A Study on Construction Methods of Roller Compacted Concrete Pavement for Bike Roads

요지

전 세계적으로 에너지 절약과 CO

발생량의 절감을 위해 자전거의 이용을 장려하고 있으며 국내에서도 이러한 세계적 흐름에 발맞 추어 자전거 이용을 활성화하기 위해 긴 연장의 신설 자전거도로 건설 계획이 진행되고 있다. 최근 신설 자전거도로의 효과적인 건설 을 위해 시멘트 수화 반응뿐만 아니라 골재 맞물림에 의해 높은 구조적 성능을 발현하고 간단한 시공절차와 적은 건설비용을 지닌 롤 러 전압 콘크리트 포장을 도입하기 위해 적정 배합에 대한 강도 및 내구성 연구가 수행되었다. 하지만 실내 연구를 통해 도출된 배합 은 현장다짐에 따라 발현되는 강도에 차이가 있을 수 있다. 또한 얇은 단면, 낮은 강도 등 일반 도로 포장과 요구되는 성능이 상이한 자전거도로의 적정 성능 및 공용성을 확보하기 위한 시공 방안이 정립되어 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 실내 연구 결과를 토대로 다양한 배합 및 다짐 조건에 대한 시험시공을 실시하여 코어 물성 검토, 육안관찰, 혼합물의 함수비, 다짐률, 전압률, 미끄럼저항성 및 평탄성을 측정하였다. 이를 통하여 자전거도로 적용을 위한 롤러 전압 콘크리트 포장의 시공방안을 제시하였다.

핵심용어

자전거도로, 롤러 전압 콘크리트 포장, 시공 방안, 시험시공

자전거도로용 롤러 전압 콘크리트 포장의 시공 방안 연구

A Study on Construction Methods

of Roller Compacted Concrete Pavement for Bike Roads

이 창 호 Lee, Chang Ho 강릉원주대학교 토목공학과 (E-mail : [email protected])

김 영 규 Kim, Young Kyu 정회원·강릉원주대학교 토목공학과 박사과정 (E-mail : [email protected]) 강 재 규 Kang, Jae Gyu 정회원·(주)삼우아이엠씨 공사팀 이사 (E-mail : [email protected])

박 철 우 Park, Cheol Woo 정회원·강원대학교 건설공학부 토목공학과 조교수·공학박사 (E-mail : [email protected]) 이 승 우 Lee, Seung Woo 정회원·강릉원주대학교 토목공학과 부교수·공학박사 (E-mail : [email protected])

ABSTRACT

Usage of bicycle has been supported the universal reduction of energy consumption and CO

. For the same purpose, new constructions for long length bike roads are planned in Korea. Recently, laboratory tests of physical properties and resistance against environmental loading about optimum mix design of roller compacted concrete, that have advantages of high structural performance by cement hydration and aggregate interlocking, simple construction procedure and low construction cost, are performed for the effective construction of new bike roads. However, properties of roller compacted concrete had different results between laboratory and field tests since it had different compaction method. Also, construction method of roller compacted concrete are not defined for the application of bike roads since it had different demand performance such as thin pavement thickness, low strength and etc with road pavements. Thus, in this experimental research was launched to evaluate the core properties, visual inspection, compaction ratio, water content, thickness reduction rate of roller compaction, skid resistance and roughness by experimental construction about variable mix proportion and compaction method based on laboratory test results. And construction method of roller compacted concrete pavement were suggested for the application of bike roads.

KEYWORDS

bike roads, roller compacted concrete pavement, construction methods, experimental construction 한국도로학회 논문집

제13권 제2호 2011년 6월

pp. 103 ~ 114

1. 서론

1.1. 연구 배경 및 목적

최근 전 세계적으로 에너지 절약과 CO₂ 발생량의 절감을 위해 자전거의 이용을 적극적으로 장려하고 있다. 국내에서 도 세계적인 흐름에 발맞추어 자전거 이용을 활성화하기 위 해 긴 연장의 신설 자전거도로 건설 계획이 진행되고 있다.

현재 신설 자전거도로에 사용 중인 도로포장은 그림 1과 같 이 아스팔트 및 시멘트콘크리트 포장, 칼라 포장, 투수성 포

장, 흙 포장 등 다양한 형식이 적용 되고 있다. 하지만 이와 같은 다양한 포장형식은 경하중이 통행하는 자전거도로에서 는 상대적으로 높은 공사비용을 지니고 있다. 따라서 CO₂량 을 저감하고 시공비용 및 유지관리 비용을 절감할 수 있는 경 제적이고 내구성을 지닌 환경친화적 자전거도로 포장 형식이 필요하다.

롤러 전압 콘크리트 포장 공법은 아스팔트 피니셔 및 전압 롤러의 사용으로 시공이 간단하여 장비 운영은 간소화 할 수 있어 시공비용을 저감할 수 있다. 또한 시멘트 수화 반응뿐만 아니라 골재 맞물림에 의해 적은 시멘트량에도 높은 강도 및 내구성을 확보할 수 있다. 이와 같은 특성은 사용 시멘트량 및 시공비용을 절감시킬 수 있어 보다 효율적인 자전거도로 건설을 시행할 수 있다. 이승우(이승우, 2010)는“자전거도 로용 롤러 전압 콘크리트 포장 기술 개발”에서 실내 압축강도 및 환경저항성 시험을 실시하여 일반 콘크리트 포장 보다 30%의 시멘트량을 저감하고 21MPa의 기준 압축강도를 확 보할 수 있는 자전거도로용 롤러 전압 콘크리트 포장의 적정 배합을 도출하였다(이승우, 2010). 하지만 실내 연구를 통해 도출된 적정 배합은 현장 재료 및 다짐 방법에 따라 발현되는 강도가 상이할 수 있다. 또한 롤러 전압 콘크리트 포장 공법 의 경우, 얇은 단면 및 낮은 강도기준을 지닌 일반도로포장과 상이한 조건을 지닌 자전거도로에 적용하기 위한 다짐 방법 및 품질 유지를 위한 관리 방법 등 적정 시공방안이 정립되어 있지 않다.

본 연구에서는 다양한 배합 및 다짐 조건에 대하여 시험시 공을 실시하였으며, 각 구간에 대해 육안관찰 및 생산 혼합물 의 함수비 측정, 다짐률 및 전압률 측정, 미끄럼저항성 및 평 탄성의 측정을 수행하여 자전거도로에 롤러 전압 콘크리트 포장을 적용하기 위한 시공방안을 제안하고자 하였다.

1.2. 시공 방안 검토를 위한 시험시공 계획

본 연구에서는 롤러 전압 콘크리트 포장을 자전거도로에 적용하기 위한 기준 배합에 대한 검토 및 적정 공용성을 확보 할 수 있는 자전거도로의 시공방안을 도출하기 위해 이승우 의“자전거도로용 롤러 전압 콘크리트 포장 기술 개발”의 실 내 연구 결과를 토대로 다양한 배합 및 다짐 조건으로 시험시 공을 실시하고 현장 조사 및 성능 평가를 실시하였다.

코어 물성 평가를 실시하여 기준 배합 및 다짐 기준을 검토 하였으며, 시공 중 육안관찰을 통해 다짐방법 및 시공여건에 따른 표면형성 및 파손상태를 조사였다. 콘크리트 혼합물의 품질관리 위해 배치 플랜트에서 생산된 혼합물의 함수비를 측정하였으며, 현장밀도 측정을 통한 다짐률 산정 및 다짐 전 후의 전압률 측정을 통해 자전거도로의 공용성을 확보할 수 있는 적정 시공방안을 모색하고자 하였다. 또한 시공 완료 후

그림 1. 자전거도로 포장 형식

(a) 칼라 포장

(b) 흙 포장

(c) 투수성 포장

미끄럼저항성 및 평탄성의 측정을 통해 성능평가를 수행하여 자전거도로 이용자를 위한 주행성 및 안정성에 대한 확보여 부를 확인하였다. 그림 2는 적정 시공 방안을 검토하기 위해 시험시공을 통해 수행되어진 현장조사 및 성능 평가의 계획 도이다.

2. 국내₩외 롤러 전압 콘크리트 포장의 시공 기준

롤러 전압 콘크리트 포장은 국내₩외에서 중하중을 견디기 위한 슬래브에 적용하기 위해 다양한 연구가 진행되었으며 Portland Cement Association과 한국도로공사의“부체도 로건설을 위한 연구”에서 적정 강도 발현을 위한 다짐 방법으 로 표 1과 같이 제안하고 있다.

Portland Cement Association의 경우, 배합에 따라 사전 시험시공을 통해 다짐횟수를 선정하며 전압장비는 10ton 진 동롤러를 이용한 주다짐을 실시하여 다짐기준을 확보하고 표 면과 평탄성을 위해 무진동으로 타이어 롤러와 탠덤 롤러로 시공한다. 한국도로공사의 부체 도로 건설을 위한 연구“에서 는 다짐방식으로 1차 타이어 롤러 5회, 2차 진동롤러 5회, 마무리 탠덤 롤러 5회를 기준으로 시행하며 사전 시험시공을 통해 다짐 횟수를 변경할 것으로 제안하고 있다(PCA, 2004; 한국도로공사, 1993).

표 2는 Portland Cement Association 및 도로공사 부체 도로 건설에서 제시한 시공관리 방법을 정리한 것이다.

Portland Cement Association의 시공관리의 경우, 다짐관 리를 위해 ASTM C 1040 “Test Methods for Density of Unhardened and Hardened Concrete In Place by Nuclear Methods”를 이용하여 30분 이내에 밀도를 측정하며 ASTM D 1557 “Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Modified Effort”를 통해 도출 된 최대 습윤밀도의 98% 이상을 확보할 것으로 제안하고 있 다. 강도관리는 코어 및 보를 채취하여 재령 7, 14, 28일에 강 도를 측정한다. 또한 콘크리트 혼합물의 일정한 품질 유지를 위해 배합 중량 변동 범위를 제안하고 있다(PCA, 2004).

한국도로공사의“부체도로건설을 위한 연구”에서는 다짐 시 발생되는 두께 감소를 고려하여 포설두께를 계획고 대비 18.9~20.2% 정도 증가시킬 것을 권고하고 있으며 두께관 리는 자를 이용하여 실시한다. 다짐관리는 KS F 2311 “모래 치환에 의한 흙의 밀도 시험”을 통해 현장밀도를 측정하고 KS F 2312 “흙의 다짐 시험”의 D방법을 통해 측정된 최대 건조밀도의 100% 이상을 확보하여야 한다. 강도는 현장 공 시체를 제작하여 재령 7, 28일에 측정하여 관리한다. 평탄성 은 7.6m Profile Meter 및 3m 직선자를 이용하여 종방향 PrI 50cm/km 이하, 횡방향 최요부 1cm 이하로 관리할 것을 제안하고 있다(이병철 외, 1996).

이와 같은 롤러 전압 콘크리트 포장 공법의 시공 및 품질관 리 기준은 도로의 길 어깨 및 항만의 컨테이너 야적장 등 중 하 중을 견디는 슬래브에 적용하기 위해 제안된 것이다. 이는 얇

표 1. 롤러전압 콘크리트 포장의 다짐방법(PCA, 2004; 이병철 외, 1996)

그림 2. 시험시공 계획도

항 목 Portland Cement Association

한국도로공사

“부체도로건설을 위한 연구”

1차 무진동 자주식 진동롤러(10ton) 진동 자주식 진동롤러(10ton)

타이어 롤러 5회

2차 진동 롤러 5회

마무리 타이어 롤러 및 무진동 탠덤 롤러 탠덤 롤러 5회

표 2. 국내₩외 롤러 전압 콘크리트 포장의 시공 및 품질관리 기준 (PCA, 2004; 이병철 외, 1996)

항 목 Portland Cement Association 한국도로공사

“부체도로건설을 위한 연구”

포설 두께

및 관리 -

자를 통한 다짐두께 측정 (20cm 기준)

18.9∼20.2%의 전압률을 고려

시 공 관 리

다짐 관리

ASTM C 1040에 의해 30분 이내 측정

ASTM D 1557의 최대 습윤 밀도의 98% 이상

KS F 2312방법

기준 건조밀도(KS F 2312 D 방법)의 100% 이상

강도 관리

코어 및 보 채취, 현장 공시 체 제작 7, 14, 28일의 압축 강도 및 쪼갬 인장강도, 휨강 도 측정

·현장 공시체 제작 7일 강도 : 21MPa 이상 28일 강도 : 30MPa 이상

생산 관리

일정 품질 유지를 위한 중량 변동 범위

시멘트 : ±2%, 물 : ±3%, 골재 : ±4%

-

평탄성

관리 -

Profile Meter 이용(7.6m) 및 3m 직선자

PrI : 50cm/km 이하 최요부 1cm 이하

은 단면 및 폭, 낮은 강도기준 등 시공 조건이 상이한 자전거도 로에 적용하기에는 과도한 다짐방법 및 부적절한 시공관리기 준이다. 따라서 자전거도로에 롤러 전압 콘크리트 포장을 적용 하기 위한 구체적인 다짐 방법 및 시공 관리 방안이 필요하다.

3. 자전거도로용 롤러 전압 콘크리트 포장의 연구 현황

이승우 등의 연구에서 롤러 전압 콘크리트 포장의 특유의 특성을 고려하여 자전거도로에 적용하기 위한“자전거도로를 위한 롤러 전압 콘크리트 포장에 관한 연구”를 수행하였다.

연구의 내용은“자전거도로 이용시설 및 관리지침”(국토해양 부, 2010)에 제시된 압축강도 기준을 토대로 기초물성 시험 을 수행하여 최적 배합비를 도출하고 이에 대한 환경저항성 을 검토하였다.

3.1. 자전거도로용 롤러 전압 콘크리트 포장의 압축강 도 특성

자전거도로용 롤러 전압 콘크리트 포장의 압축강도 특성을 검토하기 위해 그림 3과 같이 소형롤러를 이용한 다짐 시험

을 수행하였다. 압축강도는 코어를 채취하여 28일과 56일에 3개씩 측정하였다.

Φ100mm×200mm의 시편으로 측정된 압축강도는 표준 공시체인 Φ150mm×300mm의 압축강도와 비교하기 위해 콘크리트구조설계기준(건설교통부, 2007)에 제시된 공시체 크기에 따른 압축강도 보정계수 0.97을 사용하였다. 또한 길 이에 대한 압축강도 보정은 KS F 2422 ‘콘크리트에서 절취 한 코어 및 보의 강도 시험 방법의 코어 길이’에서 보정계수 를 적용하였다. 표 3은 배합으로 시험을 수행하였다.

그림 4는 자전거도로용 롤러 전압 콘크리트의 소형롤러를 이용하여 시편 제작한 3개의 평균 코어 강도이다. 자전거도 로용 시멘트 콘크리트 포장의 재령 28일 압축강도 기준은 21MPa이며 C160-F40, C153-F27, C180-골재1, C180- 골재2를 제외한 나머지 배합에서 적은 시멘트량의 사용에도 불구하고 기준 강도를 상회하는 값을 보였다. 이러한 압축강 도 발현 결과를 토대로 경제성을 고려할 경우 C188-F62배 합이 적합할 것으로 사료된다. 하지만 동해에 따른 저항성과 현장에서 발생하는 대형 롤러에 의한 높은 다짐력 및 성능 개 선 혼화제 사용을 고려하여 현장 적용을 위한 배합을 C188-

그림 3. 소형롤러 다짐 시험 방법

(b) 코어 채취

표 3. 자전거도로용 롤러 전압 콘크리트 포장의 시험 배합비 (이승우 외, 2010)

구 분 골재 최대 치수 (mm)

물/

시멘트비 (%)

잔골 재율 (%)

단위 재료 량(kg/m³)

시멘트 물 굵은

골재 잔골재 플라이 애시 C250-F63 25 38 44 250 120 1133 893 63 C200-F50 25 48 44 200 120 1165 919 50 C188-F62 25 48 44 188 120 1162 917 62 C160-F40 25 60 44 160 120 1190 939 40 C153-F27 25 60 47 153 108 1166.4 973.8 27

C250 25 48 44 250 120 1175 926 0 C200 25 60 44 200 120 1198 945 0 C180-골재1 25 60 47 180 108 1173.3 978.8

C180-골재2 25 60 47 180 108 1173.3 978.8미립분이 많 은 골재 사용

그림 4. 소형 롤러 다짐 시험 결과(이승우, 2010)

F62와 C180-골재1에 성능 개선 혼화제를 사용하는 배합으 로 결정하였다.

3.2. 환경저항성 평가

콘크리트의 동해에 대한 저항성은 내부 공기량에 영향을 받기 쉬우며 동결융해에 대한 피해를 예방하기 위해 4~6%

의 공기량확보를 권장하고 있다(국토해양부, 2010). 그림 5 는 선행연구에서 제시된 동결융해 저항성에 대한 시험 결과 이다(이승우, 2010). 시험결과, 롤러 전압 콘크리트 포장의 경우 적은 공기량을 지녔음에도 불구하고 콘크리트 포장의 동결융해 저항성 확보 범위인 내구성 지수 60% 이상을 확보 하는 것으로 나타났다. 이는 내포된 적은 수분과 높은 다짐에 의해 조밀한 구조를 형성하여 내부로의 수분 침투를 억제하 고 다짐 시 충분히 분포된 작은 기포와 조밀한 간극계수의 형 성이 이루어졌기 때문인 것으로 판단된다(이승우, 2010).

제설제에 대한 저항성은 자전거도로의 특성상 제설제가 사 용되지 않으며 고려할 필요가 없을 것으로 판단된다. 하지만 자동차 도로 인근부에 접하는 곳에서 피해가 발생할 우려가 있으므로 이에 대한 연구 및 대책이 필요하다.

4. 시험시공

현재 자전거도로에 적용하기 위한 롤러 전압 콘크리트 포 장의 적정 배합을 도출하였으나 현장 여건 및 자전거도로의 요구 특성에 따라 적정 공용성을 확보할 수 있는 자전거도 로의 시공방안이 정립되어 있지 않아 상용화가 어려운 실정 이다. 본 연구에서는 자전거도로용 롤러 전압 콘크리트 포 장의 적정 시공 방안을 제시하고자 실내 연구 및 문헌 조사 를 토대로 다양한 배합 및 다짐 조건에 대한 시험시공을 실 시하여 현장 조사 및 성능 평가를 수행하여 자전거도로용 롤러 전압 콘크리트 포장에 대한 적정 시공방안을 도출하고 자 하였다.

4.1. 시험시공 개요

롤러 전압 콘크리트 포장을 자전거도로에 적용하기 위한 적정 시공 방안을 검토하기 위한 시험시공을 시행하였다. 시 험시공은 2010년 11월 10일에 강원도 춘천시 남산면 강촌 리에서 폭 3.2m, 연장 315m로 시공하였다. 또한 포장 단면 은“자전거도로 이용시설 및 관리 지침”에 따라 그림 7과 같 은 포장 단면으로 시험시공을 실시하였다.

4.1.1. 시험시공 배합 선정

시험시공에 사용된 배합은 현장에서의 적합성을 검토하기 위해 3가지 배합을 적용하였다. 사전배합은 이승우의“자전 거도로용 롤러 전압 콘크리트 포장 기술”연구에서 도출된 적 정 배합을 토대로 현장 재료를 사용하여 C188-F62 및 C180-골재1에 대하여 배합을 실시하였다. 공시체의 제작은 진동대를 이용하여 각 배합별로 3개씩 제작하였으며 재령 7 일에 압축강도를 측정하여 평균 19.1MPa, 15.5MPa인 것 을 확인하였다. 이러한 압축강도 발현은 재령 28일에 요구되 는 압축강도보다 높거나 낮을 것으로 판단되어 플라이 애시 치환량을 증가시킨 C180-F70과 C180-골재1에 성능개선 혼화제를 추가한 C180-AD, 시멘트만을 사용한 C200을 추 가적으로 배합을 실시하여 재령 28일 압축강도가 C180- F70의 경우 23.4MPa, C200의 경우 22.2MPa, C180-

그림 5. 롤러 전압콘크리트 포장의 동결융해 시험결과

(이승우, 2010)

그림 6. 시험 시공 전 전경

그림 7. 시공 단면

보조기층

표층 : 로울러 전압 콘크리트 10cm

20cm

AD의 경우 21.8 MPa의 압축강도를 확인하였다. 따라서 시 험시공에 적용할 배합으로 C180-F70, C200, C180-AD을 사용하였다. 표 4는 시험시공에 적용된 배합비를 정리한 것 이다.

4.1.2. 다짐 조건

롤러 전압 콘크리트 포장은 적은 수량 및 시멘트량의 혼합 물을 전압 롤러에 의해 다짐하여 시공하는 공법으로 다짐정 도에 따라 물리적 특성이 상이하다. 또한 자전거도로의 경우 얇은 단면 및 시공 폭에 따라 과도한 다짐이 발생하여 표면 파손 및 두께 감소를 발생시킬 수 있다. 따라서 본 시험 시공 에서는 자전거도로에 적용하기 위한 적정 다짐 방법을 선정 하기 위해 표 5의 한국도로공사 및 린 콘크리트 배합, 국외에 서 사용된 롤러 전압 방식을 토대로 다짐횟수를 변화하여 다 양한 다짐 조건으로 각 배합별로 다짐을 실시하였다. 그림 8 은 시험시공에 대한 구체적인 개요도이다. 구간의 총 연장은 315m이며 C180-AD, C180-F70, C200 배합 순서로 평행 하게 시공을 실시하였다. 또한 다짐 조건별로 각 10m씩 세분 화하여 시공을 실시하였다. 또한 각 구간 사이에 5m의 중첩 구간을 두어 다짐 변화에 따른 영향을 최소화하고자 하였다.

4.2. 시험 시공 절차

본 시험 시공은 그림 9와 같은 절차로 시공을 수행하였다.

콘크리트 생산 후 운반은 덤프트럭을 이용하였으며 롤러 전 압 콘크리트의 수분 손실로 인한 품질 저하를 방지하기 위해 10~30분 간격으로 운반하고 sheet 등을 이용하여 수분손실 을 최소화하고자 하였다.

표 4. 시험시공 배합비

구 분 물/

결합재 (%)

잔골 재율 (%)

단위 재료량(kg/m³) 물 시멘트 플라이

애시 잔골재 굵은 골재 혼화제 C200 60 47 120 200 - 979 1105 - C180-F70 48 48 120 180 70 994 1119 -

C180-AD 60 47 108 180 - 979 1173 단위수량 1%

표 5. 시험시공 다짐 조건

다짐 방법 1차다짐 2차다짐 3차다짐 4차다짐

다짐1 타이어 롤러 3회

진동 롤러 -

진동 3회 탠덤 롤러-5회 -

다짐2 진동 롤러 - 무진동 3회

진동 롤러 -

진동 2회 타이어 롤러-3회 탠덤 롤러-5회 다짐3 진동 롤러 -

무진동 3회

진동 롤러 -

진동 4회 타이어 롤러-3회 탠덤 롤러-5회 다짐4 진동 롤러 -

무진동 3회

진동 롤러 -

진동 4회 탠덤 롤러-5회 -

다짐5 진동 롤러 - 무진동 3회

진동 롤러 -

진동 4회 타이어 롤러-3회 -

다짐6 진동 롤러 - 무진동 3회

진동 롤러 -

진동 6회 타이어 롤러-3회 탠덤 롤러-5회

다짐7 탠덤 롤러 - 무진동 3회

탠덤 롤러 -

진동 5회 - -

그림 8. 시험시공 구간 개요도

(a) 보조기층 시공 (b) 포설

(c) 다짐 (d) 양생

<그림 계속>

포설 두께는 전압률을 고려하여 20~25%를 증진하였으며, 수분 손실을 방지하기 위해 생산 후 10~30분 이내에 진행하 였다. 다짐은 타이어롤러 및 진동 롤러, 탠덤 롤러를 편도 1회 를 기준으로 각 다짐 조건별로 수행하였다. 또한 포설 및 다짐 시 발생되는 양단의 파손을 방지하기 위해 그림 10과 같이 인 력 및 전동 다짐기를 이용하여 측면 다짐을 실시하였다.

시험시공 시 온도는 3~7℃이었으며, 양생포를 이용하여 양생관리를 실시하였다. 줄눈의 설치는 폭 6mm, 깊이 25~30mm로 6m 간격으로 줄눈을 설치하여 초기 발생되는

수축균열을 방지하고자 하였다.

5. 현장 조사 및 성능 평가를 통한 시공방안 검토

자전거도로용 롤러 전압 콘크리트 포장의 적정 시공방안을 검토하기 위해 각 구간에 대하여 육안관찰 및 다짐률, 전압률, 함수비를 측정하였으며 시공 완료 후 코어 채취 및 미끄럼저 항성, 평탄성에 대한 성능평가를 수행하였다. 표 6은 현장 조 사 및 성능 평가를 위한 시험 항목 및 방법을 정리한 것이다.

5.1. 육안 관찰 결과

자전거 이용자의 주행성 및 쾌적성을 확보하기 위해 양호 한 표면 상태를 확보하여야 하며 이를 위해 적정 다짐 방법 및 시공 여건에 따른 시공방안이 필요하다. 본 시험시공에서 는 롤러 전압 시 발생되는 표면 상태를 검토하기 위해 시공 및 완료 후 육안관찰을 실시하였다. 육안관찰 결과, 그림 11 과 같이 대부분의 구간에서 표면형성이 양호한 것으로 나타 났으나 일부 위치에서 다짐 및 시공여건에 따라 불량한 표면 이 발생하는 것을 확인하였다.

그림 9. 시험시공 절차

(e) 줄눈 설치 (f) 코어채취 및 성능 평가

그림 10. 측면 다짐

(b) 진동다짐기를 이용한 측면처리

표 6. 현장조사 및 성능 평가를 위한 시험 및 방법

항 목 방 법

육안관찰 시공 및 완료 후 표면 상태 관찰

코어물성 평가 5일 코어 채취 후 7일 압축강도 및 코어 밀도 측정 KS F 2405, ASTM C 642

함수비 측정 생산마다 speed moisture tester를 이용하여 측정

다짐률 측정 KS F 2312

전압률 측정 다짐 전후의 포장 두께 측정

미끄럼저항성 측정

ASTM E 303“Measuring Surface Frictional Properties Using the British Pendulum Tester”

의 BPT 장비 이용

평탄성 측정 7.6m profile meter

(a) C200

<그림 계속>

그림 12는 육안관찰 결과 나타난 파손 형태이다. 그림 12(a)는 진동롤러 다짐 시 발생한 것으로 얇은 단면에 비해 과도한 다짐이 실시되어 표면의 모르타르가 떨어져 나간 것 이다. 이와 같은 진동롤러의 과도한 다짐 및 뒷바퀴에 의한 파손을 방지하기 위해 진동 롤러의 대체 및 적정 장비 선정이 이루어져야 할 필요가 있을 것으로 사료된다.

그림 12(b)는 3℃의 낮은 온도에서 온도저하에 따른 혼합 물의 수분 동결로 인해 모르타르간의 부착력이 저하되어 발 생한 것으로 사료된다. 이와 같은 수분 손실 및 온도저하에 따른 표면 파손은 수화 후 표면 마모에 의해 다량의 모르타르 손실이 발생할 것으로 사료된다. 따라서 이러한 불량한 표면 형성을 방지하기 위해 재료 동결을 방지하기 위한 적정 시공 온도를 고려할 필요가 있다.

육안관찰 결과, 진동롤러에 의해 표면 파손이 발생하였으 며 이를 방지하기 위해 주다짐 롤러로 중량이 가볍고 진동 및 무진동이 가능한 탠덤 롤러를 사용하고 표면 파손을 고려하 여 타이어 롤러로 마무리 다짐을 실시하여 불량한 표면을 보 완할 수 있을 것으로 사료된다. 또한 시공 시 원활한 다짐과 조밀한 표면형성을 위해 4℃ 이상의 온도에서 시공이 이루어

져야 할 것으로 사료된다.

5.2. 생산 혼합물의 함수비 측정에 따른 결과

배치플랜트에서 생산된 롤러 전압 콘크리트 혼합물의 품 질 관리를 위해 Speed Moisture Tester를 이용하여 함수 비를 측정하여 품질관리를 위한 기준 함수비를 도출하고자 하였다.

배치플랜트에서의 함수비 측정결과, 대부분 함수비인 5.6~5.8%에 분포되어 있었으며 몇몇 배합은 ±0.5% 범위 내에 분포되는 것을 확인하였다. 그림 13은 함수비 6.2% 배 합에서의 시공 전경이다. 콘크리트 혼합물의 진 정도에 의해 롤러 철륜에 모르타르가 붙어 표면에서 떨어져나가는 것을 확인하였다. 또한 다짐 시 측면으로 유동이 과도하게 일어나 는 것을 확인하였다. 반면 그림 14는 5.2%일 때의 배합으로 콘크리트 혼합물이 다짐지연 및 현장기후에 따른 표면 수분 손실이 급격하게 발생하는 것을 확인하였다.

그림 11. 배합별 표면 상태

(c) C180-AD 칼라 포장

그림 12. 진동 롤러에 의한 표면 파손

(C180-AD 다짐 2구간)

(b) 낮은 기온에 따른 불량한 표면 형성(0℃) (C200 다짐 4구간)

이와 같은 콘크리트 혼합물의 함수비에 따른 품질 및 시공 성 저하를 고려하여 기준 함수비는 5.7%가 적절할 것으로 사료된다. 또한 콘크리트 혼합물의 수분에 따른 품질저하를 고려하여 현장여건에 따라 기준 함수비를 변화시킬 필요가 있을 것으로 사료된다. 따라서 추후 시험시공 및 실내 연구를 통해 허용 함수비 변화 범위를 정립할 필요가 있을 것으로 사 료된다.

5.3. 코어의 압축강도 및 밀도 측정

코어는 시험시공 후 5일에 직경 10cm로 채취하였다. 코어 의 압축강도는 7일에 KS F 2405에 따라 측정하였으며 일반 공시체 보다 작은 코어 길이를 고려하여 Harrison F.

Gonnerman(1925)이 실시한“Effect of Size and Shape of Test Specimen on Compressive Strength of Concretes”의 연구인 표 7의 내용을 토대로 보간법을 이용 하여 길이에 따른 강도 보정계수를 적용하였다.

7일 압축강도는 각 구간별 2~3개씩 측정하였다. 반면 28 일 압축강도의 경우, 채취된 코어의 시편의 부족으로 전 구간 에 대하여 측정하지 못하였다. 따라서 전 구간에 대한 재령 28일 압축강도를 도출하고자 측정된 28일 압축강도를 이용 하여 단순 회귀분석을 실시하였다. 식(1) 및 그림 16은 회귀 분석을 통해 도출된 예측식과 이를 이용하여 예측된 재령 28 일 압축강도 및 실측한 재령 28일 압축강도의 상관관계를 나 타낸 것이다.

f

(1)

R

그림 13. 다짐 롤러에 따른 모르타르 손실

그림 14. 수분 손실에 따른 표면 상태 저하

(a) 코어 길이 측정

(b) 코어 압축강도 측정

그림 15. 코어 물리적 특성 검토 시험

표 7. 길이/지름 비에 따른 압축강도비 (Harrison F. Gonnerman, 1925)

(길이/지름) 0.5 1 1.25 1.5 2 3 4

강도률(%) 178 115 107 103 100 95 90

기준 배합에 대한 다짐 기준을 검토하기 위해 채취된 코어 를 ASTM C 642 “Standard Test Method for Density, Absorption, and Voids in Hardened Concrete”에 따라 수침 후 밀도를 산정하였으며 이를 토대로 식(2)을 이용하여 다짐률을 산정하였다.

5.3.1. 코어 압축강도 측정 결과

표 8은 각 구간별 7일 코어 강도 및 식(1)을 통해 산정한 28일 압축강도를 정리한 것이다. 각 다짐 방법 별 28일 추정 압축강도 산정 결과, 21MPa를 확보하는 구간은 C200 다짐 6 및 7구간, C180-AD 다짐 5, 다짐 6 및 7구간, C180- F70 전 구간이며 다짐 방법과 무관하게 압축강도가 측정되 는 것을 확인하였다. 하지만 코어 채취 시 발생되는 압축강도 저하를 고려한다면 전 구간에서 충분히 목표 강도를 만족시 켰을 것으로 사료된다.

코어의 압축강도 측정 결과, 다짐방법과 무관하게 압축강 도가 측정되었으나 적정 다짐방법 및 시공절차의 확립을 통

해 모든 배합에서 목표 강도를 확보할 수 있을 것으로 사료된 다. 또한 자전거도로의 얇은 포장단면을 고려하면 적은 다짐 력에도 충분한 다짐도를 확보할 수 있을 것으로 사료된다.

적정 배합으로써 장기 내구성, 경제성 및 친환경성을 고려 하여 시멘트 사용량이 적고 산업부산물인 플라이애시를 사용 한 C180-F70과 환경저항성을 향상을 위해 성능 개선 혼화제 를 사용한 C180-AD이 자전거 도로용 롤러 전압 콘크리트 포 장에 적용하기 위한 기준 배합으로 적합할 것으로 사료된다.

5.3.2. 배합 별 다짐 기준 선정

본 절에서는 시험시공을 통해 채취한 코어 샘플을 이용하 여 각 배합에 대한 코어 강도 및 다짐률의 상관관계 분석을 통하여 다짐 기준을 산정하였다. 그림 17은 코어의 밀도에 따른 다짐률 및 28일 추정 압축강도에 대한 상관관계 그래프 이다. C200은 다짐률 95%에서 목표 강도를 만족시키는 것 을 확인하였으며 C180-AD 및 C180-F70은 다짐률 95%

그림 16. 예측 28일 압축강도 및 실측 28일 압축강도의 상관관계

다짐율(%)= 코어샘플 건조밀도 ×100 (2) 이론최대 건조밀도

표 8. 코어 압축강도 측정 결과

다짐 조건

C200 C180-AD C180-F70

7일 코어 강도

(MPa) 28일 추정 강도

(MPa) 7일 코어 강도

(MPa) 28일 추정 강도

(MPa) 7일 코어 강도

(MPa) 28일 추정 강도

(MPa)

다짐 1

다짐 2

다짐 3

다짐 4

다짐 5

다짐 6

다짐 7

그림 17. 다짐률 및 28일 추정 압축강도 상관관계 그래프 (a) C200

(b) C180-AD

(c) C180-F70

및 94%에서 목표 강도 21MPa를 확보하는 것을 확인하였 다. 위의 결과를 토대로 현장여건을 고려하여 기준 다짐률은 일괄적으로 95% 이상으로 관리하는 것이 바람직할 것으로 사료된다. 또한 측정 오차를 고려하여 현장에서는 93% 이상 의 다짐률을 확보할 필요가 있을 것으로 사료된다.

5.4. 다짐률 측정

롤러 전압 콘크리트 포장에서 다짐은 충분한 압축강도를 위해 충분한 다짐률을 확보하여야 하며 일정한 강도 발현을 위해 품질유지를 위한 관리 방안이 필요하다. 본 시험시공에 서는 현장의 다짐 관리를 위해 다짐 후 KS F 2311“모래 치 환법에 의한 흙의 밀도 시험”에 따라 현장 밀도를 측정하였으 며 이를 토대로 식(2)을 이용하여 다짐률을 산정하였다.

표 9는 현장 건조 밀도와 다짐률을 산정한 것이다. 다짐률 측정 결과, 각 배합별로 다짐률이 일정하지 않았다. 이는 측 정자 및 측정 시간차에 따른 수분손실에 의한 것으로 판단된 다. 따라서 추후 정확한 다짐관리를 위해 측정시간 및 측정간 격을 제시할 필요가 있다. 또한 수분손실에 따른 다짐률 차이 를 방지하기 위해 다짐 완료 직후 비닐을 사용하여 밀도 측정 시 까지 수분 손실을 방지하여야 할 것으로 사료된다.

5.5. 전압률 측정 결과

롤러 전압 콘크리트 포장은 롤러 전압에 의해 시공하는 방 법으로 다짐에 의한 두께 감소를 고려하여 포설 두께를 증가 시킬 필요가 있다. 본 시험시공에서는 전압률에 따른 포장두 께의 감소를 고려하여 포설 및 다짐두께를 측정하여 각 배합 별 전압률을 산정하였다. 시험시공에서는 정확한 전압률을 산정하고자 레벨 측량을 통해 측정하였다.

표 10은 측량 및 자를 통해 측정된 다짐 구간별 전압률을 산 정한 것이다. 전압률 측정 결과, 10cm 기준에서 평균 전압률은 18∼26%로였으며 C180-F70 배합의 다짐 7구간 및 C180- AD의 다짐 1구간에서는 12~13%의 전압률을 보였다. 이는 노상의 고저 및 측정에 의해 발생된 오차로 판단된다.

전압률 산정 결과, 포설 두께는 다짐에 의해 발생되는 두께 감소를 고려하여 18~26%로 증진시킬 필요가 있으며 자에 의한 수시적인 측정 및 측량에 의해 다짐 전후의 포장 두께 관리가 이루어져 할 것으로 사료된다.

5.6. 미끄럼저항성 측정

미끄럼 저항성은 ASTM E 303 “Standard Test Method for Measuring Surface Frictional Properties Using the British Pendulum Test”에 따라 British Pendulum Tester 장비를 이용하여 각 구간별로 4세트씩 2회 측정하였다.

표 11은 배합별 시험시공 구간의 미끄럼 저항성을 측정한 결과이다. 모든 배합에서“자전거 이용 시설 설치 및 관리 지 침”에 제시된 40BPN을 상회하는 78BPN 이상의 값을 보였 으며 이는 거친 표면으로 별도의 표면처리 없이 이용자의 안 정성을 위한 충분한 미끄럼저항성을 확보하였다.

5.7. 평탄성 측정

평탄성은 7.6m Profile Meter를 이용하여 측정하였다. 측 정 결과, PrI값이 70cm/km로 부체도로 공사에서 제시한 값 보다 높은 것으로 나타났다. 이와 같은 측정 결과는 시험시공 시 다짐구간 및 5m 중첩구간으로 전압이 이루어짐으로써 시 점부 출발과 종점부의 정지 등이 반복적으로 발생하여 PrI 결과치가 높게 산정된 것이며 실질적인 현장 적용 시 연속적 인 다짐으로 평탄성이 향상될 것으로 판단된다.

6. 결론

본 연구에서는 자전거도로에 롤러 전압 콘크리트 포장을 적용하기 위한 기준 배합 및 다짐 기준에 대해 검토와 적정

표 9. 현장 밀도 측정을 통한 다짐률 산정 결과

다짐 방법

C200 C180-AD C180-F70

현장건조밀도

(g/cm³) 다짐률현장건조밀도

(g/cm³) 다짐률현장건조밀도 (g/cm³) 다짐률 다짐 1 2.03 88.3% 2.21 95% 2.17 92.5%

다짐 2 2.12 91.8% 2.24 96% 2.24 97.4%

다짐 3 2.03 87.5% 2.27 98% 2.21 92.3%

다짐 4 1.98 85.2% 2.46 106% 2.32 99.8%

다짐 5 1.98 86.0% 2.23 96% 2.11 90.2%

다짐 6 1.93 83.3% 2.26 97% 2.23 95.2%

다짐 7 2.21 94.6% 2.26 97% 2.26 95.8%

표 10. 구간별 전압률 측정 결과

구 간 C200 C180-AD C180-F70

다짐1 20% 13% 20%

다짐2 26% 23% 20%

다짐3 22% 23% 25%

다짐4 24% 25% 21%

다짐5 22% 23% 21%

다짐6 24% 24% 22%

다짐7 18% 18% 12%

표 11. 미끄럼저항성 측정 결과

구 간 C200 C180-AD C180-F70

배합별

평균 BPN 79 78 80

공용성을 확보할 수 있는 시공방안을 제시하기 위해 실내 연 구 내용을 토대로 시험시공을 실시하여 육안관찰 및 생산 혼 합물의 함수비 측정, 다짐률 및 전압률 측정, 미끄럼저항성 및 평탄성의 측정을 수행하였으며 다음과 같은 결론을 도출 하였다.

1. 육안관찰 결과, 진동롤러에 의해 표면 파손이 발생하였으 며 이를 방지하기 위해 주다짐 롤러로 중량이 가볍고 진동 및 무진동이 가능한 탠덤 롤러를 사용하고 표면 파손을 고 려하여 타이어 롤러로 마무리 다짐을 실시할 필요가 있을 것으로 사료된다. 함수비는 시공 및 품질저하를 고려하여 기준 함수비를 5.7%로 적용하는 것이 적절하며 표면의 수분손실에 따른 살수 및 시공시간의 최소화가 필요하다.

또한 혼합물의 동결을 방지하기 위해 4℃ 이상의 시공 온 도가 필요할 것으로 사료된다.

2. 코어의 압축강도 측정을 통해 다짐방법과 상관없이 모든 배합에서 목표 강도를 만족시킬 수 있는 것을 확인하였다.

이는 얇은 포장 단면에 따라 적은 다짐력에도 충분한 다짐 기준을 확보하였기 때문인 것으로 사료된다.

3. 장기 내구성, 경제성 및 친환경성을 고려하여 시멘트 사용 량이 적고 산업부산물인 플라이 애시를 사용한 C180- F70과 환경저항성 향상을 위해 성능 개선 혼화제를 사용 한 C180-AD이 자전거도로용 롤러 전압 콘크리트 포장에 적용하기에 적합할 것으로 사료된다.

4. 코어의 물성 검토를 통해 각 배합에 대하여 다짐 기준을 산 정한 결과, C200은 다짐률 96%, C180-AD 및 C180-F70 은 다짐률 95% 및 94%의 다짐 기준을 도출하였다. 이와 같은 결과를 토대로 현장여건을 고려하여 기준 다짐률은 일 괄적으로 95%이상으로 관리하는 것이 바람직할 것으로 사 료된다. 또한 측정 오차를 고려하여 현장에서는 93% 이상 의 다짐률을 확보할 필요가 있을 것으로 사료된다.

5. 현장 밀도 측정을 통한 다짐률 산정에서 얇은 포장두께에 의해 부적절한 현장 밀도 측정이 이루어 졌으며 이를 고려 하여 현장에서의 다짐관리는 시공 후 코어채취를 통해 이 루어져야 할 것으로 사료된다.

6. 다짐 전후의 전압률은 18~26%였으며 시공 시 이를 고려 하여 포설두께를 증가시켜야 하며 포장두께의 관리는 자 에 의한 수시적인 측정 및 측량에 의해 다짐 전후의 포장 두께 관리가 이루어져 할 것으로 사료된다.

7. 미끄럼저항성 측정 결과, 다짐에 의한 거친 표면의 형성으

로 이용자의 안정성을 위한 충분한 미끄럼저항성을 확보 하였다. 반면, 평탄성의 경우 PrI값이 70cm/km이었으며 이는 시험시공 시 전압 롤러의 반복적인 출발 및 정지로 인해 발생한 것이며 실질적인 현장 적용 시 연속적인 다짐 으로 평탄성이 향상될 것으로 판단된다.

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Harrison F. Gonnerman(1925), “Effect of Size and Shape of Test Specimen on Compressive Strength of Concretes ”, Structural Materials Research Laboratory Lewis Institute Chicago

접 수 일 : 2011. 2. 21

심 사 일 : 2011. 3. 6

심사완료일 : 2011. 4. 18