본 논문은 하중재하시 강상판교의 방수층과 교면포장에서 발생하는 거동을 유한요소해석을 통하여 분석하였다. 포장표면에 연직방향으로 작용하는 차량하중과 수평방향으로 작용하는 차량의 제동하중의 크기에 따른 포장체와 방수시트에 발생되는 응력을 산정하였다. 그리고 강상판 두께 및 강성. 포장층 두께, 차량제동하중, 온도 등의 변수가 포장체의 응력변화에 어떠한 영향을 미치는지에 대하여 분석하였다. 방수층의 전단응력은 강상판의 두께가 얇아지고 강성이 감소할수록 증가하였으며, 강상판의 두께가 150mm이상의 경우와 탄성계수가 2×105MPa이상의 경우에는 그 영향이 미비하였다 또한 교면 포장의 두께가 얇아지고 온도가 낮아질수록 방수층의 전단응력이 증가하였다. 포장체 하부에서 발생하는 인장변형률은 고온에서 최대가 되었으며 두께가 증가할수록 감소하였다.

본 연구의 주목적은 최근 국내 아스팔트 교면포장의 가장 빈번한 파손의 하나인 포트홀의 발생을 저감하기 위해 포장체내에 체류된 수분을 신속히 배수할 수 있는 배수시스템을 개발하는 것이다. 이러한 배수시스템은 방수층과 포장층 사이에 2~3cm의 두께로 박층의 배수층을 구성하는 것으로서 방수층의 내구성 확보와 골재 최대입경 10mm이하의 배수성 혼합물을 박층으로 시공하는 기술이 가장 중요한 사항이다. 이를 위해 본 연구에서는 먼저 NCAT 배합설계법을 바탕으로 10mm 이하 배수성 혼합물을 개발하였고, 다양한 실내시험을 통하여 배수성 혼합물이 모든 품질기준을 만족함을 확인하였다. 방수층의 경우 MMA(Methyl Methacrylate)계 방수제의 적용성을 평가하기 위하여 저온 휨 시험, 접착인장강도 시험 등의 시험을 실시하였고 모든 물성이 기준을 만족하였다. 본 연구에서 개발된 배수시스템의 현장시공성 및 공용성을 평가하기 위하여 고속도로의 1개소 교량에 시험시공을 실시하였다. 시공후 각 포장층 재료에 대한 품질확인 시험결과 모두 기준을 만족하였고 체류수가 원활히 배수되는 것을 확인할 수 있었다.

최근 국내에서는 교면포장의 파손에 따른 교량 바닥판의 열화 및 운전자 안정성의 문제가 대두되고 있다. 기존 아스팔트 재료는 교량에서 발생하는 열악한 환경에 적용하기에는 한계가 있어 교량 바닥판을 보호하고 상대적으로 큰 처짐에 대하여 장기간 견딜 수 있는, 피로저항성이 우수한 고내구성 교면포장 아스팔트 혼합물의 개발이 필요하게 되었다. 이에 SBS 첨가물과 첨가제를 사용하여 생산성 및 작업성이 우수하고 피로균열저항성이 뛰어난 교면포장용 아스팔트 바인더를 개발하였다. 새로운 아스팔트 바인더는 회전점도시험 (RV test), 인화점시험 (Flash point test), 동적전단시험(DSR test), 저온빔시험(BBR test) 등을 통하여 PG 70-34의 공용등급으로 확인되었다. 본 연구에서 개발된 아스팔트 바인더를 사용한 혼합물의 공용성을 평가하기 위하여, 피로시험, 휠트래킹시험, 수분손상시험 등을 실시하였으며 실물크기의 윤하중시험을 통하여 소성변형 저항성 및 피로균열 저항성에 대하여 평가하였다. 실내공용성 시험을 통하여 교면포장용 아스팔트 혼합물이 SBS 개질 혼합물에 비하여 3배 이상의 피로수명을 가졌다. 또한, 윤하중시험에서도 소성흐름이 발생하지 않았고, 피로균열은 250,000회 이상을 재하하여도 PG 64-22 혼합물의 38% 밖에 나타나지 않았다.

본 연구에서는 포장의 설계수명과 공용년수를 증대시켜 아스팔트 포장의 유지보수비용을 감소시킬 수 있는 장수명 아스팔트 포장 공법을 제안하였다. 이를 위한 고강성 바인더를 개발하여 다양한 실내 물성시험을 수행하였으며 고강성 기층재의 평가를 위해 실내 공용성시험 및 포장가속시험을 실시하여 기존의 일반아스팔트 혼합물과 비교 평가하였다. 그 결과 고강성 기층재는 일반 아스팔트 혼합물에 비해 강성이 증가하였고 수분손상 피로균열 및 소성변형 저항성 등에서 우수한 것으로 평가되었다. 또한, 장수명 아스팔트 포장의 설계를 위해 구조해석을 실시하여 DB를 구축하였으며 이 자료를 이용해 다중회귀분석 프로그램인 SPSS로 포장체 거동모형을 개발하였다. 여기서 개발된 포장체 거동모형과 실내 외 시험결과를 기초로 장수명 아스팔트 포장 설계를 위한 소프트웨어를 개발하였으며 포장의 최적단면 및 구성을 설정하였다. 이렇게 설정된 장수명 포장의 아스팔트 층 단면 두께는 29cm로 이 단면의 경제성을 확인하기 위하여 생애주기 비용분석을 실시하였다. 그 결과 장수명포장이 기존 고속도로(경부)와 초기시공비용이 동일하면서 생애주기 비용측면에서 유리한 것으로 확인되었다.

본 연구에서는 일반 아스팔트 포장에 비해 설계수명을 2배 이상 증대시켜 보수주기를 증진하고 보수비용 및 사용자 비용을 절감할 수 있는 장수명 아스팔트 포장에 대한 포장가속시험 (APT)을 수행하였다 먼저 본 연구에서 개발된 장수명 포장용 고강성기층 혼합물에 대한 기초적인 물성시험을 수행하였다. 포장의 지지력을 비교하고 피로 및 소성변형에 대한 저항성을 평가하기 위하여 일반 및 고강성 기층으로 구성된 총 4개의 시험단면을 건설하였다. 또한 일반 및 고강성 단면은 각각 얇은 단면과 두꺼운 단면으로 구성되었다. 다양한 교통하중에 대한 아스팔트 기층하단의 인장변형률을 측정하였으며 시험결과 고강성 단면의 인장변형이 일반단면에 비해 적게 발생되는 것을 확인하였다. 기층 단면이 얇은 포장단면에 대한 APT 시험결과 윤하중이 180,000회 재하될 때까지 균열은 발생하지 않았다. 기층단면이 두꺼운 포장에 대해 윤하중 90,000회 재하시 일반단면은 5.3mm, 고강성 단면은 3m의 소성변형이 발생하였다. 본 연구에서 개발된 고강성 혼합물은 소성변형 및 피로균열에 대한 저항성이 우수하기 때문에 장수명 포장용 기층재로서 적합한 것으로 판단된다. 또한 다양한 구조해석 결과 일반 혼합물 대신 고강성 혼합물을 사용할 경우 포장의 하중지지력이 증가하기 때문에 아스팔트층의 단면두께를 최소 5cm 이상 줄일 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구는 장수명 아스팔트 포장 공법개발 연구의 일환으로 포장수명을 40년이상 지속시킬 수 있는 단면설계를 수행하였다. 본 연구의 목적은 포장체의 장수명화를 위하여 효과적이고 간편하게 포장체의 각층 단면두께 및 탄성계수를 결정하는 절차를 제시함에 있다. 포장체의 유한요소 해석을 통하여 장수명 아스팔트포장의 가상데이터베이스를 구축하였다. 이 가상데이터베이스는 포장체 각 층의 두께, 탄성계수 및 포장체 내의 처짐, 응력 및 변형률을 포함하고있다. 구축된 데이터베이스를 이용하여 포장의 장수명에 필요한 한계변형률을 만족하는 포장의 단면을 제시하였다. 연구결과, 총 아스팔트층의 두께가 410mm보다 큰 경우에는 포장층의 각층의 두께나 재료의 특성과 관계없이 항상 장수명 아스팔트 포장으로 간주할 수 있으나, 250mm보다 작을 경우에는 장수명 아스팔트 포장에서 제외되었다. 총 아스팔트층의 두께가 250mm보다 크고 410mm보다 작은 경우에는 장수명 아스팔트 포장 조건에 만족하기 위한 포장층 두께와 탄성계수값을 결정할 수 있는 절차를 제시하였다.

본 논문은 국내의 콘크리트 교면포장에 주로 발생하는 아스팔트 포장의 파손유형들에 대한 현황 분석과 교량 상판과 포장의 상호작용 해석을 실시하여 주된 파손유형을 제시하고자 한다 연구의 범위는 PSCI형교, 철근콘크리트 슬라브교와 라멘교를 각각 대상으로 하였다. 조사결과 콘크리트 교면 아스팔트 포장의 주요 파손들은 소성변형, 포트홀 그리고 피로균열 순으로 확인되었다. 또한 교면 아스팔트 포장에 발생되는 피로균열의 경우 주된 파손인자가 교통하중의 반복보다는 포장의 노후화나 재료의 박리와 같은 재료 문제로 추정되며 실제조사에서도 콘크리트 교량의 경우 미세한 파손의 빈도가 높고 박리가 있는 지점에서 균열이 상대적으로 많이 발생되었다.