교면포장의 품질관리- 한국도로공사 도로교통연구원

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1. 개요

교면포장은 교통하중에 의한 충격, 빗물, 기타의 기상조건 등으로부터 교량의 바닥판을 보호하는 동시에 차량의 주행성을 확보하는것을 목적으로 한다.

그러므로 동시에 여러조건을 충족시켜야 하는데 우선 포장체는 바닥판과 부착이 양호해야 하며 하중에 의한 반복 휨 응력에 충분히 견디어야 한다. 특히 토공부 포장과는 달리 상대적으로 강성이 큰 상판 위에 놓이므로 아스팔트 혼합물은 내유동성이 좋아야 한다.

빗물을 포함한 물의 영향은 매우 중요하여 포장 상부로부터 침투되는 물로 인해 교량 상판의 내구성이 저하되기도 한다 또한, 제설재와 같은 염화물의 침투도 큰 영향을 미치므로 방수 및 배수 시스템에 대해서 충분하게 고려해야 한다. 이러한 환경적인 영향요소들이 하중에 의한 요인보다 교량의 성능저하에 더 큰 영향을 미칠수도 있다.

 
 
2. 교면방수시스템의 구성
교면에서의 방수시스템은 서로 이질재료로 구성되어 있어 아무리 우수한 방수재를 사용할지라도 구성하고 있는 각각의 품질이 불량하거나 시공이 제대로 되지 않는다면 방수층으로서 기능을 다할 수 없다. 따라서, 교면방수시스템의 성능이 발휘되기 위해서는 방수재 뿐만 아니라 프라이머 및 접착제, 통기층, 보호판, 택코트, 포장 등의 전반적인 시공이 적절하게 수행되어야 한다. 그림 1은 교면방수시스템 일반적인 구성을 보여주고 있다.
 

프라이머 도포의 일반적 목적은 교량 바닥판에 남아 있는 이물질로 인해 발생할 수 있는 방수재와의 접착력을 확보하는데 있다. 프라이머는 주로 합성고무, 역청계 및 수지계가 기본재료로 사용된다. 현장에서는 보통 분무기에 의한 도포나 브러시나 롤러를 사용하여 1～2회 도포 한다.

접착제는 일반적으로 피접착면을 고려하여 선택할 필요가 있고 사용되는 방수재의 재질을 고려한다. 주로 고무 용제계, 역청 고무계, 합성수지계가 사용되고 있다.

통기층은 바닥판의 수분 증발압에 의한 기포를 저감하기 위해 사용한다. 이는 유럽에서는 사용되어왔지만 북미 및 대부분의 나라에서는 거의 사용하지 않는다(Manning, 1995).

보호판의 궁극적인 목적은 시공 장비로부터 방수재가 손상되는 것을 방지하는 것이다. 또한 조기에 교통개방이 이루어졌을 때 윤하중에 의해 골재의 관입을 방지하는데 있다. NCHRP 220 보고서에 의하면, 미국에서는 보호판의 적용이 드물지만 유럽과 캐나다에서는 널리 사용하고 있다. 영국에서의 보호판은 1m×2m×3.6～12mm 것이 사용되며, 캐나다에서는 1m×1.5m×3.6mm 크기로 가열고무 아스팔트 방수재와 함께 사용된다(Manning, 1995).

택코트는 방수재와 보호판 및 포장 층과의 부착을 증진시키고 슬래브의 변형이나 주행차량의 제동에 의한 전단력에 저항하는 중요한 역할을 수행하기 위해 사용된다. 대부분의 방수재는 유기용제에 의해 손상을 받기 때문에 아스팔트 유제가 일반적으로 사용된다.

Manning의 연구보고에 의하면 역청계나 수지계 택코팅재는 유럽에서 사용되고, 북미에서는 주로 아스팔트 유제를 사용하는 것으로 조사되었다.

일반적으로 과거의 교면 포장 두께는 단층구조의 경우 5cm로 1층 포설하는 방법을 적용하여 왔으나, 현재는 2층 구조로 상부층이 3～4cm, 하부층이 3～5cm로 전체층을 6～9cm로 시공하고 있다(남광헌, 2000). 포장층 두께 8cm 2층 개념의 교면 포장 장점으로는 교량의 진동에 의한 균열지연 효과와 더불어 보수·보강이 요구될 때 상부 4cm의 혼합물만을 교체함으로 방수층과 교량바닥판의 손상을 방지할 수 있다.
 

3. 국외 기술 및 설계기준
3.1. 미국
미국에는 약 58만여 교량이 있으며, 이중 콘크리트 상판 교량이 약 70%정도이다. 또한 총 교량의 25%가 구조적 결함을 갖고 있는 것으로 조사되었다. 가장 큰 결함 요인은 제빙염의 침투로 인한 상판 철근의 부식이다.

한편 미국은 유럽과는 달리 방수층의 사용이 11%인데 에폭시 도막철근을 82% 정도 사용하고 있다.

이는 지난 20년간 에폭시 도막 철근이 만족할 만한 공용성능을 보여주었고 아스팔트 교면포장 시공에 따른 교량 사하중의 증가와 바닥판 관찰이 용이하지 않은 이유로 신설 시공시 방수층의 사용이 제한적이었다.

또한 방수를 겸한 콘크리트 오버레이도 사용이 증가하는 추세이다. 최근에는 부분적이지만 포장재료로 Elastomer 계열의 개질제, Latex 계통의 개질 콘크리트, Epoxy 계통의 개질 아스팔트 및 Polyester를 재료로 한 합성섬유 첨가 아스팔트 혼합물 등을 사용하기도 한다. 

한편 상당 부분의 교량은 콘크리트 상판 자체로 포장의 역할까지 하고 있다. 일반 및 개질 아스팔트 적용의 경우 상판과 포장층 사이에 방수층을 필히 설치해야 하며 두께는 일반적으로 6.25cm이다. 또한, Latex 콘크리트 교면포장의 두께는 일반적으로 3.75cm를 사용한다.

1.2. 일본
일본은 콘크리트 상판에 개질 아스팔트 혼합물을 주로 적용하고 있다. 그러나 현재까지 개질 아스팔트 교면포장의 평균수명이 10년 미만으로 이를 극복하기 위한 연구가 진행되고 있어 향후 연구결과에 따라 적용 사례가 증가할 것으로 추정된다.

또한 콘크리트 상판의 경우 방수시스템의 불량으로 인한 포장의 파손이 대부분으로 교면방수에 대한 연구활동도 매우 활발히 진행되고 있는 실정이다.

일본 도로협회 포장요강에 따르면 콘크리트 상판 교량의 포장은 일반 및 개질 아스팔트 혼합물로 6～8cm의 2층으로 구성하는것을 원칙으로 하고 있다.

강상판의 경우는 상판 위에 접착층을 두고 그위에 구스아스팔트로 하층을 형성하고 상층에는 구스아스팔트, 개질아스팔트 등을 사용하고 있다. 방수층은 하층에 설치하는 구스아스팔트가 담당하게 하여 따로 두지 않는 경우도 있다. 콘크리트 상판에 대한 두께는 기관별로 대체로 유사하며,<표 1>과 같다.
 
                                                       <표 1 > 일본의 콘크리트 교면포장 구성

기관명	포장두께(cm)
	상층(표층)	하층(레빌링층)
일본도로공단	4.0	3.5
수도고속도로공단	3.0	5.0
한신고속도로공단	3.5	4.0
도쿄도	3.0	4.0

3.1. 유럽

유럽 국가들의 교면포장은 방수에 중점을 둔 방수 시트계의 복수층 계념이 적용되고 있다. 특히, 독일과 덴마크 등에서는 1920년대부터 방수의 개념을 도입하여 사용해 왔으며 1970년대 초반부터는 아스팔트 시트와 보호막 층을 이용한 다층의 완산방수 시스템을 적용하고 있다.

이러한 방수시스템은 1950년대 이후 계속적인 기술개발과 성능 향상으로 지금에 이르고 있어 교량의 내구성 증진에 방수의 중요성이 큰 비중을 차지하고 있다는 것을 반영한다고 할수 있다. 일반적으로 공용수명 20～30년을 계획하고 시공하며 3～5년 정도의 시공 품질보증이 이루어진다.

또한, 포장층은 하부의 보호층과 상부의 마모층, 2층 개념의 교면포장을 적용하고 있는데, 콘크리트 상판에서 보호층에는 주로 SMA나 개질 아스팔트를 사용하고, 마모층에는 구스 아스팔트와 개질 아스팔트 등을 사용하고 있다. <표 2>은 유럽 각국의 교면포장 층 설계를 비교한 것이다

                                                         <표 1 >유럽 각국의 교면포장 층 설계
 

국가	방수층	보호층	하부층	상부(마모)층	총표층두께
벨기에	1.5cm 두께의 배수성 아스팔트	배수성 아스팔트	6cm 두께의 밀입도 아스팔트	3~5cm	9~11cm
필란드	역청재료/ 유리섬유	컷백아스팔트 또는 유화아스팔트로 프라이머 처리	3cm 두께의 개립도 아스팔트	3cm 두께의 밀입도 아스팔트 또는 모래 아스팔트	6cm
프랑스	역청재료 핏치-에폭시	없음 또는 모래 (공사중에 일시적으로)	-	-	5~10cm
독일	0.8m-1cm 두께의 매스틱 아스팔트	3~3.5cm 두께의 구스아스팔트	보호층과  기층을 조합	3~3.5cm 두께의 아스팔트 또는 구스아스팔트	6~7cm
아일랜드	-	-	-	3.8~5cm 두께의 매스틱 아스팔트	5cm
이태리	역청합성고무 에폭시 레진 역청재료	- - 1cm	4~6cm	3cm	7~9cm
네덜란드	특수구조물에만 이용, 경험적	-	한층 또는 두층에 0~15cm	3.5~5cm	0~20cm 밀입도 아스팔트 콘크리트
영국	다양	2cm 두께의 모래아스팔트	6~7cm 두께의 롤드아스팔트	3~4cm 두께의 롤드아스팔트	11~13cm
스위스	고무개질매스틱/배수성 아스팔트	0.6~1cm 두께의 아스팔트층	3~4cm	2~3cm	7cm

4. 교면방수재의 분류
콘크리트 교면에 사용되는 방수재는 여러 종류의 재료로 구성되어 있으며, 아스팔트, 합성고무, 수지, 섬유, 광물질, 휘발성 용제와 같은 원재료를 두 가지 이상 혼합해서 사용한다. 방수재의 재료성상과 사용방법 또는 내구성 등은 원재료의 성능에 크게 좌우되므로 원재료에 대하여 잘 알고 사용하는 것이 중요하다.

방수재는 주로 공법 및 재질에 따라 분류할 수 있는데, 일반적으로 공법에 따라 1차 분류하고, 재료의 구성성분, 화학적 특성, 형태 등에 따라 2차 분류를 한다.

방수공법의 분류는 일반적으로 시트식(Sheet type), 도막식(Liquid type), 침투식(Sealer), 복합식(Combined type) 4종류로 구분되나, 침투식은 과거에는 사용되었으나 현재에는 내구성 및 성능상의 문제점으로 인해 거의 사용되지 않는다. 재료의 화학적 특성에 따르면 열경화성(Thermosetting) 또는 열가소성(Thermoplastic), 개질 또는 비개질, 보강 또는 비보강 등으로 구분하고 있다.

4.1. 시트식 방수재
시트방수는 부직포 또는 직포에 합성고무나 수지, 플라스틱, 아스팔트 등을 주원료로 해서 적층 성형한 두께 1.5～4.0mm, 폭 1m 정도의 시트에 광물질 분말을 도포하여 롤 상으로 감은 것으로 접착제나 토치를 사용하여 모체에 방수층을 형성하는 것이다.

시트방수재 중심기재는 컴파운드 중간에 삽입하여 치수 안정성을 확보하고 압축강도를 개선하며 방수기능을 향상하기 위해 사용하는 것으로, 주로 폴리프로필렌(Polypropylene) 및 폴리에스터(Polyester) 섬유 부직포, 프로필렌 에틸렌(Propylene ethylene) 공중합체 필름 등이 사용되고, 부직포는 섬유 자체의 해착력 등에 의해 펼친 형상을 한 것이기 때문에 직포에 비해 방향성 강도가 작다. 함침한 아스팔트는 스트레이트 아스팔트에 Styrene Butadiene( 이하 SB), Styrene Butadiene Styrene(이하 SBS) 등의 합성 고무를 10～30% 첨가한 고무혼합 아스팔트와 블로운 아스팔트 등이 있다.

접착제는 고무혼합 아스팔트 또는 합성고무에 휘발성 용제를 50～80% 첨가한 저점도의 액체를 도포후 휘발 건조시키고 콘크리트 바닥판 상에 피막을 형성한다. 그 기능은 콘크리트와 방수재의 접착성 부여를 주로 하고 있다.

                                                             <표 3> 방수재 종류에 따른 주재료

종 류		형 태	주재료	비 고
시트식	개질 아스팔트계	주로 폴리에스테르 부직포에 고무혼합 아스팔트를 함침	아스팔트 : 스트레이트, 블로운 아스팔트, 아스팔트 컴파운드 합성고무 : SB 고무, SBS 고무 합성수지 : 석유수지 등 섬    유 : 폴리에스테르 부직포나 직포
	합성 고분자계	유기 천연 섬유나 고무에 황을 첨가	균질 : 부틸 및 에틸렌프로필렌고무, 염화비닐수지 복합 : 부틸 및 에틸렌프로필렌고무, 염화비닐수지
도막식	합성고무계 (용제형)	주로 클로로프렌 고무를 톨루엔이나 크실렌 등의 용제에 용해한 액상 상태	합 성 고 무  : 클로로프렌(CR) 휘발성용제 : 톨루엔, 크실렌 수      지 : 석유수지, 합성수지(페놀계) 충  전  재 : 카본블랙, 탄산칼슘 가  류  제 : 산화마그네슘, 산화아연
	아스팔트계 (가열형)	주로 아스팔트를 합성고무 등으로 품질을 개선한 고체 상태	아스팔트 : 스트레이트, 블로운 아스팔트, 아스팔트 컴파운드 합성고무 : SB 고무, SBS 고무 광 물 질 : 탄산칼슘 등 보 호 재 : 규사 살포
	수지계 (2액형)	주로 이액형으로 에폭시 수지나 폴리우레아 수지 등으로 구성되고 화학반응에 의해 경화하는 액상 상태	주  제 : 에피클로로히드린 경화제 : 폴리머 변성물 연화제 : 에스테르 등 충전재 : 탄산칼슘 등	에폭시
			주  제 : 이소시아네이트 프레폴리머 경화제 : 폴리아민, 폴리아미드 연화제 : 에스테르 등 충전재 : 탄산칼슘 등	폴리 우레아
침투식	무기질계	주로 규산질계나 고분자 합성수지 등으로 구성되어 콘크리트와의 화학반응에 의해 결정체를 구성하는 분말이나 액상 상태	충진재 : 실리카질 규사, 시멘트, 고분자 수지 분산제 : 변성 아크릴 유제 등 금속산화물 : 규산알루미늄, 지르코늄 등
	유기질계		고분자 합성수지 시멘트계 성분 분산제
복합식		점착성 및 유연성을 갖는 방수재와 이를 보호하기 위한 특수 패널을 복합 적층하여 구성	방 수 재 : 점착․유연성을 갖는 도막재 특수펠트 : 내열성 및 내충격성, 진동흡수 기능을 갖는 보호 펠트 구성성분 : 아스팔트, 개질 열가소성 고무, 고분자 화합물, 안정재

공법으로는 시트표면을 가열하여 부착시키는 융착형 공법(Torch-on method), 접착제로 시트를 부착시키는 용제형 공법(Pour method), 시트 자체에 접착성을 부여하여 시공하는 자착형 공법(Self adhesive method) 등이 있다.

시트식 공법은 방수의 확실성과 바닥판과 포장과의 접착성, 바닥판의 균열이 발생하는 경우 추종성이 우수하다. 그러나 콘크리트 바닥판에 요철이 심한 경우 작업성이 떨어지고 기포의 발생 가능성이 많고 경제성에서 다소 떨어지는 단점이 있다.

가. 개질 아스팔트계
부직포 또는 직포에 합성고무나 아스팔트 등을 주원료로 해서 적층 성형한 두께 1.5～4.0mm, 폭 1m 정도의 시트에 광물질 분말을 도포하여 롤 형태로 감은 것으로 열공법이 주류를 이루고 있다. 최근에는 방수공사의 품질향상, 노동력 절감 공사기간의 단축, 환경문제 등 공사여건의 변화로 상온공법, 토치로 가열하는 융착공법 등이 개발되었고, 재료 면에서도 고분자 수지와 결합한 아스팔트 시트 및 특수 성질을 가진 방수재료가 개발되고 있다.

또한 SB, SBS, Atactic Polypropylene(이하 APP) 등의 특수 첨가제를 사용한 개질 아스팔트가 개발되어 방수성능 및 시공성을 향상시킨 개질아스팔트방수 시트가 등장하였다. 교면용으로 주로 용융 아스팔트에 SB 및 SBS 열가소성 합성고무를 함침한 것들이 주종을 이루고 있다. 일반적으로 SBR의 혼입량이 10～15%인 경우 감온성이 개선되어 점도의 변화가 적고 열화가 적으며 성능이 개선된다.

이러한 개질 아스팔트는 가교성 고무 형상 네트워크를 구성한다. 비가교성 폴리머는 아스팔트에 혼입하면 점도 - 온도 특성에 변화를 초래하는데, 고무화 아스팔트에 필요한 응집력을 부여하는 고무 형상 네트워크는 형성하지 않는다. 가황 천연고무(가황고무)와 같은 영구 가교 폴리머는 점도, 응집력은 개선되나 분산이 어렵다.

그러나 SB 및 SBS 열가소성 합성고무는 용융 아스팔트에 혼입하면 SBR 폴리머 스티렌 분자는 해체되어 각 분자에 자유롭게 움직여 분산되는데, 냉각하면 아스팔트 내에 분산된 형태로 물리적 가교를 하여 고무 형상 네트워크를 형성한다. 따라서, 컴파운드는 레올러지 특성이 개선되어 온도 및 적재시간에 대해 스티프니스와 점도의 변화가 작아지며 방수기능의 우수성이 나타난다.

나. 합성고분자계
종래의 아스팔트 방수는 재료자체에 신축성이 없기 때문에  콘크리트 바닥판에 미세한 균열이 생겨도 방수층이 파괴되며 누수를 일으키는 결함이 있는데 반해, 시트방수는 석유화학산업의 발달에 따라 아스팔트에 신축성이 있는 원료를 합성시켜 시트화 시킴으로서 새로운 방수공법으로 개발되었다.

합성고분자계 방수시트에는 크게 두 가지 종류로 합성고분자를 주 원료로한 균질시트와 이에 섬유 등을 복합한 복합시트로 나누어진다.

1) 가황고무
Ethylene Propylene Diene Monomer(이하, EPDM)와 부틸고무가 주원료로서 보강재 및 황을 첨가하여 분자간의 망구조를 형성시킨 것으로 내후성이 뛰어나 노출방수로 적합하다.

2) 비가황고무
  재생 부틸고무와 EPDM에 보강재 및 노화방지제를 첨가시켜 제조한 것으로, 인장강도는 작으나, 조인트 접착성이 양호하다.

3) 염화비닐수지
  염화비닐수지는 열이나 외력에 의해 소성변형이 되기 쉬우나, 융착이 가능하고, 인장 및 인열강도가 크고 감온성이 좋다.

4.2. 도막식 방수재

도막방수 공법의 공통적인 개발 동기는 아스팔트 방수의 결점을 개선함과 동시에 시트방수의 결점을 보완하기위해 그림. 과 같이 개발된 공법이다.

우리나라에서는 고무 아스팔트가 주류를 이루고 있었으나, 차츰 에폭시 수지계와 폴리우레아계, 무기질 탄성계와 같은 도막식 방수재도 서서히 수요를 더해가고 있으며 앞으로 상당기간은 시트식과 같이 도막방수 공법이 주류를 이룰 것으로 전망된다.

특히 근래에 가장 많이 사용되고 있는 클로로프렌 고무계의 방수성능이 확보가 되기 위해서는 일정량 이상의 고무 함량이 중요하고, 시공시에 아스팔트 콘크리트 혼합물의 온도관리가 중요시된다. 온도가 너무 높으면 방수재 자체가 산화되어 방수성능이 떨어지고, 온도가 너무 낮으면 아스팔트 포장층과 방수재와의 접착 불량으로 포장체가 교통하중에 의한 응력저항성이 떨어진다.

 

<그림 3> 도막식 방수시스템 구성요소
 
 
가. 우레탄 고무계
유기고분자 물질로서 이소시아네이트와 폴리올의 합성수소 및 타르와의 반응을 이용한 고성능 우레탄(Urethane) 수지로서 폴리우레탄계 도막방수공법은 강한 탄성력과 수밀성을 갖는 우레탄계 고무를 주성분으로한 방수재를 현장에서 주제와 경화제를 일정비율 혼합하여 콘크리트 피착체에 방수층을 형성하는 공법이며 경화시간은 대략 24시간 정도 소요된다.

이음부위 없이 연속 피막제로 유연성이 있고 촉감이 부드러우며, 노출용 및 칼라 마감재로 사용되며, 옥상방수, 사무실, 경기장 등의 용도로 사용범위가 크다. 그러나 2액 반응형이므로 혼합교반에 정확성이 요구되고 바탕표면이 평활해야 한다. 특히 시공은 교면 콘크리트 바닥이 건조상태에서 시행해야 한다.

나. 아크릴 고무계
신축성과 균열에 추종성이 있고, 복잡한 부위에도 시공이 용이하다. 노출방수도 가능하고 화재, 중독의 위험은 없으나 수분이 있으므로 온도에 제약이 있고, 경화 전에 비를 맞게 되면 유실될 우려가 있다.

다. 고무 아스팔트계
 

스트레이트 아스팔트 또는 블로운 아스팔트에 10～40% 합성고무를 첨가한 고무혼합 아스팔트를 주성분으로 광물질 미분말 등을 첨가한다. 가열 용해시 접착층상의 1～3회 걸쳐 도포한 후 1.0～1.5mm 두께의 방수층을 형성한다.

신축성 및 접착성이 특출하고, 내균열 추종성이 우수하다. 이음부위 없이 연속 시공이 가능하고 온도에 순응성이 좋으므로 계절에 제약이 없다. 시공방법이 간단하므로 공기가 단축되고, 복잡한 시공부위도 시공이 가능하며, 국내 시공실적이 많다. 끓여서 시공하는 열공법과 상온에서 액상상태로 시공하는 냉공법(상온공법)의 재료가 있다.

라. 클로로프렌 고무계
클로로프렌(Chloroprene) 고무는 범용 특수합성고무로 일반 고무보다 내후성(Brittl point 35℃, Softening point 80℃), 내약품성이 뛰어난 특성을 지닌 염화고무로 1931년 미국 DU-PONT사에 의해 Duprene로 개발 시판되었다. 그 후 네오프렌(Neoprene)으로 개칭되었고, 학명은 클로로프렌이다.

클로로프렌 고무를 휘발성 용제로 용해한 액상의 재료로, 조직강화를 위해 유리섬유, 가류시키기 위해 산화아연, 충진제로 염화칼슘, 노화방지제로 카본-블랙, 휘발성 용제로 톨루엔, 크실렌 등을 사용한다. 일반적으로 불휘발 성분은 30～50%이고, 접착층에 2～4회 걸쳐서 도포하고 용제의 휘발에 의한 건조 후에 두께는 0.4～1.5mm 정도의 연속적인 방수층을 형성한다.

인장강도, 인열강도가 우수하고, 노출용으로도 시공이 가능하나, 수회 나누어 도막을 형성해야 하므로 공사지연을 초래할 수 있고 용제를 함유하고 있으므로 시공 중 중독 위험성이 있다. 내열성이 강하여 교량방수의 아스팔트 콘크리트 포장층 아래에 주로 사용되어 왔다.

마. 에폭시 수지계
국내는 1970년 초에 도입되었고, 방수재는 열경화성(Thermosetting) 수지를 주성분으로 하기 때문에 주제와 경화제라고 하는 액상의 2성분으로 구성되어 있다.

일반적으로 주제에는 에폭시 수지(에피클로로히드린＋비스페놀A), 경화제에는 변성 폴리아민 및 폴리아미드 등이 주원료로 사용된다. 이 밖에 연화제, 충진재 분말, 안료 등이 첨가되어 있다. 주제와 경화제는 도포작업 직전에 혼합하여 도포하고 도막은 화학반응에 의해 형성된다. 완전경화 시간은 24시간 이상이며, 규정두께는 0.3～0.6mm 정도이다.

콘크리트와의 접착성은 우수하지만 아스팔트 콘크리트 포장과의 접착성을 확보하기 위하여 수지의 가사시간 내에 아스팔트 콘크리트 혼합물을 포설 할 필요가 있다. 또한 시공 및 품질관리 조건이 까다롭고 온도 및 습도의 영향이 크나, 내식성 및 수밀성이 우수하고 화학적 저항성이 좋다.

바. 무기질 탄성계
폴리머 유제에 수경성시멘트를 혼입하여 콘크리트 교면 바닥에 도포하는 방법이다. 이 방수재는 폴리머/시멘트의 비가 종래의 폴리머시멘트모르터(20%전후)나 시멘트방수재(약 30% 정도)보다 풍부한 100～200%정도의 신소재로써 방수바탕의 습윤상태에 크게 영향을 받지 않고, 콘크리트 바닥면 거동에 대응할 수 있는 탄성력(내균열성)을 갖는 도막형의 방수재로서, KS F 4919의 제정에 따라 “시멘트 혼입 폴리머계 방수재”라 칭하게 되었다(한국공업규격, 1998).

사. 폴리우레아 수지계
국내에는 1995년경에 도입되었으며 폴리우레아 수지계 도막재는 무촉매 조건하에서 분자량이 큰 폴리이소시아네이트 프레폴리머와 폴리아민 성분을 시공현장에서 가압하에 혼합 분사시킴에 따라 얻어지는 초속경화성 합성고분자 수지를 말한다.

이 재료의 특성은 기존 도막방수재와 비교하면 인장강도 및 신장율, 인열강도 등이 우수하지만 아직 개발 단계에서 가격이 높고, 지촉건조시간이 20～30초 정도이며 경화시간이 빠르다. 건축 및 토목 현장에서 사용되고 있으나, 콘크리트 면에서의 사용은 특별한 면 처리 및 조정을 요구하고 있으며, 2000년에 KS 규격으로 제정되었다.
 
 
4.3. 침투식 방수재

콘크리트 침투방수는 삼투성을 응용한 것으로 방수재가 석회 및 수분과 화합하여 삼투압에 의해 콘크리트의 모세관을 따라 침투하여 콘크리트 중의 수산화칼슘(Calcium hydroxide)과 화학반응하여 불용성 침상 결정체인 규산질 칼슘(Calcium silicate hydrate) 방수막 겔을 형성한다. 삼투성은 고염성 용제가 저염성 용제 방향으로 이동한다. 그러므로 모세관을 따라 콘크리트 모체 전체에 연속적인 결정체의 방수막을 형성한다.

가. 발수형 방수공법

우리나라에서는 일반적으로 발수제(Water repellent)를 침투식 방수제라고 칭한다. 과거 교량 바닥판 등의 방수시공에 주로 사용해왔던 실리콘을 강력한 용제로 용해한 액상 침투 방수재는 발수제의 일종이다.

발수란 물에 젖지 않고, 물을 거부하여 튕겨낸다는 것을 의미한다. 예를들어, 연꽃의 잎은 물방울을 대굴대굴 떨어뜨리지만, 건조한 지면은 즉시 물방울은 흡수해 버린다. 이와 같이 물에 좀처럼 젖지 않는 것과 젖기 쉬운 것이 있는데, 그 원리는 접촉각(θ) 혹은 표면장력이 작용하기 때문이다.

<표 4>는 재료 종류에 따른 접촉각을 나타낸 것이며, <그림 4>는 젖음의 척도로서의 접촉각을 나타낸 것이다. 일반적으로 표면장력이 큰 액체일수록 접촉각은 커지고 또한, 접촉각이 클수록 액체를 튀기는 성질이 크다. 액체가 물인 경우 매끄러운 고체표면에서 접촉각이 100°를 넘으면 물은 약간 쌓여 그 표면에서 쉽게 흘러 떨어진다.

발수제 방수의 특성은 큰 균열에 저항하지 못한다는 단점과 350kgf/㎠의 콘크리트에는 침투가 곤란하다는 문제점이 있다. 따라서, 근래에 들어 그 사용을 기피하고 있지만, 시공과 보수가 간편하고, 비용이 적게 드는 장점이 있어 개선된 방수재의 선정으로 단점을 보완한다면 경제적인 효과를 기대할 수 있다.
 
 
                                                               <표 4> 재료별 물에 대한 접촉각(θ)
 

재료의 종류	접촉각( ˚)
실 리 콘	100 ～ 180
파 라 핀	108 ～ 116
스테아린산	96 ～ 106
폴리에틸렌	94
유    리	1 ～ 4
콘크리트	약 0

<그림 4> 젖음의 척도로서의 접촉각

나. 침투형 방수공법
콘크리트 속에는 여러 가지의 공극이 존재하고 그 중에서 모세관 공극이 대부분을 차지하고 있다. 그 크기는 대략 1/500～5㎛ 정도이고, 가늘고 긴 것에서 평평한 것까지 연속 또는 불연속의 공간으로서 존재하고 있다.

이 모세관 공극은 물시멘트비에 크게 영향을 미치는 것으로 물시멘트비가 큰 것일수록 모세관 공극은 많아진다. 예를 들어 재령이나 물시멘트비, 양생방법 등에 따라 다르지만 보통 콘크리트에서 0.1～0.2㎤/g의 공극이 존재한다. 따라서 이러한 경우 콘크리트에 높은 수압이 걸리면 누수 현상이 발생하게 된다.

침투형 방수재는 이와 같이 콘크리트의 표면에 살포됨으로 콘크리트 자체가 가지고 있는 모세관 공극을 충분히 침투, 반응, 충전시켜 콘크리트 자체를 치밀화 시키는 기능을 가지고 있다. 이 방수공법의 방수효과는 물을 매체로 해서 일어나기 때문에 방수 시공 전에는 콘크리트에 충분히 살수하고 모세관 공극을 물로 채워둘 필요가 있다.

만약, 콘크리트가 건조상태가 되면 이 반응은 미반응의 상태에서 정지하고, 다시 물이 있으면 화학반응의 매개가 되어 결정화 반응도 재개하게 된다. 그 종류에 따라 무기질계, 유기질계 및 무기·유기 혼합계 등 3종류로 분류할 수 있다.
 

4.4. 포장계 방수재

포장계 방수층에는 시트아스팔트(Sheet asphalt)라고 하는 아스팔트 혼합물이 사용된다. 이 아스팔트 혼합물을 결합재로 해서 우리나라의 도로포장에 적합한 스트레이트 아스팔트에 정제 레이크 아스팔트를 첨가한 경질 아스팔트를 사용한다. 혼합물은 굵은골재 최대치수 10mm, 잔골재, 필러로 구성되며, 합성입도에서 2.5mm 체통과율이 80% 이상, 공극율이 2% 정도, 포장 두께는 15～25mm 정도이다.

본 공법은 보통 포장용 기계에 의해 신속하게 시공이 가능하며, 방수성능은 시트계 방수층에 비해 다소 떨어지지만 실용상 특별한 문제가 있는 것은 아니다.

4.5. 복합식 방수재
융착형 시트식 방수재의 문제점으로 될 수 있는 토치 가열에 의한 방수재의 물성변화를 방지하고 접착성 및 바닥판의 요철에 따른 시공성, 도막식 방수재의 문제점인 양생기간, 도막두께의 불균일 등을 해결하기 위해 개발된 공법으로 <그림5>와  같이 두 가지 공법을 합성시킨 방식이다.

 

                                              <그림 5> 복합식 방수시스템 구성요소

프라이머, 개질 열가소성 고무아스팔트 및 특수 첨가재를 혼합한 도막방수재를 도포한 후, 폭 1m, 길이 2.5m, 두께 1mm 정도의 시트류(보호재)를 밀착시켜 모체에 접착시키는 공법이다. 최근에 개발된 공법이고 적용실적도 증가하고 있으며, 시공 두께는 3.0mm 이상이고 이중방수 효과를 기대할 수 있으며 양생기간이 짧아 보수 시에도 적용할 수 있는 공법이다.
 

5. 국내 교면포장 파손현황

① 방수형식별 포장파손은 침투식 방수가 가장 많았음.
② 슬래브 열화는 적설지역의 침투식 방수에서 슬래브의 열화가 가장 많았음.
③ 주로 적설지역이 비적설지역보다 포장파손이 월등히 많았음.
 
 
                                                            <표 5> 방수형식별 파손특성
 

교면방수 구  분	개소수	아스팔트  함량 (%)	포장두께(cm)	공극률(%)	슬래브  열화깊이(mm)
전 체	49	6.0	7.6	8.2	8
도 막	6	5.9	7.8	11.4	4
시 트	8	6.3	8.3	9.5	0
침투식	35	5.8	7.6	7.4	11

6. 향후 발전방향

1) 국내 아스팔트 교면포장의 파손은 방수재에 기인한 파손이 많은 상태로 보다 구체적인 방수재의 품질기준 및 방수재의 적정 단가적용을 위한 법률적인 연구등이 병행하여 연구되어야 한다.

2) 적정 이상의 품질을 만족하는 방수재등이 시공에 적용될수 있는 방안 수립이 필요

3) 방수재 불량으로 기인한 아스팔트 교면포장을 대체하기 위해 콘크리트 포장들이 적용되고 있는상황으로 보다 장기적인 생애주기 비용분석 등을 활용한 장기 공용성 연구가 필요함.

 
 
7. 참고자료
1) 옥창권, ‘아스팔트 교면포장의 내구성 증진을 위한 방수층 평가기준 및 강상판 설계기준 연구’, 한국도로공사 도로교통기술원 연구보고서, 2005
2) 박희문, ‘고내구성 교면포장 기술개발 연구’, 한국건설기술연구원 연구보고서, 2004
3) 남광헌(2000), “교면포장의 설계와 시공”, 도서출판 과학기술

 

[거기 서]

교면포장 해외사례와 교면방수 재료의 특성 등이 잘된 자료입니다!
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