KR20050032553A - 폴리머 콘크리트를 이용한 기존 아스팔트 포장의 박층덧씌우기 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상대적으로 건전한 지지력을 가지고 있는 기존 아스팔트 층을 보조기층으로 사용하며, 좁은 줄눈간격과 중립축의 하향을 통하여 하중에 의한 하부 인장 응력을 감소시켜 압축만을 받도록 하는 구조의 ultra-thin whitetopping 공법을 응용하되, 상부에 포설되는 콘크리트를 일반 콘크리트가 아닌 조기 경화가 가능하고 연성적인 특성을 가지는 폴리머 콘크리트를 사용함으로서, 조기 교통개방과 균열에 대한 저항성 증진 및 두께를 현저히 감소시킬 수 있는 폴리머 콘크리트를 이용한 기존 아스팔트 포장의 덧씌우기 공법으로, 기존 아스팔트를 제거하는 밀링작업과 표면을 청소하여 대상물 표면의 이물질이 제거되도록 다듬질하고 건조하는 표면처리단계와; 상기 표면처리단계를 진행한 후, 프라임코트 레진과 반응개시제 및 반응촉진제가 배합된 프라임코트 혼합물을 상기 대상물 표면에 도포하는 프라임코트 도포단계와; 폴리머 레진 바인더 및 반응촉진제와 반응개시제를 골재와 배합하는 배합단계와; 상기 배합단계에서 배합된 배합물을 상기 프라임코트 도포층의 상면에 포설하는 포설단계와; 상기 포설단계를 진행한 후, 포설된 배합물을 다짐하고 타이닝 등의 표면 마무리를 하는 표면마감 및 타이닝단계와; 상기 표면마무리 단계 및 양생이 어느 정도 진행된 후, 좁은 간격의 줄눈 설치로 중립축을 하향시켜 교통하중에 의한 하부 인장응력을 감소시켜 압축만을 받도록 하기 위한 폴리머콘크리트 포장면의 컷팅단계와; 표면청소 및 교통개방단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 기존 아스팔트 포장체의 덧씌우기 시공방법에 관한 것이다.

Description

폴리머 콘크리트를 이용한 기존 아스팔트 포장의 박층 덧씌우기 공법{Ultra-Thin Polymer Topping}

국내의 경우 고속국도의 약 40%, 그리고 일반국도의 약 98%가 아스팔트 포장으로 구성되어 있다. 그러나 아스팔트 포장은 러팅(rutting)과 피로균열이 주요 파손형태이며, 이중에서도 러팅을 포함한 영구변형이 전체 파손의 약 75%를 차지하고 있어, 매년 막대한 비용이 아스팔트 포장의 유지보수에 사용되고 있다. 러팅이란 일종의 소형변형으로, 여름철 고온에서 아스팔트의 점도가 감소한 상태에서 포장체에 가해지는 반복 교통하중에 의하여 상하 또는 좌우로 발생하는 영구변형으로 공극율, 교통조건을 고려치 않은 아스팔트 선정, 시공불량, 교통하중 과다 등의 요인에 의하여 주로 발생되며 국내 아스팔트 포장도로의 가장 큰 문제점이다. 주로 과적차량이 많이 다니는 공업단지 항만 주변과 주변정체가 잦은 도심지 교차로 구간에 많이 발생한다.

국내의 경우 아스팔트 포장에 이러한 영구변형이 발생된 경우에는 일반적으로

동일한 성분의 아스팔트 덧씌우기를 실시하고 있으나, 덧씌우기 포장의 평균 수명은 채 5년이 되지 않은 것으로 보고되고 있으며 일부 중차량통행 구간의 경우 1년이 지나지 않아 러팅이 다시 발생함으로 인해 근본적인 해결책이 필요한 시점이다.

많은 국내 연구들은 아스팔트 포장의 주요 파손형태인 러팅(Rutting)과 피로균열에 효율적으로 대응하기 위해 골재 입도 변경이나 개질 바인더 등을 이용하는 것을 제시하고 있다. 그러나, 아스팔트 포장의 점탄성으로 인해 고온과 정지하중에 치명적인 약점을 피할 수 없고, 일부 특수아스팔트의 경우 비용이 높기 때문에 아직까지는 비용효과적인 측면에서 의심이 가는 공법도 일부 적용되고 있다. 따라서 중하중 교통노선이나 파손이 잦아 공용수명이 짧은 아스팔트 포장에 콘크리트로 덧씌우기를 시공할 수 있다면, 재료가 가지는 균열 저항성, 환경 안전성, 높은 내구성 등으로 포장 수명이 연장될 것이다. 더 나아가 재포장 횟수를 감소시키므로 교통지체와 폐기물의 배출량이 감소되므로 친환경적 차원에서도 긍정적이다. 이러한 배경에서 반복적인 러팅과 피로균열이 발생하는 아스팔트 포장에 대한 효과적인 유지보수공법으로 Whitetopping이 도입되었다.

국외의 경우 러팅이나 균열이 심한 아스팔트 포장에 공용성이 좋은 것으로 알려져 있는 Whitetopping 또는 Ultra-thin whitetopping(이하 UTW)공법을 많이 적용하고 있으며, 최근 국내에서도 도입적용이 시도되고 있는 실정이다. 화이트타핑(Whitetopping)이란 아스팔트 기존 포장층에 콘크리트 덧씌우기를 시행하는 것을 통칭하는데, 1980년대에 들어서면서 100-200mm 사이의 thin whitetopping과 100mm 이하의 UTW로 개념이 정립되어 오고 있다(도 1 참조). 구조적 거동측면에서 UTW는 콘크리트와 아스팔트의 부착에 따라 중립축이 하강하며 이에 따라 콘크리트에 인장응력이 감소한다는 이론에 근거하고 있다. 다시 말해서, 기존 아스팔트층 위에 얇은 콘크리트재료를 덧씌우고 짧은 줄눈 간격을 사용함으로서 인장응력을 줄일 수 있다는 가정에서 출발한다. 즉 아스팔트 층과 콘크리트 재료가 밀착되어 복합거동을 함으로써 중립축의 하향을 유도해 콘크리트포장에서 발생하는 응력을 최소화 하여 중하중 교통량이 많은 지역 등에 효과적으로 적용할 수 있다. 도 2에서 나타낸 바와 같이 화이트타핑의 구조로는 콘크리트 포장에서의 보조기층 대신 보다 강한 지지력을 가지고 있는 기존 아스팔트 층을 보조기층으로 사용하는 것으로, 일반적인 6m의 긴 슬래브에 교통하중에 의한 상부 압축과 하부의 높은 인장응력을 받는 형태에서 좁은 줄눈간격과 중립축의 하향을 통하여 하중에 의한 하부 인장 응력을 감소시키는데 있다.

UTW는 적절하게 사용할 경우 많은 양의 유지보수 비용을 절감할 수 있으나, 콘크리트와 아스팔트 층으로 구성되는 UTW는 복합거동을 하므로, 아스팔트 두께와 기존의 파손정도가 포장의 거동과 공용성에 영향을 미칠 수 있으며, 모서리부 균열, 중앙부 균열, 반사균열 등의 문제가 발생될 수 있다. 또한 일반 콘크리트는 양생을 위하여 상당한 시일이 요구되므로 교통통제에 따른 교통 혼잡과 사용자 비용이 급상승 할 수 있는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 조기강도 발현이 가능한 조강 시멘트를 도입하여 시공을 실시하고 있으나, 이는 대규모 공사시 사용이 불편하고, 적절한 장비운영이 불편하며 재료비용이 증가하는 문제점이 있어 대보수용 조기 교통개방이 가능한 덧씌우기 재료개발이 시급한 상황이다.

폴리머 콘크리트는 기존의 시멘트 콘크리트와는 달리 폴리머가 구조적인 역할을 담당하는 콘크리트로서, 폴리머 콘크리트 중에서도 바인더로 사용되는 일반적인 재료는 다음과 같은 것이 있다.

폴리머 결합제	열경화성 수지	불포화 폴리에스터(UP)
		에폭시(EP)
		후란(FR)
		폴리우레탄(PUR)
		페놀(PH)
	타아르 변성 수지	타아르 에폭시
		타아르 우레탄
	아스팔트	-
	변성 아스팔트	에폭시 아스팔트
		고무 아스팔트
	비닐 모노어	메칠 메타클레이트(MMA)
		스티렌(ST)

여기서 사용되는 폴리머 콘크리트는 기존의 시멘트 콘크리트와 달리 시멘트와 물이 전혀 사용되지 않고 액체상태의 폴리머 레진을 바인더로 사용하는 것이다. 필요에 따라 적정량의 반응개시제 및 반응촉진제를 첨가하여 경화시킴으로서 휨강도 및 인장강도가 보통 시멘트 콘크리트에 비해 현저하게 개선 향상되며, 조기에 고강도를 발현하기 때문에 양생시간이 짧아 급속 시공이 가능하다. 또한, 재료에 따라서는 고강도이면서도 연성적인 성질을 확보하고 있어 균열에 대한 저항성이 높은 특징을 가지며, 동결융해저항성, 내마모성, 화학적 침식 저항성 및 불투수성 등의 우수한 특성이 있다.

본 발명은 상기에 언급한 바와 같이 강한 지지력을 가지고 있는 기존 아스팔트 층을 보조기층으로 사용하며, 좁은 줄눈간격과 중립축의 하향을 통하여 하중에 의한 하부 인장 응력을 감소시켜 압축만을 받도록 하는 구조의 Ultra-thin whitetopping 공법을 응용하되, 상부에 포설되는 콘크리트를 일반 콘크리트가 아닌 조기경화가 가능하고 연성적인 특성을 가지는 폴리머 콘크리트를 사용함으로서, 조기 교통개방과 균열에 대한 저항성 증진 및 두께를 현저히 감소시킬 수 있는 폴리머 콘크리트를 이용한 기존 아스팔트 포장의 덧씌우기 공법을 제공하는데 그 목적이 있다

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 시공방법은, 기존 아스팔트를 제거하는 밀링작업과 표면을 청소하여 대상물 표면의 이물질이 제거되도록 다듬질하고 건조하는 표면처리단계와; 상기 표면처리단계를 진행한 후, 프라임코트 레진과 반응개시제 및 반응촉진제가 배합된 프라임코트 혼합물을 상기 대상물 표면에 도포하는 프라임코트 도포단계와; 폴리머 레진 바인더 및 반응촉진제와 반응개시제를 골재와 배합하는 배합단계와; 상기 배합단계에서 배합된 배합물을 상기 프라임코트 도포층의 상면에 포설하는 포설단계와; 상기 포설단계를 진행한 후, 포설된 배합물을 다짐하고 타이닝 등의 표면 마무리를 하는 표면마감 및 타이닝단계와; 상기 표면마무리 단계 및 양생이 어느 정도 진행된 후, 좁은 줄눈의 설치로 중립축을 하향시켜 교통하중에 의한 하부 인장응력을 감소시켜 압축만을 받도록 하기 위한 폴리머콘크리트 포장면의 컷팅단계와; 표면청소 및 교통개방단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 포장체 시공방법의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 3은 폴리머 콘크리트를 이용한 기존 아스팔트 포장의 덧씌우기 포장시공단계를 나타낸 공정도이다.

본 발명에 의한 포장체 시공방법은, 기존 아스팔트를 제거하는 밀링작업과 표면을 청소하여 대상물 표면의 이물질이 제거되도록 다듬질하고 건조하는 표면처리단계(S100)와; 상기 표면처리단계(S100)를 진행한 후, 프라임코트 레진과 반응개시제 및 반응촉진제의 혼합물을 대상물 표면에 도포하는 프라임코트 도포단계(S200)와; 폴리머 레진 바인더 및 반응개시제와 반응촉진제를 골재와 배합하는 배합단계(S300)와; 상기 배합단계(S300)에서 배합된 배합물을 소정 시간 이내에 상기 대상물에 포설하는 포설단계(S400)와; 상기 포설단계(S400)를 진행한 후, 포설된 배합물을 다짐하고 타이닝 등의 표면 마무리를 하는 표면마감 타이닝단계(S500)와; 상기 표면마무리 단계 및 양생이 어느 정도 진행된 후, 좁은 줄눈의 설치로 중립축을 하향시켜 교통하중에 의한 하부 인장응력을 감소시켜 압축만을 받도록 하기 위한 폴리머콘크리트 포장면의 컷팅단계(S600)와; 표면청소(S700) 및 교통개방단계(S800)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 표면처리단계(S100)를 진행하는 이유는 기존 아스팔트의 일부를 제거하고 상기 배합물의 표면에서 이물질을 제거하여 접착력을 증대시키기 위함이다.

그리고, 상기 프라임코트 도포단계(S200)에서는 프라임코트 레진과 반응개시제 및 반응촉진제의 혼합물을 대상물의 표면에 가하여 흡착시킴으로서 대상물의 표면과 폴리머 콘크리트 사이의 접착력을 증대시키는 것을 목적으로 한다.

상기 프라임코트 단계에서 프라임코트 레진은 대상물의 표면을 완전히 덮을 수 있는 정도로 충분한 양을 도포해주어야 한다.

이때, 프라임코트 레진의 경화를 위하여 반응개시제(경화제) 및 반응촉진제를 첨가하게 되는데, 이 반응개시제 및 반응촉진제의 첨가량은 프라임코트 레진의 중량 100%에 대하여 각각 0.1% 내지 5% 첨가한다.

여기서, 상기 반응개시제 및 반응촉진제의 첨가량은 대상물의 표면온도에 따라 증가 혹은 감소시킬 수 있음은 물론이다.

그리고, 상기 배합단계(S300)에서는 폴리머 레진 바인더 및 반응개시제와 반응촉진제를 골재와 함께 기계식 또는 연속식 믹서기 등을 사용하여 완전히 섞어야 한다.

상기 배합단계(S300)에 있어서, 폴리머 콘크리트를 구성하기 위하여 폴리에스터 레진 바인더를 사용하는 경우에는 건조된 골재의 중량 100%에 대하여 폴리에스터 레진을 8% 내지 16%정도 사용하며 배합한다. 그리고, 상기 반응개시제와 반응촉진제의 양은 상기 폴리에스터 레진 바인더의 중량 100%에 대하여 각각 0.1% 내지 5%로 사용한다. 이때, 대기온도와 대상물의 표면온도 및 골재의 조립율에 따라 상기 폴리에스터 레진 바인더와 반응개시제 및 반응촉진제의 첨가량을 적절히 증가 혹은 감소시킬 수 있음은 물론이다.

여기서, 상기 포설단계(S400)를 실시하기 전에 상기 프라임코트 도포단계를 실시한 후에는 대상물의 표면에 프라임코트 레진이 충분히 흡착할 수 있도록 대략 15분 이상 경과한 후에 상기 포설 단계(S400)를 진행한다.

한편, 본 발명은 상기 표면처리단계(S100)와 상기 프라임코트 도포단계(S200)의 사이에 상기 대상물의 표면이 건조상태를 유지하도록 건조시키는 건조단계(S110)를 더 포함한다.

여기서, 상기 건조단계(S110)를 진행하는 이유는 후술하는 도포단계를 진행할 때 대상물의 표면과 배합물의 접착력이 수분으로 인하여 약화되지 않도록 하기 위해서이다.

여기서, 상기 포설단계(S400)에서 진행되는 배합물은 상기 프라임코트 도포단계(S200)에 의해 진행된 대상물의 표면에 도포된 프라임코트의 상면에 포설된다.

다음으로, 상기 포설단계(S400)를 진행한 후, 포설된 배합물을 다짐하고 타이닝 등의 표면 마무리를 하는 표면마감 및 타이닝단계(S500)를 진행한다.

본 발명은 상기 다짐단계(S500)를 진행한 후, 배합물의 표면에 미끄럼방지 줄눈을 만들거나 모래를 살포하여 적정한 미끄럼저항을 확보하기 위한 표면 거칠기를 조정하는 표면 거칠기 조정단계(S510)를 더 포함하여 진행할 수도 있다.

여기서, 상기 표면 거칠기 조정단계(S510)를 진행하는 이유는 표면조도와 미끄럼 저항, 평탄성 그리고 마찰계수 등의 관련 규정을 만족시키기 위함이다.

본 발명은 상기 표면 거칠기 조정단계(S510)를 진행한 후, 폴리머 콘크리트가 경화하는 동안 차량 통행과 수분의 유입을 금지시켜 양생하는 양생단계(S520)를 포함하여 진행할 수도 있다.

여기서, 상기 양생단계(S520)에서 차량 통행 금지시간은 대기온도와 노면온도, 일조량 등에 따라 달라지지만 대략 30분 내지 4시간으로 함이 바람직하다.

본 발명은 폴리머 콘크리트 덧씌우기가 어느 정도 양생이 이루어진 후에는, 좁은 줄눈의 설치로 중립축을 하향시켜 교통하중에 의한 하부 인장응력을 감소시켜 압축만을 받도록 하기 위한 폴리머콘크리트 포장면의 컷팅단계(S600)를 실시하게 되며, 통상적으로 다이아몬드 소우(Diamond saw)등을 이용한다. 이제까지 설명한 본 발명의 대상물은, 포장체인 아스팔트가 포장된 도로의 상부에 실시하는 것이다.

폴리머 콘크리트는 휨강도, 압축강도 및 인장강도가 보통 시멘트 콘크리트에 비해 현저하게 개선 향상되며, 조기에 고강도를 발현하기 때문에 양생시간이 짧아 급속 시공이 가능하다. 또한 재료에 따라서는 고강도이면서도 연성적인 성질을 확보하고 있어 균열에 대한 저항성이 높은 특징을 가지며, 동결융해저항성, 내마모성, 화학적 침식 저항성 및 불투수성 등의 우수한 특징이 있다.

본 발명은 상기에 언급한 바와 같이 강한 지지력을 가지고 있는 기존 아스팔트 층을 보조기층으로 사용하며, 좁은 줄눈과 중립축의 하향을 통하여 하중에 의한 하부 인장 응력을 감소시켜 압축만을 받도록 하는 구조의 Ultra-thin whitetopping 공법을 응용하되, 상부에 포설되는 콘크리트를 일반 콘크리트가 아닌 조기경화가 가능하고 연성적인 특성을 가지는 폴리머 콘크리트를 사용함으로서, 조기 교통개방과 균열에 대한 저항성 증진 및 두께를 현저히 감소시킬 수 있는 폴리머 콘크리트를 이용한 기존 아스팔트 포장의 덧씌우기 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 포장체 시공방법에 따르면, 단시간에 걸쳐 보수 공사를 실시할 수 있어 교통통제에 소요되는 시간을 최소로 줄여 도로이용자에게 가해지는 불편을 해소할 수 있으며, 보수 공사 후 시간이 경과하여도 신규 균열 및 소성변형의 발생을 최대한 억제하고 탁월한 내구성과 부착력을 유지하여 포장의 수명을 늘림으로서 유지관리 비용을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 배합물의 구성 요소인 레진과 반응촉진제 및 반응개시제의 양과 혼합비율을 적절히 조절하여 경화 시간을 조절할 수 있어 어떤 기후 조건에서도 사용 가능하며, 주야에 관계없이 단시간에 걸쳐 양생이 가능하다. 그리하여, 본 발명은 교통량이 많은 도로 여건에서도 비교적 통행차량이 적은 새벽 시간을 이용하여 공사한 후, 아침에 바로 교통 개방할 수 있다.

도 1은 두께에 따른 화이트타핑의 분류를 도시한 것

도 2는 Ultra-thin whitetopping의 개념을 설명하기 위한 구조

도 3은 본 발명의 폴리머 콘크리트를 이용한 기존 아스팔트 포장의 덧씌우기 공법의 시공 공정도

Claims (7)

1. 기존 아스팔트를 제거하는 밀링작업과 표면을 청소하여 대상물 표면의 이물질이 제거되도록 다듬질하고 건조하는 표면처리단계와; 상기 표면처리단계를 진행한 후, 프라임코트 레진과 반응개시제 및 반응촉진제가 배합된 프라임코트 혼합물을 상기 대상물 표면에 도포하는 프라임코트 도포단계와; 폴리머 레진 바인더 및 반응촉진제와 반응개시제를 골재와 배합하는 배합단계와; 상기 배합단계에서 배합된 배합물을 상기 프라임코트 도포층의 상면에 포설하는 포설단계와; 상기 포설단계를 진행한 후, 포설된 배합물을 다짐하고 타이닝 등의 표면 마무리를 하는 표면마감 및 타이닝단계와; 상기 표면마무리 단계 및 양생이 어느 정도 진행된 후, 좁은 간격의 줄눈 설치로 중립축을 하향시켜 교통하중에 의한 하부 인장응력을 감소시켜 압축만을 받도록 하기 위한 폴리머콘크리트 포장면의 컷팅단계와; 표면청소 및 교통개방단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 기존 아스팔트 포장체의 덧씌우기 시공방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 표면처리 단계와 상기 도포단계의 사이에 상기 대상물의 표면이 건조상태를 유지하도록 건조시키는 건조단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기존 아스팔트 포장체의 덧씌우기 시공방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 다짐단계를 진행한 후, 배합물의 표면에 미끄럼방지 줄눈을 두거나 모래를 살포하여 미끄럼저항을 확보하기 위한 표면 거칠기를 조정하는 표면거칠기 조정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기존 아스팔트 포장체의 덧씌우기 시공공법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 표면거칠기 조정단계를 진행한 후, 소정 시간 동안 차량 통행과 수분의 유입을 금지시켜 양생하는 양생단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기존 아스팔트 포장체의 덧씌우기 시공방법.
5. 제 4항에 있어서, 양생단계 중 차량 통행 금지시간은 30분 내지 4시간인 것을 특징으로 하는 기존 아스팔트 포장체의 덧씌우기 시공방법.
6. 제 1항에 있어서, 상기 프라임코트 도포단계에서, 상기 반응개시제 및 반응촉진제의 첨가량은 상기 프라임코트 레진의 중량 100%에 대하여 각각 0.1% 내지 5%인 것을 특징으로 하는 기존 아스팔트 포장체의 덧씌우기 시공방법.
7. 제 1항에 있어서, 상기 배합단계에서, 폴리에스터를 바인더로 사용하는 폴리머 콘크리트의 경우에 상기 폴리에스터 레진 바인더의 양은 건조된 상기 골재의 중량 100%에 대하여 8% 내지 16%이고, 상기 반응개시제와 반응촉진제의 양은 상기 폴리에스터 레진 바인더의 중량 100%에 대하여 각각 0.1% 내지 5%인 것을 특징으로 하는 기존 아스팔트 포장체의 덧씌우기 시공방법.