간행물
한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집
- 발행기관 한국도로학회
- 자료유형 학술대회
- 간기 반년간
- 수록기간 1999 ~ 2024
- 주제분류 공학 > 토목공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 534DDC 625
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2014년도 제16회 한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집 (2014년 9월) 90건
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2014.09
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정부는 신성장동력 창출을 통한 국가 경쟁력 강화와 일자리 창출을 목적으로 매년 연구개발(R&D)부문 의 투자를 확대하고 있으며, 해마다 늘어나는 연구개발예산을 보다 효율적으로 관리하고 불필요한 투자를 미연에 방지하기 위한 평가지침의 개발이 요구되는 실정이다. 우리나라의 경우 현재 ʻ연구개발 부문 사업의 예비타당성조사 지침ʼ과 ʻ기술가치평가 실무가이드ʼ를 통해 연구개발사업의 평가를 진행하고 있으나 녹색도로기술의 개발과 같은 소규모 연구개발 사업에 대한 평가 지침은 부재한 실정이다. 이러한 문제점의 해결방안으로 ʻ탄소중립형 도로 기술개발ʼ 연구단에서는 소규모 연구개발 사업의 개발효과 및 타당성을 검토할 수 있는 투자평가시스템을 개발하고 있으며, 본 연구에서 는 해당 투자평가 시스템 중 정성적 분석을 통해 연구개발의 타당성을 분석 할 수 있는 분석기법을 중점 적으로 다루고자 한다. 녹색도로기술의 상위 개념인 연구개발 사업의 평가결과를 살펴보면 정량적 분석결과와 정성적 분석결 과가 혼합되어 있으며, 정량화된 경우에도 평가항목별로 상이한 척도의 결과가 도출되어 이에 대한 통합 과정이 필요하다. 녹색도로기술 또한 이와 크게 다르지 않을 것으로 예상되며 이에 따라 녹색도로 기술 투자평가 시스템 또한 종합결론을 도출하기 위한 평가방법이 필요하다. 기존부터 이러한 다양한 속성들을 종합적으로 고려하는 다기준의사결정(MCDM: Multi-Criteria Decision Making)에 대한 연구가 이루어 져 왔다. 다기준의사결정은 크게 다목적의사결정법(MODM: Multiple Objective Decision Making)과 다 속성의사결정법(MADM: Multiple Attribute Decision Making)으로 나뉜다. 두 가지 의사결정법의 큰 차 이는 대안의 개수의 차이이며, 일반적인 투자사업의 의사결정의 경우 대안의 수가 유한할 뿐 아니라 유한 개의 대안들 중에서 우선순위나 선호를 가장 잘 반영하는 대안을 찾아내는 것이 핵심 목표이므로 MADM 기법을 중심으로 연구에 적합한 다기준분석 기법을 설계하였다. 평가대상은 ʻ탄소중립형 도로 기술개발ʼ 연구단에서 개발 중에 있는 녹색도로기술을 대상으로 하였으며, 본 연구의 결과를 통해 향후 소규모 녹색도로기술의 개발 활성화 및 중복기술에 대한 예산 절감효과를 얻 을 수 있을 것이라 판단된다.
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2014.09
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공용중인 도로 상태를 조사 및 평가하기 위하여 다양한 종류의 비파괴시험 장비가 활용되고 있다. 이 중 에서 충격하중에 의한 표면처짐량을 측정하는 FWD(Falling Weight Deflectometer)는 포장 하부의 지지 력 평가를 위하여 널리 사용되고 있다. 하지만 표면처짐 또는 지지력만으로 복잡한 포장 하부의 상태를 정 확하게 평가하기에는 한계가 있다. 특히 최근 들어 사회적으로 큰 이슈가 되고 있는 도로함몰(일명 싱크 홀)은 일반적으로 도로하부에 발생한 공동으로 인하여 상부 포장층이 연쇄적으로 함몰되는 현상이다. 도로 함몰은 전조현상 없이 갑작스럽게 발생되기 때문에 이를 사전에 발견하기는 어려운 실정이다. 따라서 이를 사전에 예방하고, 발생 후 올바른 보수를 하기 위해서는 도로 하부에 존재할 수 있는 공동 여부를 비롯한 도로 하부 상태에 대한 철저한 조사가 우선되어야 한다. 석회암지대 또는 광산지대에서 주로 발생하는 대 규모의 싱크홀의 경우 전기비저항, 단층촬영 등과 같은 조사를 통하여 공동에 대한 조사가 가능하다. 하지 만 도로의 경우 조사 연장이 길고 교통통제가 어렵기 때문에 정적인 시험 보다는 이동하면서 조사할 수행 할 수 있는 지표투과레이더(Ground Penetrating Radar, GPR)가 보다 현실적으로 가능성이 높다. 본 연구에서는 두 가지 종류의 GPR을 이용하여 도로함몰이 발생한 현장에 대한 도로 하부 조사 결과를 비교 평가하였다. 조사에는 500MHz 접촉식 GPR과 1000MHz 비접촉식 GPR이 각각 사용되었다. GPR 조사는 도로함몰이 발생된 후 응급보수로 되메움 공사가 완료된 후에 추가적인 공동 여부를 확인하기 위 하여 실시하였다. 그림 1은 1000MHz 비접촉식 GPR 시험 장비와 조사 결과를 나타낸다. 도로함몰이 발 생한 구간의 경우 40~50cm 깊이까지 단면 교란이 발생하였나, 되메움 구간에 추가 공동이 발견되지는 않아 시공은 양호하게 이루어진 것으로 나타났다. 함몰 주변 도로 하부의 경우 60~70cm 깊이에서 체류 수가 존재하는 것으로 나타났다. 본 구간의 경우 도로 하부에 매설된 하수관이 일부 막히고 노후화로 인 한 파손으로 누수가 발생하여 세립분이 빠져나가 공동이 발생된 것으로 추정되었다. GPR 조사 결과 주변 에 추가적인 공동 또는 도로함몰 위험은 없는 것으로 나타났다. 따라서 되메움 후 덧씌우기를 실시하고, 주기적인 현장 점검을 통하여 추가적인 함몰 발생 조짐을 감시하는 것이 바람직하다고 판단된다.
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2014.09
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최근 국가정책 아젠다인 ʻ저탄소 녹색성장ʼ은 국가의 중요한 비젼으로 전정부차원의 노력이 이루어지고 있다. 정부는 2020년까지 세계 7대, 2050년까지 세계 5대 녹색강국으로 진입을 목표로 하고 있다. 이러한 목표를 실현시키기 위해 효율적 온실가스 감축 및 녹색국토, 교통의 조성이 중요한 시책으로 추진되고 있 다. 건설산업 부문도 예외가 아니어서 에너지 및 온실가스 배출저감을 위한 정책 및 기술개발이 활발히 이 루어지고 있다. 해외 선진국의 경우 가장 광범위한 대상인 도로시설물에 대한 녹색도 측정을 위한 연구가 수행되었으며 그것을 기반으로 녹색도로인증제가 적용되고 있다. 여기서 녹색도로인증제는 도로의 지속가 능성과 환경성을 통합적으로 결합한 제도로 이러한 관점에서 도로의 건설 및 운영측면에서 세부지표별로 계량화하고 점수화하여 도로 전체의 녹색등급을 설정하는 것이 주 목적이다. 국내 도로정책부분에서도 ʻ녹 색도로ʼ 구축을 지향하고는 있지만, 현재 국내 도로의 녹색도로 구축 수준을 평가하기는 어려운 실정이다. 본 연구는 국외사례와 비교하여 녹색도로 구축에 대한 구체적인 방안제시가 부족과 녹색도로 도달을 위한 평가기준의 부재 문제를 해결하는 방안으로 국외사례 벤치마킹 및 국내 녹색도로기술의 니즈를 조사하고 기본적인 방향을 도출하고자 하였다. 우선 연구진과 국내 엔지니어링 및 시공회사 전문가와 함께 국내 적 용성 검토를 수행하여 평가시스템 대분류 및 평가항목을 개발하였으며, 일부를 제외하고 큰 틀에서 국내 현황에 적합한 것으로 분석되었다. 또한, 도로설계 및 시공경험이 풍부한 국내 엔지니어링 및 발주처 등 전문가를 대상으로 설문조사를 통해 실제 국내 인증제 적용을 위한 평가요소별 중요도 결정을 실시하였으 며,‘녹색환경(0.35)ʼ과 ʻ녹색도로설계/포장기술(0.27)ʼ영역이 가장 중요한 것으로 도출되었다.
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2014.09
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저탄소 ․ 녹색성장과 친환경에 대한 욕구가 증대되면서 교통부분 특히, 도로부문이 탄소배출의 주범으로 인식 이 되어가고 있는 것이 현실이다. 도로건설로 인한 무분별한 환경파괴와 도로 운영기간 동안 지속적으로 증가 하는 교통량으로 인하여 CO2가 끊임없이 발생하고 있다. 본 연구에서는 도로설계시 도로건설과 도로운영중에 발생하는 온실가스의 발생을 최소화하고자 CO2의 저감, 발생된 CO2의 흡수를 위한 흡수원 확보 측면에서 탄소저감형 그린네트워크 도로설계기법을 개발하고 적용방안 을 마련하고자 한다. 연구의 흐름은 그린네트워크 도로를 실현하기 위하여 설계기 법의 개발, 기법 적용을 위한 평가시스템을 개발하여, 최종적으 로는 설계기법을 정립하여 설계편람을 작성하고자 한다. 그린네트워크 도로는 시공 ․ 운영 및 유지관리 등 도로수명주기 를 통하여 CO2발생을 최소화하는 도로로 정의하였으며 도로선 형, 횡단면, 도로수목을 설계요소로 포함하였다. ʻ도로선형설계기법ʼ은 CO2 저감을 위하여 평면 및 종단선형, 선형조합을 세부요소로 제시하였다. 기존 연구사례에서도 차량의 주행속도와 가‧감속이 CO2 배출의 주요인으로 제시하고 있듯이, 본 연구에서는 주행속도 일관성을 확보하고자 평면 및 종단선형의 설계기법과 선형조합 방안을 개발 함으로써 CO2 저감을 유도하고자 하며, 도로의 운영기간 동안 증 가하는 교통량을 고려한 탄소발생량 산정하여 LCA를 기반으로 하 는 탄소저감방안을 제시하고자 한다. 그리고, 주행속도와 탄소발생량 산정을 위한 프로그램화를 통하여 ʻ탄소저감 형 선형조합 평가시스템ʼ을 개발하여 최적의 선형설계를 수행할 수 있도록 하였다. ʻ횡단면 설계기법ʼ은 도로수목 등 탄소흡수원 확보를 위한 녹지공간 마련을 목적으로 하며, 도로횡단구성요소에 서 중앙분리대, 비탈면, 환경시설대 등을 세부요소로 포함하였다. 중앙분리대는 안전성을 고려하여 도로 폭원별 중 분대 폭원과 식재 유형을 제시하여 녹지중앙분리대 조성방안을 개발하였으며, 비탈면의 기울기 완화, 라운딩 기법 을 통하여 수목의 활착율을 높이고 식재공간을 최대한 확보하고자 비탈면 설계기법을 개발하였다. 그리고, 도로규 모별 횡단면 적용모형을 개발하여 탄소흡수원을 확보하기 위한 최적의 횡단면을 구성하고자 하였다. 또한, 도로선형, 횡단면, 도로수목 등 그린네트워크 도로설계요소별 기술성, 경제성, 시공성, 환경성 등 도로 건설의 주요 지표를 고려하여 기법의 효과평가 방안을 마련함으로써 최적의 선형계획과 횡단면을 구성하고 도 로수목을 식재함으로서 해당 노선과 지역의 특성을 고려한 최적의 기법을 적용할 수 있도록 하였다. 이에, 본 연구에서는 그린네트워크 도로설계기법의 정립을 위하여 ʻ도로선형설계기법ʼ과 ʻ횡단면설계기법ʼ의 개발 및 기법 적용을 위한 ʻ효과평가ʼ 방안 위주로 연구내용을 제시하고자 한다.
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2014.09
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온실가스 배출로 인한 지구 온난화는 인류의 생존문제와 직결되어 있다. 온실가스 배출순위 세계10위 인 우리나라에서도 문제의 심각성에 대처하고 국제적인 노력에 공조하고자 온실가스와 관련된 모든 분야 에서 배출량을 줄이기 위해 많은 노력을 하고 있다. 우리나라 온실가스 배출량의 16%를 차지하고 있는 도 로분야에서도 ʻ탄소중립형 도로 기술개발 연구단ʼ이 2011년 11월에 발족되어 도로분야에서 발생하는 온실 가스를 줄이기 위한 관련 기술 및 법/제도안을 개발하는 연구를 진행하고 있다. 건축과 도시계획분야에서 는 이미 녹색도시/탄소제로도시 등을 목표로 활발한 연구가 진행 중이지만, 상당량의 온실가스를 배출하 고 있는 도로분야에서의 노력은 미흡하였다. 도로분야에서 배출되는 온실가스를 줄이는 노력은 탄소중립 형 도로를 매개체로 하여, 궁극적으로는 한국형 녹색도로(Green Highway)를 구현하는 것으로, 이는 도 로의 미래 모습일 것이다. 본 연구단에서 정의하는 녹색도로는 ʻ에너지와 자원을 효율적으로 사용하여 온 실가스 및 오염물질의 배출을 최소화하면서 안전하고 쾌적한 이동성을 확보하는 도로ʼ이다. 녹색도로를 통해 도로의 기본기능(이동 및 안전)을 유지하면서, 도로와 관련된 전과정(계획/건설/운영/유지)에서 발 생되는 온실가스의 발생을 최소화 할 수 있도록 관리해 나가야 한다. 녹색도로를 위한 첫 번째 단계인 탄 소중립형 도로구현을 위해 활성산업부산물을 활용한 탄소흡수용 도로 재료 개발, DAC(Direct Air Capture) 기술을 활용한 도로 CO2 흡수 기술개발, LCA를 고려한 탄소저감형 도로 설계 기술개발과, 이 러한 기술들의 실용성 및 적용을 위한 투자평가 시스템 및 법/제도 정립을 위한 연구가 진행되고 있다. 이에 본 논문에서는 현재 개발 중인 기술의 범위를 살펴보고, 이를 바탕으로 도로가 앞으로 나아가야할 미래지향적인 녹색도로의 추진 및 발전 방향을 제시하고자 한다.
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화석 연료의 사용 증가로 인한 이산화탄소 배출의 증가로 급속한 지구의 온난화가 초래되었으며, 전 세 계적으로 기후변화에 따른 피해는 앞으로 더욱 심각해질 것으로 전망하고 있다. 국제에너지기구 (International Energy Ageny, IEA)는 전 세계가 신재생에너지를 주 에너지원으로 사용한다고 가정해도 2050년 이후 대기 중 이산화탄소 농도가 우려할 만한 수준으로 높아진다고 보고하고 있다. 이처럼 지구 온난화와 기후변화는 인류의 미래에 지대한 영향을 미칠 것이며 이에 대한 대비책으로 대기 중 이산화탄 소 농도를 혁신적으로 저감할 수 있는 기술 개발이 시급히 요구되고 있다. 현재 지구상 평균 CO2 농도는 390ppm로 매년 2ppm씩 증가하는 추세이며, 특히, 비점오염원에서 배출되는 CO2가 전체 50%에 육박하 는 실정이다. 발전소와 같이 대규모의 점오염원에서 배출되는 고농도 CO2 포집기술은 많은 연구자들에 의해 연구가 진행되어 왔으나 비점오염원에서 배출되는 저농도의 CO2를 제거하는 기술은 미비한 실정으 로 대기 중 CO2를 효율적으로 제거하는 기술(Direct Air Capture technology; DAC)이 미국, 캐나다에서 제안되었으며 이에 대한 경제성 및 타당성 평가를 미국 물리학회에서 2년간 수행하였다. 이에 본 연구에서는 알카놀아민 계열의 흡수제를 이용하여 도로변 대기 중 저농도 CO2 저감을 위한 적 용 가능성을 도출하고자 실험실 규모에서 저농도 CO2 저감 성능을 평가하였다. 그 결과, 단일흡수제의 경우 MEA 농도 1, 2, 3 wt%에서 CO2 흡수량은 0.34 mol-CO2/mol-absorbent, 0.32 mol-CO2/mol-absorbent 그리고 0.3 mol-CO2/mol-absorbent로 나타났고, AMP의 농도 1, 2, 3 wt% 에서는 0.32 mol-CO2/mol-absorbent, 0.30 mol-CO2/mol-absorbent, 0.28 mol-CO2/mol-absorbent로 나타나 MEA가 DEA, MDEA, AMP보다 흡수성능이 우수하였다. 혼합흡수제의 경우 MEA 0.5wt%에 AMP 0.5wt%를 혼합한 흡수제가 0.52mol-CO2/mol-absorbent로 흡수 성능이 가장 우수한 것으로 나타났다. 또 한, 요소기술을 적용한 저감장치 개발을 통해 연간 10톤의 대기 중 CO2를 저감할 수 있을 것으로 판단된다
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도로시설물은 건설 시 많은 건설 자재와 건설 장비를 사용함에 따라 시공단계 탄소배출이 높고, 지속적 인 기능 유지를 위한 유지보수 활동에 의한 탄소배출이 동반되기 때문에 도로시설물의 life cycle별 탄소 배출량을 정량적으로 산정하고 관리하는 것은 매우 중요하다. 하지만 도로 life cycle 단계별 탄소배출량 의 정량적 산정은 각 단계마다 탄소배출원에 대한 활동자료의 수집, 배출계수의 선택, 활동자료의 신뢰성 검증 등의 복잡한 일련의 과정으로 인해 탄소배출량을 정량적으로 산정하고 관리 시 많은 어려움을 겪고 있다. 국토교통부의 시설물별 탄소배출량 산정 가이드라인에 따르면 도로에서의 탄소배출량은 수집된 활 동자료로부터 계산된 탄소배출원의 양과 탄소배출계수의 곱으로 정량적으로 산정할 수 있으며, 이러한 매 커니즘을 할용해 실제로 탄소배출량을 정량적으로 산정하고 관리하기 위한 탄소관리시스템 개발에 대한 연구를 탄소중립형 도로 기술개발 연구단에서 진행중이다. 도로는 계획 및 설계 주체, 시공 주체, 운영주 체가 다르기 때문에 각 주체마다 필요로 하는 탄소배출 결과가 다르며, 활용하고자 하는 용도 역시 다르 기 때문에 탄소관리시스템 개발 시 이를 고려한 탄소배출량 관리시스템 내 컨텐츠를 구성할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 표준화된 탄소배출량 산정 방법을 이용해 도로의 시공, 운영, 유지보수의 life cycle 단계별 탄소배출량을 정량적으로 산정하고, 이를 활용해 새로운 녹색기술(탄소저감기술)을 해당 도 로에 적용 시 탄소저감가능량을 산정할 수 있는 시스템을 개발하였다.
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공항 활주로의 균열 및 파손은 항공기의 이착륙 시 발생하는 충격과 기체의 엔진에서 발생하는 열, 그리 고 외부환경조건 등과 같은 다양한 요인으로 인해 발생하게 된다. 활주로 포장 파손이 결과적으로 기체에 악영향을 미칠 수 있기 때문에 적절한 유지보수가 신속히 이루어져야 한다. 포틀랜드 시멘트 콘크리트의 경우 우수한 강도와 내구성능, 구조적 특성, 그리고 경제성과 같은 장점을 지니고 있기 때문에 유지보수 재료로 활발히 사용되고 있으나, 낮은 인장강도와 접착강도로 인해 보수재료 자체에 균열이 발생하거나 기 존 포장과 새로 타설된 재료의 계면 사이에서 조기 균열이 발생하여 추가적인 유지보수를 진행해야하는 상 황이 발생할 수 있다. 이러한 기존 시멘트 콘크리트의 단점을 개선하고자 새로운 포장 재료에 대한 연구가 많은 학자들에 의해 진행되어왔으며, 대표적인 재료로는 시멘트 수화물이 아닌 에폭시와 같은 고분자 재료 가 결합재를 대신하는 폴리머 콘크리트(Polymer concrete)가 있다. 폴리머 콘크리트의 경우 우수한 내약 품성과 기계적 물성, 그리고 빠른 경화시간을 가지기 때문에 신속한 시공이 요구되는 활주로 유지보수 분 야에 적합하나, 기존 포장 재료와 상이한 열팽창계수로 인해 환경하중이 반복되는 동안 보수재료보다 강도 가 낮은 기존 포장 부분에서 파손이 발생할 수 있으므로 이를 미리 예측할 수 있는 모니터링 시스템의 구 축이 필요하다. 또한, 다양한 하중조건과 외부 온도조건에 노출되는 보수부의 특성상 구조물의 파손과 내 구성능의 저하를 효과적으로 모니터링 할 수 있는 기술의 필요성이 이전부터 제시되어왔다.
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항공기 착륙으로 인해 발생하는 공항 활주로 고무 퇴적물을 제거를 위해 일반적으로 사용되는 고압살수의 방법은 콘크리트 포장의 그루빙 손상 및 아스팔트 포장 표면의 박리, 탈리 등의 파손을 야기하고 있다. 따라서 본 연구에서는 고무 퇴적물의 효율적 제거와 포장 표면 파손 저감을 위해 상대적 저수압의 살수로 고무 퇴적 물을 제거할 수 있도록 친환경 고무 제거제 개발을 위한 포장에 대한 영향성 평가를 진행하였다. 고무 분해 효 율의 증가, 거품 발생의 최소화, Water Jet 장비와의 조합 시 내구성 영향 최소화를 위해 기존 연구에서 표 1과 같이 배합비율을 선정하였다. 포장 영향성 평가를 위해 배합비율에 따른 콘크리트 포장의 ASR 시험 (ASTM C 1260 – Mortar-Bar Method), Scaling 시험(SIS SS 317244)과 아스팔트 포장에 대한 표면인장강 도 시험(LFV Method 2-98, Europe)을 실시하였다. 이 때 각 배합은 물과 1:50으로 희석하여 사용하였다.
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자체적으로 개발한 공항포장의 부분 유지보수재료의 현장 적용에 대한 평가가 필요하다. 시험시공을 통하여 PC(Polymer Concrete) 및 PMC(Polymer Modified Concrete)를 검증한다. 현재 공항에서 사용 하고 있는 배합의 PC와 자체적으로 개발한 배합의 PC 및 PMC를 비교 및 검증한다. 공항의 특성상 주간에 시공을 진행할 수 없고 시간제한이 있으므로 시공 시간 배분을 고려해야 한다. 시간을 줄이기 위해 실내실험실에서 저울을 사용해 개량을 미리 진행한다. 시험시공 시 각 재료별로 모재 와 보수재간의 수직방향의 거동을 파악하기 위해 계측을 실시한다. 또한 보수 깊이별로 온도 센서를 설치 하여 보수재 내부의 온도를 계측한다. 계측을 통하여 유지보수재료의 초기거동을 파악하고, 장기 계측을 통해 하루 중 온도 변화 및 계절 변화에 따른 보수재의 거동을 분석한다. 유지보수단면의 크기 및 보수깊 이에 따라 균열의 발생 유무 및 균열 위치 등을 파악한다. 이와 같이 시험시공을 통해 개발한 부분 유지보수재료의 거동 및 현장 적용성을 검증한다.
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본 연구에서는 재생골재를 사용한 콘크리트의 고질적 문제점인 강도, 특성, 내구성의 저하를 재생골재 배합의 수정을 통해 개선하고자 한다. 수정된 배합의 모식도는 아래의 그림 1과 같다.
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현재 국내 공항의 포장상태를 평가하는 지표로 포장상태지수(PCI, Pavement Condition Index)를 사용 하고 있다. 이는 1970년대 미공병단(COE, Corps of Engineers)에 의해 개발된 지수로써 F.O.D 예방에 주 안점을 두어 포장에 발생된 표면결함의 종류, 심각도, 결함량에 대하여 각각의 공제값을 적용하여 포장의 상태를 정량화한 지수이다. 그러나 평가대상 공항의 규모나 주 항공기의 특성, 기후조건 등이 국내와 달라 현 국내 공항 포장 상태를 평가하기에는 적절하지 않았다. 이에 따라 국내 실정에 맞는 공항 포장상태지수 의 필요성이 대두되어, 국내 주요 발생 결함을 대상으로 결함별 심각도 기준 조정 및 Panel Rating을 통한 공제곡선, 수정공제곡선을 개발하였다. 본 연구에서는 이러한 개발 포장상태지수와 기존의 기준을 통해 동 일한 포장을 평가하고 비교분석 하였다. 국내 개발 기준과 비교한 기존의 기준은 ASTM D5340이며, 비교대상인 두 기준은 포장상태지수 결정에 핵심요소인 결함별 심각도 기준과 공제값 곡선, 복합결함에 대한 수정 공제값 곡선이 다르므로 포장상태조 사 시 적용하는 심각도 기준에서부터 포장상태지수 결정 시 적용하는 공제값 곡선을 나누어 비교하였다. 비 교를 위한 대상구간은 최근에 포장조사가 이루어진 공항을 대상으로 공항공사와 인천국제공항공사의 협조 로 선정하였으며, 4개 공항(김해공항 제 2활주로, 청주공항 제 1활주로, 원주공항 제 1활주로, 인천공항 제 3활주로)의 콘크리트 포장 구간을 선정하였다. 분석자료는 선정한 구간에서 자동포장상태조사장비로 조사 한 화상자료(실측 촬영)이며, 약 1만 5천장의 사진을 Pavement Analyzer 프로그램을 사용하여 표면결함 유무 및 결함 심각도를 분석하였다. 그 결과, 500개의 샘플 유닛에 대하여 결함량 자료를 얻을 수 있었다. 결함량 자료를 토대로 각 기준의 결함별 공제값 곡선 및 수정 공제값 곡선을 적용하여 포장상태지수를 산출 하였다. 이후 대상구간의 재령 및 발생 결함 유형별 분석, 그리고 각 기준간의 핵심요소를 비교 분석하였다. 분석구간을 대상으로 포장의 재령 및 발생 결함유형별로 분석한 결과 공항 포장의 재령이 오래될수록 균 열과 소파보수의 비중이 높아지는 추세를 보였으며, 국내 기준에서 심각도가 상승하는 사례가 발생하였다. 또한 각 기준별 포장상태지수를 산출하여 비교한 결과 다음과 같은 추세를 보였다. (1) 개발 기준으로 평가 한 포장상태지수가 ASTM D5340으로 평가한 포장상태지수보다 낮은 점수로 산출되었다. (2) 포장상태가 나쁠수록 개발 포장상태지수의 점수가 상대적으로 낮게 평가되었다. (3) 개발 포장상태지수의 점수대별 분 포가 ASTM D5340의 점수대별 분포보다 비교적 균등하였다.
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2014.09
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유지관리측면에서 공항포장 요철(평탄성)관리는 도로포장과 비교하였을때 매우 상이하다. 도로포장과 공항포장의 요철관리를 위해서는 비교적 장파장에 대한 노면 요철 측정이 요구된다. 국제민간항공기구 (ICAO)에서 공항 포장의 요철 허용치를 3m 직선자 기준 3mm 이하로 권고 하였으나, 10차 개정안에서 권고되는 측정방식은 국부적인 요철 뿐 아니라 항공기 특성을 반영하여 장파장(120m)의 노면요철까지 고 려하여 요철 크기에 따라 조치사항을 권고하고 있다. 도로 요철 측정을 위해 사용되는 일반적인 관성형 프로파일 측정기는 이러한 요구사항을 만족하지 못한다. 이와 같은 이유로 공항 요철 측정에는 일반적으 로 워킹프로파일 측정기(Walking Profiler)를 사용하고 있으나, 현저하게 낮은 속도로(4km/h미만) 24시 간 운영되는 국제공항과 운영 특성상 측정효율이 매우 낮아 현실적으로 현장조사가 어려운 단점을 갖고 있다. 본 연구에서는 공항요철 평가에 적합하도록 고속레이저 변위센서(Laser displacement sensor), 관 성항법측정장치(Inertial Mesurement Unit) 및 DGPS(Differential Global Positioning System)를 이용 하여 고속 요철 측정 장치를 개발하였다. 더 나아가 광대역 레이저 스캐너와 연동하여 활주로 전체에 대한 3차원 프로파일을 측정, 활주로 전체 의 요철을 관리 할 수 있도록 개선하였다
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2014.09
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알칼리 활성 시멘트 콘크리트는 비소성 무기결합재와 알칼리 활성제를 사용하여 제조된 콘크리트를 의 미하며, 알칼리 활성 슬래그 기반 콘크리트 ․ 플라이애시 기반 지오폴리머(Geopolymer) 등을 포함하는 넓 은 범주의 의미로 사용된다. 비소성 무기결합재에는 플라이애시, 고로슬래그, 메타카올린, 점토 등이 많 이 사용되며, 최근에 성능향상을 위해 실리카흄을 일부 사용하기도 한다. 알칼리 활성 콘크리트는 결합재의 타입에 따라 요구되는 알칼리 활성제의 양도 달라지며, 또한 그 방응 생성물도 큰 차이를 보인다. 또한 알칼리 활성제 에 따라 강도발현특성을 조절할 수 있는 장점이 있어, 이 러한 특성을 이용한다면 콘크리트 유지보수재료로 활용이 가능하다. 그러나 그동안 많은 연구자들에 의해 건조수축이 크고, 조기탄산화에 따른 균열이 발생할 수 있으며, 결합재의 품질변동성이 크다는 단점이 지 적되어 왔다. 이와 함께 도로포장에서 중요하게 평가되는 내구성능과 관련하여서는 기존 연구가 많이 이 루어지지는 않았다. 본 연구에서는 알칼리 활성 콘크리트의 강도발현과 내구특성 비교를 통해, 도로포장 유지보수재료로 활 용이 가능한지에 대한 적용가능성 여부를 평가하였다. 본 연구에서는 결합재 타입 및 구성에 따른 알칼리 활성 콘크리트의 물성특성을 분석하였으며, 그 결과를 그림 1과 2에 나타내었다. 그림에서 나타내 것과 같 이 일반 슬래그 기반 알칼리 활성 콘크리트의 경우에는 24시간에 압축강도 21MPa 이상을 나타내었으나, 개질슬래그 기반 콘크리트의 경우 6시간 안에 21MPa이상을 나타내어 조기강도발현 특성이 우수한 것으로 평가되었다. 장기강도 측면에서는 일반 슬래그 기반 콘크리트가 더 우수한 것으로 나타났다. 또한 염소이 온침투저항성 실험결과에서는 개질슬래그 기반 콘크리트가 일반슬래그 기반 콘크리트에 비해 투수저항성 이 상당히 우수한 것으로 나타났다. 특히 개질슬래그 기반 콘크리트의 경우 재령 7일에 2,000쿨롱이하, 28일에 약 1,000쿨롱 정도로 측정되어 콘크리트 유지보수재료 품질기준을 만족하는 것으로 나타났다. 이 외에 표면박리저항성 실험결과에서도 개질슬래그 기반 알칼리 활성 콘크리트가 가장 박리량이 적었으며, 특히 실험종료 후 박리량이 1kg/㎡ 이하를 나타내어 박리저항성이 상당히 우수한 것으로 평가되었다.
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2014.09
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탄소나노튜브를 첨가한 시멘트계 재료는 압축하중이 가해짐에 따라 저항이 변화되는 특성을 지니고 있다. 이러한 특성을 이용한다면 콘크리트 포장 도로에 가해지는 하중을 실시간으로 감지 할 수 있다. 기존에 사 용되어 왔던 센서들은 포장 재료 겉 표면에 붙이거나, 타설과 동시에 내부에 심어 사용을 한다. 이러한 센서 들은 시간이 지남에 따라서 포장 재료와 이질적인 거동을 하게 되면서 장기거동을 계측하는데 있어 문제점 이 있다. 그러나 탄소나노튜브를 첨가한 시멘트계 합성물은 자체적으로 포장 재료로서 사용되며 동시에 센 서로서도 활용 할 수 있는 첨단 포장 재료가 될 수 있다. 선행 연구 결과 시편의 내부 수분량이 압저항 효과 에 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 이러한 실험 결과를 바탕으로 시편의 수분량을 정량적으로 평가 할 수 있는 내부 상대습도를 측정하고 이에 따른 압저항 효과를 분석하는 것이 본 연구의 목표다.
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공항 콘크리트 포장 설계법은 경험적설계법에서 역학적설계법으로 변하고 있다. 하지만 다양한 환경조 건과 파손의 불확실한 예측 등의 이유로 완벽한 역학적 설계방법은 아직 개발되지 않았으며 현재는 기존 에 축적된 경험과 공학적 개념을 도입한 역학적-경험적 설계방법이 사용되고 있다. 따라서 미연방항공청 (FAA)에서는 역학적-경험적 설계방법인 FAA-6E를 제시하였지만 이는 각 항공기 제원 및 포장층의 물 성 등 많은 입력 변수가 필요하기 때문에 편리성이 떨어지며 환경하중을 고려하지 못하는 단점이 있다 (FAA, 2009). 따라서 최근 국․내외에서는 환경하중을 고려하기 위한 연구가 활발히 진행되었으며 박주영 외(2014)는 국내 지역의 기후 특성을 고려하여 국내의 지역별 콘크리트 포장의 환경하중을 정량화하였다. 또한 김연태(2014)는 DDT (Double Duals in Tandem) 기어에 의해 설계된 공항 콘크리트 포장의 교통응 력과 환경응력을 고려한 응력회귀식을 개발하였고 산출된 총 응력은 환경하중의 영향이 고려되기 때문에 기존의 경우와 비교하였을 때 응력과 차이가 크게 나타난다. 이러한 차이로 인해 기존의 피로모형을 이용 하여 설계 수명을 예측할 경우 상이한 결과가 도출된다. 따라서 교통 및 환경하중을 적용했을 때 합리적 인 공항 콘크리트 포장의 구조적 수명 예측하기 위해서 적절한 피로모형이 선정이 필요하다.
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최근 기상이변으로 빈번히 발생하는 집중호우는 국내․외의 사회기반 시설물의 주 기능을 상실하게 만들고 있다. 사회기반 시설물 중 사회간접자본의 중요한 축을 담당하고 있는 공항은 일반적인 도로 포장 시스템과 달리 재하 되는 하중이 크기 때문에 설계나 시공에 있어 일반 도로보다 큰 비용이 소모되며 연간 100억 이상 의 유지보수 비용을 투자하고 있다. 하지만 현재 국내 공항의 19본 중 12본이 10년 이상 된 활주로이다. 공항 의 설계목표년도인 20년을 초과한 활주로도 전체의 50%가 넘는 10본이고 공용년수 30년을 초과한 활주로도 5본이나 된다. 이러한 노후화된 공항의 표면과 줄눈부 파손, 활주로와 노견의 접합부를 통한 우수의 침입은 포 장체 내부에 저장되거나 노상으로 유입되기 때문에 골재의 파손과 노상지지력 약화 등의 문제를 야기하여 공 항의 설계목표년도보다 빠르게 활주로의 기능을 상실하거나 배수되지 못한 물로 인해 항공기 연착, 지연 등의 문제를 발생시킨다. 이런 문제를 해결하기 위해 공항에서는 활주로 길어깨 끝단부에 맹암거를 설치하여 배수 를 하고 있지만 포장체 내부로 침투된 유입수가 맹암거까지 도달하는 시간이 길고 현재 시공되어있는 활주로 포장의 기층과 보조기층이 불투수층으로 되어있기 때문에 콘크리트 표면을 통해 들어온 침투수가 맹암거로 흘 러가는 동안 쌓이는 강우량을 저장할 수 있는 용량이 부족하여 공항의 침수를 발생시킨다. 본 연구에서는 집중된 호우와 활주로 콘크리트 포장의 파손으로 인해 유입되는 많은 양의 물을 빠른 시간 안에 배수할 수 있는 지하 배수 시스템을 연구 분석하기 위해 기존 공항 활주로에 시공되는 포장 구조와 본 연구에서 제시하는 각기 다른 구조의 지하 배수 시스템을 비교 분석하여 최적화된 공항포장 지하 배수 시스 템을 연구하였다.
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본 연구에서는 폐콘크리트의 발생지 및 재생골재 생산방법 별로 골재 종류를 나누어 각각 비중, 흡수 율, 마모율, 안정성 실험을 실시하였으며, 결과를 통해 각각의 발생지 및 생산방법에 따른 골재특성의 차 이를 알아보았다. 생산방법에 대한 모식도는 아래의 그림 1과 같다. 실험 결과는 아래의 표 1과 같다.
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현재 공항에서 주로 사용되는 콘크리트 포장은 미국 연방항공청(FAA) 및 국제 민간항공기구(ICAO) 등 에서 제시한 경험적 설계를 하고 있으나 이러한 경험적 설계는 공학적 개념이 부족하여 정확하지 않으며 더욱이 최근 사용되는 역학적-경험적 설계법은 공학적 검증 없이 해외의 설계법을 사용하여 국내 실정에 맞는 설계법이 필요하다. 또한 기존의 설계방법은 설계인자 중 환경하중을 고려하지 못하여 정확한 설계 에 어려움이 있다. 따라서 본 논문에서는 환경하중을 고려하기 위해 공항에 따른 지역별 기후를 고려하여 지역별 연평균 일교차와 연평균 상대습도를 반영한 등가온도차이를 적용하였으며 교통하중의 경우 설계 항공기 중 대형항공기에 해당하는 Duals in Tandem(DT) 기어형상을 적용하였다. DT기어가 재하 될 때 슬래브에서 발생하는 최대인장응력의 위치를 확인하기 위해 유한요소해석 프로그 램인 FEAFAA 2.0을 사용하여 해석을 실시하였으며, 그 결과 교통하중만 작용할 때와 환경하중을 고려한 교통하중이 작용할 때의 최대인장응력 발생 위치는 서로 상이하였고 이를 고려하여 회귀식 산정을 위한 유한요소해석을 실시하였다.이어 합리적인 응력회귀식을 산정하기 위해 포장에 영향을 미칠 것으로 예상 되는 인자를 선정하였으며, 이를 민감도 분석한 결과 슬래브 두께(), 기어하중( ), 줄눈간격(), 슬래브 하부 지지력계수( )가 기준응력에서 5% 이상의 슬래브 응력 거동에 영향을 주는 주요 인자로 선정되었 다. 또한 역학적 설계에 따라 국내 공항의 환경 및 설계항공기의 기어 특성을 고려하여 앞서 민감도 분석 을 통해 결정된 인자들을 바탕으로 DT기어의 교통하중만 작용할 때와 교통하중과 환경하중을 모두 고려 했을 때 의 경우에 대해서 해석을 실시하였다. 이러한 해석결과를 바탕으로 사회과학 통계프로그램(SPSS)을 이용한 다중회귀분석을 실시하여 회귀식 을 산출하였다. 교통하중의 경우 네 개의 독립변수에 대한 회귀식이며, 환경하중을 고려한 교통하중의 회 귀식은 환경하중 회귀식(김연태, 2014)을 통해 얻은 결과를 활용하여 복합하중에 대한 회귀식을 얻었다. 교통하중에 대한 회귀식은 상관계수가 0.994로서 종속변수에 대한 독립변수들의 상관도가 매우 높음을 확인할 수 있었으며, 유의확률 및 다중공선성이 0.000과 10이하의 값으로서 각 인자들 간에 영향을 주는 정도가 낮은 것으로 판단되었다. 다음 두 식은 DT 기어에 대한 교통하중과 환경하중을 고려한 교통하중 의 회귀식이며 각 인자들의 계수를 비교함으로서 응력거동에서 영향을 주는 정도를 확인할 수 있다.
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2014.09
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최근 공항포장 현황을 살펴보면, 민간 공항에서는 활주로와 유도로는 아스팔트포장으로 시공하고 계류 장은 콘크리트 포장으로 시공하고 있으며 군용 공항에서는 활주로, 유도로, 계류장 등 항공기가 운항하는 모든 지역을 콘크리트 포장으로 시공하고 있다. 이것은 일찍이 아스팔트 포장이 주축을 이루던 국내공항 에서, 주둔 미군에 의해 도입된 콘크리트 포장이 군용 공항에서는 시멘트 수급 활성화 정책과 맞물려 대 대적으로 채택·정착된 반면에 민간 공항에서는 변화가 수용되지 못하고 계류장 지역의 채택으로 그치게 되었다. 어쨌든 오랜 기간의 공항포장 시공경험으로 콘크리트 포장의 시공기술은 많은 발전을 거듭하여 현재는 상당한 수준에 달해 있다. 콘크리트 골재의 입도는 시공성, 강도, 내구성, 재료 분리, 필요수량 뿐만 아니라 경제성에도 영향을 미친다. 지금까지 많은 연구를 통해 입도를 최적화하는 모델이 개발되어 왔다. 최근 몇몇 기관 시방서에 서는 최적입도의 이점을 이용하기 위해 채택하여 왔다. 최적입도는 콘크리트의 일부 속성을 강화하기 위 해 더욱 양입도의 재료를 만드는 것 등의 방식으로 개선되는 경우가 일반적이다. 더욱이, 입자 형상은 최 적입도의 성공적인 사용 가능한 요소로 언급되었다. 특히, 공항포장 콘크리트는 도로포장 콘크리트에 비하여 더 큰 하중이 작용하므로 높은 강도와 고내구 성이 요구되어 단위 시멘트량을 높게 사용하고 있지만 현재 다양한 유형의 파손이 다수 발생되어 잦은 유 지보수가 적용되고 있다. 따라서 공항포장 콘크리트가 요구하는 높은 강도와 고내구성을 확보할 수 있는 새로운 탄소배출 저감형 공항포장 콘크리트 개발이 요구된다. 본 논문에서는 고강도·고내구성을 확보할 수 있는 공항포장 콘크리트의 개발을 위한 기초연구로서 재 료측면에서 골재의 최적입도(Optimized Aggregate Gradation)를 적용하여 시험시공을 실시하였다. 최 적입도는 정규입도보다 압축강도와 휨강도가 증진되며 일반적으로 휨강도가 높으면 교통하중 및 환경하 중에 의한 횡방향 균열이 더 적게 발생하게 된다. 또한 최적입도를 적용하면 시멘트의 사용량을 줄일 수 있으므로 탄소배출 저감 측면에서도 유리하다.
