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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2017년도 제19회 한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집 (2017년 10월) 126건
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2017.10
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교면포장이라 함은 교통하중의 반복재하, 충격작용, 우수, 기타 환경하중으로부터 교량의 구조물(상판)을 보호함과 동시에 사용자를 위한 쾌적한 주행성 및 안정성 제공을 목적으로 시공되는 포장체를 의미한다. 이에 따라 교면포장은 높은 내구성, 시공 및 공정관리를 필요로 하며, 우수한 구조적 성능유지를 위해 우선적으로 신・구 콘크리트 간의 완전부착을 통한 일체거동이 확보되어야 한다. 일반적으로 국내 고속도로의 신설 교면포장을 시행함에 있어 신・구 콘크리트간의 부착성능을 향상시키기 위해 바닥판 콘크리트의 레이턴스 제거 공정을 시행하고 있으며, 이에 해당되는 경계면처리 방식에는 인력파쇄, 로드커터, 워터블라스트, 숏블라스트, 샌드블라스트, 평삭기, 워터젯 등 다양한 면처리 방법이 적용되고 있다. 상기 파쇄장비들의 사용목적은 복합 구조체를 형성함에 있어 접합면의 이물질 및 바닥판 콘크리트 표면의 취약부에 의한 부착성능 저하 요소를 제거하고자 함에 있으나, 각 파쇄장비의 적용에 따른 경계면처리 시 높은 파쇄에너지로 인해 바닥판 콘크리트 표면에 손상을 주어 오히려 신・구 콘크리트간의 부착성능이 저하되는 요인이 될 우려가 있다. 따라서 본 연구에서는 신설교면포장의 경계면처리 방식에 사용되는 장비 중 로드커터, 숏블라스트, 평삭기 적용구간을 시험변수로 선정하여 경계면처리 시행구간에 대한 코어채취를 시행, 파쇄장비의 적용에 따른 바닥판 콘크리트의 균열발생 유무 및 균열크기 등에 대해 분석하였다. 파쇄장비 적용에 따른 균열특성을 분석하기 위하여, 장비사용에 따른 4가지 변수(로드커터, 평삭, 블라스팅, 무처리)에 해당하는 현장코어를 사용하여 전자현미경(HT003C)을 통한 표면 균열발생 여부 및 균열크기 분석을 시행하였고, 바닥판 콘크리트에 사용된 쇄석골재(20EA) 또한 표면 균열특성 분석을 시행하였다
82.
2017.10
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현장재배합 장비 개념 현장재배합 장비는 트윈샤프트 믹서를 이용하여 현장에서 콘크리트에 기포, 속경성 혼화재료, 고분말 고내구성 혼화재료 등을 투입 한 뒤 빠르게 교반하여 혼입한 뒤 배출하는 방식으로, 대표적으로 배치식과 연속식 두 가지 방식이 있다. 장비개발 내용 본 연구를 통해 개발된 배치식 현장 재배합 장비는 버켓 컨베어를 이용하여 콘크리트를 0.5m3 트윈 샤프트 믹서에 공급하고, 기포 및 혼화재료를 투입하는 형태로 개발되었다. 5톤 차량에 상차하여 일체화 거동이 가능하며, 발전기가 내장되어 있어 버켓 컨베어, 믹서, 배출구 개폐 등이 자동으로 가능하다. 그림1은 개발된 현장재배합 장비 전경이다. 결 론 현장 재배합 장비는 일반 콘크리트를 저렴한 가격으로 현장에서 즉시 원하는 성질의 콘크리트로 전환할 수 있으나, 현재 배치식의 경우 시공 속도가 느리다는 단점이 있다. 향후 지속적인 개발을 통해 연속식 장비로 개선해야 할 필요가 있다.
83.
2017.10
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단위 바인더량을 400과 420으로 결정하였으며, 잔골재율 58%, W/B를 38%로 결정하였다. 혼화재료의 경우 현장 투입을 위해 추가 첨가하는 개념으로 실리카퓸을 중량대비 3% 첨가, 라텍스를 5% 첨가 하였고, 속경성 혼화재료의 경우 10∼40% 까지 첨가하여 첨가량에 따른 강도를 확인 하고자 하였다. 표1은 실험에 사용된 배합표이다. 기본적으로 속경성 혼화재료의 혼입량이 증가할수록 강도는 점차 증가하는 것으로 나타났으나, 12시간 강도에서는 바인더량에 따라 강도 차이가 크지 않았다. 그러나 24시간 강도에서는 혼입률이 적은 변수(10∼20%)구간 보다 혼입률이 높은 변수(30∼40%)구간에서 강도 증진이 크게 나타났다. 그림1은 변수별 강도 시험 결과 이다.
84.
2017.10
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한국건설기술연구원은 국도 3호선 회천-상패 구간에 콘크리트포장의 장기공용성을 관측하기 위해 시험시공을 실시하였다. 포장단면은 JCP(줄눈콘크리트포장)와 CRCP(연속철근콘크리트포장)로 구성하였으며, JCP는 슬래브 두께를 20cm～30cm로 변화를 두어 3개 단면으로 구성하였고, CRCP는 슬래브 두께를 20cm, 25cm로 하여 2개 단면으로 구성하였다. 본 논문에서는 이 구간에 FWD(falling weight deflectometer)시험을 통해 단면별 처짐량 및 LTE(load transfer efficiency)를 분석하였다. 재하하중은 4.5ton으로 하였으며, 재하위치는 슬래브 중앙부와 줄눈부(또는 균열부)로 하였다. 또한 측정시간을 7시, 11시, 14시, 17시로 나누어 실험을 수행하였다. FWD 실험결과, CRCP 4단면(슬래브 두께 25cm)은 전체 5개 단면 중 시점에 따른 처짐량 변동폭이 가장 작았으며, 또한 균열사이 중앙부와 균열부의 처짐량 차이도 가장 작게 나타났다. 해당 단면의 경우 전체적으로 슬래브 중앙부 D0 처짐량이 약 70～80 ㎛를 나타내었다. JCP 1단면(슬래브 두께 30cm)의 슬래브 중앙부 처짐량은 약 60～90㎛을, JCP 2단면(슬래브 두께 25cm)는 약 80～100㎛을, JCP 3단면(슬래브 두께 20cm)은 120～220㎛ 정도를 나타내고 있어, 슬래브 두께가 얇아질수록 슬래브 중앙부 처짐량은 증가하는 것으로 나타났다. CRCP 단면의 균열 사이 중앙부 처짐량 변동이 재하시점에 따라 최대 약 10㎛ 정도로 나타났는데, 상대적으로 JCP의 슬래브 중앙부 처짐량 변동은 CRCP 보다 더 큰 것으로 나타났다. 특히 JCP 슬래브 두께가 얇을수록 변동폭이 더 증가하는 것으로 나타났다. CRCP 균열부의 LTE가 모든 시점에서 90% 이상을 나타내어 상당히 우수한 것으로 평가되었으며, JCP 줄눈부의 경우 대체적으로 약 80% 이하를 나타내었다. 또한 JCP의 경우 줄눈부에 따라 LTE가 크게 변동하는 것으로 나타나 줄눈부 시공품질의 변동성이 큰 것으로 분석되었다. 또한 재하 시점에 따른 LTE 변동은 크지 않은 것으로 분석되었다. 이와 같은 결과를 볼 때, JCP의 경우 슬래브 상하단 온도 차이에 따른 상향컬링과 하향컬링이 슬래브 처짐량에 영향을 크게 미치지만, 이것이 LTE에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
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2017.10
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시멘트 콘크리트 포장은 2010년도를 전후해서 내구성 문제에 기인한 것으로 판단되는 스폴링 및 스케일링 파손이 조기에 발생하였다. 이러한 파손은 이용객의 주행 쾌적성을 저하시키고 수명을 단축시켜 잦은 보수로 인해 예상보다 빠른 대규모의 개량사업을 계획할 수밖에 없게 만들었다. 이러한 파손을 방지하기 위해서 그동안 내구성 관리지표를 만들어 공기량 및 기포간격계수를 관리하고 콘크리트 포장의 품질관리를 기존 강도 및 평탄성에서 내구성으로 바꾸어 현재에 이르고 있다. 그러나 내구성 향상 노력이 내부 공극과 함께 설계, 시공 및 재료에 대한 다각적인 검토를 통한 파손 원인 도출이 필요하게 되었다. 내구성 파손의 결과는 스폴링 및 스케일링으로 나타나지만 그 원인이 내부 공극에 국한된 것인지 아니면 다른 요인과 병행해 이루어지는지 아니면 다른 요인이 더 큰 영향을 미치는지 알아야 더욱 효과적인 대책을 찾을 수 있기 때문이다. 본 연구는 현장 공용성에 근거해 콘크리트 포장의 내구성 파손원인을 찾아내기 위한 목적으로 시작되었다. 이를 위해서 현장의 내구성 파손을 정량화해야 하고 정량화한 콘크리트 포장의 파손상태를 기준으로 현장을 구분해야 하며 구분된 현장을 기준으로 건전한 구간과 파손된 구간을 나누고 서로 비교 하므로 의미 있는 내구성 파손원인을 도출할 수 있다. 그림 1과 같이 동일한 노선에서 파손율 변화는 구간에 따라 다른 수치를 나타내고 있으며 이것은 유사한 시공조건과 재령을 가지고 있어도 재료 및 품질 특징에 따라 다른 결과를 나타낼 수 있음을 보여주는 것이라고 판단되었다. 그림 2는 높은 파손율을 보이는 곳의 내구성 파손 특징을 보이는 것으로 파손구간 및 비교구간에서 코어를 채취하여 실내에서 구조성능, 내부조직, 배합상태 및 내구성능 시험을 실시하였다. 한정된 조사 구간에서 채취한 코어시험을 통해 얻은 잠정적인 결과는 내구성 파손을 유발하는 인자 가운데 하나로 수분 흡수 저항성으로 제안할 수 있다는 것으로 건전한 코어의 흡수 저항성은 인접 구간에서 채취한 파손부 코어에 비해서 우수한 수분흡수 저항성능을 나타내었다.
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2017.10
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강한 수압에 의한 열화 콘크리트의 제거는 일반적으로 이루어지는 표면처리 방법으로 장비의 수압, 유량, 이동속도에 따라 제거 정도가 달라지며 표면에 생긴 요철은 보수재료의 부착성능에 영향을 주고 현장 부착강도 시험에서 천공 깊이를 결정 하는데 필수적으로 파악해야 하는 정보이다. 그러나 요철이 어떠한 특성을 가지고 있는지에 대한 데이터는 부족한 실정으로 보수 방법에 따른 보수 깊이, 요철 깊이는 어떠한 분포를 가지는지, 열화 제거에 따라 변동성은 얼마만큼 커지는지는 알 수 없는 실정이다. 본 연구는 고속도로 교면포장 개량과 콘크리트 포장 부분단면 보수를 실시하는 경우 발생하는 요철의 특성을 조사하였다. 이를 위해 5개 내외의 코어를 채취하여 최대 및 최소 길이를 측정하고 평균값을 보수재 깊이로 계산하였으며 차이를 요철 깊이로 정의하였다. 최대 요철깊이는 코어채취 위치에 따라 최대 나타내거나 최소를 나타낼 수 있는데 굵은 골재 최대치수 보다 큰 약 68mm직경 코어를 채취하여 표면 요철 변화가 코어 내에서 모두 관찰되게 하였다. 또한 보수재 요철깊이가 표면처리 방법에 따라 다른 형태로 나타내는지 비교하기 위해 교면포장과 부분단면 보수를 구분하여 분석하였다. 교면포장 두께 및 요철의 경향을 분석하기 위해 약 410개 현장 부착강도 코어 파괴 면을 조사하였다. 보수두께는 중앙 보다 열화가 심한 단부에서 변동이 심하게 발생하므로 단부에서 일정 거리를 떨어뜨려 코어를 채취하여 위치 변동성을 최소화 한 상태로 시공과 열화에 따른 두께 및 요철 변동성을 알아보고자 하였다. 또한, 부분단면보수 요철 분석을 위해 약 360개 현장 부착강도 시편 파괴면 분석결과 데이터를 조사하였다. 부분단면보수는 교면포장과 달리 파손이 발생한 줄눈에만 표면처리를 수행하므로 장비의 가동이 불연속이고 열화 제거가 교면포장 보다 소형 장비를 사용하여 수행하기 때문에 나타나는 특징을 비교하였다. 콘크리트 포장 및 교면포장에 덧씌우기 하거나 부분단면 보수를 수행하는 경우 발생하는 요철의 특성을 조사한 결과 교면포장의 보수두께는 8∼9cm에서 가장 큰 빈도를 나타내고 요철깊이는 0.8∼1.0cm 범위에서 가장 큰 빈도를 나타내었다. 부분단면 보수깊이는 5∼6cm 범위에서 가장 큰 빈도를 나타내고 요철깊이는 0.4∼0.6cm 범위에서 가장 큰 빈도를 가지는 것으로 나타났다. 보수재 두께 변화는 교면포장이 부분단면보수에 비해서 평균적으로 크게(1.0/0.6cm) 나타났고 요철깊이도 평균적으로 더 깊은(0.9/0.6cm) 경향을 나타냈다.
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2017.10
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시멘트 콘크리트 균열은 수화 반응에 의한 경화수축이 하부 마찰과 같은 구속으로 의해 인장응력을 발생시키고 콘크리트의 인장강도를 초과할 때 발생한다. 이러한 이유로 줄눈 콘크리트 포장은 줄눈 절단을 통해 균열의 위치를 인위적으로 결정하지만 연속철근 콘크리트 포장은 균열을 허용하되 내부 철근을 통해 균열의 폭을 제어하여 포장의 기능을 확보하게 된다. 포장의 균열은 수분이 포장 내부로 침투할 수 있게 하므로 하부 층에 영향을 미치고 철근의 부식을 발생시키며 골재 맞물림에도 영향을 미치기 때문에 설계자는 적정 균열 폭을 얻기 위한 철근의 양을 결정하고 우리나라 고속도로의 경우 일반지역은 0.68∼0.70%, 특수 환경은 0.73∼0.74%를 표준설계 세목으로 제시하고 있다. 균열이 발생한 이후에는 온도에 따라 수축․팽창이 발생하면서 균열 폭의 변화가 발생하며 밤에 대기 온도가 떨어져 콘크리트가 수축하면 균열의 폭은 넓어지고 낮에 대기 온도가 올라가 콘크리트가 팽창하면 균열의 폭은 좁아진다. 본 연구는 연속철근 콘크리트 포장 균열 폭에 대한 정량화된 움직임을 관찰하기 위해 콘크리트에 균열이 발생한 후 균열 게이지를 설치해서 초기 1년 동안 발생한 균열 폭을 계측한 데이터를 분석하였다. 과거 균열 거동은 공용 구간에 짧은 기간 동안 계측하여 얻은 결과를 통해 중간정도 공용기간의 일일 변화에 초점을 두었으나 본 계측은 계절적으로 어떻게 변화하는지를 관찰하는데 중점을 두었다
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2017.10
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콘크리트 기층에 아스팔트 표층의 복합포장 구조에서 온도변화에 따른 반사균열의 거동은 반사균열 억제 및 제어에 중요한 정보로 작용한다. 반사균열의 주요 발생원인 중 포장의 온・습도 변화에 따른 하부 콘크리트의 수평 거동 및 컬링에 의한 줄눈/균열부 수직 거동은 포장의 특성(콘크리트 열팽창계수, 하부마찰계수, 포장두께 등)과 지역환경(대기의 온도, 상대습도, 태양 복사량 등)에 따라 다른 특성을 보인다. 본 연구에서는 롤러전압 콘크리트 기층에 배수성 아스팔트 표층의 복합포장 구조에서 현장의 온도변화에 따른 반사균열의 거동 특성을 분석하였다. 늦가을(11월 초)에 5cm 두께 배수성 아스팔트 덧씌우기 포장을 롤러전압 콘크리트 기층 상부에 시공하였다. 온도 조사는 표층 아스팔트 상/하부와 기층 콘크리트 상/하부, 대기온도를 계측하였다. 롤러전압 콘크리트 기층의 균열은 1년의 공용기간 동안 약 30m의 일정 간격으로 발생하였으며, 계측한 연속된 3개 균열의 움직임은 안정화되어 온도에 따라 유사한 거동을 보였다. 계측결과, 겨울철 온도에 따른 줄눈거동은 그림 1과 같다. 영하권의 겨울철 포장의 온도는 태양의 복사열과 기층하부의 지열로 인하여 대기온도보다 높았다. 표층 시공 후 큰 폭의 온도 저감이 발생한 이후 반사균열이 발생하였고 그림 2는 반사균열 발생 전・후의 1일 온도차에 따른 1일 균열 폭 변화량을 보인다. 추세곡선의 기울기는 온도변화에 따른 균열 거동에 저항하는 크기를 나타낸다. 두 곡선의 기울기 차인 0.008은 5cm 두께의 배수성 표층의 반사균열에 대한 저항 특성치임을 알 수 있다. 아스팔트 표층 반사균열 발생 전・후의 추세 곡선간 y축 절편의 차는 반사균열 발생에 따른 동일 온도변화에서 균열 거동량의 증가분을 나타낸다. 향후 배수성 표층 복합포장의 계절별 거동특성을 분석하여 복합포장 설계검토에 활용할 계획이다.
89.
2017.10
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공항 콘크리트 포장 슬래브는 온도와 습도 등 환경요인의 복합적인 영향으로 수축과 팽창을 반복한다. 하지만 슬래브 상·하부간의 비선형적인 온도구배로 인해 깊이에 따른 열팽창률이 다르며, 슬래브 표면에서의 증발로 인한 수분 손실로 인해 부등건조수축이 발생하여 위아래로 뒤틀리는 컬링(Curling)거동을 야기한다. 이처럼 환경요인에 의한 슬래브의 거동은 단기적으로 일주기의 대기 온도변화에 의한 거동특성을 보이며, 장기적으로 건조수축 및 계절적인 온도변화에 의한 거동특성을 보인다. 본 연구에서는 인천국제공항 현장에서의 HWD실험을 통하여 단기 및 장기적인 콘크리트 포장 슬래브의 거동을 예측하고자 하였다. 본 연구를 위해 2016년 11월부로 인천국제공항의 4단계 건설사업 중 3단계 건설사업이 진행중인 여객계류장 현장에 정적 및 동적 계측기를 설치하였으며, 상시적으로 정적변형률을 계측함과 동시에 정기적으로 HWD실험을 통해 동적변형률을 계측하였다. 계절별 거동특성을 분석하기 위해 2017년 3월, 5월, 8월 3차례에 걸쳐 HWD실험을 실시하였으며, 일주기 거동특성을 분석하기 위해 매 실험마다 3시, 7시, 11시, 15시, 21시에 걸쳐 총 5회의 실험을 실시하였다. HWD 실험을 통해 그림 1과 같이 슬래브의 중심, 모서리, 우각부의 내측 및 외측을 대상으로 타격하였으며, 처짐량, 충격강도계수(ISM), 하중전달률(LTE), 포장체 내 변형률, 역산 탄성계수를 조사하여 분석하였다. 현재까지의 HWD실험을 통해 슬래브 거동특성을 분석한 결과 초기상태의 슬래브는 부등건조수축으로 인한 Curl-up이 발생하며, 우각부와 보조기층이 분리된 것으로 예측되었다. 하지만 재령이 지날수록 일정한 Curl-up상태를 유지한 체 보조기층의 침하가 동반되어 Curl-up이 완화되는 거동이 예측되었다. 본 연구진은 추후 추가적인 HWD실험을 실시하여 슬래브 거동 예측결과를 검증 할 예정이다.
90.
2017.10
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콘크리트에 발생하는 건조수축은 콘크리트 구조체 내부에 존재하는 수분의 이동에 의해 발생하며 강도발현시점 이후부터 점진적으로 그 크기가 커진다. 콘크리트에 발생할 수 있는 건조수축의 크기는 골재나 시멘트 등의 특성에 따라 다르나 약 40-1000 의 범위에서 발생하므로 그 크기는 무시할 수 없는 수준이다. 많은 연구자들은 콘크리트의 건조수축의 약 20-25%가 재령 2주내에, 약 50-60%가 3개월 내에, 80% 이상이 재령 1년 이내에 발생하는 것으로 판단하고 있다. 다만 콘크리트 포장에서는 깊이에 따라 건조수축의 발생의 진행정도가 다르며 이로 인해 포장체 상부와 하부에서의 수축차이가 생기는 부등건조수축이 발생하므로 단순히 구조체 전체가 동등하게 수축한다고 가정할 수 없다. 본 연구는 공항 콘크리트포장을 대상으로 한 유한요소해석 모형에 실제 현장에서 약 9개월간 계측한 슬래브 깊이별 실측 온도를 적용하여 계절적 온도변화에 의한 포장체의 거동을 해석하였다. 유한요소해석 결과와 실제 현장에서 계측한 슬래브 위치별, 깊이별 변형률을 비교 분석하였으며, 온도의 영향만을 반영하여 해석을 실시한 결과와 건조수축이 발생하는 실제 슬래브의 거동사이에 차이가 발생함을 확인하였다. 상대적으로 재령 초기에 건조수축의 발생이 작은 슬래브 바닥면을 기준으로 보정계수를 추정하여 해석결과를 보정하였으며 슬래브의 재령에 따른 깊이별 건조수축의 발생 경향을 확인할 수 있었다.
91.
2017.10
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최근, 장기간의 집중호우 및 장마로 인하여, 상대적으로 구조가 불안정한 보도 하부에 공동이 발생하여, 상당수의 지반함몰이 발생되었다. 또한 내진·지질학 전문가들에 따르면 최근 잦아진 지진이 지반연화에 영향을 미쳐 지반함몰 현상이 더욱 늘어날 수 있다고 경고하고 있다. 이에 본 연구에서는 지반하부에 존재하는 공동을 EM방법을 활용하여 미연에 탐지함으로써, 인적·물적 피해를 최소화하고, 시민의 안전을 도모하고자 한다. 지반하부 공동 탐사에 이용되는 기존의 방법들은 탐사시간이 지나치게 길거나, 포장에 파손을 야기하고, 좁은 지역에서는 탐사가 불가능한 단점이 있다. 하지만 EM방법의 경우 탐사시간이 비교적 짧고, 비접지식이기 때문에 포장에 파손도 야기하지 않으며, 좁은 지역에서의 탐사도 가능하기 때문에, 본 연구에서는 보도, 공원도로, 이면도로 등 좁은 지역에 대해서 EM방법을 활용하여 지반함몰 위험지역 예측에 대한 기초연구를 진행하고자 한다. 기존에 사용되는 EM방법은 터널탐사 및 매립지 오염도 탐사에만 이용되고 있었기 때문에, 체코 GF Instrument사의 EM장비인 CMD Mini Explorer를 이용하여 기반하부 공동 탐사를 위한 실험을 진행하였다. 공동탐사 이외의 외부조건을 통일하기 위해서 나대지에서 실험을 진행하였으며, 기존 지반상태, 공동 모사상태, 공동 및 금속 모사상태에서 각각 탐사를 진행하였다. 탐사 결과, 금속의 존재유무와 관계없이 공동 위치에서 전기비저항 이상대가 나타났으며, 되메움 작업 시 다짐상태에 따라 일어난 지반의 교란이 층 형태의 전기비저항 분포로 나타났다. 따라서, EM방법은 공동 탐사에 있어 충분한 성능을 가지고 있으며, 금속에도 큰 영향을 받지 않는다는 것이 확인되었고, 연약지반에 대한 탐사에도 활용될 수 있을 것으로 판단되었다.
92.
2017.10
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국내 고속도로는 1970년을 시작으로 많은 발전을 이루었으며, 콘크리트 포장은 아스팔트 포장에 비해 시공비가 저렴하고 일정기간 동안 유지보수가 필요하지 않은 이점을 가지고 있어 고속도로 포장에 본격적으로 적용되었다. 국내 고속도로의 콘크리트 포장은 약 60% 이상을 차지하고 있으며, 그 중 설계수명을 지난 콘크리트 포장이 증가하는 추세이며 향후 10년 내에 6배까지 증가할 것으로 예측되고 있다. 포장 파손에 대해 일시적인 보수를 실시하고 있으며, 이러한 단편적인 보수는 2차 파손을 야기하는 비효율적인 모습을 보이고 있다. 그리하여 리모델링이라는 대대적인 보수 방법을 적용하기 위하여 본 연구에서는 리모델링 지수를 개발하고 동질성 구간을 선정하여 리모델링 우선순위를 결정하고자 한다. 한국도로공사의 HPMS(Highway Pavement Management System) 자료, 기상청의 기상자료, 본 연구를 통해 개발된 RMI지수를 이용하여 동질성 구간을 선정하고자 한다. 본 연구에서는 각 노선의 행선에 따라 노후 고속도로 포장 구간을 구분하였다. 리모델링 지수의 기준에 따라 그림과 같이 시각화된 자료를 통해 리모델링이 필요한 구간을 정성적으로 선정하고 RMI의 평균값이 7이상되는 구간을 선정한다. 동질성 구간의 최소 연장은 5km로 하며, 콘크리트 포장 이외의 구간은 실무자의 판단 하에 포함 여부를 결정할 수 있도록 하였다. 실무자가 엑셀 Sheet를 이용하여 동질성 구간을 분할 할 수 있도록 하였으며, 그에 필요한 매뉴얼 또한 개발하여 실무자의 편의를 도모하고자 하였다. 본 연구를 통해 동질성 구간을 선정하여 리모델링 우선순위를 결정하는데 도움을 주고자 하였다.
93.
2017.10
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국내 항공교통량은 매년 지속적으로 증가하여 2016년에 역대 최고치를 기록하였으며, 앞으로의 항공수요는 지속적으로 증가 할 것으로 예측된다. 하지만 국내 주요 공항시설의 노후화가 지속되어 설계공용수명20년을 초과한 활주로가 증가하고 있으며, 공항포장의 품질관리 및 유지보수의 중요성이 증대되고 있는 시점이다. 따라서 본 연구에서는 공항포장의 재료적으로 보완된 기준을 제시하기 위해 대표 공항 3곳을 선정하여 배합비, 골재특성 및 재령별 포장파손종류를 검토하여 개선된 배합범위를 제시하였으며, 12가지의 배합 Case를 선정하여 동결융해시험을 통한 내구성능을 검증하는 단계에 있다. 각 공항의 배합설계기준, 시방배합표, 골재의 특성을 비교 및 분석하였으며, 주요파손의 종류를 파악하여 주요파손이 나타내는 재료적 특징과 원인을 조사하였다. 또한 포장의 내구성저하에 영향을 미치는 인자를 중점으로 3개 대상 공항의 배합비 및 골재특성을 비교하였다. 그 결과 콘크리트 포장의 내구성 증진을 위해 시멘트사용량 및 혼화제사용량을 증가하고, 잔골재의 0.08mm체 통과율(미립분)을 감소하는 방향의 개선배합을 제시하였다. 표 1과같이 단위 시멘트량, 혼화제 사용량 및 잔골재 미립분 함량을 각각 변수로 설정하였으며, 단위수량을 169kg/m3, 잔골재율을 35.9%로 고정하여 12가지 Case를 선정하고 각 Case별로 2개의 공시체를 제작하여 동결융해실험을 진행중에 있다. 현재 실험은 12가지 Case중 6개의 실험을 진행하고 있으며 추후 나머지 6개를 더 진행하여 배합변수와 내구성간의 관계를 분석할 예정이다. 또한 내구성이 높은 Case를 선정하여 압축강도, 포아송비 및 탄성계수의 실험을 추가적으로 진행하여 적정 개선배합범위를 제시 할 것이다.
94.
2017.10
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최근에는 도심지 개발에 따른 지표면 포장률 증가로 인해 불투수면적의 증가하여 지하수의 고갈, 도시형 수해 증가 등의 문제가 발생하고 있다. 투수성 포장기법은 대표적인 저영향개발적용 기술 중 하나인 친환경 포장 공법으로 물순환 체계의 개선을 통한 환경 개선 효과와 더불어 차량 주행소음의 감소, 열섬 현상 완화, 미끄럼 저항의 향상 등 다양한 기능을 얻을 수 있으며 국내외 관련 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 일반도로는 한국형 포장설계법을 적용하여 설계를 하게 되어 있으나, 현재 투수성 아스팔트 도로를 설계를 위한 지침은 제시되어 있지 않다. 이에 본 연구에서는 국내외 선행 연구 조사 및 검토를 통해 투수성 아스팔트 포장 설계인자 및 구조 설계방법을 제안하고자 한다. 선행 연구 조사 결과, 투수성 포장 구조설계는 AASHTO 1993 설계법을 적용하여 수행하고 있는 것으로 확인되었다. 투수성 포장 설계인자 중 투수성 아스팔트 포장재료의 상대강도계수를 제안하였고, 한국형 설계법에서 고려하고 있는 도로설계등급을 고려하여 교통량 산정하는데 적용하였다. 또한, 투수성 콘크리트 포장설계를 위한 지지력 복합계수를 한국형 설계법에서 적용한 방법을 활용하여 구조 설계에 고려하였다. 이러한 설계인자를 고려하고 경제성을 고려한 최적 포장 두께를 산정하기 위한 최적화 알고리즘을 적용설계를 할 수 있는 PerPaveDesign 프로그램을 그림 1과 같이 개발하였다.
95.
2017.10
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최근 여름철 집중호우 및 폭염지속, 겨울철 폭설 등 이상기후 와 2000년대 들어 버스전용차선이 본격적으로 시행되고 차량하중의 중량화로 인한 직․간접적인 요인으로 인하여 도로파손이 가속화 되고 있다. 서울특별시의 포트홀(Pothole) 발생 현황을 살펴보면 2006년도에는 3만 8천 건에서 2010년도에는 7만 7천 건으로 두 배 이상 급증하였다(서울연구원 2012). 수분손상(Moisture Damage)및 박리(Stripping)현상은 강수에 의한 수분의 침투로 아스팔트 피막과 골재사이의 접착력을 약화시키고 이는 도로의 강성과 내구성의 손실로 도로파손이 빈번히 발생하게 되며 도로자체의 구조적 문제적인 문제까지 야기시키게 된다. 제안된 문제들의 해결을 위한 첫 걸음으로 아스팔트 혼합물의 수분에 대한 저항성을 객관적으로 보다 손쉽게 평가할 수 있는 실험법이 필요한 실정이다. 이에 본 연구에서는 AASHTO TP – 91에 규정되어 있는 ABS(Asphalt Bond Strength) Test를 이용하여 수분 손상에 따른 골재와 아스팔트 바인더와의 접착 특성을 평가하고 이를 AASHTO T 283에서 제시하고 있는 아스팔트 혼합물의 수분민감도 평가 방법인 인장강도 비(Tensile Strength Ratio, TSR) 시험 방법과 비교 평가하여 수분 손상에 따른 골재와 아스팔트 바인더와의 접착 특성이 아스팔트 혼합물의 강도 특성에 미치는 영향을 평가하였다. 상기 그림에서와 같이 아스팔트 점착 강도 시험은 간단한 시험시편 제작과 시험조건으로 손쉽게 수분 손상을 평가할 수 있으며, 분석방법 역시 골재와 아스팔트 바인더 사이에서의 강도 변화를 직접적으로 측정할 수 있어 실험 결과에 대한 신뢰성이 높은 장점을 가진다. 수분 손상에 따른 골재와 아스팔트 바인더의 점착력 변화와 아스팔트 혼합물의 강도 변화를 비교 평가한 결과, 두 평가방법이 상호간의 상당히 높은 상관관계를 나타내었으며, 골재와 아스팔트 바인더와의 점착력을 이용하여 아스팔트 혼합물의 수분 손상 대한 평가 기준 제시(품질기준)가 가능할 것으로 판단된다. 다만, 본 연구에서는 재료의 품질 특성 평가만을 수행하였기 때문에 수분 손상에 대한 아스팔트 혼합물의 구조적 특성 등을 평가하여 실제 포장의 공용수명에 미치는 영향 등에 대하여 추가적인 연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다.
96.
2017.10
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최근 이산화탄소 발생량이 증가함에 따라 지구온난화 문제가 심각해지고 있는 가운데 국내에서도 기록적인 폭우로 인한 홍수 및 침수 피해가 급증하는 등 아열대성 기후의 특징이 점차 부각되고 있다. 이처럼 증가한 강우량 및 강수일수는 수분으로 인한 아스팔트 포장의 파손 증가로 이어지고 있다. 수분에 의한 아스팔트 포장 파손의 가장 대표적인 사례인 포트홀의 발생 현황을 보면 2006년도에는 3만 8천건이 발생한 반면 2010년에는 7만 7천건으로 두배 이상 급증하였다(서울연구원, 2012). 이처럼 급증하는 아스팔트 포장의 수분파손을 저감하기 위해 국토교통부의 ‘아스팔트 콘크리트 포장 시공 지침(2017)’에서는 동적수침 후 피복율을 점검하도록 규정하고 있다. 동적수침시험은 수분이 골재와 바인더에 미치는 영향을 평가하는 시험으로 일정한 크기의 골재를 피복하여 동적수침 후 2명의 시험자가 육안으로 피복율을 판별한다. 하지만 동적수침 시험은 정량화되고 계량화된 판별법이 아닌 관찰자의 숙련도 및 주관이 개입될 여지가 많은 판별법으로, 관찰자에 따라 결과가 상이하고 반복성이 떨어져 신뢰도가 낮은 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 Digital Image Analysis를 이용한 분석법등이 제안되었지만, 화강암의 어두운 부분이 바인더가 잔존하는 것으로 계산될 수 있다는 단점이 있다(손정탄 외, 2016). 본 연구에서는 육안조사 및 선행연구에서 제시한 판별법의 단점을 개선하기 위해 시험 후 골재표면에 피복되어 있는 아스팔트 중량을 이용해 피복율(이하 중량판별법)를 측정하고자 하였다. 이를 위해 11.2 ∼8mm 크기의 화강암 골재와 PG 64-22 바인더를 이용하여 시료를 제작하였고 피복한 시료의 무게(A)를 측정한 후 동적수침시험을 실시하였다. 시험이 끝난 시료는 시험자가 육안조사를 먼저 실시하였으며, 이를 건조로에서 항량이 될 때까지 건조한 후 무게(B)를 측정하였다. 이후 소각을 통해 골재 표면에 피복되어있는 AP를 제거한 후 골재만의 무게(C)를 측정하였고, 이를 이용해 시험 전(A-C)·후(B-C) 골재에 피복되어 있던 AP의 중량을 구하였다. 이렇게 구한 AP의 중량의 비((B-C)/(A-C)×100)를 이용해 피복율을 계산하였다. 시험 결과, 육안조사 및 중량판별법의 평균과 표준편차는 각각 55.56%, 2.04와 52.15%, 2.01로 나타났다. 표준편차는 유사한 수준으로 반복성 및 재현성에서 큰 차이를 보이지 않았지만 평균은 중량판별법이 약 3% 작게 나타났다. 중량판별법의 평균이 작은 이유는 육안조사 과정에서 AP가 일부 소실된 시료를 소각 및 중량판별하였기 때문인 것으로 판단된다. 판별법에 따른 결과값의 차이가 유의미한 것인지를 검증하기 위해 T-test를 실시한 결과, p값이 유의수준 0.05보다 작아 결과값의 차이가 유의미함을 알 수 있었다. 판별법간의 상관정도를 보여주는 상관계수는 0.63로 강한 상관관계를 보였으나 회귀분석을 통한 는 0.3989으로 작게 나타났다. 상관관계가 높음에도 불구하고 가 작은 이유는 판별법에 따른 결과값의 차이가 균일하지 않기 때문으로, 이는 피복AP 제거를 위해 시료를 소각하는 과정에서 고온으로 인해 파손 및 소실되는 골재의 양이 균일하지 않기 때문으로 판단된다. 연구 결과, 중량판별법은 기존 육안조사의 단점인 시험자의 주관 및 선입견을 배제하고 숙련도에 관계없이 육안조사와 유사한 수준의 결과값을 도출할 수 있는 객관적인 판별법이라 판단된다. 그러나 본 연구에서는 한정된 골재 및 바인더에 대해 시험한 결과로 이를 실제로 적용하기에 위해서는 다양한 재료에 대한 적용가능성 검증이 선행되어야할 것이다. 또한 소각용 Pan의 개량 및 적정온도 선정에 대한 추가 연구를 통해 값을 향상시켜야 할 것이다
97.
2017.10
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시멘트 콘크리트 도로포장의 노후화와 함께 지속적으로 사용되어진 제설재의 영향으로 고속도로의 파손 및 관련된 유지보수 비용은 매년 급증하는 추세이다. 이러한 문제점의 극복을 위해 최근 유럽 및 선진국에서 기존 콘크리트 포장 상부에 아스팔트 포장을 시공하는 덧씌우기 포장을 적용하고 있으나, 거듭된 연구에도 불구하고 콘크리트 층의 조인트 부위에서 발생하는 반사균열에 대해 효과적으로 억제할 수 있는 방안은 미흡한 실정이다. 반사균열에 의한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 개발된 것이 응력흡수층(SAMI, Stress Absorbing Membrane Interlayer) 포장공법으로 기존 포장층과 신설 포장층 사이에 별도의 응력흡수층을 설치하여 하부층의 균열을 상부층으로 전달되는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다. 본 연구에서는 응력흡수층의 성능평가를 위해 시멘트 콘크리트 포장위에 아스팔트 콘크리트 덧씌우기를 모사한 4종류의 혼합물을 제작하였다. 그림 1.은 응력흡수층의 적용여부를 구분하여 제작한 혼합물을 나타낸다. 여기서, SAMI층의 경우 유리섬유를 포설한 섬유 그리드층과 유리섬유를 포설하지 않은 섬유 그리드층으로 구분하였다. 아스팔트 콘크리트 층은 덧씌우기에 효과가 우수하다고 판단되는 PSMA(Polymer mdified Stone Mastic Asphalt)로 제작하였으며 SMA 포장과 같은 13mm 골재를 사용하여 골재의 맞물림 효과를 충분히 발휘시키기 위한 목적으로 PG 76-22 등급의 바인더를 사용하였다. SAMI의 경우 하부 포장층과 접착이 불안정한 경우 소성변형 및 균열을 유발할 수 있기 때문에 부착강도는 중요 요소로 작용될 수 있으며, 덧씌우기층과 응력흡수층 사이의 밀림현상에 충분히 저항할 수 있어야 하므로 응력흡수층의 부착 및 전단 성능을 평가하기 위해 직접전단 및 인장시험을 실시하였다.
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국내의 고속국도와 일반국도는 특성상 넓은 지역을 관통하게 되어 해당지역에 생활권의 분할과 지역주민들의 소통, 이동간의 불편 등의 영향을 미치게 된다. 이로 인한 불편을 해소하고자 부체도로(附替道路)를 설계·시공하고 있다. 그러나 부체도로의 특성상 교통량이 기존 도로에 비해 현저히 낮은 수준으로 기존의 시멘트콘크리트 슬라브 20cm, 보조기층 20cm의 포장두께가 다소 과하다는 의견이 빈번하다. 이에 따라 본 연구에서는 부체도로의 교통량에 따른 등급을 설정하고 단면두께를 제안하였으며, 포장구조해석 프로그램을 통한 공용성 분석을 실시하였다. 전라북도 전주시 및 수도권의 부체도로 13개소 교통량 조사결과 일평균 약 40대로 국형포장설계법의 교통량 C1등급에 해당되는 교통량으로 조사되었다. 따라서 기존의 KPRP(한국형포장설계법) 카달로그 설계등급3의 포장두께가 다소 과다할 것으로 추정되며, 인근 공장에 의한 중차량하중이 발생하게 되는 것을 고려하여 기존의 한국형포장설계법의 포장두께를 수정하였다. 수정된 아스팔트포장 단면두께는 1∼100대 : C1(표층5cm·기층7cm·보조기층15cm), 101∼500대 : C2(5·8·17), 501∼1500대(중차량·농기계 주행고려구간) : C3(5·10·20)로 분류 하였다. 콘크리트포장과 아스팔트포장의 KPRP 비교·분석 시 콘크리트포장의 설계는 기준대비 균열율(%), 종단평탄성(m/km) 발생량이 비교적 낮은 값으로 나타났으며, 아스팔트포장의 경우 기층 10cm미만은 분석이 불가하여 C3단면을 분석한 결과 설계기준 값을 모두 만족하였다. 또한 KENLAYER(다층탄성해석 프로그램)와 ABAQUS(유한요소해석 프로그램)로 잔존수명 분석결과 콘크리트포장의 잔존수명은 사용 교통량에 비해 높은 값으로 나타났으며, 아스팔트포장의 경우 각 단면두께에 대해서 도로포장구조설계해설서(2011)의 층별 탄성계수를 사용하여 공용성을 분석한 결과 각각의 잔존수명이 유사하게 예측되었다. 세 가지 해석 프로그램의 분석결과 설계기준 충족 및 적정한 잔존수명을 나타내는 것으로 보아, 앞서 제안한 아스팔트 단면두께가 부체도로의 콘크리트포장 설계의 대안으로 적절하다고 판단된다. 따라서 부체도로 포장 설계 시 교통량, 중차량하중 등의 현장여건을 고려한 부체도로 설계를 반영한다면 기존 부체도로 포장에 비해 보다 합리적인 설계가 가능할 것으로 판단된다. 또한, 일반도로와 달리 단면두께가 최소화된 부체도로에 대한 공용석 분석 방안 및 도로포장에서 환경요인에 의한 파손유형 연구가 필요 할 것으로 판단된다
99.
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국내 도로포장의 약 80%의 비중을 차지하는 아스팔트 포장은 신속한 교통개방 및 유지관리의 편의성 등의 장점이 있는 반면, 소성변형(permanent deformation rutting), 환경영향에 의한 균열(crack), 시공과정에서 발생되는 이음(joint)에 의한 이음부 균열(joint crack) 등의 단점도 많이 내재되어 있는 실정이다. 그동안 아스팔트 개질재 개발 및 골재 입도 개선 등을 통하여 소성변형 저감을 위한 연구는 지속적으로 이루어져 온 반면, 균열에 대한 연구는 상대적으로 미비한 것이 국내 실정이다. 최근 국내도로는 교통량의 증가와 주변 환경의 따라 도로의 포장공사가 증가하고 있는 추세이나, 아스팔트 포장의 확장공사, 절삭 덧씌우기 공법을 적용한 보수공법 시공시에는 굴착 복구 과정에서 기존 포장과 이어서 새롭게 포설 및 다짐한 포장사이에 시공조인트(cold joint)가 발생하게 된다. 이런 시공조인트는 이미 포장된 면과 새로 포장된 면과의 접착이 이루어지는 접합부로 단기간 내에 신구포장의 접착부실로 조기균열이 발생하여 강우시 균열부위에 빗물이 침투하게 되고, 차량의 하중에 의해 점진적으로 균열이 확대되어 라벨링, 박리 및 포트홀 발생으로 연결되게 되어 포장층의 내구성 및 수명 저하를 초래한다. 따라서 아스팔트 포장 시 발생되는 시공조인트의 완벽한 접착력 및 방수성과 차량의 하중 및 충격을 흡수하여 시공조인트 균열의 확대를 억제할 수 있는 예방적인 재료가 절실히 요구되고 있다. 예를 들어, 국내의 경우 아스팔트 포장의 종 방향의 시공 이음부 균열 문제를 근본적으로 해결하지 못하고 있는 실정이며, 아스콘 포장 후 1～2년 경과 후에 이음부에서 균열이 발생되며, 이러한 시공균열 발생저감을 위하여 국내 R사에서 새로 개발한 고무화 아스팔트계 자착식 시트를 사용하여 균열 저항성과, 저온 유연성에 대한 실험 및 평가를 하였다.
100.
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국내 도로의 총 연장은 매년 증가하고 있으며, 도로의 노후화는 점차 높아지고 있다. 한국건설기술연구원에 따르면 20년 이상 노후된 도로 포장 중속국도는 ‘12년 기준 400km, 일반국도는 4,703km이며 ’22년에는 고속국도는 3,322km, 일반국도는 8,660km로 노후화에 따른 유지보수 대상 도로의 증가는 불가피한 설정이다. 따라서, 본 연구에서는 고성능 친환경 도로보수용 상온아스콘과 제조시스템의 개발에 관한 것으로 가장 기본이 될 수 있는 바인더의 개발하였다. 바인더의 개발단계에서 수용성바인더와 지용성바인더 두 가지를 를 바인더 선정을 위한 기초연구를 실시하였다. 기존의 도로보수용 상온아스콘의 보관사용을 위한 필수적인 첨가제인 가소제의 선정에 있어서 환경적으로 보다 무해한 재료를 사용하였다. 사용된 가소제의 역할을 하는 재료는 저 비등점 재료와 고 비등점 재료를 사용한다. 저 비등점과 고 비등점 가소제는 제품의 양생시간을 조절하기 위해서 사용되는 가소제의 역할을 하는 재료로서, 여름철과 겨울철에 따라서 사용량이 조절된다. 본 기소제는 연구과제의 개발단계의 두 가지 바인더에 공동으로 사용이 가능하다. 고성능의 제품 발현을 위해서 사용된 개질첨가제는 수용성 바인더와 지용성 바인더를 사용하였다. 이러한 개질첨가제는 혼합물을 제조할 때 여러 가지 방법을 사용하여 바인더 혹은 혼합물내에 분산성을 고려하여 투입방식을 달리하여 사용하였다. 국내 골재가 음이온으로 구성되어 있는 것을 감안하여 양이온유제를 사용하여 개발하였다. 양이온 유제를 사용한 제품의 골재와의 코팅테스트에서는 코팅율은 양호한 상태이었으나, 도로보수용으로 사용하기 위한 저장 및 보관을 위한 양생시간의 조절은 유화제로 조절하기에는 무리가 있어 단기간에 양생이 되는 현상이 발생되었다. 수용성 바인더를 이용한 도로보수용 상온아스콘의 저장 보관을 위해서 상기에서 언급한 두 가지의 가소제를 양생조절용으로 첨가하였으며 고성능을 부여하기 위해서 상기에서 언급한 수용성용의 개질첨가제를 사용하여 기초시험을 실시하였으나 포장지에 상온아스콘을 보관하는 과정에서 바인더에 함유된 수분이 포장지 내부에 유출되는 현상으로 포장지의 파손에 영향을 주는 결과를 초래하였다. 결과적으로 도로보수용 상온아스콘을 포장지에 보관하는 용도에는 수용성바인더는 부적합 한 결과를 나타냈다. 지용성 바인더는 골재의 종류와 상관없이 혼합성능이 우수하게 나타났다.또한 고성능을 부여하기 위한 개질첨가제와의 상용성도 우수한 것으로 판단되었으며, 포장지내의 보관 시 사소한 트러블도 발생되지 않아 바인더로서 적합한 것으로 판단된다.
