1970년 경부고속도로를 시작으로 우리나라에 본격적인 고속도로시대가 열렸으며, 전국을 하루생활권 안에 들도록 만들었다. 그 후 호남선, 영동선, 중부선, 외곽순환선 등의 잘 짜인 고속도로망은 지금까지 우리나라 경제발전의 핵심 인프라로서 그 역할을 해왔다. 그러나 고속도로는 영구적으로 사용할 수 있는 구조물이 아니기 때문에 포장면에 지속적으로 가해지는 교통하중과 온도 및 습도의 환경하중으로 인해 구 조적인 능력이 한계에 도달하며, 특히 공용연수가 지난 포장은 공용 초기에 비하여 파손이 기하급수적으 로 증가하게 된다. 이러한 포장 파손의 급증은 교통안전을 위협할 뿐만 아니라 보수비용을 급격하게 증가 시키는 경제적 문제도 발생시킨다. 따라서 본 연구에서는 콘크리트 포장파손에 미치는 인자를 파악하기 위해서 파손 종류별로 포장체의 재령 및 교통량과 환경인자에 해당하는 기온, 상대습도, 적설 일 수, 제설 제 사용량 등과의 상관성 분석 및 통계적 유의성을 검토하였다. 분석에서 사용한 포장체의 재령은 준공년도로부터 데이터 측정시점까지의 기간으로 정하였다. 또한 교 통량의 경우, 각 노선별에 대해 교통량과 차종 12종의 등가단축하중계수(ESALF)를 이용하여 등가단축하 중(ESAL)을 구해 각 파손들과 상관성 분석을 실시하였다. 이어 환경인자에 해당하는 인자들에 대해 파손들과의 분석을 실시하였다. 기온의 경우 콘크리트의 온 도를 변화시켜 슬래브의 열수축, 열팽창 및 이로 인한 컬링을 일으켜 파손을 발생시키고, 습도의 경우 콘 크리트의 부등건조수축으로 인해 슬래브에 와핑을 일으켜 파손을 발생시킬 수 있다고 판단하였다. 적설 일 수와 제설제 사용량은 제설제에 포함된 염화물에 의한 포장 파손의 가능성을 고려하였다. 중부선, 영 동선 등 총연장 1,426km에 달하는 재령 20년 이상의 노후된 고속도로 줄눈 콘크리트 포장을 대상으로 파 손 종류별 심각도와 앞서 언급한 네 가지 영향인자의 관계를 통계적으로 분석하였다. 파손은 종방향 균 열, 횡방향 균열, 패칭, 스켈링, 내구성 균열, 모서리 파손, 펀치아웃, 스폴링 등 총 10가지의 파손을 대 상으로 하였으며, 파손의 영향인자는 해당 포장구간에 인접한 기상관측대의 자료를 사용하였다. 기온과 상대습도는 2011년부터 2013년까지의 연평균을 사용하였고, 적설 일 수는 2011년부터 2013년까지 연중 0.1cm 이상 적설된 일수의 연평균을 사용하였으며, 제설제 사용량은 2007년부터 2011년까지 한국도로공 사 각 지사에서 사용한 양의 연평균을 사용하였다. 최종적으로 각 파손에 대해 어떠한 인자가 영향을 주 는지 원인을 분석하였으며 정리된 자료를 바탕으로 리모델링 지수(Remodeling Index)를 개발하는 데에 참고하였다.

현재 국내에서 개발된 콘크리트 포장의 설계프로그램은 도로포장에 관련된 한국형 포장설계프로그램 (KPRP)로 교통하중과 지역별 환경조건을 복합적으로 고려하여 포장 설계를 실시한다. 하지만 공항 콘크 리트포장 설계프로그램은 국내 환경조건을 고려할 수 있는 프로그램은 전무하고 미연방항공청(FAA)에서 개발된 FAAFIELD프로그램이 존재하나 항공기 기어하중과 온도하중만을 고려하고 습도하중을 고려하지 못해 합리적인 설계를 못하는 실정이다. 따라서 항공기 기어하중과 환경하중을 복합적으로 고려하는 공항 설계 프로그램 개발이 필요하다. 본 연구에서 개발된 프로그램개발은 국내 공항 콘크리트 포장 응력해석 및 설계 프로그램이다. 선행연 구에서 유한요소해석과 다중회귀분석을 통해 개발된 국내공항의 설계항공기에 따라 각 기어별 환경하중 과 기어하중을 동시에 고려한 응력 회귀모형과 이에 적합한 합리적인 설계 수명을 산출을 위해 응력보정 계수를 보정한 수정 FAA AC 150/5320-6E 피로모형을 적용하였다. 프로그램은 비주얼베이직을 기반으 로 개발되었으며 입력부와 출력부로 구분된다. 입력부에 입력변수로는 설계 교통 특성, 포장구조 특성, 환경 특성으로 구분되며 설계 교통 특성에는 기어의 종류, 설계항공기하중, 설계교통량을 입력한다. 포장 구조 특성에는 설계의 응력검토를 위해 슬래브 두께, 줄눈간격, 복합지지력을 입력하며 환경하중을 고려 하기 위해 환경조건이 내장되어있는 17개의 지역을 선택할 수 있다. 이 외의 지역에 설계는 일교차와 상 대습도를 입력하여 환경조건을 고려한다. 본 프로그램은 사용자 중심으로 단순화된 인터페이스로 구성되어 있어 공항포장 실무자들의 편의성을 고려하였으며 기어의 종류, 설계항공기하중, 설계교통량, 지역설정 등을 통해 줄눈간격에 따른 적정 슬래 브 두께가 산출된다. 향후 콘크리트 포장 뿐만 아니라 아스팔트 포장관련 추가 연구를 통해 개발된다면 국내 공항 포장의 보완을 통해 정확한 설계가 가능할 것으로 기대한다.

PURPOSES : In this study, wasted vinyl aggregate, which possesses better thermal properties than natural aggregate, was used in cement concrete mixture to develop more economical concrete with thermal insulation and freeze prevention effects. METHODS : Slump and air content of the fresh concrete, which substituted its 0%, 5%, and 10% of coarse aggregate with wasted vinyl aggregate, were measured. Compressive strength, Poisson’s ratio, elastic modulus, and splitting tensile strength of hardened concrete were measured by laboratory tests. Thermal properties of concrete such as coefficient of thermal expansion, thermal conductivity, and specific heat were also measured according to replacement ratio of wasted vinyl aggregate. Finally, the thermal insulation and freeze prevention effectiveness of the concrete mixed with wasted vinyl aggregate was confirmed through finite element analysis of road pavement crossing above concrete box culvert made from wasted vinyl aggregate. RESULTS: Even though the physical properties of wasted-vinyl-aggregate concrete such as compressive strength, Poisson°Øs ratio, elastic modulus, and splitting tensile strength were inferior to those of ordinary concrete, they met requirements for structural concrete. The thermal properties of concrete were improved by wasted vinyl aggregate because it decreased thermal conductivity and increased specific heat of the concrete. According to the result of finite element analysis, temperature variation in pavement subgrade was mitigated by box culvert made from wasted-vinyl-aggregate concrete. CONCLUSIONS: Through the laboratory test and finite element analysis of this study, it was concluded that the concrete structures made from wasted vinyl aggregate showed thermal insulation and freeze prevention effects.

PURPOSES: The purpose of this paper is showing that the state of pavement sublayers can be evaluated differently according to direction of FWD. METHODS: The concrete pavement slabs above subgrade without anything, subgrade with cavity, and box culvert were modeled by finite element method(FEM). The modeled pavements were analyzed by changing the direction of falling weight deflectometer(FWD). The deflection results obtained from FEM were used to calculate radius of relative stiffness and composite modulus of subgrade reaction using AREA method. Then, the analyzed results were compared to the results of the test performed at the Korea Expressway Corporation(KEC) test road. RESULTS : The composite modulus of subgrade reaction increased with subgrade elastic modulus, while radius of relative stiffness decreased. The pavement sections of pure earth showed the consistent results regardless of FWD direction. In case there was cavity, the radius of relative stiffness was larger and composite modulus of subgrade reaction was smaller when FWD was leaving the cavity than when approaching the cavity. This pattern became clear when the cavity got larger. In case of the section with box culvert, the pattern was opposite to the case of cavity. When the soil cover depth increased, the effect of box culvert got smaller. When the load was applied far from the cavity and box culvert, the effect was also declined. The test performed at the KEC test road showed identical results to those of finite element analysis. CONCLUSIONS : The direction of FWD should be considered in evaluation of the state of pavement sublayers because it can be evaluated differently even under identical condition.

포장하부는 공용기간이 경과하면서 다양한 이유로 인해 지지력저하, 부등침하, 단차 등이 발생하고 이 는 포장의 파손으로 이어져 운전자들의 주행성과 안전성을 저하시킨다. 이러한 파손을 방지하기 위해서는 포장하부를 명확하게 파악하고 적절한 시기에 유지보수를 실시하여 공용성을 유지시켜야 하는데 포장하 부를 평가하는 기법으로는 국·내외에서 가장 많이 사용되는 비파괴 기법인 FWD를 주로 사용하고 있다. FWD는 포장구조진단기로 포장체에 하중을 가하고 이로 인해 발생하는 수직처짐량을 일정한 간격으로 배 치된 계측기에서 측정하여 하중과 처짐량의 관계를 분석하여 포장하부 상태를 평가한다. 하지만 FWD의 방향에 따라 동일지점이라 하더라도 포장하부 상태가 상이하게 나타날 수 있음에도 불구하고 이에 대한 명확한 규정 및 지침이 없는 상태이다. 따라서 본 논문에서는 AASHTO 98년도 설계지침에서 제시한 AREA방법을 이용하여 FWD 방향에 따른 포장하부 상태평가를 실시하였다. FWD의 방향에 따른 포장하 부 상태평가를 실시하기 위해 유한요소해석 및 현장시험을 실시하였으며 유한요소해석은 상용프로그램인 ABAQUS를 사용하였고, 유한요소모형은 토공부, 공동이 존재 하는 구간. 암거가 존재하는 구간을 모사한 뒤, 공동의 크기와 암거의 토피고, 노상의 탄성계수를 변화시켜가며 유한요소해석을 실시하였다. 유한요 소해석 결과 토공부에서는 FWD의 방향에 관계없이 동일한 결과가 나타났는데 이는 유한요소의 경우 물 질을 균질한 상태로 가정하고 해석을 하기 때문이라고 판단되었다. 공동이 있는 구간의 해석결과는 계측 기가 공동이 있는 곳으로 향하면 포장하부 상태가 불량하게 도출되었으며, 공동의 크기가 커질수록 FWD 의 방향에 따른 포장하부 지지력 계수의 차이는 커졌다. 이어 암거가 존재하는 구간에서 유한요소해석을 실시한 결과 암거가 존재하는 방향으로 계측기가 존재 할 경우 포장하부 상태평가가 양호하게 나타났으며 이는 강성인 암거의 영향 때문이라고 판단되었다. 또한 암거의 토피고가 증가함에 따라, 노상의 탄성계수가 증가함에 따라 FWD의 방향에 따른 포장하부 의 지지력 계수의 차이는 줄어드는 것을 확인 할 수 있었다. 이어 유한요소해석의 결과를 검증하기 위해 국 내 상용중인 고속도로의 토공부와 암거부에서 FWD의 방향에 따른 포장하부 상태평가를 실시하였다. 토공 부와 암거부 현장은 각각 2곳씩 총 4군데이며 먼저 토공부의 경우 유한요소해석의 결과와 달리 FWD의 방 향에 따라 포장하부 상태의 결과가 서로 상이하게 도출되었으나 뚜렷한 경향은 찾을 수 없었다. 이는 시공 당시에는 엄격한 관리에 의해 시공이 되지만 시간이 경과함에 따라 다양한 이유로 인해 하부지반에 변화가 생겼기 때문이라고 판단된다. 암거가 존재하는 구간에서 FWD의 방향에 따른 포장하부 상태평가를 실시한 결과 FWD의 방향에 따라 포장하부 상태의 결과가 상이하게 도출되었으며 앞서 실시한 유한요소해석결과와 동일하게 계측기의 방향이 암거방향으로 향할 경우 포장하부 상태평가가 양호하게 도출되었다. 본 연구를 통해 FWD의 방향에 따라 동일지점이라 하더라도 포장하부의 상태가 상이하게 도출될 수 있다는 것을 확인 하였으며 추후 다양한 현장에서 추가적인 현장실험을 통해 데이터를 축적 할 예정이다.

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.

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.

현재 공용되고 있는 국내공항들은 효율적인 포장관리를 위해 포장상태평가를 일반적으로 5년 주기로 시행하고 있으며, 포장표면결함의 종류와 정도를 통해 포장상태지수(PCI: Pavement Condition Index)를 산출한다. PCI의 범위는 0부터 100까지이며 100은 포장의 결함이 거의 없는 최상의 상태이며 0은 완전히 파괴되어 포장으로서의 기능을 할 수 없는 상태이다. 일반적으로 상당한 보수를 필요로 하는 Critical PCI값은 70으로 규정하고 있다. 이 러한 PCI값을 통해 포장의 현 상태를 판단할 수 있으며, 보수를 필요로 하는 시점을 예측 할 수 있다. 기존의 공 항포장의 PCI에 관한 연구는 재령에 따라 PCI값이 저하되는 정도를 분석하여 공용수명을 예측하는 것이다. 그러 나 이러한 연구는 PCI에 영향을 미치는 피로하중, 기후환경, 포장하부상태 등을 고려하지 않은 채, 단순히 재령과 PCI와의 관계만을 통하여 공용수명을 예측함으로써 PCI 감소에 영향을 끼치는 요인을 알 수가 없다. 본 논문에서는 공항 콘크리트 포장만을 대상으로 하였으며, 콘크리트포장 PCI에 영향을 미치는 요인들을 고 려하였다. 피로하중은 누적교통량 하중을 적용하였으며, 기후환경은 월평균 일교차와 월평균 상대습도를 적용 하였다. 포장하부상태는 슬래브두께, 노상지지력계수 등을 고려하였다. 공항 포장의 용도에 따라 활주로 중앙 부, 활주로 양끝단부, 평행유도로, 직각유도로, 계류장 등으로 구분하였으며, 각 구역별로 재령을 포함한 위의 인자들을 독립변수로 하고, PCI를 종속변수로 하여 구역별 예측모형 회귀식을 개발하였다. 또한 각 회귀식 인 자들의 유효한 범위 값 설정과 민감도 분석을 실시하였다.

PURPOSES: This research is to evaluate the mechanical performance of different types of Hot Mix Asphalt (HMA) pavement cells prepared for MN/Road field testing section through an extensive experimental analysis of air voids and simple statistical evaluation tools (i.e. hypothesis test). METHODS: An extensive experimental work was performed to measure air voids in 82 asphalt mixture cores (238 samples in total) obtained from nine different types of road cell located in MN/Road testing field. In order to numerically and quantitatively address the differences in air voids among the different test Cells built in MN/Road, a simple statistical test method (i.e. t-test) with 5% significance was used. RESULTS: Similar trends in air voids content were found among the mixtures including conventional HMA, Reclaimed Asphalt Pavement (RAP) and Warm Mix Asphalt (WMA) combined with taconite aggregate this provides support to the use of RAP and WMA technology in the constructions of asphalt pavement. However, in case of acid modified HMA mixtures, significant differences in air void content were observed between on the wheel path and between wheel path location, which implies negative performances in rutting and thermal cracking resistances. Conclusions : It can be concluded that use of RAP and WMA technology in the construction of conventional asphalt pavement and the use of PPA (Poly Phosphoric Acid) in combinations with SBS (Styrene Butadiene Styrene) in asphalt binder production provide satisfactory performance and, therefore, are highly recommended

PURPOSES : The purpose of this study is to investigate the optimal joint positions which can minimize distresses of concrete pavement containing box culvert with horizontally skewed angles. METHODS : The concrete pavement containing the box culvert with different skewed angles and soil cover depths was modeled by 3 dimensional finite element method. The contact boundary condition was used between concrete and soil structures in addition to the nonlinear material property of soil in the finite element model. A dynamic analysis was performed by applying the self weight of pavement, negative temperature gradient of slab, and moving vehicle load simultaneously. RESULTS : In case of zero skewed angle (0˚), the maximum tensile stress of slab was the lowest when the joint was positioned directly over side of box culvert. In case there was a skewed angle, the maximum tensile stress of slab was the lowest when the joint passed the intersection between side of the box culvert and longitudinal centerline of slab. The magnitude of the maximum tensile stress converged to a constant value regardless the joint position from 3m of soil cover depth at all of the horizontally skewed angles. CONCLUSIONS : More reasonable and accurate design of the concrete pavement containing the box culvert can be possible based on the research results.

공항 콘크리트 포장의 설계방법은 기존의 현장시험 결과를 바탕으로 한 경험적 설계방법에서, 하중조건을 고려하여 포장의 잔존수명을 예측하는 역학적-경험적 설계방법으로 발전해왔다. 미연방항공청(Federal Aviation Administration)에서는 3차원 유한요소해석에서 산출된 응력으로 공항 포장두께를 결정하는 역학적 설계방법을 병행하는 역학적-경험적 설계지침 AC-150/5320-6E을 제시하였다. 하지만, 국내에서도 적용되는 이 방법은 환경조건을 고려하지 못한 단점이 있어, 이에 대한 개선이 필요하다(Jeong et al., 2010). 환경하중은 공항포장에서 슬래브의 파손을 야기하는 주요 원인 중 하나이다. 콘크리트 슬래브에서 깊이에 따 른 온도 분포와 상하부의 부등건조수축으로 인해 하향컬링과 상향컬링 현상이 발생하며, 슬래브의 자중, 보조기층과의 마찰, 그리고 다웰바 등에 의해 구속되어 슬래브 내부에 응력을 발생시킨다. 내부 응력이 발생한 상태에서 교통하중이 복합적으로 작용하여 슬래브의 파손을 야기하므로 환경하중을 고려하지 않은 기존의 역학적 설계는 실제 포장의 공용성을 정확하게 예측할 수 없다(박주영 등. 2013). 본 논문에서는 공항포장에서 환경하중의 영향을 분석하기 위해 환경하중 및 교통하중을 고려한 수치해석을 실시하였고, 슬래브에 발생되는 최대인장응력의 크기와 그 때의 기어하중 위치를 찾았다. 환경하중을 적용하기 위해 미국 켄터키주 공항 콘크리트 포장의 열팽창계수 실측 데이터를 적용하여 등가선형온도차를 산출하였으며, 양과 음의 온도구배를 각각 재하하였다. 분석 결과, 그림 1과 같이 단일 하중조건만 고려했을 경우는 교통 하중이 환경하중에 비해 더 큰 인장응력이 나타났지만, 환경하중과 교통하중을 복합적으로 적용했을 때에는 발 생되는 인장응력이 큰 차이를 보였다. 또한 이러한 해석 결과들은 실제 공항에서 파손이 자주 발생되는 취약구간과 일치하는 경향을 보였다. 이로써 공항 콘크리트 포장의 공용 수명을 예측하고, 합리적인 설계를 위해서는 환경하중이 고려되어야한다 판단되었다.

종방향 그루빙 공법은 포장의 표면적과 타이어와의 접촉 면적을 넓혀줌으로써, 마찰에너지에 의해 결빙된 구간을 빨리 녹여주고, 차량의 주행성을 증가시키는 역할을 한다. 뿐만 아니라 요철이 있는 노면과 차량간의 충격 에너지, 제설 작업 시 살포된 염화칼슘의 잔류효과로 인하여 해빙 효율을 더 높일 수 있다(노성렬 외 2005; 김광우 외 2003). 본 연구에서는 폐비닐골재 혼합 아스팔트포장에 그루빙 공법을 적용하였을 때, 융설효과가 증진되는지를 확인하기 위한 현장실험을 실시하였다. 시험 시공은 총 4구간(일반 아스팔트, 일반 아스팔트 + 그루빙, 폐비닐골재 혼합 아스팔트, 폐비닐골재 혼합 아스팔트 + 그루빙)을 덧씌우기 형태로 시공하였다. 그루빙 공법은 배수성 향상, 결빙 억제 및 미끄럼 저항성 향상을 위한 설치 규격인 9mm(폭) × 6mm(깊이) × 60mm (간격 : CTC)을 적용하였다. 현장의 기온이 -3℃일 때 4cm 두께로 동일하게 인공눈을 포설하였고, 차량 통과 횟수 20, 100, 200, 400회 간격으로 적설 높이를 측정하여 융설효과를 정량적으로 비교하였다. 현장실험 결과, 융설효과는 그림 1과 같이 폐비닐+그루빙 구간, 폐비닐 구간, 일반+그루빙 구간, 그리고 일반 아스팔트 구간 순으로 뛰어난 것으로 나타났다. 이를 통해 융설효과에 영향을 미치는 폐비닐골재와 그루빙 두 인자를 비교하였을 때, 폐비닐골재의 기여도가 그루빙보다 큰 것으로 파악되었다. 또한 동일한 포장재료가 사용된 경우는 그루빙을 설치하였을 때 융설효과가 더 우수한 것으로 확인되었다. 차량주행횟수에 따른 융설효과를 비교하였을 경우 초기(100회 미만)에는 각 구간별 융설효과가 큰 차이를 보이지 않았지만, 주행횟수가 100회를 초과하면서 차이를 보이기 시작하였으며, 주행횟수가 200회일 때 가장 큰 차이를 보였다. 이는 주행횟수가 적은 초기에는 차량하부의 열과 포장의 마찰에너지가 포장 내부에 축적되는 과정으로, 융설에 미치는 영향이 미비하였지만, 에너지가 축적된 이후(주행횟수 100회 이상)에는 지속적인 차량주행으로 공급된 에너지가 폐비닐골재의 단열 및 보온 효과로 인하여 급격한 융설이 진행된 것으로 판단되었다.

최근 지구온난화에 따른 제트기류의 영향으로 겨울철 최저기온이 낮아지면서 한파가 증가함에 따라 도 로포장과 지중구조물의 동상에 의한 파손 가능성이 점차 증가하고 있다. 동절기가 되면 0℃ 이하의 낮은 온도에서 흙 속의 간극수와 수분 유입에 따라 빙정(Ice lens)이 형성되며, 체적이 팽창되는 동상 현상이 발생한다(이경하 등, 2002). 포장하부의 동상은 0℃ 이하의 온도, 수분의 공급, 토질의 3가지 요소의 조 합에 의하여 발생되며, 한 가지 요소라도 충족되지 않으면 발생하지 않는다(신은철 등, 2012). 지중구조물 주변은 지중구조물 내부로 통과하는 대기에도 영향을 받아 포장 표면과 지중구조물 상단으로 부터 위아래로 결빙이 확산된다. 또한 박스형 암거와 보강슬래브의 간섭으로 인해 하부로 흘러내려야 할 유입수분이 정체하기 쉬운 구조적 여건이므로 동상으로 인한 파손에 매우 취약하다. 국내에서는 포장하부 동상을 방지하기 위해 노상 상부에 별도로 동상방지층을 설치하고 있지만, 흙쌓기 높이 2m 이상인 구간에는 동상방지층을 생략하고 있다(국토해양부, 2012). 하지만, 지중구조물이 매설된 구간은 대부분 흙쌓기 높이가 2m 이상이므로 국토교통부 기준에 따라 동상방지층이 생략되고 있기 때문에 동상으로 인한 포장융기, 평탄성 저하, 동결융해 반복에 따른 지반열화 등으로 인해 다양한 포장파손이 발생한다(권기철, 2002). 본 논문에서는 포장하부 지반의 동상을 최소화 시키기 위해, 박스형 암거 상부에 Crown 경사를 적용하 여 지중구조물 구간으로 유입된 수분을 배수시키는 방안을 고찰하였다. 포장하부의 재료별 배수성능을 검토하였고, 기상청 자료를 참고하여 지역별 동절기(12월~1월)의 1시간 최대강수량과 폭우를 기준으로 한 시간당 강수량을 비교분석하였다. 그리고 노면배수를 고려하여 포장하부 유입량을 산정하였다. 박스형 암거는 일반적으로 시공되는 중형 박스암거(4.5m×4.5m)를 기준으로 0%~10%의 Crown 경사를 적용하였으며, 동상방지재료(SB-1 또는 SB-2)와 일반 노상재료에 대해 배수성능을 분석하였다. 국내의 겨울철 기후특성을 고려하여 분석한 결과, 그림 1과 같이 동상방지재료는 1%를, 노상재료의 경우 6%의 Crown 경사를 적용함으로써 동상을 최소화할 수 있는 방안을 제시하였다.

건설당시 엄격한 다짐관리로 시공된 노상과 보조기층은 공용기간이 경과함에 따라 압밀침하, 배수불 량, 그리고 지하수위 상승 등의 원인으로 품질이 저하된다. 지반에 변형이 생기면 포장표층과 지반사이에 공동이 발생되며, 여기에 하중이 재하 되면 설계 당시 예상한 것보다 더 큰 응력이 발생하여 포장에 파손이 발생하고 결과적으로 공용성이 저하되는 등의 문제가 발생할 수 있다(박주영 등, 2013). 따라서, 포장 하부 공동유무의 평가는 매우 중요하지만, 육안으로 확인하는 것은 불가능하므로 비파괴 방법을 사용하여야 한다. 구조물 내의 이격된 공간을 검사하는 비파괴 방법 중 하나인 충격반향기법(Impact-Echo Method)은 많은 분야에서 사용되고 있지만 포장하부의 공동탐사에 적용된 사례는 드물다. 충격반향기법은 그림 1과 같이 구조물에 응력파(Stress wave)를 발생시켜 그 응답을 분석하여 결함을 탐지하는 방법이다(Sansalone et. al., 1986). 응력파는 가진력을 일으킬 수 있는 장비에 의해 발생되며 표면과 내부결함 사이에서 다중반사가 일어나면서 일시적인 공진이 발생하여 구조물의 상태를 평가한다. 본 논문에서는 충격반향기법을 콘크리트 포장 하부 공동유무 평가에 적용하기 위한 기초연구를 수행하 였다. 먼저, 콘크리트 포장의 구조적 특징, 물성값, 각 층간의 댐핑계수(Damping Coefficient) 등을 조사 하였다. 조사된 자료를 바탕으로 상용 프로그램 ABAQUS를 이용하여 2D 유한요소해석을 실시하였다. 시간이력해석을 위해 Dynamic-explicit 방법을 적용하여 충격반향기법을 모사하였으며, 동적해석을 통해 콘크리트 포장의 공동의 유무에 따른 응력파 정보를 수집하였다. 최종적으로 획득된 응력파에 대하여 공동의 존재 여부 및 단면에 따른 거동차이를 비교·분석 하였다

탄산칼슘 형성 미생물은 요소(CO(NH2)2)의 가수분해를 통해 탄산염이온(CO3 2-)을 생성하고, 분해된 탄산 염이온은 칼슘이온(CO3 2+)과 결합하는 탄산칼슘형성작용(Microbially Induced Calcite Precipitation)을 하는 것으로 알려져 있다. Muynck et al.(2008)은 탄산칼슘(CaCO3) 형성 미생물을 콘크리트에 적용하여, 자가 균열보수 및 강도 증진 효과의 가능성을 언급하였다. 이러한 탄산칼슘 형성 미생물을 콘크리트 도로포장에 적용할 경우, 경화 시 발생하는 미세균열을 방지하고, 초기강도 증진효과를 얻을 수 있으며, 장기강도 및 공용성을 증진시킬 수 있을 것으로 예상된다. 따라서 본 연구는 탄산칼슘 형성 미생물을 콘크리트 포장에 적용하기 위한 기초연구로서, Lysobacillus sphaericus종의 탄산칼슘형성 미생물을 적용시킨 시멘트 모르타르에서 탄산칼슘 형성량과 초기강도 발현을 확인하였다. 이를 위해, SEM 촬영 및 EDS 분석을 실시하여 탄산칼슘 형성능력을 비교하였고, 3일, 7일 28일 압축강도 시험을 통해 초기강도를 측정하였다. SEM(Scanning Electron Microscope) 촬영 결과, 미생물에 의해 탄산칼슘이 형성된 공시체의 단면은 그림 1(a)와 같이 탄산칼슘 결정들에 의해 거칠게 나타난 반면, 탄산칼슘 미생물이 주입되지 않은 일반 시멘트 모르타르의 표면은 그림 1(b)와 같이 비교적 매끄러운 것으로 확인되었다. EDS(Energy Dispersive x-ray Spectroscopy) 분석을 실시하여 탄산칼슘 형성량을 비교한 결과, 미생물을 적용한 시멘트모르타르 공시체에서 탄산칼슘 질량이 16.7% 증가함이 확인되었다. 그리고 미생물에 의해 생성된 탄산칼슘이 압축강도에 미치는 영향을 분석한 결과, 탄산칼슘 형성 미생물을 적용시킨 시멘트 모르타르의 경우 일반 시멘트 모르타르에 비해 강도가 48.1% 증가하는 것으로 나타났다.

공항 콘크리트 포장 파손에 영향을 미치는 대표적인 인자는 환경하중과 교통하중이다. 최근의 포장 설 계는 기존 현장 실험을 바탕으로 한 경험적 설계 방법에서 환경하중과 교통하중에 의한 포장 거동을 해석하고 잔존 수명을 예측하는 역학적-경험적 설계 방법으로 전환되고 있다. 이전 연구에서는 공항 콘크리트 포장에 작용하는 온도하중과 수분하중의 서로 다른 환경하중 요소를 슬래브 상하부 간의 온도차이 하나로 합할 수 있는 방법을 제시하였다. 본 논문에서는 FAA에서 제공하는 FEAFAA 프로그램으로 그림 1(a)와 같이 이전 연구에서 개발된 온도와 습도에 의한 등가온도차이, 설계항공기 중 대형항공기에 해당 하는 DDT(Double Duals in Tandem) 기어형상, 포장구조, 재료물성 등의 인자에 따른 응력을 산출하였 다. FEAFAA에서는 결과값을 처리하는 포스트 프로세서를 지원하지 않으므로 그림 1(b)와 같이 Tecplot 사의 Tecplot 360 프로그램을 사용하여 최대인장응력 발생위치와 응력크기를 파악하였다. 본 논문에서는 국내외 공항 설계 시 사용되는 기준으로 입력 변수의 범위를 설정하였고, 작용하는 하중 (환경, 교통)별 입력 변수의 민감도분석을 실시하여 응력에 미치는 영향을 분석하였다. 환경하중의 경우 지역별 연평균 일교차와 연평균 상대습도가 반영된 등가온도차이를 사용하였으며, 교통하중의 경우 설계 항공기 중 대형항공기에 해당하는 DDT 기어형상을 적용하였다. 이러한 역학적 근거에 따라 국내의 공항 위치별 환경 특성 및 설계항공기 기어 특성이 고려된 응력회귀모형을 개발하였다. 또한 개발된 회귀모형에 인자를 대입하여 얻은 응력과 유한요소해석 프로그램에 인자를 입력하여 산출된 응력의 비교를 통해 회귀모형의 타당성을 검토하였다.

지중구조물 주위는 다짐이 어려워 장기침하 가능성이 매우 높으며, 지중구조물과 지반의 강성천이구간 은 포장지지력의 심한 변화를 유발시켜 도로의 수명을 저하시킨다. 여기에 여러 하중이 가해지면 설계 시 예상한 것보다 큰 응력이 도입되어 도로 및 구조물에 파손이 발생하고 수명이 감소하게 된다(Darter et al.). 이러한 현상들은 유지관리 비용을 발생시킬 뿐 아니라 차량의 주행성과 안전성에도 영향을 미친다. 이전 연구(박주영 외, 2012)에서는 지중구조물 주변 도로의 건전성 확보를 위한 방안을 제시하고자 유한 요소 방법으로 현장 상황을 모사할 수 있는 모형을 제작하였다. 줄눈위치, 박스 암거의 크기, 보강슬래브의 길이 등을 바꿔가며 지중구조물 상부 도로시스템 거동을 해석하였다. 그 결과 박스 암거의 크기에 관계없이 줄눈을 암거 측면 가까이 설치하는 방법으로 슬래브의 파손을 최소화 할 수 있으며, 보강슬래브의 길이가 2m를 넘게 되면 콘크리트 슬래브에 발생되는 최대인장응력에는 큰 차이가 없으므로, 현재 6m로 설계·시공되는 기준은 과대설계의 가능성이 크다는 결론을 얻었다. 본 논문에서는 위의 연구결과를 검증하기 위해 1/2 상사율을 적용하여 가속시험용 콘크리트 포장을 설계하였고, 한국도로공사의 포장가속시험동에 현장 상황 및 절차에 맞도록 시공하였다. 그리고 위의 그림 1과 같이 실제 차량하중을 이동시키면서 각 지점별 변형률을 분석하였다. 그 결과 암거 측면에 줄눈을 일치시킨 구간이 슬래브 중앙이 암거 측면에 놓인 구간에 비해 슬래브 상·하부 모두에서 인장변형률이 매우 작게 측정되어 선행 연구의 해석결과와 일치함을 확인하였다. 또한 보강슬래브 2m와 6m 구간에서는 유사한 인장변형률의 크기를 보여 합리적이고 경제적인 보강슬래브 길이를 검증할 수 있었다.