KR100203991B1 - 배수성 콘크리트의 도로 포장공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대·소형도로, 일반·고속 도로 등에 적용할 수 있는 시멘트 콘크리트를 재료로 한 배수성 도로 포장공법에 관한 것으로, 우수 등으로 인한 도로 표면의 물이 안정처리층 또는 기층 이하로는 전혀 스며들지 못하도록 하여 기초지반의 안정화를 기하면서, 동시에 도로 표층부위에 일정두께로 포설된 배수층을 통해서 표층수가 신속하게 배수되도록 하여, 차량에 의한 물의 튀김이 없을 뿐 아니라 흡음효과가 큰 배수성 도로 포장공법을 제공하는 것이다.

Description

배수성 콘크리트의 도로 포장공법 {Method for paving water draining road with pervious cement concrete}

본 발명은 대·소형 도로, 일반·고속 도로 등에 적용할 수 있는 시멘트 콘크리트를 재료로 한 도로 포장공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 우수 등으로 인한 도로 표면의 물이 안정처리층 또는 기층 이하로는 전혀 스며들지 못하도록 하여 기초지반의 안정화를 기하면서, 동시에 도로 표층부위에 일정두께로 포설된 배수층을 통해서 표층수가 신속하게 배수되도록 하여, 차량에 의한 물의 튀김이 없을 뿐만 아니라 흡음효과가 큰 배수성 도로 포장공법에 관한 것이다.

일반적으로 도로는 대형차량으로 인한 충격하중이 반복되기 때문에 도로 단면 구조층 중 어느 한 개 층이라도 소홀히 설계 또는 시공할 수 없는 것인데, 특히 본 발명에서와 같이 도로 표면층을 배수층으로 포장하는 경우라면 기초지반의 안정상 배수층을 통과한 물이 기초지반에까지 조금이라도 침투되지 않도록 하는 수단이 강구되어야 할 것이다.

따라서, 본 발명에서는 기층이나 안정층을 갖는 기존 도로 단면 구조층을 그대로 이용하면서 그 상부층에다 순차적으로 시멘트 콘크리트를 사용재료로 하여 불투수층과 배수층을 형성시킨 것인 바, 여기서 배수층은 강우 등으로 인한 도로 표층수를 신속하게 배수시키는 역할을 할 뿐만 아니라, 이로 인해 물이 튀길 염려가 없어 차량운행을 안전하게 하며, 동시에 소음을 흡수하는 역할을 하게 되고 또한, 불투수층은 배수층을 통과한 물이 기층이나 안정층을 침투하지 못하도록 철저한 불투수의 역할을 수행하도록 한 것이다.

여기에다, 도로 관련법은 도로포장에 관한 제 요건을 규정하고 있는데 본 발명도 관련 법규정 요건을 만족시키면서 특히, 시공의 용이성과 간편성에 주안점을 두고 본원의 기술을 개발한 것이라고 말할 수 있다.

다시 말해서, 본 발명에서의 배수층의 경우를 예로 들면, 배수공이 많으면 많을수록, 배수공의 크기가 크면 클수록 배수기능은 원활해지는 반면에 압축강도나 휨강도는 법 규정치보다 현저하게 적어져서 취약한 상태가 되는데 바로 이러한 상호 역기능을 극복하고자 한 것이 본 발명이다.

한편, 법규정 요건을 모두 만족하였다 하더라도 시공하기가 어렵다면 그러한 기술은 기피 당하게 될 것이므로 시공의 용이성이라든가 대량시공이 가능하도록 고려된 기술은 아주 중요한 기술요소라고 할 수 있다.

또한, 본 발명은 배수기능이 필수적 기능이므로 배수공이 세립토, 미립자 등으로 막히지 않아야 하고, 설령 일시적으로 막힌다 해도 별도의 작업없이 자기 스스로 뚫어지는 구조를 갖도록 하는 것은 빼 놓을 수 없는 중요한 기술 요소라고 할 수 있다.

따라서, 상기의 이러한 기술적 요소들이 감안된 본 발명은 압축강도와 휨강도를 법규정치 이상으로 크게 하면서 시공이 용이할 뿐만 아니라 기계화 시공이 가능하여 공기가 단축되고, 동시에 배수공 형성과정이 간편하고 배수공의 크기나 배수공율도 매우 크며 배수공을 통한 배수율은 거의 초기 상태가 유지되고 일시적으로 세립토에 의하여 막힌다 해도 스스로 뚫어지는 작용이 있도록 함을 목적으로 하고 있다.

또한 본 발명은 배수층의 강도 특히, 배수층의 표면강도를 강화시키고, 배수층과 불투수층과의 접착력이 뛰어나도록 함을 또 다른 목적으로 하고 있다.

이제 도로포장과 관련하여 종래기술의 문제점을 알아보기로 한다.

본 발명과 대비되는 종래 기술로서는 투수콘크리트와 배수성 아스팔트 콘크리트가 알려져 있다. 본 발명이나, 투수콘크리트 또는 배수성 아스팔트 콘크리트 모두는 물이 통과되는 통수공이 있다는 점에서는 동일하다. 사용 재료면에서 보면 골재와 배합된 시멘트 콘크리트를 사용 재료로 하는 본 발명과 투수콘크리트는 동일하지만, 골재를 아스팔트로서 결합시킨 배수성 아스팔트 콘크리트는 본 발명과 사용재료가 서로 다르다.

이러한 사항과 관련하여 종래기술이 지닌 문제점을 구체적으로 살펴보기로 한다.

먼저, 투수콘크리트의 경우를 살펴보면,

1) 표층수가 도로 단면 구조층 전두께 (표면층에서부터 노반에 이르기까지)를 통과되도록 투수공을 형성한 것이므로, 침투수로 인해 기초지반이 파괴될 우려가 커서 지반의 안정이 절대적으로 요구되는 도로에는 부적합한 결점이 있다.

2) 투수콘크리트는 원래 지하수를 보존하기 위한 포장수단으로 개발된 것이기 때문에 투수공극의 형성에만 전적으로 주력한 나머지 #4이하의 잔입자가 전체 골재량의 20% 이상 (13mm 투수콘크리트에서는 #4체가 40%까지 포함)이나 포함된 상태이어서, 굵은 골재의 최대 치수를 크게 하여도 잔입자가 고르게 분포되게 되어 공극의 크기가 3mm를 넘지 않게 되므로 흙이나 먼지 등으로 인한 공극의 폐색은 불가피한 것이며, 이는 투수 기능상 문제점으로 지적되고 있다.

3) 차량과 접하는 표면층은 투수공으로 인한 강도의 취약성이 항존되어 있는 곳인데 이를 별도의 수단에 의하여 보강처리 하지 않으면 차량의 충격하중으로 인하여 깨질 우려가 커서 도로 포장에는 문제점으로 지적되고 있다.

다음으로 종래기술인 배수성 아스팔트 콘크리트에 대하여 살펴보기로 한다.

1) 배수성 아스팔트 콘크리트는 골재를 접착시키기 위한 결합제로서 아스팔트를 사용하고 있는데 이때 배수공의 형성은 골재와 아스팔트의 사용량의 비율에 의존하기 때문에 아스팔트의 사용량은 한정될 수 밖에 없다. 따라서, 일반적으로 배수성 아스팔트 콘크리트에서 아스팔트의 사용량은 4-5% 정도에 불과한데, 이 4-5%로는 결합제로서 아스팔트의 양이 너무 적기 때문에 골재와의 접착력도 비례적으로 작게 되어 차량의 반복하중에 의하여 골재와의 접착력이 파괴되는 문제점이 있어 안정도를 크게 해치게 된다.

2) 배수성 아스팔트 콘크리트는 결합제로서 아스팔트가 사용되고 있기 때문에 기온이 상승되는 여름철에는 도로 표면층이 누글누글한 상태로 녹게 되는데, 이때 미세흙이나 미립자 등이 아스팔트에 붙게 되고, 한 번 붙으면 떨어지지 않게 되어 이와 같이 반복되는 동안 배수공이 폐색될 우려가 크므로 배수기능에 문제점이 발생하게 된다.

3) 동시에, 배수성 아스팔트 콘크리트는 하절기의 기온 상승으로 아스팔트가 연성화되기 때문에 이때 차량의 반복하중에 의하여 차륜이 접하는 진행방향의 도로부위는 배수공이 가라앉아 차량 통행선을 따라서 깊은 홈이 형성하게 되어 평탄성을 저해하는 문제가 발생하게 된다.

도 1은 일반 투수성 포장의 개념을 설명하는 단면도

도 2는 배수성 콘크리트 포장의 개념을 설명하는 단면도

도 3은 통상의 방법으로 건설된 일반 고속도로의 단면도

도 4는 본 발명에 의하여 포장된 배수성 포장 도로의 단면도이다.

상기의 종래기술이 지닌 결점들을 해소시킨 본 발명은 배수기능을 필수 조건으로 하고서, 여기에다 압축강도, 휨강도 등이 도로 관련 법규정 요건에 만족되게 하고, 배수공은 폐색의 우려가 전혀 없으면서 거의 원상태의 배수율을 스스로 유지되도록 하였으며, 또한 시공이 용이하고 더욱이 기계화 시공을 용이하게 하였을 뿐만 아니라 기초지반 역시 안정이 확실함은 물론 배수 표면층의 강도를 크게 보강시킨 것인데 이에 따른 본원의 기술적 구성을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

(A) 배수층

배수공을 통하여 배수기능을 담당하고 있는 배수층 (두께가 3-15cm)은, 특히 압축강도, 휨강도 등이 도로 관련법규의 요건을 만족시키면서 동시에 배수공이 폐색되지 않아야 할 뿐만 아니라 배수공이 거의 원상태를 유지되도록 함이 본원의 목적인 바, 이러한 목적을 달성하기 위하여 다음 요건을 동시에 만족하여야 한다.

① 공극(배수공)의 형성

② 공극율과 공극크기 및 크기별 분포

③ ②를 충족시키는 골재의 입도구성

공극은 「시멘트+물+골재」의 배합구성에 의하여 결정되는데, 본원에서의 배합구성의 조건은 다음과 같다.

a) 골재와 골재는 거의 상호 맞닿게 위치하는 형태임.

b) 골재와의 결합제로서 시멘트 페이스트는 골재의 주면부를 감싸고 있을 정도의 된 반죽 상태로 함.

c) 골재 사이의 공극은 작은 골재로 채워지는 것으로 하되

d) 공극율이 15-30% 정도가 되게 하고

e) 공극의 크기와 그 크기별 분포도는

- 공극의 크기는 3mm이상이 70% 이상을 차지하고,

- 이중 공극의 크기 10mm 이상이 적어도 10% 이상이 되도록 한다.

여기에서, a) b)의 조건을 동시에 만족시키기 위해서는「골재+시멘트+ 물」이 배합된 시멘트 몰탈의 슬럼프(Slump) 값이 0-3cm 정도가 되어야 한다.

또한, c) d) e)의 조건에 직접적으로 관련된 사항은 「골재의 입도」인데,c) d) e)에서 구체적으로 그 수치가 주어져 있으므로, 골재의 입도는 이에 따라 결정된다. 다만, 골재의 입도가 결정되었다 하더라도 골재크기의 선정은 도로의 조건과 도로 관련법 규정치를 만족시키는 범위 내에서 선택할 수 밖에 없는데 본원에서는 골재의 최대 치수를 40mm, 최소 치수를 5mm로 그 범위를 한정하였다.

그런데, 골재크기의 범위를 5-40mm로 한정하여 사용하였다 하더라도 본원의 기술적 구성과는 무관하게, 골재의 취급과정에서 부득이 5mm 이하의 골재가 생산되어 5-40mm 속에 섞여지게 되는데, 이런 경우에라도 5mm 이상 잔류중량 백분율이 90% 이상이 되도록 그 한계를 정하였다.

한편, 시멘트 몰탈이 슬럼프(Slump)값이 0cm에 가까운 상태이므로 롤라 다짐이 가능하여 기계화 시공에 의한 대량시공이 용이하여 공기를 단축할 수 있고, 동시에 95% 이상의 다짐율을 가질 수 있다.

또한, 공극에 대하여 d) e)에서 공극의 크기를 3mm 이상으로 하고 또한 이러한 크기의 공극이 전체의 70% 이상을 차지하게 한 이유는, 흙이나 먼지 등의 세립자로 인하여 공극이 폐색되지 않도록 한 것이다.

특히, 중요한 것은 공극의 크기가 10mm 이상이 적어도 10% 이상 차지하도록 한 것인데 이는 빗물이 10mm 이상의 큰 공극을 빠져나가는 순간 진공상태가 발생되어 강력한 흡입작용으로 폐색된 인접 공극을 뚫어주는 역할을 하기 때문이다. 이러한 흡입작용의 반복으로 공극이 거의 원상태를 유지하게 되는 것이다.

그런데, 아무리 압축강도나 휨강도가 충분하다 하더라고 배수층의 표층면에는 배수공이 형성되어 있어서 차량의 충격하중으로 인하여 파괴될 우려가 있기 때문에 표층면을 보강할 필요가 있다. 표면층의 보강제로서는 EVA 수용성 에폭시수지 또는 수용성 아크릴계수지 및 수용성 아스팔트가 있고 이를 사용하여 배수층 표층면에 살포시키면 0.5mm 이하의 미세 공극에 골고루 침투되어 배수층의 강도가 보강되게 된다. 보강수지의 침투는 배수층 표층 5cm 정도면 충분하나 배수층 전두께를 침투시키면 더욱 좋다.

여기에서 공극크기에 따른 공극율 측정방법을 예시하면 다음과 같다.

3mm 이상의 공극율 측정을 위한 측정방법은 현장 또는 공시체를 캇타기로 절단하고 그 절단면에 펜으로 직선을 그어 전체 길이와 선이 그려진 부분과의 비를 산출하여 간접 공극율(A)로 하고, 그려지지 않은 부분 (공극) 중에서 지름이 3mm 이상되는 공극을 조사 측정하여 아래 공식으로 3mm 이상의 간접 공극율 (B)을 산출한다.

A (간접 공극율):

[(전체길이-선이 그려진 부분의 길이)/전체길이]x100

B (지금 3mm 이상의 간접 공극율):

[지름 3mm 이상의 공극길이/(전체길이-선이 그려진 부분의 길이)]x100

(B) 불투수층 (기층용 다짐 콘크리트 층)

불투수층이라 함은 배수층을 통과한 물이 기초지반으로 침투되지 못하도록 포설되는 층으로서, 본 발명에서는 도로 단면 구조층의 기층용 다짐콘크리트층을 말하는데 이는 기초지반의 안정화에 크게 기여하고 있다.

기층용 다짐콘크리트층 (두께가 5-25cm)은, a) 슬럼프(Slump)값이 0-4cm인조건과 b) 압축강도, 휨강도는 법 규정의 요구치를 만족하는 조건을 동시에 충족시킬 수 있는 골재의 입도를 선정하여야만 하는데, 이때의 입도구성은 골재의 크기가 5-40mm, 잔입자 모래 5mm 이하를 포함하는 것으로 하였다. 포설 후 다짐율은 90% 이상으로 하였다.

여기에서, 슬럼프(Slump)값이 0-4cm 이므로 다짐 후 즉시 배수성포장을 포설할 수 있을 뿐만 아니라 롤라 다짐이 가능하여 기계화 시공이 용이하고 잔입자도 포함되어 있어서 치밀한 조직이 되어 불투수층으로서 손색이 없다.

또한, 기층용 다짐콘크리트층의 횡단구배를 2-7% 정도 주게 되면 배수층에서의 배수가 신속하게 이루어질 뿐만 아니라 신속한 배수로 인하여 순간적인 진공상태를 크게 할 수 있다는 이점이 있다.

(C) 기층용 다짐콘크리트층과 배수층의 결착력 보강시공

기층용 다짐 콘크리층의 다짐 후 즉시 배수층을 포설할 수 있어 시공이 매우 빠르다. 그런데, 기층용다짐 콘크리층을 다진 후 기층용다짐 콘크리트층의 표면이 약간 질퍽할 정도로 물을 뿌리고, 배수층을 시공하면 양층이 일체화되어 결착력이 아주 커진다.

이렇게 결착력이 커지는 이유는 기층용 다짐 콘크리트층이나 배수층이 모두 슬럼프(Slump)값이 0(zero)에 가까울 정도로 시멘트 페이스트가 배합된 상태이므로 시멘트 페이스트가 물을 함수하는 순간 수화작용이 왕성하게 이루어지면서 양층이 일체화되어 지기 때문이다.

한편, 기층용 다짐 콘크리트층을 다진 후 약 1시간 정도 지나면 표면이 건조하게 되는데 이때에는 물만 뿌리는 정도로서는 앞서의 효과로 얻을 수 없기 때문에 「물+시멘트+고유동화제(高流動化劑)」가 혼합된 것을 기층용 다짐콘크리트층 위에 뿌리고서 배수층을 포설하면 층간 결착력을 보강할 수 있게 된다.

이때,「물+시멘트」를 혼합함에 있어 층간 결착력 강도를 증강시키기 위하여, 물을 최소화시킨 것인데, 이렇게 물을 적게 사용하면,「물+시멘트」 만으로는 기층용 다짐 콘크리트층에 뿌리기가 쉽지 않을 뿐 아니라 고르게 분산되지 않아 군데군데 엉겨 붙은 상태가 되기 때문에 살포가 용이하고 고르게 살포될 수 있도록 「물+시멘트」에다 시멘트 분산 효과가 큰 고유동화제를 첨가하여 사용하게 된 것이다.

고유동화제(高流動化劑)는 일반적인 감수제의 기능을 더욱 향상시킨 것으로서, 응결지연 및 공기연행이나 강도저하 등의 부작용 없이 시멘트를 효과적으로 분산시키는 기능을 하는 것이다. 고유동화제는 그 조성성분에 따라, 폴리알킬아릴 설폰산염, 멜라민포르말린수지 설폰산염, 방향족다환축합물 및 설폰산염 등으로 구별할 수 있는데, 본 발명에서는 어느 종류의 것을 사용해도 무방하다.

또한, 상기의 어느 경우나 배수층의 배수공내로 시멘트 페이스트가 삽입되어 앵카 작용을 하게 되는 것도 결착력을 보강해 주는 한 이유라고도 할 수 있다.

상기의 주요구성을 기본으로 하고서 기층용 다짐 콘크리트층과 배수층을 이루고 있는 배합비율과 시공공정에 대하여 구체적인 수치로서 예를 들어보면 다음과 같다.

(1) 기층용 다짐 콘크리트의 배합비율과 포설공정

본 발명의 기층용 다짐 콘크리트의 구성 배합 비율은, 1m³에 대하여, 물: 80-140kg, 시멘트: 250-400kg, 40-5mm의 골재: 950-1,550kg, 5mm 이하의 잔 입자인 모래: 470-1,000kg, 및 콘크리트 감수제: 2.0kg 로서, 이들을 혼합하여 슬럼프 값이 0-4cm가 되도록 한다.

일반적인 콘크리트의 양생에는 약 30일 정도가 소요되는데 비하여, 상기와 같이 구성된 배합의 콘크리트는 슬럼프가 0-4cm 이기 때문에 다짐 후 즉시 그 상부에 투수성 포장을 할 수 있어, 양생을 위한 별도의 시간이 필요하지 않아 공사 기간을 대폭 줄일 수 있다.

본 발명에서 콘크리트 감수제를 사용하는 것은 콘크리트 중에 미세기포를 연행시키면서 작업성을 향상시키는 한편, 분산효과에 의해 단위수량을 감소시키기 위함이다. 감수제는 그 화학적인 조성성분에 따라, 리그닌 설폰산염 혹은 그 유도체를 주성분으로 한 것, 고급 다가 알콜의 설폰산염을 주성분으로 한 것, 알킬아릴 설폰산염을 주성분으로 한 것, 폴리옥시 에칠렌 알킬아릴에테르를 주성분으로 한 것, 폴리올 복합체를 주성분으로 한 것, 옥시카본산계 유기산염을 주성분으로 한 것으로 구별될 수 있다. 그리고, 콘트리트의 응결 및 초기 강도에 미치는 영향에 따라, 표준형, 지연형 및 촉진형으로 구별되기도 한다. 본 발명에서는 주로 표준형 감수제를 사용하나, 작업상황에 따라 지연형 또는 촉진형을 사용할 수도 있다.

상기 혼합된 재료의 기층용 다짐 콘크리트를 포설 후에는 이를 다짐율이 90% 이상이 되도록 로라 등으로 다짐하여 다짐두께가 5-25cm가 되도록 한다. 기층용다짐 콘크리트로서 요구되는 압축강도 및 휨강도는 각각 180kg/cm²이상, 28kg/cm²이상이나, 본 발명의 기층용 다짐공정에 있어서는 압축강도 240kg/cm²이상 그리고 휨강도 40kg/cm²이상으로 모두 이 기준을 상회한다. 이때, 다짐율은 90% 이상이면 족하나 95% 이상이면 보다 바람직하다.

(2) 기층용 다짐 콘크리트층과 배수층의 결착력 보강시공

기층용 다짐 콘크리트층의 표면에 아직 습기가 상당히 남아 있는 경우 (대체로 다짐 후 60분 이내)에는 그 표면에 1m²당 1kg 이하로 물을 뿌리며, 그 표면이 거의 건조된 경우 (대체로 다짐 후 60분을 초과한 때)에는 물 1중량분에 시멘트 0.1-0.5 중량분, 고유동화제(高流動化劑) 0.005 중량분 이하를 혼합한 혼합액을 1m²당 0.1-1kg이 되도록 살포하여 부배합 상태의 시멘트 페이스트의 수화작용을 활발하게 유도시킴으로써 기층용 다짐 콘크리트층과 배수층의 접착력을 강화시키게 된다.

(3) 배수성 콘크리트층의 배합비율과 포설공정

기층용 다짐 콘크리트층 표면에 살수시킨 후 약 60분 이내에 그 상부에 배수성 콘크리트층을 포설한다. 골재 최대단위용적중량 기준 1m³에 대하여, 시멘트: 300-450kg, 단위수량: 90-140kg 및 콘크리트 감수제: 2.0kg 이하, 착색을 위한 무기질 안료: 시멘트 사용중량의 10% 이하, 혼합용 폴리머로서 수용성 아크릴수지,EVA, 수용성 에폭시, SBR 라텍스 또는 유화 아스팔트 중의 적어도 하나 이상: 시멘트 사용량의 20% 이하를 혼합하여 슬럼프 값이 0-3cm가 되도록 하고 이를 포설한 후 최대밀도 90% 이상, 바람직하게는 96% 이상으로 다짐하여 두께가 3cm-15cm가 되도록 한다.

일반적으로 도로용 콘크리트층으로 요구되는 압축강도 및 휨강도는 각각 180kg/cm²이상, 28kg/cm²이상이나, 본 발명에서 배수성 콘크리트층의 압축강도 및 휨강도는 대체적으로 압축강도 240kg/cm²이상, 그리고 휨강도 40kg/cm²이상으로 모두 이 기준을 상회한다.

이 공정에서 시멘트 사용량을, 골재 최대단위용적중량 기준 1m³에 대하여, 300-450kg로 한정한 것은 450kg 이상의 경우에는 로라로 다짐시 스폰지 현상이 일어나고, 300kg 이하의 경우에는 적정 공극율 상태에서는 압축강도가 180kg/cm²미만이 되어 도로포장재로의 역할을 할 수 없기 때문이다.

이때 사용되는 골재로는, 차량 통행시 표면 골재의 파손을 방지할 수 있도록, 절대건조 비중은 2.50 이상이고, 로스엔젤스 마모시험 방법에 의한 마모율은 30% 이하이며, 입도는 굵은 골재 최대치수가 40mm 이하가 되고 봉다짐 시험 기준으로 공극율이 35% 이상 55% 이하인 골재를 사용한다.

골재의 공극율을 봉다짐 시험 기준으로 35-55%로 한정한 이유는, 골재의 공극율이 35% 이하의 경우에는 폴리머 살포 후 배수성 콘크리트에 있어 공극율이 15%이하 및 투수계수가 10^-1cm/sec 이하가 되고, 또 골재의 공극율이 55% 이상인 경우에는 많은 시멘트 사용에도 불구하고 배수성 콘크리트의 강도가 약할 뿐만 아니라 시멘트 사용량의 과다에 따른 스폰지 현상이 발생으로 포장이 어렵게 되기 때문이다.

또한, 이 공정에서 로스엔젤스 마모시험에 의한 마모율이 30% 이하의 골재로 한정한 것은 마모율이 30% 이상의 골재를 사용할 경우, 차륜과의 마찰시 도로 표면의 골재가 부서지기 쉽고 나아가 이로 인하여 배수성이 저하되고 도로 수명이 단축되는 결과를 초래할 수 있기 때문이다.

(4) 배수성 콘크리트층 강도 및 내구성 향상을 위한 보강 공정.

배수성 콘크리트층 공극의 부식방지와 강도 및 내구성 향상을 위하여, 물 1중량부에, 시멘트 또는 석고: 1-0.2 중량부, 고유동화제: 0.005 중량부 이하, 무기질 안료: 0.005-0.05 중량부, EVA 수용성 에폭시 또는 수용성 아크릴계 타입의 수지: 0.15 중량부 이하, 메타놀: 1중량부 이하를 혼합한 혼합액을 배수성 콘크리트층 표면에 충분히 살포하여 이 혼합액이 기층용 다짐 콘크리트층까지 다다르도록 한다. 바람직하게는 배수성 콘크리트의 공극율이 이 혼합액 살포전의 약 18%에서 살포 후에는 약 15%가 되도록 하는 것이 좋다. 이 혼합액 살포 후에는 비닐 등의 양생포를 약 1일 이상 덮어 수분 증발을 방지하며 양생을 한다.

이 혼합액은 배수성 콘크리트층의 다짐 후 3시간 이내 또는 1일 이상 경과 후에 살포하는 것이 바람직한데, 그 이유로는 다짐 후 3시간 후부터가 응고가 시작되므로 포장면에서 작업하는 것은 배수성 콘크리트의 내구성을 떨어뜨릴 수 있기때문이고, 또 1일 이후는 1차 양생된 상태이므로 배수성 콘크리트 상부에서 작업하여도 무방하기 때문이다.

한편으로, 배수성 콘크리트층의 강도 및 내구성 향상을 위한 보강 조치로서, 상기 혼합액의 살포 대신에, 배수성 콘크리트층의 다짐 후 표면이 건조되기 전 상태에서 강력한 스프레이로 배수성 콘크리트층의 표면에 살수하여 골재 표면에 묻어 있는 시멘트 페이스트를 씻어내고 그 씻겨내린 페이스트를 공극사이로 스며들게 하여 공극사이의 접착강도를 증가시키는 방법도 있다.

그러나, 이 방법으로 배수성 콘크리트층을 보강하는 경우에는, 표면의 골재가 돌출됨으로서 자연미를 살릴 수 있다는 장점은 있으나, 표면의 골재가 이탈 또는 파쇄될 가능성이 높다는 단점이 있으므로, 이 방법은 대형차량의 통행이 잦은 도로보다는 소형차량만이 통행하는 도로나 광장 등에 적용시키는 것이 바람직하다.

이하 실시예의 의거 본 발명을 설명한다.

(실시예)

통상의 방법에 의하여 기층, 보조기층 및 린 콘크리트가 이미 형성된, 길이 50m, 폭 9m, 양쪽 노견의 폭 3m인 도로를 대상으로, 기층을 다짐 콘크리트로 형성하고 그 위에 배수성 콘크리트를 포설하기로 하였다. 이때 기층용 다짐 콘크리트로 20cm 포설하고, 그 상부에 배수성 콘크리트를 10cm 포설하며, 갓길은 일반 콘크리트로 5cm 포설한 위에 배수성 콘크리트를 10cm 포설하고, 색상은 연녹색으로 하며, 경계적 측면에 유공관을 설치하기로 하였다. 본 실시예를 위하여 다음의 장비 및 자재를 준비하였다.

[장비: 아스팔트 콘크리트 포설용 휘니샤 (폭 4.5cm) 2대, 탄뎀로라 6-8 ton 1대, 타이어 로라 10-12 ton 1대, 레미콘 플랜트(Remicon plant) 1대, 덤프트럭(Dump truck) 1대, 기타 아스팔트 콘크리트 포설장비]

본 실시예에 사용된 다짐 콘크리트 및 배수성 콘크리트 배합 비율

재료구분	W/C	S/A	배합재료 구성(kg/m3)	배합재료의 단위중량(kg/m3)
			물		시멘트	모래	19mm-5mm 골재	25mm-5mm 골재	지연재
기층용 다짐콘크리트	32.4	28	110	340	569	-	1,492	0.85	2,511
배수성 투수콘크리트	30.9	0	116	375	-	1,550	-	0.94	2,042

(위의 표에서 W/C는 물 시멘트비, S/A는 잔골재율이다)

상기 자재들을 사용하여 다음의 공정을 진행시켰다.

제1공정: 통상의 방법에 의거 형성 내지 포설된 보조기층, 기층, 린 콘크리트의 상부에 거푸집을 설치하고 (30cm 이상이 되도록) 기층용 다짐 콘크리트를 휘니샤를 이용하여 횡단구배가 3%되고, 포장두께가 다짐율을 고려하여 20cm가 되도록 한쪽면부터 포설하면서 탄템로라로 다짐을 하는데 최적 밀도의 96% 이상이 되도록 다졌다.

제2공정: 다짐 후 60분 이상이 경과된 시정에서, 물 1중량부에 시멘트 0.3중량부, 고유동화제 0.003 중량부를 혼합하여 이 혼합액을 1m²당 0.3kg이 되도록 기층용 다짐 콘크리트 표면에 살포하여 기층용 다짐 콘크리트에 남아 있는 표면 공극을 제거하였다.

제3공정: 전 공정의 혼합액 살포 후 지체없이 아스팔트 포설용 휘니샤로 배수성 콘크리트를 포설하고 탄템로라와 타이어 로라로 최대 다짐밀도가 96% 이상이 되도록 다짐을 하였다.

제4공정: 강도 및 내구성 보강제로서 물 1중량부에 시멘트 0.2 중량과 고유동화제 0.002 중량부, 녹색 안료 0.02 중량부 및 수용성 에폭시를 0.02 중량부를 혼합한 혼합액을 만들어 배수성 콘크리트 표면에 1m²당 4.2kg 만큼 살포하여 이 혼합액이 기층용 다짐 콘크리트층에까지 흡수되도록 한 후 비닐 등의 양생포를 약 1일 정도 덮어 수분 증발없이 혼합액이 응고되도록 하였다. 이 혼합액이 살포 전에는 18% 이상이던 배수성 콘크리트 공극율이 살포 후에는 15% 정도가 되었다.

제5공정: 통상의 방법에 좇아 수시로 양생살수를 하여 2일 이상 경과 후 줄눈, 줄눈제를 설치하여 28일 이상 충분히 양생하여 차량을 개통시켰다.

측면의 갓길도 제1공정, 2공정, 3공정, 4공정, 5공정 같은 순서로 포설하였다.

상기 실시예에 의한 도로공사 완료 후 그 공극율, 압축강도, 투수성, 다짐율 및 접착력 등에 대하여 시험을 한 후 그 결과를 표 1에 나타내었다.

시험명 구분	공극율(%)	압축강도(kg/cm2)	휨강도(kg/cm2)	투수성(cm/sec)	다짐율(%)	색상	접착력	간접공극율
기층용다짐콘크리트	4%	334	49.2	-	98.0	-	코아 채취후 충격시접착부위가떨어지지않으면서타부위가 파손됨.	3㎜ 이상35%10mm 이상27%
배수성콘크리트	19.4%	327	48.9	4.2x10-1	96.4	연녹색
표준(기대치)	배수성15이상	270이상	45이상	10-1이상	90이상	한도견본	코아 채취후 충격시접착부위가떨어져서는안된다.	공극의크기가 3㎜이상이 70%이상이고 10㎜이상이10% 이상
시험방법	KSF	KSF2505	KSF2506	현장투수시험	KSF2312	육안	육안	자

(표 1의 압축강도 및 휨강도는 표면살포제 살포 후의 강도임)

표 1에서와 같이 본 발명에 의한 실시예는 우수한 강도 및 투수성을 지니며, 또한 다짐 콘크리트층과 배수성 콘크리트층의 접착이 견고히 이루어져 우수한 내구성을 지니는 것이다. 그리고, 본 발명에 있어서는 다짐 콘크리트 포설 후 양생을 위하여 공사기간을 늘일 필요가 없으므로 공사기간 단축 및 공사비 절약의 효과도 가져올 수 있는 것이다.

본 발명은 압축강도와 휨강도가 도로관련법 규정치 이상으로 크게 유지되면서 시공이 용이할 뿐만 아니라 기계화 시공이 가능하여 공기가 단축되고, 동시에 배수공 형성 과정이 간편하며, 배수공의 크기나 배수공율도 매우 크고, 배수공을 통한 배수율이 거의 초기상태를 유지할 수 있고, 설령 일시적으로 세립토에 의하여 막힌다 하더라도 스스로 뚫어지는 작용을 수행할 수 있으며, 또한 배수층의 표면 강도가 커서 차량의 충격 하중에 대하여 내구성이 크고, 배수층과 기층용 다짐 콘크리트층과의 일체적으로 접착되며, 흡음효과가 크고 지반의 안정화가 커서 매우 유용한 포장 공법이다.

Claims (11)

1. (정정) 도로단면 구조층에 있어서,

   a) 기층 또는 린 콘크리트층 상부에 ??골재+시멘트+물」의 배합으로서, 슬럼프 값이 0-4cm 이고, 골재의 입도구성은 골재의 크기가 5-40mm 이며, 잔입자 모래 5mm 이하가 포함되는 기층용 다짐 콘크리트층을 포설하는 공정과,

   b) 「골재+시멘트+물」로 배합으로서, 슬럼프 값이 0-3cm 이고, 공극율이 15-30%이며, 공극의 크기가 3mm 이상이 70% 이상으로서 그 중 공극의 크기가 10mm 이상이 10% 이상이 되도록 골재의 입도를 구성하고, 동시에 골재 크기 범위는 최대치수 40mm, 최소치수 5mm로 한정시키되 5mm 이상 잔류 중량 백분율이 90% 이상이 되도록 한 배수층을 기층용 다짐 콘크리트층 상부에다 포설하는 공정으로 이루어진 배수성 콘크리트 포장공법.
2. (정정) 제1항에 있어서, 배수층과 기층용 다짐콘크리트층의 슬럼프 값이 0cm가 되도록 골재의 입도를 구성하여서 된 배수성 콘크리트 포장공법.
3. (정정) 제1항 또는 제 2항에 있어서, 기층용 다짐 콘크리트층을 포설한 후 1시간 이내에 살수하고, 그 상부에 배수층을 포설하여서 됨을 특징으로 하는 배수성 콘크리트 포장공법.
4. (정정) 제1항 또는 제2항에 있어서, 기층용 다짐 콘크리트층을 포설한 후 1시간 이상이 경과한 후에 「물+시멘트+고유동화제」를 살포하고, 그 상부에 배수층을 포설하여서 됨을 특징으로 하는 배수성 콘크리트 포장공법.
5. (정정) 제1항 또는 제2항에 있어서, 배수층 표층에 수용성 에폭시 수지 또는 수용성 아크릴계 수지 중 하나 이상을 침투시켜 배수층을 보강시킴을 특징으로 하는 배수성 콘크리트 포장공법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기층용 다짐 콘크리트층에 도로 중앙으로부터 양측면을 향하여 횡단구배가 2-7%가 되게 함을 특징으로 하는 배수성 콘크리트 포장공법.
7. (정정) 도로 단면 구조층에 있어서,

   a) 기층 또는 린 콘크리트층 상부에, 1m³에 대하여, 물: 80-140kg, 시멘트: 250-400kg, 40-5mm의 골재: 950-1550kg, 5mm이하의 모래: 470-1000kg, 콘크리트 감수제: 2.0kg 이하를 혼합하여, 슬럼프 값이 0-4cm가 되도록 배합하여 포설한 후, 최대밀도가 90%이상이 되도록 다짐하여 기층용 다짐 콘크리트층을 형성시키는 공정;

   b) 전기 공정의 기층용 다짐 콘크리트층 다짐 후 표면이 건조되기 전 또는약 1시간 이내에 그 표면에 1m²당 1kg 이하로 살수하는 공정;

   c) 전기 공정의 살수 후 약 1시간 이내에, 골재 최대단위용적중량 기준 1m³에 대하여 시멘트: 300-450kg, 물:90-140 kg, 콘크리트 감수제: 2.0kg 이하를 슬럼프 값이 0-3cm가 되도록 배합하여 포설한 후, 최대밀도가 95% 이상이 되도록 다짐하여 배수성 콘크리트층을 형성시키는 공정; 및

   d) 전기 공정의 배수성 콘크리트층 표면에 물 1중량부에 시멘트 또는 석고: 1-0.2 중량부, 고유동화제: 0.005 중량부 이하, EVA 수용성 에폭시 또는 수용성 아크릴계 타입의 수지: 0.15 중량부 이하를 혼합한 혼합액을 기층용 다짐 콘크리트에 다다르도록 충분히 살포하여 배수성 콘크리트층의 강도 및 내구성을 보강하는 공정; 을 포함하는 배수성 콘크리트 포장공법.
8. 제7항에 있어서, 기층용 다짐 콘크리트층과 상부 배수성 콘크리트층의 접착력 강화를 위하여, 기층용 다짐 콘크리트층의 다짐 후 표면이 건조된 경우 또는 약 1시간이 경과된 경우, 물 1중량부에 시멘트 0.1-0.5 중량부, 고유동화제 0.005 중량부 이하를 혼합한 혼합액을 그 표면에 1m²당 0.1-1kg이 되도록 살포하여 기층용 다짐 콘크리트에 남아 있는 표면공극을 제거하는 공정을 포함하는 배수성 콘크리트 포장공법.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 배수성 콘크리트 배합에 있어서 굵은 골재 최대치수가 40mm 이하이고 골재의 마모율이 30% 이하인 골재를 사용하여, 골재의 공극율이 35-55%가 되도록 하는 배수성 콘크리트 포장공법.
10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 착색의 효과와 안료 분산의 효과를 크게 하기 위하여, 메타놀을 물 1중량부에 0.1-1 중량부를 혼합하는 배수성 콘크리트 포장방법.
11. (정정) 제7항 또는 8항에 있어서, 배수성 콘크리트 형성 후 건조되지 아니한 상태에서 강력 스프레이로 살수하여 골재 표면에 묻어 있는 시멘트가 씻겨 공극사이로 스며들게 하여 배수성 콘크리트의 강도 및 내구성을 향상시키는 배수성 콘크리트 포장공법.

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