도로 구조물의 도로 구조물의 내구성 내구성 증진증진 방안 방안

정해문정해문 ,, 안태송 , 박문기도로교통기술원한국도로공사

목 차목 차

서론 내구성 향상을 위한 대책 고속도로 구조물의 내구성 향상 대책예–해양환경에서의 염해에 대한 대책–제설제에 의한 손상에 대한 대책

마무리

서 론서 론

도로 구조물의 내구성 향상

수명 ( 공용년수 ) 연장 유지관리비용 절감 구조물 교체에 수반되는 자원 ,

에너지 소비 , 폐기물 발생의 감소로 인해 지구환경에 미치는 영향 감소

내구성 향상을 위한 대책의 기본내구성 향상을 위한 대책의 기본

성능검증형 설계　및 유지관리- 열화에 대한 정량적 평가

- 목표내구수명에 대한 정량적 평가

- 설계 및 보수 효과에 대한 정량적 평가

콘크리트 구조물 수명결정 요인콘크리트 구조물 수명결정 요인

+ +초기품질

결정요인

각종열화요인의

작용유지관리

요인

저하요인 연장요인

공용년수

구조물성

능

목표수명

목표성능보수보강을통한 성능향상

초기품질

초기품질 결정요인초기품질 결정요인

설계요인 - 부재단면 , 철근배근 , 피복두께 , 구조성능 등

시공요인 - 사용재료 , 배합설계 , 생산 , 타설 , 양생 ,

수화열 , 수축 , 침하 등

열화작용 요인열화작용 요인 (ISO 6241)(ISO 6241)

분류 작용 인자

기계적 작용 중력 , 구속력 , 변형 , 열역학에너지 , 진동

전자기적 작용 방사능 , 전기 , 자기

열적 작용 온도변화

화학적 작용 물 , 산 , 알칼리 , 염

생물적 작용 균류 , 동물

열화메카니즘별 발생빈도열화메카니즘별 발생빈도

AbrasionAARChemical attackAcid attackAlkali attackCarbonationChloride attackLeachingSalt attackSulfata attackCorrionCrackingFreeze- thaw

부식

알칼리골재반응

염해

중성화

고속도로 콘크리트 구조물의 고속도로 콘크리트 구조물의 손상예손상예

염해염해 , 중성화에 의한 철근부식

동해동해에 의한 콘크리트 손상

알칼리골재반응에 의한 콘크리트 손상

피로하중에 의한 바닥판 손상

각종원인에 의한 포장파손

콘크리트의 염해콘크리트의 염해염화물에 의한 철근부식염화물 침투를 근본적으로 제어하기 어렵다보수후 재열화보수비용이 많이 든다콘크리트의 암콘크리트의 암

C oncre te

H O2C l-

R e in fo rcem ent

O 2 H O2+1/2

O H-

P assive Layer

H + Fe(O H ) + C l+ -2

2F eC l

H O2

2O

O H-

O 2 H O2+1/2

A node C athodC athod

2e -

염화물 출처염화물 출처내부 염화물 : KS 규제로 대응가능외부 침투염화물

- 바닷물 - 제설제

Concrete

marine atmosohere

sea water

deicer salt

externalchlorides

sea sand

cement, mixing water orchemical admixtures, etc

internal chlorides

해상 구조물 해수접촉부위 구분해상 구조물 해수접촉부위 구분

간만대부

비말대부

해상대기부

해저

평균간조위

평균해수위

평균만조위파고

해수중부

간만대부

비말대부

해상대기부

해저

평균간조위

평균해수위

평균만조위파고

해수의 건습반복

상시해수중

비래염분영향

해수중부

국내 해안별 염해손상 정도의 국내 해안별 염해손상 정도의 차이차이

•깊은 해안•높은 파도 , 파랑•간만이 거의 없음•상부구조의 손상이 가장 큼•일본해안과 유사

•낮은 해안•높지 않은 파도•간만이 매우 큼 ( 최대 10m)•간만대의 손상이 가장 큼

서 , 남해안

염해

동해안

염해

설계시공단계에서의 내염대책설계시공단계에서의 내염대책(( 서해대교예서해대교예 ))

해상대기부 • 고강도콘크리트 ( 상부 및 주탑 ) • 방청제 사용 • 내후성 중방식 도장 ( 사장교 강상판 )

간만 , 비말 , 해수중부

• 충분한 철근피복확보 ( 교각 및 기초 )

• 에폭시 도막철근 사용

• 내염도장 ( 교각 )

• 희생강관 ( 콘크리트 말뚝 ))

유지관리시 내염대책유지관리시 내염대책

해안선 1km 이내 고속도로교량 : 17 개–　특별관리중 (2004 년 현재 )

염해에 의해 손상을 받은 교량 보수 : 3 개–　간만대 : 전기방식–　비말대 : 내염도장 실시

염해를 받은 해상교량의 손상상태염해를 받은 해상교량의 손상상태

교량 부위철근에서의

염분농도 (kg/m3)

철근부식 콘크리트외관

소래교간만대 2.7 – 4.5 ○ 건전

비말대 0.4 × 건전

섬진강교간만대 1.0 – 3.0 ○ 건전

비말대 0.1 – 0.4 × 건전

가화천교간만대 6.0 – 10.0 ○ 건전

비말대 0.4 – 0.7 × 건전

내염보수 실시예내염보수 실시예 (( 소래교소래교 ))

소래교

0.01

0.1

1

10

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12월

(mdd)

비래

염분

량

2001년2002년2003년

시공교각

육지방향

바다방향

상시해수중 일시해수중

인천

원주

HWL

GL

염해에 의한 손상조사 결과염해에 의한 손상조사 결과

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 1 2 3 4 5 (cm)표면으로부터 깊이

(kg/m

염분

량3 )

HWL -6.5HWL -4.3HWL -3.0HWL -1.3HWL +0.5HWL +3.5

-8-7-6-5-4-3-2-1012

-1000 -800 -600 -400 -200 0(mV)자연전위

HW

L

(m)

로부

터높

이

P2-A( )육지방향P2-A( )바다방향P2-B( )육지방향P2-B( )바다방향

침투염분량 측정 결과 자연전위 측정 결과

철근부식 발생 철근부식에 의한 균열은 발생되지 않음

해상교각 간만대 보수공법 선정해상교각 간만대 보수공법 선정

철근부식 ( 염해 열화단계상 진전기 )

보수공법 선정기준 - 공용수명 향후 40 년 이상 - 일반적인 시공법으로 가능할 것

전기방식 시공전기방식 시공

전기방식의 원리전기방식의 원리양극

부식전류의 소멸

부식전류의 흐름

건전부위 부식부위 건전부위

전위의고저차 전자의 흐름

철근

부식전류

전위의고저차

＜전기방식적용전＞ ＜전기방식 적용＞

방식

e－

e－

e－e－ e－

e－

e－

e－

e－

e－e－

e－

e－

전기방식공법 선정전기방식공법 선정

현장시공여건

- 시공시간확보 곤란 (1 일 4 시간정도 )

방식성능내구수명

- 향후 40 년이상

방식전류공급 : 외부전원법

양극재 : 티타늄메쉬

양극재피복 : FRP 제 영구거푸집을 이용 수중불분리 속경성 모르터 주입

고려사항 선 정

전기방식공사 시공전기방식공사 시공

시공전 모습 단자 및 기준전극설치

양극재 설치 FRP 거푸집 설치

전기방식공사 시공전기방식공사 시공

양극피복모르터주입 배선 및 배관

정류기 설치 완공 후 모습

해상교각 비말대 해상교각 비말대 : : 내염도장내염도장

제설제 존재하의 동결융해제설제 존재하의 동결융해(( 염해와 동해의 복합열화염해와 동해의 복합열화 ))

동절기 교통안전대책 중 제설제 살포

제설제 - 대부분 염화물계 (CaCl2, NaCl 등 )

콘크리트 구조물에 미치는 영향 - 배수구조물 및 콘크리트 포장의 표면 스케일링 - 교량 슬래브의 철근부식

외관 불량 , 보수 후 재열화 빈도가 높음

콘크리트 손상모습콘크리트 손상모습

제설제에 의한 손상에 대한 대책제설제에 의한 손상에 대한 대책

동해에 대한 내구성 확보동해에 대한 내구성 확보 제설제 및 수분 침투 억제제설제 및 수분 침투 억제 표면부 열충격에 대한 내구성 확보표면부 열충격에 대한 내구성 확보

공기량 확보공기량 확보 제설제 및 수분 침투차단제설제 및 수분 침투차단 치밀한 조직치밀한 조직 , , 우수한 강도특성우수한 강도특성

제설제에 의한 손상 방지를 위한 제설제에 의한 손상 방지를 위한 대책실시예대책실시예

콘크리트구조설계기준 내구성설계

대상 구조물 : 배수구조물 ( 다이크 , 측구 )

대책콘크리트 강도상향 조정 (210→ 350kg/cm2 이상 )고로슬래그 미분말 사용침투식 방수재 도포

대책적용 현장의 환경개요대책적용 현장의 환경개요

대표적인 적설한랭 지역대표적인 적설한랭 지역

영동고속도로 대관령구간•연평균 강설일수 49 일•연평균 적설일수 107 일•최심적설 188.8cm•동절기 일평균기온 – 5.2℃•연간 제설제 살포량 23,000 포 /25kg 포 ( 약 575 톤 )

외관 관찰 결과외관 관찰 결과미적용 고강도

슬래그 첨가 방수재 도포

마무리마무리

도로구조물의 내구성 향상에 대한 중요성 파악

국내 열화환경을 고려한 내구성 향상 대책 제안

구조물 장수명화에 따른 기대효과 예상