인공지능(Artificial Intelligence, AI)은 1950년대 초기개념과 이론을 앨런 튜링이 튜링 테스트를 제안하여 기계가 인간과 같은 수준의 지능을 가질 수 있는지 대한 질문을 던지면서 시작되었다. 1980년대부터 특정 분야의 전문 지식을 모방하여 지원하는 AI 시스템인 전 문가 시스템이 부상하기 시작하면서 Machine Learning이 중요성을 얻기 시작하였다. 특히, Decision Tree, Clustering 그리고 Neural Network Algorithm 등이 연구되기 시작하였다. Clustering 기법은 다양한 분야에서 통계분석에 사용되는 자료를 정제하기 위한 비지도 학습 중 하나로, 군집화 알고리즘을 사용하여 자료의 값(Pointer)들을 특정 그룹으로 분류하는 방법이다. 이러한 Clustering을 활용하여 기존 데이터에서 숨겨진 데이터들의 특성을 파악할 수 있으며, 일정 패턴이나 특징을 가진 데이터들끼리의 군집화를 할 수 있게 된다. 이러한 클러스터링은 다양한 산업 분야에서 적용 및 활용하고 있다. 산업화 이후 미국, 벨기에 등 많은 나라에서 효율적인 도로 관 리를 위해 자국의 특성에 맞는 Pavement Management System (PMS)를 운영하고 있지만 현재 많은 분야에서 적용하고 있는 AI를 활용한 사례가 매우 드물다. 한국에서도 수십년 동안 국토교통부와 한국도로공사에서 PMS를 이용하여 도로를 관리해 왔으며, 최근에 는 몇 개 지자체에서 PMS를 도입하였다. 하지만 한국에서는 오랜 PMS 운영 경험에도 불구하고 AI를 활용하지 않고 전통적 방법인 회귀모형을 활용하여 개발한 공용성 예측모형을 사용하고 있기 때문에 그 성능이 떨어지고 있다. 따라서 본 연구에서는 Machine Learning Clustering 기법 을 PMS 자료에 적용이 가능한지 확인하였다. 공용성 예측모형의 종속변수인 Performance Factors와 독립 변수인 Influencing Factors 간의 상관성을 확인할 수 없는 경우 클러스터링을 적용하여 종속변수와 독립변수 간의 상관성을 분명히 나타내고 회귀분석이 가능하도록 하였다. Delaunay Triangulation을 적용하여 인천광역시 기상관측소의 삼각망을 형성하였다. 삼각망 의 각 꼭짓점과 도로 각 지점 간의 거리에 대하여 Inverse Distance Weighted 방법을 적용하여 도로 각 구간의 PMS 자료와 영향인 자를 매칭하였다. 클러스터링 기법을 원자료에 적용한 결과 공용성인자와 영향인자 간의 상관성이 분명해졌다. 또한, 클러스터링 이전 과 이후 자료의 확률밀도함수의 분포를 비교하여 클러스터링 이후의 자료가 이전의 대해서 대표성을 갖고 있는지 확인하였다.

Since the decrease of skid resistance of the road surface due to the effects of hydroplaning increases the ratio of vehicle crashes significantly, it is important to predict water film thickness (WFT). Tined is one of the widely used textures for concrete pavements. Since previous WFT models have been developed based on the asphalt pavement texture and broom concrete, it may not give reliable predictions for Water film thickness for tinned concrete. Furthermore, surface flow on tined texture may show hydraulically different characteristics due to the geometric characteristics of tined texture. This study aims to propose a reliable water film thickness prediction model for tined concrete. Three test slabs including a smooth surface, a tined surface with 16mm spacing, and a tined surface with 25mm spacing were prepared. WFTs of the test slab were measured for various conditions such as pavement slope (0-10%), rainfall intensity (0-130mm/h), and drainage path length (0-5m). A statistical model was proposed to predict water film thickness (WFT) as a function of pavement slope, rainfall intensity, drainage path length, and mean texture depth. This model exhibits strong agreement with the experimental test results. The GWNU prediction model consistently provides reliable predictions with the actual WFT for tined concrete pavement. Conversely, the previous equation consistently underestimated the water film thickness, notably on tined surfaces with 16 mm and 25 mm spacing, due to the occurrence of viscous flow along the tined lines.

본 연구는 특수한 조건에서의 줄눈 콘크리트포장의 설계 및 성능에 관한 분석을 목적으로 한다. 줄눈 콘크리트포장은 시멘트 콘크리트 포장의 한 형태로, 오랜 기간 도로 포장형식으로 사용되어 왔다. 이 포장 방식은 철근을 사용하지 않는 대신, 콘크리트 슬래브의 균열을 줄눈을 통해 유도하고, 다월바와 타이바를 통해 슬래브에 생기는 응력을 줄이는 방식이 다. 대한민국의 다양한 지역 환경과 계절적 특성은 도로 포장설계에 주요한 인자로 적용된다. 특히, 슬래브의 부등건조수 축이 평탄성 문제의 주요 원인으로 지적되며, 이는 온습도의 변화에 의해 발생한다. 본 연구에서는 3차원 유한요소해석 을 활용하여 줄눈 콘크리트포장 슬래브의 거동을 분석하고, 콘크리트 슬래브의 두께, 줄눈 간격, 타이바 및 다웰바의 배 치 등 주요 설계 변수의 영향을 평가한다. 이러한 설계 인자들이 슬래브의 응력과 변위에 미치는 영향을 확인하며, 다양 한 환경 조건 하에서의 설계 방법의 유효성을 검증한다. 본 연구는 줄눈 콘크리트포장의 실제 배치 방식을 모델링하여, 기존 설계 방식의 보안 사항을 파악하고, 설계 기준 내에서의 주요 인자 변화를 통해 부등건조수축을 완화할 수 있는 방 안을 제시한다. 이를 통해, 특수 환경 조건에서의 온습도 영향을 고려한 효율적인 포장 설계 방안을 도출함으로써, 도로 포장의 평탄성과 내구성 향상에 기여하고자 한다.

국내 고속도로의 본선차로 포장은 시공비용이 저렴한 줄눈 콘크리트 포장을 주로 시공하였으나, 최근 유지보수비용이 증가함에 따 라 유지관리비용이 저렴하고 공용성이 뛰어난 연속철근 콘크리트 포장을 확대 적용하고 있는 추세이다. 그러나 본선차로가 연속철근 콘크리트 포장으로 시공될 때 접속차로의 포장은 대부분 줄눈 콘크리트 포장으로 시공하고 있어 서로 다른 포장 형식이 접속함으로 인해 거동 차이가 발생하여 접속부에서 파손이 발생하기도 한다. 따라서 본 연구에서는 본선차로 연속철근 콘크리트 포장과 접속차로 줄눈 콘크리트 포장을 시공할 경우 줄눈 간격에 따른 접속차로 줄눈 콘크리트 포장의 응력 특성을 분석하기 위하여 유한요소해석 프 로그램을 이용하여 구조해석을 수행하였다. 줄눈 간격별로 줄눈 콘크리트 포장의 해석모델을 구성하였으며 환경하중인 선형수직온도 경사와 온도하강, 그리고 선형수직온도경사와 온도하강을 동시에 적용하여 해석을 실시하였다. 구조해석 결과, 모든 온도조건에서 줄 눈 간격이 좁아질수록 슬래브와 타이바의 응력이 감소하는 것으로 나타났다.

국내 고속도로의 시멘트 콘크리트 포장은 초기 시공 비용이 저렴한 줄눈 콘크리트 포장을 주로 사용해 왔으나 포장이 노후화됨에 따 라 줄눈부 파손으로 인해 유지보수비용이 매년 증가하고 있는 실정이다. 이러한 줄눈부 파손을 근본적으로 해결할 수 있는 포장 형식 으로 연속철근 콘크리트 포장을 들 수 있다. 연속철근 콘크리트 포장은 1980년대에 중부고속도로 등에 적용하였으나 자연발생적이며 허용되는 횡방향 균열에 대한 이해가 부족하여 그 이후로는 사용이 미미하였으나 균열에도 불구하고 우수한 공용성을 지닌 것이 검증 되면서 최근에는 연속철근 콘크리트 포장을 확대하고 있는 실정이다. 하지만 본선차로가 연속철근 콘크리트 포장으로 시공되어도 접 속차로의 포장은 줄눈 콘크리트 포장을 사용하는 경우가 대부분이며 이러한 경우 서로 다른 포장 형식의 거동 차이가 타이바로 인해 구속되므로 과도한 응력 발생에 의해 접속부에서 파손이 발생하기도 한다. 따라서 본 연구에서는 본선차로가 연속철근 콘크리트 포장 이고 접속차로가 줄눈 콘크리트 포장일 경우 타이바가 포장 거동에 미치는 영향을 3차원 유한요소해석 프로그램을 통해 분석하였다. 유한요소해석은 타이바 배치가 서로 다른 모델을 구성하여 환경하중이 작용할 경우를 고려하여 수행하였다. 연구를 통해 타이바의 배 치가 줄눈에서 멀어지며 슬래브 중앙부에 집중적으로 배치될 경우에 슬래브와 타이바의 응력이 감소하는 것을 확인하였다

산업화에 따른 이산화탄소 등 온실가스 발생량의 증가는 지구 온난화 현상을 가속화 하였다. 이러한 현상은 지난 수 세기동안 지속 되어왔으며 최근 우리 인간 삶에 지대한 영향을 미치고 있다. 이러한 위험에 따라 주요 선진국들은 에너지 감축 및 온실가스 배출량 제한에 대하여 매우 적극적인 입장을 취하고 있다. 유럽연합(EU)은 온실가스 배출 절감을 위해 시행 중인 ‘탄소배출권 거래제(Emission Traiding System)’ 개혁안에 대하여 합의하여 2050년까지 인위적 생성되는 탄소 배출량을 자연적으로 흡수되는 양과 동일하게 하는 ‘탄 소중립’을 목표로 제시하였다. 국내에선 환경영향평가의 대상이 되는 계획 및 개발사업에 도로건설이 포함되는 ‘탄소중립기본법 시행 령’이 지난 3월 의결되어 시행되었다. 이렇듯, 국내외에선 이러한 탄소저감 제도 구축에 노력을 기울이고 있다. 국내에선 도로건설이 환경영향평가의 대상으로 설정되었으나 2011년 국토교통부에서 배포한 시설물별 탄소배출량 산정 가이드라인 외의 구체적인 생애주기 분석 방법이 부재한 상황이다. 따라서 본 연구에서 국제 표준 ISO 14040의 전과정평가 LCA(Life Cycle Assessment) 방법과 2011년 국 토교통부의 시설물별 탄소배출량 산정 가이드라인을 따라 국내 LCI DB(Life Cycle Inventory Data Base)를 활용한 도로 분야의 전과정 탄소 배출량을 산정하였다. 이후 장비 연료 소모량과 자재 사용에 대한 국내외 LCI DB를 추가하여 도로 건설 전 과정에 대한 LCA 분석 플랫폼을 제작할 예정이다.

블로우업이 발생하는 구간에 ASR이 발생하고 있지만, 한국도로공사는 재료팽창인 ASR을 고려하지 않고, 콘크리트 팽창량을 계산하 여 팽창줄눈 설치간격을 제시하고 있다. 또한, 블로우업은 일종의 좌굴현상이므로 슬래브 두께에 따라 팽창줄눈 간격을 제시할 필요가 있다. 따라서 본연구는 재료팽창과 슬래브 두께를 고려하여 팽창줄눈 간격을 제시하고자 한다. 팽창량 계산시, 재료변형률과 지역별 온도와 건조수축을 고려하였으며, 이를 동등한 팽창을 유발하는 온도상승량으로 변환하는 식을 도출하였다. 기준온도를 정하기 위해 실제 현장데이터를 팽창량 식에 대입하여 온도상승량으로 변환하였으며, 이를 블로우업을 모사한 콘크리트 포장 모형의 유한요소해석 결과를 이용하여 결과값을 비교하였다. 안전설계를 위해 더 작은 온도 값인 블로우업 구조해석 결과 값 중 안전온도를 블로우업이 일 나는 기준으로 선정하였으며, 안전 온도를 넘지 않은 지역별 슬래브 두께에 따른 최대 팽창줄눈 간격을 제시했다. 한국도로공사가 제 시하고 있는 기준과 비교한 결과, 일부 지역은 한국도로공사에서 제시하고 있는 기준에 만족하지 않았다. ASR 변형률을 고려하여 슬 래브 두께에 따라 지역별로 팽창줄눈 간격을 제시하는 것이 블로우업 파손을 저감하고, 포장의 안정성을 향상시키는데 도움이 될 것 이라고 판단된다.

In the contemporary era, 3D printing technology has become widely utilized across diverse fields, including biomedicine, industrial design, manufacturing, food processing, aerospace, and construction engineering. The inherent advantages of automation, precision, and speed associated with 3D printing have progressively led to its incorporation into road engineering. Asphalt, a temperature-responsive material that softens at high temperatures and solidifies as it cools, presents distinctive challenges and opportunities in this context. For the effective implementation of 3D printing technology in road engineering, 3D printed asphalt (3DPA) must exhibit favorable performance and printability. This requires attributes such as good fluidity, extrudability, and buildability. Furthermore, materials utilizing 3DPA for crack repair should possess high viscosity, elasticity, toughness, superior high-temperature stability, and resistance to low-temperature cracking. These characteristics ultimately contribute to enhancing pavement longevity and ensuring worker safety.

The strength criteria is the acceptable strength for allowable a vehicle start on a concrete pavement at an early age without causing significant damage. The different agencies have provided the strength criteria based on empirical judgement. To make more comprehensive, the ACI specification provided strength criteria by consideration traffic conditions, slab thicknesses, and slab support based on the concept of damage. However, its neglected to consider the damage caused by curling stress due to temperature gradient in concrete pavement. This research aims to provide a strength criteria for opening traffic on concrete pavements while taking into account the damage caused by curling stress and traffic loading. The tensile stress at critical locations was determine due to curling and traffic loads every hour of early age throughout different seasons. The fatigue damage taken throughout early age was assessed. After this procedure, the strength criteria was established as the evaluated damage that did not exceed an acceptable limit. Accordingly, the strength criteria for opening traffic was determined to ensure that the specified damage level existed subject to the construction season, construction period, traffic type, slab thickness, and slab support of concrete pavement.

PURPOSES : The purpose of this study is to investigate the tendency of material property estimation under different concrete distress conditions and curling conditions when non-destructive tests such as rebound hammer and surface deflection test are applied to concrete pavement. METHODS : Nondestructive tests using Schmidt hammer and Falling Weight Deflectometer were performed to inspect the expressway concrete pavements constructed more than 20 years ago. Some results were compared with core tested elastic modulus and compressive strength. RESULTS : As a result of the rebound test, the section with Alkali-Silica Reaction(ASR) distress was outside the range of the existing estimation formula, but the control section was found to be within the range of the existing estimation formula. As a result of the physical property estimation through deflection test, the section with ASR distress showed greater fluctuations in the estimated material properties and deflection ratio compared to the control section, showing that the ASR damage seems to affect the slab deflection behavior. CONCLUSIONS : The rebound test may not sufficiently reflect the decline in material properties due to concrete damage. The deflection test can obtain results that reflect the deterioration of material properties, but it was confirmed that significant variability may occur, so it seems to necessary to perform complementary indoor core tests with nondestructive testing(NDT) tests.

PURPOSES : The purpose of this study was to improve the performance of concrete pavements by decreasing measurement deviations using an Internet of Things (IoT)-based air content measurement device. METHODS : We calculated the properties of concrete which varied according to the air content. For a low measurement deviation, the concrete pavement performed according to the design standard. To confirm the difference in the performance of the concrete pavement for various air contents, we verified the change in the relative dynamic modulus according to the number of freeze–thaw cycles for each value of the air content. In addition, we analyzed the number of durability cracks according to the freeze–thaw cycles in the field. RESULTS : We confirmed that IoT-based measurement equipment improved the performance of pavements without changing their mixing designs or specifications. We confirmed that the performance of concrete pavements changed even with variations in air content within the range of quality standards. Using IoT-based air content management, we confirmed the reduction in concrete pavement durability cracks without changing the mixing design. CONCLUSIONS : We confirmed that IoT-based air-content management improved pavement performance. The feasibility of extending this concept to manage other concrete properties such as the chloride content should be acknowledged. Future research will require laboratory tests to understand the variation in concrete properties with varying air contents and to consider diverse load conditions.

PURPOSES : This study aims to understand the effect of defective dowel bar installation on jointed concrete pavement (JCP), which can cause joint freezing, spalling, cracking, and faulting and finally shorten the lifespan of the pavement. METHODS : A comprehensive field survey was undertaken at an expressway construction site in South Korea to assess dowel bar installation conditions. In addition, finite element (FE) analysis was used to simulate JCP behavior with both vertical and horizontal dowel misalignments. Different temperature conditions, including a change of -55 °C and gradient of -0.1 °C/mm, were integrated into the FE model to examine horizontal slab contraction and simultaneous slab curling. RESULTS : The analysis revealed pronounced slab behaviors under specific temperature changes, particularly when combined with dowel misalignments. The simultaneous effects of horizontal contraction and slab curling owing to temperature changes and gradients became more evident in the presence of dowel misalignments. CONCLUSIONS : The results confirmed that dowel bar misalignment considerably affected the behavior of the JCP, thereby emphasizing the importance of the proper installation of dowel bars.

PURPOSES : Previously, the expansion state of the concrete pavement in which AAR occurred could not be determined. Because the current situation has not been evaluated, it has been difficult to prepare an appropriate response. In this study, a method for calculating the expansion amount of concrete pavement using the stiffness damage test (SDT) is proposed. METHODS : The SDT method was examined through a literature review. For the laboratory tests, specimens that generated AAR were produced based on the mix design (2018) of the Korea Expressway Corporation. SDT was used to calculate various mechanical properties, and their correlation with the expansion amount was reviewed. RESULTS : Using the SDT, various mechanical properties(elastic modulus, hysteresis area, plastic deformation, plastic deformation index, stiffness damage index, and nonlinear index) were calculated based on the expansion rate of the AAR. The elastic modulus was evaluated as the best predictor of the expansion rate. Thus, if the elastic modulus is calculated using SDT, a prediction equation can be used to calculate the amount of AAR expansion. This equation will need to be supplemented by further research. CONCLUSIONS : SDT was used to confirm that the expansion state due to the AAR of the concrete pavement could be indirectly evaluated. Among the mechanical properties related to SDT, the elastic modulus was found to be the most suitable for predicting the amount of expansion.