PURPOSES : This study aimed to evaluate the long-term performance of bonded concrete overlay in Korean Highway, and factors influencing the performances. METHODS: The evaluation for long-term performance of bonded concrete overlay is investigated based on the following study : i) The pavement distress of number of bonded concrete overlay sections in Korean highway are collected through field measurement, and PCI for each section is calculated. ii) Performance of LTPP data of bonded concrete overlay sections in U.S.A is analysed. And it is compared with bonded concrete overlay of Korean highway. iii) An analysis of the factors influencing to long-term performance of bonded concrete overlay is investigated. RESULTS: Performance analysis was confirmed that the overlay thickness was affecting significantly on the Bonded Concrete Overlay life. The comparison of LTPP data(U.S.A) and field measurement data(Korean) was showed. CONCLUSIONS : It was showed that the performance of Korean bonded concrete overlay is relatively lower than that of the bonded concrete overlay in U.S.A. The cause of lower performance can be explained by the lack of overlay thickness.

현재 우리나라 고속도로의 60%이상을 차지하는 콘크리트 포장은 공용수명의 도달로 인해 보수를 필요 로 하는 구간이 증가하고 있다. 노후된 콘크리트 포장은 단면보수 등 부분적 보수가 진행되어 왔으나 이 또한 한계에 이르러, 전면보수를 필요로 하는 구간이 증가되고 있다. 노후 콘크리트의 전면보수 방법으로 아스팔트 덧씌우기가 주로 사용되고 있지만, 기존 콘크리트 포장 줄눈부에서 유발되는 반사균열 및 기존 포장과의 부착력 부족으로 발생되는 포트홀 등의 문제가 발생하여 덧씌우기된 아스팔트 포장의 수명을 단축하는 요소로 평가되어왔다. 아스팔트 덧씌우기 구간의 반사균열 문제를 해결하기 위해 제안된 Saw and Seal 공법은, 덧씌우기된 아스팔트 포장에 기존 콘크리트 포장의 줄눈과 동일한 위치에 줄눈을 시공하여 반사균열을 제어하는 공법 이다. 하지만 주입식 줄눈재를 사용한 기존의 Saw and Seal 공법은 줄눈부의 차수기능 미흡에 따른 2차 균열 등의 포장결함과 신․구 포장간의 부착력 미흡에 따른 포트홀 문제등의 문제를 해결하지 못하였다. 기존 Saw and Seal 공법의 문제를 해결하고자 개발된 ‘노후콘크리트 포장 줄눈 아스팔트 덧씌우기 공 법’은 Water-blasting과 진공흡입 청소의 표면처리 공정을 통해 절삭 잔재물 및 열화부의 완전한 제거를 가능하게 하여 기존 포장과 아스팔트 덧씌우기 포장의 3.5배 증대된 부착력을 바탕으로 포트홀 발생을 억제하고 , 접착식 중공 성형 줄눈재의 사용으로 유도된 반사균열을 효과적으로 제어하고 더불어 줄눈을 통한 수분침투를 방지하여 2차 파손을 억제하는 것을 특징으로 한다. 개선된 ‘노후콘크리트 포장 줄눈 아스팔트 덧씌우기 공법’은 포장가속시험 및 접착제의 허용변위 시험, 노화시험, 줄눈재의 차수기능 시험 등을 통해 성능을 검증하였으며, 경기도 가평의 국도 37호선 봉수교차로에 2011년 6월 시험시공을 실시하였다. 본 연구에서는 추적 조사를 통하여 국도 37호선 봉수교차로에 시공한 개선 공법 구간 및 동일시기 시공 된 화현, 일동 교차로의 주입식 줄눈재가 적용된 기존 Saw and Seal 공법의 줄눈부 비교를 통해 ‘노후콘 크리트 포장 줄눈 아스팔트 덧씌우기 공법’의 장기 공용성을 평가하였다. 본 연구의 봉수교차로 줄눈부의 이력조사는, 시공 전과 시공 단계에 따른 줄눈부 변화, 시공 직후, 1년 공용 뒤, 동절기의 줄눈부(20개월 공용 뒤), 2년 공용 뒤의 줄눈부의 변화를 추적조사를 통해 실시하였 다. 인근 교차로의 주입식 줄눈재 Saw and Seal 구간 줄눈부 조사는 봉수 교차로 조사시기와 동일한 날 짜에 진행되어 두 구간의 줄눈부 상태를 비교하였다. 평가 결과 개발 공법 구간의 줄눈부는 공용후 2년간의 추적조사 기간 동안 시공초기와 같이 양호한 상 태를 보였으나, 주입식 줄눈재 사용구간에서는 2차 균열을 비롯한 백태 현상, 줄눈재 손상등의 포장결함 이 발생하였다.

국내의 경우 콘크리트 포장의 내구연한이 가까워짐에 따라 많은 구간에서 유지보수의 수요가 증가하고 있다. 최근 들어 적용사례가 증가하고 있는 접착식 콘크리트 덧씌우기(BCO, Bonded Concrete Overlay) 는 기존 콘크리트 포장의 상태가 비교적 양호한 구간에 실시하는 공법으로 완전부착을 통한 일체화 거동으로 높은 구조적 안정성을 확보하는 특징이 있다. 그러나 현행 덧씌우기 설계법의 경우 다양한 설계조건을 고려하지 못하고 경험적인 방법에 근거하고 있으므로 설계의 입력변수 설정부터 설계과정에 이르기까지의 원리에 대한 체계적인 정립이 되어 있지 않은 실정이다. 접착식 콘크리트 덧씌우기가 적용된 국외 사례를 살펴보면, 미국의 경우 일반적으로 덧씌우기 두께 설계를 통하여 8~16cm로 시공하고 있으나 국내의 경우 경험적으로 기존 포장층을 5cm절삭한 후 5cm의 덧씌우기 두께로 시공하는 것이 일반적이다. 따라서 국내의 경우에도 공용수명의 증가 및 유지보수 비용 감소를 위해 교통량과 지역적 특성을 고려한 포장 두께설계의 기준이 필요한 것으로 판단된다. 덧씌우기 설계 기준정립을 위해 각 구간의 접착식 콘크리트 덧씌우기의 기본 이력 및 공용 중 발생하는 포장파손에 대한 체계적인 data 구축이 필요하다. 본 연구에서는 국내 고속도로 BCO구간의 포장 파손 및 파손양을 수집한 후 MicroPaver 프로그램을 이용하여 PCI(Pavement Condition Index)를 산정 하였으며 이를 미국의 LTPP data의 구간별 PCI와 비교하여 덧씌우기 두께에 따른 공용수명과 PCI의 상관관계를 분석하였다. 이를 통해 국내 BCO구간의 공용성을 분 석하여 장기적인 BCO의 공용성을 평가하고자 하였다. 접착식 콘크리트 덧씌우기에 대하여 LTPP data의 덧씌우기 두께를 8~10cm, 11~13cm 및 14~16cm으로 구분하여 누적교통량 증가에 따른 PCI의 감소율을 확인한 결과 각 덧씌우기 두께별로 1×106 ESAL 증가시 PCI의 감소율을 확인할 수 있었으며 덧씌우기 두께가 두꺼울수록 PCI 감소율이 줄어드는 경향이 나타났다. 5cm 덧씌우기 두께의 국내 현장계측 구간과 LTPP data를 비교할 경우 두께별 약 2배∼5배의 공용수명 차이를 확인할 수 있었다. 이처럼 현행 덧씌우기 두께를 키울 경우 공용수명의 증진효과를 나타낼 수 있으므로 최소두께 기준의 상향으로 BCO의 장기공용성을 확보해야 할 것으로 판단된다.

PURPOSES: The performance of tack coat, commonly used for layer interface bonding, is affected by application rate and curing time. In this study, bonding strength tests were performed according to the application rate and curing time of asphalt emulsion. Based on finding from this study, optimum application rates and curing times are proposed. METHODS: In order to investigate bonding characteristic of asphalt emulsion, tests were performed on both asphalt concrete pavement and portland concrete pavement. Also, asphalt emulsions were tested at the application rate of 0, 0.2, 0.4, 0.6, and 0.8l/m2 and at the curing time of 0, 0.5, 1, 2, and 24 hours. Pull-off test and shear bonding strength test, which commonly used for bonding strength measurement of asphalt emulsion, were adopted for this study. To assess field performance under different testing condition, asphalt emulsions were applied to in-service pavement. Throughout coefficient of determination analysis between material index properties from asphalt emulsion and mechanical response from bonding strength tests, performance correlativity was analyzed. RESULTS: Test results show that optimum application rate for asphalt overlay on asphalt concrete pavement (AOA) and asphalt overlay on concrete pavement (AOC) was 0.4~0.5l/m2 and 0.3~0.5l/m2, respectively. According to the curing time increment, tensile strength and shear strength of AOC were increased to 22~44% and 20~39%, respectively. AOA case also show strength increment in tensile strength (42%) and shear strength (9%). We tested the applicability of tack coat materials at the field sites, and our findings demonstrated that the bonding (for D and E) and rapid curing (for B, C, and D, E) performances were superior than others. Among material index properties, there was a high correlation between penetration ratio and bonding strength test result. CONCLUSIONS : Result show that interlayer bonding strength was affected by asphalt emulsion type, application rate and curing time. AOC required slightly higher application (0.1l/m2) than AOA. Both AOA and AOC cases show higher strength at longer curing time. Up to 2hours of curing, rapid strength increments were observed, but strength increment ratio was decreased after 2hours of curing. From the observed correlation between penetration ratio and bonding strength, it is expected that penetration ratio can be used as one of important factors affecting bonding strength analysis.

PURPOSES: The purpose of this study was to investigate the disintegration mechanism of concrete due to the infiltration of the moisture to the milling overlay pavement and to come up with a method to minimize the disintegration as well as verifying the effectiveness of the edge sealing and Fogseal method. METHODS : This study investigated the distress mechanism due to the infiltrated moisture remaining in the milling overlay pavement through chloride freezing test and verified the effectiveness of the sealing of the milling edge and fog seal methods, which have been devised to minimize the moisture infiltration, through laboratory water permeability test. Additionally, long-term pavement performance was compared for the effectiveness of the proposed method through under loading test, and field water permeability test was carried out to verify the field applicability of the proposed method. RESULTS: The result of the research confirmed that chloride deteriorates the concrete surface through disintegration and lowers its strength and that the laboratory moisture infiltration test verified the effectiveness of the milling edge sealing and fog seal methods in the deterrence of moisture infiltration to the overlay pavement with excellent long-term performance of the pavement treated with the proposed method. Although the field water permeability test revealed some deterrence of moisture infiltration of the milling edge sealing and fog seal methods to a certain extent, the difference was a little. CONCLUSIONS: The milling edge sealing and fog seal methods are limited in their effectiveness for the cases of improvident compaction management or mixture with large void, and it is believed that installation of subsurface drainage is more effective in these cases.

PURPOSES: In Korea, rapid maintenance of distressed concrete pavement is required to prevent traffic jam of the highway. Asphalt concrete overlay has been used as a general maintenance method of construction for aged concrete pavement. AC overlay on existing concrete pavements experience various early distresses such as reflection crack, pothole and rutting, due to different physical characteristics between asphalt overlay and existing concrete pavement. Bonded concrete overlay(BCO) is a good alternative since it has advantages that can reduce various distresses during the service life since overlay material has similar properties with existing concrete pavements. Recently, BCO which uses the ultra rapid harding cement has been applied for maintenance of highway. BCO has advantage of structural performance since it does monolithic behave with existing pavement. Therefore, it is important to have a suitable bond strength criteria for securing performance of BCO. Bond strength criteria should be larger than normal tensile stress and horizontal shear stress occurred by traffic and environmental loading at bond interface. Normal tensile stress and horizontal shear stress need to estimated for the establishment of practical bond strength criteria. METHODS: This study aimed to estimate the bond stresses at the interface of BCO using the three dimensional finite element analysis. RESULTS: As a result of this study, major failure mode and maximum bond stress are evaluated through the analysis of normal tensile stress and horizontal shear stress for various traffic and environmental load conditions. CONCLUSIONS: It was known that normal tensile stresses are dominated by environmental loading, and, horizontal shear stresses are dominated by traffic loading. In addition, bond failure occurred by both of normal tensile stresses and horizontal shear stresses; however, normal tensile stresses are predominated over horizontal shear stresses.

PURPOSES : Recently, the mechanistic-empirical overlay pavement design program that is linked with Korea Pavement Research Program (KPRP) has been developed. This paper focused on establishing the framework and developing the program for the asphalt overlay design over the existing asphalt concrete pavement. METHODS : The overlay pavement design program developed in this study was investigated to assess the sensitivity to various pavement conditions, such as the damage level and thickness of existing layers. In addition, the actual overlay design on currently performing pavement was carried out as a practical example. RESULTS : From the sensitivity analysis, it was found that the thickness and damage level of existing asphalt layer mostly affect the overlay design results. In addition, under the same condition, the overlay pavement would better perform in cold region. From the overlay design with the actual condition, it is noted that the overlay thickness varies depending on the given condition. CONCLUSIONS : Based on various evaluations, it was concluded that the overlay design program developed in this study is a reliable and reasonable tool to be used in the actual pavement design.

국내 고속도로의 60% 이상이 시멘트 콘크리트 포장으로 건설되었으며, 그 중 공용년수가 20년이 넘어선 구간이 절반 이상에 달하고 있다. 노후화된 시멘트 콘크리트 포장의 보수 보강은 국내의 교통여건상 우회도로가 준비되기 어렵기 때문에 조기 교통개방이 요구되며 현재까지는 주로 아스팔트 덧씌우기가 사용되고 있다. 반면에 아스팔트 덧씌우기 포장은 조기 파손으로 인해 많은 유지보수비용이 지출됨과 동시에 도로사용자의 불편을 초래하고 있다. 최근 들어 노후화 된 시멘트 콘크리트 포장의 효율적인 보강공법으로 접착식 콘크리트 덧씌우기 공법에 대해서 적용을 시도하고 있다. 따라서 아스팔트 덧씌우기 포장과 접착식 콘크리트 덧씌우기 포장의 합리적인 선택에 대한 비교 분석을 위해 포장의 연도별 파손상태에 대한 다양한 data가 필요하다. 하지만, 국내에서는 아스팔트 덧씌우기 포장과 접착식 콘크리트 덧씌우기 포장의 공용 중 파손상태에 대한 자료가 체계적으로 구축되어있지 않다. 본 연구에서는 아스팔트 덧씌우기와 접착식 콘크리트 덧씌우기 공법이 적용된 구간의 파손에 대해 충분한 자료를 구축하고 있는 미국의 LTPP Data를 이용하여, 공용성에 대해서 평가하였다. 단, 아스팔트 덧씌우기와 접착식 콘크리트 덧씌우기 공법은 파손형태가 서로 상이함으로써, 상대적인 비교를 위해 각각의 구간에 대해 포장상태지수(PCI, Pavement Condition Index)를 Database화 하였으며, 아스팔트 덧씌우기 구간과 접착식 콘크리트 덧씌우기 구간의 수명에 대해서 비교 분석을 수행하였다.

국내 고속도로의 60% 이상이 시멘트 콘크리트 포장으로 건설되었으며, 그 중 공용년수가 20년이 넘어선 구간이 절반 이상에 달하고 있다. 노후화된 시멘트 콘크리트 포장의 보수 보강은 국내의 도로 교통여건상 우회도로가 준비되기 어렵기 때문에 조기 교통개방이 요구되며 현재까지는 주로 아스팔트 덧씌우기가 사용되고 있다. 반면에 아스팔트 포장은 조기파손과 잦은 보수 때문에 보수 보강에 대한 비용이 크다. 현 시점에서 아스팔트 덧씌우기가 국내에서 가장 많이 사용되고 있는 현실을 감안할 때, 아스팔트 덧씌우기의 수명에 미치는 영향인자가 무엇인지 검토할 필요가 있다. 따라서 아스팔트 덧씌우기 공법의 성능에 영향을 미치는 인자에 대해 조사할 필요가 있으나, 국내의 경우 아스팔트 덧씌우기의 공용 중 파손상태에 대한 자료가 체계적으로 구축되어있지 않다. 본 연구에서는 아스팔트 덧씌우기 수명과 영향인자간의 상관성을 비교하기 위해 다양한 파손자료를 구축하고 있는 미국의 LTPP data를 이용하여 노후화 된 시멘트 콘크리트 포장의 아스팔트 덧씌우기에 대해 조기파손을 방지하고, 효율적인 보수 보강을 위해서 아스팔트 덧씌우기 구간의 수명에 미치는 영향인자에 대해서 통계분석을 수행하였다.

본 연구에서는 노후 콘크리트 포장의 효율적 유지보수를 위하여 국내 최초 적용된 연속철근 콘크리트 개념의 얇은 덧씌우기 공법(CRCO : Thin Bonded Continuously Reinforced Concrete Overlay)의 거동 특성을 살펴보았다. 서해안 고속도로의 폐도 구간에 CRCO 공법과 JCO 공법(Jointed Concrete Overlay)을 시험시공 하였으며, CRCO 공법에 삽입된 종방향 철근으로 효과를 검토하였다. 시험시공 후 균열 조사 결과, CRCO 구간의 기존 줄눈부에서부터 반사 균열이 발생하였으나 그 폭은 매우 좁았다. 철근의 구속역할로 인해 CRCO 공법에서 더 많은 균열이 발생하였으며, 그 간격은 CRCP 보다 더 좁았다. 부착강도 측정 결과, 표면 처리로 Cold Milling 후 이물질을 제거하여 초기에 층간 부착 문제가 발생하지 않았다. 기존 JCP의 줄눈부에 수평으로 매설한 계측기 데이터분석 결과, 초기 균열 터짐 시 일정 폭 이상으로 벌어지지 못하게 종방향 철근이 잡아주는 역할을 하였으며, 온도변화에 대한 수평 변위 발생 억제 효과도 있었다. 하지만 층간 부착 문제가 발생할 경우, 철근의 구속 효과는 저감되었다. 수직 계측기의 데이터를 통해서 철근이 없는 JCO 공법에 비해 CRCO 공법은 종방향 철근 위치에서 층간 부착 문제가 발생하지 않았으며, 현장 코어링 작업을 통해 이를 확인하였다. 슬래브 내의 수평 거동을 분석한 결과, 초기에 철근의 구속으로 인해 CRCO 공법에서는 인장 변형률이, 구속이 미미한 JCO 공법은 압축력이 발생하였다. FWD 데이터 분석 결과, CRCO 공법의 처짐량이 JCO 보다 더 적게 발생하였으며, 지지력 평가에서는 전반적으로 덧씌우기 후가 더 크게 나타났으며, 특히 CRCO 공법이 JCO 공법에 비해 지지력에 대한 덧씌우기 두께 효과가 더 컸다.

본 연구에서는 노후 콘크리트 포장의 효율적 유지보수를 위하여 국내 최초 적용된 Thin Bonded Continuously Reinforced Concrete Overlay (CRCO) 공법의 초기 공용성이 평가되었다. 서해안 고속도로의 표층 파손 구간에 Jointed Plain Concrete Pavement (JPCP) 덧씌우기와 CR8O 공법을 이용한 보수가 진행되었다. JPCP 덧씌우기 공법이 적용된 구간에서는 인접 슬래브가 완전히 분리되도록 덧씌워진 층의 줄눈을 완전히 커팅하였으며, CRCO 공법이 적용된 구간에서는 0.5% 종방향 철근과 위치 고정용 횡방향 철근을 설치한 후 그 위에 덧씌우기를 수행하였다. 두 구간 모두에서 3종시멘트가 이용되었다. 현장 강도 시험 결과, 1~3일 내에 교통개방이 가능한강도가 발현된 것이 확인되었으며, vibrating wire gauge (VWG) 데이터 분석 결과 CRCO 공법이 기존 포장의 줄눈 거동을 억제하는 것으로 나타났다. 부착강도 시험결과, 재령에 상관없이 높은 부착강도가 확인되었다. 한편 JPCP 덧씌우기 공법이 적용된 구간에서는 중앙부에서, CRCO 공법이 적용된 구간에서는 CRCO 포장과 같은 무작위 횡방향 균열이 관찰되었으며, CRCO 공법의 균열폭 거동이 JCP 보다 50% 정도 낮은 것으로 나타났다.

본 연구에서는 콘크리트 포장에 덧씌우기를 하였을 때 다축차륜하중에 의한 응력분포특성을 분석하기 위하여 변환영역에서의 해석법을 개발하였다. 덧씌우기는 기존의 슬래브와 완전히 부착이 되었을 경우와 전혀 부착이 되지 않았을 때의 두 가지 극한 조건을 기준으로 분석을 하였다. 차륜하중은 복륜단축, 복륜복축, 복륜삼축 등 복륜다축하중을 고려하였으며 덧씌우기의 두께, 탄성계수, 포아송비 등이 응력분포에 미치는 영향을 분석하였다. 변환영역에서의 해석법을 이용하여 덧씌우기 포장을 분석하는 방법에 대하여 상세히 설명하였으며 해석결과의 정확성은 유한요소법을 이용한 해석결과와 비교하여 검증하였다. 해석을 수행한 결과 덧씌우기의 두께, 탄성계수, 포아송비의 증가는 기존 슬래브 하부의 최대인장응력을 감소시키며 감소 정도는 부착 덧씌우기가 비부착 덧씌우기에 비해 더 큰 것을 알 수 있었다. 또한 덧씌우기의 포아송비가 응력에 미치는 영향은 그리 크지 않은 것을 알 수 있었으며 부착과 비부착 덧씌우기 포장에서 덧씌우기의 두께 및 탄성계수의 증가에 따른 기존슬래브의 최대응력 감소특성도 분석하였다. 그리고 하중의 축수에 따른 부착과 비부착 덧씌우기 포장의 응력분포 및 최대응력특성도 분석하였다.