매우 큰 규모의 스폴링 파손이 집중적으로 발생한 강원도 영서지방 영동고속도로의 줄눈 콘크리트포장에 대하여 현장 및 실내 조사를 수행하였다. 현장에서 육안으로 스폴링 파손 상태를 조사하였으며, 코어를 채취하여 실내에서 할렬 인장강도, 공극률, 그리고 중성화에 대한 실험을 수행하였다. 또한, 스폴링 파손에 의하여 포장의 구조적 성능이 저하되었는지를 알아보기 위하여 줄눈부에서의 하중전달률과 슬래브 중앙에서의 동적지지력을 측정하였다. 조사구간의 콘크리트 슬래브는 공극률이 상당히 낮아 동결융해 작용에 큰 영향을 받은 것으로 판단되었다. 따라서, 이로 인하여 겨울철 대기온도가 상대적으로 낮은 조사구간에서 상당히 큰 규모의 스폴링이 다수 발생한 것으로 결론지어졌다.

콘크리트 내부의 습도분포와 변화를 예측하는 것은 현장에서 콘크리트의 양생품질을 향상시키기 위하여 필수적이다 콘크리트의 습도는 주로 표면습도를 경계조건을 사용하는 수치해석을 통하여 예측된다. 하지만, 표면습도를 정확히 측정하기 어려우므로 거의 모든 수치해석에 표면습도 대신 대기습도를 사용하여 왔다. 본 논문에서는 표면습도를 정확하게 측정할 수 있는 방법을 제시하고 일련의 실내실험을 통하여 측정된 대기습도와 콘크리트의 내부 및 표면습도를 보여준다. 이와는 별개의 실험을 통하여 타설 직후의 콘크리트가 낮은 습도를 나타내는 원인을 조사하였다. 측정된 습도를 이용하여 콘크리트의 표면습도를 예측할 수 있는 모형을 개발하였으며 추가적인 실험을 통하여 모형의 유효성을 검증하였다.

동절기에 대기온도가 영하로 내려감에 따라 포장하부층의 동결 및 응해가 반복되어 포장체의 구조적 성능이 저하된다. 이를 방지하기 위하여 동상에 대한 많은 연구가 수행되었으며, 그 결과, 우리나라 전역의 동결지수선도가 작성되어 동상방지층 설계 등의 도로건설에 이용되고 있다. 하지만, 포장층의 두께와 재료, 그리고 지형에 따른 동결심도의 변화에 대한 조사가 체계적으로 이루어지지 않아 현행 동상방지층 설계의 유효성에 대한 평가가 시급한 실정이다. 본 논문에서는 한국도로공사 시험도로에서 측정되는 대기온도 자료와 콘크리트 및 아스팔트 포장의 깊이별 온도 및 함수량 자료를 이용하여, 시험도로의 동결지수 및 동결가능 깊이를 조사하였다. 또한, 조사된 결과를 기존의 동결심도 추정식에 의한 결과와 비교하였다. 본 연구는 시험도로에서 측정된 동결 관련자료에 대한 초기연구로서 , 장기적인 자료의 축적과 분석을 통하여 보다 신뢰성 있는 결과가 도출될 수 있을 것으로 판단된다.

국내 고속도로 장기공용성 조사구간의 파손자료와 기후자료 및 포장물성 자료를 이용하여 줄눈 콘크리트 포장의 스폴링 모형이 개발되었다. 줄눈 콘크리트 포장 장기공용성 조사구간 22개소의 스폴링 파손 상태가 1999년과 2004년에 각각 조사되어 총44개의 스폴링 파손 자료가 수집되었으며 각 위치에서의 기후자료 및 포장의 형태 및 물성 자료 또한 수집되었다. 수집된 자료들의 민감도 분석을 통하여 스폴링 발생에 영향이 큰 인자들을 찾아내었으며, 그 인자들을 다중 회귀분석하여 스폴링 파손 모형이 개발되었다. 개발된 스폴링 모형은 외국의 모형과 비교할 때 합리적인 스폴링 발생 추이를 보였다.

콘크리트의 타설 직후, 상대적으로 콘크리트는 높은 증기압을 갖게 되며, 주위의 대기는 낮은 증기압을 갖게 된다. 콘크리트와 대기 간의 증기압의 평형을 유지하려는 작용 때문에 콘크리트의 표면에서 대기로 수분이 이동하는 증발이 발생한다. 표면에서 일어나는 증발로 인하여 콘크리트의 내부에서도 증기압의 차이가 발생하며, 이로 인하여 콘크리트 내부의 수분이 서서히 표면으로 이동하는 수분확산이 일어난다 이 수분확산의 속도는 콘크리트의 소성 균열, 수화도, 강도와 같은 요인으로 작용하여 콘크리트의 품질에 크게 영향을 미친다. 본 논문에서는 콘크리트 수분확산의 지배방정식과 실내에서 측정된 콘크리트의 온도와 상대습도를 이용하여 초기재령의 콘크리트의 수분확산도를 역계산하였다. 역계산된 콘크리트의 수분확산도를 이용하여 콘크리트의 수분확산도 모형을 개발하였으며, 이를 입력값으로 사용하여 유한요소법에 의해 콘크리트의 상대습도를 계산하였다. 그 결과로서 계산된 상대습도는 측정된 상대습도와 대체로 일치하였다.

반복 횡하중을 받는 콘크리트 충진 탄소섬유 튜브 기둥의 휨 거동을 분석하기 위하여 여섯 개의 시험체에 대한 실험을 수행하였다. 콘크리트 충진 탄소섬유 튜브 기둥의 휨 거동에 영향을 미치는 탄소섬유의 와인딩 각도와 두께를 변수로 선택하여 거동을 평가하였다. 콘크리트 충진 탄소섬유 튜브 기둥의 휨 거동을 보다 정확하게 분석하기 위하여 설정된 두 변수를 동시에 고려하였다. 실험의 결과에서 얻어진 하중-변형 곡선을 이용하여 콘크리트 충진 탄소섬유 튜브 기둥의 휨강도, 변형능력 및 에너지 소산능력을 조사하였다. 또한 기존 구조물과의 비교를 위하여 철근콘크리트 조적벽과 콘크리트를 충진한 탄소섬유 튜브 기둥과의 연성 능력을 비교 평가하였다.

South Korea has a soft ground in many areas, and many reinforcing method were used to build the structure on the soft ground. PF method is eco-friendly and secure a bearing capacity by forming a basis of bulbs through mixing the soil and a high-performance "Bindearth", and can control the settlement. Here are we introduce a test case study method through the recent case of the PF.

도로포장의 하부층은 시공당시 엄격한 다짐관리를 통해 시공되지만, 시간이 경과함에 따라 교통하중과 환경하중에 의해 포장하부의 품질이 저하되며 이는 도로포장의 공용성에 영향을 미친다.(박주영 등, 2012). 또한, 최근 지구온난화에 따른 이상기후로 인해 겨울철 한파가 증가하는 추세이며(기상청, 2012), 이는 포장하부층의 지반 동상과 관련하여 동결융해가 반복됨에 따라 포장하부의 지지력이 저하되고 이에 따라 도로포장의 파손이 발생된다. 이러한 악조건 속에서 포장의 파손 빈도는 급증하는 추세이며, 이에 따라 국내에서는 도로의 유지보수 및 관리에 대한 중요성이 대두 있고, 따라서 포장하부의 상태를 체계적으로 관리하고 적절한 유지보수 시기를 결정함으로서 포장의 공용성을 향상시키는 것은 매우 중요하다.포장하부의 상태를 평가하는 기법으로는 FWD(Falling Weight Deflectometer)가 존재하는데, FWD는 포장체에 하중을 재하 하여 발생되는 처짐값을 여러개의 지점에서 측정하여 하중과 처짐값의 상호관계를 이용하여 포장하부 상태를 평가한다. 또한 측정된 값을 AASHTO의 AREA 방법을 사용하여 포장의 강성을 나타내는 상대강성반경과 지지력계수를 역산할 수 있다. 일반적으로 포장하부 상태평가 시 이동식 차량 FWD를 사용하는데 현재는 차량의 진행방향에 대해서만 포장하부 상태평가를 실시하고 있는 실정이다. 하지만 동일 지점을 차량 진행방향의 반대 방향으로 포장하부를 평가할 경우 동일 지점이라 하더라도 처짐값 측정기의 위치가 달라지고, 이에 따라 상대강성반경과 지지력계수의 차이가 FWD의 측정 방향에 따라 발생하게 된다. 하지만 FWD를 양방향으로 분석하는 기법은 없으며 방향에 따른 포장하부상태의 차이가 존재함에도 불구하고 이에 대한 명확한 지침이 또한 없는 상태이다. 따라서 본 논문에서는 FWD의 진행방향에 따른 포장하부 상태를 평가하였다. 이를 위해 유한요소해석 프로그램인 ABAQUS를 사용하여 하중에 따른 처짐값을 양방향에 대해 측정하였고, 측정된 값을 사용하여 방향에 따른 상대강성반경과 지지력계수의 차이를 분석하였다. 또한 포장하부의 지지력계수 변화에 따른 상대강성반경의 변화를 양방향에 대하여 분석하였고, 이어 포장하부에 공동을 모사하여 공동의 크기와 지지력계수의 변화에 따른 상대강성반경의 변화를 분석하였다.

기존의 공항콘크리트 포장설계 방법은 현장 실험을 바탕으로 한 경험적 설계 방법에서, 교통하중 및 환경하중을 고려하여 포장의 잔존 수명까지 예측하는 역학적-경험적 설계 방법으로 변화하고 있다. 미국 FAA의 AC 150/5320-6D(FFA, 1995)에서는 노모그래프를 기반으로 슬래브의 두께를 결정하였으나, 최근에는 3D 유한요소해석을 통해 산출된 응력으로 슬래브 두께를 결정하는 AC 150/5320-6E(FAA, 2009)를 적용하고 있다. 하지만 이 설계방법은 환경하중을 고려하지 않는 단점을 가지고 있다. <br> 박주영 외(2013)는 국내 지역의 기후 특성을 고려하여 국내의 지역별 환경하중을 정량화하는 선행연구를 수행하였다. 또한, 김연태(2013)는 정량화된 환경하중에 교통하중을 적용시켜, 교통하중과 환경하중이 동시에 고려된 공항콘크리트포장의 최대인장응력회귀식을 개발하였다. 김연태(2013)의 선행연구를 통해 개발된 최대인장응력회귀식으로 산출된 최대인장응력은 환경하중이 고려되므로 기존의 설계프로그램(FAAFIELD)의 결과와 상당한 차이를 나타낸다. 공항콘크리트포장의 피로모형이 갖는 변수로는 응력강도비와 허용반복회수가 있으며, 응력강도비의 변화에 따라 그 피로수명의 결과가 매우 상이하므로, 개발된 최대인장응력회귀식과 기존에 사용해온 피로모형으로는 합리적인 콘크리트포장의 피로수명을 얻을 수 없다.본 논문에서는 환경하중과 교통하중이 고려된 합리적인 공항콘크리트포장 피로모형을 선정하였다. 우선 국·내외에서 개발된 공항콘크리트설계 피로모형에는 미공병단, 미국 연방항공청, PCA, NCHRP 등이 있으나, 각각의 피로모형은 파괴 기준, 응력계산방법 등에 따라 서로 다른 결과를 나타낸다. 각 피로모형의 이론 및 배경, 기존 피로모형과의 비교, 민감도 분석 등을 통해 합리적인 피로모형 몇 가지를 우선적으로 선정하였다. 이를 위해, 선행연구에서 개발된 최대인장응력회귀식을 사용하여 환경하중과 교통하중을 고려한 최대인장응력을 산출하였으며, 산출된 최대인장응력을 앞서 선정된 피로모형에 대입한 뒤 허용반복회수를 산출하였다. 최종적으로 각 공항의 설계교통량을 반영하여 포장의 피로수명을 예측하였으며, 예측된 피로수명과 국내의 PCI자료를 통해 측정된 공항콘크리트포장의 수명과 비교·검토하여 가장 합리적인 피로모형을 선정하였다.

도로포장의 하부층은 엄격한 다짐관리를 통해 시공되지만, 공용 기간이 경과함에 따라 포장하부의 품질이 저하되어 도로포장의 공용성에 영향을 미친다. 도로의 하부지반은 포장하부 재료 및 현장 여건 등에 따라 압밀침하가 발생하며, 도로포장의 구조 및 재료 등으로 인한 배수불량, 지하수위 상승 등으로 지지력이 저하되거나 공동이 발생한다(박주영 등, 2012). 또한, 최근 지구온난화에 따른 이상기후로 인해 겨울철 한파가 증가하는 추세에 있어(기상청, 2012), 포장하부층은 지반 동상과 관련하여 동결융해가 반복되며 매우 열악한 조건에 있다. 특히, 콘크리트 포장은 콘크리트 슬래브, 린 콘크리트 보조기층과 하부지반의 강성 차이로 인하여 공동 발생에 더욱 취약하고, 여기에 환경 및 교통하중이 재하되면 더욱 가속화되어 포장파손으로 이어지는 등 다양한 문제가 발생한다. 최근 국내에서는 신설도로의 건설 물량이 지속적으로 감소하고, 도로포장의 유지보수 예산은 매년 급증하고 있어 기존 도로포장을 효율적으로 유지관리해야 하는 필요성이 대두되고 있다. 국내의 경우, 포장유지관리시스템(PMS, Pavement Management System)을 도입하여 운영하고 있지만, 포장의 표면파손 정도에 따라 일부 기능적 상태평가만 이루어 지고 있는 실정이다(한국건설기술연구원, 2005). 국외에서는 포장하부의 상태를 평가하기 위해, 미국 AASHTO 93년도 설계지침과 ASTM STP 1375에서 FWD와 같은 포장구조진단기를 이용하여 하중재하시험을 실시하고 재하하중과 처짐량으로 평가하는 방법을 제시하였다. 하지만 이 방법은 포장의 강성이 슬래브 처짐에 영향을 미치는 중요한 요인임에도 고려하지 않는 문제점이 있으며, 온도구배 및 다웰바의 영향이 상대적으로 크고 포장파손에 취약한 슬래브 우각부에서 실시한 시험 결과를 사용하므로 보완이 필요하다 판단된다. 본 논문에서는 AASHTO와 ASTM에 제시된 기존 포장하부 평가기법을 보완하기 위해 미국 LTPP 구간의 현장시험 자료를 수집하였고, AASHTO의 AREA 방법을 사용하여 포장의 강성을 나타내는 상대강성반경 및 지지력 계수를 역산하였다. 또한, 슬래브의 우각부 대신 슬래브 중앙부 시험 결과를 사용하여 포장강성을 고려한 포장하부 상태 평가모형을 수립하였다. 슬래브 중앙부에서 실시한 현장시험을 유한요소방법으로 모사하여 포장하부 상태에 따른 포장강성을 현장시험 결과와 비교·분석하였고, 국내 공용중인 고속도로에서 실시한 현장시험 결과에 대해 포장강성을 고려한 포장하부 평가모형의 적용가능성을 검토하였다.

국내 공항 콘크리트 포장은 FAA 150/5320-6D에서 제시하는 설계법에 따라 설계대상항공기로 등가 환산된 교통량을 설계에 반영해 왔으나, 2006년에 개정된 FAA 150/5320-6E에서는 운항이 예상되는 모든 항공기의 연평균 이륙횟수를 설계에 반영하고 있다. 개정된 설계 기준에 따라 다양한 종류의 기어형상을 반영하는 것이 실제 교통량을 반영할 수 있으므로 더 합리적인 설계 방법이라 할 수 있다.<br> 본 연구에서는 Duals in Tandem(2D) 기어형상의 교통하중을 환산하기 위한 응력회귀식을 개발하였으며, 선행연구(김연태, 2013)인 Double Duals in Tandem(2D/2D2) 기어의 응력 회귀 모형 개발 절차에 따라 연구를 수행하였다. 또한 환경하중에 의한 응력 영향을 반영하기 위해 기존에 개발된 ‘지역별 슬래브 두께에 따른 등가선형 온도차이(홍동성, 2012)’를 사용하여 국내 기후특성을 반영하였다. 우선, 응력 회귀식 모형을 산출하기 위해 공항포장 설계에 필요한 각각의 설계인자들의 민감도 분석을 실시하였고, 영향력이 큰 주요 인자들의 설계 적용 범위를 정의 한 후, 선별된 설계 변수들을 유한요소 해석 프로그램(FEAFAA)에 적용하여 다양한 경우에서 유한요소해석(FEM)을 실시하였다. 또한, 해석결과인 최대인장응력을 종속변수로 적용하고, 해석에 적용한 설계인자들을 독립변수로 적용하여 다중회귀분석(SPSS)을 실시한 결과, 교통 및 환경하중에 의해 발생되는 최대인장응력 회귀식을 산출할 수 있었다. 개발된 회귀식은 각각 교통하중에 의한 응력회귀식, 환경하중과 교통하중을 동시에 고려한 응력회귀식이며, 입력변수로는 줄눈간격, 슬래브두께, 복합지지력계수, 등가선형온도차이, 교통하중이 있다. 또한, 회귀식 검증을 위해, 각각의 회귀식 변수를 변화시키며 유한요소해석 결과와 비교 분석을 실시하였다.

현재 공용되고 있는 국내공항은 인천국제공항공사에서 관리하고 있는 인천국제공항과 한국공항공사에서 관리하고 있는 김포국제공항 외 13개 공항이 운영되고 있다. 두 공항공사 모두 효율적인 포장관리를 위해 포장관리시스템(PMS: Pavement Management System)을 구축하여 공항포장상태를 평가하고, 보수의 우선순위를 선정하여 보수방안을 결정한다. 포장상태평가는 보통 5년을 주기로 시행되고 있으며, 포장표면결함의 자료를 통해 포장상태지수(PCI: Pavement Condition Index)가 산출된다. 이러한 지수를 통해 공용중인 공항포장의 상태와 보수를 필요로 하는 시점을 판단 할 수 있다. 기존에 개발된 공항포장 공용성 예측모형은 크게 아스팔트포장과 콘크리트포장으로 나뉘어, 재령과 교통량에 따른 통합된 PCI 예측모형을 개발하였다. 하지만 공항별로 준공시기와 환경인자들이 다르게 때문에 상당한 오차가 발생하여, 모든 공항에 적용하기에는 한계가 있다. 또한 주로 활주로를 대상으로 연구가 진행되었으며, 유도로 및 계류장에 관한 선행연구는 아직까지는 미흡한 상태이다. 따라서 본 논문에서는 국내 콘크리트공항포장의 각각의 동질성구간에 대한 공용성 예측모형을 위한 연구를 진행하였다. 모든 단면이 아스팔트 포장인 울산공항과 군산공항을 제외한 13개 공항의 콘크리트 포장 부분의 PCI 자료를 수집하였고 활주로, 유도로, 계류장에 따라 크게 분류하였다. 분류된 각 구간은 동질성 구간별로 세분화하여 재령에 따른 PCI변화 추이를 살펴보았다. 본 논문에서는 인천국제공항공사, 한국공항공사, 한양대학교 및 (주)로드텍의 협조를 얻어 각 공항의 포장평가 조사보고서를 수집하였다. 각 공항별 동질성 구간의 준공년도와 재포장 시점을 분석하였으며, 이 시점을 기준으로 재령에 따른 PCI 변화 추이를 살펴보았다. 또한 보수를 시행한 구간에 대하여 조사하였으며, 이 구간에 대해서는 보수시점의 PCI값을 100으로 가정하고, 이 후 재령에 따른 PCI 변화를 살펴보았다. 이러한 PCI의 변화추이를 회귀분석하여 각각 선형과 지수형태로 나타냄으로써 각 공항별 동질성 구간에 따른 콘크리트 공항포장 예측모형을 개발하였다. 이렇게 개발된 모형을 통하여 공항포장설계수명인 재령 20년일 때의 PCI값을 예측하였고, 재포장이 요구되는 ‘Critical PCI`값인 70으로 저감되기까지의 공용연수를 나타내었다. 각 공항의 동질성 구간에 따른 예측모형들을 비교 검토해 봄으로써, 각 공항의 특성과 공용수명을 예측할 수 있었다.