KR102150963B1

KR102150963B1 - 노면소음 저감을 위한 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법, 그에 따른 콘크리트 포장체

Info

Publication number: KR102150963B1
Application number: KR1020190028731A
Authority: KR
Inventors: 이승우
Original assignee: 강릉원주대학교산학협력단
Priority date: 2019-03-13
Filing date: 2019-03-13
Publication date: 2020-09-02

Abstract

본 발명은 노면소음 저감을 위한 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법, 그에 따른 콘크리트 포장체에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 시멘트, 입경 4.75 mm 미만의 잔골재 및 입경 4.75 mm 이상의 굵은골재를 포함하도록 배합하여 콘크리트를 제작하는 콘크리트 배합단계; 상기 콘크리트 조성물을 현장에 타설하는 콘크리트 타설단계; 상기 콘크리트의 표면을 정리하는 표면 정리단계; 상기 콘크리트의 표면에 응결지연제를 살포하여 경화속도를 지연시키는 응결지연제 살포단계; 및 일정시간이 경과한 후 콘크리트의 표면에서 굵은골재를 노출시키되, 노출된 굵은골재가 형성하는 파장길이의 평균값이 4.3 mm 이하가 되도록 불규칙한 노면조직을 형성하는 골재 노출단계;를 포함한다.
이로써, 콘크리트 포장을 형성하면서도 아스팔트 포장 수준으로 소음 발생을 저감시킬 수 있다.

Description

노면소음 저감을 위한 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법, 그에 따른 콘크리트 포장체{A Method of Constructing Concrete Pavement Exposed Small Aggregate for Road Noise Reduction, and A Concrete Pavement}

본 발명은 노면소음 저감을 위한 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법, 그에 따른 콘크리트 포장체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시멘트, 잔골재 및 굵은골재를 포함하도록 배합하여 현장에서 타설하고, 일정시간이 경과한 후 콘크리트의 표면에서 굵은골재를 노출시며, 노출된 굵은골재가 형성하는 파장범위의 평균값이 4.3 mm 이하가 되도록 불규칙한 노면조직을 형성하는 노면소음 저감을 위한 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법, 그에 따른 콘크리트 포장체에 관한 것이다.

초기 고속도로는 시공의 편의성 및 우수한 주행 쾌적성으로 인하여 대부분 아스팔트 포장으로 시공되었다. 그러나, 최근에는 중차량에 대한 지지력이 우수하고 장기간의 공용성을 확보할 수 있는 콘크리트 포장이 지속적으로 증가하고 있으며, 국내에서는 전체 고속도로 포장의 65 %가 콘크리트 포장으로 시공되어 있다.

그러나, 콘크리트 포장은 아스팔트 포장에 비하여 미끄럼저항성이 낮고, 소음 발생량이 크며, 주행성이 우수하지 않은 등 상대적으로 기능성의 확보가 어려운 단점이 있었다.

특히, 콘크리트 포장은 미끄럼저항성의 확보를 위하여 포장면에 주로 횡방향 타이닝을 적용하여 왔으나, 주행 차량의 타이어와 타이닝 사이에 공기가 갇힘에 따라 펌핑압이 발생됨으로써 아스팔트 포장에 비하여 4 내지 5 dB(A) 정도 높은 소음 발생량을 야기하는 문제점이 있었으며, 그에 대한 대안으로 랜덤 횡방향 타이닝, 종방향 타이닝, 그루빙 및 다이아몬드그라인딩 등의 저소음 표면처리기법에 대한 많은 연구가 진행되었으나, 시간의 경과에 따라 표면 모르타르층의 마모에 의하여 소음저감 및 미끄럼저항성 성능이 지속적으로 유지되지 못하는 단점이 있었다.

이와 같은 콘크리트 포장에 형성되는 횡방향 타이닝의 문제점을 해소하기 위하여 모르타르층이 포장 표면조직을 형성하는 타이닝공법과 달리, 콘크리트 포장의 표면에 모르타르를 제거하고 굵은 골재가 노출되는 표면조직을 형성하여, 타이어와 노면 사이의 펌핑압을 저감시킴으로써 소음을 감소시키고, 모르타르보다 내마모성이 우수한 골재를 도로 표면에 노출 형성함에 따라 장기간 적정 미끄럼저항성을 확보할 수 있는 골재노출 콘크리트 포장공법이 제안된 바 있다.

이와 관련하여 출원인은 대한민국 등록특허 제10-0895845호 "골재노출 도로포장용 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 골재노출 콘크리트 도로포장의 시공방법"(2009. 4. 24. 등록, 이하 '선행기술문헌 1'이라 한다)을 제안한 바 있다.

선행기술문헌 1은 시멘트, 잔골재 및 굵은골재를 포함하는 조성물에 대하여 W/C(물/시멘트비)나 S/a(잔골재율)을 일정하게 유지한 상태에서 굵은골재를 구성하는 입도별의 중량비를 상호 변화시키면서 MTD(Mean Texture Depth, 평균조직깊이), EAN(Exposure Aggregate Number, 포장 표면의 골재 노출도) 및 SN₄₀(미끄럼저항성)을 측정함으로써 바람직한 굵은골재의 입도별 중량비를 도출하고 있다.

그러나, 상기 선행기술문헌 1은 골재노출 콘크리트 도로포장에 대한 미끄럼저항성의 측면만을 고려한 상태에서 바람직한 굵은골재의 입도별 중량비를 도출함에 따라 소음 저감의 효과가 개선되지 못하였으며, 시멘트, 잔골재 및 굵은골재를 포함하여 조성물을 제작하면서도 굵은골재의 전체적인 함량이나 굵은골재의 최대 입경에 대하여는 고려하지 않은 한계가 있었다.

또한, 출원인은 대한민국 등록특허 제10-0895288호 "골재노출 콘크리트 도로포장의 시공방법"(2009. 4. 21. 등록, 이하 '선행기술문헌 2'라 한다)을 제안하여 콘크리트의 표면에 응결지연제를 살포하고, 이후 특정시기에 콘크리트의 표면을 긁어내어 골재를 노출함으로써 골재노출 콘크리트 도로포장을 완성하는 방법을 제안하였다.

특히, 선행기술문헌 2는 콘크리트 포장과 동일한 물성의 시편을 제작하고, 상기 시편의 관입저항응력을 측정함으로써 골재노출을 위한 최적시기를 특정하고자 하였으나, 관입저항침을 이용하여 수작업으로 시편에 대한 관입저항응력을 측정함으로써 현장에 시공된 콘크리트 포장과 대비하여 경화 정도에 대한 측정오차가 크게 발생하여 목표하는 MTD(평균조직깊이)를 확보하지 못하는 문제점이 있었다.

한편, 국내에서는 노후된 콘크리트 포장에 유지보수 방안인 덧씌우기 공법을 적용할 경우 조기교통개방성 및 포장의 기능성을 용이하게 확보할 수 있는 아스팔트 덧씌우기 포장을 일반적으로 적용하고 있다. 그러나, 노후된 콘크리트 포장과 재료적 물성의 차이로 인한 부착파손, 중차량에 대한 지지력, 우천시 발생하는 수막현상으로 인한 미끄럼저항성 저하 등의 장기적인 구조적, 기능적 성능의 확보가 부족하여, 재료적 물성이 동일한 콘크리트 덧씌우기 포장에 대한 필요성이 대두되고 있다.

그러나, 콘크리트 덧씌우기 포장을 적용하면 노후된 기존의 포장을 활용하여 구조적으로 우수한 성능이 장기간 유지할 수 있는 장점을 가진 반면, 아스팔트 포장 대비 조기교통개방성이 확보되지 않고, 높은 소음이 발현되는 문제점이 있으므로 골재노출 콘크리트 포장을 이에 대한 대안으로 검토할 필요성이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로, 아스팔트 포장 수준으로 소음 발생을 저감시키고, 골재 노출시점을 특정하기 위한 별도의 절차가 없이도 용이하게 시점을 선정할 수 있으며, 덧씌우기 공법에도 적용이 가능한 노면소음 저감을 위한 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법과 그에 따른 콘크리트 포장체를 제공하는데 발명의 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 노면소음 저감을 위한 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법(M)은, 시멘트, 입경 4.75 mm 미만의 잔골재 및 입경 4.75 이상 10 mm 이하의 굵은골재만을 포함하도록 배합하되, 잔골재율(S/a)을 26.5 내지 31%로 제작하고, 단위 시멘트량은 400 내지 420kg/m³로 배합된 콘크리트 조성물을 제작하는 콘크리트 배합단계(S10); 상기 콘크리트 조성물을 현장에 타설하는 콘크리트 타설단계(S20); 상기 콘크리트의 표면을 정리하는 표면 정리단계(S30); 상기 콘크리트의 표면에 응결지연제를 살포하여 경화속도를 지연시키는 응결지연제 살포단계(S40); 및 일정시간이 경과한 후 콘크리트의 표면에서 굵은골재를 노출시키되, 노출된 굵은골재가 형성하는 파장길이의 평균값(Average Wavelength)이 3.75 mm 이상 4.3 mm 이하의 범위를 만족하도록,

의 수식에 따라 노출된 굵은골재의 평균 노출도(EAN)가 형성되도록 불규칙한 노면조직을 형성하는 골재 노출단계(S50);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

또한, 상기 골재 노출단계(S50)는, 콘크리트의 표면에 대한 평균조직깊이(MTD)는 0.8 내지 1.2 mm 가 되도록 불규칙한 노면조직을 형성할 수 있다.

또한, 상기 응결지연제 살포단계(S40)는 200 내지 300 ml/m²를 만족하도록 응결지연제를 살포하며, 상기 골재 노출단계(S50)는 상기 응결지연제 살포 후 30 내지 34 시간이 경과한 시점에 진행될 수 있다.

삭제

한편, 본 발명의 노면소음 저감을 위한 소입경 골재노출 콘크리트 포장체는, 시멘트, 입경 4.75 mm 미만의 잔골재 및 입경 4.75 이상 10 mm 이하의 굵은골재만을 포함하도록 배합하되, 잔골재율(S/a)을 26.5 내지 31%로 제작하고, 단위 시멘트량은 400 내지 420kg/m³로 배합하여 현장에서 타설하고, 일정시간이 경과한 후 콘크리트의 표면에서 굵은골재를 노출시키되, 노출된 굵은골재가 형성하는 파장길이의 평균값(Average Wavelength)이 3.75 mm 이상 4.3 mm 이하의 범위를 만족하도록,

의 수식에 따라 노출된 굵은골재의 평균 노출도(EAN)가 형성되도록 불규칙한 노면조직이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 콘크리트의 표면에 대한 평균조직깊이(MTD)는 0.8 내지 1.2 mm 가 되도록 불규칙한 노면조직을 형성할 수 있다.

삭제

본 발명의 노면소음 저감을 위한 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법과 그에 따른 콘크리트 포장체에 의하면, 노출된 굵은골재가 형성하는 파장길이의 평균값이 4.3 mm 이하가 되도록 형성함으로써 아스팔트 포장 수준으로 소음 발생을 저감시킬 수 있다.

또한, 200 내지 300 ml/m²를 만족하도록 응결지연제를 살포한 후 30 내지 34 시간이 경과한 시점에 골재 노출단계를 진행함으로써, 골재 노출시점을 특정하기 위한 별도의 절차가 없이도 용이하게 시점을 선정할 수 있다.

나아가, 본 발명의 노면소음 저감을 위한 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법은 조기개방가능 강도가 조기에 만족되므로, 덧씌우기 공법에도 적용이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 골재노출 콘크리트 포장 시공방법을 시계열적으로 도시한 블록도.
도 2는 종래의 (a)아스팔트 포장, (b)골재노출 콘크리트 포장 및 (c)타이닝 공법을 적용한 포장의 표면 이미지.
도 3은 골재노출 노면조직에 대한 파장길이를 측정한 (a) 실시예의 이미지와 (b) 그 개념을 도시한 개념도.
도 4는 노면조직의 노출도를 측정하는 방법에 대한 일 실시예의 이미지.
도 5는 굵은골재의 함량 및 굵은골재의 최대 입경과 노출도의 상관관계를 도시한 개념도.

이하에서는 본 발명의 노면소음 저감을 위한 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법과 그에 따른 콘크리트 포장체에 대하여 바람직한 실시예를 바탕으로 설명한다.

본 발명의 골재노출 콘크리트 포장 시공방법(M)은, 도 1에 도시된 바와 같이 콘크리트 배합단계(S10), 콘크리트 타설단계(S20), 표면 정리단계(S30), 응결지연제 살포단계(S40) 및 골재 노출단계(S50)를 포함한다.

상기 콘크리트 배합단계(S10)는 시멘트, 입경 4.75 mm 미만의 잔골재 및 입경 4.75 mm 이상의 굵은골재를 포함하도록 배합하여 콘크리트 조성물을 제작하는 단계이다. 본 발명에서는 골재를 구성하는 입경을 기준으로 4.75 mm 미만은 잔골재로, 그 이상은 굵은골재로 정의한다. 또한, 배합에 있어서 상기 시멘트, 잔골재 및 굵은골재 외에도 작업성을 확보하기 위하여 물과 혼화제를 추가적으로 배합한다.

다만, 상기 콘크리트 배합단계(S10)는 일반적인 콘크리트 포장에 대한 지침규정을 만족하여야 하므로 휨강도는 4.5 MPa 이상(KS F 2408), 물/결합재 비(W/C)는 45 % 이하, 슬럼프 값은 10 내지 60 mm(KS F 2402), 공기량은 4 내지 7 %(KS F 2409)를 충족하여야 한다.

한편, 덧씌우기용 콘크리트 포장의 작업성(workability)을 만족하기 위하여는 추가적으로 130 내지 170 mm 범위의 슬럼프값을 확보하여야 한다.

상기 콘크리트 타설단계(S20)는 콘크리트 조성물에 대한 배합이 완료되면 콘크리트 포장을 시공하기 위한 현장으로 운반하여 상기 배합된 콘크리트를 현장에 타설하는 단계이다. 이후에는 상기 타설된 콘크리트의 표면을 정리하는 표면 정리단계(S30)가 진행된다.

한편, 골재노출 콘크리트 포장은 표면에 노출된 골재에 의하여 불규칙한 노면조직을 형성하는 것에 주요한 기술적 차별성이 있으므로, 추후에 골재노출장비를 이용하여 콘크리트 표면의 페이스트를 일정 정도 제거하는 과정을 거치게 된다. 이를 위하여 상기 응결지연제 살포단계(S40)는, 상기 콘크리트의 표면에 응결지연제를 살포함으로써, 콘크리트 포장의 표면으로부터 소정의 깊이만큼 그 경화속도를 지연시킨다.

상기 응결지연제 살포단계(S40) 이후 일정시간이 경과하여 적정한 경도가 발현되면, 상기 골재 노출단계(S50)가 진행된다. 상기 골재 노출단계(S50)는 골재노출장비를 이용하여 콘크리트의 표면에서 굵은골재를 노출시키는 단계로서, 상기 골재노출장비는 브러쉬를 바탕으로 일정 깊이의 콘크리트 표면의 페이스트를 제거하는 브러쉬형(Blush Type)과 노즐에서 분사되는 수압을 이용하여 페이스트를 제거하는 워터젯형(Water-Jet Type)이 사용될 수 있다.

이때, 상기 골재 노출단계(S50)를 바탕으로 MTD(평균조직깊이)가 발현되며, 상기 MTD는 응결지연제의 분사량과 살포 후 경과시간 그리고 콘크리프 표면을 구성하는 단위 시멘트량에 의하여 복합적으로 결정된다. 다만, 골재노출 콘크리트 포장에 있어서 단위 시멘트량은 굵은 골재의 부착력을 결정하는 인자이므로 표면에 노출되는 굵은골재의 공용 탈리 현상이 발생되지 않도록 적어도 380 kg/m³이상이 되도록 형성하는 것이 바람직하다고 알려져 있다.

한편, 도 2는 (a)아스팔트 포장과 (b)골재노출 콘크리트 포장 그리고 (c)종래의 콘크리트 포장에 미끄럼저항성을 확보하기 위해 적용되던 타이닝 공법을 도시한 것으로, 타이닝 공법에 의하면 타이어와 노면 사이에 공기가 갖힘에 따라 공극에서의 공기의 압축 및 방출에 따른 펌핑압에 의하여 상대적으로 큰 소음을 발생시킨다. 반면, 아스팔트 포장의 경우에는 차량의 고속 주행에도 불구하고 상대적으로 작은 소음을 유발하는 장점이 있다.

노면조직과 도로특성의 상관관계 (Rassmussen et al, 2007)

또한, 노면조직은 도로의 소음에 많은 영향을 주는 것으로 알려진 바, 노면조직의 특성은 표 1에 도시된 바와 같이 Microtexture(파장:0.5 mm 미만), Macrotexture(파장:0.5 ~ 50 mm), Megatexture(파장:50 ~ 500 mm) 및 Roughness(파장:0.5 ~ 50 m)로 분류되고, 각 특정에 따라 마찰력, 노면소음 등에 도로의 기능성에 현저한 영향을 미치는 것으로 조사된 바 있으며, 특히 Macrotexture 범위의 파장길이는 타이어 노면소음과 많은 상관관계를 지니는 것으로 알려져 있다.

이에 본 발명은 아스팔트 포장의 노면조직과 골재노출 콘크리트 포장이 지니는 노면조직의 유사성에 착안하여, 노면소음이 아스팔트 포장에 근접한 수준으로 감소될 수 있도록 형성하는 방법에 착안하였으며, 이를 위하여 아스팔트 포장의 노면조직이 지니는 파장길이를 분석하였다.

아스팔트 포장의 파장과 소음의 상관관계

표 2는 아스팔트 포장에 있어서, HMA(Hot mixed asphalt)의 밀입도 방식과 SMA(Stone matrix asphalt)에 따른 노면조직의 파장길이와 그에 따른 발생 소음을 분포도로 도시한 그래프이다. 상기한 표 2에 따르면, 아스팔트 포장의 노면조직을 형성하는 입도의 파장길이가 증가함에 따라 그 소음의 발생량도 선형적으로 증가함이 확인되었다.

이때, 상기 노면조직의 파장길이는 측정거리 100 mm 를 기준으로 평균값보다 높은 변곡점을 최댓값의 하나로 보고 측정거리 안에 있는 변곡점의 개수로 정의한다. 도 3은 본 발명에 따른 골재노출 콘크리트 포장의 노면조직의 파장길이를 측정하는 방법의 (a) 일 실시예와 (b) 파장의 개념을 도시한 것으로, PLP(Portable Laser Profile)를 이용하여 파장길이를 측정하거나, 단위 면적에 대한 확대 분석을 바탕으로 측정할 수 있다.

이에 본 발명은 아스팔트 포장을 구성하는 입도의 파장값에 대응되도록 골재노출 콘크리트 포장의 파장을 조절함으로써 소음 발생이 아스팔트 포장 수준으로 제어될 수 있도록 상기 골재노출장비를 활용하여 콘크리트의 표면에서 굵은골재를 노출시킴에 있어서 노출된 굵은골재가 형성하는 파장길이의 평균값이 4.3 mm 이하가 되도록 불규칙한 노면조직을 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 골재노출 콘크리트 포장은 노출도를 바탕으로 품질관리가 이루어진다. 콘크리트 포장의 노출도(EAN, Exposure Aggregate Number)는 단위면적 50×50mm 내에 노출된 굵은골재의 수를 바탕으로 산정하며, 통상적으로 여러 면적에 대하여 복수에 걸쳐 산정한 후 그 평균값으로 결정된다. 도 4는 본 발명에 따른 골재노출 콘크리트 포장의 노면조직의 노출도(EAN)를 측정하는 방법의 일 실시예를 도시한 것이다.

다만, 본 발명은 노출도(EAN)와 파장길이의 상관관계를 통하여 현장에서 노출도를 이용하여 그 파장길이를 추정할 수 있음을 확인하였다. 하기된 표 3은 노출도와 파장길이는 상호 선형적인 상관관계를 지님을 나타내고 있다.

노출도와 파장의 상관관계

한편, 표 3의 분포도를 바탕으로 추세식을 도출하면 다음과 같은 수식이 산출되며, 노출도가 1이 증가하면 파장길이는 0.118 mm 가 감소하며, R ² 값은 0.95로 높은 신뢰도를 지님을 결과로 도출할 수 있다.

상기 표 3에 의하면,노출된 굵은골재가 형성하는 바람직한 파장길이로서 4.3 mm 이하를 만족하기 위해서는 노출된 굵은골재의 노출도(EAN)가 49 이상이 되도록 형성하여야 함을 도출할 수 있다.

따라서, 본 발명의 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법에 있어서, 상기 골재 노출단계(S50)는 노출된 굵은골재의 노출도(EAN)가 49 이상이 되도록 불규칙한 노면조직을 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 소음과 선형적인 상관관계를 지니는 것으로 확인된 콘크리트 포장에 의한 파장길이와 노출도(EAN)는 도 5에서 도시한 바와 같이 콘크리트 조성물을 구성하는 굵은골재의 최대 입경과 굵은골재의 함량이 영향인자로 작용한다. 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 전체적인 굵은 골재의 함량이 동일하더라도 개별 굵은골재의 최대 입경이 작아지면 파장길이는 짧아지고, 오히려 노출도는 증가되는 것이며, (b)에 도시된 바와 같이 굵은골재의 최대 입경을 동일하게 유지하더라도 전체 굵은골재의 함량이 증가하는 경우에도 파장길이는 짧아지고, 노출도도 증가됨을 나타내고 있다.

먼저, 소음 저감에 유리한 바람직한 굵은골재의 최대 입경을 도출하기 위하여 골재노출 콘크리트 포장의 시공사례를 분석하여 최대 입경의 분포를 도출하고 그에 따른 소음의 발생을 각각 표 4와 표 5로 정리하였다. 표 4는 횡방향 타이닝 공법과 대비하여 골재노출 콘크리트 포장의 노면소음의 발생량을 비교하여 차량 주행속도별로 분석한 분포도이며, 표 5는 아스팔트 포장 중 상대적으로 소음 발생이 큰 HMA 포장과 골재노출 콘크리트 포장의 노면소음의 발생량을 비교하여 차량 주행속도별로 분석한 분포도이다. 상기 표 4와 표 5는 시공사례별로 적용된 최대 입경을 달리하므로, 굵은골재의 최대 입경에 의한 소음의 발생 영향을 도출해 낼 수 있다.

입도를 달리하는 골재노출 콘크리트 포장과 횡방향 타이닝 포장에 대한 주행속도별 소음 발생비

입도를 달리하는 골재노출 콘크리트 포장과 아스팔트(HMA) 포장에 대한 주행속도별 소음 발생비

상기한 표 4 및 5를 바탕으로 굵은골재의 최대 입경은 13 mm 나 14 mm의 경우 횡방향 타이닝이나 HMA에 따른 아스팔트 포장에 대비하여 소음이 감소되지 못하는 결과가 발생되므로, 최대 입경은 최대 10 mm 이하가 되도록 제작하는 것이 바람직한 것임이 도출된다. 따라서, 본 발명에서는 상기 굵은골재의 입경은 4.75 내지 10 mm 인 것이 바람직하다.

추가적으로 소음 저감에 유리한 바람직한 굵은골재의 함량을 도출하기 위하여 시멘트, 잔골재 및 굵은골재을 배합함에 있어서, 굵은골재의 최대 입경을 10 mm로 동일하게 설정한 상태에서 잔골재율(S/a)과 단위 시멘트량의 변화에 따른 파장길이, 노출도를 분석하였다. 다만, 추가적으로 아스팔트 포장과 굵은골재의 최대 입경이 13 mm, 19 mm 인 경우를 함께 대비하여 분석하여 대표적인 결과를 표 6과 같이 정리하였다.

굵은골재 함량(잔골재율 S/a)과 단위 시멘트량의 변화에 따른 영향

콘크리트 포장에 대한 시공 지침은 단위 시멘트량을 380 kg/m³이상이 되도록 시공할 것을 규정하고 있는바, 적어도 380 kg/m³이상인 경우에 대하여 파장길이와 노출도를 검토하였다. 또한, 잔골재율(S/a)은 그 수치가 낮아지면 전체적인 콘크리트 포장의 강도, 내구성, 수밀성 등이 증가하는 이점이 있으나, 오히려 시공성이 저하되는 단점이 있다.

한편, 표 7은 표 6의 결과 중 굵은골재의 최대 입경이 10 mm 인 경우에 대하여 명확히 대비될 수 있도록 그래프화한 것이다.

최대 입경이 동일한 경우(10 mm)에 있어서 굵은골재 함량(잔골재율 S/a)과 단위 시멘트량의 변화에 따른 영향

상기 표 7을 바탕으로, 굵은골재의 최대 입경이 10 mm 로 동일한 경우에도 잔골재율(S/a)이 낮아지는 경우(굵은골재의 함량이 증가하는 경우)에 단위 시멘트량이 동일한 조건에서 파장길이가 짧아져 소음이 감소될 것임을 추정할 수 있다. 또한, 단위 시멘트량이 증가하는 경우에는 잔골재율(S/a)이 동일한 조건에서 파장길이 짧아져 소음이 감소될 것임을 추정할 수 있다.

따라서, 일정한 단위 시멘트량을 전제로는 잔골재율(S/a)을 낮게 함으로써 파장길이와 노출도를 증대시키는 것이 바람직하며, 일정한 잔골재율(S/a)을 전제로는 단위 시멘트량을 증가시킴으로써 파장길이와 노출도를 증대시킴으로 소음 발생을 감소시키는 것이 바람직함을 도출할 수 있다.

나아가, 달성하고자 하는 소음 수준으로서 파장길이가 4.3 mm 이하가 되거나 노출도가 49 이상이 되도록 콘크리트 조성물을 제작하기 위해서는 잔골재율(S/a)이 30 % 인 경우에는 적어도 420 kg/m³이상의 단위 시멘트량이 요구되어지며, 단위 시멘트량이 420 kg/m³ 경우에는 적어도 잔골재율(S/a)이 30 % 이상이 요구되어짐을 확인할 수 있다.

한편, 표 8은 단위 시멘트량별로 파장길이가 4.3 mm 이하로 형성되는 잔골재율의 추세선을 도출한 것이다.

단위 시멘트량별과 잔골재율에 따른 파장길이의 추세선

상기 표 8에 의하면, 단위 시멘트량이 400kg/m³인 경우에는 잔골재율(S/a)이 26.5% 이하로 제작되어야 파장길이로서 4.3 mm 이하의 범위를 만족할 수 있으며, 420kg/m³ 인 경우에는 잔골재율(S/a)이 31% 이하로 제작되어야 동일한 수준을 만족할 수 있음을 확인할 수 있다.

따라서, 작업성과 결합력을 모두 충족하도록 골재노출 콘크리트 포장공법에서 권장되어지는 단위 시멘트량은 400 내지 420kg/m³ 로서, 단위 시멘트량이 400 내지 420kg/m³ 되도록 배합하는 경우라면, 잔골재율(S/a)을 26.5 내지 31% 로 제작하는 경우에 목표로 하는 파장길이로서 4.3 mm 이하의 범위를 만족할 수 있음을 도출해낼 수 있다.

또한, 표 9는 다른 조건이 동일한 상태에서 굵은골재의 최대 입경에 따른 파장길이를 정량적으로 대비한 그래프이다.

굵은골재의 최대 입경에 따른 파장길이의 영향

앞서 표 4와 표 5에서 골재노출 콘크리트 포장의 시공사례를 분석하여 최대 입경의 분포별 소음의 발생 정도를 각각 표 4와 표 5로 정리하였으나, 상기 표 9를 바탕으로도, 동일한 조건하에서 굵은골재의 최대 입경이 10 mm 이하로 형성되는 경우에 이상적인 파장길이를 형성할 수 있음을 확인할 수 있다.

한편, 소음 저감에 유리한 콘크리트의 표면에 대한 평균조직깊이(MTD, Mean Texture Depth)를 도출하기 위하여 골재노출 콘크리트 포장의 시공사례를 분석하여 평균조직깊이(MTD)에 따른 소음의 발생 정도를 노출도(EAN)를 비교인자로 하여 표 10으로 정리하였다(최대 입경 크기는 영역내에 도시하였다).

평균조직깊이에 따른 노출도(소음 정도)의 관계

한편, 상술한 바와 같이 평균조직깊이(MTD)는 응결지연제의 분사량과 살포 후 경과시간 그리고 콘크리프 표면을 구성하는 단위 시멘트량에 의하여 복합적으로 결정된다. 한편, 최대 입경 크기가 동일하더라도 평균조직깊이(MTD)에 의하여 추가적인 노출수(EAN)의 차이를 유발할 수 있다.

따라서, 상기 표 10에서 확인되듯 최대 입경 크기와 노출도는 절대적으로 비례하는 양상을 보이지 않으나, 평균조직깊이(MTD)에 따라서는 노출도(EAN)가 달라질 수 있으며, 콘크리트의 표면에 대한 평균조직깊이(MTD)는 0.8 내지 1.2 mm 을 만족하도록 형성하는 것이 바람직함을 도출할 수 있다.

또한, 시공방법에 있어서 상기 평균조직깊이(MTD)는 응결지연제의 분사량과 살포 후 경과시간에 주요하게 영향을 받으므로 바람직한 응결지연제 살포 시점을 도출하고자 한다. 표 11은 골재노출 콘크리트 포장에 적용되는 응결지연제의 분사량을 200 내지 300 ml/m²로 특정한 상태에서 소정의 시간이 경과된 후 골재노출장비를 이용하여 골재를 노출시키는 경우 발현되는 평균조직깊이(MTD)의 상관관계를 도출한 분포도이다. 상기 표 10 내지 표 11은 표 1 내지 표 6에 의하여 도출되는 사항의 바람직한 실시예를 바탕으로 도출한 것이다.

평균조직깊이와 응결지연제 살포 후 경과시점과의 관계

이를 바탕으로 응결지연제 살포 후 경과시간과 발현되는 평균조직깊이(MTD)는 선형적인 상관관계를 지님을 확인할 수 있으며, 바람직한 평균조직깊이(MTD)의 범위로서 0.8 내지 1.2 mm 를 구현하기 위해서는 상기 응결지연제 살포단계(S40)에서 200 내지 300 ml/m²를 만족하도록 응결지연제를 살포하는 경우에 상기 골재 노출단계(S50)는 상기 응결지연제 살포 후 30 내지 34 시간이 경과한 시점에 진행되는 것이 바람직함을 도출할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 노면소음 저감을 위한 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법(M)은 최초 노면을 시공하기 위한 현장은 물론 노후된 콘크리트 포장에 대한 유지보수 방안으로써 덧씌우기 공법을 적용할 경우, 요구되는 사항으로 조기교통개방성 및 포장의 기능성을 용이하게 확보할 수 있도록 추가적인 검토를 바탕으로 덧씌우기용으로 적용이 가능한 골재노출 콘크리트 포장 시공방법(M)을 제안하고자 한다.

덧씌우기 공법에 관한 관리 지침은 조기 교통개방가능 강도 기준인 압축강도 21 MPa, 휨강도 3.15 MPa 을 만족할 것을 요구한다. 한편, 바람직한 잔골재양(S /a)인 30 %, 굵은골재의 최대 입경 크기 10 mm, 그리고 최소 W/C(물/시멘트비) 요구기준인 45 % 를 조건으로, 골재노출 콘크리트 포장에서 최소한으로 요구되는 단위 시멘트량인 380 kg/m³이상의 범주에 대하여 시공 후, 3일차 및 7일차에 대한 압축강도와 휨강도를 측정하였으며, 그 결과를 표 12로 정리하면 아래와 같다.

시간별 압축강도 변화

시간별 휨강도 변화

상기 표 12 및 표 13을 바탕으로, 최소 요구 기준이 되는 단위 시멘트량인 380 kg/m³이상에 대하여는 압축강도 및 휨강도의 실험 결과 데이터로서 3일 후의 압축강도가 단위 시멘트에 따라 380kg일 때 26MPa, 400kg 일 때 26MPa, 420kg 일 때 29.6MPa로 국내 덧씌우기의 교통개방가능 강도인 21MPa를 상회하였으며, 휨 강도는 덧씌우기의 교통개방가능 강도인 3.15MPa를 모두 만족하였다. W/C가 45 %로 고정 됨에 따라 단위 시멘트량의 증가로 인한 강도 증진효과는 나타나지 않았으나, 단위 시멘트량 420kg에서 가장 우수한 압축강도와 휨강도가 발휘됨을 도출할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 노면소음 저감을 위한 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법, 그에 따른 콘크리트 포장체에 개시된 표 1 내지 표 9의 실시예로 도출되는 사항은 그 자체로도 기술적 의미를 지니나, 표 10 내지 표 13에 의하여 도출되는 유기적 결합을 바탕으로도 특유의 의미를 지닌다. 다만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

M: 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법
S10:콘크리트 배합단계 S20:콘크리트 타설단계
S30:표면 정리단계 S40:응결지연제 살포단계
S50:골재 노출단계

Claims

시멘트, 입경 4.75 mm 미만의 잔골재 및 입경 4.75 이상 10 mm 이하의 굵은골재만을 포함하도록 배합하되, 잔골재율(S/a)을 26.5 내지 31%로 제작하고, 단위 시멘트량은 400 내지 420kg/m³로 배합된 콘크리트 조성물을 제작하는 콘크리트 배합단계(S10);
상기 콘크리트 조성물을 현장에 타설하는 콘크리트 타설단계(S20);
상기 콘크리트의 표면을 정리하는 표면 정리단계(S30);
상기 콘크리트의 표면에 응결지연제를 살포하여 경화속도를 지연시키는 응결지연제 살포단계(S40); 및
일정시간이 경과한 후 콘크리트의 표면에서 굵은골재를 노출시키되, 노출된 굵은골재가 형성하는 파장길이의 평균값(Average Wavelength)이 3.75 mm 이상 4.3 mm 이하의 범위를 만족하도록,
의 수식에 따라 노출된 굵은골재의 평균 노출도(EAN)가 형성되도록 불규칙한 노면조직을 형성하는 골재 노출단계(S50);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 노면소음 저감을 위한 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법.
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제1항에 있어서,
상기 골재 노출단계(S50)는,
콘크리트의 표면에 대한 평균조직깊이(MTD)는 0.8 내지 1.2 mm 가 되도록 불규칙한 노면조직을 형성하는 것을 특징으로 하는 노면소음 저감을 위한 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법.
제1항에 있어서,
상기 응결지연제 살포단계(S40)는 200 내지 300 ml/m²를 만족하도록 응결지연제를 살포하며,
상기 골재 노출단계(S50)는 상기 응결지연제 살포 후 30 내지 34 시간이 경과한 시점에 진행되는 것을 특징으로 하는 노면소음 저감을 위한 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법.
삭제
삭제
시멘트, 입경 4.75 mm 미만의 잔골재 및 입경 4.75 이상 10 mm 이하의 굵은골재만을 포함하도록 배합하되, 잔골재율(S/a)을 26.5 내지 31%로 제작하고, 단위 시멘트량은 400 내지 420kg/m³로 배합하여 현장에서 타설하고, 일정시간이 경과한 후 콘크리트의 표면에서 굵은골재를 노출시키되, 노출된 굵은골재가 형성하는 파장길이의 평균값(Average Wavelength)이 3.75 mm 이상 4.3 mm 이하의 범위를 만족하도록,
의 수식에 따라 노출된 굵은골재의 평균 노출도(EAN)가 형성되도록 불규칙한 노면조직이 형성되는 것을 특징으로 하는 소입경 골재노출 콘크리트 포장체.
제7항에 있어서,
상기 콘크리트의 표면에 대한 평균조직깊이(MTD)는 0.8 내지 1.2 mm 가 되도록 불규칙한 노면조직을 형성하는 것을 특징으로 하는 소입경 골재노출 콘크리트 포장체.
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