1. 배경과 목적

공항 운용의 안전 확보를 위하여는 포장의 적절한 유지관리가 중요하다. 동경국제공항과 같이 교통수요가 많은 공항은 공항시설이 장시간에 걸쳐 운용되고 있어, 포장의 유지수선을 위하여 확보되는 시공시간도 짧고 적절한 유지보수하기가 매우 어려운 환경이다. 이러한 문제 해결을 위하여 기존 포장의 내구성을 향상을 도모하여, 유지공사의 빈도를 줄이고 수선공사당 내용연수를 늘리는 것이 효과적이라고 생각 된다.

그 중, 공항 포장에서의 대표적인 손상현상인 바퀴자국을 대상으로 내구성을 향상하는 방안을 검토하였다. 바퀴자국에 대한 내구성 대책으로는 개질 아스팔트 등, 골재의 유동현상에 저항성이 높은 아스팔트의 개발이 진행되어 왔다. 이 보고서에서는 새로운 관점으로써, 도로 표면온도 저감기술에 착안하였다.

아스팔트 포장은 일반적으로 온도가 높아지면 부드러워져 바퀴자국이 발생하기 쉽다. 따라서 기온이 높은 여름에 많이 발생하고 있다. 이 연구도 여름에 포장 온도 상승을 저감하는 것을 해결함으로써 내구성을 향상 하도록 하는데 그 목적이 있다.

 

2. 차열성 포장의 개요

차열성 포장은 아스팔트 포장의 노면에 특수한 수지를 도포함으로써 일사에너지 양의 약 절반을 차지하는 근적외선을 반사시키고, 낮 동안의 노면온도 상승을 저감 시키는 포장이다. 개념도는 다음과 같다.

 

 

 

아스팔트 혼합물

차 열 재

근적외선(파장700nm이상)을 반사

일사

(파장 290~3,000nm)

차열성 포장은 지금까지 히트아일랜드현상 완화 목적으로 도심부의 도로에 이용하거나, 열 중증 대책으로 보도에 사용된 실적은 많으나, 공항 시설에는 사용된 예가 극히 적은 실정이다. 연구는 차열성 포장에 관한 기존의 이용목적과 다른, 바퀴자국에 대하여 내구성 향상방법 기술개발을 실시하였다.

            

3. 온도 저감 효과의 검증

차열성포장은 포장의 온도를 저감시킴으로써 바퀴자국에 대한 내구성 향상을 기대하였다. 차열포장이 일반 아스팔트포장에 대하여 어느 정도의 온도 저감 효과를 가지는 가를 검증하기 위해, 실내실험 및 실물 실험을 실시하였다. 또한, 차열성 포장의 노면 색깔은 자유로이 설정 가능하기 때문에 실험에서는 회색(명도 N60)과 검정색(명도 N40)의 두 종류를 실험 대상으로 하였다.

3.1 실내조사실험

 

 

일사를 재현한 실내조사 실험을 실시함에 있어, 2개의 색으로 설정한 차열성 포장과 보통 포장의 표면온도를 측정하였다. 일반 포장은 하절기에 노면온도가 60℃까지 상승함으로 설정온도 60℃가 되도록 조사온도를 설정했다. 실험 상황은 사진 1에 나타내었다.

사진1 조사실험

또한, 차열성 포장이 사용한 후에 중장기적으로 온도저감 효과가 지속되는가를 확인하기 위해 바퀴하중을 노면에 반복하여 재하하고, 재하 횟수에 대한 온도저감지속성을 확인하였다. 바퀴 하중 값은 1.47kN, 재하 속도는 20㎞/h다. 실험결과 온도저감 효과에 대하여 재하 횟수의 증가에 관계없이 차열성 포장은 일반 포장에 비하여 약 12℃의 온도 저감 효과가 확인되었다. 차열성 포장의 노면 색깔에 따른 차이는 없었다. 따라서 차열성 포장의 색은 비행사에게 위화감이 없는 일반도로와 같은 검정색이 적용성에 뛰어난 것으로 사료되었다.

 

3.2 실물포장의 온도측정 실험

노비실험장에서 시험시공을 하고, 차열성 포장에 의한 노면온도저감효과를 검증하였다.실물실험에서는 주로 포장 깊이 방향의 노면 온도 저감 효과를 파악하기 위하여 실시하였다. 더불어 시공성에 대한 검토도 실시하였다. 결과는 실내조사실험과 동일한 경향을 나타내었다. 하절기에는 차열성 포장의 노면이 통상 포장에 비하여 약 13℃낮은 것이 확인되었다. 동절기에는 차열성 포장이 약 8℃ 저감으로 나타났다. 노면 색에 따른 차이는 약 2℃로 현저한 차이는 나타나지 않았다.

 

 

 

 동절기에 포장의 내부 온도에 대하여 검토를 수행하였다. 차열성 포장 회색, 차열성 포장 검정색 및 보통 포장에 대하여 깊이 별 온도변화를 실험하였다. 포장노면(표층 표면) 및 표층 하층에서 포장의 종류에 따른 온도의 차이가 나타났다. 바퀴자국 영향이 큰 표층의 온도에 관하여 보통 포장과 비교하였을 때 표층에서 8℃, 하층에서 4℃의 온도저감 효과가 확인되었다. 아스팔트 유동에 의하여 발생하는 바퀴자국 발생은 표층 내부의 온도 영향이 크다고 생각 된다. 이번 실험으로 차열성 포장의 효과가 확인되었다.

 

4. 바퀴자국 저감효과의 검증

 

 

 앞의 온도저감 효과에 따른 차열성 포장의 바퀴자국을 어느 정도 저감하는 것이 가능한가를 휠-록킹 시험에 의해 검증했다. 접지압으로는 도로통행차량하중에 상응하는 0.63MPa 및 항공기 하중에 상응하는 1.38MPa 의 2종류를 검토하였다. 휠-록킹 시험기는 사진2에 나타냈다. 시험은 아스팔트 혼합물의 바퀴자국 저항성을 나타내는 지표인 0.63MPa의 접지압 조건에서 측정하는 동적 안정도 시험을 실시하였다. 동적 안정도는 바퀴자국이 1㎜진행하는데 필요한 재하 횟수로 정의되어, 값이 클수록 바퀴자국 저항성이 높다는 지표가 된다.

 

4.1 동적 안정도의 측정

시험온도는 차열재를 사용하지 않은 통상의 아스팔트 포장에 관하여 포장시험법편람(일본도로협회)에 따라 60℃로 하였다. 차열성 포장은 앞의 실험결과에 따라 온도를 48℃로 설정하고 시험을 실시하였다. 그 결과 동적 안정성은 3배에서 5배 정도 높은 효과가 있음을 확인하였다.

 

4.2 항공기 하중 대응 휠-록킹 시험

  동적 안정도의 측정은 시험 온도를 60℃로 정하고 있기 때문에 앞서 시험과 같이 일반 포장은 60℃로, 차열성 포장은 48℃로 하여 시험을 실시하나, 항공기 하중 대응 시험에서는 시험온도를 30℃, 40℃, 50℃ 및 60℃의 4종류로 추가하여 실시하였다. 시험 결과 50℃와 60℃에서는 항공기에 상응하는 접지압에 대하여도 차열성 포장의 사용에 의해 바퀴자국의 진행속도를 저감시키는 효과가 확인되었다.

 

5. 미끄럼저항성의 검증

 차열성 포장은 노면에 수지를 도포하기 때문에 노면의 미끄럼 저항성에 영향을 끼칠 것으로 생각된다. 연구에서의 노면 도포공정은 미끄럼 저항성을 확보하기 위해 골재(규사., 입경 0.5㎜~1.0㎜)를 산포하고 있으나, 중장기적으로도 사용을 계속하여도 소정의 저항성을 유지하는 가를 검증했다. 시험결과 일반 포장과 비교하여 차열성 포장은 미끄럼 저항성에 대하여 동등한 성능을 가진 것을 확인 할 수 있었다.

 

6. 시공성의 검증

 

 

  6.1 노비시험장에서의 시행  

차열성포장의 시공성을 검증하기 위해 노비시험장에서 시험시공을 실시하였다. 시험 시공의 규모는 차열성 포장에 관하여는 5.0mx5.0m의 구획을 4구역으로 하고 합계 100㎡으로 하였다. 차열성 포장은 실적이 많으나, 이번 시험 시공에서는 활주로의 이용을 예상하여 표면의 홈을 남기면서 차열재를 일정하게 도포하는 것이 가능한가를 확인했다. 사진3에 시공 상황을 나타냈다.

 

  6.2 하네다 공항에서의 시행

  노비비행장에서의 시험시공에서 얻은 지식을 바탕으로 차열성 포장의 유효성을 검증하기 위해 실제 공항의 유도로에 시험시공을 실시하였다. 하네다 공항의 유도로 중 70㎡에 대하여 차열성의 도포 시공을 하룻밤에 실시하고 다음날 유도로를 사용하였다. 이상의 결과로 하네다공항의 유도로에서도 지장 없이 시공을 실시한 결과를 얻을 수 있었다. 시험시공후의 바퀴자국에 대하여도 현재 진행 중이다.

 

7. 결론

 이 연구에서는 공항 아스팔트 포장의 내구성 향상을 위하여 차열성 포장에 착안하여 수행하였다. 실험결과 얻어진 내용은 아래와 같다.

 

a) 차열성 포장에 의한 온도저하 효과에 대하여 조사실험결과 재하 횟수의 증가에 관계없이 차열성 포장은 통상의 포장에 비하여 약 12℃온도 저하 효과가 확인되었다. 또한, 색에 의한 온도 변화는 나타나지 않았다.

b) 바퀴자국 저항성에 관한 휠-록킹 시험에서는 동적 안정성 산출 결과 스트레이트 아스팔트 위에 차열재를 도포한 경우에는 5배 정도, 개질 2형 아스팔트 위의 경우 3배정도, 동적 안정도가 높은 것을 확인하였다.

c) 바퀴자국 저항성에 대하여 항공기 하중 대응 휠-록킹 시험 결과, 차열성 포장의 사용에 의하여 바퀴자국 진행 속도를 저감시키는 효과가 확인되었다.

d) 미끄럼 저항성에 대하여 시험결과 차열성 포장이 일반 포장과 동등한 미끄럼 저항성을 가지는 것을 확인하였다.

e) 시공성에 관하여 시험 시공결과, 차열재의 도포하는 방향에 따라 도로 위의 홈에 시공하여도 문제없이 실시 가능한 것이 확인되었다. 

 

▣ 원문제목 : 空港アスファルト舗装の路面温度に着目したわだち掘れ低減策の検討

 

▣ 원문의 주요목차********************************************************************

 

1. 배경과 목적

2. 차열성 포장의 개요

3. 온도저감효과의 검증

 3.1 실내조사 실험

 3.2 실물 포장의 온도측정 실험

4. 바퀴자국 저감 효과의 검증

 4.1 동적 안정도의 측정

 4.2 항공기 하중 대응 휠-브록킹 실험

5. 미끄럼 저항성의 검증

6. 시공성의 검증

 6.1 노비실험장애서의 시행

 6.2하네다 공항에서의 시행

7. 결론