국내 고속도로의 시멘트 콘크리트 포장은 초기 시공 비용이 저렴한 줄눈 콘크리트 포장을 주로 사용해 왔으나 포장이 노후화됨에 따 라 줄눈부 파손으로 인해 유지보수비용이 매년 증가하고 있는 실정이다. 이러한 줄눈부 파손을 근본적으로 해결할 수 있는 포장 형식 으로 연속철근 콘크리트 포장을 들 수 있다. 연속철근 콘크리트 포장은 1980년대에 중부고속도로 등에 적용하였으나 자연발생적이며 허용되는 횡방향 균열에 대한 이해가 부족하여 그 이후로는 사용이 미미하였으나 균열에도 불구하고 우수한 공용성을 지닌 것이 검증 되면서 최근에는 연속철근 콘크리트 포장을 확대하고 있는 실정이다. 하지만 본선차로가 연속철근 콘크리트 포장으로 시공되어도 접 속차로의 포장은 줄눈 콘크리트 포장을 사용하는 경우가 대부분이며 이러한 경우 서로 다른 포장 형식의 거동 차이가 타이바로 인해 구속되므로 과도한 응력 발생에 의해 접속부에서 파손이 발생하기도 한다. 따라서 본 연구에서는 본선차로가 연속철근 콘크리트 포장 이고 접속차로가 줄눈 콘크리트 포장일 경우 타이바가 포장 거동에 미치는 영향을 3차원 유한요소해석 프로그램을 통해 분석하였다. 유한요소해석은 타이바 배치가 서로 다른 모델을 구성하여 환경하중이 작용할 경우를 고려하여 수행하였다. 연구를 통해 타이바의 배 치가 줄눈에서 멀어지며 슬래브 중앙부에 집중적으로 배치될 경우에 슬래브와 타이바의 응력이 감소하는 것을 확인하였다

국내 도로 포장설계법인 KPRP와 미국의 포장설계법인 AASHTOWare Pavement·TxCRCP-ME를 CRCP에 대해서 비교해보았다. CRCP 는 강성포장 중 하나로 줄눈이 없고 콘크리트 슬래브 내에 종방향 연속 철근을 삽입한 것이 특징이다. 줄눈부가 없으므로 줄눈부에서 발생하는 파손과 균열이 없어 주행성이 좋고 공용성이 우수하다. 또한 수명이 길어 장수명 포장에 적합하다. 이러한 특징으로, 국내 CRCP의 수요가 증가할 것으로 예상되어 CRCP를 기준으로 비교해보았다. 국내 포장설계법 개발 이전 AASHTO 설계법을 사용해왔지만, 여러 문제점과 한계가 존재하여 국내 실정에 맞는 포장설계법의 개발 이 필요해졌고, 결과적으로 오랜 연구 끝에 2011년 KPRP가 개발되었다. 이후 꾸준히 업데이트를 통해서 현재는 2016년 버전의 KPRP 를 사용하고 있다. 미국에서는 텍사스주의 TxCRCP-ME와 같이 주마다 각기 다른 포장설계법도 있지만, 보편적으로 AASHTOWare Pavement를 사용하여 역학적-경험적 설계를 하고 있다. 분석결과, 공용성 해석 결과 지표의 차이가 가장 컸으며, 이 외에도 피로하중 허용반복횟수, PunchOut 전이함수도 계산 방법과 로직의 계수가 조금씩 달랐다.

PURPOSES : This study was conducted to investigate the stress distribution and resulting effects in the joint between CRCP and JCP when temperature deformation occurs. METHODS : The tie bars, CRCP and JCP pavements, and lean concrete base were created as three-dimensional finite element models using ABAQUS, a general-purpose finite element analysis program. Contact stress analysis was performed between rebar and JCP and between JCP and lean concrete base layer. In the section where stress concentration occurred, the degree of damage was estimated using the CDP model. RESULTS : Since the domestic CRCP does not have a separation layer between the base layer and the surface layer, it was found that when connected to a JCP where the base layer and the surface layer are completely separated, stress concentration occurs around the tie bar at the connection point. Analysis results using the CDP model showed that 25 to 32 mm around the reinforcing bar exceeded the elastic range of concrete. CONCLUSIONS : At the point where CRCP and JCP are connected, local stress concentration is inevitable because the friction and bonding conditions with the base layer and the degree of curling deformation restraint by CRCP rebars are different, and design improvement is expected through life cycle cost and long-term measurement analysis.

PURPOSES : The purpose of this study is to investigate the tendency of material property estimation under different concrete distress conditions and curling conditions when non-destructive tests such as rebound hammer and surface deflection test are applied to concrete pavement. METHODS : Nondestructive tests using Schmidt hammer and Falling Weight Deflectometer were performed to inspect the expressway concrete pavements constructed more than 20 years ago. Some results were compared with core tested elastic modulus and compressive strength. RESULTS : As a result of the rebound test, the section with Alkali-Silica Reaction(ASR) distress was outside the range of the existing estimation formula, but the control section was found to be within the range of the existing estimation formula. As a result of the physical property estimation through deflection test, the section with ASR distress showed greater fluctuations in the estimated material properties and deflection ratio compared to the control section, showing that the ASR damage seems to affect the slab deflection behavior. CONCLUSIONS : The rebound test may not sufficiently reflect the decline in material properties due to concrete damage. The deflection test can obtain results that reflect the deterioration of material properties, but it was confirmed that significant variability may occur, so it seems to necessary to perform complementary indoor core tests with nondestructive testing(NDT) tests.

PURPOSES : In this study, the initial behaviors of shoulder concrete slabs and tiebars at the longitudinal construction joints between the shoulder JCP and mainline CRCP are investigated. METHODS : The strains of concrete and tiebars were measured at the longitudinal construction joint between the CRCP and JCP. Measurements were performed using data accumulated over a month after concrete placement. The contact conditions were investigated by comparing the strains at each location. RESULTS : The longitudinal construction joints between the shoulder JCP and mainline CRCP exhibited the composite behavior of bonding and friction, and a virtual neutral axis was formed inside the JCP. At the connection of the shoulder concrete, the strain and temperature of the concrete were inversely proportional. The tiebars connecting the CRCP and JCP exhibited different behaviors depending on the bonding conditions around the tiebars of the construction joints. In the presumed state in which the bonding condition was maintained, the concrete temperature and tiebar strain were directly proportional; however, the presumed state of the separation condition exhibited an inversely proportional relationship. In the 24-h behaviors of the tiebars, the effects of the horizontal and curling movements overlapped, and the strains of the measured tiebars increased at the minimum and maximum temperatures of the shoulder JCP. CONCLUSIONS : The strains in the tiebars and concrete slabs primarily depended on the boundary conditions (bonding and friction) of the longitudinal construction joint between the shoulder JCP and mainline CRCP.

PURPOSES : The purpose of this study was to investigate the long-term trend of internal strain within the continuously reinforced concrete pavement (CRCP) based on measurements. METHODS : The strains of the concrete and reinforcing bars were measured at two induced cracks and one construction joint. The analysis was performed using data accumulated over five years from the concrete placement. The effects of the initial construction conditions were investigated by comparing the strains and stresses at each location. RESULTS : In the long-term behavior, the highest tensile strains of the concrete and rebar were observed from December to January, and the lowest tensile or the highest compressive strain was observed from July to August. A lower rebar stress was measured in the construction joint, which has a higher steel ratio than that of cracks. As the distance from the crack and joint increased, the rebar strains decreased. Higher tensile strains of the concrete and rebar were measured where a higher concrete setting temperature occurred. A gradual decrease in the maximum concrete tensile strain was observed in the five-year measurements. However, in the case of reinforcing bars, stress reduction with time was not observed in the long-term behavior. CONCLUSIONS : Although a gradual decrease in concrete strain was revealed by long-term measurements, it is predicted that minimizing the concrete setting temperature to reduce the initial tensile strain could effectively increase the fatigue strength of CRCP

PURPOSES : The purpose of this study was to suggest a quantitative trend of the daily and seasonal cyclic movement of transverse crackwidth based on measurements in CRCP(Continuously Reinforced Concrete Pavement) within the first year of construction. METHODS : Crack gauges were installed in eight normal cracks, two induced cracks, and two construction joints of newly constructed CRCP. Crack width movements were continuously collected for about a year to investigate the cyclic behavior after construction. The daily and seasonal crack width movements were quantitatively analyzed and compared. RESULTS: Crack width movement in hot weather was relatively less than in cold weather. As a result of frequency analysis of the daily cyclic behavior, it was revealed by measurement that the minimum crack width from 2 p.m. to 4 p.m. was caused by expansion of the concrete; and that the maximum width from 6 a.m. to 8 a.m. was caused by contraction. Average crack width movements were calculated for every month and showed seasonal cyclic behavior. Maximum crack width was measured from December to January. Average crack width was investigated from March to April. Daily crack width movement in relation to concrete temperature was calculated from -0.00017 to -0.03844 mm/℃ and showed gradual decrease in absolute value with time caused by change in the crack spacing. It was found that the relationships between the monthly average crack width and concrete temperature are from -0.004 to -0.012 mm/℃. CONCLUSIONS : Crack-width movement shows a daily and seasonal cyclic behavior. Crack-width measurement in any time or season will have variance caused by daily and seasonal cyclic movement. Variances and trends were obtained in this study based on measurements for various cracks. The long-term behavior of cracks should be surveyed and compared with these measurements to investigate trends of convergence with time, caused by convergence of crack spacing.

PURPOSES : It is necessary to prevent premature failure of concrete pavements caused by durability problems. The purpose of this study was to find factors affecting the durability of concrete pavements, and suggest improvement methods for existing concrete mix design. METHODS: Factors influencing durability were derived from laboratory test data for common field failure conditions and main properties of concrete cores taken from the field. The improvement of concrete properties was investigated by evaluating the performance of existing and proposed mix proportion designs and curing methods. RESULTS: The compressive strength and the absorbing performance of the low Blaine cement and the high-strength mixture were better than those of the TypeⅠcement. Wet curing showed better compressive strength, elastic modulus, coefficient of thermal expansion, and absorption performance than air curing or compound curing. As a result of comparing concrete cores collected in the field, the sections with good durability showed good performance in terms of resistance to chloride ion penetration, absorption, and initial absorption rate. CONCLUSIONS: The absorption performance was considered as a possible foactor affecting durability of cement concrete pavements as a result of field core tests. In order to improve the durability of the pavement concrete, it is necessary to improve the existing mixtures and curing methods.

최근 철도 주변에서 엄청난 양의 폐 콘크리트 침목이 적재 되어 있음을 쉽게 발견될 수 있다. 이는 열차에서 떨어진 금속가루 및 기름 때문에 폐 침목이 환경 유해물로 분류되기 때문이다. 보통 폐 콘크리트 침목은 50MPa 수준의 고강도 콘크리트로 되어 있어, 이를 활용하면 양질의 순환골재를 확보할 수 있다. Yang 등과 Kim 등은 순환골재에 붙어있는 구모르타르(RM)를 콘크리트 배합에 필요한 신모르타르(NM)의 일부로 간주하는 수정 등가모르타르체적(EMV) 배합법을 제안한 바 있다. 순환골재를 사용한 기존 배합법에서는 콘크리트 탄성계수의 저감 및 건조수축의 증가를 가져온 반면 수정 EMV 배합법에서는 천연골재를 사용한 기준 콘크리트에 비해 동등한 물성을 확보함을 보여주었다. 본 연구를 통해 위의 두 가지 배합법에 의해 제작된 콘크리트의 열팽창계수 실험을 수행하였다. EMV 배합법에 의해 제작된 순환골재 콘크리트의 열팽창계수가 기존 배합법에 의해 제작된 순환골재 콘크리트보다 작게 나옴을 보여 주었다. AASHTO-TP60 실험방법을 이용하여 10∼50℃의 범위에서 SUS304(열팽창계수 18.3m/m/℃)를 보정시편으로 사용하였다.

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

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.

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.