PURPOSES : This study aims to evaluate the vertical displacement caused by differential drying shrinkage in concrete pavements within tunnels under various independent variables using structural analysis. METHODS : The behavior of differential drying shrinkage was assessed based on literature reviews of slab thickness and atmospheric humidity. The equivalent linear temperature difference (ELTD) values were analyzed using regression analysis. A three-dimensional solid element model of a two-lane highway tunnel section with six slabs was created using the ABAQUS finite element program by referring to standard drawings. Dowels and tie bars were placed in accordance with the highway standards of the Korean Highway Corporation. RESULTS : The results of a finite element analysis revealed no significant difference in vertical displacement owing to the type of slab base. However, thicker slabs exhibited a smaller vertical displacement. Additional dowels installed at the shoulder of the driving lane did not significantly inhibit vertical displacement. A narrower joint spacing resulted in a smaller vertical displacement. A comparison with field data from Tunnel A showed that the amount of differential drying shrinkage varied with the relative humidity of the atmosphere during different seasons. CONCLUSIONS : Increasing the slab thickness and reducing the joint spacing can improve driving performance by mitigating differential drying shrinkage during dry winter conditions. Future research will involve the creation of indoor test specimens to further analyze the behavior of differential drying shrinkage under varying conditions of relative humidity, slab base moisture, and wind presence.

콘크리트 포장의 평탄성과 내구성은 환경 조건에 크게 영향을 받으며, 슬래브 상하부 간의 온습도 차이는 부등건조수축 및 와핑 (Warping) 현상을 유발하여 포장의 장기 성능 저하를 초래할 수 있다. 이는 주행성 저하, 균열 발생, 유지보수 비용 증가의 원인이 되 며, 특히 터널과 같은 특수 환경에서는 상하부 간의 습도 차이가 더욱 크게 나타나 부등건조수축이 심화될 가능성이 높다. 터널 내부 는 직사광선의 영향을 받지 않지만, 통풍이 잘 이루어져 건조한 환경이 조성되며, 이러한 조건에서는 슬래브 상부에서 수분 손실이 가 속화되고 하부는 습윤 상태를 유지하여 상하부 간의 큰 습도 차이를 발생시킨다. 이는 슬래브의 비균일한 수분 이동을 유발하여 부등 건조수축을 더욱 크게 발생하게 한다. 국내에서는 터널 길이가 500m 이상인 장대 터널에서 콘크리트 포장 적용이 증가하고 있으며, 아스팔트 포장 대비 화재 시 유독가스 발생 위험이 낮다는 이유로 국토교통부에서 콘크리트 포장을 권장하고 있다. 이로 인해 터널 내 콘크리트 포장의 사용이 증가하고 있 으나, 기상환경 변화 및 습도 관리 미흡으로 인해 콘크리트 포장 줄눈부에서의 평탄성 불량 문제가 빈번하게 발생하고 있다. 이러한 문제는 주행성 저하, 도로 이용자의 민원 증가 및 유지보수 비용 상승을 초래하고 있어, 구체적인 원인 분석과 대책 마련이 필요한 실 정이다. 따라서 본 연구는 터널과 같은 특수 환경에서 습도 조건이 콘크리트 슬래브의 부등건조수축에 미치는 영향을 실험적으로 분석하고, 슬래브의 수평 변형률 및 수직 변위를 측정하여 건조 수축에 따른 변형 거동을 정량적으로 평가하고자 하였다. 다양한 습도 조건에서 슬래브의 변형 양상을 비교 분석함으로써, 터널 환경에 적합한 콘크리트 포장 설계 및 유지관리 기준을 제시하고, 콘크리트 포장의 장 기 성능을 개선하기 위한 대책을 마련하고자 한다.

대한민국의 도로망 확장과 복잡화에 따라 터널의 수와 연장이 지속적으로 증가하고 있다. 이와 함께 시멘트콘크리트 포장의 성능과 수명에 미치는 환경 조건의 중요성도 높아지고 있다. 특히, 많은 고속도로 구간이 시멘트콘크리트로 시공되었으며, 기존 연구는 온습 도 차이에 따른 슬래브의 부등건조수축 현상을 주로 다루었다. 슬래브 상하부의 온습도 차이는 일일 및 계절적 주기에 따라 컬링과 와핑을 유발하며, 이러한 현상은 포장의 평탄성과 주행성에 문제를 일으킨다. 그러나, 콘크리트 내부 습도 변화와 이에 따른 장기적인 변형 거동에 대한 연구, 특히 배수가 어려운 터널 환경에서 습도 변화가 콘크리트 슬래브의 변형에 미치는 영향에 대한 이해는 미비 한 실정이다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하기 위해 터널과 같은 환경에서 하부 습도 조건이 콘크리트 슬래브의 거동에 미치는 영향을 실험적으 로 조사하고자 한다. 실험에서는 서로 다른 하부 수침 조건을 적용하여 콘크리트 시편을 제작하고, 부등건조수축으로 인한 변형률과 수직변위를 측정하였다. 이를 통해 슬래브의 습도 분포와 변형 거동 간의 관계를 파악하고, 장기적인 성능 예측에 필요한 데이터를 확 보할 예정이다. 또한, 유한 요소 해석(FEM)과 데이터 간의 관계 분석을 통해 실험 결과의 신뢰성을 높이고, 향후 터널 포장 설계에 반 영할 수 있는 구체적인 지침을 마련할 것이다.

국내에는 지형적인 조건 또는 그 외의 여러 제약에 따라 줄눈 콘크리트 포장(JCP)을 시공하는 경우가 많았다. JCP는 시공 이후 양생 제로 도포함에도 불구하고 시간이 지남에 따라 부등건조수축이 나타나, 운전자의 승차감과 안정성을 악화시킨다. 이를 해결하기 위해 포장설계 지침을 지속적으로 개정하고 있지만, 부등건조수축으로 인한 민원이 계속 발생하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 JCP의 부등건조수축량에 영향을 줄 수 있는 변수를 설정하여 변수에 따른 거동 차이를 보고자 하였다. 3D 유한요소해 석 프로그램 ABAQUS를 이용하여 유한요소법을 통한 해석을 진행하였고, 모델링은 2차로 6 슬래브를 모형화하였다. JCP의 부등건조 수축량에 영향을 주는 슬래브 깊이별 온도변화가 포장설계에 따라 어떻게 변화하는지 고려하기 위하여, 그에 대한 변수로 하부층 종 류의 영향, 슬래브 두께의 영향, 주행차로 다웰바 추가 설치 유무의 영향, 줄눈 간격의 영향을 설정하였다. 기본적인 모델의 유한요소해석 부등건조수축량 결과와 위에서 설정한 변수를 적용하여 만든 모델에 대한 유한요소해석 부등건조수축 량 결과를 각각 도출하였고, 기본 모델 결과와 변수를 적용한 모델 결과를 비교하여 각각의 인자가 어느 정도의 영향을 미치는지 확 인해 보았다. 영향이 큰 인자들을 선별하여 복합적인 변수에 대한 영향을 보고자 하였고, 복합 변수를 적용한 모델의 유한요소해석 부등건조수축 량 결과와 기본 모델의 유항요소해석 부등건조수축량 결과를 비교하여 그 차이가 어느 정도인지 확인하였다. 이에 따라 앞으로 JCP구 간 부등건조수축에 대한 해결을 위해 중점을 두어야 할 인자를 파악할 수 있었으며, 결과를 현장에 적절하게 적용한다면 도로 주행성 과 안전성을 개선할 수 있을 것으로 판단된다. 유한요소해석 결과에 대한 신뢰도를 부여하기 위해 현장 데이터와도 비교 분석하였고, 계절에 따라 약간의 차이는 있었으나, 평균값 과는 유사하여 본 연구의 구조해석 모형이 다양한 조건에 따른 연직변위 발생함에 있어 비교하는데 유용하다고 판단하였다.

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.

대한민국의 도로의 증가로 인한 복잡화에 따라 터널의 수와 연장이 지속적으로 증가하고 있다. 본 연구는 시멘트콘크리트 포장의 성 능과 수명에 미치는 환경조건의 영향을 분석한다. 현재까지 시공된 고속도로의 많은 부분이 시멘트콘크리트 포장으로 되어 있으며, 이 에 대한 연구는 오랫동안 진행되어 왔다. 부등건조수축은 슬래브의 상하부 온습도 차이에 의해 발생하며, 일일 및 계절적 주기에 따라 발생한다. 일반적으로, 온습도 변화에 따라 컬링이나 와핑이 발생하는데, 컬링은 낮에는 높은 온도로 인한 하향 수축, 밤에는 낮은 온 도로 인한 상향 수축을 나타낸다. 그러나, 환경조건 변화에 따른 콘크리트 내부 습도 변화에 대한 이해는 아직 크게 연구가 진행되지 않아 포장 설계에 적절히 반영되지 못하고 있다. 이러한 연구는 터널 등 배수가 어려운 지역에서 콘크리트포장의 적절성을 판단하여 공용수명에 기여할 것으로 예상한다. 본 연구에서는 슬래브의 하부 조건이 콘크리트 내부 습도에 미치는 영향을 실험적으로 조사한다. 콘크리트 시편을 제작하여 특수한 환경조건에서의 습윤 차이를 모사하여 수분 이동 특성을 연구한다. 실험에서는 슬래브의 한쪽면을 고정하고 반대편이 부등건조수축으 로 인해 발생하는 변형률과 수직변위를 측정할 장비를 설치하여 시간에 따른 변화량을 확인한다.

PURPOSES : The purpose of this study was to improve the performance of concrete pavements by decreasing measurement deviations using an Internet of Things (IoT)-based air content measurement device. METHODS : We calculated the properties of concrete which varied according to the air content. For a low measurement deviation, the concrete pavement performed according to the design standard. To confirm the difference in the performance of the concrete pavement for various air contents, we verified the change in the relative dynamic modulus according to the number of freeze–thaw cycles for each value of the air content. In addition, we analyzed the number of durability cracks according to the freeze–thaw cycles in the field. RESULTS : We confirmed that IoT-based measurement equipment improved the performance of pavements without changing their mixing designs or specifications. We confirmed that the performance of concrete pavements changed even with variations in air content within the range of quality standards. Using IoT-based air content management, we confirmed the reduction in concrete pavement durability cracks without changing the mixing design. CONCLUSIONS : We confirmed that IoT-based air-content management improved pavement performance. The feasibility of extending this concept to manage other concrete properties such as the chloride content should be acknowledged. Future research will require laboratory tests to understand the variation in concrete properties with varying air contents and to consider diverse load conditions.

PURPOSES : The purpose of this study was to improve the performance of concrete pavements by measuring the unit-water content with an Internet-of-Things (IoT)-based unit-water content measurement device at an increased precision compared with that of existing measuring equipment. METHODS : We calculated the properties of concrete that varied according to variations in the unit-water content. To confirm the change in the performance of concrete pavements, we compared and analyzed the fatigue cracking rate and international roughness index of concrete pavements at the 20-year point of public use according to the changes in properties using the Korea Pavement Research Program(KPRP). RESULTS : We confirmed that IoT-based measurement equipment can improve the performance of pavements without changing their mixing designs or specifications. We confirmed that the performance of the concrete pavements changed significantly, even with unit-water content variations within the range of quality standards. According to IoT-based unit-water content management, we confirmed that the performance of the concrete pavement (fatigue cracking rate and international roughness index) improved without changing the mixing design. CONCLUSIONS : We confirmed that by using IoT-based unit-water content management, pavement performance can be improved. It is necessary to consider whether the application of this concept to other concrete property management items, such as the chloride content, is possible. Considering the changes in concrete properties according to the unit-water content based on laboratory tests and considerations of various load conditions will be necessary for future research.