두께는 50 mm에서 80 mm로 바뀌게 되었다. 일방향 2차로의 교량의 경우 직선구간에서 편경사에 의한 중앙차선에서 길어깨부의 높이차가 최소 28 mm, 3차로 또는 4차로 교량의 경우 그 이상이 높이 차이가 나고 있다. 그동안 교면 포장의 표층만 절삭 및 덧씌우기를 진행하면서 물빠짐을 더 잘하기 위하여 편경사가 중분대부와 길어깨부의 차이가 더욱더 커지게 시공하는 것이 일반적이다. 교면 포장을 전면보수하기 위하여 상판의 방수층까지 절삭하여 교면 포장의 두께를 측정하면 80 mm~180 mm 두께를 가지고 있었다. 사전 조사를 위한 코어채취시에 대부분의 기층이 노화되어 부셔지기 때문에 교면포장의 코아채취에 의한 포장두께 측정이 어렵고 여러군데의 코어채취가 현실적으로 불가능하다. 교면 포장 유지보수는 야간에 1개 차로를 대상으로 시공하기 때문에 옆차로의 기존 포장과 높이와 편경사를 맞추어서 시공하여야하기 때문에 포장의 두께가 설계된 두께보다 두꺼워지는 문제가 발생하고 있다. 또한 교면 포장용 SMA 혼합물의 최대골재 크기는 10 mm이다. 야간에 10시에 교통통제를 하고 다음 날 새벽 5시 이전까지 절삭, 청소, 포설, 다짐, 양생 및 청소하여 개통시키기에는 매우 짧은 시간이다. 또한 포장의 두께가 두꺼워도 3회의 포설과 다짐을 할 경우에는 100 m 이상을 시공하기 어렵다. 토공부의 시멘트 콘크리트 포장의 절삭후 덧씌우기 포장의 경우도 구스아스팔트를 사용하거나 또는 교량포장용 SMA 혼합물로 포장할 경우에는 이상적인 절삭 깊이는 70~80 mm이다. 그러나 현장에서는 시멘트 콘크리트 포장부의 열화 등으로 절삭 깊이가 깊어질 수 밖에 없는 문제점이 발생하게 되면 포장의 두께가 두꺼워질 수 밖에 없다. 이러한 이유들로 인하여 표층 SMA 포장두께가 50 mm 이상 될 수 밖에 없고 또한 이를 2회 또는 3회에 걸쳐서 포설 및 다짐을 할 수 없는 것이 야간의 유지보수 현장의 상황이다.

3. 자료 분석

3.1 다짐롤러

국내에서는 SMA 포장에 대한 다짐 장비에 대한 기준은 한국도로공사의 EXCS 44 50 10(2021)에만 있으며 매캐덤은 12톤 이상, 탄뎀은 10톤 이상으로 되어있다. 해외에서는 시방기준이 오래되어서 장비의 무게가 무겁지 않게 구성되어 있으며 대부분의 SMA 포장에서 정적 다짐이 아니라 진동 다짐이다(Table 11).

Table 11.

Weight of compaction equipment

Category Weight (ton) Compaction
Macadam roller Tandem roller
Republic of Korea over 12 over 10 (Vibratory) static
NAPA USA over 10 over 10 static and vibratory
German over 9 over 9 static and vibratory
Welsh UK over 9 over 9 static and vibratory
Queensland Australian 8-12 8-12 static and vibratory
Ontario CANADA over 10 over 10 static and vibratory

3.2 포장두께

국내에서는 최소 포장두께는 최대골재 크기의 2.5배이고, 표층 및 중간층의 최대 두께는 70 mm, 기층은 100 mm까지 1회 포설 후 포장이 가능하다. 해외에서는 최대골재의 크기에 따라서 SMA 포장두께를 최소 및 최대 범위를 주고 있다. Table 12와 같이 국내에서 토공용으로 많이 사용하는 SMA 13 mm 혼합물의 포장두께를 1회의 포설 및 다짐으로 32.5~70 mm 범위까지 허용하고 있는 반면에 해외에서는 40~50 mm까지 허용하고 있다. 국내에서 많이 사용하고 있는 교면 포장용 SMA 10 mm의 1회 포설 후 포장 두께는 25~70 mm 이지만 해외에서는 25~40 mm의 포장 두께로 시공하고 있다(Table 12).

Table 12.

Compaction of thickness for maximum aggregate size

Category Maximum aggregate size and pavement thickness
Maximum aggregate size Maximum aggregate size Maximum aggregate size
Min. thickness Max. thickness Min. thickness Max. thickness Min. thickness Max. thickness
Republic of Korea SMA 13 mm SMA 10 mm SMA 8 mm
32.5 mm 70 mm 25 mm 70 mm 20 mm 70 mm
USA
NAPA 		SMA 12.5 mm SMA 9.5 mm
40 mm 40 mm 40 mm 40 mm
USA
Georgia 		SMA 19 mm (base) SMA 12.5 mm SMA 9.5 mm
44 mm 75 mm 32 mm 75 mm 28 mm 40 mm
CANADA
Ontario 		SMA 19 mm (base) SMA 12.5 mm SMA 9.5 mm
60 mm 80 mm 40 mm 50 mm 30 mm 40 mm
German SMA 11 mm S SMA 8 mm S (8 mm N) SMA 5 mm N
35 mm 40 mm 30 mm (20 mm) 40 mm 20 mm 30 mm
Australian SMA 14 mm SMA 10 mm SMA 7 mm
35 mm 50 mm 25 mm 40 mm 18 mm 30 mm
Australian
(Queensland) 		SMA 14 mm SMA 10 mm
50 mm 60 mm 35 mm 40 mm
Welsh UK SMA 10 mm SMA 6 mm
30 mm 50 mm 20 mm 50 mm

3.3 온도

3.3.1 대기온도

포장이 가능한 대기 온도의 경우 국내에서는 5°C 이상일 경우에 시공이 가능한 것으로 되어있다. 미국과 캐나다는 대기 온도가 10°C 이상일 경우에 시공이 가능하며, 호주의 경우에는 일반아스팔트 바인더를 사용하는 SMA 포장은 대기 온도가 10°C 이상, 개질아스팔트 바인더를 사용하는 경우에는 대기 온도가 15°C 이상을 요구하고 있으며, 이보다 낮은 온도에서 시공할 경우에는 MTV를 사용하게 되어있다. 독일과 영국 웨일즈의 경우 대기온도가 0°C 이상일 경우 포장두께가 30 mm 이상인 경우에 시공이 가능하다(Table 13).

3.3.2 1차 다짐 온도

포설후 1차 다짐의 온도를 국내에서는 최저 몇도 이상, 피니셔에 의한 포설시 진동 템퍼는 60%이상(동절기75%)로 되어있다. 해외의 경우 포설하자마자 바로 다짐을 하는 것으로 되어있다. 영연방 국가들은 150~155°C 이상에서 1차 다짐을 하고 있다. 해외에서는 피니셔에 의한 다짐이 영국의 경우 75-80%를 실시하기 때문에 포장의 다짐이 끝나는 온도가 130°C에서 마감할 수 있다(Table 13).

3.3.3 마무리 또는 3차 다짐온도

국내의 경우 SMA 포장의 마무리 다짐 온도에 대하여 기술된 것이 없으며, 일반적으로 밀입도 아스팔트 기준은 60~100°C 배수성 아스팔트는 75~115°C로 되어있다. 해외에서는 개질아스팔트 바인더와 일반아스팔트 바인더를 사용하는 SMA 포장의 마무리 온도를 규정하고 있다(Table 13).

3.3.4 교통개방 온도

교통개방온도는 국내에서는 60°C 미만으로 하고 있다. 미국 및 캐나다도 국내와 비슷하지만 독일과 영국 그리고 호주의 경우에는 40°C 미만으로 하고 있다(Table 13).

Table 13.

Air temperature of asphalt paving

Category Temperature (°C)
Air 1st compaction Final compaction Opening traffic
Republic of
Korea 		over 5 over 145 (PG64-22)
over 150 (PG70-22, PG76-22)
over 155 (PG82-22) 		60~100
(density Asp.)
75~115
(drain Asp.) 		60
NAPA
USA 		over 10 compaction immediately
after paving 		Modify asphalt binder 140
(neat asphalt binder 130)
stop under 116 		60
USA
Colorado 		over 10 compaction immediately
after paving 		115.6 60
CANADA
Ontario 		over 10 compaction immediately
after paving 		Modify asphalt binder 140
(neat asphalt binder 130) 		60
German over 10 (t ≦ 30 mm)
over 0 (t≧30 mm) 		compaction immediately
after paving 		100 40-60
Welsh UK over 5 (t ≦ 30 mm)
rising Temp. 0°C
(t = 30~50 mm) 		over 150 130 40-60
Australian 10
15 (Modify asphalt binder) 		155-170 - under 40
Australian
(Queensland) 		over 15
(SMA 10 mm and 10°C → MTV,
SMA 14 mm and 5°C → MTV) 		155-170 120 under 40

4. 결 론

국내 야간동안 진행하는 교면 포장과 시멘트 콘크리트 포장에 대한 절삭 및 SMA 혼합물을 사용한 덧씌우기 포장의 조기 파손 원인을 문헌을 중심으로 다짐 장비, 포장두께 그리고 온도 등을 조사 및 분석한 결과 다음과 같다.

1)다짐 장비는 해외의 장비보다 무거운 장비를 운용하고 있지만 피니셔에 의한 진동 템퍼는 60% 이상(동절기 75%이상)인 반면에 해외에서는 피니셔에 의한 다짐을 75~80%로 명시되어있었다. 국내에서는 포설 직후에 다짐하는 방식을 운영하지 않고 포설 온도, 초기 다짐 온도를 기준으로 장비의 가동으로 문제가 발생하는 것으로 사료된다. 또한 골재의 깨짐 현상이 발생 할까봐 정적 다짐에 치우쳐서 다짐 효율성이 뛰어나 진동 다짐을 하지 않아서 SMA 포장 시공 특성상 요구되는 진동 다짐에 의한 충분한 다짐에너지가 공급되지 않아서 조기 파손의 원인을 제공한 것으로 사료된다.

2)1회 포설후 포장의 다짐 두께가 SMA 13 mm의 경우 70 mm까지 허용하고 있고 교면 포장의 경우 SMA 10 mm의 경우 40~70 mm 두께까지 시공하고 있어서 소성변형의 원인으로 사료된다. 미국 NAPA의 경우 SMA 포장의 두께를 40 mm로 제한하고 있으며, 해외에서는 최대골재 크기에 따라서 최소 및 최대 포장두께를 제한하고 있지만 국내에서는 이에 대한 기준이 폭이 넓어서 소성변형을 초례한 것으로 사료된다.

3)국내에서는 포장 허용하는 대기 온도 조건이 5°C 이상으로 되어있지만 독일과 영국 웨일즈를 제외하고 해외에서는 최소 10°C 이상이며 개질아스팔트를 사용한 SMA 혼합물의 경우 15°C 이상으로 하고 있으며 이보다 낮은 경우에는 MTV를 사용하고 있어서 혼합물의 포설시에 발생하는 온도분리 및 재료분리현상을 방지하여 조기 파손을 방지하는 것으로 사료된다.

4)1차 다짐 온도에 대한 국내의 SMA 포장에 대해서 규정된 것은 없지만 일반아스팔트 기준으로 일정온도가 될 때까지 기다리다가 다짐을 하고 있다. 해외에서는 포설하자마자 바로 다짐을 실시하고 있어서 적은 횟수의 다짐으로 많은 에너지로 다짐을 할 수 있어서 소성변형의 방지에 도움을 주는 것으로 사료된다.

5)마무리 다짐 온도에 대한 기준이 SMA 포장에는 없어서 일반아스팔트 기준을 따라갈 경우에 해외에서는 이러한 낮은 온도에서 다짐을 시행하는 곳은 거의 없으며 대부분이 100°C 이상의 온도에서 마무리 다짐을 하고 있다. 국내에서는 현장에서 80°C까지 다짐을 진행하고 있어서 조기 파손의 원인으로 사료된다.

6)교통개방온도는 국내와 미국을 제외하고 SMA 포장의 경우 유럽의 국가들의 경우 40°C 이하로 가는 것이 조기 파손을 방지하고 충분한 양생을 확보하여 조기파손의 원인을 제거할 수 있을 것으로 사료된다.

국내의 유지보수 SMA 포장의 조기 파손의 원인으로 느슨한 국내 시방기준의 문제점을 알 수 있었다. 특히 다짐 장비의 운영과 다짐 두께와 온도가 매우 중요한 변수로 작용하고 있었다. 차후에 피니셔 다짐의 정도, 다짐 장비의 운영 및 정적 및 동적 다짐, 혼합물의 1회 포설 및 다짐 두께의 최대 허용 범위, 시공 허용 대기 온도 및 1차와 마무리 다짐 온도, 교통개방 온도 등에 대한 실제적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.

References

1
AAPA (2000). “Stone Mastic Asphalt Design & Application Guide”, Australian Asphalt Pavement Association Implementation Guide IG-4.
2
Allen, G.K. (2006). “Problems of Stone Mastic Asphalt Use In North Queensland”, University of Southern Queensland Faculty of Engineering and Surveying.
3
CAPA (2020). “Best Practice for Placement of Stone Matrix Asphalt in Colorado”, Colorado Asphalt Pavement Association.
4
EAPA (2018). “HEAVY DUTY SURFACES THE ARGUMENTS FOR SMA”, European Asphalt Pavement Association.
5
EXCS 44 50 05 (2021). “Construction of anti-frost layer, sub-base and base”, Korean Expressway Corporation.
6
EXCS 44 50 10 (2021). “Asphalt Concrete Pavement construction”, Korean Expressway Corporation.
7
KCS 44 50 05 (2016). “Construction of anti-frost layer, sub-base and base”, MOLIT.
8
KCS 44 50 10 (2016). “Asphalt Concrete Pavement construction”, MOLIT.
9
Lothar, D. and Volker, S. (2005). “Stone Mastic Asphalt”, German Asphalt Association.
10
MOLIT (2021). Guidelines for Construction of asphalt concrete pavement, Ministry of Land, Infrastructure and Transport.
11
NAPA (2002). “Designing and Constructing SMA Mixtures-Stat-of-the Practice”, Quality Improvement Series 122, National Asphalt Pavement Association. USA.
12
OAPC (2006). “The ABCs of Stone Mastic Asphalt Design & Construction”, A Council of the Ontario Road Builders’ Association.
13
OPSS (2006). “Material Specification for Superpave and Stone Mastic Asphalt Mixtures”, Ontario Provincial Standard Specification, Ontario Canada.
14
Queensland (Department and main roads) (2022). “Technical Specification Transport and Main Roads Specifications MRTS30 Asphalt Pavements”, Queensland Government Australia.
15
Welsh Government (2012). “Stone Mastic Asphalt Specification”, Welsh Government Procedure & Advice Guidance (PAG)112/20, Unite Kingdom.
16
ZTV Asphalt-StB 07 (2007). “Additional technical terms of contract and guidelines for the construction of road surfacing from asphalt” German Roads and Transportation Research Association The “Asphalt constructions”, working group, German designation.
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