제설제에 의한 콘크리트 포장의 염화물 분포 및 아스팔트 절삭덧씌우기의 파손원인에 대한 연구

Abstract

우리나라 고속도로의 콘크리트 포장은 1980년대 초반부터 건설되어 연장이 지속적으로 증가 추세에 있으며 고속도로 포장 중 64%를 차지하고 있다. 일반적으로 콘크리트 포장의 설계수명을 20년으로 볼 때 장기 공용에 따른 포장의 내구수명 저하가 우려되는 시점이며, 콘크리트 포장의 노후화 및 파손에 따른 보수․ 보강 공법으로 아스팔트 절삭덧씌우기 포장으로 시공하고 있으나 재파손이 빈번히 발생하고 있다. 또한, 최근 기상이변으로 여름철 집중호우가 잦을 뿐만 아니라 겨울철 폭설이 증가하여 원활한 교통소통을 위한 제설제 살포량은 늘어나고 있는 실정이다. 제설제 살포로 인하여 콘크리트 구조물의 열화에 대한 보고가 증가하고 있어 콘크리트 포장에서도 내구성능 저하가 우려되나 이에 대한 조사 및 관련 연구는 많지 않다. 본 연구에서는 제설제에 노출된 콘크리트 포장의 염화물 분포를 분석하고 노후 콘크리트 포장의 보수를 위해 적용한 아스팔트 절삭덧씌우기 구간 하부 콘크리트 포장에서 열화로 인하여 재파손이 발생되는 원인을 규명하고자 하였다. 이를 위하여 제설제 살포량을 중심으로 원주, 대전, 논산 및 양산지역을 대상으로 콘크리트 포장의 염화물량분석을 실시하였다. 또한 아스팔트 절삭덧씌우기 구간의 파손원인을 규명하기 위하여 하부 콘크리트 시편을 대상으로 기기분석적 고찰을 실시하였다. 분석결과에 의하면 지역별 제설제 살포량과 염화물량의 관계는 제설제 살포량이 증가할수록 표면염화물량이 증가하는 것으로 분석되었다. 한편, 아스팔트 절삭덧씌우기 구간의 열화된 하부 콘크리트 포장의 표면염화물량이 콘크리트 포장의 표면염화물량에 비해 약 1.24배 크게 나타났다. 열화된 하부 콘크리트의 표층부가 30∼50mm 정도 손상되어 분석되지 못한 것을 감안하면 표면염화물량은 이보다 훨씬 크게 나타났을 것으로 추정된다. 콘크리트 포장에서 줄눈부와 비줄눈부의 염화물량을 측정한 결과, 줄눈부에서 표면염화물량이 약 1.5배 크게 나타났다. 또한, 줄눈부 채움재 상태가 불량한 경우에는 상태가 양호한 구간에 비하여 표면염화물량이 약 2.8배 크게 분석되었다. 이는 염화물이 손상된 줄눈을 따라 콘크리트 포장 내부로 침투할 수 있는 공간을 주기 때문이며, 이러한 이물질의 유입을 막기 위해서는 줄눈부의 씰링처리가 매우 중요하다는 것을 알 수 있다. 콘크리트 포장에서 주행차로와 측구부의 염화물량을 비교한 결과 인접 측구부에서 표면염화물량이 주행차로에 비해 약 1.4배 큰 것으로 분석되었다. 이는 주행차로의 경우 이동차량이나 제설장비에 의해 제설제가 눈과 함께 빠른 시간 내에 제거되지만, 제설작업에 의해 측구부로 밀리는 눈은 제설제와 함께 장시간 측구부에 쌓여 있어 주행차로에 비해 상대적으로 염화물과의 접촉시간이 길어지기 때문으로 판단된다. 이러한 영향으로 인하여 최근 측구부분에서 열화가 많이 발생되고 있으므로 측구부에 쌓인 눈을 신속히 치우는 등의 대책수립이 필요하였다. 아스팔트 절삭덧씌우기 구간에서 아스팔트 혼합물의 공극률이 하부 콘크리트의 표면염화물량에 미치는 영향을 분석한 결과 공극률이 클수록 하부 콘크리트 표면의 염화물량이 크게 나타났으며 이는 염화물이 아스팔트 혼합물의 공극을 따라 하부 콘크리트 포장 경계면에 쌓이기 때문으로 판단된다. 아스팔트 절삭덧씌우기 구간에서 하부 콘크리트의 열화원인을 조사하기 위하여 전자주사현미경(SEM) 및 원소분석(EDS)을 실시해 미세조직을 관찰한 결과 열화된 콘크리트 부분은 건전한 콘크리트에 비하여 수화생성물이 변질되고 느슨한 수화조직이 관찰되었으며, 결정성 수화물의 분석을 위해 실시한 X-선 회절분석(XRD) 결과에서도 정상적인 시멘트 수화물인 수산화칼슘(Portlandite, Ca(OH)2)의 양이 상대적으로 작게 나타났다. 열분석(TG & DTA)결과 750℃에서 칼사이트(Calcite, CaCO3) 피크가 분석되어 시멘트 수화물이 변질되어 있는 것으로 확인되었다. 수은압입법(MIP)에 의한 수화조직의 미세공극 특성을 분석한 결과 아스팔트 절삭덧씌우기 구간의 하부 콘크리트의 열화부위는 건전한 콘크리트 내측 부위에 비하여 겔 공극과 모세관 공극이 커져 다공화가 진행되었음을 확인하였다. 결론적으로 아스팔트 절삭덧씌우기 구간의 파손원인은 열화된 하부 콘크리트 포장의 표층부에 여름철 강우 및 겨울철 제설제의 살포로 아스팔트 혼합물의 공극을 따라 하부 콘크리트 경계면에 수분 및 염화물이 잔류하면서 하부 콘크리트 표면으로 염화물이 침투하여 정상적인 시멘트 수화물을 분해하고 미세조직을 다공화시켜 염화물의 침투가 촉진되는 염해 및 동결융해의 반복작용으로 수화조직의 피로를 가중시켜 내구성이 저하되는 복합열화 현상으로 설명할 수 있다. 아스팔트 절삭덧씌우기의 파손원인과 포장 콘크리트의 열화원인에 대한 정확한 분석은 보수공법과 보수설계를 위해 필수적인 요인이라 판단되며, 열화원인 추정을 위한 기기분석적 접근은 포장 콘크리트 내구성 진단에 유용한 접근 방법으로 판단된다. 향후 이러한 분석자료의 축적은 콘크리트 포장 및 아스팔트 절삭덧씌우기 구간에서 유지관리 및 내구수명 연장을 위해 의미 있는 자료로 이용될 수 있을 것으로 판단된다.