Scientific Paper

Journal of the Korean Asphalt Institute. 30 June 2021. 111-119
https://doi.org/10.22702/jkai.2021.11.1.11

ABSTRACT


MAIN

  • 1. 서 론

  • 2. 강상판 교면 방수

  •   2.1 교면 방수 재료

  •   2.2 교면 방수의 시공

  • 3. 강상판 교면 상태

  •   3.1 재포장시 조사

  •   3.2 교면포장조사

  •   3.3 강상판 유지보수시 교면방수의 문제점 및 분석

  •   3.4 소결 및 개선방향

  • 4. 결 론

1. 서 론

국내에서 교량의 방수공법은 국토교통부의“교면포장 설계 및 시공 잠정지침”(MOLIT, 2011)에 따라서 설계 및 시공되고 있다. 방수 공법으로 가장 보편적으로 많이 사용되는 것이 침투식 방수(permeable waterproof)로 시멘트 콘크리트 상판에 많이 사용된다. 시트 방수(sheet waterproofing)는 다양한 재료로 만들어진 시트를 상판 위에 접착하는 방수 공법이다. 복합방수(complex waterproofing)공법은 도막과 시트 방수를 함께 시공하는 공법도 있다. 강상판은 도막 방수(coating waterproofing) 공법이 많이 사용되고 있다. 사용되는 재료는 합성고무계, 아스팔트계, 합성수지계 등으로 강상판 위에 도막을 형성하여 방수를 하는 공법이다.

국내의 강상판에 많이 적용되는 방수 공법은 다음과 같다. 합성 고무계와 아스팔트계를 합성하여 도막 방수 방법으로 시공한 공법이 있다. 합성수지계열인 에폭시수지방수(epoxy resin waterproofing)는 2액형의 주제와 경화제를 일정비율로 혼합 후 강상판 위에 도막을 형성하고 규사를 뿌려서 고착화하고 그 위에 택코팅(tack coating)을 하고 레벨링층(level layer)과의 부착력을 증진시키는 공법이 있다(Im and Kim, 2002). 합성고무아스팔트계열의 재료로 접착 및 방수 효과를 갖는 프라이머(primer)를 도포하고 레벨링층을 구스 아스팔트 포장(guss asphalt pavement)로 시공하는 공법도 있다(MOLIT, 2017). 에폭시 아스팔트 포장(epoxy asphalt pavement)에 시공되는 에폭시 아스팔트 계열(epoxy asphalt type)의 방수층은 강상판에 도포하고 접착 및 방수기능을 갖는 공법도 있다. 이와 같이 강상판 교량들에 대하여 다양한 교면 방수 공법들이 시공되었다. 대부분의 방수재료들이 실내 실험 결과는 우수하지만, 현장에 시공되어서 공용 중에 있는 방수층이 어떻게 되었는지에 대한 모니터링 자료들은 거의 없다. 따라서 본 연구에서는 강상판 교량의 재포장을 위해서 포장층과 방수층을 걷어내었던 귤현대교, 서부산낙동강교, 돌산대교. 이순신대교, 동호대교와 표층만 재포장한 청담대교에서 강상판과 교면 방수층의 상태를 조사하여 취득한 자료들과 성수대교 강상판 교면포장 상태를 조사하는 과정에서 얻는 교면 방수 자료들을 대상으로 하였다. 수집한 자료를 분석하여 현장에 시공되고 오랜 기간 동안 공용되고 있던 강상판 교면 방수의 상태 및 파손 특성을 분석하고자 한다.

2. 강상판 교면 방수

2.1 교면 방수 재료

국내 시방서는 다양한 교면방수 재료들에 대한 실험규정과 기본적인 기준 값들을 제시하고 있다. 그러나 교면방수 재료들이 강상판과 시멘트 콘크리트 상판으로 구분해서 적용하게 되어있지 않다. 국토교통부의 “교면포장 설계 및 시공 잠정지침(MOLIT, 2011)”에서 다음과 같은 문제들로 일부 시방을 개정하였다. 도막 방수의 경우 아스팔트 혼합물을 다짐하는 과정에서 다짐장비로 골재가 눌리면서 날카로운 골재가 방수층을 뚫어버리는 현상인 펀칭(punching out) 때문에 문제가 발생한다. 시트 방수의 상판과 접착이 잘되지 않아서 아스팔트 피니셔로 포설하는 과정에서 시트가 밀리는 현상이 발생한다. 따라서 이러한 문제로 복합방수라는 개념이 도입되어서 도막방수와 시트 방수를 함께 사용하고 있다. 또한 특수한 도막과 비슷한 에폭시 계열의 방수재료나 아스팔트 고분자계열의 재료의 경우에는 1.5 방수라는 개념으로 방수재료를 시공하고 그 위에 토목섬유그리드(geotextile-grid)의 적용을 제시하고 있다. 위에서 제시한 것들 대부분이 시멘트 콘크리트 상판의 방수재료들이다. 강상판 방수 재료는 많은 시간이 지났지만 성능검증이라는 관점에서 빠른 발전은 없이 도막 방수 기반의 여러 재료들이 사용되고 있다.

2.2 교면 방수의 시공

강상판의 교면방수는 시멘트 콘크리트 상판의 교면방수와 다르게 선행 작업이 있다. 강상판의 방수 시공 공정에 앞서 숏블라스팅(shot blasting)을 Fig. 1과 같이 실시하여 공장제품으로 생산된 강상판이 현장 제작과정에서 오염 등의 문제가 발생하여 녹이 발생할 수 있기에 이에 대한 처리를 한다. 일반적인 강상판의 교면 방수 전에 Fig. 2와 같이 징크(jink)를 도포하는 과정을 거치게 된다. 방수재료에 따라서 징크를 생략하기도 한다. 방수 재료 도포하는 과정은 Fig. 3과 같이 1회 또는 최대 3회까지 다양한 재료로 도포하는 과정을 거쳐서 Fig. 4와 같이 양생을 하면 교면 방수 시공이 끝나게 된다.

https://static.apub.kr/journalsite/sites/jkai/2021-011-01/N0850110111/images/jkai_11_01_11_F1.jpg
Fig. 1.

Shot blasting

https://static.apub.kr/journalsite/sites/jkai/2021-011-01/N0850110111/images/jkai_11_01_11_F2.jpg
Fig. 2.

Jink spray

https://static.apub.kr/journalsite/sites/jkai/2021-011-01/N0850110111/images/jkai_11_01_11_F3.jpg
Fig. 3.

Waterproofing (Jang et al., 2019)

https://static.apub.kr/journalsite/sites/jkai/2021-011-01/N0850110111/images/jkai_11_01_11_F4.jpg
Fig. 4.

Bond-coat waterproofing and curing (Jang et al., 2019)

3. 강상판 교면 상태

3.1 재포장시 조사

수도권 제1순환고속도로의 귤현대교는 1999년에 준공되었으며 고무계 도막방수와 SMA (stone mastic asphalt)로 포장되었다. 2008년 초에 재포장 할 때 에폭시와 규사를 사용하는 방수 공법으로 시공되었다. 2008년 7월에 표층이 Fig. 5와 같이 파손되어서 포장을 제거하고 강상판 상태를 확인했을 때 Fig. 6과 같이 원 안에는 녹이 발생되었고 검은색은 방수층이 붙어있는 상태였으며, 동일한 방수 재료로 재시공 되었다.

https://static.apub.kr/journalsite/sites/jkai/2021-011-01/N0850110111/images/jkai_11_01_11_F5.jpg
Fig. 5.

Epoxy waterproofing of Gyul-hyun bridge

https://static.apub.kr/journalsite/sites/jkai/2021-011-01/N0850110111/images/jkai_11_01_11_F6.jpg
Fig. 6.

Epoxy waterproofing of Gyul-hyun bridge

여수의 돌산대교는 1984년 준공되었으며 아스팔트계열의 도막 방수와 아스팔트포장으로 시공되었다. 2007년 재포장 할 때 에폭시와 규사를 사용하는 방수 공법과 개질아스팔트로 포장되었고 이후에 표층 절삭 후 덧씌우기로 포장되었다. 2020년 Fig. 7과 같이 포장 파손이 심각하여 포장을 제거하고 강상판의 상태를 조사한 결과 Fig. 8과 같이 전체 단면에 녹이 발생되어 있었다. 강상판의 녹을 제거하고 합성고무아스팔트계열의 프라이머를 2회 도포하고 구스아스팔트(40 mm)와 SMA 표층(40 mm)으로 재시공되었다.

https://static.apub.kr/journalsite/sites/jkai/2021-011-01/N0850110111/images/jkai_11_01_11_F7.jpg
Fig. 7.

Surface course of Dol-san bridge

https://static.apub.kr/journalsite/sites/jkai/2021-011-01/N0850110111/images/jkai_11_01_11_F8.jpg
Fig. 8.

Steel deck plate of Dol-san bridge

서부산낙동강교는 1981년에 아스팔트계열의 방수와 아스팔트포장 되어서 공용되다가 2014년도에 확장공사 과정에서 에폭시와 규사를 사용하는 방수 공법과 SMA로 포장되었다. 2014년 준공 후에 Fig. 9와 같이 지속적인 균열과 포트홀(pothole)로 포장이 조기파손 되어서 2017년에 타공법으로 시험 시공을 위해서 포장을 제거한 강상판과 볼트부에서 Fig. 10과 같이 녹이 발생하였다. 따라서 서부산낙동강교는 2018년부터 2020년 11월까지 합성고무아스팔트계열의 프라이머로 2회 도포하고 구스아스팔트(40 mm)와 SMA 표층(40 mm)으로 재시공되었다.

https://static.apub.kr/journalsite/sites/jkai/2021-011-01/N0850110111/images/jkai_11_01_11_F9.jpg
Fig. 9.

Surface course of Se Busan Nakdonggang bridge

https://static.apub.kr/journalsite/sites/jkai/2021-011-01/N0850110111/images/jkai_11_01_11_F10.jpg
Fig. 10.

Steel deck plate of Se Busan Nakdonggang bridge

이순신대교는 중국제 바인더와 에폭시 아스팔트 방수재료를 사용한 포장두께 50 mm의 에폭시 아스팔트 교면포장으로 2013년 2월에 준공하여 5개월 만에 포장 조기파손 되어서 2014년에 동일재료로 재시공되었다. 2015년부터 지속적으로 Fig. 11 같이 포장파손이 발생하여 2018년에 파손된 일부구간의 포장을 제거하는 과정에서 강상판의 상태는 Fig. 12와 같이 징크도포와 방수층의 접착력이 떨어져서 우수가 침투되어 녹이 발생되어있었다. 따라서 일부구간에 대하여 합성고무아스팔트계열의 프라이머로 2회 도포하고 구스아스팔트(30 mm)와 개질아스팔트 표층(21 mm)으로 시공되었다.

https://static.apub.kr/journalsite/sites/jkai/2021-011-01/N0850110111/images/jkai_11_01_11_F11.jpg
Fig. 11.

Surface course of Yi Sun-Shin bridge

https://static.apub.kr/journalsite/sites/jkai/2021-011-01/N0850110111/images/jkai_11_01_11_F12.jpg
Fig. 12.

Steel deck plate of Yi Sun-shin bridge

동호대교는 1985년에 개통되었으며 아스팔트계열의 방수와 아스팔트로 포장되었다. 2003년에 재포장을 하면서 고무아스팔트계열의 방수와 아스팔트로 포장되어 공용하다가 2012년에 표층을 절삭 후 덧씌우기 포장으로 시공되었다. 2021년에 포장 표면 상태는 Fig. 13과 같이 종방향 조인트(joint)부 및 표면 균열 등이 발생하고 있었으며, 재포장 공사를 진행하면서 강상판을 조사한 결과 볼트 부분과 종방향 조인트부에 있는 볼트에서 녹이 Fig. 14와 같이 일부 발생하였지만 강상판의 대부분 양호한 상태였다. 재시공은 합성고무아스팔트계 프라이머를 2회 도포하고 강바닥판에서 볼트의 최고 높이가 55 mm여서 60 mm의 두께로 구스아스팔트 포장을 하고 개질아스팔트표층이 40 mm 두께로 시공되었다.

https://static.apub.kr/journalsite/sites/jkai/2021-011-01/N0850110111/images/jkai_11_01_11_F13.jpg
Fig. 13.

Surface course of Dong-ho bridge

https://static.apub.kr/journalsite/sites/jkai/2021-011-01/N0850110111/images/jkai_11_01_11_F14.jpg
Fig. 14.

Steel deck plate of Dong-ho bridge

청담대교는 1999년에 준공된 교량으로 합성고무아스팔트계 프라이머로 2회 도포하고 구스아스팔트(40 mm)와 표층(40 mm)로 포장되었으며 표층에 대하여 절삭 후 덧씌우기를 하여서 공용하고 있었다. 2020년 구스아스팔트 시공한지 20년이 지나서 표층을 절삭 후 덧씌우기로 재포장을 하는 과정에서 Fig. 15와 같이 표층 균열이 심한 곳을 강상판이 Fig. 16과 같이 드러나게 절삭하여서 조사한 결과 구스아스팔트 포장균열이 없었으며, 방수층의 상태는 양호한 상태로 녹이 없었다.

https://static.apub.kr/journalsite/sites/jkai/2021-011-01/N0850110111/images/jkai_11_01_11_F15.jpg
Fig. 15.

Surface course of Cheng-dam bridge

https://static.apub.kr/journalsite/sites/jkai/2021-011-01/N0850110111/images/jkai_11_01_11_F16.jpg
Fig. 16.

Steel deck plate of Cheng-dam bridge

교면포장의 두께가 80 mm로 포장의 표면 파손이 많이 발생한 구간은 볼트가 모여 있는 곳으로 강바닥판에서 볼트까지 높이가 35 mm로 구스아스팔트가 5 mm 두께로 볼트를 덮고 있는 상태이다. 볼트의 위에서 포장 표면까지 45 mm 밖에 안 되어서 균열이 발생하였다. 예방적 유지보수 개념으로 구스아스팔트를 패칭(patching)하여 기존의 두께보다 두껍게 구스아스팔트를 시공하고 나서 표층이 재포장되었다.

3.2 교면포장조사

포장을 절삭하지 않고서는 교면포장 하부에 있는 강상판의 방수층의 상태를 확인하기 어렵다. 성수대교는 1979년 준공되어서 1994년 붕괴사고 후에 보수하고, 2004년 확장 시공되면서 강상판에 합성고무아스팔트계 프라이머를 2회 도포하고 구스아스팔트(40 mm)와 표층(40 mm)이 시공되었다. 2013년 표층(40 mm)을 절삭 후 재포장을 하여 2021년 현재 공용중인 상태로 Fig. 17과 같이 표층에 균열이 심각하게 발생하여 포장상태 조사를 하였다. 교면 포장을 500 mm×500 mm 절삭하고 표층과 기층 일부를 제거하여 Fig. 18과 같이 강상판 바닥면이 나타났다. 구스아스팔트층과 방수층의 상태가 양호하였으며 우수침투도 강상판까지 진행되지 않았었다. 포장의 균열은 표층에서 기층으로 진행하는 균열(top-down crack)이 발생하였는데 구스아스팔트 기층으로 균열이 연결되지 않았으며, 표층 균열이 많아서 절삭한 부분은 기층과 표층의 결합력이 약화된 상태였다.

https://static.apub.kr/journalsite/sites/jkai/2021-011-01/N0850110111/images/jkai_11_01_11_F17.jpg
Fig. 17.

Surface course of Sung-su bridge

https://static.apub.kr/journalsite/sites/jkai/2021-011-01/N0850110111/images/jkai_11_01_11_F18.jpg
Fig. 18.

Steel deck plate of Sung-su bridge

3.3 강상판 유지보수시 교면방수의 문제점 및 분석

강상판 교면 방수 및 교면포장은 기술력과 경험이 축척된 업체가 시공하는 것이 바람직하다. 그러나 국내 입찰제도상 최저가 낙찰방식으로 업체가 선정되기 때문에 전문적인 시공을 기대하기 어렵다. 따라서 교면포장과 방수층의 장기간 공용수명을 기대하기 어렵다. 신설 강상판 교량 포장공사의 발주물량을 줄어들고 있다. 대부분 강상판 교면 방수 및 포장이 유지보수 현장으로 품질관리 및 시공이 점차적으로 어려워지기 때문에 기술력과 경험을 갖춘 업체가 필요하다. 강상판 교량의 유지보수 공사는 교량을 장시간 차단하고 작업을 하여야 하지만, 도로이용자들의 많은 민원 제기로 인하여 발주처에서 장기간 차단을 허락하지 못하고 있다. 따라서 짧은 시간 내에 유지보수공사를 진행하고 있어서 다음과 같은 문제가 발생하고 있다. 첫째로 작업 시간의 부족으로 강상판에 발생한 녹에 의한 부식이 진행된 것을 확인하고 처리하여 하지만 녹을 제거하지 못하고 Fig. 19와 같이 방수 공사를 시공하면 펀칭현상으로 시공 직후에 녹이 발생할 수 있다. 두 번째로 Fig. 20과 같이 징크도장을 실시하여야 하지만, 작업 시간의 부족으로 징크를 생략하고 방수를 시공하게 되면 공용중에 포장균열이 발생할 경우에 우수가 침투하여 녹이 발생하게 된다.

https://static.apub.kr/journalsite/sites/jkai/2021-011-01/N0850110111/images/jkai_11_01_11_F19.jpg
Fig. 19.

Bad water-proofing

https://static.apub.kr/journalsite/sites/jkai/2021-011-01/N0850110111/images/jkai_11_01_11_F20.jpg
Fig. 20.

Jink surface of World-cup bridge

3.4 소결 및 개선방향

네 가지 종류의 강상판 교면 방수 재료들이 현장에서 공용된 이후에 재포장과정과 현장조사를 통해서 수집한 자료들은 분석한 결과 다음과 같다.

첫 번째 에폭시와 규사를 사용하는 방수 재료는 두 곳에서는 조기 파손되었고 녹이 발생하였으며, 접착력부족 및 양생시간 부족으로 발생된 것으로 사료된다. 또한 한곳의 현수교의 강상판 전단면에서 녹이 발생하였는데 에폭시 재료의 강성이 강한 반면에 진동에 취약하여 파손된 것으로 사료된다.

두 번째 고무아스팔트계 도막 방수 재료는 강상판에 대한 방수가 잘되고 있었지만, 볼트부와 종방향 이음부 근처의 볼트부에서 녹이 발생하였는데 볼트 위의 포장두께가 얇아서 발생된 것으로 사료되며 종방향 이음부의 균열부로 우수가 침투하고 또한 위로 튀어나온 볼트 위까지 방수재료가 완벽하게 방수할 수 없어서 발생한 것으로 사료된다.

세 번째 합성고무아스팔트계 프라이머와 구스아스팔트 기층을 사용한 공법은 20년에 가까운 공용 성능을 가지고 있지만 독일의 40여년도 보다는 아직까지 짧은 공용수명을 가지고 있었다. 따라서 장수명의 공용성을 확보를 위하여 프라이머와 구스아스팔트를 개량하여 2011년부터 현장에 적용하고 있으며 한국형 구스아스팔트 공법이 자리잡을 수 있게 노력하고 있다.

네 번째 중국제 에폭시 아스팔트계 방수는 에폭시 아스팔트 포장의 방수에 사용되었으며, 포장파손 후에 재시공되었지만 지속적으로 포장이 파손이 되면서 방수층도 파손되어서 녹이 발생하였는데 방수재료가 강상판과의 부착력이 떨어지고 열경화성 소재의 특성상 지속적인 현수교의 진동으로 강성이 강하여 탄성영역을 벗어나서 깨어지는 현상이 일부 발생한 것으로 사료된다.

강상판 방수의 품질을 높이고 공용수명을 늘리기 위해서는 다음과 같은 사항들이 추후에 도입되어야 할 것으로 사료된다.

첫 번째 강상판과 방수층간의 접착력 기준, 방수층과 기층의 접착력 기준, 기층과 표층과의 접착력 기준 도입이 필요할 것으로 사료된다.

두 번째 유럽 및 일본 등에서는 강상판의 방수층 위에 펀칭 발생 현상을 방지하기 위해서 다짐이 필요 없는 구스아스팔트 기층을 사용하고 있으며 국내에서도 17년과 20년간 공용하면서 방수의 문제가 발생하지 않았다. 그러나 다짐을 하는 기층을 시공할 때 방수층의 펀칭 현상 발생에 대비하여 징크도포, 보호층, 방수층, 시트층, 접착층 등의 여러 개의 층을 사용하는 시방기준이 필요할 것으로 사료된다.

세 번째 다짐이 필요한 기층 및 표층을 시공할 경우에는 혼합물 적재트럭의 바퀴와 아스팔트 피니셔 궤도 등에 의해서 방수층과 층간 접착제가 파손되고 있어서 MTV(Material Transfer Vehicles)를 사용에 대한 기준이 필요할 것으로 사료된다.

네 번째 대부분의 우수침투가 포장의 신구조인트, 종방향 조인트, 횡방향 조인트 등에서 발생하고 있어서 조인트 처리를 위한 접착제 사용에 대한 기준이 필요할 것으로 사료된다.

4. 결 론

재포장한 강상판 6개의 교량에 시공되었던 4가지 종류의 교면 방수 재료의 공용성에 대한 자료들과 1개 교량의 시험 자료들 수집하여 분석한 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.

1. 에폭시수지 시공 후 규사를 뿌리는 강상판 방수 재료가 조사 교량의 3곳에서 시공되었는데 현수교의 경우에는 전단면에서 녹이 발생하였다. 볼트가 많은 교량에서 방수재료가 강상판과의 부착력 저하로 떨어져나간 곳과 방수하기 어려운 볼트부에서는 녹이 발생하였다. 가장 짧은 시간에 파손되고 녹이 발생한 것은 부착력과 완벽한 양생시간의 부족을 공용수명이 짧은 것으로 사료된다.

2. 고무아스팔트계열의 강상판 방수 재료가 시공된 볼트가 많은 교량은 강바닥판에서 볼트까지 높이가 55mm로 볼트 위에서 표층의 표면까지의 포장두께 얇아서 포장균열을 발생시켜서 우수가 침투하여 볼트부에서 녹이 발생하였으며, 1차로와 2차로의 종방향 이음부에 위치한 볼트부에서 많은 녹을 볼 수 있었다.

3. 중국제 에폭시 아스팔트 계열의 방수 재료를 사용했던 현수교는 포장의 균열로 인하여 포트홀이 발생된 곳과 난간과 포장 사이와 중분대와 포장 사이는 우수의 침투로 인하여 녹이 많이 발생하였다.

4. 합성고무아스팔트계열의 프라이머와 구스아스팔트 기층과 표층을 시공한 교량의 공용연수가 17년과 21년이 되었지만 양호한 방수 기능을 가지고 있었다.

향후에 많은 강상판 교량의 교면 방수에 대한 공용성 자료들을 수집하여 분석한다면 국내기후환경조건에 적합한 강상판 교면 방수 재료를 제시할 수 있을 것이다. 또한 새로운 강상판 교면 방수재료의 개발을 위한 기초자료를 확보할 수 있을 것으로 사료된다.

References

1
Im, C.J. and Kim, B.I. (2002). An Adhesive Method of Asphalt Pavement for Steel Bridge Deck Using Silica Sand and Epoxy Resin, KSCE, 2002 Conference (2025 Korea Construction Vision), 3-6, pp. 2005-2008.
2
Jang, Y.D., Lee, J.S., Choi, S.W., Kim, D.K. and Jin, J.H. (2019). “Construction of Epoxy asphalt Concrete Pavement in Suspension Section of Chen-Sa Bridge”, Journal of the Korean Society of Civil Engineers, 21(1), pp. 48-54.
3
MOLIT (2017). Guidelines for Construction of asphalt concrete pavement, Ministry of Land, Infrastructure and Transport.
4
MOLIT (2011). Provisional Guidelines for Design and Construction of Bridge Pavement, Ministry of Land, Infrastructure and Transport.
페이지 상단으로 이동하기