1. 소개
 

도로포장 보존 프로그램의 실행은 성공 뿐만아니라 실패를 결정하는 학습곡선(learning curve)을 포함함. 도로포장 보존 프로그램의 성공적인 실행은 도로포장 보존 표면 처리(conservation surface treatments)의 시간에 걸친 성능에 대한 지식을 요구하는데, 이는 도로포장 관리 분석을 위한 성능 모델의 개발에 필수적임. 추가적으로, 칩 실(chip seal), 포그 실(fog seal), 미세표면처리(microsurfacing), 그리고 4.75-mm의 박막 또는 초박막 오버레이와 같은 보존 표면 처리는 특정한 도로포장 표면의 결점을 수리할 수 있을 뿐만 아니라 도로포장의 표면 특성을 변화시켜 도로포장 표면의 마찰 성능에 영향을 줄 수 있음. 그럼에도 불구하고, 그와 같은 정보는 현재 가용하지 않고, 인디애나 교통부(Indiana Department of Transportation, INDOT)가 포장도로 보존 표면 처리의 효과성을 평가하기 위해 필수적임. 집중된 노력으로, 이 연구는 보존 표면 처리(특히, 인디애나 교통부에 의해 폭넓게 사용되고 있고 사용될 처리방법들)의 장기 마찰 성능에 중점을 두었음.

선정된 현장 도로포장 시험 부분에 근거하여, 이 연구는 표면의 특성, 특히 칩 실, 포그-칩(fog-chip), 포그 실, 재생 실(rejuvenating seal), 미세표면처리, 초박막 부착 웨어링 코스(ultrathin bonded wearing course, UBWC), 4.75-mm 고온 배합 아스팔트(hot mix asphalt, HMA) 박막 오버레이(UTO), 그리고 프로파일 밀링(profile milling) 또는 다이아몬드 그라인딩(diamond grinding)과 같은 표면 처리에 대한 장기 마찰 특성을 평가하기 위함임. 표면 처리의 각 타입(type)에 대한 시험부분은 다양한 범위의 교통량에 노출되었음. 선정된 시험 부분에 대한 서비스 수명은 6개월에서 60개월까지 다양했음. 마찰 시험은 주로 ASTM E 274 locked wheel trailer을 사용하여 수행되었음. 표면 질감 시험은 ASTM E 2157 circular track meter(CTM)이나 레이저 스캐너(laser scanner)를 사용하여 수행되었음. 도로포장 조도(roughness)와 소음 시험도 평탄성 및 소음 이슈를 다루기 위해 수행되었음. 상세한 분석이 4.75-mm 고온 배합 아스팔트 박막 오버레이의 마찰 특성을 평가하기 위해 제공되었음. 이 연구에서 파생된 시험 결과는 인디애나 교통부가 도로포장 보존 프로그램을 개선하는데 적시의 정보를 제공할 뿐만 아니라 잠재적인 독자들에게 보존 표면 처리를 더 잘 이용하기 위한 독창적인 정보를 제공함.

2. 결과
 

2.1 칩 실과 포그-칩 실

새롭게 칩 실 처리된 표면에서, 표면마찰계수(surface friction numbers)는 50과 70사이로 다양했음. 노후화된 포장도로에서 마찰계수가 더 높을수록, 새롭게 칩 실 처리된 표면에서 마찰계가 더 높았음. 표면 마찰은 교통이 개시된 후 감소되었음. 최대 마찰 감소는 12개월의 서비스 이후 발생하였음. 칩 실이 설치된지 약 30개월에 도달했을 때, 표면 마찰은 시간에 걸쳐 지속적으로 감소하기 시작했음. 칩 실이 안정적인 모자이크(mosaic)를 형성하기 까지 12개월이 소요되었음. 성공적인 칩 실은 12개월의 서비스 후에 44와 52 사이의 마찰계수를 나타냈음. 두 곳의 칩 실 부분에서 균열이 관찰되었는데, 이 부분에서는 12개월째에 급속한 마찰 감소가 나타났으며 마찰 계수는 30보다 작았음(보통 20 정도였음).

칩 실의 상부에 포그 실을 도포하는 것은 즉각적이고 일시적인 마찰력 감소(20 ？ 33%)를 가져왔음. 표면 마찰은 증가하였는데, 이는 칩의 상부에서 떨어져나간 물질이 6개월 이상의 서비스 후에 최대치에 도달하는 경향이 있었기 때문임. 이는 포그-칩 실이 표준 칩 실보다 더 빨리 안정적인 모자이크를 형성한다는 것을 말해줌. 포그-칩 실에서 표면 마찰은 12개월의 서비스 이후 시간이 흐름에 따라 감소하는 경향을 나타냄. 포그-칩 실의 12개월째 평균 마찰계수는 칩 실의 12개월째와 거의 같았음. 균열이 하나의 포그-칩 실 부분에서 관찰되었는데, 마찰계수는 12개월의 서비스 이후 약 20이었음. 포그-칩 실은 표면 마찰의 측면에서 반드시 표준 칩 실만큼 잘 성능을 발휘하지는 못하는 것으로 나타남.

새로운 칩 실에 대해서, 파쇄석(crushed stone)에 의해 생성된 마찰계수는 파쇄자갈(crushed gravel)에 의한 것보다 16.7% 더 높았음. 12개월의 서비스 이후 마찰력에서의 차이는 7%까지 떨어졌음. 이 추세가 장기적으로 유지된다면, 칩 실에서 파쇄자갈의 사용은 매우 유망할 것임. 그러나, 비파쇄 골재(uncrushed aggregate)의 사용은 마찰 감소로 이어질 수 있음.

칩 실은 교통량이 많은 도로에서도 성공적일 수 있음. 트럭 교통량은 연간 일일 평균 교통량보다 훨씬 더 칩 실의 성능에 영향을 주는 것처럼 보임. 균열이 생긴 칩 실은 보통 불량한 표면 마찰을 보이고 시각적으로 쉽게 파악될 수 있음(예를 들어, 부족한 골재 칩, 바인더 과다 표면 등). 시험 부분에서 균열에 기여하는 요인들은 분명하지 않았음. 그러나, 전반적인 포장도로의 상태나 표면 조도가 보통 혹은 그 이하인 상태에서 칩 실이 포장도로에 도포될 때 주의해야 하는 것처럼 보임.

2.2 포그 실과 재생 실
 

포그 실을 도포한 후, 표면 마찰은 즉각적으로 상당하게 감소하였음(50% 이상). 그러나 마찰의 변동성은 60% 이상 감소하였음. 이는 포그 실이 포장도로 표면의 균질성(uniformity)을 향상시키고, 더 일관성있는 표면 특성을 제공하는 것을 의미함. 표면 마찰이 원래 수준으로 돌아가는데 약 18개월이 소요되었음. 포그 실의 효과성은 기존 도로의 표면 특성에 따라 상당히 변동하였음.

재생 실을 도포한 후, 표면 마찰은 40% 이상의 감소를 경험하였고, 그후 증가하다가 30일째 최고에 이르렀음. 모래 압지(sand blotter)는 마찰의 증가(8 점)로 이어졌고 하루 또는 이틀 후에는 효과가 없게 되었음. 포장도로 표면에 재생제(rejuvenating agent)는 약 한달이 지나야 완전히 건조될 수 있었음. 포장도로 표면 마찰은 재생 실을 도포한 후 원래 수준으로 돌아갈 수 없었음. 도포한 지 24개월 후 마찰력은 추월 차선에서 18% 이상, 주행 차선에서 35% 이상 감소하였음.

2.3 미세표면처리
 

새롭게 설치된 미세표면처리는 교통이 개시될 때 28과 57 사이의 충분한 표면 마찰을 만들어낼 수 있었음. 미세표면처리의 표면 마찰은 최초 6개월이 지나서 상당히 증가하였고 12개월 후에 최고에 도달했음. 미세표면처리된 표면은 12개월의 서비스 이후 안정호하되었고 40에서 60 사이의 실제 마찰계수를 만들어냈음. 12개월의 서비스 이후, 표면 마찰은 시간이 흐름에 따라 지속적으로 감소하는 경향을 보였음. 그러나, 30보다 작은 마찰 계수는 42개월째까지 관찰되지 않았음. 시험 부분에서 평균 프로파일 깊이(mean profile depth, MPD)는 0.66 ？ 0.94mm로 다양했음.

미세표면처리로부터의 평탄성(smoothness) 개선은 기존 도로의 평탄성에 달려있음. 기존의 포장도로 표면이 더 거칠수록 평탄성 개선이 더 컸음. 그러나, 평탄성의 개선은 제한적이었음. 시험 부분에서 관찰된 두 가지의 주요 균열 모드는 박리(delamination)와 반사 균열(reflective cracking)이었음. 박리는 보통 미세표면처리와 오래된 표면 사이의 접촉면에서 발생하였음. 미세표면처리가 교통량이 많은 도로(특히, 도시지역의 도로)에 적용될 때 주의를 기울여야 함. 미세표면처리와 4.75-mm 고온 배합 아스팔트 오버레이 사이의 소음 차이는 도로 주변 및 차량 안에서 인지하지 못할 정도였음.

2.4 초박막 부착 웨어링 코스(UBWC)

새로운 UBWC 표면에서 마찰 계수는 48 ？ 59로 다양했음. 시험 부분에서 마찰 계수는 6개월째 또는 그 이전에 최고점에 도달하는 경향이 있었는데, 이는 전통적인 고온 배합 아스팔트 보다 약 6개월 빠른 것임. UBWC는 내구성있는 마찰 성능을 제공하는 힘을 가지고 있음. UBWC는 거친 포장도로 표면을 제공하였음. 측정된 평균 프로파일 깊이는 0.95 ？ 0.99mm로 다양했는데, 이는 전통적인 9.5-mm 고온 배합 아스팔트보다 훨씬 컸음. 시간의 흐름에 따라 상당한 마찰 감소도 관찰되었음. 표면 마찰은 33개월의 서비스 이후 34% 이상 감소할 수 있음. 상당한 연마(polishing)가 석회석 골재에 발생하였음. 만족스러운 장기 마찰 성능을 제공하기 위해서,매우 내구성이 있으며 연마에 대해 매우 저항성있는 골재를 필요로 함.

2.5 박막 4.75-mm 고온 배합 아스팔트 오버레이

새롭게 설치된 4.75-mm 고온 배합 아스팔트 오버레이는 35 ？ 52의 마찰 계수를 제공할 수 있고, 교통이 개시된 후 시간이 흐름에 따라 신속하고 상당하게 마찰 계수가 감소함. 시험 부분에서 마찰력은 6개월째 25%, 12개월째 36 ？ 48% 감소하였음. 마찰 감소률은 교통량에 달려있음. 12 - 18개월 이후, 4.75-mm 고온 배합 아스팔트 오버레이는 안정적인 표면을 형성하는 경향이 있었음. 안정적인4.75-mm 고온 배합 아스팔트 표면에서, 마찰 계수는 20 ？ 30 이었고, 보통 20 정도였음. 4.75-mm 고온 배합 아스팔트 표면은 매우 평탄하였음. 평균 프로파일 깊이는 0.20 ？ 0.25mm 였음.

시험 부분에서 4.75-mm 고온 배합 아스팔트는 기본적으로 너무 많은 세사(fine sand)로 배합되었고, 시간의 흐름에 따라 표면 마찰에서 상당한 변동을 나타내는 경향이 있었음. 4.75-mm 고온 배합 아스팔트 오버레이의 마찰 특성을 향상시키기 위해 골재가 주요 통제 거름체(primary control sieve, PCS) 이하로 통과하도록 하는 것이 필수적임. 더 높은 시멘트-골재 비율은 더 큰 거대질감(macrotexture)을 만들어내며, 이는 주요 통제 거름체를 통과하는 퍼센트를 낮춤으로써 달성될 수 있음.

골재 타입은 표면 마찰에 영향을 미침. 강철 슬래그의 사용은 양호한 질감 성질을 만들어낼 것임. 세골재의 모난 정도(fine aggregate angularity, FAA)를 향상시키기 위한 조치는 표면 마찰을 향상시킬 수 있음. 더 높은 모래 등가(sand equivalency, SE)는 더 많은 거친 입자를 의미하며 더 나은 거대질감 성질로 이어질 수 있음. 골재의 모난 정도와 마모 저항도 양호한 표면 특성을 만들고 유지하는데 중요한 역할을 함. 추가로, 더 높은 바인더 등급은 더 나은 표면 질감으로 이어질 수 있음이 관찰되었음.

 
2.6 프로파일 밀링
 

새롭게 프로파일 밀링 처리된 고온 배합 아스팔트 표면에서 안정 상태의 마찰 계수는 36보다 작지 않아야 하고, 새롭게 프로파일 밀링 처리된 콘크리트 표면에서는 40보다 작지 않아야 함. 프로파일 밀링 처리된 표면에서의 표면 마찰은 시간의 흐름에 따라 변화하였음. 지면의 장기 마찰 성능은 골재의 성질과 그라인딩(grinding) 질감에 달려있음. 내구성있는 질감을 제공하는데 있어 중요한 역할을 하는 것은 골재와 토지 구역임. 가로방향 그라인딩은 교통량이 많고 적은 도로 모두에서 즉각적이고 장기적으로 표면 마찰을 개선할 수 있음.

3. 실행
 

이 연구는 인디애나 교통부에 다양한 표면 처리와 물질의 마찰 성능에 대한 종합적인 검토를 제공하였음. 이 지식은 인디애나 교통부로 하여금 다양한 처리방법에 대한 적용 및 그들의 예상 마찰 수명에 대해 더 잘 파악할 수 있도록 할 것임. 이 연구에서 두 면의(two-faced) 파쇄 자갈이 평가되었고, 현재 칩 실에 더 나은 성능을 주기 위해서 일반적으로 사용되고 있음. 또한, 이 지식은 인디애나 교통부로 하여금 마찰 이슈를 다루기 위해 배합에 관한 시방서를 수정하도록 할 것임.