KR100403390B1

KR100403390B1 - 고분자 개질 아스팔트 봉함재를 이용한 교량 또는 구조물의 신축이음 시공 방법

Info

Publication number: KR100403390B1
Application number: KR10-2000-0050298A
Authority: KR
Inventors: 문영규
Original assignee: 주식회사 화신
Priority date: 2000-08-29
Filing date: 2000-08-29
Publication date: 2003-10-30
Also published as: KR20000072316A

Abstract

본 발명은 고분자 개질 아스팔트 봉함재, 골재 및 강판을 이용하여 각종 교량 또는 구조물의 신축이음을 시공하는 방법으로서, 조인트 갭 상부에 채널을 형성하고 조인트 갭에 백업재와 봉함재를 채운 후 채널의 모든 면에 봉함재를 바르고 가열 건조한 강판을 설치하며 다시 강판 상부에 봉함재를 코팅하여 단단히 고정시킨 다음, 봉함재와 골재를 미리 혼합한 것을 도포하여 진동 다짐기로 다진 후 봉함재를 코팅하고 다시 봉함재와 골재의 혼합물을 도포하고 다지는 과정을 반복한 후 마지막 층을 봉함재로 마무리하는 것이다. 위와 같이 시공된 신축이음은 향상된 방수 및 밀폐 기능을 갖으며 원상 회복력 및 압축강도가 크고 각종 하중재하를 잘 견디며, 내구성 및 수명이 현저히 증가된다.

Description

고분자 개질 아스팔트 봉함재를 이용한 교량 또는 구조물의 신축이음 시공 방법 {Construction Method of Bridge Deck Joints or Structure Junctions Using Polymer Modified Asphalt Sealant}

본 발명은 교량 또는 구조물의 신축이음(또는 조인트)의 시공 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 교량, 고가도로, 입체교차로, 지하차도 등과 같이, 연결구조를 가진 구조물의 시공하거나 기존에 시공된 신축이음의 손상을 보수하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 교량의 경우 교량 상판(또는 바닥판), 거더(girder), 교각, 교대 등과 같은 구성물의 팽창 및 수축을 수용하기 위해, 상판 사이에는 조인트 갭(joint gap)을 형성시킨다. 상기 조인트 갭은 구조물의 팽창 및 수축시 상판이 서로 부딪히지 않도록 하여 상판의 파손을 방지하는 기능을 가진 중요한 부분이다. 보통의 경우, 조인트 갭의 폭은 계절에 따라 팽창 및 수축을 반복하게 되는바, 겨울철엔 상판가 수축되어 4.5cm로 확장되고 여름철엔 반대로 상판가 팽창되어 0.5cm로 감소한다.

교량 또는 구조물의 신축이음(조인트)을 시공하는 기술에는 신축이음부에 트랜스 플렉스 조인트, 핑거 조인트, 게이 탑(GAI TOP) 조인트, 모듈라 조인트 등과 같은 신축이음장치를 설치하는 방법, 미리 성형된 고무 채움재(filler)를 접착제를 이용하여 끼워붙이는 방법, 다양한 종류의 고분자 실란트를 주입 봉함재로 사용하는 방법 등이 있고, 오래 전에 사용되었던 것으로, 신축이음의 설치없이 아스팔트 또는 콘크리트 포장으로 연속 시공하는 방법 등이 있다.

여기서, 교량의 지간 또는 경간이 긴 장장대교량(長大橋梁)에서는 값이 상대적으로 비싸고, 설치방법이 복잡하며, 시공이 장시간이 요구되는 트랜스 플렉스 조인트, 모노셀 조인트, 핑거 조인트, 모듈라 조인트 등의 신축이음장치가 사용된다.

교량 또는 구조물의 신설 또는 덧씌우기 포장시 신축이음 없이 연속 연속 포장방법에 의해 시공하는 경우, 활하중(또는 차량충격), 온도 변화, 풍압 등의 이유로 교량의 상판과 같은 상판가 반복적으로 팽창 및 수축 또는 진동하게 되면, 조인트 갭 상부의 도로 포장층이 균열되고 결국은 함몰되어 도로 주행에 심각한 위험을 주게 된다.

이와 같은 도로파손 문제를 해결하기 위하여, 아스팔트 실란트를 주입 봉함재로 사용하고 그것을 골재와 섞어 신축이음을 시공하는 기술은 미합중국 특허 제4,324,504호에 처음 소개된 바 있다. 이 특허에 소개된 아스팔트 실란트는 아스팔트, 폐타이어 고무분말, 가는 모래와 석회암 가루(석분)로 구성되어 있다. 그러나, 이 기술로 시공된 신축이음은 조인트 갭에 가해지는 외부충격을 효과적으로 견디지 못하고, 신축이음부가 조인트 갭 속으로 밀려 들어가 교량 상판의 파손과 신축이음부의 함몰을 초래하게 되고, 반복된 차량충격은 골재와 바인더의 결합을 끊어 결국 조인트부의 손상을 가져오는 단점이 있다.

이런 단점을 극복하기 위한 최근 기술로는 미합중국 특허 제5,024,554호 및 대한민국특허 등록번호 제1999-187557호가 개시된 바 있다. 위 2가지 기술은 상호 유사한 것으로서, 강판, 알루미늄판 또는 구리판 등의 금속판을 신축이음부 바닥의 조인트 갭 상부에 사용하여 신축이음을 지지/보호하는 것을 특징으로 한다.

상기 미합중국 특허 제5,024,554호에서는 아스팔트에 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS) 삼블록 탄성체를 첨가하여 제조된 고분자 개질 아스팔트 실란트를 주입 봉함재로 사용하고 있으며, 상기 대한민국 특허 제1999-187557호에서는 아스팔트에 폐타이어 고무분말과 클레이 충진제를 주성분으로 한 아스팔트 고무(asphalt rubber) 또는 폐타이어 고무분말 개질 아스팔트(crumble rubber modified asphlat) 실란트를 주입 봉함재로 사용하고 있다. 그러나, 기존의 기술에 의하면, 신도, 저온 유연성, 탄성 및 접착성 등과 같은 바인더로 사용되는 봉함재 자체의 물성이 좋지 않고 시공시 다짐이 단 한번으로 불충분하기 때문에, 차량에 의한 반복적인 충격에 의해 강판의 중심이 이동하게 되고, 신축이음이 갈라져 손상, 함몰되는 등의 변형 문제가 자주 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 착상된 것으로서, 고온 및 저온에서의 피로특성과 접착성 등의 물성이 양호할 뿐만 아니라, 저렴한 가격으로 제조되고 환경친화적인 고분자 개질 아스팔트 실린트를 주입 봉함재로 이용하고 입경이 조절된 경질의 쇄석 골재를 최적 배합설계하여 압축강도 및 내구성이 뛰어나 사용수명이 증가되며, 신속하고 경제적으로 시공할 수 있는 교량 또는 구조물의 신축이음의 시공 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 교량의 이음부를 보여주는 교량의 상부 구조로서, 아스팔트 포장층에 형성된 채널 및 교량 상판 사이의 조인트 갭 부위를 개략적으로 도시한 수직 단면도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시공 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 백업재와 봉함재(또는 봉함재)를 조인트 갭 상단부에 시공한 것을 도시한 단면도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 채널의 모든 면에 봉함재를 도포한 상태를 도시한 단면도.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 봉함재의 상부에 가열 건조된 강판을 설치한 것을 도시한 단면도.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 강판 상부 및 측면을 봉함재로 도포한 것을 도시한 단면도.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 봉함재와 쇄석골재가 혼합된 혼합물층을 도포한 직후의 그 혼합물층의 불규칙한 표면을 도시한 단면도.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 혼합물층이 다짐기에 의해 다진 후 봉함재를 도포한 것을 도시한 도면.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 최총 혼합물층을 도포한 것을 도시한 도면.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 최종 혼합물층을 진동 다짐기로 다진 후 도로 포장면의 높이에 맞춰 평탄하게 굳힌 것을 도시한 단면도.

도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 최종 혼합물층의 상부를 봉함재를 이용하여 도로 포장층에 연장하여 두번 이상 도포하여 마감한 상태로서, 신축이음의 구조를 개략적으로 도시한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 참고 번호의 설명>

2...교각 4...거더 10...구조물

12...상판(또는 바닥판) 14...조인트 갭 16...도로 포장층

18...채널 20...백업재 30...봉함재

40...강판 50...봉함재 60...쇄석골재

70...혼합물층 80...최종 혼합물층 90...최종 봉함재층

100...신축이음

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 교량 또는 구조물의 신축이음의 시공 방법은, 교량 또는 구조물의 신축이음의 시공 방법에 있어서: (a) 상기 교량 또는 구조물의 상판 사이에 소정의 폭을 가진 조인트 갭을 형성시키고 상기 조인트 갭의 상부에 위치하는 도로 포장층에 소정의 폭과 깊이를 가지는 채널을 형성시키는 단계; (b) 소정의 탄성을 갖는 백업재를 상기 조인트 갭에 삽입시킨 후 상기 상판의 상면과 동일 평면을 이루도록 봉함재를 주입시키는 단계; (c) 상기 채널의 모든 노출면 및 상기 조인트 갭 봉함재의 표면에 소정 두께를 가지도록 주입기를 이용하여 봉함재를 도포시키는 단계; (d) 상기 신축이음에 가해지는 외부 충격을 지탱하기 위해 상기 조인트 갭을 완전히 덮을 수 있는 크기의 강판을 준비하고, 상기 강판의 모든면에 부착된 이물질 및 수분을 제거하기 위해 상기 모든면을 가스 토치 또는 히트 랜스(lance)를 이용하여 가열한 다음, 상기 강판을 조인트 갭의 바닥에 설치하는 단계; (e) 상기 강판의 상면 및 측면에 봉함재를 도포시키는 단계; (f) 상기 채널의 바닥면에 봉함재와, 현무암 또는 안산암이 분쇄됨으로써 10∼25㎜의 입경을 가진 쇄석골재가 혼합된 소정 두께의 혼합물층을 형성시키고, 진동 다짐기를 이용하여 상기 혼합물층을 다져 굳힌 후 상기 혼합물층 위에 봉함재를 도포시키는 과정을 상기 채널의 상단으로부터 하방으로의 소정 깊이의 공간이 남을 때까지 수회 반복하는 단계; (g) 상기 채널의 상단부에 봉함재와 쇄석골재가 혼합된 최종 혼합물층을 형성시키는 단계; (h) 상기 최종 혼합물층이 도로 포장면과 동일 평면이 되도록 진동 다짐기를 이용하여 상기 최종 혼합물층을 다져서 굳히는 단계; 및 (i) 상기 도로 포장면 쪽으로 소정 길이 연장되도록 상기 채널의 상부에 봉함재를 적어도 2회 도포한 후 평탄화시키는 단계;를 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 (f)단계에서의 소정 깊이는 상기 채널의 상면을 기준으로 하방으로 3.5 내지 5.5cm인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상기 (f)단계에서의 상기 혼합물층의 두께는 3.5 내지 5.5cm인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상기 강판은 외부 하중에 대해 상기 조인트 갭을 보호할 수 있도록 5∼10mm의 두께, 및 5∼30cm의 폭을 가진 일반 강재가 사용되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상기 봉함재는 강한 접착력을 유지하도록 3∼8mm의 두께로 도포된다.

본 발명에 따르면, 상기 (f)단계의 다짐 작업은 상기 진동 다짐기의 다짐판을 가열한 후 다지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상기 봉함재와 상기 쇄석골재의 혼합비는 중량비를 기준으로 상기 봉함재 10-40%, 상기 쇄석골재 60-90%로 이루어진다.

본 발명에 따르면, 상기 봉함재의 각각의 두께는 1∼4mm 범위인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상기 채널과 인접된 도로 포장층의 일부에 상기 봉함재로부터 연장되고, 3 내지 10cm의 폭과 2 내지 8mm의 두께를 가진 연장 도포층이 형성된다.

본 발명에 따르면, 상기 봉함재는: 아스팔트 40 내지 70 중량부, 폐타이어고무분말 0.5 내지 40 중량부, 스티렌-공액디엔 블록 공중합체 2 내지 15 중량부, 및 페놀수지 0.02 내지 10 중량부를 포함하는 아스팔트 실란트 조성물인 것이 바람직하다.

본 발명은 위와 같은 공법에 의해 시공 되는 신축이음의 구조도 해당된다.

본 발명에 따른 신축이음 시공 기술은 지간이 상대적으로 작은(60 미터 이하) 중소 지간 교량에 적용되는 것으로 고분자 개질 아스팔트 실란트를 주입 봉함재로 이용하는 것이다. 이 봉함재를 쇄석골재와 섞어 여러 층으로 다져 신축이음 또는 신축이음장치를 만드는 기술로서 각종 구조물의 신축이음의 신설 및 보수에 사용 가능하다. 또한, 이 기술은 교량의 노후시 포장 덧씌우기 방법으로 조인트가 없이 연속 포장 시공된 경우 자주 발생하는 조인트 갭 상부 포장층의 균열 및 함몰 등의 손상을 보수하기 위한 신축이음 시공에 주로 사용된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 교량 또는 구조물의 신축이음의 시공 방법 및 이 공법에 의한 신축이음 구조를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 시공방법 및 신축이음 구조는 주로 교량을 예를 들어 설명한다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 일반적인 신축이음과 유사한 구조를 가진 암거, 고가도로, 입체교차로, 지하차도, 댐 등의 구조물에도 동일하게 적용된다.

도 1 내지 도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구조물의 신축이음의 시공 방법을 순서대로 도시한 것이다. 즉, 도 1 내지 도 10은 구조물을 신설하는 경우는 물론 노후된 교량 또는 구조물의 신축이음 또는 조인트 갭 상부의 포장층에 손상이 발생한 경우 그 손상부를 보수하는데 이용되는 공법 및 그에 따른 구조물의 신축이음 구조에 관한 것이다.

도 1 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 실시예에 따른 신설 또는 보수공법은, (a)교량 등과 같은 구조물(10)의 상판(12) 사이에 소정의 폭(W1)을 가진 조인트 갭(14)을 형성시킴과 동시에 조인트 갭(14)의 상부에 위치하는 도로 포장층(16)에 소정의 폭(W2)과 깊이(D1)를 가지는 채널(18)을 형성시키는 단계와, (b)소정의 탄성을 갖는 백업재(20)를 조인트 갭(14)에 삽입시킨 후 상판(12)의 상면과 동일 평면을 이루도록 봉함재(30)를 주입시키는 단계와, (c)채널(18)의 모든 노출면(19) 및 봉함재(30)의 표면에 소정 두께를 가지도록 주입기(미도시)를 이용하여 봉함재(52)를 도포시키는 단계와, (d)신축이음(100)에 가해지는 외부 충격을 지탱하기 위해, 조인트 갭(14) 부위를 완전히 덮을 수 있는 크기를 가진 강판(40)을 설치하는 단계와, (e)강판(40)의 상면 및 측면에 봉함재(54)를 각각 도포시키는 단계와, (f)채널(18)의 바닥면에 봉함재(50)와 쇄석골재(60)가 혼합되고 소정의 두께(T)를 가진 혼합물층(70)을 형성시키고, 진동 다짐기(미도시)를 이용하여 혼합물층(70)을 다져 굳힌 후 혼합물층(70) 위에 봉함재(56)를 도포시키는 과정을 채널(18)의 상단으로부터 하방으로의 소정 깊이(D2)의 공간이 남을 때까지 수회 반복하는 단계와, (g)채널(18)의 상단부에 봉함재(50)와 쇄석골재(60)가 혼합된 최종 혼합물층(80)을 형성시키는 단계와, (h)최종 혼합물층(80)이 도로 포장층(16)의 노면과 동일 평면이 되도록 상기 진동 다짐기를 이용하여 최종 혼합물층(80)을 다져서 굳히는 단계, 및 (i)도로 포장층(16) 쪽으로 소정 길이(L) 연장되도록 채널(18)의 상부에 봉함재(58)를 적어도 2회 이상 얇게 도포한 후 평탄화시키는 단계를 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 (a)단계는 '공법준비단계'로서, 교량과 같은 구조물(10)에 신축이음(도 10의 100)을 신설하는 경우와, 노후 교량의 손상된 신축이음(100)을 보수하는 경우 및 덧씌우기 또는 연속 포장된 신축이음부의 손상 보수로 나눌 수 있다.

신설 교량의 경우는 조인트 갭(14) 상부에 소정의 치수를 갖는 거푸집 또는 목재판 또는 고무판을 설치하고 포장한 후 제거하거나 연속 포장후 신축이음부를 컷팅 제거하여, 도면 1에 도시된 바와 같이, 채널(18)을 형성한다. 교량의 덧씌우기 또는 연속 포장된 신축이음부의 손상(균열 및 함몰) 부위를 보수하는 경우에는 조인트 갭(14) 상부의 손상 부위가 존재하는 도로 포장층(16)을 1미터 미만의 폭으로 제거하여 구조물(10)의 콘크리트 슬라브인 상판(12)이 드러나도록 채널(18)을 형성한다. 만약, 도로 포장층(16)이 기존도로에 덧씌우기 포장이 되어 기존의 신축이음장치(미도시)가 조인트 갭(14) 부위에서 발견되는 경우에는 가능한 한 상기 신축이음장치를 완전히 제거하고 조인트 갭(14)을 흙, 부스러기, 먼지 및 레이탄스가 없도록 깨끗이 청소한다. 만약, 신축이음장치의 제거가 불가능한 경우에는 그 신축이음장치의 연결부에 발생된 녹과 끼어 있는 이물질을 모두 제거한 후 상기 히트 랜스로 청소한다. 기존에 설치된 신축이음장치의 보수시에는 콘크리트 또는 에폭시 수지모르타르 후타(footer)부, 강재 및 고무계 신축이음장치를 컷터기 및 브레이커에 의해 가급적 모두 제거하여 채널(18)을 형성하나 부득이한 경우 교량 상판의 손상을 막기 위해 장치의 일부를 남길 수 있다. 도로 포장층(16)의 절단면은 가급적 면이 고르게 하고, 구조물(10)의 폭을 따라 직선이 되도록 성능이 뛰어난 컷팅기를 사용한다. 이때 채널(18)의 폭은 본 발명에 따라 시공될 신축이음의 유간으로 교량 또는 구조물의 지간의 길이 및 온도 변화 등에 따라 계산된 신축 이동량의 10배 이상이 되어야 한다. 채널(18)의 깊이(D1)는 도로 포장층(16)의 두께에 따라 결정되는데, 보통 5∼30cm 범위가 바람직하다. 채널(18) 형성후 고속, 고온의 히트 랜스(미도시)로 그 노출면을 청소하여 습기 및 연약 부분을 제거한다. 채널(18)의 경계면과 인접된 도로 포장층(16) 표면부에는 그 절단면으로부터 3 내지 10cm의 간격을 띠워, 그 폭이 3cm 이상인 보호 테이프(미도시)를 구조물(10)의 폭을 따라 양쪽으로 부착시킨다. 상기 보호 테이프는 시공이 끝난 후 제거되는 것으로서, 도로 포장층(16)에 불규칙하게 봉함재(50), 부스러기 등과 같은 이물질이 부착되는 것을 방지하고 미관을 좋게하며 후처리 과정을 간편하게 하기 위한 기능을 가진다.

상기 (b)단계는, '백업재(일명 백커 로드) 설치/봉함재 주입단계'로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 조인트 갭(14) 내의 상부에 백업재(20)를 설치하고 봉함제(30)로 방수 실링한다.

상기 백업재(20)는 조인트 갭(14) 내부에 끼워지는 것으로서, 조인트 갭(14)의 폭(W1)보다 10% 이상 큰 즉, 2∼15cm 폭을 갖는다. 상기 백업재(20)는 고분자재질의 닫힌셀 구조인 가교 폼이 선호되고, 내열성이 우수한 것이 바람직하다. 상기 백업재(20)를 설치한 후, 예를 들어, 실리콘, 폴리설파이드, 폴리우레탄 또는 아스팔트 실란트 봉함재 중 어느 하나, 가장 바람직하기로는 고분자 개질 아스팔트 실란트인 봉함재(30)를 구조물(10)의 상판(12)의 상면에 평행이 되도록 용융 주입기를 이용 주입한다. 여기서, 봉함재(30)를 주입하기 전에 도포될 조인트 갭(14)의 측면부 및 백업재(20)의 상면을 히트 랜스를 이용하여 고온 고속의 열풍으로 미리 가열하고 청소하는 것이 바람직하다. 상기 봉함재(30)는 나중에 사용되는 봉함재(50:52,54,56,58)와 동일한 재질인 것이 바람직하다.

상기 조인트 갭 봉함재(30) 및 봉함재(50)는 본 출원인이 2000년 8월 21일자로 출원한 대한민국 특허출원 제2000-48303호에 개시된 신축이음 구조용 고분자 개질 아스팔트 실란트 조성물로서, 아스팔트 40 내지 70 중량부, 폐타이어 고무분말 0.5 내지 40 중량부, 스티렌-공액디엔 블록 공중합체 2 내지 15 중량부, 페놀 수지 0.02 내지 10 중량부를 포함한다. 여기서, 상기 조성물에는 무기충진제 50 중량부 이하로 구성되는 것이 가장 적합하다. 대표적인 봉함재의 조성은 아스팔트 61 중량부, SBS 삼블록 공중합체 8 중량부, 폐타이어 고무분말 8 중량부, 탈크 15 내지 18 중량부, 공정유 2 내지 5중량부, 산화방지제 0.5 중량부, 복합 광안정제 0.5 중량부, 페놀수지 2 중량부로 이루어진 것으로서, 이는 용융 주입식 신축이음 봉함재(hot-applied joint sealant)에 대한 미합중국 표준 규격(ASTM) D-1190([표 1] 참조)을 만족한다. 상기 봉함재는 용융 주입기(미도시) 내에서 170∼200℃로 가열되어 도포되며 봉함재를 도포하기 전 채널(18) 부위는 히트 랜스에 의해 고온, 고속의 열풍으로 가열 건조 및 청소되는 것이 바람직하다. 상기 용융 주입기는 보일러 장착형 또는 이중 자켓 오일 가열기형 및 기타 장치 중 어느 것도 사용가능하다.

미합중국 표준 규격(ASTM) D 1190 및 대표적 주입 봉함재(A)의 물성

시험항목	ASTM D 1190	주입 봉함재 A
안전 가열온도	주입온도가 안전가열 온도보다 20oF(11oC) 낮아야한다.	주입온도: 190oC안전가열온도: 210oC
침입도(콘관입, 상온,5초, 150g)	90 dmm 이하	48 dmm
흐름성(Flow)(140oF, 5시간)	5 mm 이하	1 mm
접착성(Bond)(0oF, 5 회)	1/4 인치 이상 균열 발생 없음	Pass

	구분	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	비교예1	비교예2	비교예3
조성물의구성(중량부)	아스팔트AP-3	60	57	-	-	60	57	-
	아스팔트AP-5	-	-	61	61	-	-	61
	SBSKTR-101	9	9	8	8	9	9	8
	폐타이어고무분말	3	5	8	8	3	5	8
	벙커-C유	-	6	-	-	-	6	-
	공정유A-3	5	7	2	-	5	7	2
	페놀수지	2	2	2	1.5	-	-	-
	포랄85-E	-	-	-	0.5	2	2	2
	탈 크	20	13	18	20	20	13	18
	산화방지제	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
	복합광안정제	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
물성	침입도(dmm)	65	86	47	40	67	88	45
	연화점(^oC)	105	97	109	117	104	96	110
	신도(cm)	70	65	45	40	71	63	46
	원상회복률(%)	60	65	58	50	61	65	57
	인장 점착 길이(mm)	75	90	35	25	70	91	30

표 2를 참조하면, 본 발명에 따라 점착제로서 페놀 수지를 첨가한 조성물의 점착성이 포랄 85-E를 첨가한 비교예의 조성물의 점착성과 동등하거나 더 우수한 것을 알 수 있다. 가소제 또는 연화제인 벙커-C유 및 공정유가 많이 첨가될수록 인장 점착 길이는 증가하였으다(실시예 1 내지 4). 점착성 부여제로 저가의 페놀 수지를 사용한 것(실시예 1∼3)과 고가인 변성 로진인 포랄85-E를 사용한 것의 다른 물성은 거의 같거나 비슷하여 차이가 없었다. 또한, 실시예 1∼3으로 만든 조성물은 용융주입 방식의 콘크리트 조인트 실란트(신축이음 밀봉재)에 대한 규격인 미합중국 표준규격 ASTM D 1190(표 1 참조)을 만족하는 우수한 저온 접착성을 보여준다.

한편, 기존도로에 덧씌우기 포장이 되어 기존의 신축이음장치가 조인트 갭(14) 부위에서 발견된 경우에는 그 신축이음장치를 제거한 후 동일한 방법으로 시공을 하거나 그것의 제거가 불가능한 경우에는 신축이음장치의 연결부의 틈 사이를 깨끗이 청소한 후 백업재(20)를 삽입하고 봉함재(30)를 주입한다. 또한, 상기 연결부의 틈이 너무 작은 경우에는 백업재(20)를 사용하지 않고 직접 봉함재(30)를 주입할 수도 있다.

상기 (c)단계는 '봉함재 도포단계'로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 구조물(10)의 폭을 따라 마련된 채널(18)의 전체 노출면(19)에 봉함재(52)를 3 내지 8mm 두께로 도포한다.

상기 (d)단계는 '강판부착단계'로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 조인트 갭(14)의 상부에 충분한 크기와 강도를 갖는 강판(40)을 설치한다. 상기 (d)단계는 조인트 갭(14) 부위에 가해지는 차량의 하중과 같은 외부충격 및 모든 부하를 강판(40)이 견디도록 하기 위한 것이다. 상기 강판(40)은 충분한 강도를 갖는 것으로 일반 강판(40)의 강도 이상의 재질은 어떤 것도 사용 가능하며, 일반 구조용 압연 강재로 한국산업규격(KS) D 3503의 SS 400 이상의 강도를 갖는 강판을 사용하는 것이 가장 바람직하다. 상기 강판(40)의 두께는 5∼10mm 정도면 충분하고, 그 폭은 조인트 갭(14)의 폭 보다 크고 채널(18)의 폭 보다는 작은 5∼30cm의 범위이다.

상기 강판(40)은 반드시 설치 직전에 그 표면의 이물질 및 수분을 완전히 제거시키기 위해, 가스 토치 또는 히트 랜스를 이용하여 강판(40)의 모든 면을 가열하고 50∼200℃ 범위의 뜨거운 상태에서 조인트 갭(14)이 중심이 되도록 설치한다. 상기 강판의 길이는 구조물(10)의 폭에 적합해야 하며, 도로의 경우 최소한 1개 차선의 폭과 동일한 것이 바람직하다. 또한, 전술한 바와 같이, '강판설치단계' 직전에 강판(40)이 놓이게 될 채널(18)의 하면은 히트 랜스에 의해 미리 가열되어야 한다.

상기 (e)단계는 '봉함재 도포단계'로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 히트 랜스로 강판(40)의 상부를 가열한 후 그 강판(40)의 상부 및 측면에 고분자 개질 아스팔트 봉함재(54)를 3∼8mm 두께로 완전히 덮히도록 용융 주입기(미도시)로 도포한다.

상기 (f)단계는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, '다단 혼합물층 형성단계'로서, 혼합기에서 미리 충분히 혼합된 봉함재(50)와 쇄석골재(60) 혼합물을 이용 혼합물층(70)을 형성하는 '혼합물층 형성단계', 그 혼합물층(70)을 진동에 의해 다지는 '진동다짐단계', 봉함재(56)를 도포하는 '봉함재 도포단계'를 반복하는 과정으로 이루어진다. 또한, 상기 (f)단계의 적층 작업은 채널(18)의 상부 단면이 도로 포장층(16)의 상면으로부터 3 내지 5cm 아래 지점에 도달할 때까지만 반복된다. 채널(18)의 깊이에 따라 다르지만, '다단 혼합물층 형성단계'는 보통 1 내지 10번 정도 반복해서 이루어진다.

상기 '혼합물층 형성단계'는 도 6에 도시된 바와 같이, 봉함재(50)와 쇄석골재(60)를 혼합기(미도시)에 넣어서 충분히 잘 섞은 후, 쇄석골재(60)의 최대 크기에 의존하여 그것을 채널(18)에 부어서 3.5∼5.5cm 범위의 두께를 가진 혼합물층(70)을 형성시킨다. 왜냐하면, 상기 쇄석골재(60)는 현무암, 안산암 등과 같이 경질 암석을 분쇄하여 체로 쳐서 그 입경이 10∼25mm(골재번호 56번-KS F2524) 이내의 분포를 가지고, 바람직하게는 10∼19mm(골재번호 6번-KS F2524)의 분포를 갖는 것을 사용하기 때문이다.

상기 봉함재(50)와 쇄석골재(60)의 혼합비는 그 중량비로 비교할 때, 10∼40%의 봉함재(50)와, 60∼90%의 쇄석골재(60)가 이용된다. 여기서, 쇄석골재(60)의 직경이 클수록 그리고 그 함량이 많을수록 압축강도는 증가하나 신축이 어렵고 원상회복력이 감소한다. 한편, 봉함재(50)의 함량이 많을수록 반대의 현상이 일어난다. 또한, 신축이음(100)의 특성은 쇄석골재(60)의 물성에 의해 큰영향을 받기 때문에, 쇄석골재(60)의 종류가 중요하고 특히, 배합설계가 매우 중요하다. 국내의 경우, 일반적인 경우와, 교통량이 적거나 추운지방 및 산악지역에서는 중량비로 봉함재 20∼40% 대 쇄석골재 60∼80%가 사용된다. 그리고, 중차량이 많이 통행하는 경우 및 매우 온난한 지방에서는 봉함재 10∼30% 대 쇄석골재 70∼90%가 사용된다. 바인더용 및 도포용으로 사용되는 봉함재는 추운지방 및 산악지역에서는 침입도가 크고(50∼90 dmm) 유연성 및 점착성이 큰 것이 사용되고, 중교통 교량과 구조물 및 온난한 지방에서는 침입도가 작아(25∼50dmm) 소성 변형에 저항이 큰 것을 사용해야 하며 반드시 미국 표준 규격(ASTM) D 1190을 만족하는 것을 사용해야 한다. 쇄석골재의 양은 밀도 시험을 통해 충분한지 확인할 수 있고 쇄석골재의 양이 증가할수록 압축강도는 증가하나 신축량은 감소된다.

상기 혼합기는 일반 혼합기, 캘리포니아 반죽기, 일반 비빔기 등 어떤 종류의 혼합기 또는 혼합판도 사용 가능하다. 또한, 봉합재(50)와 쇄석골재(60)는 혼합기에 투입되기 전 충분히 가열되는 것이 바람직하다. 그 가열온도는 150∼250℃가 적당하다. 히팅 장치가 없는 혼합기의 경우에는 쇄석골재(60)를 히트 랜스로 가열해도 무방하다.

상기 '진동다짐단계'는 도 6에 도시된 바와 같이, 진동 다짐기 또는 콤팩터의 다짐판(미도시)을 가열한 상태에서 혼합물층(70)을 다져서 굳힌다. 이 때, 혼합물층(70)의 모든 면이 평탄하게 되도록 골고루 반복하여 수백회에 걸쳐 잘 다지는 것이 중요하다. 다짐 횟수가 증가할수록 신축성 및 내구성이 모두 우수한 신축이음이 얻어진다. 상기 혼합물층(70)을 잘 다지게 되면 기공 및 간극이 거의 모두 제거되어 혼합물층(70)의 두께는 최초 형성 두께에서 약간 감소하여 3∼5cm가 된다.

상기 '봉함재 도포단계'는 도 7에 도시된 바와 같이, 구조물(10)의 폭을 따라 조성된 채널(18)의 안쪽 아래 부분의 혼합물 층 상부에 그 두께가 2 내지 6mm가 되도록 봉함재(56)를 상기 용융 주입기로 도포한다.

상기 (g)단계는 '최종 혼합물층 형성단계'로서, 도 8에 도시된 바와 같이, 채널(18)의 상단부에 봉함재(50) 및 쇄석골재(60)가 혼합된 혼합물을 최종적으로 도포시켜 최종 혼합물층(80)을 형성시키는 단계로서 상술한 '혼합물층 형성단계'와 동일한 방법으로 시공되며, 최종 혼합물층(80)은 상기 혼합물층(70)과 동일한 성분 및 구조를 가진다.

상기 (h)단계는 '최종 적층/진동다짐단계'로서, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 진동 다짐기를 이용하여 최종 혼합물층(80)의 높이가 도로 포장층(16)의 노면과 동일 평면이 되도록 세밀하게 골고루 다져서 평탄하게 굳히는 것이다. 이 단계는 최종 다짐 단계이므로 가능한 평탄하게 시공하고 장시간 다지게 되며 가급적 오랜 경험과 숙련도를 가진 기술자에 의해 시공되는 것이 바람직하다. 이 과정에서 상기 최종 혼합물층(80)은 계절 또는 주변온도에 따라 여름철(25℃ 이상)에는 약간 볼록하게 마감하고, 겨울철(5℃ 이하)에는 약간 오목하게 마감하며, 봄, 가을철(5∼25℃)에는 평탄하게 마감하는 것이 좋다.

상기 (i)단계는 '최종 봉함재층 도포 단계' 즉, 시공의 최종 단계로서, 도 10에 도시된 바와 같이, 최종 혼합물층(80)의 상부와 도로 포장층(16)의 노면일부에 봉함재(58)를 1∼4mm로 얇게 도포하는 것을 두차례 이상 실시하여 평탄하게 한다. 그렇게 되면, 물집 및 기포가 없고 평탄한 최종 봉함재층(90)을 형성시킬 수 있다. 채널(18)과 인접된 도로 포장층(16)의 일부에는 연장 도포층(92)이 형성된다. 이 연장 도포층(92)은 방수성 및 밀폐성을 향상시키며 차량 바퀴에 의한 밀림, 균열 및 벌어짐 등을 방지하고 신축이음(100) 부위의 포장면을 보호하여 신축이음(100)의 수명을 연장하기 위한 방법이다. 도로 포장층(16) 측으로 연장된 연장 도포층(92)은 보통 3 내지 10cm의 폭과 2 내지 8mm의 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.

상기 (i)단계는 상술한 방법에 따라 봉함재(58)를 도로 포장층(16)의 노면에 맞춰 거의 수평이 되도록 잘 도포하여 신축이음(100) 상부가 평탄하고, 도로 포장층(16)에 연결되도록 최종 마무리하는 단계이다. 한편, 최종 봉함재층(90)을 한차례만 도포하게 되면, 그 최종 봉함재층(90)이 울퉁 불퉁하거나 물집 또는 기공이 발생하게 되므로 2차례 이상 도포하여 외관을 좋게 하는 것이 바람직하다. 여기서, 최종 봉함재층(90)의 표면 마감시 가스 토치 또는 히트 랜스를 가능한 적게 사용하고 표면을 가열한 후 바로 냉각수를 뿌린 후 스퀴저, 롤러 등의 기구를 이용하여 평탄화 시킬 수도 있다. 상기 최종 봉함재층(90)이 완성된 후, 선택적으로 탈크, 실리카, 탄산칼슘, 석분, 황, 제강슬래그(직경 5mm 정도가 바람직), 이산화티탄, 산화 아연, 카본블랙 등 중 하나를 이용하여 직접 또는 물 또는 적당한 용매에 분산시켜 최종 봉함재층(90)의 표면이 뜨거울 때 뿌려주면 봉함재가 차량 바퀴에 달라 붙는 것을 방지하고 표면을 강화할 수 있으며 냉각 시간을 단축시킬 수 있다. 황이 사용될 경우에, 가스 토치 또는 히트 랜스를 이용하여 표면을 가열하면 황에의해 아스팔트계 봉함재가 가교되어 단단한 최종 봉함재층(90)을 형성할 수 있다. 이밖에 최종 봉함재층(90)의 강화 방법은 봉함재를 1차로, 도 10에 도시된 바와 같이, 도포한 후 입경 2 내지 5mm 사이인 쇄석골재 또는 제강슬래그를 고르게 뿌리거나 유리섬유매트, 부직포 또는 면사 등을 부착 시킨 후 다시 그 위에 상기의 방법과 같이 봉합재를 재차 도포할 수도 있다.

한편, 최종 혼합물층(80)을 잘 다진 후에 각종 강화제(예를 들면, 유리섬유 또는 탄소섬유)에 봉함재를 각종 비율로 혼합하여 만든 시트나, 골재를 함유한 아스팔트 봉함재 시트 또는 막(membrane)을 신축이음부와 도로 연장부를 3 내지 10cm 덮도록 적당한 크기로 제작하여 가스 토치 또는 히트 랜스를 사용하여 부착 시키는 방법을 사용할 수도 있다. 최종 봉함재층 대신에 입경이 1mm 내지 10mm사이에 분포하는 골재를 상기 봉함재에 혼합하여 한층 도포하는 방법도 사용 가능하다. 여름철과 같이 무더운 날씨에 시공하는 경우에는 얼음물, 드라이아이스 등의 냉각제 및 강제 송풍기를 이용하면 냉각효율이 증대되고, 시공시간을 단축할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 알루미늄판 및 구리판 대신에 그 두께가 5 내지 10mm 사이인 강판으로 한정 사용하여 강도를 증가시켰고, 봉함재와의 접착을 돕고 강판 표면의 수분을 제거하기 위해 열 랜스로 강판을 열처리하는 과정을 추가 하였으며, 강판 하부의 채널 표면 및 강판의 상부 및 옆면에 보다 두껍게 봉함재를 코팅하는 방법을 택하고 있으므로 강판을 조인트 갭 상부에 단단히 고정할 수 있다.

둘째, 물성이 우수한 고분자 개질 아스팔트 실란트계 주입 봉함재를 바인더로 이용하고, 매우 단단하고 입경이 크면서 분포가 좁은 골재를 아스팔트 실란트 봉함재와 섞어 사용하며, 수회에 걸친 다짐 공정을 사용함으로써 신축이음의 내구성을 증가시켜 신축이음의 손상 및 함몰 문제를 해결할 수 있다.

셋째, 쇄석골재를 아스팔트 실란트 봉함재와 섞어 도포하고 봉함재로 조인트 갭을 채우면서 여러층으로 적층한 다음 마지막으로 봉함재와 쇄석골재의 혼합물층을 도포 한 후 다지고 최종 상부층에 봉함재를 도포하는 경우에 있어서, 봉함재에 값이 싸면서도 접착성을 높이는 점착 부여제를 다량 첨가시킴으로써 쇄석골재 및 아스팔트 도로 포장층과의 결합력이 증가한다. 한편, 특정 가소제를 첨가하고 스티렌-부타디엔-스티렌 삼블록 공중합체의 함량 증가에 의해 저온에서의 신도, 유연성 및 접착성 등의 물성을 개선함으로써 신축이음의 압축강도, 저온 유연성, 신축성 및 접착성이 양호해 진다.

넷째, 종래의 롤러 대신에 진동 다짐기로 균일하게 다지고 다짐 공정을 마지막에 한번 시행하는 대신 봉함재와 쇄석골재 혼합물 도포시 마다 매번 다져서 거의 모든 간극에 봉함재가 채워지도록 하고, 골재의 중요성을 고려하여 현무암 및 안산암 등 경질 암석을 부순 쇄석골재 만을 사용하고 쇄석골재의 입경을 10∼25mm 범위로 한정하여 공극률이 높게하여 봉함재가 가능한 많이 들어가면서도 압축강도 및 신축이 우수한 신축이음 시공이 가능하다.

다섯째, 물성이 개선되고 경제적인 봉함재를 사용하면서 동시에 신축이음의 내구성 및 신축성 등을 개선하는 시공방법을 고안하여 사용 수명이 증가하고 하자발생이 거의 없어 신축이음 시공비용 및 교량 또는 구조물의 유지 보수 비용이 현저히 절감된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims

교량 또는 구조물의 신축이음의 시공 방법에 있어서:

(a) 상기 교량 또는 구조물의 상판 사이에 소정의 폭을 가진 조인트 갭을 형성시키고 상기 조인트 갭의 상부에 위치하는 도로 포장층에 소정의 폭과 깊이를 가지는 채널을 형성시키는 단계;

(b) 소정의 탄성을 갖는 백업재를 상기 조인트 갭에 삽입시킨 후 상기 상판의 상면과 동일 평면을 이루도록 봉함재를 주입시키는 단계;

(c) 상기 채널의 모든 노출면 및 상기 조인트 갭 봉함재의 표면에 소정 두께를 가지도록 주입기를 이용하여 봉함재를 도포시키는 단계;

(d) 상기 신축이음에 가해지는 외부 충격을 지탱하기 위해 상기 조인트 갭을 완전히 덮을 수 있는 크기의 강판을 준비하고, 상기 강판의 모든면에 부착된 이물질 및 수분을 제거하기 위해 상기 모든면을 가스 토치 또는 히트 랜스(lance)를 이용하여 가열한 다음, 상기 강판을 조인트 갭의 바닥에 설치하는 단계;

(e) 상기 강판의 상면 및 측면에 봉함재를 도포시키는 단계;

(f) 상기 채널의 바닥면에 봉함재와, 현무암 또는 안산암이 분쇄됨으로써 10∼25㎜의 입경을 가진 쇄석골재가 혼합된 소정 두께의 혼합물층을 형성시키고, 진동 다짐기를 이용하여 상기 혼합물층을 다져 굳힌 후 상기 혼합물층 위에 봉함재를 도포시키는 과정을 상기 채널의 상단으로부터 하방으로의 소정 깊이의 공간이 남을 때까지 수회 반복하는 단계;

(g) 상기 채널의 상단부에 봉함재와 쇄석골재가 혼합된 최종 혼합물층을 형성시키는 단계;

(h) 상기 최종 혼합물층이 도로 포장면과 동일 평면이 되도록 진동 다짐기를 이용하여 상기 최종 혼합물층을 다져서 굳히는 단계; 및

(i) 상기 도로 포장면 쪽으로 소정 길이 연장되도록 상기 채널의 상부에 봉함재를 적어도 2회 도포한 후 평탄화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 교량 또는 구조물의 신축이음의 시공 방법.
제1항에 있어서,

상기 (f)단계에서의 소정 깊이는 상기 채널의 상면을 기준으로 하방으로 3.5 내지 5.5cm인 것을 특징으로 하는 교량 또는 구조물의 신축이음의 시공 방법.
제1항에 있어서,

상기 (f)단계에서의 상기 혼합물층의 두께는 3.5 내지 5.5cm인 것을 특징으로 하는 교량 또는 구조물의 신축이음의 시공 방법.
제1항에 있어서,

상기 강판은 외부 하중에 대해 상기 조인트 갭을 보호할 수 있도록 5∼10mm의 두께, 및 5∼30cm의 폭을 가진 일반 강재가 사용되는 것을 특징으로 하는 교량 또는 구조물의 신축이음의 시공 방법.
삭제
제1항에 있어서,

상기 봉함재는 강한 접착력을 유지하도록 3∼8mm의 두께로 도포되는 것을 특징으로 하는 교량 또는 구조물의 신축이음의 시공 방법.
삭제
제1항에 있어서,

상기 (f)단계의 다짐 작업은 상기 진동 다짐기의 다짐판을 가열한 후 다지는 것을 특징으로 하는 교량 또는 구조물의 신축이음의 시공 방법.
제1항에 있어서,

상기 봉함재와 상기 쇄석골재의 혼합비는 중량비를 기준으로 상기 봉함재 10-40%, 상기 쇄석골재 60-90%로 이루어진 것을 특징으로 하는 교량 또는 구조물의 신축이음의 시공방법.
제1항에 있어서,

상기 봉함재의 각각의 두께는 1∼4mm 범위인 것을 특징으로 하는 교량 또는 구조물의 신축이음의 시공 방법.
제1항에 있어서,

상기 채널과 인접된 도로 포장층의 일부에 상기 봉함재로부터 연장되고, 3 내지 10cm의 폭과 2 내지 8mm의 두께를 가진 연장 도포층이 형성되는 것을 특징으로 하는 교량 또는 구조물의 신축이음의 시공 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 봉함재는: 아스팔트 40 내지 70 중량부, 폐타이어 고무분말 0.5 내지 40 중량부, 스티렌-공액디엔 블록 공중합체 2 내지 15 중량부, 및 페놀수지 0.02 내지 10 중량부를 포함하는 아스팔트 실란트 조성물인 것을 특징으로 하는 교량 또는 구조물의 신축이음의 시공 방법.
제1항의 공법에 의해 시공 및 보수된 교량 또는 구조물의 신축이음 구조.