글로벌리포트
컬러 콘크리트 포장에 대한 연구와 평가
댓글 수0
북마크 수0
공유 수
조회수6,579
다운로드수0
등록일2016-04-28
로그인하여 글로벌리포트를 북마크하세요.
댓글 수0
북마크 수0
공유 수
| 리포트구분 | 기술리포트 | 콘텐츠구분 | 도로교통 |
|---|---|---|---|
| 출처 | Minnesota Department of Transportation | ||
| 원문제목 | Investigation and Assessment of Colored Concrete Pavement원문보기 | ||
| 언어 | 영어 | 국가 | 미국 |
| 등록일 | 2016-04-28 | 발행일 | 2014-08-00 |
| 첨부파일 | 등록된 첨부파일이 없습니다. | ||
□ 요약
이 연구의 주요 목적은 미국 미네소타 주에서의 컬러 콘크리트 포장(colored concrete pavements)의 물질 거동과 시공 측면을 문서화하고, 이러한 타입의 포장에서 발생하는 조기 성능 저하(early distresses)의 잠재적 원인을 연구하는 것임.
이 보고서의 초반부에서는 미네소타 주에서 컬러 콘크리트의 일반적인 사용현황 및 이 연구의 필요성과 목적도 서술함. 이 연구는 신규 및 기존 컬러 콘크리트 보도 및 횡단보도에서의 조기 성능 저하가 다수 관찰됨에 따라 촉발되었음. 이 연구의 목적은 성능 저하에 대한 잠재적인 원인을 규명하고, 개선된 배합설계 지침서를 개발하며, 개선된 시공기법을 제안하고, 적합한 보수 방법을 제공하는 것임. 컬러 콘크리트를 생산하기 위한 색상 요소들이 기술됨. 콘크리트 포장에서 색상 첨가제의 거동에 대해 가용한 연구 및 정보가 부족하다는 것이 밝혀졌음. 무색상 콘크리트에서 이음부 열화(joint deterioration)와 관련된 최근의 연구결과가 가지는 의미도 논의됨. 이 연구의 주요 목적은 미네소타의 거리와 도로에서 사용되는 컬러 콘크리트에 있어 어떤 성능 저하 매커니즘이 작용하는지를 파악하는 것임.
제 2장은 컬러 콘크리트를 포함하는 미네소타의 여러 도로 프로젝트를 살펴보는데 중점을 두었음. 45개소(이 중 26개소는 조기 성능 저하를 보여주는 사진과 함께 자세하게 서술됨)에 대한 데이타베이스가 만들어졌음. 미네소타 도로에서 최근 컬러 콘크리트의 시공이 폭발적으로 증가함에 따라, 상당수의 프로젝트는 성능 저하를 연구하기에 충분히 오래되지 않았음. 하지만 여러 프로젝트에서 열 팽창과 같은 팽창성 물질로 인한 균열이 발견되었음. 일부 프로젝트는 제설 장비로 인한 표면 균열을 보이기도 했음. 상당수 오래 전에 시공된 프로젝트는 심각한 이음부 성능 저하를 보였음. 부드러운 표면 질감을 가진 보도나 횡단보도에서 이러한 성능 저하가 더 자주 발생하는 것에 대한 우려가 나타났음.
이 연구를 수행하는 동안에, 새롭게 컬러 콘크리트가 설치는 여러 공사 지역을 방문하였음. 이러한 방문의 목적은 컬러 콘크리트 보도 및 횡단보도를 시공하는데 있어 특징이 되는 측면들을 문서화하는 것임. 공사 지역의 대부분은 컬러 콘크리트를 기계가 아닌 손으로 설치되었음. 일부 설치 사례에서, 콘크리트 강화의 부족, 흙손을 사용하여 과도한 표면 평탄화 및 마감, 바람직하지 않은 양생 절차 등이 나타났음. 이러한 타입의 배합과 관측된 파괴를 결부시키는 것은 이 연구에서 다루어지지 않았음. 방문한 프로젝트에서 취해진 표본의 제한성에 근거하여, 공기 함량과 슬럼프(slump)와 같은 표준 테스트의 결과는 표준 콘크리트와 크게 다른 것처럼 보이지 않았음. 컬러 콘크리트의 경화된 시험편에 대한 강도 테스트는 표준 콘크리트와 크게 다르지 않았음. 이러한 결과들은 크게 놀랍지 않았는데, 왜냐하면 컬러 콘크리트에서 관찰된 파괴가 강도 관련 이슈보다는, 콘크리트 내구성 또는 열적 구속에 대한 함수임.
미네소타에서의 컬러 콘크리트 도로포장에서 발생한 초기 파괴의 잠재적 원인을 연구하는 목적을 달성하기 위해서, 이와 같은 파괴를 보인 4개의 프로젝트에 대한 포렌식 조사가 수행되었음. 연구의 주요 방법에는, 시각에 근거한 현장 파괴 조사, 기재 암석학(petrography)을 사용하여 표본에 대한 상세 조사, 주사 전자 현미경법(scanning electron microscopy, SEM), 에너지 분산 x-선 분광 분석(energy dispersive x-ray spectrometry, EDX) 기법이 포함됨.
표본 조사는 다음의 관찰 결과로 이어졌음:
- 배합의 물/시멘트 비율은, 미네소타와 같이 극한 기후를 가진 곳에서 동결-융해에 내구성을 가질 수 있는 콘크리트를 생산하기 위해 제안되는 최대값인 0.45를 초과하는 것으로 나타났음. 로즈빌(Roseville) 지역의 1개소만이 0.45 이하의 물/시멘트 비율을 가졌음.
- 대부분의 표본에서 이차적 에트리자이트(ettringite)과 마그네슘이 검출되었음. 이러한 광물의 존재는 배합의 높은 다공성 때문인 것으로 판단됨. 이차적 에트리자이트로 연행된 공극의 상당 부분을 충전하는 것은, 도로포장의 동결-융해 저항성을 감소시키는 것으로 나타났음.
- 대부분의 코어 표본에 의하면, 도로포장은 미네소타 기후에서 동결-융행 저항성을 제공해야 하는 공극 시스템으로 최초에 건설되었음. 건설 중의 과다 마감은 관찰된 열화에 대한 주요 원인은 아니었음. 관찰된 표면 박리의 부족은 이러한 결론을 뒷받침함.
- 화학적 공격이 여러 코어 표본에서 발견되었음. 시멘트 반죽의 유연화와 개질에서부터 조골재 및 세골재의 용해에 이르는 현상이 관찰되었음. 알칼리-실리카 반응(alkali-silica reaction, ASR) 겔의 존재는 주요 우려사항임. 조사된 표본의 수가 작아서, 연구팀은 ASR과 화학적 공격에 대한 정확한 원인을 파악하기 어려웠음. 코어 표본에서 만연한 마그네슘의 존재는 하나의 가능성일 수 있으나, 제빙물질에서의 불순물이 화학적 반응에 대한 잠재적 원인일 수도 있음. 콘크리트 혼합물과 컬러 염료간의 병합성은 이 연구에서 다루어지지 않은 또다른 분야임.
- 대부분의 컬러 콘크리트 배합은 높은 초기 강도 획득을 위해 설계되었음. 이러한 배합이 일반적으로 함유하는 높은 시멘트 비율이 미치는 영향이 이 연구에서 명확하게 조사되지 않았음.
- 조사한 표본 모두에 대해 시멘트 반죽과 골재의 부착 정도가 매겨졌음(불량-양호). SEM과 EDX 기법과 함께 시각적 조사에 의하면, 염료 입자는 골재의 표면에 부착하는데, 종종 균질하게 부착하지 않음. 염료의 비점착성으로 인해, 이는 반죽과 골재의 부착강도에 영향을 미칠 수도 있음. 이러한 부착강도의 손실은 콘크리트의 하중지지력에 영향을 미칠만큼 크지 않을 수도 있지만, 동결-융해로 인해 미세균열의 발전을 야기할 가능성이 있음.
- 코어 표본의 대략 절반에서 강화 공극(consolidation voids)이 발견되었음. 대부분의 컬러 콘크리트 타설 중에 사용된 진동의 부족으로 인해, 이러한 공극은 예상되지 않은 것은 아님. 이러한 공극이 배합의 하중 지지력에 영향을 미치지는 않지만, 이는 습기 및 제빙 화학물질의 이송을 촉진할 수 있음.
- 조사한 4지역 중 3곳에서, 연결부에서의 미세균열이 도로포장의 상부에서 하부까지 확장하였음. 이로 인해, 단순한 보수작업이 적합하지 않을 수 있음.
물/시멘트 비율과 컬러 염료의 양이 동결/융해 내구성과 ASR에 대한 취약성에 미치는 영향을 조사하기 위해서, 소량의 시험편이 연구실에서 제작되었음. ASTM C666(동결/융해 내구성) 시험결과에 근거할 때, 콘크리트에 대한 염료 추가는 동결/융해 내구성에 거의 영향을 미치지 않는 것으로 보임. 약간 낮은 물/시멘트 비율(0.43보다 낮은 0.40)의 사용은 내구성 시험 결과를 약간 상승시키는 것으로 보였으나, 표본수가 너무 작아 명확한 결론을 내리기는 어려움. 더 낮은 물/시멘트 비율이 동결/융해에 대해 내구성있는 컬러 콘크리트로 이어진다는 것은 명확함.
ASTM C1567(ASR 취약성) 시험결과 분석에 의하면, 컬러 염료를 시멘트에 추가할 때, 플라이애쉬나 세골재가 사용될 때 ASR에 대한 강력한 경향이 있음. 시멘트, 플라이애쉬, 조골재를 포함하는 시험편에 대해 프리즘의 확장에서는 약간의 차이만 있었음. 두 경우에, 확장은 제안값(14일 이후 0.10%의 확장)을 초과하였음. 이러한 ASR은 일반적으로 세골재의 타입과 관련이 없는데, 무색 콘크리트에서 사용될 때는 더욱 그러함. 이 연구에서는 시험편 개수의 제한성으로 인해, 이러한 결과가 비정상인지 아닌지에 대해 명확하지 않음. 연구진이 알고 있는 것은, 라펜터(Larpenteur)와 펀우드(Fernwood) 교차로에서 채취된 코어 표본의 세골재와 조골재 모두에서 ASR이 파악되었다는 것임. 실험실 시험편과 실험실 배합 모두에서 ASR의 실제 원인을 파악하기 위해서, 보다 종합적인 연구가 수행되어야 함. 이 연구에서는 매우 제한적인 수의 시험편이 테스트되었다는 것을 다시 한번 강조할 필요가 있음. 따라서, 이러한 실험실 연구에서 컬러 콘크리트 도로포장의 성능에 대한 결론을 내리는 것은 바람직하지 않을 수 있음.
이음부 파괴이외에, 컬러 콘크리트 보도에서 관찰된 주요 파괴의 타입은 열 팽창과 관련된 것으로 보이는 균열이었음. 컬러 및 무색상 콘크리트간의 열 팽창의 차이점을 정량화하기 위해, MnROAD 시설에서 테스트판이 마련되었음. 온도 데이타에 의하면, 더 어두운 색상의 판이 무색상 콘크리트보다 표면온도가 약 30% 더 높았음. 이러한 온도 차이는 18% 정도의 팽창 차이로 이어졌음. 따라서, 설계자는 여러 다른 색상의 콘크리트를 가진 프로젝트를 수행할 때 열 팽창을 고려하는 것이 매우 중요함.
미래의 도로 프로젝트에서 설치되는 컬러 콘크리트에 대한 시공 방법과 배합 설계 시방서를 개선하기 위해 다음과 같은 제안사항이 제시됨:
- 미네소타에서 내구성있고 기능성있는 콘크리트의 타설을 위해 가장 최신의 제안사항 및 지침을 따를 것. 이러한 지침서는 미네소타 주 교통부의 콘크리트 부서(MnDOT Concrete Office)에서 제공되고 있음.
- 가능하면, 배합을 수평처리하고 강화하기 위해 진동 규준대(vibrating screed)를 사용할 것. 규준대가 가용하지 않다면, 연필 타입의 진동기를 사용하여 배합의 수평처리 및 강화를 보완할 것. 배합은 콘크리트 내의 공기 연행 시스템을 변경시킬 수 있기 때문에, 과도하게 진동하지 말 것.
- 이미 경화하기 시작한 배합의 마감을 돕기 위해 표면에 물을 추가하지 않도록 시공자들에게 교육할 것. 이는 짧은 시간내에 표면의 박리로 이어질 수 있음.
- 적시에 적절한 양생기법을 적용할 것. 컬러 콘크리트에 대한 일반적인 양생 물질에는 컬러 왁스와 투명 혼합물이 포함됨. 양생 중에 컬러 콘크리트를 시원하게 유지하는 조치를 취할 것. 이러한 기법에는, 그늘 제공, 햇빛 노출도가 낮은 시간동안의 타설 등이 포함됨.
- 최소한으로 표면 질감을 제공함으로써 보도에서 컬러 콘크리트의 기능적 측면을 고려할 것.
관련 연관정보를 한꺼번에 열람하고자 하시는 경우 정보 메뉴의 정보매트릭스에서 열람하고자 하는 정보의 키워드를 입력하여 검색해주세요.
타이틀 표출 영역입니다.
| 항목명 | 논문 관련데이터내용 |
|---|---|
| 항목명 | 논문 관련데이터내용 |
| 항목명 | 논문 관련데이터내용 |
| 항목명 | 논문 관련데이터내용 |
| 원문 | 원문보기 |
초록(Abstract)
대화 상자는 사용자에게 작업에 대해 알리고 중요한 정보를 포함하거나 결정이 필요하거나 여러 작업을 포함할 수 있습니다. 대화 상자는 사용자에게 작업에 대해 알리고 중요한 정보를 포함하거나 결정이 필요하거나 여러 작업을 포함할 수 있습니다.
ScienceON 연계정보 (※ 관련정보는 한국과학기술정보연구원(KISTI)의 ScienceON 검색서비스를 통해 제공됩니다.)
댓글 0
통합회원 로그인
-
등록된 댓글이 없습니다.