KR20090018542A - 골재노출 도로포장용 콘크리트 조성물 및 이를 이용한골재노출 콘크리트 도로포장의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시멘트, 잔골재, 굵은골재를 포함하는 골재노출 도로포장용 콘크리트 조성물에 관한 것으로서, 굵은골재 중, 입도 9.5 ~ 13.2 mm인 굵은골재는 입도 2.36 ~ 4.75 mm인 굵은골재에 비해 많은 양이 포함된 것을 특징으로 하는 골재노출 도로포장용 콘크리트 조성물을 제시함으로써, 많은 수의 굵은골재가 높은 부착 강도를 가지고 포장 표면에 노출되도록 하여, 우수한 품질의 골재노출 콘크리트 도로포장 구조물을 얻을 수 있도록 한다.

콘크리트, 포장, 골재노출, 배합

Description

골재노출 도로포장용 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 골재노출 콘크리트 도로포장의 시공방법{COMPOSITION FOR EXPOSED AGGREGATE CONCRETE PAVEMENT AND CONSTRUCTION METHOD FOR EXPOSED AGGREGATE CONCRETE PAVEMENT USING THE SAME}

본 발명은 토목 분야에 관한 것으로서, 상세하게는, 소음의 발생을 저감할 수 있도록 하는 도로포장의 시공방법에 관한 것이다.

아스팔트의 소성변형 및 파손으로 인한 유지관리의 어려움을 해소하고자 아스팔트 도로포장에 비하여 내구성과 경제성을 고려하여 콘크리트 도로포장을 고속도로에서 적극적으로 시공되고 있는 실정이다.

콘크리트 도로포장은 중차량에 대한 지지력이 뛰어나고 장기간의 공용성을 지닌 것으로 보고되고 있다.

하지만 콘크리트포장은 아스팔트 포장에 비하여 타이어와 포장면에서 발생하는 소음이 4~6dB(A)심하고 주행성이 취약하다는 단점으로 인하여 도로 이용자의 저소음 및 승차감에 대한 서비스 요구 수준이 높아짐에 따라 콘크리트 포장은 개선이 요구되고 있는 실정이다.

도로 포장에서 타이어와 노면 간의 미끄럼저항은 제동거리를 제어하는 기본 적인 요소로서 주행 안전성에 중요한 역할을 한다.

즉, 도로 포장표면은 자동차들의 이동에 있어 운전자들의 안전성을 제공하기 위한 자동차의 타이어와 도로 포장표면의 적정한 미끄럼저항 수준을 확보해야 한다.

특히, 우천시 도로의 표면이 젖어 있을 경우에는 수막현상이 발생하면 미끄럼저항이 감소되어 교통사고율이 높게 나타난다.

총 교통사고의 25%가 우천시 도로의 표면이 젖어 있을 때 미끄럼저항의 미확보로 인해 발생되며 그 중 13.5%는 치명적인 사고의 원인이 된다고 보고되고 있다.(Cheliah 등,2002)

국내 콘크리트포장은 미끄럼저항 확보 및 우천 시 수막현상을 방지하기 위한 표면처리공법으로서 횡방향 타이닝을 주로 사용하여 왔는데, 이는 장기간 높은 수준의 미끄럼저항성을 제공하나 포장면과 타이어 사이에서 소음으로 인한 고주파 소음(whine) 현상이 발생한다는 문제를 안고 있다.

이러한 상황에서 콘크리트 포장의 소음과 미끄럼저항성 확보를 위한 표면 마무리 공법의 하나로서 콘크리트 시공시에 표면의 모르타르를 분해제거하고 굵은 골재를 노출시킴으로서 포장표면에 별도의 표면조직을 형성하지 않고도 포장의 표면에 적정한 조직(Texture)을 형성할 수 있는 골재노출 콘크리트포장공법이 대두되었다.

골재노출 콘크리트포장은 타이어와 노면간에 발생하는 소음을 감소시키고, 특히, whine 현상을 다양한 패턴으로 최소화하며 장기간 미끄럼 저항이 유지되어서 주행의 안전성을 확보하여 차량의 미끄러짐을 방지하는 공법으로 선진외국의 연구보고와 실제 시공사례가 미국연방도로국, 일본도로공단, 유럽의 PIARC회의 등을 통하여 보고되고 있는 실정이다(이웅세 외, 2000).

특히, 골재노출공법의 경우에는 골재의 사이즈가 소입경일수록 소음의 저감효과 및 미끄럼저항이 커진다.

또한, 골재노출공법에 의한 포장 표면은 횡방향 타이닝과 같은 일정한 간격의 결이 형성되는 것이 아니라, 골재가 다양한 패턴으로 노출되므로 whine 현상을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.

그러나, 골재노출공법은 기술적으로 쉬운 공법은 아니다. 그 이유는 소음과 미끄럼저항에 가장 우수한 표면 조직 형태인 중간 조직을 표면상에 형성시키기 위해서는 강도, 미끄럼저항 및 소음을 적절히 고려한 배합설계를 실시하여야 하기 때문이다.

이러한 조건을 만족시키기 위해서는 콘크리트의 배합설계에 따른 제조방법, 지연제살포, 골재노출작업등의 시공순서, 적정시공장비 사용 등 여러 가지 공사 시방을 철저히 따라야 하기 때문에, 시공이 어렵다는 단점이 있다.

이를 위해서는 골재노출공법을 적용하기 위한 콘크리트 재료 배합 시에는, 많은 굵은 골재가 표면에 균일하게 노출될 수 있도록, 굵은 골재 용적률을 크게 해야 하는 것이 필요하다.

소음저감효과와 장기간 미끄럼저항을 유지하기 위하여 적정량의 평균조직깊이(MTD)와 골재노출도가 얻어져야 한다.

굵은 골재 용적율이 작게 되면 불균일하게 골재가 노출되어 평균조직깊이가 크게 나오고 너무 크게 되면 노출도가 너무 떨어지게 되어 평균조직깊이가 나오지 않기 때문이다.

그러나, 종래에 국내에서는 까다로운 시공방법으로 인하여 이와 같은 구체적인 배합설계에 관한 연구가 미흡한 실정인바, 골재노출 포장공법의 문제점으로 지적되어 왔다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 많은 수의 굵은골재가 높은 부착 강도를 가지고 포장 표면에 노출되도록 하여, 우수한 품질의 골재노출 콘크리트 도로포장 구조물을 얻을 수 있도록 하는 골재노출 도로포장용 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 골재노출 콘크리트 도로포장의 시공방법을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 시멘트, 잔골재, 굵은골재를 포함하는 골재노출 도로포장용 콘크리트 조성물에 있어서, 상기 굵은골재 중, 입도 9.5 ~ 13.2 mm인 상기 굵은골재는 입도 2.36 ~ 4.75 mm인 상기 굵은골재에 비해 많은 양이 포함된 것을 특징으로 하는 골재노출 도로포장용 콘크리트 조성물을 제시한다.

상기 굵은골재 중, 입도 2.36 ~ 4.75 mm인 상기 굵은골재와 입도 9.5 ~ 13.2 mm인 상기 굵은골재의 비는 1 : 1 ~ 3 : 7인 것이 바람직하다.

상기 굵은골재 중, 입도 2.36 ~ 4.75 mm인 상기 굵은골재와 입도 9.5 ~ 13.2 mm인 상기 굵은골재의 비는 4 : 6인 것이 바람직하다.

상기 굵은골재 중, 40 중량%는 입도 4.75 ~ 9.5 mm인 상기 굵은골재가 포함된 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 또 다른 수단, 즉 상기 골재노출 도로 포장용 콘크리트 조성물을 이용한 골재노출 콘크리트 도로포장의 시공방법으로서, 콘크리트의 관입저항응력이 1000 kgf/cm² 이상 발생한 시점부터, 콘크리트 타설 이후, 30시간이 경과하기 전까지, 콘크리트의 표면을 긁어내어 골재를 노출하는 것을 특징으로 하는 골재노출 콘크리트 도로포장의 시공방법을 제시한다.

본 발명은 많은 수의 굵은골재가 높은 부착 강도를 가지고 포장 표면에 노출되도록 하여, 우수한 품질의 골재노출 콘크리트 도로포장 구조물을 얻을 수 있도록 한다.

본 발명은 기본적으로, 시멘트, 잔골재, 굵은골재를 포함하는 골재노출 도로포장용 콘크리트 조성물에 관한 것으로서, 굵은골재 중, 입도 9.5 ~ 13.2 mm인 굵은골재가 입도 2.36 ~ 4.75 mm인 굵은골재에 비해 많은 양이 포함된 것을 특징으로 한다.

즉, 골재노출 콘크리트 포장에 있어서, 많은 수의 굵은 골재가 포장 표면에 균일하게 노출되기 위해서는, 굵은 골재 용적률이 커져야 할 것인바, 이를 위한 방안으로서 상기 배합비를 제시하는 것이다.

이하, 이를 뒷받침하기 위한 실험예에 관하여 상세히 설명한다.

사용배합은 표 1과 같으며, 실험 시 평균온도는 실험 시 평균온도는 11.5℃, 습도 57.7%이다.

물/시멘트비 W/C (%)	잔골재율 S/a (%)	단위량 (kg/m3)
		W	C	S	G	AE제
45	30	150	333.3	536	1262	C×0.1%

포장용 콘크리트의 굵은 골재 입도 기준에 의거하여 골재노출콘크리트포장에 사용될 굵은 골재 최대치수는 13.2mm로 결정하였으며, 이에 대한 입도 설계를 통하여 최적 배합설계를 실시하였고, 표 2는 그 내용을 그래프로 나타낸 것이다.

배합결과 공기량 4 %, 슬럼프값 1 cm로서 한국도로공사 포장용 시멘트 콘크리트의 배합기준에 만족하였다.

4.75 ~ 9.5 mm 입도의 골재의 양을 일정하게 유지하는 한편, 2.36 ~ 4.75 mm 입도와 9.5 ~ 13.2 mm 입도의 골재의 양의 총합은 일정하도록 한다는 전제 하에, 이들 2종류 골재의 양을 상호 변화시키면서, 노출도, BPN, MTD 등 골재노출 콘크리트 포장의 물성에 관한 측정을 실시하였다.

이와 같이 실험의 전제를 정한 이유는, 골재노출 도로포장용 콘크리트 조성물에 있어서, 물성에 가장 많은 영향을 미치는 골재는 2.36 ~ 4.75 mm 입도와 9.5 ~ 13.2 mm 입도의 골재인 것으로 알려져 있기 때문이다.

시편은 총 7개로서, 9.5 ~ 13.2 mm 입도의 골재양을 10, 20, 40, 50, 60, 70, 100 중량%로 변화시키면서, 각 변수에 대해 3개씩의 시편을 제작하였고, 그 상세내용은 표 2와 같다(2.36 ~ 4.75 mm 입도의 골재양은 90, 80, 60, 50, 40, 30, 0 중량%가 된다).

입도 (㎜)		굵은 골재 함량 (kg)
		10%	20%	40%	50%	60%	70%	100%
2.36~4.75	조정	681.48	605.76	454.32	378.6	302.88	227.16	0
4.75~9.5	40% 고정	504.8	504.8	504.8	504.8	504.8	504.8	504.8
9.5~13.2	조정	75.72	151.44	302.88	378.6	454.32	530.04	757.2

이들 각 시편에 대한 골재노출작업 수행 후, 포장 구조물의 물성을 측정한 값은 다음과 같다.

	실험변수
	10%	20%	40%	50%	60%	70%	100%
MTD(㎜)	2.1	2.0	2.0	2.0	1.8	1.9	1.4
BPN	74.0	75.2	77.0	78.2	80.1	77.6	75.1
노출도 (개/25㎠)	12.2	12.9	13.9	17.6	21.8	18.9	22.8
SN	58.5	59.0	60.8	61.6	61.9	60.5	56.0

위 표에서, MTD(Mean Texure Depth)는 골재노출포장의 평균조직깊이를 의미하고, 노출수는 포장 표면에 노출된 골재의 수를 의미하며, SN₄₀은 포장의 미끄럼 저항성을 의미한다.

실험결과를 살펴보면, 입도 9.5 ~ 13.2 mm인 굵은골재가 입도 2.36 ~ 4.75 mm인 굵은골재에 비해 많은 양이 포함된 경우(9.5 ~ 13.2 mm인 굵은골재의 함량이 50% 이상인 경우), 타 구간에 비해 비교적 우수한 물성이 나타나는 것을 알 수 있고, 특히 입도 2.36 ~ 4.75 mm인 굵은골재와 입도 9.5 ~ 13.2 mm인 굵은골재의 비가 1 : 1 ~ 3 : 7인 범위(9.5 ~ 13.2 mm인 굵은골재의 함량이 50 ~ 70% 인 경우)에서 가장 우수한 물성이 나타남을 확인할 수 있다.

즉, 입도 2.36 ~ 4.75 mm인 굵은 골재와 입도 9.5 ~ 13.2 mm인 굵은 골재의 비가 위 범위 내에 있는 경우, MTD는 상기 범위에서 2 mm 이하의 값(표 5)을 가지나, 그 범위보다 큰 경우는 MTD가 2 mm 이상이고 작은 경우는 현저히 작아짐을 알 수 있다.

BPN은 상기 범위에서 80 이상의 높은 값(표 6)을 나타내고, 이로 인해 SN₄₀ 변화도 상기 범위에서 가장 높은 값(표 8)을 가지며, 그 범위를 벗어나는 경우는 큰 폭으로 감소하는 경향을 알 수 있다.

또한 노출수의 변화를 살펴보면(표 7), 굵은 골재 함량이 증가할수록 노출수가 증가함을 알 수 있으나, 상기 범위를 벗어날수록 골재 함량이 증가하더라도 측정값의 변화가 미비함을 알 수 있다.

따라서, 입도 2.36 ~ 4.75 mm인 굵은골재와 입도 9.5 ~ 13.2 mm인 굵은골재의 비가 1 : 1 ~ 3 : 7인 범위(9.5 ~ 13.2 mm인 굵은골재의 함량이 50 ~ 70% 인 경우)에서 우수한 물성이 나타남을 확인할 수 있으며, 특히 그 비가 4 : 6인 경우가 가장 바람직함을 확인할 수 있었다.

이와 같이, 입도 2.36 ~ 4.75 mm인 굵은골재와 입도 9.5 ~ 13.2 mm인 굵은골재의 비가 상기 범위에 속하도록 하는 배합이면, 콘크리트 조성물이 우수한 물성을 가질 것이라 예측되지만, 위 실험은 입도 4.75 ~ 9.5 mm인 굵은골재가 전체 굵은골재 중 40 중량%를 차지하도록 전제한 것이므로, 실제 배합에서도 이를 적용하는 경우 더욱 확실한 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.

참고로, 본 발명에 의한 콘크리트 조성물의 전제가 되는 골재노출 콘크리트 도로포장의 시공방법에 관하여 설명하면 다음과 같다.

콘크리트를 타설하고(도 1), 타설된 콘크리트의 표면을 마무리하는 표면 마무리한 후(도 2), 콘크리트의 표면에 응결지연제를 살포한다(도 3).

콘크리트의 심부의 양생이 어느 정도 완료된 이후, 콘크리트의 표면을 긁어냄으로써 골재를 노출한다(도 4,5).

한편, 이와 같은 골재노출포장공법의 시공 시, 골재노출작업(콘크리트 포장의 표면을 긁어내는 작업)을 위한 최적시기가 문제될 수 있는데, 또 다른 실험 결과, 콘크리트의 관입저항응력이 1000 kgf/cm² 이상 발생한 시점부터, 콘크리트 타설 이후, 30시간이 경과하기 전까지의 기간이 가장 적합한 것으로 나타났다.

여기서, 관입저항응력이란 도 6에 도시된 바와 같이, 관입저항침에 의해 시편에 관입저항하중을 인가하는 경우, 측정되는 콘크리트 시편의 저항력을 의미하므로, 양생 시간이 짧은 경우에는 관입저항응력도 작은 값이 측정되고, 양생 시간이 길어 경화가 일어날수록 관입저항응력은 큰 값이 측정된다.

따라서, 이와 같은 콘크리트 시편의 관입저항응력을 측정하는 경우, 타설된 콘크리트가 경화된 정도를 간접적으로 알 수 있으므로, 이로부터 골재노출작업의 최적시기를 파악해낼 수 있는 것이다.

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

도 1 내지 6은 본 발명에 의한 시공방법의 공정을 설명하기 위한 사진으로서,

도 1은 콘크리트 타설단계에 관한 사진.

도 2는 표면 마무리단계에 관한 사진.

도 3은 응결지연제 살포단계에 관한 사진.

도 4는 골재노출단계에 관한 사진.

도 5는 시공 완료 후 포장 표면의 사진.

도 6은 관입저항응력 측정단계에 관한 사진.

Claims (5)

1. 시멘트, 잔골재, 굵은골재를 포함하는 골재노출 도로포장용 콘크리트 조성물에 있어서,

   상기 굵은골재 중, 입도 9.5 ~ 13.2 mm인 상기 굵은골재는 입도 2.36 ~ 4.75 mm인 상기 굵은골재에 비해 많은 양이 포함된 것을 특징으로 하는 골재노출 도로포장용 콘크리트 조성물.
2. 제1항에 있어서,

   상기 굵은골재 중, 입도 2.36 ~ 4.75 mm인 상기 굵은골재와 입도 9.5 ~ 13.2 mm인 상기 굵은골재의 비는 1 : 1 ~ 3 : 7인 것을 특징으로 하는 골재노출 도로포장용 콘크리트 조성물.
3. 제2항에 있어서,

   상기 굵은골재 중, 입도 2.36 ~ 4.75 mm인 상기 굵은골재와 입도 9.5 ~ 13.2 mm인 상기 굵은골재의 비는 4 : 6인 것을 특징으로 하는 골재노출 도로포장용 콘크리트 조성물.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 굵은골재 중, 40 중량%는 입도 4.75 ~ 9.5 mm인 상기 굵은골재가 포함 된 것을 특징으로 하는 골재노출 도로포장용 콘크리트 조성물.
5. 제4항의 골재노출 도로포장용 콘크리트 조성물을 이용한 골재노출 콘크리트 도로포장의 시공방법으로서,

   콘크리트의 관입저항응력이 1000 kgf/cm² 이상 발생한 시점부터, 콘크리트 타설 이후, 30시간이 경과하기 전까지, 콘크리트의 표면을 긁어내어 골재를 노출하는 것을 특징으로 하는 골재노출 콘크리트 도로포장의 시공방법.

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