PURPOSES: The intensiveness of highway management has increased owing to the growth in the number of vehicles and the rapid climate change. The disadvantages produced by these factors can affect management time and cost. Serious traffic accidents and traffic jam may be experienced when snow fall accumulates on highway surfaces and the friction between tires and pavements is lower than that in the general state, in a non-management condition. Such conditions need intensive management. In this regard, one of the spread methods used for the melting material is pre-wetted salt (PWS), which is the frequently used method in South Korea. In the PWS method, the solid material with CaCl2 is mixed with water in 30% concentration and then finally mixed with NaCl before application to pavements. The chloride-type melting material not only is cheaper, but also has a high melting property than the others. It can shorten the pavement or structure life by deterioration and corrosion. This melting material can affect the flora near the highways; hence, an eco-friendly de-icing agent must be utilized considering the environmental effect. METHODS : The Kalman filter algorithm (KFA) was utilized herein to develop optimization models using the performed test data. The KFA, which was developed from recursive filter algorithms, such as the low- and high-pass filters, applies a weighting filter to the Kalman filter. The algorithm has the property of utilizing the filter and updated estimations. In this regard, melting tests were performed for the real applicative utilization of de-icing agents. The KFA was also applied to reduce the error rates and optimize the relationships between the test data and the predictions. RESULTS: Comparing the measurements performed, the error was reduced by 1.69 g when the KFA was applied. Moreover, the error can be optimized to approximately 91.4% compared to the test errors. The prediction data had over 85% tendency in the test measurement, showing that the KFA application can reduce the error and increase the tendency. By comparison, the agent with CaCl2 showed the best ice melting performance within 10 min without surface temperature. However, the PWS with a 25% concentration indicated the best water melting performance from start to end of the test time, implying that this is a powerful agent in terms of performance. CONCLUSIONS : The melting test is an artificial test method; therefore, it can generate a huge error from the test. The error and the tendency can be controlled by tracking the measurement error and the white noise matrix using the KFA. A further research will be performed to track the measurement error and the white noise matrix. Other optimization methods will also be applied to reduce the experimental error.

최근 역청재의 살포는 포장층의 종류에 따라 다르게 적용되며 일반적으로 국내에 적용되는 프라임 코트와 택코트의 대부분은 RS(C)-3와 RS(C)-4이다. 역청재의 포설량은 국토교통부에서 제시하고 있는 양의 경우 RS(C)-3는 1∼2이며 RS(C)-4는 0.3∼0.6 이다. 이러한 역청재의 적용량은 대부분 감독관 및 현장 관리자의 결정에 따르고 있으며 각각 다른 형식의 포장공사 시방에서는 정해진 양 내에서 역청재를 적용하도로 명시하고 있다. 이와 관련하여 본 연구에서는 다양한 유화 아스팔트의 부착성능 평가를 위해 경사전단시험을 수행하였으며 ISS(Interlayer Shear Strength)에 대한 4차 회귀 분석을 통해 각각의 유화 아스팔트 종류별 최적의 택코팅 포설량을 파악하였다. 아스팔트 유제는 택코트 적용에 가장 일반적으로 사용되는 RS(C)-4를 비롯하여 AP-3, QRS-4, BD-Coat의 총 4종류의 역청제를 사용하였다. 또한 NCHRP Report 712의 연구결과를 바탕으로 최적의 역청제 포설량을 평가하기 위해 회귀방정식을 활용했다. 시험에 사용된 아스팔트 혼합물은 높이 15cm, 직경 10cm로 제작되었으며, 유화 아스팔트는 시편의 중앙부를 상하방향 45°로 절단시킨 표면에 적용하였다. 아스팔트 유제는 0.3∼0.8의 각 0.1 단위로 적용하였으며 일축압축시험을 통해 최대 전단력을 파악하는 것을 목적으로 하였으며 각 Case마다 3구씩 시편을 제작하였다. 회귀방정식으로 최적의 역청제 포설량을 분석한 결과, AP-3, RS(C)-4, QRS-4, BD-Coat 순으로 각각 0.78, 0.51, 0.53, 0.73인 것으로 파악되었으며, 회귀분석에 의해 QRS-4를 0.7∼0.8 적용한 구간 사이에서 최대 접착력 부착강도를 나타내었고 실제 시험 결과 QRS-4를 0.7 적용한 케이스에서 가장 높은 부착강도를 나타내며 그 이상을 적용하는 경우 오히려 부착강도는 하락하는 경향을 보이는 것으로 나타났다. 본 연구 결과에 의거하였을 때, 역청제의 포설량이 많을수록 접착면의 부착강도가 개선되는 것은 아니며 이에 따른 전단강도는 포장의 형식에 따라 가변적인 성향을 갖는 것으로 판단하였으며 추후 연구에서 다양한 포장 형식에 따른 역청제의 최적 포설량을 파악하고자 한다.

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.

최근 서울 도심 지역에 급격한 자동차 수 증가로 인한 도로교통소음의 심각성이 사회에서 주목을 받고 있다. 각 기관들은 도로교통소음을 해결하기 위해 여러 가지 방안을 내놓고 있으며, 2017년 3월 서울시는 저소음포장을 소음감소대책으로 내놓았다. 여러 가지 소음감소대책 중 저소음포장이 최근 들어 많은 관심을 받고 있는 이유는 방음벽과 방음터널의 경우 도심의 미관을 파괴하고 소음대책이 필요한 지점에 따라 소음저감 효과가 상이하게 발생하는 반면, 저소음포장의 경우 소음대책이 필요한 지점에 상관없이 일정한 소음저감 효과를 나타내고 있기 때문이다. 이와 관련하여 본 연구에서는 소음예측 프로그램을 통하여 저소음포장의 소음감소효과를 평가를 하는 것을 목적을 두고 있다. 소음예측은 Korea Environment Institute 가이드라인에 기초하여 수행되었다. 저소음 포장에 대한 감소효과를 평가하기 위해 소음지도 모델링을 진행하여야 한다. 모델링의 경우 일반포장에서의 실제 교통량과 통행속도를 입력하여 나온 시뮬레이션 값과 실제 지점에서 소음을 측정한 값이 3dB차이가 나지 않아야 검증된 모델로 규정하고 있다. 이렇게 검증이 된 모델을 사용하여 소음예측을 진행하였을 때, 일반 포장이 설치 된 도로를 저소음포장으로 교체 설치하여 소음감소도를 분석하게 된다. 또한 저소음포장이 한 층 및 두 층으로 포장되었을 경우에 대해 소음감소도를 분석하였고, 여러 조건의 속도와 교통량을 입력하여 각 조건별로 감소도를 분석하였다. 여러 가지 상황에서 어떤 경우에 가장 많은 감소도를 보이는지 분석하였다. 그림 1.은 특정 교통량과 특정 속도에 대한 소음예측을 한 것이다. 그림 2.의 경우는 그림 1.과 같은 교통량과 속력을 입력하였지만 포장이 저소음포장을 두 층으로 바꿔 설치 된 것이다. 그림을 비교해보면 저소음포장을 설치한 경우 7dB의 감소도를 볼 수 있다. 이를 포함한 많은 경우의 수에서 저소음포장에 대한 소음감소도를 분석하였다

현재 국내의 대부분 도로관리 기관의 동절기 도로 유지관리용 제설제 살포 방식은 습염식(Pre-wetted) 을 적용하고 있다. 습염은 고체 소금에 염화칼슘 30% 용액(중량비 7:3)을 섞어서 살포하는 방식이다. 그 러나 염화칼슘은 대부분 외국에서 수입에 의존하므로 소금에 비해 가격이 비싸고 수급이 어렵다. 특히 폭 설 등으로 인해 예측한 수요량 보다 사용량이 많아지면 수급의 어려움, 가격의 급등 등이 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 습염용 제설제 다양화를 통한 공급 안정성 및 경제성을 제고하고자 염화마그네 슘에 대한 융빙성능, 강재부식성, 용해시간 시험을 실시하여 사용성을 검토하였다. -5℃에서 실시한 염화칼슘 대비 염화마그네슘의 융빙성능은 고상의 경우 10분에서는 유사한 성능을 나 타내었으나 30, 60, 90분에서는 염화칼슘에 비해 더 많은 량의 얼음을 녹이는 것으로 나타났다. 염화칼 슘 습염(중량비, 고체 소금 70% + 농도 30%의 액상 염화칼슘 30%) 대비 염화마그네슘 습염(중량비, 고 체 소금 70% + 농도 22%의 액상 염화마그네슘 30%)의 융빙성능은 10분에서는 유사한 성능을 나타내었 으나 30, 60, 90분에서는 더 많은 량의 얼음을 녹이는 것으로 나타나 사용성에는 문제가 없는 것으로 나 타났다. -12℃에서 실시한 고체의 경우, 30, 60, 90분에서 염화칼슘과 염화마그네슘의 융빙성능은 유사 한 경향을 보였으나, 10분에서의 융빙성능은 염화칼슘이 염화마그네슘의 약 1.7배로 나타났고, 습염의 경우는 -5℃와 유사한 융빙성능의 경향을 보이는 것으로 나타나 습염용 재료로 사용성 및 융설효과에는 문제가 없는 것으로 나타났다. 강재부식성은 염화칼슘 습염 대비 염화마그네슘 습염의 부식량이 1주에서 68%, 2주에서 55%인 것으로 나타났고, 부식량은 염화칼슘 ＞ 소금 ＞ 염화칼슘 습염 ＞ 염화마그네슘 습 염 ＞ 염화마그네슘 순서로 크게 나타났다. 15℃ 용액에서 염화마그네슘의 용해시간은 염화칼슘에 비해 1.34배 가량 더 소요되는 것으로 나타나 동절기 교반수 온도를 고려하여 염화칼슘 보다 교반시간이 1.5~2배 정도 더 필요할 것으로 나타났다. 검토 결과 습염용 염화마그네슘 용액은 강재부식 저감 효과가 있을 수 있고, 융설효과 측면에서는 염화 칼슘 습염과 유사한 성능으로 염화칼슘 대체재로 사용할 수 있다고 판단된다. 다만 용해도가 염화마그네 슘(0℃에서 52.9, 10℃에서 53.6)은 염화칼슘(0℃에서 59.5, 10℃에서 64.7) 보다 낮고 용해시간이 더 소 요되므로 용액화하는 교반시간이 더 필요하다.

제설용 소금에서 미세 입자가 많으면 융설의 즉효성은 있으나 눈이 압설인 경우에는 그 효과가 충분히 깊은 곳까지 미치지 못하고, 지속성이 미흡하다. 또한, 가볍기 때문에 차량 통행이나 바람에 의해서 비산 되기 쉽다. 반면에 굵은 입자가 많으면 눈을 녹이는데 필요한 시간이 많이 소요되고 입자의 일부가 노면 밖으로 튀어 재료의 손실이 발생한다. 따라서 본 연구에서는 제설용 소금의 입경에 따른 융빙성능, 합성입도별 지속성과 속효성을 만족할 수 있는 융빙성능과 재료 손실을 최소화 하기 위한 살포성 시험을 실시하여 최적의 입도 기준을 제시하였다. 입경별(10, 8, 5, 2.8, 1.2, 0.6, 0.3mm) 융빙성능 결과, -5℃에서는 입경이 클수록(5mm 이상, 특히 10mm) 지속성(120분)이 있었고, 시험시간 120분 대비 90분에서의 융빙율은 입경 2.8~0.3mm에서 평균 94%, 입경 10~5mm에서 평균 78% 로 나타났다. 시험 온도 -12℃, 시험시간 120분에서 융빙량은 10mm 입경에서 8g, 0.6mm 입경에서 30g 으로서, 저온에서는 굵은 입경 소금의 융빙성능이 크게 떨어지는 것 으로 나타났다. 4가지 합성입도에 따른 살포성 시험결과, 도로 폭 0~8m 까지의 소금 누적 잔류량은 84~90% 로서 현재 국내 대부분 도로관리기관에서 채택하고 있는 습염(고체 소금+염화칼슘 용액) 살포 시에는 소금 잔류량이 95% 이상으로 향상될 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서 제시한 제설용 소금의 최적 입도는 잔 입경, 중간 입경, 굵은 입경을 적절하게 조 합하여 속효성과 지속성을 확보할 수 있고, 살포 시 소금의 손실을 최소화 시킬 수 있을 것이다.

최근 온실가스 배출 최소화를 위한 친환경적인 포장도로의 개발 관련 연구가 늘어나고 있다. 이런 연구 의 배경은 바로 온실가스로 인한 기후 변화이다. 현재 기후변화는 전 세계적으로 고온 및 저온 현상과 함 께 기습폭우, 폭설, 극심한 한파 등을 야기 시키고 이로 인한 사회기반 시설물의 손상은 가속화되고 있는 실정이다. 기존에 사용되어졌던 아스팔트 포장 기술은 가열아스팔트 포장(HMA, Hot Mix Asphalt Pavement)이었으나, 이는 온실가스, 특히 탄소의 배출되는 양을 증가시키므로 최근에는 이를 감소시키 기 위해 탄소발생이 30% 이상 저감되는 중온아스팔트 포장(Warm Mix Asphalt Pavement)을 개발하는 연구들이 활발히 진행되고 있다. 이러한 연구들은 자원의 재활용을 활성화 시키면서 비용을 절감시키는 효과를 보는데 의의를 두고 있다. 이러한 아스팔트 혼합물에 대한 연구는 혼합물의 개발로 끝나는 것이 아니라 포장 공법에 관련된 연구로 이어지는데, 최근 여러 국내외 아스팔트 포장도로 현장에서의 표층과 기층에 대한 접착성을 향상시키는 택코트 재료에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이전에는 가열아 스팔트 혼합물에 택코트를 첨가하여 접착성을 평가하는 연구가 이루어 졌고, 첨가된 택코트에 따라 접착 성이 상이하게 나타나게 되는 결과를 보였다. 저번 연구와는 달리, 이번 연구에서는 아스팔트 순환골재와 슬래그 골재를 70% 이상 사용한 재활용 저 탄소 중온 아스팔트 혼합물에서의 택코팅 재료의 최적 함량 및 비율을 연구 하여 박층포장 적용 시 우려 되는 밀림, 층간 분리, 균열에 대한 저항성을 높일 수 있는 방안으로 층간 접착을 전단 시험을 통하여 평 가 하려고 한다. 위에 제시된 전단 시험을 위하여 본 연구를 수행하기 이전에 컴퓨터 계측식 직접전단장 치를 구축 하고, 재활용30%(폐아스콘 15%, 제강슬래그 15%)의 중온 아스팔트 혼합물을 제작하였다. 제작 된 공시체(택코팅을 완료한 재활용 중온 아스팔트 혼합물)는 직접전단장치 지그 안에 장착 한 후에, 컴퓨 터에 설치된 Shear Program을 이용하여 직접전단장치로 공시체에 대하여 택코팅 강도를 측정하기 위하 여 하중을 재하 하였다. 본 실험에서의 측정은 Min Interlayer Shear Strength Limit(Pavement)에 의 거 하였다. 본 연구에서는, 택코팅 성능 시험을 통하여 이를 만족하는 결과 값을 가지게 되었으며, ISS시 험을 통하여 Min Interlayer Shear Strength Limit(Pavement)값이 130kPa 이상이 되어 본 연구의 성 과 지표를 만족 시킬 수 있게 되었다.

최근 서울 도심 지역에 위치한 주요 포장도로에서의 동공발생 문제가 다양한 원인으로 인하여 이전 보다 더 빈번하게 나타나는 것으로 대두되고 있는 실정이다. 이 문제는 포트홀과 싱크홀 수 증가와 포장 도로에서의 다른 문제들을 야기 시킨다. 사실, 포장도로에서의 동공발생을 일으키는 주체적인 원인은 강 우, 강설과 같은 기후 변화와 밀접한 관련이 있다. 이 연구에서는, 한국형도로포장설계법에 기반하여 개 발된 KPRP(Korea Pavement Research Program : 한국형 포장설계프로그램)를 이용하여 동상방지층 의 구조적 성능을 모니터링 하고, 유한요소해석 프로그램 중 하나인 KICTPAVE 프로그램을 이용하여 KPRP프로그램의 신뢰도를 확인하고자 한다. KPRP 프로그램은 한국형 도로포장설계법에 기반을 두고 개발 된 프로그램 이다. 사실. 이전에 사용되어지던 설계 법은 AASHTO Interim Guide Method(1972) 로, 한국형포장설계프로그램의 개발 전 국내에서 가장 보편적으로 사용된 설계법이다. 이 설계법은 주어 진 조건 하에서만 포장 단면을 설계하는 법을 도출해내기 때문에 다양한 조건에서의 설계와 구조적인 개 량이 어렵다는 지적이 나오게 되었다. 이를 보완하기 위하여 국내에서의 주어진 조건에 적합하게 도로 포장의 횡단을 설계하기 위해 개발된 한국형포장설계프로그램이 나오게 되었다. 본 연구에서는, KPRP 와 KICTPAVE를 이용하여 동상방지층의 구조적 성능을 더욱 정밀하게 연구하게 된다. 한국형포장설계프로그램은 설계조건을 반영한 후, 횡단면 조건 설정, 기상조건 반영, 교통량 반영, 포장 재료 물성치 반영 및 동상방지층 설치 여부 판단과정을 거쳐 공용성을 예측하게 된다. 설계조건 반영은 한 국형포장설계프로그램에서 제공하는 기본 DB를 활용하여 횡단 설계를 하였다. 본 연구는 효과적인 공용성 분석을 위하여 세 가지 경우로 나누어서 해석을 실시하였는데, 그 조건들은 아래 표 1에 나온 것과 같다. 표 1은 동상방지층의 구조적 성능을 한국형포장설계프로그램을 이용하여 분석해낸 결과 이다. 표 1을 보면 두께와 상관없이 모든 구조적 성능이 일치하게 되는 결과를 가져와서 KICTPAVE 프로그램을 이용하여 조 건을 5가지로 나누어 유한요소해석을 실시하였다. 각 층(동상방지층-노상토, 보조기층-동상방지층, 기층 -보조기층, 표층-기층, 표층 사이의 노드와 요소)은 5cm간격으로 0cm에서 20cm 까지 다섯 가지 경우의 조건으로 나누어서 해석을 하였다. 그 결과 보조기층과 동상방지층 사이의 변형률은 동상방지층의 두께가 두꺼워질수록 증가되는 현상을 보였다. 하지만, 이와는 반대로 노상토와 동상방지층 사이에서 발 생하는 변형률은 동상방지층의 두께가 두꺼워 질 수록 감소되는 현상을 보였다.