도로 결빙이란 도로 표면에 형성된 얼음층으로 도로 결빙으로 인한 교통사고의 치사율은 결빙이 원인이 아닌 교통사고의 치사율과 비교하여 1.5배 높은 수치인 2.3으로 나타났다. 현재 국토교통부에서는 결빙사고 취약구간을 선정하고 관리하기 위하여 결빙 취약구간 평가기준표를 제시하였다. 그러나 도로 결빙은 노면 온도와 수분 공급에 따라 형성되며 기온, 구름량, 풍속, 풍향, 상대습도, 강수량 등 의 기상인자들이 복합적으로 작용하여 발생하며, 기존의 평가 기준은 이와 같은 인자들을 충분히 반영하지 못하여 결빙 형성을 예측 하고 평가하는 능력이 부족하다고 판단된다. 따라서 본 연구는 결빙 교통사고 데이터의 통계적인 분석을 통하여 결빙이 형성되는 기 상 조건을 구체화하고 결빙사고 및 결빙 형성을 예측하기 위한 기상학적 기준을 마련하는 것을 목적으로 진행되었다. 2018년 1월 1 일～2024년3월 15일 동안 발생한 결빙 사고와 사고 발생 당시 및 이전 6시간동안의 기상 데이터를 분석 데이터로 사용하였다. 이때, 역거리 가중법, 기온감률 등 공간보간기법을 적용하였다. 이후, 박스도표, 히스토그램, 경험적 누적분포함수 등의 통계분석을 적용하여 결빙사고의 기상 분포 특성을 확인하였다. 최종적으로 결빙사고의 몬테카를로 시뮬레이션을 활용하여 기온 및 습도에 따른 결빙사고 의 발생 확률을 계산하였다. 이와 같은 연구 결과는 결빙 형성을 예측하는 기온 및 습도의 기준점으로 제시할 수 있으며 더 나아가, 추후 결빙사고 예방 및 예보의 기준으로 활용이 가능할 것으로 기대된다.

2019년 12월, 상주-영천 고속도로 상행선에서 도로 노면 결빙에 의한 연쇄추돌사고로 48명의 사상자가 발생하였다. 이에, 국토교통부 는 2020년 1월 결빙 취약구간 선정기준을 마련하여 결빙 취약구간 403개소를 지정하고, 결빙 취약구간을 대상으로 2022년까지 1,699억 원의 예산을 투입하여 결빙사고 예방사업을 계획하였다(BAI, 2021). 하지만, 결빙 취약구간 선정기준에 대해 적정성 검토가 이루어지 지 않아 그 신뢰성과 실효성이 충분히 검증되지 않았다. 본 연구에서는 국가교통정보센터의 노드·링크(Node·Link) 체계를 기반으로 전국 고속국도 및 일반국도의 특성정보(시설, 선형구조, 기상, 교통 등)를 GIS(Geographic Information System) 데이터로 구축하였다. 최근 5년 결빙사고 발생이력이 있는 도로구간(Link)을 확인하고 Random Forest 알고리즘을 통해 도로 특성정보의 결빙사고에 대한 변수 중요도(Feature Importance)를 분석했다. 이를 통해 결빙사고와 각 인자의 상관성을 파악하여 ‘결빙 취약구간 평가 세부 배점표’의 항목별 배점을 수정, 보완함으로써 평가표의 신뢰성을 제고한다.

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 응력완화줄눈 설치 간격을 제시 할 필요가 있다. 따라서 본연구는 재료팽창과 슬래브 두께를 고려하여 응력완화줄눈 설치 간격을 제시하고자 한다. 팽창량 계산시, 재 료변형률과 지역별 온도와 건조수축을 고려하였으며, 이를 동등한 팽창을 유발하는 온도상승량으로 변환하는 식을 도출하였다. 기준온 도를 정하기 위해 실제 현장데이터를 팽창량 식에 대입하여 온도상승량으로 변환하였으며, 이를 블로우업을 모사한 콘크리트 포장 모 형의 유한요소해석 결과를 이용하여 결과값을 비교하였다. 안전설계를 위해 더 작은 온도 값인 블로우업 구조해석 결과 값 중 안전온 도를 블로우업이 일나는 기준으로 선정하였으며, 안전 온도를 넘지 않은 지역별 슬래브 두께에 따른 최대 응력완화줄눈 설치 간격을 제시했다. 한국도로공사가 제시하고 있는 기준과 비교한 결과, 일부 지역은 한국도로공사에서 제시하고 있는 기준에 만족하지 않았다. ASR 변형률을 고려하여 슬래브 두께에 따라 지역별로 응력완화줄눈 설치 간격을 제시하는 것이 블로우업 파손을 저감하고, 포장의 안정성을 향상시키는데 도움이 될 것이라고 판단된다.

아스팔트는 점성이 높은 도로포장 재료로서 골재와 채움재를 결합시키는 역할을 하는 중요한 재료이다. 아스팔트 콘크 리트는 생산 및 시공 과정에서 혼합물이 장비에 부착되는 현상이 발생하여 생산 효율 및 성능 저하를 유발하기도 한다. 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 석유류와 식물성 기름을 부착방지제(Asphalt Release Agent)로 사용하고 있다. 하지 만 석유류는 단시간에 아스팔트를 용해시켜 혼합물의 성능 저하를 유발할 수 있고, 발생하는 유증기로 인해 작업자를 위 험에 노출시킬 수 있다. 식물성 기름은 석유류에 비해 아스팔트에 대한 용해력은 다소 작지만 석유류와 동일한 문제를 야기하며 제품 단가로 인해 높은 비용을 발생시킨다. 이에 따라 아스팔트 혼합물 생산 및 시공현장에서 저독성이며 친환 경적인 부착방지제의 중요도가 상승하고 있다.

본 연구는 특수한 조건에서의 줄눈 콘크리트포장의 설계 및 성능에 관한 분석을 목적으로 한다. 줄눈 콘크리트포장은 시멘트 콘크리트 포장의 한 형태로, 오랜 기간 도로 포장형식으로 사용되어 왔다. 이 포장 방식은 철근을 사용하지 않는 대신, 콘크리트 슬래브의 균열을 줄눈을 통해 유도하고, 다월바와 타이바를 통해 슬래브에 생기는 응력을 줄이는 방식이 다. 대한민국의 다양한 지역 환경과 계절적 특성은 도로 포장설계에 주요한 인자로 적용된다. 특히, 슬래브의 부등건조수 축이 평탄성 문제의 주요 원인으로 지적되며, 이는 온습도의 변화에 의해 발생한다. 본 연구에서는 3차원 유한요소해석 을 활용하여 줄눈 콘크리트포장 슬래브의 거동을 분석하고, 콘크리트 슬래브의 두께, 줄눈 간격, 타이바 및 다웰바의 배 치 등 주요 설계 변수의 영향을 평가한다. 이러한 설계 인자들이 슬래브의 응력과 변위에 미치는 영향을 확인하며, 다양 한 환경 조건 하에서의 설계 방법의 유효성을 검증한다. 본 연구는 줄눈 콘크리트포장의 실제 배치 방식을 모델링하여, 기존 설계 방식의 보안 사항을 파악하고, 설계 기준 내에서의 주요 인자 변화를 통해 부등건조수축을 완화할 수 있는 방 안을 제시한다. 이를 통해, 특수 환경 조건에서의 온습도 영향을 고려한 효율적인 포장 설계 방안을 도출함으로써, 도로 포장의 평탄성과 내구성 향상에 기여하고자 한다.

산업화에 따른 이산화탄소 등 온실가스 발생량의 증가는 지구 온난화 현상을 가속화 하였다. 이러한 현상은 지난 수 세기동안 지속 되어왔으며 최근 우리 인간 삶에 지대한 영향을 미치고 있다. 이러한 위험에 따라 주요 선진국들은 에너지 감축 및 온실가스 배출량 제한에 대하여 매우 적극적인 입장을 취하고 있다. 유럽연합(EU)은 온실가스 배출 절감을 위해 시행 중인 ‘탄소배출권 거래제(Emission Traiding System)’ 개혁안에 대하여 합의하여 2050년까지 인위적 생성되는 탄소 배출량을 자연적으로 흡수되는 양과 동일하게 하는 ‘탄 소중립’을 목표로 제시하였다. 국내에선 환경영향평가의 대상이 되는 계획 및 개발사업에 도로건설이 포함되는 ‘탄소중립기본법 시행 령’이 지난 3월 의결되어 시행되었다. 이렇듯, 국내외에선 이러한 탄소저감 제도 구축에 노력을 기울이고 있다. 국내에선 도로건설이 환경영향평가의 대상으로 설정되었으나 2011년 국토교통부에서 배포한 시설물별 탄소배출량 산정 가이드라인 외의 구체적인 생애주기 분석 방법이 부재한 상황이다. 따라서 본 연구에서 국제 표준 ISO 14040의 전과정평가 LCA(Life Cycle Assessment) 방법과 2011년 국 토교통부의 시설물별 탄소배출량 산정 가이드라인을 따라 국내 LCI DB(Life Cycle Inventory Data Base)를 활용한 도로 분야의 전과정 탄소 배출량을 산정하였다. 이후 장비 연료 소모량과 자재 사용에 대한 국내외 LCI DB를 추가하여 도로 건설 전 과정에 대한 LCA 분석 플랫폼을 제작할 예정이다.

콘크리트 슬래브는 온도 및 수분의 영향을 받아 체적이 변화된다. 이때 슬래브와 보조기층 간의 마찰저항이 슬래브 체적변화를 구속하여 인장응력이 발생되고 경우에 따라 균열이 유발되기도 한다. 따라서 연구자들은 Push-off 실험을 실시하여 슬래브와 보조기층간의 마찰특성을 파악하려고 노력해 왔다. 최근에는 마찰특성에 의한 콘크리트 포장의 거동을 유한요소법으로 해석하려는 연구가 수행되었다. 본 연구에서는 국내 콘크리트 포장에 주로 사용되는 린콘크리트, 쇄석, 아스팔트 보조기층에 대하여 실시된 마찰실험 결과를 바탕으로 슬래브와 보조기층 간 마찰특성을 조사하였다. 비선형의 마찰저항과 변위의 관계를 이중선형화하는 에너지 방법이 제시되었다. 마찰실험을 3차원 유한요소 프로그램 ABAQUS로 모형화하였으며 해석결과를 실험결과와 비교하여 모형을 검증하였다. 비선형과 이중선형 마찰저항-변위 관계를 각각 입력값으로 사용하여 얻은 해석결과를 비교하여 에너지 방법으로 개발된 이중선형 모형의 타당성을 검증하였다. 일반적인 국내 콘크리트 포장을 ABAQUS와 EverFE로 모형화하고 해석결과를 비교하여 이중선형 모형의 적용성을 평가하였다.