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.

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.

PURPOSES : In this study, the propriety of expansion joint spacing of airport concrete pavement was examined by using weather and material characteristics. METHODS: A finite element model for simulating airport concrete pavement was developed and blowup occurrence due to temperature increase was analyzed. The critical temperature causing the expansion of concrete slab and blow up at the expansion joint was calculated according to the initial vertical displacement at the joint. The amount of expansion that can occur in the concrete slab for 20 years of design life was calculated by summing the expansion and contraction by temperature, alkali-silica reaction, and drying shrinkage. The effective expansion of pavement section between adjacent expansion joints was calculated by subtracting the effective width of expansion joint from the summation of the expansion of the pavement section. The temperature change causing the effective expansion of pavement section was also calculated. The effective expansion equivalent temperature change was compared to the critical temperature, which causes the blowup, according to expansion joint spacing to verify the propriety of expansion joint applied to the airport concrete pavement. RESULTS: When an initial vertical displacement of the expansion joint was 3mm or less, the blowup never occurred for 300m of joint spacing which is used in Korean airports currently. But, there was a risk of blow-up when an initial vertical displacement of the expansion joint was 5mm or more due to the weather or material characteristics. CONCLUSIONS: It was confirmed that the intial vertical displacement at the expansion joint could be managed below 3mm from the previous research results. Accordingly it was concluded that the 300m of current expansion joint spacing of Korean airports could be used without blowup by controling the alkali-silica reaction below its allowable limit.

In this study, proposed how to design an airport concrete pavement expansion joint considering the weather conditions and material properties. Currently, expansion joint spacing of airport concrete pavement in korea is not designed according to a clear standard, but it is designed to an empirical level. Various types of Admixture are used in concrete pavement and depending on the material characteristics or local environmental factors, there is a substantial difference in the extent and shrinkage to which the package is inflated. Significant differences are made in the extent to which the pavement expands or shrinkage depending on the material characteristics used or the local environmental factors. But, expansion joint design performed on empirical criteria cannot reflect these materials and environmental characteristics, resulting in unpredictable damage such as blow-up. To analyzing behavior of airport concrete pavement, horizontal displacement gauges, static strain gauges and thermometers are installed in the 3rd phase construction sites at Incheon International Airport. In this study, the relationship between the temperature and horizontal displacement of the concrete pavement was analyzed using the measured depth temperatures and the horizontal displacement data at the expansion joints at the Incheon airport site. The Finite Element Analysis Model of Incheon International Airport pavement was used to compare the difference between actual behavior and analytical behavior. In addition, it is proposed to design a suitable expansion joint spacing by considering the maximum expansion of concrete pavement and shrinkage caused by material expansion (e.g., ASR) and shrinkage due to water loss. This study was supported by Incheon International Airport Corporation (BEX00625).

온도와 습도 변화에 의해 수축될 경우 콘크리트 포장 슬래브에는 인장응력이 생기고 이로 인해 무작위 균열이 발생한다. 일정한 간격으로 줄눈을 설치하고 균열을 유도함으로써 슬래브에 발생하는 인장응력을 줄이고 무작위 균열을 최소화할 수 있다.줄눈간격이 너무 넓으면 무작위 균열, 줄눈부 파손, 하중전달률 저하가 일어나고, 반대로 줄눈간격이 너무 좁으면 공사비 증가와 승차감 저하가 유발된다. 본 연구에서는 콘크리트 포장의 역학적-경험적 줄눈간격 설계방법을 개발하였다. 이를 위하여 우수한 공용성을 보이는 콘크리트 포장 구간 중 구조적 및 환경적으로 가장 취약한 구간을 찾고 그 구간에 대한 유한요소해석으로 설계기준강도를 결정하였다. 기존 연구결과를 참고하여 하중전달률이 급격히 낮아질 때의 줄눈폭을 허용줄눈폭으로 결정하였다. 유한요소해석으로 계산된 설계대상구간의 최대인장응력이 설계기준강도를 초과하지 않는 최대줄눈간격을 찾아냈다. 그리고 이 줄눈간격으로 예측된 최대줄눈폭을 허용줄눈폭과 비교하였다. 본 연구에서 개발된 방법을 설계 중인 함양-울산 고속도로의 두 공구에 적용해 보았다. 기존보다 넓은 8.0m의 줄눈간격으로 시험시공된 구간과 동일한 줄눈간격이 본 연구의 설계방법으로 계산되었다. 공용 6년 후 측정된 시험시공 구간의 매우 낮은 균열률로 본 연구에서 개발된 설계방법이 검증되었다.

국내 줄눈콘크리트 포장의 줄눈간격은 6m로 획일적으로 설계 건설되어 왔으며 이에 대한 과학적 근거는 제시된 바 없었다. 현재 진행중인 한국형 포장설계법 개발에서는 국내 지역별 기후조건 등을 고려하여 줄눈간격 변화에 따른 줄눈콘크리트 포장의 장 단기 파손을 역학적-경험적 방법을 토대로 분석하여 줄눈간격을 지역별로 6~8m로 설계할 것을 제시한 바 있다. 본 연구는 한국형 포장설계법에서 제시한 줄눈간격 잠정안에 대한 타당성을 검증하기 위한 연구의 일환이다. 줄눈간격이 증가할 경우 시공초기에 하중전달률의 변화, 무작위균열 등의 발생가능성에 문제점이 없는지를 검증하기 위해서 한국형 포장설계법의 줄눈간격 잠정안에서 줄눈간격이 7m로 제시된 지역에 대해서 7m 줄눈간격으로 시험시공하고 초기거동을 모니터링 하였다. 하중전달률, 무작위균열, 줄눈폭변화 등 모니터 링 결과를 시공조건이 동일한 인접 6m 줄눈간격 비교구간의 초기거동과 비교분석하였다.

줄눈 콘크리트포장에서 적정한 줄눈간격은 슬래브의 거동에 의해 발생하는 인장응력 줄눈채움재의 파손과 다웰바의 하중전달율(LTE)의 저하를 방지하여 도로포장의 장기 공용성 증가에 큰 영향을 미친다. 하지만 국내 줄눈간격은 경험적이고 획일적으로 이루어진다. 그러므로 본 연구는 국내 권역별 기후조건을 토대로 합리적인 줄눈간격 산정에 대한 방안을 제시하였다. 합리적인 줄눈간격은 초기거동에서 환경하중의 영향에 따른 건조수축과 수화열에 의해 무작위 균열 발생하지 않도록 산정하였다. 그리고 장기거동에서 줄눈폭의 과도한 움직임에 따른 LTE 저하로 인해 포장파손이 발생하지 않도록 줄눈간격을 산정하였다. 본 연구에서 산정된 줄눈간격 잠정안은 6~8m이며, 포장파손 예측 모델을 통해 줄눈간격을 8m로 증가시켜도 포장 공용성엔 큰 차이가 없었다.