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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2015년도 제17회 한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집 (2015년 10월) 82건
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2015.10
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아스팔트 혼합물은 플랜트에서 가열, 이송, 혼합, 배출 등의 여러 가지 공정을 거쳐 생산되며, 생산된 아스팔트 혼합물은 현장으로 이송되어 포설 및 다짐의 과정을 거쳐 아스팔트 포장으로 적용된다. 이와 같 이 다양한 외부 환경에 노출된 아스팔트 혼합물의 생산 및 적용 공정은 최종 생산품이 실내에서 완성되어 재료의 균질성이 확보되는 일반적인 산업분야와는 확연히 다른데, 이러한 요인에 의하여 아스팔트 혼합물 의 생산 및 포설, 다짐 공정을 현장에서 정량적으로 모니터링하고 개선하여 재료의 잠재적인 성능을 최대 한 활용하는데 한계가 있다. 이와 같은 한계를 극복하기 위한 대안을 제시하기 위한 방법으로는 재료의 동적 거동 및 여건을 모사할 수 있는 이산요소법(Discrete Element Method, DEM)을 고려할 수 있다. 재 료가 다른 재료와 접촉할 때의 부착을 포함한 동적 거동의 특성은 이산요소법에서 접촉모형(Contact Model)을 이용하여 표현되는데, 아스팔트 혼합물과 같이 혼합재료의 가시적 구분이 가능한 재료의 생산 및 포설, 다짐까지의 공정을 모두 모니터링 하여 재료의 성능을 확보하기 위해서는 시간 또는 온도 변화 에 따른 굵은 골재, 잔골재, 아스팔트 바인더의 물성 등 개별요소의 물성을 각각 측정하여 혼합물 전체의 성능을 예측하는, 실용적 측면에서의 다상 모사(Multiphase Simulation) 기법에 적용하기 쉬운 접촉모형 을 결정하는 것이 합리적이다. 이러한 기법을 활용하면 생산과 포설 단계에서의 도로포장 재료의 동적 거 동을 분석하여 시설 및 과정을 최적화 할 수 있을 뿐만 아니라, 이미 포설되어 차량이 운행 중인 도로의 파손에 대한 초기 생산 조건의 영향을 확인할 수 있기 때문이다.
따라서 본 연구에서는 골재의 탄성계수와 바인더의 시간 및 온도 종속적인 부착성 점소탄성 특성을 반 영할 수 있는 정교한 접촉모형을 개발을 위하여, 해석적 방법으로 정해가 유도될 수 있는 비교적 단순한 점탄성 모형과 선형 부착모형을 이산요소법의 부착모형으로 개발 및 적용하고 이에 대한 가능성을 검증하 고자 하였다.
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2015.10
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아스팔트 콘크리트 포장 포토홀은 최근 차량 파손등 운전자의 쾌적한 주행에 악영향을 주고 있다. 포토 홀은 아스팔트 콘크리트 포장의 수분민감저항성이 떨어져 발생하는 파손형태로 국토교통부에서 아스팔트 혼합물의 간정인장강도비를 80% 상향 조정하였으며 80%에 미달하는 아스팔트 혼합물은 박리방지제를 사 용하도록 규정하고 있다.
본 연구에서는 아스팔트 혼합물의 수분민감 저항성을 증가시키기 위하여 박리방지제 사용하였으며, 초 기 박리방지제의 성능검증을 판별하기 위해 보일링(Boiling Water Test, ASTM D 3625-96) 시험을 실 시 하였다. 간접인장강도 시험은 시편을 7.0±0.5% 공극률로 제작하였으며, 습윤(동결융해), 건조 샘플을 나누어 실험을 진행하였고 간접인장강도(Indirect Tensile Strength)를 측정하여 간접인장강도비 (Tensile Strength Ratio)를 산정하였다.
간접인장강도 시험 분석결과 습윤시편과 건조시편의 강도 차이가 무첨가 아스팔트 혼합물에서는 차이 가 분명하게 나타났지만, 액상박리방지제 첨가 시편들에서는 근소하게 나타났다. 간접인장강도비 분석결 과 액상박리방지제 무첨가 시편은 53%, 개발한 액상방리방지제 첨가 시편은 기준치인 80% 이상으로 나 타나 미국의 상용 박리방지재와 별 차이가 없었다.
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최근 재건축 및 재개발 사업의 급속한 팽창으로 인하여 건설폐기물의 발생이 급격히 증가할 것으로 예 상되며, 향후 건설폐기물의 처리에 대한 중요성이 더욱 증대될 것으로 예상된다. 국립환경과학원에 따르 면 건설폐기물 중 폐 콘크리트가 차지하는 비중은 68.5%로 가장 많은 비율을 차지하고 있다. 폐 콘크리트 의 경우 대부분 재자원화로 인하여 순환골재로 생산되고 있으며, 최근 이렇게 생산된 순환골재를 활용한 많은 연구 결과가 보고되고 있다. 그림 1은 향후 천연골재 부존량 및 골재 수요량을 나타내고 있으며, 그 림 2는 폐 콘크리트 발생 예측량을 나타내고 있다.
순환골재를 사용한 콘크리트는 일반콘크리트에 비해 불순물이 포함될 가능성이 크며, 순환골재 표면에 미 제거된 시멘트페이스트로 인해 높은 흡수율을 야기시켜 콘크리트의 성능저하와 더불어 단위수량이 많 이 소요된다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 개선하기 위하여 이물질을 제거한 순환골재를 활용하여 포 장용 콘크리트 개발의 일환으로 포장용 콘크리트의 요구 성능기준 중 하나인 휨강도 특성을 콘크리트의 휨 강도 시험 방법(KS F 2408)에 의거하여 실험을 수행하였다.
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2015.10
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1970년대에 실시된 국토종합개발계획을 시작으로 국내 고속도로망 중 14개의 노선이 건설되었으며, 이 를 바탕으로 고속도로는 운송, 유통 및 생활의 편의성 등 국내 경제성장의 큰 원동력 역할을 수행하였다. 하지만 과거 증설되었던 고속도로가 현재에는 공용수명을 초과한 노후 포장이 되었으며 시간이 지날수록 그 연장이 기하급수적으로 늘어나고 있는 실정이다. 이러한 노후 포장의 경우 유지관리 측면에서의 보수 만으로는 향후 포장의 품질과 경제성 측면에서 한계가 있기 때문에 국내뿐만 아니라 해외에서도 노후 포 장의 처리 및 전략에 대해 다양한 연구가 진행되고 있다. 포장의 리모델링 시급성을 판단하기 위해선 PMS에서 조사하는 항목들을 바탕으로 우선순위를 선정하되 상세 설계를 위한 타당성을 검증하기 위해 선 2차적인 상세조사가 필요하다. 노후 콘크리트 포장에서 주의 깊게 확인해야할 구간을 다음 그림 1과 같이 네 가지 경우로 구분하여 각 해당 구간에서 필수적으로 확인해야할 사항들을 제시하였다.
본 연구는 노선의 리모델링 시급성이 높다고 판단되는 노후 콘크리트 포장에 대해 적절한 상세조사 지 침을 제시하고 이를 활용할 수 있는 방향을 제공하는데 목적이 있다. 또한 리모델링 시급성 지수를 통하 여 선정된 구간에 대해서 본 연구에서 제시한 항목들에 대해 상세조사를 실시함으로서 우선순위 최종 결 정을 실시함을 목적으로 한다.
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2015.10
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현재 국내에서 시행되고 있는 시멘트 콘크리트 포장의 형식은 줄눈 콘크리트 포장(이하 ʻJCPʼ : Jointed Concrete Pavement)이 대부분이다. JCP 공법은 시공경험이 풍부하고 타 공법에 비해 초기공사비가 저렴 하다는 점에서 가장 많이 쓰여 왔으나 줄눈부의 잦은 손상으로 인한 유지 보수가 필요하며 수축줄눈에 의한 승차감 불량 및 안전 등의 문제점이 발생하였다. 이에 대응하여 2012년부터 한국도로공사와 국토교통부에 서 연속철근콘크리트 포장(이하 ʻCRCPʼ : Continuously Reinforced Concrete Pavement)의 적용이 제안되 었으나 공법특성상 철근배근작업으로 인해 시공상에서 필연적으로 추가 작업 공간이 요구되므로 최근 설계 되고 시공되는 도로포장과 같이 교량과 터널 그리고 상․하행 분리구간에서는 기존 CRCP를 적용할 수 있는 구간은 실질적으로 매우 한정적이다.
이에 포장 공용성 증대를 위하여 JCP포장 위주에서 벗어나, CRCP 포장의 확대적용과 함께 기존 CRCP 공법 의 시공성 해결과 구조적 성능을 향상시킨 연속철근콘크리트 포장의 기계식 시공방법(이하 ʻMRCPʼ : Mechanical-placement Reinforced Concrete Pavement)을 개발하였다. MRCP 장비 및 공법을 이용하여 모 의시공 및 시험시공을 실시한 결과 포설효율 향상을 위한 필요성이 요구되어 추가적인 연구개발을 수행하였다.
연구개발은 기존 MRCP공법 시공시 투입되는 장비인 슬림폼페이버와 철근유도장치의 일체화를 통해 콘크리트 타설, 철근배근 공정을 단순화시키는 일체화 장비개발방향으로 수립하였으며 이에 따라 포설효 율 5~10% 향상, 센서를 통한 철근의 정밀시공 도입, 시공성 10% 향상 및 호퍼용량 개선과 철근이음방안 개선 등을 최종목표로 설정하여 수행하였다.
본 논문에서는 모의시공을 통해 일체화 장비를 이용한 연속철근 콘크리트포장의 기계식 시공방법 현장 검증을 실시하였으며 이를 통해 장비성능 및 공법의 현장검증(장비 작동여부, 철근배근상태, 등)을 실시 하였다. 수행 결과 일체화 장비의 포설 및 시공성 향상을 확인하였으며, 철근유도장비의 기계식 탈부착 및 철근배근 정확성을 검증하였다.
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우리나라는 겨울철 제설제 살포 및 기후변화에 따른 동결융해작용으로 인한 콘크리트 포장의 내구성능 저하, 특히, 스케일링(scaling) 현상이 많이 보고되고 있으며, 이는 교통시설 이용자의 편의성 감소 및 유 지관리 비용의 증대를 초래하게 된다. 콘크리트 포장의 스케일링은 동해 및 염해의 복합작용으로 발생하 는 표면박리, 잔골재의 탈락 등으로 나타나는 콘크리트의 대표적인 성능저하 현상이다. 이러한 콘크리트 의 스케일링 현상은 콘크리트의 강도, 염용액의 종류 및 농도, 연행공기량, 블리딩량 등의 영향을 받는 것 으로 알려져 있다. 뿐만 아니라, 사용되는 결합재의 종류에 따른 콘크리트의 스케일링 현상도 각각 상이 하여 최근, 이에 대한 연구도 국내외적으로 많이 진행되고 있는 실정이다.
본 연구에서는 콘크리트 포장의 내구성 평가를 위한 일환으로 ASTM C 672에 준하여 스케일링 실험을 실시하였으며, 그 결과를 콘크리트 공극구조와도 비교, 고찰하였다. 결론적으로, 콘크리트의 스케일링 저 항성은 콘크리트의 미세 연행공기량(air entrained micropores)과 비교적 밀접한 관계가 있는 것으로 나타났다.
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복층터널은 터널을 상하부로 분리하는 중간슬래브를 설치하여 상하층 모두 차량이 통행하기 때문에 기 존의 터널과 지하차도에 비해 더 많은 교통량을 수용하여 도심지의 교통정체를 해소할 수 있다. 또한 지 하공간을 활용하여 건설되기 때문에 지상의 녹지공간을 확보하여 환경을 개선할 수 있는 장점이 있다. 하 지만 국내에서는 복층터널의 설계 및 시공기술이 부족하여 복층터널의 시공사례가 전무한 실정이다. 중간 슬래브는 그림 1과 같이 터널 라이닝에 설치된 브래킷에 지지되는 형식으로, 하부지반에 지지되는 도로포 장보다 그림 2와 같이 교각과 거더에 지지되는 교량 슬래브와 유사한 형식이다. 하지만 중간슬래브의 경 우 그림 3과 같이 지지점인 브래킷으로부터 멀어질수록 차량하중에 의한 처짐이 크게 발생하며, 교량 슬 래브의 경우 그림 4와 같이 교각으로부터 멀어질수록 처짐이 증가하는 차이가 있다.
따라서 본 연구에서는 복층터널 중간슬래브와 교량슬래브의 거동을 비교 분석하였으며, 이를 토대로 복층터널 중간슬래브 설계 기준 정립 시 교량슬래브 설계 기준의 적용 가능성 검증과 복층터널 중간슬래 브 설계를 위한 해석모델 개발의 기반을 마련하고자 한다.
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2015.10
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콘크리트포장은 타설 후 온도와 습도 같은 환경요인의 변화에 의해 부피변화를 일으킨다. 만약 이러한 부피변화가 하부지반이나 인접 구조물로부터의 마찰과 같은 외부구속 요인, 단면 내 온·습도의 비선형 분포와 같은 내부구속 요인에 의해 구속을 받게 되면 응력이 발생하게 되며, 이 응력이 콘크리트의 인장 강도를 초과하면 균열이 발생하게 된다. 체적에 비해 상대적으로 단면적이 작고 구속조건이 과대한 콘크 리트포장의 경우 환경하중에 의한 구속응력을 완화하기 위하여 일반적으로 타설 후 수일 이내에 다수의 횡방향 균열을 일으키게 되며, 이러한 균열은 궁극적으로 스폴링(spalling)이나 펀치아웃(punchout)과 같은 콘크리트포장 파손 및 내구성능 저하와 같은 부정적인 영향을 초래하게 된다. 따라서 보다 나은 콘 크리트포장의 장기공용성을 확보하기 위해서는 콘크리트포장의 구속응력 발현을 정확히 예측하고, 이와 관련된 설계 인자들의 적절한 기준을 마련하는 것이 필수적이라고 할 수 있다.
본 연구에서는 콘크리트포장의 응력과 관련된 요소들인 크리프와 빌트인컬링(built-in-curling)이 구 속응력 발현에 미치는 영향을 현장실험과 계측 결과의 이론적인 분석을 통하여 정량적으로 평가하였다. 그 결과, 크리프의 영향은 시간이 경과함에 따라 점차 증가하는 반면에, 빌트인컬링의 영향은 급격히 감 소하여 콘크리트포장 타설 후 30일 이내에 대부분 소멸됨을 확인하였다. 본 연구의 결과는 콘크리트포장 체를 완전탄성체로 간주하고 콘크리트 경화시의 온 ․ 습도 분포가 단면에 걸쳐 균일하다고 가정하는 기존 포장설계법의 개선 방향을 제시함으로써, 보다 더 정확한 콘크리트포장 설계 및 시공을 위한 중요한 정보 를 제공할 것으로 기대된다.
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2015.10
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경기도 여주와 이천 지역에서 대량 발생되고 있는 도자기 폐기물은 별다른 활용방안 없이 매립되어지 거나 극히 소량만이 건축소재로서 타일이나 벽돌제조에 재활용되는 것으로 보고되고 있다. 폐도자기는 SiO2 성분이 다량 함유되어 있고 도자기 제조과정 중 가열에 의한 비정질 혹은 비결정 알루미나 실리게이 트 구조를 형성하고 있어 콘크리트에 활용할 경우 품질향상 및 산업폐기물의 자원재활용 측면에서 그 활 용가치가 클 것으로 기대된다. 따라서 본 연구에서는 도자기 폐기물을 미분말화하여 시멘트 대체재료로서 콘크리트 산업에 재활용하기 위한 기초적 시험과 분석에 대한 연구를 수행하였다.
본 연구에서 폐도자기는 3종류의 분쇄장비를 이용하여 미분말화 하였으며 분말도와 화학성분 분석, 고 분해능X선 회절기와 전계방사형 주사현미경에 의한 시험분석을 수행하였다. 표 1은 폐도자기 미분말의 분말도와 화학성분 분석결과를 나타낸 것이다. 분말도 시험은 KS L 5106 브레인시험법에 의해 수행하였 으며, 화학성분 분석은 KS L ISO 26845에 의해 수행하였다. 시험결과 분말도는 목표분말도 6,000brain 을 상회하는 결과를 얻을 수 있었으며, 화학성분은 SiO2 성분과 Al2O3 성분이 주요 성분으로 나타났다. 그림 1은 고분해능 X선 회절기와 전계방사형 주사현미경에 의한 분석결과를 나타낸 것이다. 고분해능X선 회절기에 의한 분석결과 실리콘옥사이드 성분의 결정구조는 Hexagonal 형태의 구조를 나타내었고 소디 움알루미늄옥사이드 성분은 Orthorhombic 형태의 결정구조를 가지고 있는 것으로 나타났다. 또한 시험 결과에서 비결정질계의 성분도 일부 포함하고 있으나 그 양은 많지 않은 것으로 판단되었으며 대부분의 성분이 결정질의 구조를 가지고 있는 것으로 판단되었다. 전계방사형 주사현미경에 의한 시험결과에서는 폐도자기 미분말이 미세한 경우 입형은 길고 각이 져 있는 것으로 나타났으며 20㎛ 사이즈의 경우 둥근 형태를 나타내는 것으로 분석되었다.
상기 시험분석 결과로 판단할 때 폐도자기 미분말은 콘크리트 혼합재로서 도로포장이나 유지보수 재료 등 시멘트 대체재료로서 관련산업에 활용할 경우 잠재적인 활용가치가 클 것으로 판단되며 추후 다양한 실내시험을 통하여 품질개선 효과 등에 대한 연구를 수행할 예정이다.
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고속도로에서의 포장 파손은 주행성뿐만 아니라 사용자의 안정성에도 영향을 주며, 노후 포장에서의 포장 파손의 급증은 경제적으로도 보수비용이 증가하는 문제를 초래한다. 본 연구에서는 국내 고속도로 노후 콘크리트 포장에서 발생하는 파손의 근본적인 원인을 규명하기 위해 다양한 환경 인자를 선정하여 파손별 상관성을 분석하였다. 연교차, 강우 일수, 강설량 등 총 6가지의 지역 및 지사별 자료를 바탕으로 수집된 환경 인자와 고속도로 포장관리시스템에서 수집하는 콘크리트 포장 파손 총 9가지를 이용하여 산 점도 분석을 실시하였다. 또한 무작위로 발생하는 파손을 제거하기 위해 박스도표 분석(Box Plot Analysis)을 이용하여 동일 성질의 산점들을 하나의 대표값을 갖도록 가공하여 경향을 비교하였다. 다음 그림은 줄눈 콘크리트 포장에서 종방향 스폴링의 파손량과 연교차간의 상관도를 분석한 그래프이다.
본 연구를 통하여 상관관계를 분석하기 위해 도입된 박스도표 분석이 두 인자간의 경향을 파악하는데 효과적인 것을 확인하였으며, 이 분석을 통하여 6가지의 환경 인자와 9가지의 포장파손간의 상관관계를 확인하고 관련 정도를 파악하였다.
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터널은 토공부와 비교하면 어둡고 갇힌 공간이기 때문에 콘크리트 포장 시공시 품질관리가 어려워 교 통 개방 후 승차감이 불량하거나 심각한 소음 문제가 발생한다. 일반적으로 토공부의 노후 콘크리트 포장 에서는 주행 쾌적성 문제를 해결하기 위해 다이아몬드 그라인딩 공법(DG)을 적용하여왔다. 하지만 돌출 된 fin이 깨지거나 마모가 되면 그 기능이 다하여 재시공이 필요한 문제가 있다. 이러한 문제점을 해결하 기 위해 개발된 공법이 NGCS (Next Generation Concrete Surface)이다. 본 연구에서는 토공부 콘크리 트 포장에 적용된 NGCS 공법을 터널 내 포장에 적용하여 도로 이용자의 주행 쾌적성을 향상을 위한 노력 을 진행하였다. 일반 종방향 타이닝, DG 및 NGCS을 건설중인 터널에 적용한 후 공용성을 평가하였다. 공용성 평가결과, 평탄성에서는 NGCS 공법과 DG 우수하였으며, 종방향 타이닝이 가장 낮았다. 미끄럼 마찰 저항에서는 DG가 가장 높았고, 다음으로 NGCS 및 종방향 타이닝 순으로 평가되었다. 실내외 소음 평가 결과, NGCS 구간의 소음도가 가장 낮았으며, 다음으로 DG, 종방향 타이닝 순이었다. 전체적인 평 가 결과, 고기능성 표면처리 공법인 NGCS를 터널 내 콘크리트 포장에 적용한다면 주행 안전성을 높이고 소음을 감소시켜 쾌적한 주행환경을 구현할 수 있을 것이다.
52.
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ASR(Alkali Silica Reaction) 현상이 심화된 균열은 콘크리트 슬래브 전면적에 분포되어 기존의 부분단 면 보수공법으로는 보수가 어려워 근본적인 개선대책으로 재포장이 필요하다. 하지만 재포장시 장기간의 항공기 교통통제로 공항운영에 지장을 초래하므로 공항운영중 보수가 가능한 아스팔트혼합물을 이용한 보 수공법 연구를 위해 4가지 타입의 시험시공을 진행하였다. 그리고 보수공법은 아스팔트혼합물을 이용하여 덧씌우기시 단차 제거가 어려워 기존 슬래브(T=40cm)를 절삭덧씌우기(T=10cm)하는 방법을 적용하였고, 반사균열 발생시점을 최대한 지연시키기 위한 공법연구를 위해 4가지 타입의 절삭덧씌우기를 시행하였다. 시험시공은 김포공항 평행유도로 90m구간 전폭(30m)을 대상으로 시행되었으며, 반사균열은 온도변화에 따른 슬래브의 수평거동과 항공기 하중재하시 수직 거동에 의한 영향으로 발생되므로 각 공법별로 하중전 달 효과 변화 측정을 위해 HWD 테스트를 주기적으로 시행하면서 공용성 모니터링을 시행하였다.
공용성 모니터링 결과, 3년 경과시점에 반사균열은 발생되지 않았으나 모든 타입의 항공기 휠패스 구간 에서 밀림현상 및 포트홀 결함이 진행되어 보수가 이루어졌다. 결함발생으로 인한 유지보수 면적은 C-Type에서 가장 크게 조사되었으며, 시험시공 전 피로균열이 가장 적게 발생되었던 B-Type에서 가장 적게 조사되었으며 하중전달 효과 감소도 가장 적게 발생된 것으로 조사되었다. 밀림 및 포트홀 현상이 조기에 모든 Type에서 발생된 근본적인 이유는, 불투수층인 콘크리트슬래브에 위에 완벽한 우수침투 방 지가 어려운 일반 HMA로 시공시 하부 슬래브에서 ASR 현상이 더욱 심화되어 아스팔트혼합물과 하부 슬 래브와의 결합력이 약화됨으로서 항공기가 정지 및 출발시 밀림현상이 발생되었다. 그리고 결합력이 약화 된 상태에서 타이어 압력(B747-400ER : 230psi)이 큰 항공기 하중 재하시 과잉공극수압이 발생되어 조 기에 결함이 발생된 것으로 분석되었다. 따라서 결합력 약화 방지를 위해서는 절삭면에 대해 고압의 에어 를 이용한 Dust 청소 및 공극률을 최소화(시공다짐 4% 이하) 하면서 항공기 하중에 대한 안정도를 유지 할 수 있는 아스팔트혼합물의 사용이 필요하다. 그리고 항공교통 통제가 가능하면 절삭면은 고압의 Water Jet을 이용한 청소가 보다 효과적일 것으로 본다.
53.
2015.10
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국가의 사회기반 시설물 중 지하시설물은 중요한 관리대상이며, 정부 및 유관관리기관에서는 매년 많 은 예산을 들여 관리하고 있다. 그러나 과거 시행착오와 지하시설물의 종합적인 관리정보의 부재로 서울 아현동가스폭발사고(1994.12), 대구 상인동 가스폭발사고(1995.04) 등 대형 사고가 발생한 바 있으며, 지 형공간정보구축사업이 진행되기까지 많은 크고 작은 사고가 발생하였다. 이러한 사고를 계기로 정부에서 는 국가중요시설물들의 종합적인 정보관리와 이를 위한 기반마련의 필요성이 제기되어 국가 GIS구축 사 업이 시행되었으며, 지하시설물 통합관리를 위한 시스템 구축 사업을 시행 중에 있다.
특히, 공간정보를 현장에서 취득하여 관리하고자 하는 유비쿼터스 개념의 공간정보관리 기법이 점차 도입 되고 있는 상황이다. 하지만 시설물의 상태나 관련 정보를 실시간으로 제공하기 위해서는 전원 공급 방법과 정보 취득 방법에서 실용화 및 보급에 한계가 있다. 지금까지는 UHF(Ultra High Frequency ; 900MHZ 주 파수대역을 사용하는 RFID태그의 종류)방식의 태그와, QR코드, NFC(Near Field Communication ; 13.56MHZ 주파수대역을 사용하는 RFID태그의 종류) 태그, 자기마커(강한자석을 관로상단에 매설하여 자 기탐사하는 방법) 등이 정보 전달 방법의 대안으로 적용되고 있다.
본 연구에서는 시설물정보를 스마트폰 및 블루투스활용 디바이스에 접목 가능한 저전력 블루투스방식 (BLE ; Bluetooth Low Energy)과 메탈 NFC를 이용한 시설물정보의 수집과 관리 방안을 제시하는 것을 목적으로 한다. 여기서 저전력블루투스 방식이란 블루투스 4.0(BLE) 프로토콜 기반의 근거리 무선통신 방법으로 최대 70m 이내의 장치들과 교신할 수 있으며, 5~10㎝ 단위의 구별이 가능할 정도로 정확성이 높고 전력 소모가 적어 모든 기기가 항상 연결되는 사물인터넷 구현에 적합한 블루투스 방식의 한 종류로 향후 시설물의 상태에 대한 정보의 취득분야에 큰 활용이 기대되는 기술이다.
특히 본 연구에서는 지하시설물의 주요 접합 관리부인 맨홀 시설물에 적용 가능한 비콘 장치의 설치구 조와 센서 및 형태 등, 적용과 활용방법에 대해 연구하였으며, 지하시설물의 연결 관로의 정보제공과 활 용 방안에 대해 제안하고자 한다. 나아가 하수의 경우 정확한 상태와 지하의 오수, 우수를 체계적으로 배 출하고 관리를 위해 활용한다면 하수역류, 침수 등의 피해를 줄이고 2차 피해의 근본적인 원인을 파악할 수 있는 실시간 정보제공에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
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2015.10
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국내에 도로포장은 대부분 아스팔트 콘크리트로 건설되어지고 있고, 2015년 현재 전국도로 포장율은 83.4%이다. 하지만 최근 들어 기후변화에 의해 대규모의 포트홀 발생으로 인해 많은 국민의 관심을 받고 있다. 아스팔트 포장에서 이러한 수분손상(moisture damage) 또는 박리(stripping)현상은 수분의 침투 로 인해 아스팔트 피막과 골재 사이의 부착력 및 점착력이 약화되어 나타나는 강성과 내구성의 손실로 정 의하고 있다.
초기 균열이 발생하였을 경우, 균열부로 이물질 또는 수분침투를 막기위하여 국내외에서 널리 사용되고 있는 공법으로는 균열실링 공법이 있다. 초기 균열실링을 실시함으로써, 균열의 진행을 억제함으로써 도로 포장수명을 연장할 수 있고, 포트홀 발생 수를 줄일 수 있다. 균열 실링 공법 이 적용된 구간의 파손거동을 알아 보기 위하여 수분침투에 따른 균열실링재의 부착특성을 알아보고자 한다. 본 연구에서는 PATTII(Pneumatic Adhesion tensile Testing Instrument) 장비를 활용하여 Bitumen Bond Strength(BBS) TEST를 실시하여 시간에 따른 국내 균열실란트의 수분 손상평가를 하였다. 주로 수분 손상 의 원인으로 골재를 통한 수분이동하여 발생하는 수분손상과 균열실링재와 골재사이로 물이 침투하여 수분 손상이 발생되는 것에 대하여 알아보기 위하여 두가지 조건에 대하여 실험을 실시하였다. PATTI Test 장비 를 이용하였으며, AASHTO TP-91에 준하여 수분손상에 따른 부착특성을 조사하였다. 수침시 물의 온도는 40℃로 균일하게 하였으며, 수침시간은 0시간, 6시간, 24시간, 48시간, 96시간에 대하여, 균열 실란트 재 료 3개와 아스팔트 바인더 AP-5를 활용하여 실험을 진행하였다. 시험 결과는 수분 조절 전과 후의 부착강 도를 측정하여 부착강도비를 측정하여 수분 손상도를 판단하고자 하였다. 실란트 재료 3개와 AP-5 모두 수 침 시간이 증가함에 따라 부착강도가 감소함을 보였다. 수분침투 전후 부착강도비을 비교하였을 때, 라텍스 를 첨가한 실런트의 수분침투 저항성이 가장 높은 성능을 보여주었다. 또한 완전 수중에 수침 시킨것과 골 재만 수침시킨 것을 비교하였을 때, 두 가지 경우 모두 강도가 감소함을 알 수 있었으나 감소의 정도가 골재 만 수침시킬 경우, 감소 정도가 작았다. 이는 수분 손상이 골재 아래에서부터 올라오는 간극수압에 의한 것 뿐만 아니라 실란트와 골재 사이의 물의 침투로 인해 손상이 일어난다는 것을 알 수 있다.
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2015.10
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환경부는 건설폐기물의 효율적 관리와 폐아스콘을 재생 아스콘으로 재활용 촉진하기 위한“건설폐기물 의 재활용촉진에 관한 법률”에 따라 아스팔트 콘크리트용 순환골재 사용량을 25%이상 사용하도록 규정 하고 있으며, 천연골재의 고갈로 석산개발에 제한되고 있는 실정으로 앞으로 순환골재의 사용량은 계속 증가할 추세이다. 특히, 정부의 온실가스 감축 방침 및 2015년 현재 시행하고 있는 탄소배출권 거래제 등 을 배경으로 상온재생아스콘의 사용량은 지속적으로 증가하고 있다.
본 연구에서 검토된 폴리머 바인더는 아스팔트 콘크리트 순환골재(RAP)와 상온에서 혼합하여 노화된 아스팔트의 유변학적 특성을 회복하고 골재 상호간의 접착력을 제공하여 상온재생 도로포장용 혼합물을 제조하는 기술이다. 폴리머 바인더의 아스팔트 재생능력을 평가하기 위하여 노화된 아스팔트와 폴리머 바 인더를 첨가하여 SHRP Binder 시험을 수행하였고 이를 이용하여 제조한 상온재생 아스팔트 콘크리트로 시험시공을 실시하여 실내 공용성 시험 및 현장 비교평가시험을 수행하였다. 연구 결과 폴리머 바인더는 노화된 아스팔트의 점도, 침입도, 균열저항성 등을 향상시켜 기존의 가열식 도로포장용 혼합물 품질 기준 을 만족하는 역학적 특성을 가진 혼합물을 제조할 수 있는 것으로 평가되었다.
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2015.10
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도로의 포장은 공용년수가 증가하고 차량하중과 환경요인에 의하여 점진적으로 공용성능이 저하하게 되 며, 일정한 보수기준에 이르게 되면 손상형태에 따른 적정 공법을 선정하여 보수를 시행하게 된다. 현재 고 속도로는 도로연장의 지속적인 증가와 건설 후 공용기간이 상당히 경과한 노후 노선이 늘어남에 따라 유지 보수 공법의 유효성 검증, 공용성 예측모형 및 수명주기비용 분석모형의 개발 등 현재 포장설계 및 유지관 리 기술개발과 연관된 다양한 분야에서 장기 추적조사한 포장 공용성 자료의 활용은 필수적이다. 이에 2007 년부터 운용하던 장기공용성 관측구간을 2013년에 신설구간 위주의 기존 분류체계에서 유지보수구간의 공 용특성 분석을 위해 장기 공용성 관측구간 분류체계를 재확립하고 다양한 종류의 포장재료에 대한 공용특성 분석을 위해 구간을 확대하여 기존 54개소를 292개소로 확대하여 현재까지 공용성 평가를 수행하고 있다.
국내 고속도로 장기공용성 관측구간은 포장층의 구성, 환경인자, 교통하중 등과의 상관관계를 고려하여 장기공용성 관측구간을 총 292개소를 선정하였으며 운영목적에 따라 공용중인 대표적인 도로포장 및 유지 보수 형태에 대한 관측을 위한 GPS(General Pavement Studies)구간과 특정공법의 공용성 파악, 설계 입 력변수 등의 영향 파악 등에 대한 관측을 위한 SPS(Specific Pavement Studies)구간으로 분류하였다. 또 한, 매년 사전현장육안조사를 통하여 구간을 관리하고 있으며 이때 유지보수가 시행되었거나 선형개량 및 확장공사 시행 등으로 인하여 삭제되는 구간은 준공 및 유지보수실적자료와 최근 시험시공구간자료를 토 대로 각 분류체계별, 포장재료별 대상구간 후보를 선정하고 구배, 기하구조, 포장형식 등을 고려한 현장육 안조사를 통하여 최종목표구간 292개소에 대해 구간추가선정 및 구간조정을 실시하고 있다. 이렇게 선정 된 장기공용성 관측구간에 대해 매년 기본조사(자동조사장비를 이용한 파손정량화 및 현장도보조사)와 정 밀조사(구조적 상태조사, 소음 및 미끄럼저항성 조사, 코어채취를 통한 실내시험)등의 추적조사를 수행하 고 있으며 축적된 추적조사 자료를 활용하여 분류체계, 포장재료, 교통량, 제설제 사용량에 따른 공용성 분석을 수행하고 있다. 향후 지속적인 추적조사를 통하여 공용성 자료와 기후·환경정보(교통량, 제설제 사용량 등)가 축적될 경우 보다 신뢰도 높은 중장기 공용특성 분석이 가능할 것으로 사료된다.
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2015.10
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실제 주행 시 운전자가 느끼는 승차감을 평가하기 위하여 Das등(1999)은 접속부 부등침하량이나 접근 경사 대신 IRI를 평가에 사용하였다. 측정방법은 그림 1과 같이 차량으로 조사하는 방법과 도보로 측정하 는 방법이 있다. 현재 국도 및 고속도로의 경우에는 차량을 이용하여 전구간을 조사하고 있으며 차량을 이용한 조사방법은 교통차단을 하지 않고 빠른시간에 조사를 할 수 있다는 장점이 있으나 단구간 토목구 조물인 접속슬래브 구간의 경우는 국부적인 처짐이나 단차가 발생하는 곳에서는 현실을 반영하는 데는 어 려움이 따른다. 또한 포장유지관리 시스템(Pavement Management System, 이하 PMS) 상의 분석자료 는 프로그램 알고리즘 상 교량과 접속슬래브 조인트가 포함된 10m 구간의 자료는 교량으로 편입되게 되 어 있고, 단위 구간이 100m를 평균한 자료여서 실제 접속슬래브 IRI 값이라고 하기에는 한계가 따른다. 따라서 본 연구에서는 접속슬래브 부근(이하 접속부)의 국부적인 처짐이나 단차를 정밀측정 할수 있는 도 보식 측정장비인 Walking Profiler을 이용하여 접속부 평탄성을 조사하였다. 그림 2는 단구간에서 PMS 자료와 Walking Profiler의 편차를 보여주고 있다.
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2015.10
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고속도로의 접속슬래브의 경우 공용기간이 경화함에 따라 지지력이 약해지는 원인이 다양하게 있겠지만 특히 교량 뒷채움부의 다짐불량 및 우수침투로 인한 세립분의 유실로 인한 공동부가 발생하고 이는 접속슬 래브의 처짐을 유발하여 평탄성 및 운전자의 주행성을 불량하게 한다. 따라서 본 연구에서는 접속슬래브의 현장육안조사를 실시한 후 공동이 의심되는 지역에 대하여 코어를 채취한 후 그림 1(b)와 같이 내시경 장 비를 이용하여 포장체 내부 및 하단부까지 공동의 유무를 확인하였다. 이 방법은 교통을 차단해야 하고 시 간을 요하는 단점이 있으나 포장하부의 공동부를 직접 확인할 수 있으며 추후 유지보수 수행에 있어서 공 동부의 규모, 위치, 및 범위 등을 비교적 정확하게 파악할 수 있어 보수방법 선정과 물량산출에 효과적이 라 할 수 있다. 그림 2는 접속슬래브 하부 공동발생 위치 및 공동발생구간 내부 상태를 보여주고 있다.
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변근주 외(1988)는 도로포장의 하부는 공용기간이 경과함에 따라 지지력이 약해지거나 공동이 발생하 면서 품질이 저하되며, 이로 인해 국부적인 균열 및 침하가 발생하여 포장의 수명이 저하된다고 하였다. 국내 도로 하부구조의 지지력 측정방법은 대표적으로 다짐도를 측정하는 현장밀도 시험, 하중 지지력을 확인하는 평판재하 시험, 동적 콘 관입시험, 소형 충격 재하시험 등을 이용하고 있다. 이러한 방법들은 포 장체가 포설되기 전에 수행하는 방법으로 포장체가 시공된 후에는 포장 하부의 지지력을 측정하는데 어려 움이 따른다. 따라서 본 연구에서는 현재 공용중인 노선에서 하중을 자유낙하시켜 그 때의 충격하중에 의 해 발생되는 처짐량을 측정하여 포장하부의 지지력을 산출할 수 있는 포장구조지지력 장비(Falling Weight Deflectometer, 이하 FWD)를 이용하여 접속슬래브, 완충슬래브, 본선의 구조지지력을 측정하였 다. 본 연구에서는 지지력 측정을 위하여 사용한 장비 및 측정위치는 그림 1과 같다.
콘크리트포장에서의 구조적 상태를 평가하는 동적지지력에 대한 분석결과는 접속, 완충, 본선구간에 대한 동적 지지력 평균은 각각 531.6, 801.6, 460.5(pci)으로 완충 슬래브 구간에서 가장 큰 값이 분석되 었으며 본선구간에서 가장 작은 동적지지력 값이 도출되었다.
아스팔트포장에서 수집된 FWD 자료 41개 구간에서 대하여 접속, 완충, 본선 구간에서의 보조기층과 하부층의 구조적상태를 분석한 결과는 접속 < 완충 < 본선구간 순으로 나타나지만 측정된 구간 모두 50㎛ 미만으로 구조적 상태는 ʻ상ʼ으로 분석되었다.
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고속도로를 주행하다보면 빈번하게 터널 및 교량을 통과하게 되는데 특히 운전자는 교량통과 시 교량 접속부에서 승차감이 나빠지는 경험을 자주하곤 한다. 이는 교량 뒷채움부의 다짐불량 등으로 인해 접속 슬래브의 침하에 기인한 것으로 본 연구에서는 현재 공용중인 고속도로에서 접속슬래브 부근의 실제 도로 프로파일을 그림 1(좌측)과 같이 Walking Profiler를 이용하여 측정하였으며 그림 1(우측)는 실제 프로파 일을 보여주고 있다. 측정결과 그림 2와 같이 접속슬래브 부근에서는 크게 8가지 형태로 분류할 수 있었 으며 대부분의 처짐 형태는 d와 e의 형태처럼 접속이나 완충슬래브에서 본선 슬래브까지 처지는 경우가 약 80% 이상을 차지하였으며, 접속슬래브와 완충슬래브만 국부적으로 처진 형태는 약 8.5% 정도 분포하 였다. 또한 접속슬래브 부근에서 처짐만 발생되는 것이 아니라 g와 h의 형태처럼 융기가 발생되는 구간도 존재하는 것으로 조사되었다.
