KR102454881B1 - 골재 노출시기 선정을 통한 고기능성 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법 - Google Patents

골재 노출시기 선정을 통한 고기능성 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고기능성 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법 및 그에 적용되는 노출시기 선정방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명의 고기능성 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법은 시멘트, 입경 4.75 mm 미만의 잔골재 및 입경 4.75 mm 내지 10mm의 굵은 골재를 포함하도록 배합하여 콘크리트 조성물을 제작하는 콘크리트 배합단계; 배합된 콘크리트 조성물을 현장에 타설하고 콘크리트의 표면을 정리하는 콘크리트 타설단계; 상기 콘크리트 표면에 응결지연제를 살포하여 경화속도를 지연시키는 응결지연제 살포단계; 응결지연제 살포 후 시간의 경과에 따라 콘크리트 포장의 경화도를 바탕으로 골재를 노출하기 위한 적정시기를 선정하는 노출시기 선정단계; 및 선정된 노출시기에 골재 노출장비를 이용하여 콘크리트의 표면에 소정의 평균조직깊이 또는 노출도가 구현되도록 골재를 노출시키는 골재 노출단계;를 포함한다.

Description

골재 노출시기 선정을 통한 고기능성 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법{A Construction Method of Fine-Size Exposed Aggregate Concrete Pavement with A Selection of Exposing Time}
본 발명은 골재 노출시기 선정을 통한 고기능성 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적정 응결지연제를 살포한 후 초음파 측정 장비를 이용하여 상부 콘크리트의 강도발현이 지연되고, 하부 콘크리트의 강도가 충분히 발현되어 골재노출 포장의 소음저감 효과 및 장기 미끄럼저항성을 확보할 수 있는 노면조직의 구현이 가능한 하부 콘크리트의 탄성계수가 발현된 시점을 골재 노출시기로 선정하는 골재 노출시기 선정을 통한 고기능성 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법에 관한 것이다.
도로의 포장방법은 크게 아스팔트 포장과 콘크리트 포장으로 구분할 수 있으나, 차량의 통행량이 많고 고속 주행이 이루어지는 자동차 전용도로나 고속도로의 경우에는 중차량에 대한 지지력이 우수하고 장기간의 공용성 확보가 가능한 콘크리트 포장이 더욱 선호되고 있다.
그러나, 콘크리트 포장은 아스팔트 포장과 비교하여 미끄럼저항성이 낮고, 소음 발생량이 크며, 주행성이 우수하지 않은 등 상대적으로 기능성의 확보가 어려운 단점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 타이닝, 다이아몬드 그라인딩 등 표면처리기법을 적용하고 있으나, 차량이 지속적으로 반복 주행함에 따라 타이어와 노면의 마찰로 인하여 표면처리가 마모되어 소음저감 및 미끄럼저항성 성능이 장기간 확보되지 못하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 콘크리트 포장의 표면에 모르타르를 제거하고 굵은 골재가 노출되는 표면조직을 형성함으로써 지속적인 미끄럼저항성의 확보가 가능하고, 소음을 감소시킬 수 있는 골재노출 콘크리트 포장공법이 제안된 바 있다.
특히, 본 발명의 발명자는 2020. 2.자로 발간된 한국도로학회 논문집에 '저소음 소입경 골재노출 콘크리트 덧씌우기 포장의 배합설계 연구'(이하 '선행기술문헌 1'이라 한다)를 개제함으로써, 소입경 골재노출 콘크리트 포장의 저소음 특성은 노면을 구성하는 골재의 노출도(EAN, Exposing Aggregate Number) 및 평균조직깊이(MTD, Mean Texture Depth)와 밀접한 관련성이 있는 것임을 보고한 바 있다.
구체적으로 상기 선행기술문헌 1은 저소음을 발현하는 노면조직의 조건과 국내·외 소입경 골재노출 콘크리트 포장의 품질관리기준 검토를 통하여, 골재의 최대입경을 10mm로 제한하고, 단위 시멘트량을 400 내지 420kg/m3, 잔골재율(S/a)을 30% 내외로 배합함을 전제로 저소음을 위한 소입경 골재노출 콘크리트의 정량적인 노면조직 관리기준으로서, 평균조직깊이(MTD)와 굵은 골재의 노출도(EAN)를 제안하였다.
그러나, 본 발명의 발명자는 노면조직의 평균조직깊이(MTD)와 노출도(EAN)는 단지 콘크리트 배합뿐만 아니라 골재의 노출 기법과 노출 시기에도 영향을 받는다는 점에 착안하여 선행기술문헌 1을 전제로, 특허출원 출원번호 제10-2019-0028731호 "노면소음 저감을 위한 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법, 그에 따른 콘크리트 포장체 및 이를 위한 콘크리트 조성물"(2019. 3. 13. 출원, 이하 '선행기술문헌 2'라 하며, 선행기술문헌 2는 본 발명의 출원 시에 미공개 상태이다)을 출원함으로써, 선행기술문헌 1의 기술적 내용에 추가적으로 응결지연제 분사량과 노출 시기를 제안한 바 있다.
구체적으로 상기 선행기술문헌 2는 노출의 효율성, 작업성 및 경제성, 환경 문제성 등을 종합적으로 고려하였을 때 Brush Type의 노출장비가 효과적임을 결론 내렸으며, 분사량을 200 내지 300g/m3로 선정한 상태에서 일정한 노출 시기를 제안함으로써 이상적인 평균조직깊이(MTD)와 노출도(EAN)가 도출될 수 있음을 입증하였다.
그러나, 선행기술문헌 2는 실험실 조건에서 실험을 수행하기 위한 단위 시편을 제작하고, 상기 단위 시편에 기반하여 ETW(Exposing Time Window) 실험을 근거로 골재의 노출 시기를 선정하기 위한 Time Window를 검토하는 한계가 있었다. 즉, 골재의 노출 시기는 재료의 물성, 시공현장의 환경, 시공 시 기후 등에 종합적인 영향을 받기 때문에 실제 현장에서는 이상적인 평균조직깊이(MTD)나 노출도(EAN)가 확보되지 못하는 문제점이 있었다.
결국, 골재노출 콘크리트 포장공법은 종래 콘크리트 포장공법이 지니는 한계를 극복하여 충분한 미끄럼저항성을 확보하고, 소음이 저감되는 이점이 있으나, 정확한 골재의 노출 시기를 선정하는데 많은 어려움이 있어 실제 현장에서 골재의 노출 시기를 정확하게 선정할 수 있는 방안이 요구되는 실정이다.
특허출원 제10-2019-0028731호 '노면소음 저감을 위한 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법, 그에 따른 콘크리트 포장체 및 이를 위한 콘크리트 조성물'(2019. 3. 13. 출원)
'저소음 소입경 골재노출 콘크리트 덧씌우기 포장의 배합설계 연구'(한국도로학회 논문집/김재훈, 이승우/2020. 2.)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로, 미끄럼저항성을 향상시키고, 노면소음을 저감시킬 수 있는 소입경 골재노출 콘크리트 포장을 제공하면서도 현장의 여건에 따른 오차의 발생이 없도록 골재 노출작업의 시점을 정량적으로 결정할 수 있는 골재 노출시기 선정을 통한 고기능성 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 골재 노출시기 선정을 통한 고기능성 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법(CM)은, 시멘트, 입경 4.75 mm 미만의 잔골재 및 입경 4.75 mm 내지 10mm의 굵은 골재만을 포함하되, 잔골재율(S/a)이 27 내지 40%의 범위를 만족하도록 배합하여 콘크리트 조성물을 제작하는 콘크리트 배합단계(S100); 배합된 콘크리트 조성물을 현장에 타설하고 콘크리트의 표면을 정리하는 콘크리트 타설단계(S200); 상기 콘크리트 표면에 응결지연제를 살포하여 상부 콘크리트의 경화속도를 지연시키는 응결지연제 살포단계(S300); 하부 콘크리트의 강도가 일정 수준으로 발현되면 골재의 노출시 상부 콘크리트의 굳지 않은 모르타르는 제거되고, 상부층에 존재하는 굵은 골재가 하부 콘크리트와 부착되어 노출되도록 응결지연제 살포 후 시간의 경과에 따라 콘크리트 포장의 경화도를 분석하기 위하여 초음파를 이용하여 하부 콘크리트의 탄성계수를 측정함으로써, 소음저감 효과 및 미끄럼저항성을 확보할 수 있는 노면조직의 구현이 가능한 골재노출 시기를 표면으로부터 깊이 3mm 지점의 하부 콘크리트의 탄성계수가 적어도 13.0GPa에 도달한 시점을 골재 노출시기로 선정하는 노출시기 선정단계(S400); 및 선정된 노출시기에 골재 노출장비를 이용하여 콘크리트의 표면에 평균조직깊이(MTD)는 1.2 ± 0.5mm의 범위를 만족하도록 하고, 골재의 평균 노출도와 노면의 평균 파장 길이는 선형적인 관계를 지니므로 상기 평균 파장 길이가 4.3mm 이하의 범위로 형성되도록 상기 평균 노출도(EAN)가 49 이상으로 구현되도록 적어도 43시간 이내에 골재를 노출시키는 골재 노출단계(S500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
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본 발명의 골재 노출시기 선정을 통한 고기능성 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법(CM)에 의하면, 골재 노출시기를 선정함에 있어서 콘크리트의 표면에 소정의 평균조직깊이(MTD) 또는 노출도(EAN)가 구현되도록 골재를 노출시키므로 노면의 미끄럼저항성을 향상시키고, 노면소음을 저감시킬 수 있다.
또한, 현장에 발현된 하부 콘크리트의 탄성계수를 바탕으로 골재 노출시기를 선정하므로 현장 여건에 따른 오차의 발생이 없도록 골재 노출작업의 시점을 정량적으로 결정할 수 있다.
특히, 탄성계수를 측정함에 있어서 비파괴 시험법인 초음파를 이용하므로 현장에 타설된 콘크리트 포장에서 시편을 채취하여 구조물에 손상을 가하는 문제점을 해소할 수 있다.
나아가, 골재 노출시점을 선정하기 위한 사전 단계로서 인위적으로 시편을 제작함에 따른 비경제성을 해소할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고기능성 소입경 골재노출 콘크리트 시공방법의 시계열적 단계를 도시한 블록도.
도 2는 응결지연제 살포에 따른 골재노출의 과정을 도시화한 개념도.
도 3은 노면의 상태와 에어 펌핑 소음의 관계를 도시화한 개념도.
도 4는 노출깊이와 골재 노출도 및 그에 따른 파장의 관계를 도시한 개념도.
도 5는 시편을 제작하여 비파괴 시험장비를 바탕으로 초음파를 이용하여 탄성계수를 측정하는 모습의 이미지.
도 6은 응결지연제 살포 후 시간에 따른 골재노출 콘크리프 포장의 노면을 촬영한 이미지.
이하에서는 본 발명의 골재 노출시기 선정을 통한 고기능성 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법(CM)에 대하여 바람직한 실시예를 바탕으로 상세하게 설명한다.
본 발명의 골재 노출시기 선정을 통한 고기능성 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법(CM)은 도 1에 도시된 바와 같이 콘크리트 배합단계(S100), 콘크리트 타설단계(S200), 응결지연제 살포단계(S300), 노출시기 선정단계(S400) 및 골재 노출단계(S500)를 포함한다.
상기 콘크리트 배합단계(S100)는 시멘트와 잔골재 그리고 굵은골재를 배합하여 콘크리트 조성물을 혼합하는 단계이다. 이때, 본 발명에서는 입경 4.75mm를 기준으로 그 미만을 잔골재로, 입경 4.75mm 이상을 굵은골재로 정의한다.
한편, 굵은골재의 최대입경이 10mm를 초과하는 경우에는 횡방향 타이닝 공법이나 HMA에 따른 아스팔트 포장과 대비하여 오히려 소음이 증가되는 현상이 발생되므로, 상기 굵은골재는 입경 4.75mm 이상으로 배합하되, 최대 입경이 10mm를 초과하지 않도록 배합한다.
다만, 실시형태에 따라서는 콘크리트 조성물로서 시멘트와 잔골재 및 굵은골재에 추가적인 혼화제를 배합할 수 있으며, 일반적인 콘크리트 포장에 대한 지침규정으로서 휨강도는 4.5MPa 이상, 물/결합재비(W/C)는 45% 이하, 공기량은 4 내지 7%를 만족하도록 배합한다. 또한, 단위 시멘트량은 380kg/m3 이상이 되도록 시공할 것을 규정하고 있다.
이후 진행되는 상기 콘크리트 타설단계(S200)는 배합된 콘크리트 조성물을 현장으로 운반하여 현장에 타설하는 단계이다. 타설이 완료되면 페이버(paver)를 이용하여 표면을 정리함으로써 균질한 콘크리트 포장면을 형성하게 된다.
본 발명의 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법(CM)은 콘크리트의 타설을 바탕으로 콘크리트 포장면이 형성된 이후에는 표면에 골재를 노출시키는 골재 노출단계(S500)가 필수적이다. 다만, 골재를 노출하기 이전에 콘크리트 포장의 표면으로부터 소정의 깊이만큼 그 경화를 지연시키기 위한 목적으로 응결지연제 살포단계(S300)가 진행된다.
구체적으로, 도 2의 개념도에 도시된 바와 같이 상기 응결지연제 살포단계(S300)에서 살포되는 응결지연제는 상부 콘크리트(표면으로부터 2 ~ 3mm)의 강도 발현을 지연시키는 반면, 그 아래 하부 콘크리트(표면으로부터 3mm 이상)는 적정 강도가 발현되도록 한다. 그리고 하부 콘크리트의 강도가 충분히 발현된 뒤에 후술할 골재 노출단계(S500)를 바탕으로 노출 작업을 실시하여 상부의 굳지 않은 모르타르는 제거하고, 상부층에 존재하는 굵은 골재는 하부 콘크리트와 부착되어 노면에 노출되도록 한다.
이때, 상기 응결지연제는 글루콘산나트륨을 주성분으로 하는 액상으로 제작될 수 있으며, 그 외에도 인산염이나 변성인산염계를 주성분으로 하는 액상형 응결지연제를 사용할 수 있도 있다. 상기 응결지연제는 200g/m2 내지 300g/m2 정도의 분사량으로 살포되는 것이 바람직하며, 응결지연제와 물을 1:1 내지 1:3의 비율로 희석하여 사용되는 것이 일반적이다.
상기 응결지연제 살포단계(S300) 이후에는 시간의 경과에 따라 콘크리트 포장의 표면에 대한 경화도를 바탕으로 골재를 노출하기 위한 적정시기를 선정하는 단계로서 노출시기 선정단계(S400)가 진행된다.
상기 노출시기 선정단계(S400)는 골재의 노출도(EAN) 또는 평균조직깊이(MTD)가 적정 범위로 발현되는 시점을 선정함으로써 진행될 수 있다.
콘크리트 포장체의 골재 노출시기가 선정되면, 이후에는 골재 노출장비를 이용하여 콘크리트 포장의 표면에 골재를 노출시키는 골재 노출단계(S500)이 진행된다. 상기 골재 노출장비로는 철제 브러쉬를 바탕으로 표면의 모르타르를 제거하는 브러쉬 타입(Brush Type)과 고압수를 분사하여 표면의 모르타르를 제거하는 워터 제트 타입(Water-Jet Type)이 있다.
다만, 브러쉬 타입(Brush Type)과 워터 제트 타입(Water-Jet Type)의 골재 노출장비 중 골재 노출작업시 일정한 면적과 동일한 압력을 유지하면서 노출작업을 수행하는 브러쉬 타입의 노출장비가 브러쉬가 노면과 닿는 면적이 일정하기 때문에 전체적인 구간에서 목표로 설정한 노면조직을 구현하기에 더 적합하다.
한편, 골재 노출단계(S500)를 수행함에 있어서 기능성이 우수한 골재노출 콘크리트 포장을 구현하기 위해서는 노면에 노출된 골재의 노출도(EAN)를 적정범위로 제한하는 것이 바람직하다. 이에 본 발명의 고기능성 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법(CM)은 도로에 발생되는 소음의 메커니즘에 착안하여 골재의 노출도를 선정하였다.
노면 성능과 관련하여 도 3의 (a)는 노면의 파장과 에어 펌핑 소음의 관계를 도식화한 것으로, 노면의 파장 길이가 길어질 수록 타이어와 노면 사이에 공기가 압축될 수 있는 공간이 넓어지게 되며, 이에 압축량이 커진 공기가 방출되면서 에어 펌핑 소음도 커지게 된다. 반면, 노면의 파장 길이가 짧아지면 타이어와 노면 사이에 공기가 압축될 수 있는 공간이 좁아지게 되므로 압축량도 제한적으로 발생되고, 이로 인해 에어 펌핑 소음도 작아지게 된다. 또한, 도 3의 (b)는 동일한 노면의 파장을 전제로 조직깊이에 따른 소음의 관계를 도시한 것으로, 조직깊이(Peak Level)가 높아질 수록 타이어와 접촉하는 부분에서 많은 진동이 발생되므로 많은 소음이 발생하게 된다.
표 1은 아스팔트 포장의 노면조직에서 파장 길이와 소음의 관련성을 바탕으로 추세선을 도출한 것으로, 아스팔트 포장도 파장 길이에 비례하여 소음이 선형적으로 증가하는 관계를 확인할 수 있다.
아스팔트 포장의 파장길이와 그에 따른 소음
Figure 112020088833545-pat00001
본 발명은 노면의 파장 길이와 소음의 상관관계를 바탕으로, 도 3의 (a) 및 (b)에 나타난 바와 같이 골재의 노출도(EAN, 25cm2의 단위면적에 노출된 골재 수)와 파장 길이의 관련성을 도출함으로써 골재 노출단계(S500)를 수행함에 요구되는 바람직한 노출도(EAN)를 설정하고자 하였다. 이에 잔골재율(S/a)을 27 내지 40%의 범위에서 조절하면서 골재노출 콘크리트 포장의 노면 파장 길이와 노출도의 상관 관계를 나타내면 표 2와 같은 결과를 나타낸다.
골재노출 콘크리트 포장의 파장길이와 그에 따른 노출도
Figure 112020088833545-pat00002
즉, 골재의 노출도와 파장 길이는 선형적인 관계를 지님이 도출되며, 본 발명에서는 일반 콘크리트 포장에 비하여 저소음이 확보될 수 있는 노출골재 콘크리트 포장의 노출도(EAN)로서, 40 이상이 확보되도록 시공함이 바람직함을 도출하였다. 따라서, 본 발명의 고기능성 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법(CM)은 노출골재 콘크리트 포장의 노출도(EAN)가 40 이상을 만족하도록 시공함을 품질 관리기준으로 한다.
다만, 이상적인 소음의 발생 범위로서 아스팔트 포장에 상응하는 수준의 저소음을 의도하는 경우에는 평균 파장 길이를 3.75 내지 4.3mm로 형성하는 것이 바람직한 바, 이 경우에는 노출도(EAN)가 49 내지 55 미만으로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 노출시기 선정단계(S400)는, 상기 골재의 노출도(EAN)를 결정하는데 밀접한 관련성이 있는 것으로 알려져 있다. 도 4는 노출깊이와 골재 노출도 및 그에 따른 파장의 길이를 개념적으로 도시한 것으로, 노출 시점이 빨라지면 응결지연제에 의하여 지연된 경화의 초기단계에서 골재가 노출되므로 조직깊이(h)가 깊어지고, 반대로 노출 시점이 늦어지면 응결지연제에도 불구하고 경화가 충분히 진행된 이후에 골재가 노출되므로 조직깊이(h)가 얕아지게 된다.
이때, 조직깊이가 h1과 같이 충분한 노출도가 확보되지 못하면 파장 길이가 길어짐에 따라 소음이 증가하는 문제점이 있으며, 조직깊이가 h3와 같이 깊어지면 골재의 부착력이 저하되어 굵은 골재가 쉽게 탈리되는 현상이 발생된다. 이에 품질 관리기준으로서 노출도(EAN)을 형성하기 위해서는 평균조직깊이(MTD)가 1.2 ± 0.5mm로 형성되는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 고기능성 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법(CM)은 노출시기 선정단계(S400)에 있어서, 상기 평균조직깊이(MTD)를 바탕으로 응결지연제 살포 후 골재 노출을 위한 시점을 선정할 수 있다.
표 3은 응결지연제의 분사량을 200g/m2 내지 300g/m2 로 살포하고, 응결지연제와 물을 1:2의 비율로 희석한 경우에 평균조직깊이(MTD)가 1.2 ± 0.5mm의 범위로 형성되는 노출시기를 선정한 것이다.
응결지연제 살포 후 노출시기에 따른 평균조직깊이(MTD)
Figure 112020088833545-pat00003
구체적으로, 응결지연제 살포 후, 11시간 경과 후 골재를 노출하면 평균조직깊이가 2.37mm로 측정되었으며, 18시간 경과 후에 1.68mm, 23시간 경과 후에 1.55mm, 26시간 경과 후에 1.5mm, 28시간 경과 후에 1.38mm, 34시간 경과 후에 1.31mm, 38시간 경과 후에 0.9mm 및 45시간 경과 후에 0.6mm로 나타났다. 결국, 평균조직깊이(MTD)가 1.2 ± 0.5mm의 범위로 형성되는 노출시기는 응결지연제 살포 후 16시간 내지 43시간인 것으로 나타났다.
또한, 표 4에서와 같이 노출골재 콘크리트 포장의 노출도(EAN)가 40 이상으로 형성되는 시간도 동일하게 응결지연제 살포 후 16시간 내지 45시간인 것으로 확인된다.
응결지연제 살포 후 노출시기에 따른 노출도(EAN)
Figure 112020088833545-pat00004
한편, 종래에는 ETW(Exposing Time Window) 실험을 바탕으로 노출시기를 선정하였다. 상기 ETW(Exposing Time Window)란, 현장에 타설되는 콘크리트 조성물과 동일한 배합비로 실험실에 30cm × 30cm의 단위 시편을 제작하고 응결지연제를 살포한 후, 상기 시편의 경화에 기반하여 현장 콘크리트 포장도 동일한 조건으로 경화된다는 가정하에 골재의 노출시기를 선정하는 방법이었다.
더욱이나, 종래에는 최적의 노출 시기를 선정함에 있어서 관입저항 침을 시편에 관입시켜 저항응력을 측정하는 방법에 의존함에 따라 실험 시 관입저항 침이 골재에 닿을 때 순간적으로 저항응력이 높게 측정되어 오차가 발생되는 한계가 있었으며, 무엇보다 골재의 노출 시기는 재료의 물성, 시공현장의 환경, 시공 시 기후 등에 종합적인 영향을 받기 때문에 실제 현장에서는 실험실의 시편과는 다른 경화도를 지니는 한계가 있었다.
이에 본 발명의 노출시기 선정단계(S400)는 골재의 노출도(EAN) 또는 평균조직깊이(MTD)가 적정범위로 발현되는 시점을 선정함에 있어서, 비파괴 시험방법으로서 초음파를 이용하여 콘크리트 포장체의 하부 콘크리트의 탄성계수를 측정함으로써 골재의 노출 시점을 선정할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 소입경 골재노출 콘크리트 포장의 시공에 있어서 비파괴 시험방법인 초음파를 이용하여 콘크리트 포장체의 하부 콘크리트의 탄성계수를 측정하는 골재노출시기 선정방법(SM)에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
한편, 상술한 바와 같이 소입경 골재노출 콘크리트 포장에 있어서 적정량의 응결지연제를 살포하여 상부 콘크리트(표면으로부터 2 ~ 3mm)의 강도 발현을 지연시키는 반면, 그 하부 콘크리트는 적정 강도가 발현되도록 한다. 그리고 하부 콘크리트의 강도가 충분히 발현된 뒤에 노출 작업을 실시하여 상부 콘크리트의 굳지 않은 모르타르는 제거되고, 상부층에 존재하는 굵은 골재는 하부 콘크리트와 부착되어 노면에 노출되게 된다.
다만, 상술한 응결지연제 살포단계(S300) 이후에 하부 콘크리트의 강도가 충분히 발현되지 않은 경우(골재의 노출시기가 빠른 경우) 상부의 모르타르를 제거하면 굵은 골재가 탈리되어 저소음을 발현할 수 있는 골재의 노출도(EAN)와 평균조직깊이(MTD)를 확보하지 못한다. 또한, 하부 콘크리트의 강도가 충분히 발현되지 않은 상태에서 골재노출 장비가 투입될 경우 포장체에 파손이 발생할 수 있다. 반면에 골재의 노출시기가 늦은 경우에는 상부 모르타르의 응결 지연효과가 종료되어 모르타르 제거가 되지 않아 저소음을 발현할 수 있는 골재의 노출도(EAN)와 평균조직깊이(MTD)를 확보하지 못한다.
따라서, 저소음 발현 조건과 골재노출 장비의 투입으로 인한 포장체의 파손을 방지하기 위해서는 하부 콘크리트의 강도가 충분히 발현되고, 상부 모르타르가 굳지 않은 범위의 적정 노출시기를 공학적으로 선정할 수 있는 방안이 필요하다. 특히, 시공중에는 상부 콘크리트는 육안으로 관측되지만 하부 콘크리트는 관측이 불가능하기 때문에 하부의 탄성계수 측정을 통해 적정 골재의 노출시기를 선정할 필요가 있다.
이에 본 발명의 골재 노출시기 선정방법(SM)은, 하부 콘크리트(표면으로부터 깊이 3mm 이상)의 탄성계수 발현에 따른 노면의 노출 특성을 검토하여 상기 고기능성 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법(CM)에서 설명한 저소음 노면 조직의 조건으로서 노출도(EAN)와 평균조직깊이(MTD)가 충족되는 최적의 골재 노출시기를 선정하기 위한 것이다.
도 5는 탄성계수 측정을 위한 콘크리트 포장체의 시편을 제작하여 비파괴 시험장비를 바탕으로 초음파를 이용하여 탄성계수를 측정하는 모습을 도시한 것으로, 본 발명에서는 콘크리트 포장체의 하부 콘크리트의 탄성계수와 평균조직깊이(MTD) 또는 노출도(EAN)의 상관관계를 도출하기 위하여 실험을 수행하였으며, 표 5는 응결지연제 살포 후, 초기 12 시간에서 최종 48 시간까지 시간의 경과에 따른 하부 콘크리트의 탄성계수를 나타낸 그래프이며, 표 6은 하부 콘크리트의 탄성계수와 평균조직깊이(MTD) 및 노출도(EAN)의 관계를 시간의 경과에 따라 데이터로 정리한 것이며, 도 6은 표 6의 시간에 따른 골재노출 콘크리프 포장의 노면을 도시한 이미지이다.
응결지연제 살포 후 노출시기에 따른 하부 콘크리트의 탄성계수
Figure 112020088833545-pat00005
응결지연제 살포 후 노출시기에 따른 탄성계수, 평균조직깊이 및 노출도를 정리한 테이블
Figure 112020088833545-pat00006
상기 실험에서 하부 콘크리트의 탄성계수는 초기 12시간 경과 후에 3.5GPa, 18시간 경과 후에 18.4GPa, 26시간 경과 후에 31.1GPa이 발현되었으며, 26시간 이후부터는 소폭으로 증가하는 경향을 보였다.
한편, 표 4에서 확인되듯 평균조직깊이(MTD)의 경우 초기 12시간 경과 후에 1.85mm, 18시간 경과 후에 1.42mm, 26시간 경과 후에 1.33mm, 48시간 경과 후에 1.14mm로, 초기 12시간에서 14시간에서는 평균조직깊이가 1.7mm 이상으로 품질관리기준(1.2 ± 0.5mm)을 만족하지 못하였으나, 16시간 이후에는 노출에 따른 평균조직깊이(MTD)가 품질관리기준의 범위를 충족하는 것으로 나타났다.
또한, 표 3에서 확인되듯 골재의 노출도(EAN)도 평균조직깊이의 측정결과와 동일하게 12시간에서 14시간에서는 품질관리기준(평균 40개/25㎠)을 만족하지 못하였으며, 16시간 이후에는 품질관리기준을 충족하였다.
따라서, 본 발명에서는 이상적인 조건으로서 콘크리트 양생에 최적화된 온도와 습도 및 기후 조건을 바탕으로, 품질관리기준으로서 평균조직깊이(MTD)와 골재의 노출도(EAN)를 모두 만족할 수 있는 골재 노출시기가 16 시간 이후 라는 점에 착안하였으며, 해당 시기의 하부 콘크리트의 탄성계수는 13.0GPa 로 발현되는 바, 본 발명의 골재 노출시기 선정방법(SM)은 응결지연제 살포 후 하부 콘크리트의 탄성계수가 13.0GPa에 도달한 시점으로 선정함이 바람직한 것으로 도출하였다.
한편, 골재 노출 콘크리트 포장에 있어서, 평균조직깊이(MTD)가 1.4mm 이상이 확보된 경우에 구조적으로 이상적인 노면 조직이 확보되는 것으로 알려진 바, 동일한 방식으로 해당 시기의 하부 콘크리트의 탄성계수를 산정하면 22.0GPa 내외인 것으로 도출되었다. 따라서, 본 발명의 골재 노출시기 선정방법(SM)은 응결지연제 살포 후 하부 콘크리트의 탄성계수가 22.0GPa 이상 도달한 시점으로 선정함이 더욱 바람직하다.
또한, 품질관리기준으로서 평균조직깊이(MTD)와 골재의 노출도(EAN)를 모두 만족하는 최소한의 하부 콘크리트의 탄성계수로서 13.0GPa의 수치는 응결지연제의 살포량 내지 희석 농도와는 무관하게 적정 기준치로 적용될 수 있음이 도출되었다.
이로써, 본 발명의 골재 노출시기 선정방법(SM)은 현장에 발현된 하부 콘크리트의 탄성계수를 바탕으로 골재 노출시기를 선정하므로 현장 여건에 따른 오차의 발생이 없도록 골재 노출작업의 시점을 정량적으로 결정할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 골재 노출시기 선정을 통한 고기능성 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법(CM)은 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.
CM:골재노출 콘크리트 포장 시공방법
S100:콘크리트 배합단계 S200:콘크리트 타설단계
S300:응결지연제 살포단계 S400:노출시기 선정단계
S500:골재 노출단계
SM:골재 노출시기 선정방법

Claims (6)

  1. 시멘트, 입경 4.75 mm 미만의 잔골재 및 입경 4.75 mm 내지 10mm의 굵은 골재만을 포함하되, 잔골재율(S/a)이 27 내지 40%의 범위를 만족하도록 배합하여 콘크리트 조성물을 제작하는 콘크리트 배합단계(S100);
    배합된 콘크리트 조성물을 현장에 타설하고 콘크리트의 표면을 정리하는 콘크리트 타설단계(S200);
    상기 콘크리트 표면에 응결지연제를 살포하여 상부 콘크리트의 경화속도를 지연시키는 응결지연제 살포단계(S300);
    하부 콘크리트의 강도가 일정 수준으로 발현되면 골재의 노출시 상부 콘크리트의 굳지 않은 모르타르는 제거되고, 상부층에 존재하는 굵은 골재가 하부 콘크리트와 부착되어 노출되도록 응결지연제 살포 후 시간의 경과에 따라 콘크리트 포장의 경화도를 분석하기 위하여 초음파를 이용하여 하부 콘크리트의 탄성계수를 측정함으로써, 소음저감 효과 및 미끄럼저항성을 확보할 수 있는 노면조직의 구현이 가능한 골재노출 시기를 표면으로부터 깊이 3mm 지점의 하부 콘크리트의 탄성계수가 적어도 13.0GPa에 도달한 시점을 골재 노출시기로 선정하는 노출시기 선정단계(S400); 및
    선정된 노출시기에 골재 노출장비를 이용하여 콘크리트의 표면에 평균조직깊이(MTD)는 1.2 ± 0.5mm의 범위를 만족하도록 하고, 골재의 평균 노출도와 노면의 평균 파장 길이는 선형적인 관계를 지니므로 상기 평균 파장 길이가 4.3mm 이하의 범위로 형성되도록 상기 평균 노출도(EAN)가 49 이상으로 구현되도록 적어도 43시간 이내에 골재를 노출시키는 골재 노출단계(S500);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 골재 노출시기 선정을 통한 고기능성 소입경 골재노출 콘크리트 포장 시공방법.
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