콘크리트 슬래브를 공장에서 제작하여 도로포장의 신설 또는 보수에 사용하는 공법인 프리캐스트 콘크리트 포장의 하중전달 성능을 평가하기 위하여 연구를 수행하였다. 실내실험을 통해 다웰바 연결 부분의 그라우팅 효과를 측정할 수 있는 방법을 고안하였으며 이러한 실험을 위해 실험체를 제작하여 실험하였다. 실험을 수행한 결과 그리우팅을 한 다웰바의 전단강도는 콘크리트와 일체식으로 된 다웰바의 전단강도에 비해 떨어지지 않음을 알 수 있었다. 이울러 현장에서의 시험시공을 통해 설치된 보수용 프리캐스트 콘크리트 포장에 대해서도 FWD 시험을 실시하여 하중전달 성능을 평가하였다. 현장 실험 결과 기존 콘크리트 포장에 비해 슬래브 중앙부에서의 처짐은 다소 크게 나타나나, 줄눈부에서의 하중전달율은 거의 유사한 것으로 나타났다.

본 연구는 프리캐스트 콘크리트 슬래브를 이용한 급속 신설 도로 포장 공법의 국내 적용성을 분석하기 위한 기초 연구를 수행하고 시험시공을 통해 선설 프리캐스트 포장의 설계 및 시공 지침을 개발하기 위하여 수행되었다. 시험시공을 위해 가로, 세로, 깊이가 각각 실제 포장 슬래브의 1/2 크기인 슬래브를 설계하여 제작하였으며 이에 적합한 철근배근, 종방향과 횡방향의 연결부, 그라우팅 방법 등에 대하여 분석을 수행하였다. 이러한 슬래브를 이용하여 종방향과 횡방향으로 두 개씩 총 4 개의 슬래브를 연결하여 평탄성을 조절한 후 포켓 부분과 슬래브 하부의 공간을 그라우팅 함으로써 시공을 신속 용이하게 수행하였다. 시험 시공을 수행하며 프리캐스트 포장의 설계 및 시공과 관련된 세부 사항을 면밀히 분석하였으며 이에 바탕을 두어 프리캐스트 슬래브를 이용하여 급속하게 신설 도로를 건설할 때의 설계 및 시공 지침을 개발하였다.

본 연구에서는 콘크리트포장의 디웰바 전단시험 절차와 실험결과를 이용하여 PC 스프레드시트에서 다웰바의 지지력계수와 전단 스프링 강성계수를 산정하는 절차를 제시하였다. 세 개의 시험체를 통해 AASHTO의 다웰바 전단시험을 수행하여 콘크리트 포장의 불연속면에서의 전단거동을 모사하였다. 예비실험을 통해 발생한 비틀림 변형을 최소화하기 위해 측면 고정대 사용하여 실험하였다. 초기하중에서의 하중의 재하(loading), 제하(unloading), 재재하(reloading)를 반복수행한 결과 탄성적인 거동을 보여준다. 그러나 전체 하중 범위에서는 다웰바의 지지력계수 또는 전단 스프링 강성계수는 슬래브의 상대 처짐 또는 재하하중에 따라 비선형으로 거동함을 보여준다. 본 실험에서 얻어진 다웰의 지지력계수는 550-880GN/m3으로서 Yoder와 Witczak이 제안하는 407GN/m3보다는 1.4-2.2배가 크게 산정되었다. 이는 측면 고정대를 사용함으로서, 실험시 예상되는 비틀림 변형이 기존의 실험에 비해 적었던 것으로 판단된다. 본 실험에서 얻어진 다웰의 지지력계수 또는 전단 스프링 강성계수는 다웰바를 이용한 콘크리트 불연속면의 구조해석 시 참고자료로 활용될 수 있다.

본 연구에서는 포장용 콘크리트의 강도실험을 통해 강도간의 상관관계식을 도출하는 것을 목적으로 하였다. 강도로서 재령별 압축강도, 휨강도, 할렬인장강도와 탄성계수를 측정하였다. 배합변수는 조골재(화강암, 석회암, 사암), 세골재(자연사, 세척사, 부순모래) 및 단위시멘트량(315-375kg)을 변수로 하였다. 전체적으로 골재나 단위시멘트량보다는 재령에 의해 전형적인 강도곡선을 따라 뚜렷하게 변화함을 보여준다. 이러한 강도결과를 바탕으로 휨강도와 압축강도, 할렬인장강도와 압축강도, 탄성계수와 압축강도, 할렬인장강도와 휨강도의 상관관계를 분석한 결과 휨강도와 압축강도, 탄성계수와 압축강도는 기존의 관례대로 제곱근(n=0.5)의 상관관계식이 잘 맞음을 알 수 있었다. 할렬인장강도와 휨강도는 선형의 상관관계식으로 표현하였고, 할렬인장강도와 압축강도는 n=0.87의 지수승을 사용한 경우가 가장 적합한 것으로 나타났다.

본 연구에서는 콘크리트포장 확장접속부의 추적조사를 통해 시공 및 설계상의 문제점을 확장구간의 평탄성 저하, 진동이 콘크리트에 미치는 영향, 접속부의 접속불량의 관점에서 분석하였다. 기존 측대 일부분만 절단한 경우 접속부에 윤하중이 반복 집중되어 종종 과도한 벌어짐과 단차로 이어지는 것이 목격되었다. 또한 팻칭된 부분에 균열이 재 발생되는 모습도 관찰하였다. 2004년 같은 시기에 신설 준공된 구간과 평탄성을 비교한 결과 확장 준공된 구간의 평탄성 값이 다소 높게 나타났다. 확장구간 설계 시 3차선 4차선으로 확장하는 경우 기존 구간에 설치된 타이바의 내력이 부족해지는 경우에 대해 설명하였다. 현행 타이바를 시공하는 방법에 의한 타이바의 정착강도가 소요강도의 57%에 불과하므로 대안을 제시하였다.

신설포장에 시공되는 타이바의 경우에는 콘크리트 타설시 타이바가 슬래브 안에 묻히기 때문에 타이바의 정착강도가 문제되지 않으나, 확장시에는 기존 포장을 천공한 후 충전재를 주입하여 설치하기 때문에 타이바가 충분한 정착강도를 확보 할 수 있도록 설계해야 한다. 만일 삽입된 타이바가 충분한 정착강도를 확보하지 못한다면, 슬래브 간에 하중 전달에 문제가 생길 뿐만 아니라 줄눈 간격이 과도하게 벌어져서 사용성 및 내구성에도 나쁜 영향을 주게 된다. 본 연구에서는 현재 현장에서 설치하는 시공방법에 의해 타이바의 정착강도를 확인하고 이에 대한 대안을 제시 하고자 한다. 실험결과 현장 시공방법으로 설치된 타이바의 정착강도는 소요 정착강도의 42.7%에 불과하였다. 첫 번째 대안으로서 주입기를 이용하여 충전재를 주입하고 마개를 사용하여 충전재가 흘러 나오지 못하게 막는 방법의 경우에는 소요 정착강도를 충분히 만족 하였으나, 현장에서의 품질관리가 쉽지 않을 것으로 판단된다. 두 번째 대안으로 제시된 SL 앵커볼트를 이용하여 타이바를 설치하는 방법은 충분한 정착강도를 확보 할 수 있으며 품질관리 및 시공성이 용이 한 것으로 판단된다.

본 연구는 한국형 포장설계법 과제의 일환으로 수행된 콘크리트슬래브의 건조수축특성에 대한 연구로서 형상비 및 굵은 골재의 종류를 달리해 현재까지 252일간 수행된 실험결과이다. 실제 포장용 콘크리트 슬래브의 형상비에 접근하기 위한 방안으로 시편 일부 면의 수분 증발을 막기 위해 일부 면에 3중 코팅 처리와 랩 처리를 하였다. 예비실험결과 본 실험에서 채택한 수분방지 코팅 처리가 3달 정도까지는 신뢰성이 있음을 알 수 있었다. 동일한 형상비에서 사암을 사용한 콘크리트 시편의 건조수축이 석회암인 경우보다 형상비에 따라 1.32~1.80배 크게 측정되었다. 측정된 건조수축 변형률을 기존의 ACI와 CEB-FIP의 건조수축 모델식과 비교한 결과 두 식 모두 과소평가됨이 확인되었다. 최종적으로 재령 및 형상비 등을 고려한 다중 비선형 회귀분석을 통해 본 실험에 적합한 콘크리트시편의 건조수축 모델식을 제시하였다.

신 구 콘크리트의 부착강도 시험시 두 재료의 계면에서 파괴가 유도되어 순수한 부착강도를 측정할 수 있도록 계면에 원형의 비부착면을 삽입하여 직접인발시험에 의해 부착강도를 측정하는 실험방법을 제시하였다. 먼저, 새로 제안한 실험방법에 의해 계면에서 응력이 집중되는 정도를 파악하기 위해 유한요소해석을 수행하여 두 재료의 탄성계수비 및 비부착면의 면적 (균열률)에 따른 계면에서의 파괴에너지를 산정하였으며, 부재의 크기 및 하중에 대한 보정을 감안하여 무차원함수로 환산하였다. 그리고 본 연구에서 제시된 부착강도 시험방법의 신뢰성을 입증하기 위해, 3가지 크기의 원형 비부착면(균열률 0.2, 0.4. 0.6)이 삽입된 신 구 콘크리트 복합시편(유황 폴리머 콘크리트+보통 콘크리트)을 사용하여 부착강도를 측정하였고 앞서 전개된 무차원함수로부터 계면 파괴에너지를 역산하였다. 시험결과, 모든 시편이 계면에서 파괴가 유도되었다. 또한 실험 데이터 및 해석결과를 분석하여 균열률이 0.4~0.6인 경우에 부착강도의 오차가 가장 적게 발생될 수 있음을 파악하였다.

본 연구는 재생골재를 사용한 콘크리트의 강도 및 파괴특성을 고찰하므로써 콘크리트 포장체에 적용성 여부를 검토하기 위해 수행하였다. 재생콘크리트의 초기강도는 낮았으나 재령 증가에 따라 기준콘크리트와 거의 유사한 값을 나타내었으며. 탄성계수는 골재 강성 차이로 인하여 낮게 나타났다. 또한 고로슬래그 미분말을 혼합한 재생콘크리트의 강도개선효과를 확인할 수 있었다. TPFM에 의한 파괴에너지는 초기재령에서 재생콘크리트의 파괴특성이 우수한 것으로 나타났으나, 재령증가에 따라 기준콘크리트와 유사한 값으로 나타났다. 또한 P-CMOD 측정결과로부터 이론적으로 구한 탄성계수 및 인장강도와 실험으로 구한 탄성계수 및 쪼갬인장 강도사이의 상관성은 매우 높은 결과를 나타내어 시험방법의 신뢰성을 확인할 수 있었다.