포장균열 및 노면 반사균열억제방안 연구 : (Methodology for Constraining Asphalt Concrete Overlay Against Reflection Cracking)

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

As a repair method of concrete pavement, the overlay method is the most popular. In this case, the most serious factor that can reduce the life time and the peformance of the overlaid pavement is reflection crack caused by joints and cracks of the existing pavement. In this study, a guide line for construction will be developed as a overlay method for domestic application through various laboratory test, similar to the site condition in order to select proper materials for the overlay that can well control the reflection crack in overlay. According to the result of lab tests, a field test will be constructed, considering the condition of an existing concrete pavement, economic and a plan to treat traffc. Some materials and methods corresponding to the properties of the test site will be suggested as materials and methods to control the reflection crack. Also, a mechanism of crack occurrenc? and growth will be analyzed and a program that can analyze such a mechanism will be developed to design the overlay into the numerical result. Major causes of reflection crack occurrence is due to the environmental factor, wheel load, and so on. This environmental factor is mostly related with temperature that gives an efect on shrinkage of concrete subgrade. When a concrete layer and overlaid layer pefectly stick to each other, shrinkage of existing slab causes crack that is occurred by vertical force to the crack in the overlay. Meanwhile, wheel load is loaded vertically on a pavement surface, especially, the differences in vertical deformation, are occurred by the movement of the loading on the crack surface, are very important. This passing wheel load causes shear stress and bending moment, at the same time, in the surface. Consequently, shear stress and bending moment cause the reflection crack.

국문 초록 (Abstract)

콘크리트 포장에 대한 보수보강시 덧씌우기 포장이 가장 보편적인 방법인데 이 경우 보수대상 포장의 균열이나 줄눈에 의한 반사균열은 포장보강의 공용성과 수명을 저해하는 가장 큰 요인이다. 따라서 본 연구에서는 이러한 노면반사균열을 적절히 제어하는 덧씌우기에 사용될 재료를 선정하기 위한 특성 규명 시험과 해당 재료를 사용하여 현장 여건을 모사한 실험실 내에서의 성능 시험을 통하여 국내 적용의 적정성 및 시공 지침 개발한다. 그리고 현장에 직접 시험시공을 통하여 기존 콘크리트 포장의 상태, 경제성, 시공성, 교통처리대책 및 장래 교통수요를 참조하여 군간의 특성에 맞는 보수재료와 보수공법을 제시함하고, 또한 실내시험과 현장시험으로부터 얻어진 자료를 활용하여 균열의 발생, 균열발전의 메카니즘 등을 규명하고 이를 수치적으로 해석할 수 있는 균열해석 프로그램을 작성 하고자 한다. 본 연구에서는 덧씌우기 설계법 개발을 위해서 외국에서 사용중인 설계법을 비교 검토하였고, 그중AASHTO 포장 덧씌우기 설계법을 좀더 자세히 분석 검토하였고, 이를 기초한 프로그램의 알고리즘을 완성하였다. 반사균열 억제공법과 사용 재료의 국내 적용의 적정성 및 검증과 시공 지침의 개발을 위해서 시험시공을 하였다. 현장에 직접 시험시공을 통하여 기존 콘크리트 포장의 상태, 경제성, 시공성, 교통처리대책 등을 참조하여 구간의 특성에 맞는 보수재료와 보수공법을 제시하고자 한다. 본 시험시공 결과로 아직은 반사균열 억제에 효과적인 공법의 제시는 이르지만 덧씌우기 아스팔트혼합물로는 LDPE로 개질한 혼합물에 합성섬유를 첨가한 혼합물이며, glass-grid로 보강한 경우에는 피로수명과 동적안정도가 더 증가하는 것을 알 수 있었다는 점이다.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 표목차
• 그림목차
• 요약문
• ABSTRACT
• 제1장 서론
• 1.1 연구 배경
• 1.2 연구 목적
• 1.3 연구 내용 및 범위
• 제2장 콘크리트 균열의 규명 및 이론적 고찰
• 2.1 균열의 발생원인
• 2.1.1 굳지 않은 콘크리트의 균열발생
• 2.1.2 경화된 콘크리트의 균열
• 2.1.3 균열의 장기영향
• 2.2 균열의 평가
• 2.2.1 개 요
• 2.2.2 균열의 위치와 발생정도
• 2.3 균열의 보수방법
• 2.3.1 개 요
• 2.3.2 에폭시 주입보수
• 2.3.3 균열정비 및 채움재주입
• 2.3.4 스팃칭 (stitching)
• 2.3.5 가요성 씰링
• 2.3.6 그라우팅
• 2.3.7 건식팩킹
• 2.3.8 균열정비
• 2.3.9 폴리머함침
• 2.3.10 덧씌우기와 표면처리
• 2.4 콘크리트 균열의 구조
• 2.4.1 미세균열
• 2.4.2 파괴역학
• 2.5 콘크리트 균열에 관한 이론적 고찰
• 2.5.1 파괴역학의 개요
• 2.5.2 콘크리트의 파괴역학
• 제3장 노면 반사균열의 해석
• 3.1 노면 반사균열의 발생
• 3.2 노면 반사균열의 진전
• 3.3 파괴역학 이론
• 3.3.1 선형 탄성 파괴역학 이론
• 3.3.2 계면파괴역학
• 3.3.3 계산 파괴역학
• 3.4 피로해석 이론
• 3.4.1 피로해석 방법
• 3.4.2 피로균열성장 이론
• 제4장 노면반사균열 억제 공법
• 4.1 기존 콘크리트 포장의 처리
• 4.1.1 균열 및 줄눈부 보수
• 4.1.2 기존 포장 파쇄 및 안치
• 4.1.3. 균열부 및 줄눈부의 subsealing(하부처리)
• 4.2 응력완화층 설치
• 4.3 Cushion Course 설치
• 4.4 특수 아스팔트 덧씌우기
• 4.5 덧씌우기층 두께 증가
• 제5 장 반사균열에 관한 실내시험
• 5.1 재료 물성에 대한 기초실험
• 5.1.1 실내시험 내용
• 5.1.2 사용 재료
• 5.1.3 실험 방법
• 5.1.4 최적 아스팔트 함량의 결정
• 5.1.5 혼합물의 특성
• 5.1.6 보강재료에 대한 실험 결과
• 5.1.7 분석 및 고찰
• 5.2 반사균열 모사시험
• 5.2.1 재료 및 방법
• 5.2.2 결과 분석
• 5.2.3 결과 요약
• 5.3 반사균열 피로수명 예측
• 5.3.1 피로수명 추정방법
• 5.3.2 휨파괴 반사균열의 피로수명 예측
• 5.3.3 혼합파괴 반사균열의 피로수명 예측
• 제 6 장 반사균열 해석 프로그램
• 6.1 반사균열 해석 프로그램의 구성
• 6.1.1 프로그램 개발 툴
• 6.1.2 유한요소해석 모듈
• 6.1.3 피로해석 모듈
• 6.2 유한요소 해석
• 6.2.1 이산균열 접근법
• 6.2.2 면내균열 접근법
• 6.3 응력확대계수 계산 프로그램
• 6.4 피로수명계산 모듈
• 6.5 계산 예
• 6.5.1 문제 정의 및 유한요소 모델
• 6.5.2 유한요소 해석 결과
• 6.5.3 피로 모듈을 이용한 피로수명 계산
• 제 7 장 덧씌우기 포장 설계프로그램 개발
• 7.1 덧씌우기 포장 설계프로그램의 개요
• 7.1.1 프로그램에 적용된 공법
• 7.1.2 덧씌우기 설계 시 고려사항
• 7.2 덧씌우기 포장 설계프로그램의 구성
• 7.2.1 정밀설계와 근사설계
• 7.2.2 비파괴 처짐시험 결과의 분석프로그램
• 7.2.3 기존포장의 구조적 평가프로그램
• 7.2.4 아스팔트 덧씌우기 두꼐 설계프로그램
• 7.3 콘크리트 포장의 구조적 평가
• 7.3.1 콘크리트 포장의 역해석이론
• 7.3.2 콘크리트 포장의 역해석 절차
• 7.3.3 콘크리트 포장의 하중전달계수의 결정
• 7.3.4 콘크리트 포장의 구조적 평가를 위한 알고리즘
• 7.4 아스팔트 덧씌우기 두께설계 절차
• 7.4.1 구조적 덧씌우기 설계를 위한 사전 조사
• 7.4.2 아스팔트 덧씌우기 두께설계
• 7.4.3 근사설계 수행 시 하중전달계수의 결정
• 7.4.4 아스팔트 덧씌우기 두께 설계프로그램의 알고리즘
• 7.5 설계 예
• 7.5.1 국내 FWD시험자료를 이용한 설계예제
• 제8장 시험시공 및 추적조사
• 8.1 시험시공의 구간 선정
• 8.2 시험시공 적용공법 및 적용 재료
• 8.2.1 시험시공 적용공법
• 8.2.2 시험시공 적용 재료
• 8.3 시험 시공
• 8.3.1 표면 상태 조사
• 8.3.2 표면 처리
• 8.3.3 응력완화층 설치
• 8.4 추적조사
• 제9장 결론 및 건의사항
• 9.1 결론
• 9.2 건의사항
• 참고문헌
• Appendix