大 韓 土 木 學 會 論 文 集 第29卷 第2D 號·2009年 3月 pp. 209~216
道 路 工 學
고분자 에폭시 수지혼합물을 이용한 포장기술 연구
A Study on Paving Technique using Polymer Epoxy Resin Materials
오승훈*·김낙석**·김완상***
Oh, Seung Hwoon·Kim, Nakseok·Kim, Wan Sang
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Abstract
This study was conducted to develop a thin paving technique using polymer epoxy resin materials which is considered as a durable pavement materials. The mechanical performance characteristics of the polymer epoxy resin materials were also eval- uated to confirm the validity as a pavement materials. To estimate the performance properties of the materials, bending tests and bonding tests were performed using freeze-thaw and ultra-violet rays to accelerate the aging of materials. In addition, HYUNStay, a commercial structural analysis program for cable-stayed bridges, was used to compare the effect of paving mate- rials between the polymer epoxy resin materials and the conventional ones on the reduction of cable tension and on the sta- bility of the main tower. According to the test results, it is noted that the thin paving technique using polymer epoxy resin materials can improve the performance and durability of pavement compared to the conventional one.
Keywords :paving technique, epoxy resin materials, thin pavement, performance, durability
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요 지
본 연구는 내구성능이 우수한 에폭시 재료를 활용한 박층포장 공법을 개발하기 위하여 에폭시 재료의 물리적 성능을 확인 하기 위한 실내시험과 에폭시 포장의 내구성능을 평가하기 위해 동결융해 및 자외선 촉진화 과정을 거친 시료에 대해 휨강 도 시험과 부착강도 시험을 실시하여 포장재료로서의 공용성능을 확인하였으며, HYUNStay 사장교 구조해석 프로그램을 이 용하여 제2진도대교에 에폭시 포장을 실시하는 경우를 가정하여 케이블 장력감소 및 주탑의 안정성을 일반 아스팔트 혼합물 과 비교하였다. 실험 및 해석결과 박층의 에폭시 포장재료가 기존포장면과의 부착력이 우수하고 변형과 파손에 대한 저항성 이 기존 포장재료에 비해 우수한 것으로 나타나 이를 도로현장에 적용할 경우, 공용성능 및 공용년한의 향상이 기대된다.
핵심용어 : 포장기술, 에폭시 재료, 박층 포장, 공용성, 내구성
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1. 서 론
우리나라는 1970년 이후 급속한 산업발전으로 국가기간사 업인 도로시설망이 발전해 왔으나, 중차량 등의 대형물류 이 동이 빈번해짐에 따라 아스팔트 콘크리트 도로의 경우 소성 변형과 균열 등 여러 종류의 파손이 발생하고 있으며, 시멘 트 콘크리트 도로의 경우에도 균열, 라벨링 등의 포장 파손 이 발생하고 있다.
포장 파손은 운전자의 승차감을 감소시키고 교통사고를 유 발하게 된다. 또한, 교면 포장이 파손된 경우에는 차량의 반 복적인 진동 및 충격에 의해 포장은 물론 방수층에도 영향 을 미치게 되어 제설재 및 수분 침투로 인해 교량의 부식이 가속화되고 내구성을 저하시키는 원인이 되기도 한다. 파손 된 포장의 보수를 위해서는 부분적 또는 장기적인 교통흐름 의 차단이 불가피하기 때문에 교통흐름에 장애를 유발할 뿐
만 아니라 막대한 시간적, 경제적 손실을 일으키게 된다.
파손된 포장의 보수는 일반적으로 균열보수 후 덧씌우기나, 기존 표층을 절삭 후 재포장을 실시하는 방법 등이 적용되 어 왔다. 그러나 이러한 경우에 덧씌우기는 교통체증을 유발 하고 반복적인 시공으로 주변 구조물과의 단차를 유발시켜 왔으며, 일부 도로는 구조적으로 안정함에도 불구하고 아스 팔트 덧씌우기를 적용함으로써 적지 않은 유지보수 예산의 낭비 및 경제적 손실을 가져오고 있다. 따라서 신속한 파손 구간의 보수는 교통흐름 뿐만 아니라 교통사고를 줄이고, 경 제적 손실이나 환경적 파괴를 최소화 할 수 있다.
본 연구는 기존의 아스팔트 콘크리트 포장, 시멘트 콘크 리트 포장 및 교면 등과 완벽하게 부착되어 조인트부분의 문제를 극복하고 소성변형에 대한 저항성과 내구성 및 방수 성능이 뛰어난 에폭시를 포장재료로 사용하는 공법으로 신 설도로의 포장 또는 유지보수 포장에 적용하여 잦은 유지보
*정회원·경기대학교도시·교통공학과교수 (E-mail : [email protected])
**정회원·교신저자·경기대학교 토목공학과 교수 (E-mail : [email protected])
***경기대학교토목공학과박사과정 (E-mail : [email protected])
수로 인한 경제적, 환경적 비용의 발생저감과 포장의 공용 성능 향상과 포장수명을 연장하여 교량의 내구성을 확보하 고 불필요한 자원의 낭비와 비용손실을 줄이는 데 목적이 있다.
2. 에폭시재료의특성 및 박층포장공법
2.1 재료
2.1.1 에폭시
에폭시 재료의 조성물은 다음과 같은 구성 성분으로 이루 어져 있다. 주제의 고분자 수지는 비스페놀 A형(Bisphenol A) 에폭시 수지를 사용하는데, 에폭시 당량 180-210g/eq 이 며, 점도는 25oC에서 500~700의 것을 사용한다. 에폭시 수 지의 경화제로 사용하는 폴리아민(Polyamine) 수지는 아민계 변성품인 폴리아미드(Polyamide)를 사용한다. 상기의 주제 와 경화제가 혼합된 프라이머는 아스팔트 및 콘크리트 노면 과의 접착력이 우수하고, 침투성이 뛰어난 특징을 가지고 있다. 프라이머 조성물에는 이외에도 탄산칼슘(CaCO3), 탈크 (Mg3Si4O10(OH)2), 알루미나(Al2O3), 산화아연(ZnO) 등의 세라믹스 미분말을 포함할 수 있다. 이러한 세라믹스 미분말 의 입경은 2.0µm 이하의 것을 사용한다. 상기 프라이머 조성물에는 이외에도 요변성(搖變性), 저장 안정성 등의 특 성을 부여하기 위하여 요변제인 칙소젤(Tixogel), 에어로젤
(Aerogel), 벤톤(Bentone) 등을 포함한다.
2.1.2 골재
굵은 골재는 콘크리트 배합시 사용되는 일반적인 부순골재 로써 경도는 100 이상이며, 평균입경은 3-7mm 이내의 것을 사용하였고 잔 골재 또한 콘크리트 배합시에 사용되는 바닷 모래를 사용하였다.
2.2 에폭시혼합물의특징
에폭시 재료는 저점도 고분자 수지에 그림 1과 같이 세라 믹스, 실리콘카바이드(SiC)와 내식성이 뛰어난 알루미나
(Al2O3), metal(아연, 티타늄) 등의 micro powder 등 20가
지 이상의 재료를 혼합하여 제조하고 경화제를 사용하여 자 기 발열에 의한 구조의 재결합으로 경화되는 이액형의 조성 물로써 휘발성 유기용제가 포함되어 있지 않아 친환경적이 고 동결융해 및 제설제에 의한 염해에도 안전하다. 이렇게 제조된 에폭시 재료에 내구성 및 동결융해에 대한 저항성을 높이기 위해 흡수율이 중량 증가의 5% 이내의 규사, 쇄석, 자갈 등과 잔골재를 혼합하여 도로포장재를 만들었다.
에폭시 혼합물의 특징은 수밀성과 내마모성, 내약품성, 내 해수성 등이 우수하고 유동성을 갖고 있어 균열내부로 침투
하여 경화되므로 파손구간에 적용하는 경우에 균열보수 효 과도 있어 신설 도로포장 뿐만 아니라 유지보수 등에 적용 이 가능하다. 또한 상온에서 혼합 및 시공이 가능하여 가열 아스팔트 콘크리트 포장재료에 비해 에너지 저감 효과와 CO2 발생 저감 효과가 있다. 환경조건(동절기, 하절기) 및 현장조건에 따라 경화시간 및 재료의 탄성을 조절할 수 있 어 시멘트 콘크리트 포장재료에 비해 교통개방 시간이 빠른 특징이 있다.
2.3 박층포장공법
아스팔트 혼합물을 이용한 초박층 포장은 예방적 유지보수 공법의 일종으로 1986년에 프랑스의 SCREG Routes사에서 개발하였으며, 일종의 슬러리실 공법으로 슬러리실에 사용되 는 재료와 골재입도를 변형한 공법이다. 최대 10mm 쇄석골 재, 고분자 개질 아스팔트(PG 76-22) EVA(ethylene vinyl
acetate)가 첨가된 섬유 첨가재를 사용하여 아스팔트 혼합물
을 제조한다. 초박층 포장은 소음 감소와 미끄럼 저항성의 향상, 우천시 시인성 개선 효과 등 많은 장점을 가지고 있 는 것으로 보고되고 있다(김지선, 2006). 이러한 박층 포장 공법은 국내의 경우 천안-논산간 고속도로와 국도 34호선 등 에 2003년부터 시공되고 있으며, 초박층 포장에 대한 공용 성평가를 위하여 2005년에 실시한 현장 추적조사 결과 평균 3.0%의 균열률로써, 균열 저항성 및 공용성이 우수한 것으로 나타났다(박태순, 2006). 따라서 내구성능이 뛰어난 에폭시 포장재료를 박층으로 시공하는 것이 경제성에서 유리하고 유 지보수 구간에 적용하는 경우에도 폐자재의 발생을 현저히 줄 일 수 있는 장점을 가지게 된다. 이러한 에폭시 포장재 료는 그림 2와 같이 기존 아스팔트 콘크리트 및 시멘트 콘 크리트 포장면 위에 시공이 가능하며, 강상판 교량의 표면에 도 시공이 가능하다.
그림 1. 에폭시재료의구성
그림 2. 에폭시포장의적용사례
3. 실내물성 시험
본 연구에서는 에폭시의 우수한 강도 특성 및 내구성능을 고려하여 2cm 두께의 초박층 포장공법을 적용하기 위해 실 내 물성 시험을 실시하였다.
3.1 압축, 인장및휨강도시험
도로포장용 에폭시 혼합물의 강도 특성을 확인하기 위하여 실내 물성 시험을 실시하였다. 에폭시 재료의 배합비율은 주 제 : 경화제 : 골재가 3 : 1 : 10이며, 골재의 경우 굵은 골재와 잔골재 비율이 7 : 3이다. 시편은 직경 100mm, 높이는 200 mm로 제작하였으며, 시험은 KS 기준에 의하여 실시하였다.
시험결과 압축강도는 80N/mm2, 쪼갬 인장강도는 15N/mm2, 휨강도는 25N/mm2 의 값을 얻었다.
3.2 염화물 이온침투시험
에폭시 포장 혼합물의 염화물에 대한 저항성능을 평가하기 위하여 ASTM C 1202의 염화물 이온 침투 시험을 수행하 였다. 이 시험은 직경 100mm 시편을 제작하고 28일 항온 수조에서 양생을 실시한 후 두께 50mm로 절단하여 그림 3 과 같이 확산 셀에 장착하며, 확산 셀의 (-) 전극에 3%의
NaCl 용액을 채우고 (+) 전극에 0.3N의 NaOH 용액을 채
워 전원 60V의 직류를 6시간 동안 공급하여 0.1Ω의 저항 에 걸리는 전압을 측정하며, 측정된 전압을 전류로 환산하여 회로를 통과한 총 전하량을 식 (1)과 같이 구하게 된다.
Q = 900(I0+ 2I30+ 2I60+ ... + 2I330+ I360) (1) 여기서 Q : 회로를 통과한 전하량(coulombs)
I : 시험 시작 후 n분이 경과했을 때의 전류(A)
실험결과 에폭시 혼합물이 5Coulombs으로 염화물 이온의 침투가 거의 발생하지 않아 수밀성이 뛰어난 것으로 나타났 다. 따라서 제설제 등의 염화물에 대한 저항성이 클 것으로 판단된다.
3.3 휨강도 시험및부착강도시험
에폭시 포장의 내구성능을 평가하기 위해 동결융해 및 자 외선 촉진화 과정을 거친 시료에 대해 휨강도 시험과 부착 강도 시험을 실시하였다. 휨강도 시험의 경우 교량 표면에
에폭시 포장을 시공하는 경우에 반복적인 차량 하중과 교량 의 처짐 등에 의해 발생 가능한 포장 파손을 예측하고 동결 과 융해에 따른 에폭시 포장의 물리적 성능 변화를 측정하 기 위한 것이며, 자외선에 노출된 에폭시 포장재료의 경화 특성을 추정 할 수 있다. 부착강도 시험의 경우는 기존 아 스팔트 혼합물에 덧씌우기 하는 경우에 부착력에 따라
slippage 등 포장 파손의 발생 여부를 판단하기 위해 실시하
였다.
3.3.1 동결융해
도로 포장재료는 여러 가지 외부 환경요인에 의하여 내구 성능이 감소하는 경우가 발생하며, 이중에서 차량의 반복하 중을 제외하고 가장 큰 내구성능 감소 원인은 동결과 융해 의 반복에 의해 발생된다. 이러한 내구성능의 감소는 포장의 파손은 물론 하부기층이 토공이 아닌 교량인 경우에는 파손 부위로 침투된 수분이나 제설제의 염화물에 의해 구조물의 내구성능 저하의 원인이 되기도 한다. 따라서 이러한 내구성 능을 평가하기 위하여 동결융해를 반복한 시료에 대하여 휨 강도 시험과 부착강도 시험을 실시하여 변화 특성을 파악하 고자 하였다. 동결융해에 대한 저항시험은 KS F 2456 및
ASTM C 666에 따라 그림 4와 같이 실시하였다.
포장재료의 온도는 동결 시 -18oC, 융해 시 4oC로 상승시 키는 것을 1cycle로 하고, 1cycle은 4시간을 주기로 하여
300 cycle 동안 반복 수행하였다. 동결융해 시험기는 동결융
해 과정을 자동으로 제어할 수 있는 것으로 시편의 온도 등 을 제어하며 수행하였고 150cycle과 300cycle에서 휨강도 시험과 부착강도 시험을 실시하였다.
3.3.2 자외선 촉진
일반적인 에폭시 수지는 자외선에 의해 변색되고 경화되는 특성을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 이에 따른 변화특 성을 파악하기 위해 에폭시 포장재료에 자외선을 조사하고 1500시간 및 3000시간 경과 후 시료에 대하여 휨강도 시험 과 부착강도 시험을 실시하였다.
자외선 조사 장치는 ASTM G 53을 참고로 하여 그림 5 와 같이 자체 제작하였으며, 자외선 램프는 313nm의 파장에 서 피크가 나타나는 UVB-313램프를 윗면에 6개 측면에 각 1개씩 10개를 사용하였다.
자외선 조사량은 자외선 촉진 장치의 재료가 목재이므로
그림 3. 염화물이온침투시험모습
합판의 반사율 40%일때, 램프의 자외선 출력중 약 70%가 에폭시 포장재료에 가해진다. 사용된 램프 1개의 자외선 출 력은 9.3W로 상부 6개의 출력은 55.8W이 된다. 출력에 효 율을 곱하고 바닥면적으로 나누면 19.9W/m2의 자외선이 에 폭시 포장재료에 작용하게 되는 것이다. 우리나라의 평균 자 외선 값은 195mW/m2정도로(민우석, 2006) 자외선 촉진화 장치를 통해 자외선을 1500시간 조사하는 경우에 외기 조건 으로 17.4년에 해당하며, 3000시간 조사하는 경우에는 34.8 년에 해당하게 된다.
3.4 시험결과
3.4.1 휨강도 시험
에폭시 포장재료의 휨추종성 및 균열에 대한 저항성을 평 가하기 위하여 휨강도 시험을 실시하였다. 시편은 길이 : 폭 :
두께를 300mm : 100mm : 50mm로 제작하여 에폭시 재료의 휨강도 시험을 실시하였고, 5mm 두께의 철판위에 길이 : 폭 :두께를 300mm : 100mm : 20mm로 제작하여 굽힘시험을 통 해 철판과의 부착력을 육안으로 확인하였다. 그림 6은 휨강 도 시험 및 굽힘시험 모습이다.
휨강도 시험의 결과는 터프니스로 정리하였다. 터프니스는 건설재료의 Energy potential을 나타내는 지표로서 휨강도 시험으로 얻어진 하중 변위곡선의 아래 면적으로 정의된다.
이러한 터프니스는 변형에 대한 저항성, 즉 변형에너지를 흡 수할 수 있는 정도를 나타내는 척도로서 혼합물의 균열저항 성을 평가하는데 대표적인 측정값이다. 따라서 이 값이 크다 는 것은 결국 외부하중에 의하여 발생하는 변형에 대해 저 항하는 힘이 크다는 것을 의미하므로 소성변형 및 온도균열 에 큰 저항성을 가지게 된다.
그림 4. 동결융해시험을위한시편및동결융해과정
그림 5. 자외서촉진화을위한조사장치
그림 6. 휨강도시험및굽힘시험전경
3.4.1.1 동결융해 시료에 대한 휨강도 시험 결과분석 그림 7의 시험결과, 표준양생 시료의 경우 터프니스 값은
1317N·m로 나타났으며, 동결융해 작용을 150cycle과 300
cycle 진행한 시료의 터프니스의 값이 각 1362N·m와 1026
N·m의 결과를 얻었다. 이러한 결과로 볼 때, 에폭시 재료 가 동결융해에 대해 큰 영향을 받지 않는 것으로 나타나, 변형이나 파손 가능성이 낮을 것으로 판단된다.
3.4.1.2 자외선 촉진화 시료에 대한 휨강도 시험 결과분석
자외선에 대한 에폭시 재료의 경화정도를 측정하기 위하여 실시한 시험에서 17.4년과 34.8년의 외기 자외선 조사량에 해당하는 1500t와 3000t의 경우에 그림 8과 같이 표준양생 시료에 비해 최대 20%정도의 터프니스 감소율이 나타났다.
이러한 결과는 에폭시 재료가 자외선에 의해 내구성능의 감 소가 발생한다는 것을 의미하는 것이지만, 앞서 언급한 바와 같이 34.8년 경과 후에도 내구성능이 78% 정도 유지되고 있다는 것은 포장재료로 사용해도 도로 포장의 설계년한 20
년을 초과하는 공용성능을 갖을 것으로 판단된다.
3.4.1.3 굽힘시험 결과
동결융해 시료 및 자외선 촉진 시료의 굽힘시험 후 육안 으로 에폭시 재료의 파손형태를 관찰한 결과 표준양생 시 료와 동일한 형태로 그림 9와 같이 최대하중에서 균열만 발생하였다. 따라서 철판과의 부착력은 양호한 것으로 판단 된다.
3.4.2 부착강도시험
플로리다 도로국에서는 2003년에 여러 문헌조사 및 실내 실험을 통해 부착전단강도 실험(FDOT shear test) 장치를 개발 하였다. 그림 10과 같이 실험장치는 보편적으로 사용되 는 아스팔트 물성실험기 또는 마샬안정도 실험기 등에서 사 용이 가능하도록 개발되었으며, 제작된 시료를 25±1oC에서 최소한 2시간 양생 후, 50.8mm/min의 재하속도로 실험하고 식 (2)의 계산식으로 전단강도를 얻는다.
그림 7. 동결융해시료의터프니스결과
그림 8. 자외선촉진시료의터프니스결과
그림 9. 굽힘시험결과
그림 10. 부착강도시험장치및시험전경
(2)
여기서, S : 부착전단강도(N/mm2) P : 최대하중(N)
D : 시료의 지름(mm)
이 실험은 기존 포장면과 새롭게 시공되는 포장층의 접착을 위해 일반적으로 사용되는 tack coat의 부착력을 측정하기 위 한 것으로써, 포장구조체의 부착전단강도 감소가 포장의 균 열, 소성변형 및 포트홀 등의 문제를 유발 할 수 있으므로 이 에 대한 영향을 파악하기 위하여 수행한다(김낙석 등, 2007).
3.4.2.1 동결융해 시료에 대한 부착강도시험 결과분석
부착전단강도의 부족은 포장의 균열, 소성변형 등의 포장 파손의 문제를 유발할 수 있어(Gregory 등, 2002), 접착특 성을 파악하기 위하여 25oC에서 부착전단강도 실험을 실시 한 결과, 그림 11과 같이 동결융해 300cycle 작용한 시료의 부착강도가 표준양생 시료의 부착강도에 비하여 증가하는 결 과를 얻었다. 따라서 부착강도 특성만을 고려하는 경우에 에 폭시 재료는 동결융해에 대한 영향이 없는 것으로 판단된다.
3.4.2.2 자외선 촉진화 시료에 대한 부착강도시험 결과분석
자외선 촉진화 시료에 대한 부착강도 시험결과는 그림 12 와 같이 자외선 조사시간이 길어질수록 부착강도가 증가하 는 것으로 나타났다. 이러한 현상은 자외선에 의해 일부 경 화되는 현상을 나타내는 에폭시 재료의 특성상 부착면에서 도 경화가 진행되어 나타난 현상으로 보인다.
4. HYUNStay 프로그램을 활용한장력감소율 분석
4.1 HYUNStay 프로그램
1993년 현대건설과 서울대학교는 강현수교 해석 프로그램 인 Hyunsus를 개발하였다. Hyunsus는 현수교의 정적, 동적
해석 그리고 시공단계 해석이 모두 가능하다. 따라서 임의의 시공 상태에서 자유진동 해석, 차량 하중 해석, 지진 하중 해석 및 풍하중 해석을 수행할 수 있으며, 풍하중 해석에 필요한 인공 변동 풍속 생성이 가능했고, 또한 차량 하중 해석에 필요한 인공 노면 조도 생성도 가능하다. 1994년
SPCFRAME을 기본으로 Hyunsus를 확대하여 사장교의 시
공 단계 해석 시스템, 사장교의 계측, 예측 및 보정 시스템, 사장교의 전처리 및 후처리 시스템을 갖춘 Hyunstay를 개발 하였다(임현태, 2007).
이러한 해석 프로그램을 이용하여 에폭시 혼합물과 일반 아스팔트 혼합물을 적용하는 경우에 대하여 장력의 감소율 과 안전율을 분석하였으며, 적용대상 교량은 제2진도대교로 교량의 제원은 표 1과 같다.
4.2 HYUNStay 프로그램을활용한장력 감소율분석 제2진도대교의 형식은 강사장교이며, Derrick Crane을 이 용한 FCM 공법을 적용하였다. 주탑은 모두 육상에 있어서 측경간과 중앙경간의 비가 1:4.9정도의 비대칭이며 중앙경간 케이블 수가 9개, 측경간 케이블 수가 6개이다.
해석은 포장에 의한 단위 길이당 하중을 계산하고 에폭시 혼합물과 일반 아스팔트 혼합물을 비교하여 각 케이블의 도 입 장력을 해석하였고, 이에 따른 주탑의 안정성을 교축방향 과 교축직각방향에 대하여 안전율을 분석하였다. 그림 13은
HYUNStay 프로그램을 활용하여 제2진대교의 모델링을 수
행하는 과정을 나타내고 있다.
제2진도대교의 도로포장 폭은 도로부 8.5m, 보도부 2.75m S 4P
πD2 ---
=
그림 11. 동결융해시료의부착전단강도시험결과
그림 12. 자외선촉진시료의부착전단강도시험결과
표 1. 제2진도대교제원 제 원 형식 강사장교(강박스 주탑 및 보강형) 폭원 12.55m(2차로), 1등교(DB-24) 총길이 493m(344+70@2), 5% 종단곡선 주탑(강형)높이 69m + 교각 약 30m
구조규격 주방부 주간선 도로(70km/hr 설계속도), DB-24 케이블형식 Semi-Harp Pan 타입의 PWS(Prefabricated Wire
Cable)
그림 13. HYUNStay를활용한제2진도대교모델링
이고, 도로포장 두께는 도로부 8cm, 보도부 5cm이다. 에폭 시 혼합물의 밀도는 사용되는 골재에 따라 1.4~1.8tonf/m3 로써 일반 아스팔트 혼합물 및 강상판 교량에 기층재료로 사용되는 구스 아스팔트 혼합물의 2.3tonf/m3 정도에 비해 낮다. 이러한 특성 값을 가지고 단위 길이당 포장재료에 따 른 하중을 비교하여 케이블의 장력 감소율을 표 2와 같이 해석하였으며, 그림 14는 각 케이블의 장력감소와 장력의 감 소율을 도식화 하였다.
해석결과, 장력 감소율은 최저 4%에서 최대 19%까지 케 이블 위치에 따라 다르게 나타났으며, 전체 케이블의 장력 감소율은 13%에 이르는 것으로 분석되었다.
주탑의 안정성은 장력 감소율이 높은 에폭시 포장에서 교 축방향 및 교축직각방향 모두에서 그림 15와 같이 안전율이 높게 나타나고 있다.
따라서 HYUNStay를 활용한 해석결과 일반 가열 아스팔 트 혹은 구스 아스팔트 혼합물에 비해 에폭시 포장재료의 공용성능이 우수한 경우라면, 이를 활용하는 것이 교량 케이 블의 장력감소로 인한 부재의 경감과 안정성 측면에서 효율 적인 것으로 판단된다.
5. 결 론
본 연구는 부착력과 내구성이 뛰어난 에폭시 재료를 도로
포장에 적용하기 위해 실내물성 실험과 제2진도대교를 모형 으로 구조해석을 실시하였으며, 연구결과는 다음과 같다.
1.에폭시 재료의 강도 특성을 확인하기 위해 실시한 실내 물성시험 결과, 압축강도는 물론 인장강도와 휨강도가 기 존 포장재료에 비해 높게 나타났다.
2.수분 침투 및 염화물에 의한 저항성능을 평가하기 위한 염화물 이온 침투 시험결과, 5Coulomb으로 통과전하량에 따른 염소이온 투과성이 무시할 만한 수준으로 나타나 수 분 침투 및 염화물에 대한 저항성이 클것으로 판단된다.
3.휨강도 시험 결과를 터프니스 값으로 정리한 결과, 동결융 해 시료의 경우는 300cycle 후의 결과가 표준시료의 78% 수준으로 동결융해에 의한 파손이나 변형의 발생가 능성은 낮은 것으로 추측되며, 자외선 촉진화 시료에 대한 터프니스 값은 외기 조건으로 환산할 경우 34.8년 동안 자외선을 받는 경우에도 표준 시료 대비 78%의 내구성능 을 갖는 것으로 나타났다.
4.부착강도 시험결과, 동결융해 시료 및 자외선 촉진화 시료 모두 시간 경과함에 따라 전단부착강도가 증가하는 것으 로 나타나 부착성능이 우수한 것으로 판단된다.
5.구조해석 프로그램을 이용하여 장력의 감소율 및 주탑의 안정성을 해석한 결과 기존의 아스팔트 콘크리트 포장에 비해 장력은 13% 감소하고 주탑의 안정성은 증가하는 것 으로 나타났으며, 이로 인해 강교의 부재량을 줄일 수 있 을 것으로 판단된다.
이를 종합해 볼때, 에폭시 재료를 포장재료로 사용하는 것 이 가능할 뿐 아니라, 포장의 내구년한의 증가가 예상된다.
감사의글
본 연구는 2008학년도 경기대학교 학술연구비 지원에 의 하여 수행되었으며, 이에 감사드립니다.
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표 2. 장력감소율
아스콘 포장(tonf) 에폭시 포장(tonf) 감소율 전체 장력 10661.06 9239.56 13%
그림 14. 각포장재료별장력감소율
그림 15. 포장재료별주탑의안전율비교
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(접수일: 2008.12.11/심사일: 2008.12.23/심사완료일: 2008.12.23)
