1. 고속도로 포장의 부분 보수 소개

- 본 보고서는 콘크리트 포장과 아스팔트 포장의 부분 보수를 위해 현재 미국과 캐나다에서 사용되고 있는 방법을 요약하였다. 부분 보수에 대한 내용을 중점적으로 언급하였고 긴급한 보수와 계획에 의한 보수 방법을 다루었다.
- 미국에서 부분적인 파손 (Pothole)과 깨짐 (Spall Repair) 보수로 매년 사용하는 비용은 최소 $1 billion (1조원)을 넘고 있다. 1999년 이후로 그 비용은 점점 더 증가하고 있다.

1.1. 부분 보수에 따른 적합한 파손의 형태

- 아스팔트 포장에서 부분 보수가 필요한 가장 일반적인 파손 형태들은 포트홀(pothole), 균열 주변의 파괴 (deterioration around cracks), 박리(delaminations), 소성 변형, 표면 벗겨짐(raveling) 이다. 이 보고서에서 박리라 함은 아스팔트 층간의 분리를 의미한다. 포트홀과 박리의 구별되는 특징은 박리는 평평한 면이 분리 된 아스팔트 층 아래 보이지만 포트홀은 볼 모양이다.
- 콘크리트 포장에서 patching을 통해 고려되어야 한 파손 형태는 “D” 모양 균열, 종방향 횡방향 균열 같은 균열 주변의 파괴(deterioration around cracks), 표면 벗겨짐(scaling), 표면 쪼개짐(popout), 온도 팽창에 의 한 조인트 부분 균열(blow up) 이다. 조인트가 있는 콘크리트 포장의 파손은 조인트 부분의 깨짐(spalling), 가장자리 깨짐(corner break), 시공 불량에 의한 조인트 사이 높이 차이(faulting), water pumping에 의한 손상이 있다.

1.2. 부분 보수의 종류

- 부분 보수가 필요한 파손들은 갑자기 발생하기도 하며 혹은 발주처가 계획을 세울 수 있는 시간을 가질 수 있도록 점진적으로 발생하기도 한다. 파손이 발생 한 시기, 가능한 보수 재류, 교통 조건에 따라 보통 일시적인 부분 보수가 이루어 진 후 영구적인 부분 보수가 추후에 이루어진다. 일시적인 보수는 보통 겨울이나 긴급한 안전, 심각한 승차감의 문제가 발생 할 때 이루어진다.

1.3. 부분 보수의 재료

- 다양한 종류의 재료가 특히 콘크리트의 부분 보수를 위해 사용되어 진다. 보통 아스팔트 혼합물이 콘크리트 포장과 아스팔트 포장에 모두 사용되어 진다. 콘크리트 포장에서 아스팔트 재료의 부분 보수는 긴급한 보수로 사용되어 진다. 더 영구적인 부분 보수를 위하여 시멘트 재료를 이용한 부분 보수가 필요할 지도 모른다. 합성 수지의 재료가 아스팔트와 큰크리트 포장에 모두 사용되어 지기도 하며, 고온 아스팔트 혼합물이 사용되어지기 힘든 겨울철에는 골재와asphalt emulsion을 부분 보수해야 할 부분에 주입하는 공법도 가끔 사용된다.
- 미국의 몇몇 주에서는 고온 아스팔트 혼합물과 비슷한 공용성을 보이는 중온 아스팔트가 사용되기도 한다. 겨울철에는 재고를 쌓아 놓고 작업 할 수 있는 저온 혼합물(cold mix), cold emulsion mix, stockpile mix가 아스팔트 혼합물로써 부분보수에 사용되어 진다.
- 아스팔트 재료 이외에 콘크리트 포장에 사용되는 부분 보수 재료는 시멘트 재료와 관련된 보통 수화 시멘트 (normal hydraulic cement), 초강도 수화 시멘트(rapid strength hydraulic cement), calcium aluminate, calcium sulfoaluminate, magnesium phosphate 등이 있다. 때때로, 라텍스(latex)와 폴리머(polymer-modified) 콘크리트 또한 사용된다.

1.4. 부분 보수의 시공 방법

- 아스팔트 포장과 콘크리트 포장의 아스팔트 부분보수의 시공을 위하여 throw-and-go 공법은 간단히 부분 보수 재료로 홀을 채운 후 다음 홀로 이동하는 것이다. throw-and-roll 공법은 throw-and-go의 확장된 공법으로 추가로 트럭의 타이어가 다짐을 위해 사용된다. 두 가지의 throw-and-go 공법, throw-and-roll 공법 모두 심한 기후 조건이나 중 차량에 의한 긴급한 문제 시 긴급 보수에 사용된다. 하지만throw-and-go 공법은 추천하지 않는다.
- 반영구적 부분 보수는 더 많은 준비와 다짐을 요구하기 때문에 긴급한 조건에서는 사용하지 않는다. 반 영구적 부분 보수를 위하여 아스팔트 표면의 물과 먼지를 에어로 먼저 제거하고 부분 보수하여야 할 부분을 톱이나 삽, milling machine으로 다음과 같이 사각형 모양으로 자른다. 부분 보수 재료를 준비된 홀에 채워 놓고 vibrating plate or roller로 다짐한다.
- Edge seal method는 throw-and-roll 혹은 반영구적 기술과 비슷하다. 다만 작업자가 부분 보수를 시공한 후 돌아와 부분 보수의 가장자리를 다시 메운다. 이 방법은 보통 아스팔트 표면에 사용되며 SHRP 연구는 단지 가장자리를 sealing하는 것 보다 부분 보수하는 전체 표면을 잔모래와 함께 섞어 sealing하기도 했다.
- SHRP Manual of Practice에서는 여분의 콘 모양을 가진 부분 보수가 배수와 교통에 의한 처짐을 예방할 수 있다고 말한다.
- Spray injection method는 트럭에 설치된 장비를 이용하여 포트홀의 먼지와 물을 불어 내고 홀 안에 tack coat를 뿌린 후 골재와 아스팔트 채운다. 골재와 emulsion이 높은 공기압으로 홀에 채워지기 때문에 추가의 다짐이 필요하지 않다. Spray patching은 아스팔트 포장과 콘크리트 포장에 모두 사용되고 빠른 속도 때문에 긴급한 조건일 때에도 사용된다.
- 콘크리트 포장의 파손이 슬래브의 1/3에서 절반 정도라면 부분 적인 얇은 두께의 부분 보수 (partial or shallow depth patching)를 이용하여 재시공할 수 있다. SHRP 연구에서 사용되는 콘크리트 포장의 반영구적 부분 보수의 방법은 다음과 같다.
   ·Saw and Patch: 톱을 이용하여 직사각형의 면적을 만든 후 부분 보수
   ·Chip and Patch: pneumatic hammer를 이용하여 파손된 부분을 제거하고 최소 1 in 깊이의 콘크리트 표면을 보수면적 주의에 형성 후 보수
   ·Mill and Patch: milling machine을 이용하여 파손된 부분을 제거하고 최소 1.5 in 깊이의 보수 면적을 만든 후 보수
   ·Waterblast and Patch: 적어서 1.5 in 까지 파손된 재료를 제거하고 직사각형 모양을 waterblast로 형성 후 보수
   ·Clean and Patch: 파손된 부분을 hand tool을 이용하여 제거 후 보수. SHRP 연구에서 이것은 spray injection method에서 사용된다.

1.5. 파트홀의 보수방법 연구

- 현장 평가를 통한 포트홀 보수에 이용한 재료와 공법 그에 대한 결과는 다음과 같다.
   ·The throw-and-roll 의 부분 보수 기술의 공용성은 반영구 보수 기술과 비교하여 떨어지지 않았으며, 비용면에서 (higher productivity and lower cost) 더 효율적이었다. 따라서 반영구 보수 기술과 비교하여 비슷한 공용성을 가지고 비용이 저렴한 throw-and-roll 기법이 경제성이 뛰어났다.
   ·The throw-and-roll기술의 성공은 proprietary cold mix와 같은 재료 품질에 따라 큰 차이를 보였다.
   ·Spray injection 방법은 실행 가능한 옵션이지만, 공용성이 장비 운영자의 기술에 따라 바뀌는 것으로 관측되었다. 또한 골재 선택과 골재와 적합한 emulsion의 선택이 요구되며, 골재의 absorption을 고려한 아스팔트의 함량이 고려되어야 한다.
   ·겨울철에 가장 적합한 방법은 시공의 속도가 가장 빠른 throw-and-roll 방법과 spray injection방법이었다.
   ·부분 보수는 언제나 wet-freeze 기후의 지역이 dry-freeze 기후의 지역보다 공용성이 떨어지고, 극심한 기온에서의 부분 보수가 따뜻하거나 건조한 기온에서 보다 공용성이 떨어졌다.
   ·부분 보수 후 처음 몇 주가 재료가 안정화된 것을 확인할 수 있는 중요한 시간이다.
   ·부분 보수의 좋은 재료와 기술은 몇 년 동안 공용성을 보장해 준다.
- SHRP 매뉴얼은 겨울철에 고품질의 골재, 적은 잔골재, 수분손상 방지 첨가제가 들어 간 emulsion의 재료와 throw-and-roll 기술을 이용하여 부분 보수 할 것을 추천한다. 또한, 봄의 기후 조건에서 겨울철에서 쓰이는 재료를 사용 하면 더 끈적끈적하고 작업하기에 어려움이 있지만 별 문제가 없다고 보고되었다. 또한 매뉴얼은 아스팔트 바인더와 골재의 적합성 테스트를 다음과 같이 제안 하였다.
   ·Coating - at least 90% retention,
   ·Stripping – at least 90% coating retention, and
   ·Drainage – loss of no more than 4% of the weight of residual binder.
- Long-Term Pavement Performance (LTPP) program 하의 현장 시공 평가의 결과 (1999) 다음과 같은 결과를 도출하였다.
   ·검증한 재료를 사용한 Throw-and-roll 기술이 반영구 보수의 절차에 비해 비용 효과적이었다.
   ·대략 3-4년 후에 56%의 부분 보수가 문제가 없었고, 31%가 파손 되었다. 13%는 덧씌우기가 시행되었다.
   ·Spray injection 기술도 숙련된 기술자에 의해 시공된 경우 꾸준히 좋은 공용성을 가지는 것으로 판단되었다.
   ·8개의 발주처 중 3개의 발주처가 본 연구에서 사용된 재료로 바꾸어 사용하였고 한개 발주처는 spray patcher를 구입하였다.
- FHWA에서 발행한 최근 부분보수에 대한 최종 보고서의 결과는 다음과 같다.
   ·Partial-depth 부분 보수가 연구에 사용한 다양한 골재에서 공용성이 좋았다.
   ·시멘트 재료와 폴리머 재료 간에 큰 공용성 차이를 보였다.
   ·지역에 따른 아스팔트 재료에 공용성 차이를 보였다.
   ·대부분의 재료에서 시공 온도가 공용성에 큰 영향을 미치지는 않았다.
   ·Spall preparation 기술들 간에 공용성 차이를 보였지만, 이는 기후와 부분 보수 재료에 따라 달라진다고 판명되었다.
   ·대부분의 partial depth repairs와 Type Ⅲ cement 좋은 공용성을 보였다.
   ·Chip and Patch 방법이 Saw and Path 방법보다 더 좋은 공용성을 보여거나 비슷한 공용성을 보였다. Chip and Patch 방법이 비용이 덜 들기때문에 더 적은 경제적이다. Waterblast and Patch 방법은 숙련된 기술자와 적절한 장비가 있을 때 효과 적이었다.

1.6. 파트홀의 자동 보수 장비 개발

- Automated Pavement Repair Vehicle(APRV)1993년 개발되었다. 이 장비는 노동 비용을 최소화 하면서 부분 보수  비용을 줄이고 안정성을 높이기 위해 설계 되었다. 장비 안에서 작업이 이루어지기 때문에 속도가 더욱 빨라진다. 또한 기후와 밤낮에 상관없이 작업이 이루어지는 장점이 있다. 포트홀의 상태는 컴퓨터 프로그램에 의해 자동으로 인식되고 그에 따른 공법으로 보수가 이루어진다. 이 장비는 포트홀 주변을 절삭한 후 청소 및 건조시킨 뒤 홀 안에 골재와 바인더를 채워 넣는다.  기본적으로 부분 보수는 spray injection method를 사용한다. APRV를 이용한 부분 보수는 포트홀 당 $55의 비용이 사용되며, 자동화된 시스템이 교통지체를 감소시키고 안전성을 높인다.

2. 미국과 캐나다에서 현재 시행하는 아스팔트 포장 보수 방법
- 다음 표는 미국 몇몇 주들이 사용하고 있는 부분 보수의 시방서를 요약 한 것이며 몇몇은 사용되는 아스팔트 바인더에 초첨을 맞추었다.

 - 다음 표는 미국의 주에서 사용하는 부분 보수 매뉴얼에 나타난 문제점과 그것에 대한 대책을 포함하고 있다.

3. 미국과 캐나다에서 현재 시행하는 콘크리트 포장 보수 방법

- 콘크리트 포장은 아스팔트 포장보다 부분 보수를 위한 더 많은 선택사항이 있다. 다양한 첨가제를 가지는 시멘트 재료들과 폴리머 재료, 아스팔트 믹스 등이 있다. 다음 표는 미국의 다양한 주가 사용을 허락하는 재료를 요약하였다. 

- Concrete Pavement Technology Program 부분 보수 재료와 실험방법에 대한 연구를 수행 하였다.
·보수 면적은 사각형 모양으로 추천하며 0.6 m 이내의 보수 면적은 합쳐져야 한다. 효과적은 공용성을 보장하기 위해 파손된 부분으로 부터 50-150 mm정도 넓은 범위로 제거되어야 한다. 초천하는 최소 Partial Depth Repair (PDR)의 수치는 300 mm x 100 mm면적에 50 mm깊이이다.
·파손된 콘크리트는 diamond blade의sawing에 의해 제거하고 14kg 보다 적은 무게의 해머를 이용하고 chipping out한다. 대안으로 넓은 보수면적은milling machine으로 절삭하는 것을 추천한다.
·파손된 콘크리트를 제거한 뒤 보수 부분은 보수 재료와의 bonding을 위해 깨끗하게 청소되어야 한다.
·콘크리트 포장 조인트의 PDR을 위해 보수 재료가 조인트에 들어가지 않도록 압축된 재료의 strip을 이용
·부분 보수 재료의 시공 전에 접착성을 향상시키기 위해 얇은 층의 cementitious grout bonding agent을 미리 살포
·적절한 양생은 PDR로 부터 수분 손실을 막기 위해 매우 중요하다. 일반적으로 white-pigmented curing compound가 보수되어질 표면으로 부터 water sheen이 제거된 후 바로 살포되어야 한다. 일반적인 양생제의 살포 지율을 2.5-4.9 m^2/L이다.
·조기 교통 개방이나 추운 지역에서 단열 blankets이 강도 획득을 촉진시키기 위해 필요할지도 모른다.