2.1 도로안전시설 설치 및 관리지침

도로 노면의 미끄럼 저항성능은 운전자의 안전에 가장 중요한 요소 가운데 하나이다. 미끄럼 저항성능은 우천 등으로 인하여 노면이 젖어있거나 자동차의 주행속도가 증가함에 따라 급격히 저하된다. 미끄럼방지포장은 교통 특성 및 도로의 기하 구조에 따라 요구되는 수준의 미끄럼 저항성능이 확보되지 않았거나, 확보하기 어려울 것으로 예상되는 구간에 설치하여 마찰력을 향상시킴으로써 교통사고를 예방하거나 감소하는 데 목적이 있다.

본 지침에는 미끄럼방지포장의 기본적인 설치장소로는 설계속도 60 km/h 이상의 교차로 또는 횡단보도 접근부, 설계기준 이하의 곡선반경, 내리막 경사가 급한 구간 등에서 마찰계수가 최소 마찰계수에 미치지 못하는 구간으로 정의하고 있다. 도로 노면은 적정 미끄럼 마찰력을 확보하여야 운전자의 안전성이 보장되나, 도로의 사용기간 경과에 따라 노면의 마찰계수는 저하되며, 어느 한계 이하에서는 미끄럼에 의한 사고의 위험성 커지게 된다.

도로 노면이 제공해야 할 최소한의 마찰력은 도로의 기하구조 및 교통 조건에 따라 다르므로 Table 1과 같이 최소 마찰계수 기준표에서 도로 구조 및 교통 조건에 따라 도로를 S1∼S4의 4개 등급으로 분류하였다. 같은 등급이라 하더라도 그 지역에 미끄럼 때문에 발생한 사고(노면 마찰력이 더 높았더라면 방지할 수 있는 사고) 건수가 많다면 더 높은 마찰계수가 필요한 구간이다. 최소 마찰계수 기준표에서는 위험도를 3등급으로 분류했으며, 등급이 높을수록 노면 미끄럼에 의한 사고가 빈번한 경우이다.

최소 마찰계수 기준표를 이용하는 방법은 먼저 도로의 기하구조, 설계 속도, 도로 등급, 교통량 등을 고려하여 S 등급을 구하고, 미끄럼 사고 기록을 참고로 각 구간의 위험도를 구한 뒤 해당되는 최소 마찰계수를 표에서 찾으면 된다. 위험도 결정 시 객관적인 기준이 필요한 경우에는 교통 사고 중 노면이 습윤한 상태에서 발생된 사고 건수에 따라 결정할 수도 있다. 연간 교통 사고 중 노면 습윤시 발생된 사고 건수가 1건 이하일 경우에는 위험도 1, 2~3건 일 때 위험도 2, 4건 이상이면 위험도 3으로 결정한다. 또한, 사고 발생 이력이 없더라도 습윤기간이 연평균 30 % 이상인 경우에도 위험도 등급을 1단계 상향하여 설치할 수 있다.

2.2 SPS-KTS.1102-1890 미끄럼방지포장재

^{SPS-KTS.1102-1890}“미끄럼방지포장재” 단체표준에서는 미끄럼방지포장 미끄럼저항 성능평가방법으로 BPN 시험만 제시하고 있으며, KS M 6080 “노면 표지용 도로”의 5.2.16 내마모도 시험방법에 따라 윤하중 내마모도 시험을 실시한 후 그 시험편을 사용하여 ^{KS F 2375} “노면의 미끄럼저항성 시험방법”에 따라 BPN을 측정하도록 하고 있다. 내마모시험은 50만 회를 실시하여야 하며, 미끄럼방지포장재의 미끄럼저항성능 BPN은 최소 55이상이 되야 한다고 제시되어 있다.

3.1 KS F 2375(BPT) 방법

KS F 2375에서 제시하고 있는 BPN 시험방법의 미끄럼 저항성 시험기 BPT(British Pendulum Tester)의 슬라이더를 포함한 진자의 무게는 (1 500 ± 30) g이며 진동의 중심으로부터의 진자의 무게 중심까지의 거리는 (410 ± 5) mm로, 고무로 만든 슬라이더가 시험 면인 노면에 마찰될 때 발생하는 에너지 손실을 측정하는 시험 방법이다. 슬라이더는 표면을 시험하기 위한 고무 조각 (6×25×76) ㎜이 접합되어 있는 알루미늄판으로 구성되어 있다.

BPN 시험을 수행하기 위해서는 먼저 수평을 맞춘 후, 진자 운동으로 측정값이 0이 되도록 조절해 영점을 조절한다. 접지 길이는 (124~127) ㎜이어야 하며, 높이 조절 나사로 진자를 상하로 조정하여 맞춘다. 시험 시에는 노면의 상태 중 마찰 저항이 가장 낮을 것으로 판단되는 차륜의 주행 위치에서 무작위 10개소 이상에서 실시하여야 하며, 노면에 충분히 물을 적셔 습윤하게 만든 후 측정하고 측정 값이 일정할 때까지 눈금을 기록하여야 한다.

BPN은 미끄럼저항성능을 측정하는데 가장 많이 활용되는 시험방법이지만 많은 한계점이 존재한다. BPT의 측정 슬라이드의 크기는 (25×76) ㎜로 마찰계수를 측정할 수 있는 면적이 0.009 ㎡에 불과하기 때문에 전체 포장면에 대한 대표성을 나타내기 어렵다. 또한, 측정 가능한 최대 경사각이 7도에 불과하여 대부분의 경사로에서 측정이 불가능 하며, 측정방향에 따라 오차 및 편차가 존재한다. 또한, BPN은 표면의 마찰계수를 측정하는 시험으로 실제 차량 운행에 따른 미끄럼 특성 모사가 어려운 단점이 있다.

3.2 ASTM E 274-15(PFT) 방법

^{ASTM E 274-15}에서 제시하고 있는 현장 미끄럼 저항성 시험기 PFT(Pavement Friction Tester)는 차선도료, 미끄럼방지포장재 및 도로포장재의 미끄럼 저항성을 평가하는 시험 장비로 견인차(제어부), 트레일러(측정부), 살수장치 등으로 구성되어 있다.

표준 시험 속도인 40 mph(65 km/h)로 시험을 진행해야 하나 제한 속도가 40 mph(65 km/h) 이하 일 경우에는 낮은 속도로 수행할 수 있다고 명시되어 있다. 제한 속도가 40 mph(65 km/h)를 초과하는 경우에도 교통 속도에 맞추어서 테스트를 수행할 수 있지만 최대 61 mph(98 km/h) 이내로 유지해야 한다.

SN은 아래 식 (1)을 활용하여 계산할 수 있다.

여기에서, F = 견인력(타이어-포장면에서 시험 타이어에 가해지는 수직 하중), lbf(또는 N)

W = 시험 휠의 동적 수직 하중, lbf(또는 N).

PFT은 현재 미국에서 도로포장재 미끄럼저항성능 측정을 위해 보편적으로 사용되는 장비로 경사로와 고위험 구간에서 미끄럼저항성능 측정이 가능하다.

3.3 BS 7491-2(GT) 방법

^{BS 7491-2}에서 제시하고 있는 미끄럼 저항성 시험기 GT(Grip Tester)는 두 개의 구동 휠과 하나의 테스트 휠로 구성되어 있으며, 5km/h에서 130km/h 사이의 속도로 차를 이용해 견인하거나 수동으로 밀 수 있다. 두 개의 구동 휠은 주 차축에 장착되어 있으며, 주 차축에도 톱니바퀴가 장착되어 있고, 근접 센서는 거리 계산을 위해 신호 처리 장치(SPU)로 전송될 수 있도록 이 톱니바퀴에 인접하여 장착되어 있다. 스터브 자축의 스트레인 게이지 브리지 2개가 지속적으로 견인력과 수직하중을 측정하고 이러한 신호를 SPU(Signal Processor Unit)로 전송하여 순간 마찰 판독값을 계산하는 구조로 되어있다.

시험을 시작하기 전에 측정 시스템이 안정상태에 도달했는지 확인하기 위해 SPU를 최소 5분 동안 켜고 살수 시스템을 가동한 후 장비를 최소 20m 이상 밀어서 안정화를 진행한 후, 살수 시스템이 작동 중인 상태에서 그립 테스터를 (6±1) km/h의 표준 속도로 부드럽게 밀면서 데이터 수집 장치를 작동시켜야 한다.

본 연구에서 활용한 μGT(Micro Grip Tester)는 현재 영국에서 미끄럼저항성능 측정을 위해 보편적으로 사용되는 장비로 경사로 및 고위험 구간에서 미끄럼저항성능 GN 측정이 가능하다. 또한, 본 장비는 수동으로 밀어서 측정할 수 있는 장비로, 크기 (510×1 020×1 200) ㎜, 무게 21 kg으로 일반적인 GT 장비를 소형화한 특징을 가지고 있다. 평균 계산 구간은 (1~10) m 간격으로 설정할 수 있으며, 측정 속도 범위는 (2.5~3.6) km/h로 일반적인 성인의 보행속도인 4.8 km/h보다 느린 천천히 걷는 수준으로 볼 수 있다.

4.1 미끄럼저항 성능평가 Test-bed

미끄럼저항 성능평가 방법에 따른 미끄럼저항성능 비교를 위하여 경기도 연천에 위치한 한국건설기술연구원 SOC 실증연구센터 내 이면도로에 Fig. 2와 같이 미끄럼저항 성능평가 Test-bed를 설치하였다. 일반적인 미끄럼방지포장재 Skid A와 고위험 구간용 미끄럼방지포장재 Skid B로 총 2개 타입의 미끄럼방지포장재를 각 25 m 길이로 시공한 후 Aspalt, Skid A 및 B 각각의 미끄럼저항성능을 다양한 평가 방법(BPN, SN, GN)으로 측정하였다.

BPN은 ^{KS F 2375}, GN은 ^{BS 7491-2}에 따라 평가를 진행하였고, SN은 ^{ASTM E 274-15}에 제시된 방법에 따라 차량 속도를 60 km/h로 설정하고 미끄럼저항 성능평가를 수행하였다. 현재 국내에서는 미끄럼방지포장이 학교 앞 어린이보호구역에 주로 설치되고 있으며, 국내 교통 법규상 어린이보호구역의 차량 속도는 30 km/h이므로 미끄럼저항 성능평가 Test-bed에서 진행한 미끄럼저항 성능평가에서도 SN 30 km/h 조건을 추가하여 측정하였다.

Fig. 2 Skid resistance performance test-bed

4.2 실도로 현장 미끄럼저항 성능평가

현장 미끄럼저항 성능평가를 위하여 실도로 실증 현장을 섭외하여 미끄럼저항 성능평가 실증을 진행하였다. 강릉시에 위치한 A초등학교 앞 도로(어린이보호구역) 미끄럼저항 성능평가 실도로 실증 구역에 Fig. 3과 같이 미끄럼방지포장을 설치하였다.

Test-bed와 동일한 2가지 타입(Skid A 및 B)의 미끄럼방지포장재를 구간별로 시공한 후 각각의 미끄럼저항성능을 다양한 평가 방법(BPN, SN, GN)에 따라 성능평가를 실시하였다. BPN은 ^{KS F 2375}, GN은 ^{BS 7491-2}에 따라 평가를 진행하였고, SN은 어린이보호구역 규정 속도인 30 km/h로 성능평가를 수행하였다.

Fig. 3 Skid resistance performance demonstration site

5. 결과 및 분석

BPN과 SN의 실험 속도(30, 60 km/h)에 따른 측정 값인 SN-30 km/h, SN-60 km/h, GN을 Table 2 및 Fig. 4에 나타내었다. 또한, 미끄럼방지포장 미끄럼저항 성능 기준으로 주로 사용하고 있는 BPN을 Reference 값으로 설정하고, BPN을 SN 및 GN과 비교하기 위해 SN30/BPN, SN60/BPN, GN/BPN 값을 명시하였다. 실험 결과, BPN 및 SN은 Table 2에 명시한 설치 기준의 S1 등급 기준을 만족하는 미끄럼저항성능이 측정되었으며, 성능평가방법(BPN, SN, GN)과 관계없이 동일한 경향으로 미끄럼저항성능이 나타났다.

현재 ｢도로안전시설 설치 및 관리지침｣에는 “통상적으로 GN은 BPN × 0.01 로 환산하여 참고값으로 사용할 수 있다” 라고 명시되어 있으며, 미끄럼저항 성능평가 Test-bed에서 μGT로 미끄럼저항성능을 평가한 결과, GN/BPN은 평균 0.01으로 ｢도로안전시설 설치 및 관리지침｣에서 제시한 환산값과 유사하게 도출되었다.

^{ASTM E 274-15}에서는 제한 속도가 표준 시험 속도 65 km/h(40 mph) 이하일 경우에 표준 시험 속도보다 낮은 속도로 수행할 수 있다고 명시되어 있기 때문에 현장 여건에 따라 시험 속도를 변경할 수 있다. 따라서, 국내 어린이보호구역 속도 규정인 30 km/h로 낮추어서 SN 시험을 진행할 경우 SN이 평균 8.7 % 정도 증가하는 것으로 나타났다. 향후에는 다양한 속도에 따른 SN을 도출하여 속도에 따른 보정 계수를 제시할 수 있을 것이라고 판단된다.

실도로 미끄럼저항 성능평가 실증 현장은 어린이보호구역이므로 SN 시험 속도를 30 km/h로 설정하여 측정한 결과, Test-bed SN30에 비하여 평균 15.1% 가량 낮게 측정되었다. 또한 GN/BPN은 평균 0.01로 ｢도로안전시설 설치 및 관리지침｣ 및 Test-bed 측정결과 환산값과 유사하게 나타났다.

실도로 실증 현장 설치일시는 2022년 5월 19일이지만 PFT 장비의 수리 문제로 인하여 2022년 10월 21일에 측정을 수행할 수 있었다. 따라서, 약 5개월 동안 차량이 통행하면서 차량 통행에 의한 마모가 진행되었기 때문에 동일한 재료임에도 실도로 실증 현장에서의 미끄럼저항성능은 Test-bed의 미끄럼저항성능에 비하여 최소 12.6 %에서 최대 37.4 % 정도 낮은 것으로 나타났다. 특히 실도로 실증 현장에서의 BPN이 Test-bed에 비하여 전체적으로 낮게 나타났으며, 이는 차륜 위치에서 0.009 ㎡ 면적에 대해서만 미끄럼저항성을 평가하는 BPN의 특징이 원인인 것으로 판단된다.

향후에는 미끄럼방지포장 미끄럼저항성능 데이터 측정을 설치시간 경과에 따라 지속적으로 수행하여 미끄럼방지포장재 마모와 미끄럼저항성능의 관계를 도출할 수 있을 것으로 판단된다.

Fig. 4 Skid resistance performance test result