포장공 ❙ 349

포장공

64

포 장 공

콘크리트 포장 줄눈부 단면형상 개선 및

고내구성 다웰바 적용 방안

포장연구실-648

(2015.06.29)

1 배경 및 목적

□ 2000년 이후 준공된 일부 고속도로 콘크리트 포장 줄눈부 파손의 급속

한 증가에 따른 대책수립이 필요

- 콘크리트 포장 줄눈부 파손은 포장재료, 시공, 유지관리 환경변화 등

여러 요인이 복합적으로 작용하여 발생함

- 우리공사에서는 ‘고객 안전과 행복을 위한 포장 품질향상 추진대책

(환경품질처-327, 2014.01.22)’을 통해 포장 품질향상 종합계획을

마련하여 콘크리트 포장 조기파손예방 및 공용성능 증진을 위한

개선방안을 추진 중에 있음

□ 시공측면에서 콘크리트 포장 취약부 시공관리 강화 방안이 필요하여

본 내용의 심의를 요청함

그림 1. 연도별 포장 불량연장 및 포장보수 비용 추세

(‘고속도로 장수명 포장관리 로드맵’ 도로처-732, 2013.02.26]

350 ❙ 포장공

2 현황 및 문제점

□ 콘크리트 포장 취약부 파손 발생

- 중앙선, 중부내륙선 등 일부 노선에서 개통 10년 전⋅후 파손 발생

- 파손 위치는 취약부인 줄눈부에서 대부분 발생

- 파손 취약부인 줄눈부 단면 형상 및 시공관리미흡

그림 2. 노선별 줄눈부 파손상태 전경

(‘고객 안전과 행복을 위한 포장 품질향상 추진대책’ 환경품질처-327, 2014.01.22)

□ 기존 수축줄눈 단면형상(형식 A)

- 콘크리트 포장의 국내 도입이후 수축줄눈의 단면형상은 그림 3과 같이

폭 6mm, 깊이 75mm의 동일단면 형식으로 시공되어 오다가 ‘콘크리

트 포장 줄눈표준화 방안(설계처-3468, 2007.12.05)’을 통해 지금과 같

은 이중단면 형식으로 개정함

2007년 이전 2007년 이후

그림 3. 콘크리트 포장 수축줄눈 표준도(형식A)

포장공 ❙ 351

포장공

□ 수축줄눈 시공방법

- 콘크리트 포장의 줄눈 시공절차는 그림 4와 같이 2차례에 걸쳐

냉각수를 이용한 습식절삭과 슬러지 제거를 위한 줄눈청소 후 줄눈재

시공으로 진행됨

- 줄눈의 2차 절삭은 줄눈재의 주입공간 확보를 위해 시행함

그림 4. 현행 콘크리트 포장 수축줄눈 시공절차

□ 강재 다웰바

- 줄눈보강재인 다웰바는 고강도이고 콘크리트와 거동이 유사하며

비교적 경제적인 강재를 사용

그림 5. 시공줄눈의 강재 다웰바와 수축줄눈의 강재 다웰바 바스켓

352 ❙ 포장공

□ 현행 줄눈단면 및 다웰바 재료의 문제점

- 줄눈의 2단계 절삭으로 줄눈부 콘크리트에 가해지는 충격 증가

- 동절기 줄눈폭 증가로 이물질 침투 가능성이 높아지고 이로 인한

스폴링 발생 위험 증가

- 줄눈폭이 크게 벌어질 경우 주행소음 증가

그림 6. 줄눈에 침투한 이물질 그림 7. 줄눈폭과 소음의 상관관계

(이승우외, 2005) (미국콘크리트포장협회, 2007)

- 강재 다웰바의 재료 특성상 수분과 접촉하면 부식(corrosion) 발생

- 부식으로 인한 부피팽창 및 줄눈 잠김(joint locking) 발생

- 줄눈 잠김은 줄눈부와 슬래브 중앙부에 과도한 응력을 발생시켜

스폴링 및 균열 유발

- 부식된 강재 다웰바는 유효단면적 감소 및 하중전달효과 감소

그림 8. 강재 다웰바에 발생한 부식

포장공 ❙ 353

포장공

3 개선 방향

□ 콘크리트 포장 수축줄눈의 줄눈폭 축소

- 줄눈 절삭을 1회만 실시하고 줄눈폭을 6mm에서 4mm로 축소

- 불필요한 2차 절삭을 삭제하고 1차 절삭 후 줄눈재 설치

- 두께 3.2mm 절삭날을 사용해 4mm 줄눈폭으로 시공

□ 내구성이 우수한 다웰바로서 시멘트 충진 FRP 튜브 다웰바 적용

- 습기와 제설제에 대한 내부식성 및 콘크리트와 유사한 강성 재료

- 튜브형에 시멘트 충진으로 비용절감효과

4 국외기준 검토

□ 미국의 콘크리트 포장 가로수축줄눈 제원

- 1차 절삭을 통한 5mm 이내의 좁은 줄눈폭을 적용하는 주는 전체의

29%로 좁은 줄눈폭이 보편적으로 사용되고 있음

- 최근 과도한 줄눈 벌어짐으로 인한 줄눈부의 주행소음 증가, 평탄성

저하, 절삭시 경제성 등을 고려하여 줄눈폭을 줄이는 주가 증가하는

추세임

- 일반적으로 국내 줄눈간격(6m)보다 짧은 간격(4.5m 내외)을 적용하여

줄눈폭의 거동량이 적음에도 불구하고 점점 많은 주에서 좁은 줄눈폭

을 사용하고 있는 추세임

354 ❙ 포장공

표1. 미국의 콘크리트 포장 가로수축줄눈 줄눈폭 현황(Chuanxin Fang et al. 2003)

줄눈폭 적용하는 주 비율(%)

4.76mm 이하 12 29

6.35mm 5 12

9.53mm 17 41

10.00mm 2 5

12.70mm 3 7

20.00mm 2 5

총합 41* 100

* 콘크리트 포장을 사용하지 않거나 관련자료가 없는 주(州)는 제외

그림 9. 미국의 가로수축줄눈폭 적용현황(Chuanxin Fang et al. 2003)

□ 미국콘크리트포장협회(ACPA, American Concrete Pavement Association)

- 줄눈폭 증가에 따른 줄눈부 주행소음(wheel-slap)과 평탄성 저하,

경제성 및 시공시 작업효율을 고려하여 줄눈폭을 줄일 것을 권장

포장공 ❙ 355

포장공

[Minimize Wheel-Slap : Keep Your Joints Narrow, 2004]

…… Wheel-slap is not as critical an issue today in some states as it

was five years ago, because many agencies have changed their

details for joint sealing to use a narrow 1/8-inch(3.2mm) wide

reservoir (i.e. single sawcut), filled with sealant. The agencies

taking this approach are getting all of the associated benefits

from their decision, including the opportunity for multiple

resealing projects before joint reservoirs become wide enough to

start causing wheel slap.

□ 좁은 줄눈폭에 대한 가로수축줄눈 표준도

그림 10. 네브라스카 주의 가로수축줄눈 표준도(줄눈폭 4.76mm)

그림 11. 유타 주의 가로수축줄눈 표준도(줄눈폭 3.18mm)

4.76mm

3.18mm 3.18mm

356 ❙ 포장공

그림 12. 애리조나 주의 가로수축줄눈 표준도(줄눈폭 3.18mm~4.76mm)

그림 13. 콜로라도 주의 가로수축줄눈 표준도(줄눈폭 4.76mm)

그림 14. 일리노이 주의 가로수축줄눈 표준도(줄눈폭 최대 5.00mm)

3.18~4.76mm

4.76mm

포장공 ❙ 357

포장공

□ 고내구성 다웰바 기준 및 적용

- 국외의 고내구성 다웰바의 기준은 별도로 없으며, 강재 다웰바의 기준에

준하여 사용

- 조사된 미국의 33개주 중 국내와 같이 적설량이 많은 워싱턴 주와 미시간

주에는 고내구성 다웰바를 적용

- 위스콘신 주를 비롯한 7개주에서 시험시공을 통한 고내구성 다웰바 연

구가 진행 중

지 역 노 선 시공

시기 고내구성 다웰바의 종류 다웰바 직경

(mm)

일리노이

I-55 SB

Route 59

U.S.67 WB

Route 2 NB

1996

～

2000

에폭시 피복 다웰바

FRP 다웰바

FRP 튜브 다웰바(그라우트 충진)

스테인리스 튜브 다웰바(그라우트 충진)

스레인리스 피복 다웰바

38

38, 44

51

38, 44

38, 44

아이오와 U.S.Route 65 1997

에폭시 피복 다웰바 38

FRP 다웰바 38, 48

스테인리스 다웰바 38

캔사스 K-96 1997

에폭시 피복 다웰바 32

FRP 튜브 다웰바 51

미시간 I-75 1993

플라스틱 피복 다웰바 32

에폭시 피복 다웰바 32

미네소타

I-35W

Mn/Road

2000

스테인리스 피복 다웰바 38, 44

스테인리스 다웰바 38

플라스틱 피복 다웰바 38

에폭시 피복 다웰바 25, 32, 38

FRP 다웰바 32, 38

오하이오 Route 50

1997

～

1998

에폭시 피복 다웰바 38

FRP 다웰바 38

스테인리스 튜브 다웰바(그라우트 충진) 38

위스콘신 WI 29 1997

에폭시 피복 다웰바 38

FRP 다웰바 38

스테인리스 다웰바 38

스테인리스 튜브 다웰바(그라우트 충진) 38

표 2. 미국의 고내구성 다웰바 시험시공 현황

358 ❙ 포장공

5 실내 및 현장 공용성 평가

□ 고내구성 다웰바의 실내 공용성 평가

- 직접전단시험

◦ 인발성형(PR) FRP 다웰바는 대체로 강재 다웰바와 비슷한

처짐량(기준 ; 0.25mm)을 보임

◦ 직경 38mm 인발성형 FRP 다웰바(PR38)는 강재(ST32)보다 우수

그림 15. 직접전단시험(AASHTO T 253-02) 그림 16. 직접전단시험 평가결과

- 포장 가속시험 후 정적 하중재하시험

◦ 다웰바 종류별로 시공된 콘크리트 슬래브에 포장 가속시험기를

이용하여 교통하중(224,000ESALs) 재하 후 정적 하중재하시험 실시

◦ 26.4톤의 트럭하중에서의 줄눈부 처짐 결과, 강재 - 인발성형FRP -

프리플랙FRP - 필라멘트와인딩FRP 순으로 처짐 발생

그림 17. 교통하중 전⋅후의 정적하중 재하실험 결과

포장공 ❙ 359

포장공

그림 18. 줄눈부 정적 하중재하 그림 19. 다웰바 종류별 평균최대처짐량

- 포장 가속시험 후 하중전달율

◦ 공용 전⋅후의 모든 줄눈에서 95% 이상의 높은 하중전달율을 보임

◦ 고내구성 다웰바의 하중전달 능력 입증

그림 20. 줄눈부 하중전달율 측정 그림 21. 공용 전⋅후 하중전달율변화

□ 현장 시험시공

- 시험시공 개요

◦ 2009년에서 2010년 사이 총 3회에 걸쳐 건설중인 노선에 시공

◦ 시공내용 : 줄눈폭(6mm/4mm), 다웰바 재료(강재/FRP)

360 ❙ 포장공

구 분 개 요 시 공 항 목

1차

시험시공

일 시 2009년 3월 23일 ~ 25일

장 소 목포광양건설사업단 2공구 좁은 줄눈폭

총 연 장 1,122m

2차

시험시공

일 시 2010년 6월 16일, 21일

좁은 줄눈폭

FRP 다웰바

장 소 목포광양건설사업단 2공구

총 연 장 540m

3차

시험시공

일 시 2010년 9월 30일

좁은 줄눈폭

FRP 다웰바

장 소 남원전주건설사업단 8공구

총 연 장 198m

표 3. 시험시공 현황

그림 22. 줄눈단면시공(좌 : 기존 줄눈폭, 우 : 좁은 줄눈폭)

그림 23. FRP 다웰바시공(좌 : 체어방식, 우 : DBI방식)

포장공 ❙ 361

포장공

□ 줄눈폭에 따른 공용성 평가

- 줄눈부 파손상태 평가

◦ 줄눈부 파손상태 등급* 기준 : 1등급(아주나쁨) ~ 5등급(매우좋음)

* 출처 : 미연방도로청, 자세한 기준설명은 첨부 2 참조

◦ 절삭 후 파손상태를 등급별로 분류한 결과, 4mm 줄눈폭 구간과

6mm 줄눈폭 구간이 유사함

1차 시험시공 2차 시험시공 3차 시험시공

그림 24. 줄눈폭에 따른 줄눈부 파손상태 등급(시공 초기)

1차 시험시공(44개월 후) 2차 시험시공(41개월 후) 3차 시험시공(13개월 후)

그림 25. 줄눈폭에 따른 공용 후 줄눈부 파손상태 등급(일정 공용 후)

- 평탄성 평가

◦ 위킹 프로파일미터를 이용한 IRI 측정 : 기준 1.6m/km(토공부)

◦ 평탄성의 경우 4mm 줄눈폭 구간과 기존 6mm 줄눈폭 구간에서

큰 차이가 없는 것으로 나타남

362 ❙ 포장공

1차 시험시공 2차 시험시공 3차 시험시공

그림 26. 줄눈폭에 따른 평탄성 평가 결과(2차로 휠패스 기준)

- 소음 평가

◦ 구간별 주행 및 줄눈위치에서의 등가소음도(dBA) 측정

◦ 구간주행 소음과 줄눈부 소음 모두 4mm 줄눈폭 구간이 6mm

줄눈폭 구간 보다 0.9dBA~1.7dBA 감소

1차 시험시공(구간주행 소음) 2차 시험시공(줄눈부 소음)

그림 27. 줄눈폭에 따른 소음 평가 결과

포장공 ❙ 363

포장공

□ FRP 다웰바의 공용성 평가

- 줄눈 거동량

◦ 다웰바 종류에 따른 줄눈 거동량에는 큰 차이가 없음

그림 28. 단위온도당 줄눈폭 변화량

- 줄눈부 하중전달율

◦ 시멘트주입 FRP 튜브 다웰바와 강재 다웰바구간 모두 좋은

하중전달율을 보임(2, 3차 시험시공)

◦ 약 60개월 공용후의 줄눈부 하중전달율은 초기 하중전달율 대비

유사 혹은 증가함, 균열유도가 조기 발생한 취약 줄눈부는 공용함에

따라 줄눈움직임이 안정화되어 하중전달율이 향상됨(2, 3차 시험시공)

그림 29. FRP 재료별 줄눈부 하중전달율(2차 시험시공)

364 ❙ 포장공

그림 30. FRP 재료별 줄눈부 하중전달율(3차 시험시공)

- 줄눈부 처짐량

◦ 시멘트주입 FRP 튜브 다웰바와 강재 다웰바 구간 모두 유사한

처짐량을 보임(2, 3차 시험시공)

◦ 초기와 공용 60개월(5년) 후의 처짐량 비교 결과, 두 기간의 처짐량이

유사하거나 혹은 공용 후 안정화 되어 다소 증가(2, 3차 시험시공)

그림 31. FRP 재료별 줄눈부 처짐량(2차 시험시공)

그림 32. 공용 후 FRP 재료별 줄눈부 처짐량(3차 시험시공)

포장공 ❙ 365

포장공

□ 공용성 평가 결과

- 줄눈폭 4mm의 좁은 줄눈폭을 적용한 결과, 소음은 감소하고 줄눈부

파손과 평탄성은 기존과 유사함

- 시멘트주입 인발성형 FRP 튜브 다웰바를 고내구성 다웰바로 적용한

결과, 줄눈부 처짐량과 줄눈거동, 하중전달율은 기존 강재 다웰바와 유

사하거나 다소 우수

6 제안사항

□ 콘크리트 포장 가로 및 세로수축 줄눈 단면형상 개선(안)

현행 개선(안)

*) h : 포장 두께 (단위 : mm)

그림 34. 콘크리트 포장 줄눈단면 표준도

□ 콘크리트 포장 수축줄눈 줄눈폭 축소

- 1차 절삭만 시행(절삭날 두께 = 3.2mm)

- 줄눈폭을 기존 6mm에서 4mm로 축소

- 줄눈재는 현행 줄눈에 시공되는 실리콘 계열의 주입줄눈재와 성형 줄

눈재를 사용

- 주입줄눈재 두께는 기존의 6mm를 그대로 적용하며 성형 줄눈재는 형

상에 따라 별도의 제원을 정하여 시행

366 ❙ 포장공

- 줄눈재 보호 및 줄눈 모서리 파손방지를 위하여 줄눈 양쪽 모서리에

핸드 그라인더 등을 이용해 깊이 3mm, 폭 2mm로 모따기 시행

그림 33. 줄눈 모따기 제원

구 분 현행 개선(안)

줄 눈 폭

∘1차 절삭 후 4mm

∘2차 절삭 후 6mm

∘1차 절삭 후 4mm

∘2차 절삭 생략

장 점

∘기술이 일반화 되어 있음

∘줄눈재 주입작업이 편리함

∘줄눈 시공공정 단순화를 통한

작업효율 제고

∘줄눈에 가해지는 충격감소

∘이물질 침투 위험 감소

∘줄눈부 주행소음 감소

∘줄눈 시공비용 감소

단 점

∘작업 공정이 복잡함

∘2단계 절삭으로 줄눈에 가해지는

충격 증가

∘줄눈재 손상시 이물질 침투 위험

증가

∘과도하게 벌어질 경우 주행소음

증가

∘줄눈재 주입시 줄눈폭에 맞추어

기존 노즐 개량이 필요

표 4. 줄눈폭에 따른 장단점

포장공 ❙ 367

포장공

□ 콘크리트 포장 줄눈부 고내구성 다웰바 적용

- 시멘트 몰탈주입 인발성형 FRP 튜브형 다웰바

- FRP 다웰바 시공방법은 체어식과 DBI식 선택 적용 가능

그림 35. 고내구성 다웰바 단면도 (단위 : mm)

□ 시멘트 몰탈주입 인발성형 FRP 튜브형 다웰바 품질기준

표 4. 품질기준

시험항목 시험방법 품질기준 (이상)

압축강도 KS F 2405 240 MPa

인장강도 KS F 2423 7 MPa

휨강도

ASTM D 4476-97

(지그:ASTM D 4475-96참조)

400 MPa

전단강도 ASTM D 4475-96 36 MPa

열팽창계수 AASHTO TP 60 4~20Ⅹ10-6/℃

□ 단가 비교

- 강재 다웰바 : 10,000원/m

- FRP 다웰바 : 9,000원/m

(참조-한국물가정보 및 관련 업체 전화 통화)

368 ❙ 포장공

7 기대효과

□ 콘크리트 포장 수축줄눈의 시공공정을 단순화를 통한 작업효율 향상

및 공사비 절감

□ 2차 절삭시 줄눈에 가해지는 충격의 최소화를 통한 줄눈의 파손 감소

□ 줄눈폭을 좁게 유지해 과도한 줄눈 벌어짐으로 인한 소음 증가 및 승

차감 저하를 예방하여 쾌적한 주행환경 조성

□ 장기 공용에 따른 강재 다웰바의 부식 방지 및 이로 인한 줄눈부 하중전달

성능 저하 예방

8 활용방안

□ 수축줄눈(가로 및 세로) 좁은 줄눈폭 적용

- 설계중 노선 : 본 방침 적용

- 공사중인 노선 : 공사주관부서에서 적용여부 판단

□ 시멘트주입 FRP 튜브 다웰바 적용

- 기존 강재 다웰바와 함께 병행 적용가능

- 특수환경 노출지역에서는 FRP 튜브 다웰바를 우선적으로 적용

⋅설계중 노선 : 본 방침 적용

⋅공사중인 노선 : 공사주관부서에서 적용여부 판단

- FRP 다웰바 시공방법은 체어식과 DBI식 모두 적용 가능