KAIST 2013

서울시 도로시설안전포럼

도로환경과 유지관리를 고려한

교량 바닥판 성능 향상 방안

2017. 10. 31.

이 광 호

KAIST 2013

발 표 순 서

I. 교면포장의 개념과 역할

II. 교면 포장 및 구조물의 조기 파손

III. 포장층 하부 및 기타 경계면의 장수명화

IV. 교면포장용 아스팔트 혼합물의 품질향상 방안

KAIST 2013

Ⅰ. 교면포장의 개념과 역할

교면포장의 구성

한국도로학회

교면포장

상판의 요철 정정

쾌적한 주행성

확보

교량 상판 보호

장기 공용성 확보

교면포장의 역활

한국도로학회

Ⅱ. 교면 포장 및 구조물의 조기 파손

교면포장슬래브손상에의한부식물노출

교면포장슬래브손상에의한부식물노출

교면포장슬래브손상에의한부식물노출

교면포장슬래브손상원인조사

교면포장슬래브손상원인조사(계속)

교면포장슬래브손상원인조사(계속)

강상팡판교면포장손상원인조사

강상팡판교면포장손상원인조사(계속)

강상팡판교면포장손상원인조사(계속)

강상팡판교면포장손상원인조사(계속)

강상팡판교면포장손상원인조사(계속)

구조물보호를위한방수층손상조사

구조물보호를위한방수층손상조사(계속)

구조물보호를위한방수층손상조사(계속)

구조물보호를위한방수층손상조사(계속)

도막계방수 : 시공시 공기방울및주름의발생

구조물보호를위한방수층손상조사(계속)

소규모 포트홀의 방치

구조물보호를위한방수층손상조사(계속)

우기 시 대규모 포트홀의 발생 및 방치

구조물보호를위한방수층손상조사(계속)

교량 상판의 대규모 노출

구조물보호를위한방수층손상조사(계속)

슬래브 열화 및 대규모 균열발생

구조물보호를위한방수층손상조사(계속)

슬래브 상판 보수

구조물보호를위한방수층손상조사(한국도로공사)

III. 포장층 하부 및 기타 경계면의 장수화

- 바닥판의 요철 등을 정정

- 포장 층 각 층의 최소 두께 확보토록

- 철저한 배수 유도 방안 강구

- 방수층의 확실한 기능확보

- 차량의 쾌적한 주행성의 확보

- 제동에 대한 미끄럼 저항성 유지

- 소성변형에 대한 고온 안정성 확보

- 마모 및 균열에 대한 피로저항성 확보

- 상판(강)과 포장 하부층 사이에 존재

- 방수층

- 접착재

- 방청 도장재(메탈라이징)_

도장계 Type 하도 중도 상도 비고

우레탄 마감

I 무기징크 고고형분 에폭시 우레탄

II 무기징크 고고형분 에폭시 우레탄

III 아연알루미늄 용사 고고형분 에폭시 우레탄

세라믹계우레탄 마감

I 무기징크 세라믹계 방식도료 세라믹계 우레탄

II 무기징크 세라믹계 방식도료 세라믹계 우레탄

III 아연알루미늄 용사 세라믹계 방식도료 세라믹계 우레탄

불소수지 마감I 무기징크 고고형분 에폭시 불소수지

II 아연알루미늄 용사 고고형분 에폭시 불소수지

실록산계 마감

I 무기징크 고고형분 에폭시 실록산계

II 무기징크 고고형분 에폭시 실록산계

III 아연알루미늄 용사 고고형분 에폭시 실록산계

수용성 우레탄계마감

I 수용성 무기징크 수용성 에폭시 수용성 우레탄

II 수용성 무기징크 수용성 에폭시 수용성 우레탄

III 아연알루미늄 용사 수용성 에폭시 수용성 우레탄

IV 무용제 에폭시 무용제 에폭시 수용성 우레탄

메탈라이징 이란?

알루미늄 또는 아연 등의 내식성을 가진 금속을

연소가스의 불꽃 또는 전기 ARC의 열로 융용하여분사시켜 면을 코팅하는 방법으로 산업 전반에서부식을 방지하기 위하여 널리 사용되는 방법임.

GAS TYPE METALLIZING ARC TYPE METALLIZING

금속용사(메탈라이징) 공법의 장점

(1) 모재에 열 영향이 적어 열 변형이 없고 현장 작업이 가능.

(2) 페인트 보다 우수한 내부식성 및 접착력을 가짐.

(3) 홖경의 조건에 따라 보다 부식방지 효과를 높이기 위하여

도막의 두께를 증가 시킬 수 있음.

(4) 금속용사에 주로 사용되는 알루미늄과 아연은 희생금속으로

사용 중 외부와의 접촉으로 인한 스크레치가 생길 경우

알루미늄 또는 아연의 전자적 이동으로 스스로를 희생 소모함

으로써 스크레치가 생긴 부분을 보호.

(페인트의 경우 스크래치 부분에서부터 심한 부식으로 진행됨)

(5) 금속용사 표면은 거칠기 때문에 그 위에 도포한 상도의 접착력이

강화되어 페인트 자체의 수명을 연장.

□ 강교도장 재료적용 현황

- 1970년대 재래식 조합페인트만 사용

- 1980년대부터 염화고무계 도료 사용 시작

- 1990년대 염화고무계 사용 급증

- 2000년대 이후 환경문제로 염화고무계 사용

급감 및 시방서에서 제외

- 2005년 이후 거의 모든 교량에 내후성 중방식

(우레탄 마감) 적용

- 2009년 이후 상도 종류 다양화되었으나 하도

및 중도 일률적임.(무기징크 하도/에폭시 중도)

- 초내후성 중방식(불소수지 마감)은 서해대교 등

일부 교량에만 적용

- 아연-알루미늄용사와 같이 내구성이 우수한 재

료는 초기 시공비용 비싸 적용실적 전무함.

□ American Welding Society (AWS), LaQue Center 수행 장기폭로시험

19, 34, 44년간의 폭로 후 상태 조사

아연-알루미늄용사가 장기간 효과를 나타냄.

□ 영국표준협회 수행 연구

금속용사만이 최초 보수시기까지 20년 이상 소요

□ 미연방도로청(FHWA) 수행 연구

SSPC-SP10, 85/15 Zn/Al 해양환경 하에서 30년간 5~15% 열화 추정

공용환경요구되는 공용기간에 따른 소요 도막두께 (㎛)

5~10년 10~20년 20~40년 40년 이상

전원(대기노출) - - 50~200 -

공장(대기노출) - 150~200 250~300 300

해양(대기노출) 150~200 200~250 250~300 300

해수(침지환경) 200~250 250~300 300~350 -

청수(대기노출) 150~200 200~250 250~300 -

고온환경 200~250 250~300 - -

<알루미늄 용사의 예측 공용수명>

공용환경요구되는 공용기간에 따른 소요 도막두께 (㎛)

5~10년 10~20년 20~40년 40년 이상

전원(대기노출) - 75~125 150~200 250~300

공장(대기노출) - 150~200 300~375 350~400

해양(대기노출) - 250~300 300~375 350~400

청수(대기노출) 150~200 250~300 300~375 -

음용수 - 250~300 300~375 -

해수(침지환경) 250~300 350~400 - -

<아연 및 85/15 Zn/Al 용사의 예측 공용수명>

적용대상 일반도장계전형적인공용수명

금속용사(최소두께/평균두께)

예측공용수명

수압관 콜타르 에폭시 20~30년360/400㎛

85/15 Zn/Al30~40년

테인터 수문 비닐징크리치 20~25년360/400㎛

85/15 Zn/Al25~35년

테인터/롤러수문(내부)

비닐계 25~40년360/400㎛

85/15 Zn/Al40~50년

테인터수문(얼음 및 찌꺼기가 많은 와류환경)

비닐징크리치 1~2년360/400㎛

85/15 Zn/Al8~12년

롤러수문 비닐징크리치 25~30년360/400㎛

85/15 Zn/Al30~40년

공용 교량 알키드/페놀계 10~15년250/300㎛

85/15 Zn/Al 또는 Zn50~60년

섹터게이트(해수)에폭시징크리치/콜타르 에폭시

15~20년 200~250㎛ Al 20~40년

•참고문헌 : U.S. Army Corps of Engineers (USACE) Engineering Manual EM 1110-2-3401

Engineering & Design. Thermal Spraying: New Construction & Maintenance; 29 January 1999

□ 고성능 강교 도장 적용을 통한 LCC 절감

• 일반환경

- 부식 취약부 아연알루미늄용사 하도, 자외선 취약부 실록산 상도

적용시 기존 무기질 아연말/우레탄 마감 대비 24% 절감

• 열악한 부식환경

- 부식 취약부 아연알루미늄용사 하도, 자외선 취약부 불소수지 상

도 적용시 기존 무기질 아연말/우레탄 마감 대비 42% 절감

- 교량 전체에 아연알루미늄용사 하도/우레탄 상도 적용시 기존 무

기질 아연말/우레탄 마감 대비 10% 절감

국내 교량 및 도로구조물의 메탈라이징 적용 예 (보수공사)

2014.9 청주IC 육교 교량 보수 전

2014.9 청주IC 육교 교량메탈라이징 후

2014.9 청주IC 육교 교량 보수 전

2014.9 청주IC 육교 교량

메탈라이징 후

국내 교량 및 도로구조물의 메탈라이징 적용 예 (보수공사)

2015.6 남원주IC 남원주2교

보수 전 2015.6 남원주IC 남원주2교

메탈라이징 후

국내 교량 및 도로구조물의 메탈라이징 적용 예 (보수공사)

교량 케이블 소켓

(울릉도 현수교)교량 케이블 밴드 플레이트

(울릉도 현수교)

국내 교량 및 도로구조물의 메탈라이징 적용 예 (신설 공사)

수출용 교량 신축이음장치

북면~원덕간 호산천교 스플라이스

교량 및 도로구조물의 메탈라이징 적용 예

교좌장치 메탈라이징

교량 및 도로구조물의 메탈라이징 적용 예

Ⅳ. 교면 포장용

아스팔트 혼합물의 품질 향상 방안

- 바닥판의 요철 등을 정정

- 바닥판과 일체화를 통한 포장의 안정성, 내구성 증진

- 우수 침투 최소화

- 포장 층 각 층의 철저한 두께 확보토록

- 철저한 배수 유도 방안 강구

- 방수층의 확실한 기능확보

- 차량의 쾌적한 주행성의 확보

- 제동에 대한 미끄럼 저항성 유지

- 소성변형에 대한 고온 안정성 확보

- 마모 및 균열에 대한 피로저항성 확보

• 다짐부족 구간의 평균 공극률 : 10% 이상

• 공극률이 8% 이상이면 우수가 포장체로 침투

• 다짐도를 평가하기 위하여 24시간 이상이 소요되므로 사실상

현장 품질관리가 불가능함.

• 현장에서 즉시 혼합물 층의 다짐밀도 측정하는 방안 도입 필요.

• 현장 밀도 측정기 등의 장비활용 필요.

• 중온 아스팔트 혼합물의 사용 고려

• Better Compaction - Better Perfermance

• Warm Mix Asphalt Cools Slower

• Good for Workers & Good for the Environment

- cutting fuel consumption(30to 35%)

- 45% reduction in CO2

- 40% reduction in SO2

- 50% reduction in VOCs

- 35% reduction in CO

- 75% reduction in NOx

- 30% reduction in dust

• Other Benefits in the Field

- reduction in asphalt binder aging and Bumps

- black longer(light oils are not cooked out of AP