PURPOSES : The performance of pavements is decreased by reduced bearing capacity, deterioration, and distress due to complex loading conditions such as traffic and environmental loads. Therefore, the proper maintenance of pavements must be performed, and accurate evaluation of pavement conditions is essential. In order to improve the accuracy of the heavy weight deflectometer (HWD), which is a nondestructive evaluation method, the correlation between HWD test results and temperature factors were analyzed in this study. METHODS : The HWD test was conducted five times for one day on airport concrete pavement, and the ambient temperature, surface temperature, and slab internal temperature were collected. Since the slab internal temperature was nonlinear, it was replaced by the equivalent linear temperature difference (ELTD). The correlation between the HWD test results and each temperature factor was analyzed by the coefficient of correlation and coefficient of determination. RESULTSAND: The deflection of the slab center, mid edge, and corner, and impulse stiffness modulus (ISM) showed significantly high correlation with each temperature factor, especially the ELTD. However, the load transfer Efficiency (LTE) had very low correlation with the temperature factors. CONCLUSIONS : It is necessary to analyze the effect of aggregate interlocking on LTE according to the overall temperature changes in slabs by conducting seasonal HWD tests. It is also necessary to confirm the effect of seasonal temperature changes on deflection and ISM.

운영중인 공항에서의 아스팔트 포장 유지보수 공사는 운항종료 후부터 익일 운항 전까지 한정된 야간시간내에 대부분 이루어진다. 그리고 포장 다짐도 측정은 시공 후 코어채취를 통한 익일 실내시험으로 확인하므로 현장에서 시공직후 다짐도 확인을 통한 품질관리는 어려운 실정이다. 아스팔트포장의 시공 다짐도 확인을 위한 밀도측정 방법은 크게 코어밀도 시험, Nuclear 시험방법, Non-nuclear 시험방법이 있으며, 아스팔트의 전기적 반응을 이용하여 임피던스 분광학(impedance spectroscopy)원리에 기반한 밀도측정 방식인 Non-nuclear 밀도측정 방식이 측정 및 보관의 편리함 뿐만 아니라 방사능 재료 관리면에 있어서 여러 장점이 있어 아스팔트 포장의 현장 밀도 측정기로 널리 연구개발 되어왔다(Stacy G Williams, 2008). 본 연구에서는 아스팔트 포장 시공 후 미국 TRANSTECH SYSTEM社의 Non-nuclear 밀도측정기(모델 : PQI 380)를 이용하여 현장밀도를 측정하고, 동일 위치에서 코어 채취를 통해 겉보기 밀도를 측정하여 두 값을 비교함으로써 Non-nuclear 밀도측정기의 시공품질관리 활용 적절성을 연구하였다. 본 연구에서는 FAA AC 150/5370-10G의 아스팔트 표층(P401) 및 아스팔트 기층(P403) 재료에 대해 총 27개의 Non-nuclear 밀도 값과 코어밀도 값을 비교하였으며, 코어는 동일위치 부근에서 3개씩 총 9곳에서 채취되었다. 코어 밀도와 Non-nuclear 밀도의 비교분석 결과 <그림1>과 같이 신뢰성 있는 상관관계(R²=0.33)는 보이지 못하였으나, <그림2>와 같이 증가, 감소의 경향은 유사하게 보이며, 동일 위치에서 시험된 3개씩의 값들의 Offset값은 비교적 유사한 것으로 분석되었다. 관련문헌 검토를 통해 Non-nuclear 밀도의 보정방법을 적용하였다. PQI 380 제작사는 5곳에서의 코어밀도와 Non-nuclear 밀도값의 Offset 평균치를 보정 후 사용을 권고하고 있으며, ASTM D 7113에서는 3∼10개의 코어 밀도값과 비교하며 각 위치별로 최소 4개의 Non-nuclear 밀도값을 측정한 후 코어밀도와 비교하기를 권고하고 있다. 또한 Slop, Offset 보정 및 Slop와 Offset 혼합 방법도 권고되고 있다(Troxler, 2000). 위 방법을 각각 적용하여 보정하였으나, 27개 시료 전체에 대한 코어밀도 값과의 상관관계는 여전히 부족한(R²=0.26∼0.33) 것으로 나타났다. 결론적으로 Non-nuclear 밀도측정 방식은 온도, 습도에 민감하여(Sebasta et al, 2003; Kvasnak et al, 2007) QA/QC 사용으로는 적절하지 못한 것으로 제시된 선행연구(Stacy G. Williams, 2008)와 동일하다고 판단되나, 동일지역에서의 Offset 값은 유사 크기를 보이므로, 기온 및 시험 위치 등 변화시마다 Offset 보정을 통한 시공품질관리 보조 수단으로의 활용은 충분할 것으로 판단되므로 지속적인 Non-nuclear 밀도값의 보정 연구가 이루어져야 할 것으로 사료된다.

공항 콘크리트 포장 슬래브는 온도와 습도 등 환경요인의 복합적인 영향으로 수축과 팽창을 반복한다. 하지만 슬래브 상·하부간의 비선형적인 온도구배로 인해 깊이에 따른 열팽창률이 다르며, 슬래브 표면에서의 증발로 인한 수분 손실로 인해 부등건조수축이 발생하여 위아래로 뒤틀리는 컬링(Curling)거동을 야기한다. 이처럼 환경요인에 의한 슬래브의 거동은 단기적으로 일주기의 대기 온도변화에 의한 거동특성을 보이며, 장기적으로 건조수축 및 계절적인 온도변화에 의한 거동특성을 보인다. 본 연구에서는 인천국제공항 현장에서의 HWD실험을 통하여 단기 및 장기적인 콘크리트 포장 슬래브의 거동을 예측하고자 하였다. 본 연구를 위해 2016년 11월부로 인천국제공항의 4단계 건설사업 중 3단계 건설사업이 진행중인 여객계류장 현장에 정적 및 동적 계측기를 설치하였으며, 상시적으로 정적변형률을 계측함과 동시에 정기적으로 HWD실험을 통해 동적변형률을 계측하였다. 계절별 거동특성을 분석하기 위해 2017년 3월, 5월, 8월 3차례에 걸쳐 HWD실험을 실시하였으며, 일주기 거동특성을 분석하기 위해 매 실험마다 3시, 7시, 11시, 15시, 21시에 걸쳐 총 5회의 실험을 실시하였다. HWD 실험을 통해 그림 1과 같이 슬래브의 중심, 모서리, 우각부의 내측 및 외측을 대상으로 타격하였으며, 처짐량, 충격강도계수(ISM), 하중전달률(LTE), 포장체 내 변형률, 역산 탄성계수를 조사하여 분석하였다. 현재까지의 HWD실험을 통해 슬래브 거동특성을 분석한 결과 초기상태의 슬래브는 부등건조수축으로 인한 Curl-up이 발생하며, 우각부와 보조기층이 분리된 것으로 예측되었다. 하지만 재령이 지날수록 일정한 Curl-up상태를 유지한 체 보조기층의 침하가 동반되어 Curl-up이 완화되는 거동이 예측되었다. 본 연구진은 추후 추가적인 HWD실험을 실시하여 슬래브 거동 예측결과를 검증 할 예정이다.

ASR(Alkali Silica Reaction) 현상이 심화된 균열은 콘크리트 슬래브 전면적에 분포되어 기존의 부분단 면 보수공법으로는 보수가 어려워 근본적인 개선대책으로 재포장이 필요하다. 하지만 재포장시 장기간의 항공기 교통통제로 공항운영에 지장을 초래하므로 공항운영중 보수가 가능한 아스팔트혼합물을 이용한 보 수공법 연구를 위해 4가지 타입의 시험시공을 진행하였다. 그리고 보수공법은 아스팔트혼합물을 이용하여 덧씌우기시 단차 제거가 어려워 기존 슬래브(T=40cm)를 절삭덧씌우기(T=10cm)하는 방법을 적용하였고, 반사균열 발생시점을 최대한 지연시키기 위한 공법연구를 위해 4가지 타입의 절삭덧씌우기를 시행하였다. 시험시공은 김포공항 평행유도로 90m구간 전폭(30m)을 대상으로 시행되었으며, 반사균열은 온도변화에 따른 슬래브의 수평거동과 항공기 하중재하시 수직 거동에 의한 영향으로 발생되므로 각 공법별로 하중전 달 효과 변화 측정을 위해 HWD 테스트를 주기적으로 시행하면서 공용성 모니터링을 시행하였다. 공용성 모니터링 결과, 3년 경과시점에 반사균열은 발생되지 않았으나 모든 타입의 항공기 휠패스 구간 에서 밀림현상 및 포트홀 결함이 진행되어 보수가 이루어졌다. 결함발생으로 인한 유지보수 면적은 C-Type에서 가장 크게 조사되었으며, 시험시공 전 피로균열이 가장 적게 발생되었던 B-Type에서 가장 적게 조사되었으며 하중전달 효과 감소도 가장 적게 발생된 것으로 조사되었다. 밀림 및 포트홀 현상이 조기에 모든 Type에서 발생된 근본적인 이유는, 불투수층인 콘크리트슬래브에 위에 완벽한 우수침투 방 지가 어려운 일반 HMA로 시공시 하부 슬래브에서 ASR 현상이 더욱 심화되어 아스팔트혼합물과 하부 슬 래브와의 결합력이 약화됨으로서 항공기가 정지 및 출발시 밀림현상이 발생되었다. 그리고 결합력이 약화 된 상태에서 타이어 압력(B747-400ER : 230psi)이 큰 항공기 하중 재하시 과잉공극수압이 발생되어 조 기에 결함이 발생된 것으로 분석되었다. 따라서 결합력 약화 방지를 위해서는 절삭면에 대해 고압의 에어 를 이용한 Dust 청소 및 공극률을 최소화(시공다짐 4% 이하) 하면서 항공기 하중에 대한 안정도를 유지 할 수 있는 아스팔트혼합물의 사용이 필요하다. 그리고 항공교통 통제가 가능하면 절삭면은 고압의 Water Jet을 이용한 청소가 보다 효과적일 것으로 본다.

현재 공용되고 있는 국내공항들은 효율적인 포장관리를 위해 포장상태평가를 일반적으로 5년 주기로 시행하고 있으며, 포장표면결함의 종류와 정도를 통해 포장상태지수(PCI: Pavement Condition Index)를 산출한다. PCI의 범위는 0부터 100까지이며 100은 포장의 결함이 거의 없는 최상의 상태이며 0은 완전히 파괴되어 포장으로서의 기능을 할 수 없는 상태이다. 일반적으로 상당한 보수를 필요로 하는 Critical PCI값은 70으로 규정하고 있다. 이 러한 PCI값을 통해 포장의 현 상태를 판단할 수 있으며, 보수를 필요로 하는 시점을 예측 할 수 있다. 기존의 공 항포장의 PCI에 관한 연구는 재령에 따라 PCI값이 저하되는 정도를 분석하여 공용수명을 예측하는 것이다. 그러 나 이러한 연구는 PCI에 영향을 미치는 피로하중, 기후환경, 포장하부상태 등을 고려하지 않은 채, 단순히 재령과 PCI와의 관계만을 통하여 공용수명을 예측함으로써 PCI 감소에 영향을 끼치는 요인을 알 수가 없다. 본 논문에서는 공항 콘크리트 포장만을 대상으로 하였으며, 콘크리트포장 PCI에 영향을 미치는 요인들을 고 려하였다. 피로하중은 누적교통량 하중을 적용하였으며, 기후환경은 월평균 일교차와 월평균 상대습도를 적용 하였다. 포장하부상태는 슬래브두께, 노상지지력계수 등을 고려하였다. 공항 포장의 용도에 따라 활주로 중앙 부, 활주로 양끝단부, 평행유도로, 직각유도로, 계류장 등으로 구분하였으며, 각 구역별로 재령을 포함한 위의 인자들을 독립변수로 하고, PCI를 종속변수로 하여 구역별 예측모형 회귀식을 개발하였다. 또한 각 회귀식 인 자들의 유효한 범위 값 설정과 민감도 분석을 실시하였다.

국내 비행장은 민간전용 비행장 7개와 공군전용 비행장 6개, 민과 군이 공동으로 운영하고 있는 8개 등 약 20개의 주요 비행장(소규모 비행장은 제외)이 운영되고 있다. 그리고 대한민국공군과 한국공항공사에서는 정기적으로 포장평가를 실시하여 포장의 잔존수명 및 항공기가 이착륙할 수 있는 허용하중을 결정하는 포장분류등급(PCN)을 결정하고 있으며, 이는 안전한 비행장 포장유지관리에 중요한 부분이다. 이러한 비행장 콘크리트포장시 탄성계수는 코아채취 후 실내실험을 통한 정적탄성계수를 적용함이 가장 정확한 포장물성치를 적용하는 방법이지만 코아채취 및 실내실험(공항별 약300여개소)으로 포장의 손상 및 시간적, 경제적으로 비효율적이다. 따라서 현재 세계적인 추세인 비파괴조사장비(HWD를 이용하여 처짐량을 측정한 후 역산프로그램을 이용하여 동적탄성계수를 추정하고 결과값을 포장평가 분석에 적용하고 있다. 이러한 동적탄성계수 추정방법은 신속하게 시행될 수 있으나 완전한 선형적인 탄성으로 거동하지 않아 정 적탄성계수와 차이가 발생하게 되며, 이는 결국 포장잔존수명 및 항공기허용하중 분석결과에 영향을 미치게 된다. 따라서 7개 비행장 73개소 슬래브중앙에서 HWD 조사시험을 실시하고 동일 지점에서 코아를 채취하여 동적탄성계수를 역산프로그램을 이용하여 추정하고 정적탄성계수 시험을 실시하였다. 그리고 비행장 콘크리트포장 동적탄성계수 추정에 일반적으로 사용되고 있는 역산프로그램들의 결과 값을 비교분석하였고 상관관계 분석을 통해 보정계수 산출연구를 실시하였다. 현장실험을 통하여 분석한 결과, 최근에 미국 FAA에서 개발된 BAKFAA, 미공병단에서 개발된 WESDEF, 공군에서 주로사용하고 있는 ELMOD, Westergard 식 중에서 BAKFAA프로그램과 Westergard 식이 WESDEF과 ELMOD에 비해 정적탄성계수에 근접하게 탄성계수가 추정되었으며 WESDEF과 ELMOD 결과값은 비슷한 경향을 나타내고 상대적으로 높게 추정되었다. 상관관계분석 결과도 BAKFAA프로그램 과 Westergard 식이 WESDEF과 ELMOD에 비해 높게 분석되었다.

고강도 PSC 콘크리트 휨부재의 비선형 수치해석을 위해 적층법과 설계기준에 의한 비선형 모멘트 -곡률 관계의 계산방법이 제안되었다. 제안된 수치해석에 의한 모멘트-곡률 관계와 처짐계산을 위한 비선형 수치해석 과정에 의한 계산결과는 해석적인 방법에 의한 모멘트-곡률 관계 그리고 기존의 고강도 PSC 콘크리트 휨부재에 대한 실험결과와 비교되었다. 이 논문의 적층법에 의한 에너지흡수율은 강도설계법과 CEB-FIP 제안식보다 약 30%크게 계산되었다. 적층법에 의한 극한하중과 외부일은 각각 실험결과의 92%와 85%로 안전하게 계산되었으며, 강도설계법은 97%와 122%로 극한하중에 대해서는 안전하나 외부일은 과대 평가되었다. CEB-FIP 제안식은 극한하중과 외부일에서 실험결과의 113% 와 173%로 고강도 콘크리트에 대한 극한변형률 0.0035의 적용에 문제가 있었다 제안된 비선형 수치해석 과정은 고강도 PS 콘크리트 휨부재의 거동을 극한상태까지 안정적으로 해석할 수 있었으며, 극한하중의 80%가지 하중-처짐 관계와 균열의 전파정도의 계산결과는 실험결과와 유사하였다

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.