김 성 호 | 대림산업(주) 고군산연결도로 2공구현장 공사팀장

김 성 호 | 대림산업(주) 고군산연결도로 2공구현장 공사팀장

위 재 옥 | 대림산업(주) 고군산연결도로 2공구현장 품질실장

박 용 훈 | 대림산업(주) 고군산연결도로 2공구현장 현장소장

1. 개 요

‘고군산군도 연결도로 2공구 사업’의 일환인 단등 교는 전라북도 군산시 신시도와 단등도를 연결하는 국내 최초 1주탑 1경간 타정식의 현수교로서 400m

의 경간장을 가지고 있다. 전체 폭원은 18m로 DB- 24 및 DL-24 하중을 지지하도록 설계되었으며 차 량통행을 위한 2차선도로와 자전거도로가 설치되었 다. 2010년 공사를 시작한 단등교는 주탑과 앵커리 지 등의 구조물 공사를 2013년 7월 완료하였으며

단등교 에폭시 아스팔트 포장 시공사례

그림 1. 단등교 전경

2014년 2월 케이블 가설 종료 후 2014년 7월 보강 형의 가설을 완료하였다. 이후 보강형의 보수도장 작업이 종료된 후 2015년 9월 50mm 두께의 에폭시 아스팔트를 적용하여 교면포장작업을 완료하였으며, 본 기사에서는 이러한 단등교의 강상판에 적용된 에 폭시 아스팔트 포장에 대한 시공사례와 중점관리 사 항에 대하여 기술하고자 한다.

2. 에폭시 아스팔트 포장

2.1 에폭시 아스팔트 특징

단등교 강상판 포장에 적용된 에폭시 아스팔트는 제트기 출발 시 발생하는 엔진 분사열에 저항할 수 있는 특수 포장 재료로 1950년대 말 미국의 Shell 석유회사에 의해 최초로 개발되었다. 에폭시 아스팔 트는 강력한 열경화성 재료로서 아스팔트 혼합물에

에폭시 수지를 포함한 A재와 에폭시 경화재인 B재 의 2가지 성분으로 구성된다. 즉, 에폭시 아스팔트 는 폴리머 콘크리트로 가열한 고품질 표준 아스팔트 혼합물에 에폭시 아스팔트 바인더를 혼합한 것으로 볼 수 있다. 이와 같은 에폭시 아스팔트 포장은 일반 아스팔트 포장에 비해 얇은 두께로 시공이 가능하므 로 교량 자체의 하중을 줄일 수 있고 소성변형 및 피 로균열에 대하여 큰 저항성을 가지므로 미국, 중국 등에 건설되는 장대교량에 다수 적용되고 있다.

2.2 단등교 포장 설계 현황

국내의 여름과 겨울 날씨를 고려하면 극심한 더위 와 영하 이하의 극한 추위에 견딜 수 있는 포장 재료 선택이 무엇보다 중요하다고 할 수 있다. 아스팔트, 변형 아스팔트, 매스틱 아스팔트 등 기존의 아스팔 트를 사용한 강상판 포장에서 피로균열이나 탈리 현 상과 같은 문제점이 많이 발생한다는 점을 고려하여 단등교의 포장형식은 이를 극복할 수 있는 에폭시 아스팔트 포장으로 선정하였다. 단등교 에폭시 아스 팔트는 그림 3과 같이 25mm 레벨층과 25mm 표층 으로 구성하여 총 50mm 포장을 적용하였다.

2.3 국내 적용 현황

현재 국내의 장대교량에 시공된 에폭시 아스팔트 포장은 이순신대교, 울산대교, 단등교 총 3곳이다.

국내에서 최초로 에폭시 아스팔트 포장을 시공한 이

그림 2. 단등교 포장 완료

그림 3. 에폭시 아스팔트 포장 구성

순신대교는 중국 Ningwu Chemical사 제품을 사용 하였으며, 울산대교와 단등교가 미국 Chemco사 제 품을 사용하였다. 각 회사별 재료 구성, 배합 비율, 생산 설비, 시공법은 상이하지만 에폭시 아스팔트 포장의 혼합물, 온도, 시공 관리 방안은 유사하다고 할 수 있다.

3. 배합설계

아스팔트 혼합물 생산 전에 배합설계를 수행하여 야 하며 배합설계는 실내배합설계, 골재 유출량시 험, 현장배합설계, 시험생산 등으로 구성된다.

3.1 배합설계 순서

배합설계는 그림 4와 같은 순서에 의해 먼저 실내 배합을 통하여 혼합물의 공극률과 포화도를 산정하

며, 마샬 안정도 시험을 통해 안정도 및 흐름값을 구 한 결과를 바탕으로 최적의 에폭시 아스팔트 함량을 결정하여야 한다. 이후 골재 유출량 시험으로 콜드 빈 피더 모터 속도에 따른 골재 유출량을 결정하였 다. 최종적으로 핫빈 골재를 이용한 현장배합설계로 플랜트의 혼합여건에 맞게 골재 합성입도, 최적 아 스팔트 함량, 공시체의 마샬안정도 측정 시험을 수 행하였다.

3.2 배합설계 중점관리사항

실내배합 및 현장배합설계 과정에서 중점 관리가 필요한 사항을 정리하면 다음과 같다.

(1) 우수한 아스팔트 혼합물 생산을 위해서는 혼합 물에 사용되는 골재의 품질 상태가 매우 중요한 요 소이다. 골재는 아스팔트 혼합물 중량의 약 90% 이 상을 차지하며, 대부분이 석산에서 생산되는 쇄석골 재를 사용하므로 석산의 골재관리가 중요하다. 에폭 시 아스팔트 포장 두께가 25mm이므로 굵은 골재는 10mm 이하, 편장석 비율 10% 이하, 1등급 단립도 골재를 반드시 적용하여야 한다. 특히 10mm 이하 굵은 골재를 생산하는 석산이 적어 골재원 확보가 매우 어려운 현실이므로 공사 계획 수립 시 골재원 에 대한 사전 조사, 골재 생산 비용 상승, 운반비 상 승에 대한 반영이 요구된다.

(2) 보통의 아스팔트는 한 종류의 AP만을 사용하여 배합설계를 진행하나 에폭시 아스팔트는 PART A, PART B의 가열온도가 다른 2가지 타입을 혼합하여 배합설계를 진행한다. 이에 따라 혼합 시 각 재료의 온 도가 배합설계 결과에 미치는 영향이 크므로 배합설계 시 골재, PART A, PART B를 별도로 가열할 수 있는 건조로를 확보하여 각 재료의 기준온도에서 배합설계 를 하는 것이 중요하다.

(3) 현재 국내 플랜트에 설치되어 있는 핫 스크린의 최소 치수는 대부분 6mm이며 에폭시 아스팔트 합성 입도에서 6mm 이하 골재가 차지하는 비율은 약

그림 4. 실내 배합설계 순서도

60%이다. 따라서 6mm 이하 골재의 입도관리를 위해 서는 3.5mm의 핫 스크린을 추가로 설치하고 생산하 여야 한다. 단등교 포장의 경우 1빈의 경우 3.5mm 이 하, 2빈의 경우 3.5~5mm, 3빈의 경우 5~13mm 스 크린을 적용하였다.

4. 시험포장

배합설계 후에는 시험포장을 통해 포설두께와 다 짐방법 등을 결정하고 본시공을 실시한다. 시험생산 을 통해 아스팔트 플랜트에서 아스팔트 혼합물의 품 질을 미리 확인하고 현장배합 입도와 아스팔트 함 량, 공극률 등의 품질 기준을 결정하기 위해 현장시 공 전 시험포장을 실시하였다.

4.1 시험포장 개요

에폭시 아스팔트 포장을 시공한 이순신대교 및 울 산대교의 시험포장 결과보고서를 참고하여 당 현장에 서 필요로 하는 시험포장 방법을 결정하였다. 레벨층 및 표층 포설두께가 25mm일 경우 포설두께는 대략 30~32mm로 산정된 바, 당 현장에서는 표 1과 같이 30, 35mm 포설두께에 대한 시험포장을 수행하였다.

다짐 횟수는 4회를 기준으로 하여 레벨층 및 표층의 다짐장비 조합에 대하여 시험포장을 실시하였다.

4.2 플랜트 및 포장장비 점검

『아스팔트 혼합물 생산 및 시공 지침(2014, 국토 교통부)』에 제시된 절차에 따라 플랜트 및 포장장비 를 점검하였다. 특히, 시험포장에 적용하는 아스팔 트 플랜트와 포장장비는 본포장에 적용하는 것과 동 일하여야 하며, 시험포장 전에 다짐장비를 계근하여 중량의 적합여부를 검토하는 것이 중요하다. 또한 에폭시 아스팔트 포장의 경우 일반 포장에 비하여 큰 중량을 가지는 다짐장비가 요구되나 필요로 하는 중량의 장비를 보유한 업체의 수가 많지 않으므로 이를 반영하여 시공계획을 작성하여야 한다.

4.3 시험포장 시공 및 결과

플랜트에서는 아스팔트 생산 시 혼합물 생산온도, 시료 채취를 통한 현장배합설계 기준 만족 여부를 확인하고 현장에서는 포설두께와 다짐횟수 변화에 따른 포장의 두께와 밀도 변화를 분석하여 다짐장비 의 조합에 맞게 레벨층 및 표층의 포설두께 및 다짐 횟수를 그림 5와 같이 산정하였다. 레벨층의 경우 포설두께는 31mm이나 안전성을 고려하여 32mm로 결정하였으며, 표층의 경우 포설두께는 30mm이나 안전성을 고려하여 31mm로 결정하였다. 또한 다짐 횟수는 그림 6과 같이 비파괴 현장밀도 측정기를 이 용하여 산정하였으며 기준 밀도 2.415g/cm

의 경우 다짐률 98%에 대한 다짐횟수는 3.1회로 산정되었 으나 안전성을 고려하여 최종 다짐횟수를 4회로 결 정하였다. 최종적으로 비파괴 현장밀도 측정기를 이 용하여 측정한 동일 장소에서 현장 코어를 채취하여 밀도 및 두께 측정을 재평가하였다.

표 1. 시험포장 개요 (a) 시험포장 현황

구 분 혼합물 종류

포장 두께

연장 (m)

폭 (m)

면적 (㎡)

포설량 (ton) 비 고 단등교

교면포장 에폭시 아스팔트 콘크리트

5cm 35 3.5 123 20

설계 포장 두께 : 2.5cm×2회

(b) 시험 포설두께

구 분 1구간 2구간

레벨층 3cm 3.5cm

표 층 3cm 3.5cm

(c) 다짐횟수

구 분 다짐장비 조합 다짐횟수

레벨층 타이어 - 텐덤 - 타이어 4회

표 층 텐덤 - 타이어 - 텐덤 4회

4.4 시험포장 중점관리사항

시험포장 과정에서 중요한 관리사항을 정리하면 다음과 같다.

(1) 에폭시 아스팔트 포장에 적용하는 다짐장비는 일반 아스팔트 포장에 적용하는 장비에 비해 중량이 매우 커 다짐장비를 확보하는 것이 쉽지 않다. 따라 서 시험포장 후 본포장까지 다짐장비가 변경되지 않 도록 공정 및 비용 관리를 수행하여야 한다.

(2) Chemco System의 본드코트 살포는 인력에 의 해서 수행됨에 따라 시방 기준에 맞게 살포하는 것 이 매우 어려운 일이다. 시험시공 시 작업자의 숙련 도가 향상될 수 있도록 수차례 작업을 진행하여야 하며, 본 시공 시에는 숙련자에 의해서만 도포할 수 있도록 관리하여야 한다. 또한 단부 살포 시에는 시 방 기준을 초과하지 않도록 레이크(Rake)를 이용하 여 과대 살포 부분을 펼쳐주어야 한다.

(3) 현장밀도 측정 시 사용되는 비파괴 현장밀도 측 정기는 다짐 중에도 포장면의 밀도를 즉시 측정할 수 있으므로 현장 다짐관리에 유용하다. 시험포장 시에 는 콘크리트 상면에 포장하므로 밀도를 측정할 수 있 지만 본포장 시에는 강상판 상면에 포장하므로 밀도 측정이 불가능하였다. 따라서 본포장 시에는 다짐 횟 수 관리자를 별도로 선정, 배치하여 기준 다짐횟수 이상 다짐되도록 관리하여야 하며 포장 완성면에서 임의로 최소한 3개소에서 코어를 채취하여 다짐도, 포장 공극률, 다짐두께 등을 측정하여야 한다.

5. 본포장

시험포장에서 결정된 시공장비, 포설두께, 다짐횟 수 등의 포장시공 공정과 시공방법을 동일하게 적용 하였다.

5.1 본포장 시공과정

본포장은 그림 7과 같이 강상판 청소 및 블라스팅

(a) 레벨층

(b) 표층 그림 5. 포설두께 결정

(a) 레벨층

(b) 다짐횟수

그림 6. 현장밀도 측정 및 다짐횟수 결정

다짐횟수

작업에서 표층 포설 및 다짐까지 일련의 과정으로 실행된다. 단등교의 실제 포장 공정은 2015년 8월 20일부터 9월 13일까지 본포장을 위한 강상판 표

면 처리, 플랜트 장비 설치, 시험포장 등을 진행하 였고, 9월 14일부터 9월 19일까지 본포장을 수행 하였다.

(a) 강상판 블라스팅 (b) 징크프라이머 도포

(c) 1차 본드코트 포설 (d) 혼합물 생산 및 온도 확인(플랜트)

(e) 레벨층 시공 (f) 이음부 커팅

(g) 2차 본드코트 포설

그림 7. 본포장 시공 순서

(h)표층 시공

5.2 본포장 중점관리사항

에폭시 아스팔트 포장이 일반 포장 시공과 유사한 부분도 많으나 본 절에서는 에폭시 아스팔트 포장 공사에 필요한 각 공정별 중점 관리 사항에 대해서 정리하였다.

5.2.1 강상판 블라스팅 및 징크프라이머 도포 Shot Blast 장비를 이용하여 포장부위의 기름이 나 녹을 제거한 후 새로운 징크프라이머 도포 작업 을 진행하여야 한다. 특히 연석부 및 단부 구간은 Shot Blast 장비를 이용하여 제거가 불가능하므로 그라인더 장비를 이용하여 인력으로 작업을 진행할 수 밖에 없다. 블라스팅 후 조도 기준을 만족시키기 위해서는 작업 시 관리자가 입회하여 철저한 품질 관리를 수행하여야 한다.

또한 징크프라이머 도포 후 부착력 테스트(Dolly Test) 진행 시 도장 면에 테스터기를 부착하기 위한 본드가 탈락하는 경우가 많이 발생하므로 접착 강도 가 큰 2액형 에폭시 본드의 적용이 필요할 것으로 판단된다.

5.2.2 본드코트 포설

본드코트는 강상판이 완전히 건조된 후 Spray Distributor를 이용하여 인력으로 살포된다. 표준 도 포량은 강상판 위에 실시하는 1차 본드코트는 본드코 트 0.68ℓ/m

(+20%~-10%), 포장층 사이에 실시 하는 2차 본드 코트는 0.45ℓ/m

(+20%~-10%) 를 도포하도록 규정되어 있으며 초과 살포된 경우 본드코트가 포장면 위로 밀려 올라오게 되어 혼합물 의 양생에 많은 시간이 소요된다. 또한 혼합물에 본 드코트가 포함되어 있으므로 규정된 범위 내에서 최 소량을 도포하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.

작업여건상 본드코트를 포장 전날에 도포하는 경 우가 많으나 현장에 이슬이 내릴 확률이 높은 경우 에는 포장 3~4시간 전에 본드코트를 도포하여야 한 다. 본드코트 도포 후 이슬로 인한 수분이 있을 경우

포장 후 블리스터링(Blistering) 현상이 발생하여 하자의 중대한 원인이 될 수 있으므로 철저한 관리 가 요구된다.

5.2.3 생산 및 운반

에폭시 아스팔트 혼합물 생산 온도에 따라 제품별 로 운반시간 및 포설시간까지의 기준이 정해져 있으 므로 그에 부합되지 않는 혼합물은 폐기하여야 한 다. 폐기되는 혼합물의 최소화를 위하여 생산에서 운반까지 이동 동선 및 시간 등에 대한 분석 후 신호 수 배치 등을 통하여 현장에 최대한 빨리 운반토록 조치하여야 한다. 또한 운반 시 혼합물 온도 유지용 덮개를 반드시 적용하여야 하며, 여름철에는 운송 트럭의 에어컨 사용 시 차량 하부에서 본드코트 위 로 수분이 유입될 수 있으므로 사용을 자제하도록 한다.

5.2.4 포설 및 다짐

일반적으로 포장 진행 방향은 상향 구배 방향으로 진행하는 것이 바람직하다. 하지만 교량의 특성상 상단부에서 중앙부까지는 상향 구배 방향으로 진행 하게 되나 중앙부를 지나서는 하향 구배 방향으로 진행할 수 밖에 없다. 하향 구배 포설 시 상향 구배 와 동일한 속도로 포설할 경우 포장면이 미세하게 갈라지는 현상이 발생하였으나 아스팔트 페이버의 이동속도를 줄이는 방법으로 개선할 수 있었다.

또한, 아스팔트 페이버의 오거 양쪽 단부에 에폭 시 아스팔트 혼합물이 계속 누적되어 온도가 낮은 에폭시 아스팔트 혼합물이 포장면에 유입되는 경우 포장 하자가 발생할 수 있으므로 오거 양쪽 단부에 에폭시 아스팔트 혼합물이 누적되지 않도록 관리하 여야 한다.

1차 다짐은 혼합물의 온도가 82℃에 도달할 때 까

지 진행하며, 3차 다짐은 혼합물의 온도가 65℃ 이

상에서 마무리하여야 한다. 다짐 장비는 아스팔트

페이버 뒤를 이어 3대가 연속적으로 포장될 수 있도

록 관리하여야 한다. 또한 다짐 장비 하중에 의해 포

장이 밀려 포장면에 균열이 발생할 수 있으므로 다 짐 시 포장면 끝단에서 약 10cm 안쪽까지 다짐을 실시하여야 한다. 다짐 후 이음부 커팅은 포장 후 24시간 이내로 실시하는 것이 수월하며 이음부 커팅 각도는 연직보다는 45°~60°로 실시하는 것이 연결 부 접합에 유리하다고 판단된다.

5.2.5 교통개방

포장 다짐 후 차량 통행은 가능하나 포장 위에 차 량을 세워 놓는 경우나 제자리에서 바퀴를 회전하는 경우 포장면에 바퀴 자국이 남게 된다. 따라서 레벨 층 시공 시에는 특별히 차량 통행을 제재할 필요는 없으나 표층 시공이 완료된 후 작업 차량 통과 시에 는 표면 보호판를 설치하거나 최소한 48시간 이후에 통행하는 것이 바람직 할 것이다. 또한, 최종 교통개 방은 포장 양생 후 마샬안정도 시험을 통하여 기준 값 이상이 만족된 경우 개통하도록 한다.

6. 맺음말

교량에 적용되는 에폭시 아스팔트 포장은 일반 아 스팔트 포장에 비해 얇은 두께로 시공이 가능하므로 교량 자체의 하중을 줄일 수 있고 소성변형 및 피로 균열에 대하여 큰 저항성을 가지므로 미국, 중국 등 에 건설되는 장대교량에 다수 적용되고 있다.

하지만 국내 기상 여건을 고려하여 여름철 장마시

기와 겨울철을 제외하면 실질적으로 에폭시 포장을 수행할 수 있는 시기는 대략 6개월(4월~6월, 9월

~11월)정도라 할 수 있다. 포장 공정의 특성상 프 로젝트 준공 직전에 시행하는 경우가 대부분이며 에 폭시 포장 시기에 따라 프로젝트 준공 시기가 달라 질 수 있으므로 포장 계획 수립에 만전을 기하여야 할 것이다.

에폭시 아스팔트 포장은 우수한 골재 석산 선정, 플랜트 스크린 교체, 혼합물 온도 관리, 현장 다짐 관리 등 수준 높은 현장 품질 관리가 요구되며, 이와 같은 과정을 통하여 포장공정이 시공될 때 에폭시 아스팔트 포장이 갖는 장점이 실현될 수 있다. 향후 수행되는 에폭시 아스팔트 공사 시 본 기사에서 제 시한 중점관리 사항을 참고한다면 품질 관리에 도움 이 될 것으로 판단된다.

참고문헌

국토교통부(2014), “아스팔트 혼합물 생산 및 시공 지침”.

대림산업(주), “고군산연결도로 2공구 건설공사 - 배 합설계 보고서, 시험포장 보고서, 시공계획서”.

유신기술회보(2014), “에폭시아스팔트 콘크리트포장 시공사례”.

대림기술정보(2015, 하반기호), “단등교 에폭시 아스 팔트 포장 시공사례”.

한국도로학회 도로학회지(제17권 제43호), “울산대교 에폭시 아스팔트 포장 적용 사례”.

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