OBJECTIVES : This is a basic research for the domestic production of airport-airside deicers. This research selected basic materials for deicers appropriate for the pavement of domestic airports by evaluating the deicing performances of basic materials used in internationalstandard airport deicers and their impacts on pavements. METHODS: Laboratory investigation was conducted to evaluate the asphalt surface tensile strength, concrete scaling impact, ASR impact, and deicing performances of sodium formate (NaFm), potassium formate (KFm), sodium acetate (NaAc), and potassium acetate (KAc), which are the basic de-icing materials commonly used at international airports, approved by the FAA. In addition, the analyses were also performed on the airside deicer urea, which is currently used in domestic airports. RESULTS : Laboratory investigation confirmed that sodium formate, potassium formate, sodium acetate, and potassium acetate had superior surface tensile strength, concrete scaling impact, and deicing performance compared to airside urea, but they also had greater impacts on concrete ASR. Among these materials, sodium formate had the best asphalt surface tensile strength, concrete scaling impact, and deicing performance, while also having the greatest impact on ASR; hence, mitigation plans for ASR were needed, if it were to be used as airport-airside deicer. CONCLUSIONS : It is necessary to consider additional additives to prevent ASR of concrete pavements when developing airport-airside deicers using sodium formate, potassium formate, sodium acetate, and potassium acetate.

미국 및 프랑스의 경우, 초대형 항공기 출현, 항공기 기어 형상의 변화 및 항공교통의 지속적인 수요로 인하여 과거 노모그래프를 사용하는 설계법으로 포장을 설계하는데에 많은 한계가 있었다. 이러한 연유로 미국 FAA 및 프랑스 LCPC등은 포장 구조 시스템을 해석하고 이를 근거로 포장의 공용성을 예측하는 역 학적 경험적 설계법을 개발하였고, 현재도 개선 중에 있다. 줄눈 콘크리트 포장인 공항 콘크리트 포장의 경우 아스팔트 포장과는 달리 조인트를 가지는 이유로 다층탄성해석 프로그램을 통한 설계법에서 최근에 는 3차원 유한요소방법을 이용한 설계법으로 변화하고 있다. 본 연구는 국내의 역학적-경험적 공항포장 설계법을 개발하기 위해 FAA에서 개발한 공항포장용 3차원 유한요소프로그램인 FEAFAA를 참고하여 범용 해석 프로그램인 ABAQUS로 이를 개선한 모형을 구축하 였고, 기존 개발된 줄눈 콘크리트 포장용 3차원 유한요소해석 프로그램인 FEAFAA, EverFE 등과 비교하 여 구축 모형을 검증하였다. 그리고 항공기의 이동하중에 대한 포장의 거동을 해석할 수 있는 동적 해석 모형으로 확장하였고, 향후 인천공항공사의 현장 시험을 통해 모형에 대한 검증을 수행할 예정에 있다.

인천국제공항은 타당성 조사 및 기본설계를 거쳐 1단계 사업에서 11.7km²의 부지조성 및 활주로 2본 등을 건설하였고, 뒤이어 시작한 2단계 사업에서 길이 4,000m의 활주로 1본과 0.13km²규모의 화물터 미널 등을 추가 건설하였다. 그리고 2013년 6월부터 본격적인 공사가 시작된 3단계 사업에서는 제2여객 터미널을 건설하고, 계류장과 화물 터미널을 확장하여 연간 6천 200만 명의 승객과 580만 톤의 화물 처 리를 목표로 하여 진행 중에 있다. 현재 1단계 사업에서 건설된 콘크리트 포장의 경우 2001년 3월 개통 이래 공용연수가 14년으로 설계수명 20년에 다다르고 있으며, 3단계 사업에서 건설 예정인 계류장 및 화 물 터미널의 경우 대부분 콘크리트 포장으로 계획되어 있다. 향후 설계수명이 지난 포장에 대하여 이를 평가하여 복구하고, 건설 예정된 포장의 공용수명을 증진시키기 위하여 국내 현실과 맞지 않는 외국의 포 장 설계방법이 아닌 인천공항 고유의 포장설계방법 개발이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 합리적인 포장의 잔존수명을 예측하고, 신설 포장의 조기 파손을 최소화하여 인천공항 콘크리트 포장의 전반적인 성능 향상을 도모할 수 있도록 역학적-경험적(M-E: Mechanistic-Empirical) 공항 콘크리트 포장 설계기준 및 방법을 개발하기 위해 필요한 기초자료 및 검증 자료인 콘크리트 포장 거동 계측 데이터 확보를 위해 3단계 포장 구간 내 온도계, 습도계, 변형률계, 변위계 등의 계측기 매설계 획과 수동 및 자동 계측데이터 수집 시스템 구축방안을 수립하였다.

항공기의 안전한 운영을 위해 공항운영자는 활주로 표면 마찰력을 일정 수준이상으로 유지하기 위해 항 공기 착륙횟수에 따라 고무 퇴적물의 주기적인 제거를 실시하고 있다. 이때의 마찰력 수준은 측정장비 및 속도별로 그 값이 달라지는데, 국내 공항의 경우 주로 ASF(Airport Surface Friction) Tester를 이용하고 있다. 최소마찰 수준은 측정 속도에 따라 0.50(65km/h), 0.34(95km/h)로 규정하고 있다. 따라서 이 기준 을 만족하지 못하는 경우에도 고무제거를 실시하게 된다. 하지만 이러한 고무제거는 항공기 착륙횟수와 주 기적인 마찰측정결과에 따라 작업이 이루어지고 있어 활주로 표면 texture 상태를 전반적으로 반영하지 못하며, 고무제거 후 고무 제거 정도를 육안으로만 확인하고 있어 제거에 따른 마찰력 변화를 정략적으로 확인하기 어려운 실정이다. 따라서 본 연구에서는 일반적으로 포장 표면 texture의 특성지표인 MTD(Mean Texture Depth)와 ASF와의 상관관계를 분석하여 표면 texture 관리수준을 제시하고자 한다. 이를 위해 신설 밀입도 아스팔트 포장에 대해 65km/h의 속도로 ASF를 측정하였고, 동일 구간에 MTD 를 측정하였다. 측정결과 ASF는 0.5~0.85 범위로 모두 최소마찰 수준을 만족하였고, MTD와 상당히 유 사한 패턴을 보였다. 정량적인 상관관계분석을 위해 상관계수 및 회귀분석을 진행하였다. 그 결과 표.1과 같이 0.9 이상의 상관성을 보였으며, 그림.1과 같이 선형 회귀분석 결과를 도출할 수 있었다. 이때 결정계 수(R2)는 0.8866으로 상당히 높은 상관성을 보여주고 있다. 본 연구 내에서 진행한 ASF 및 MTD의 상관 성에 근거하여 ASF의 최소마찰 수준인 0.5 이상을 확보하기 위해서는 포장 표면의 MTD를 0.3mm 이상 을 관리되어야 할 것으로 판단된다.

대형 토목 구조물 중 하나에 속하는 공항 활주로의 경우 항공기의 반복적인 이착륙으로 인한 동적 하 중, 엔진의 열, 화학침식, 그리고 외부 기후요소 등과 같은 다양한 원인으로 인해 포장 파손이 발생한다. 이는 항공기 안정뿐만 아니라 포장 자체의 수명에도 악영향을 미치기 때문에 신속한 보수가 이루어져야 한다. 활주로 특성상 항공기의 원활한 이착륙을 위해 새벽에만 유지보수가 가능하여 조속한 교통개방이 필요 하다. 이를 위해 보통 잔골재만을 사용한 에폭시 콘크리트를 사용하여 유지보수를 진행하여왔다. 그러나 기존 포장 면과의 이질거동으로 인해 재 파손이 심각하게 발생하며, 보수재료의 실제 수명이 2~3년에 불 과하여 공항 공사의 경우 연간 100억 원 이상의 유지보수 비용이 소모되고 있는 실정이다. 이에 따라 6시간 이내 교통개방이 가능하고 내구성이 향상된 유지보수용 콘크리트 포장 재료 및 공법의 개발이라는 목표를 설정하고 연구를 진행하였다. 유기-무기 하이브리드 결합재 개발 및 굵은 골재 사용 을 통해 보수 재료와 기존 포장 간의 이질거동을 최소화하여 수명을 증진시키고, 조속한 교통개방이 가능 한 공항포장 긴급 유지보수용 재료로 PMC(Polymer Modified Concrete)와 PC(Polymer Concrete)가 개 발되었다. PMC란 초속경 시멘트에 분말 폴리머를 첨가하여 짧은 시간에 높은 강도를 발현하고, 기존의 포장 층과 의 부착을 증대시킨 재료로, 그 전반적인 특성이 콘크리트와 유사하다. 반면 PC는아스팔트 바인더를 대 신해 폴리머를 사용한 재료로 PC1은 기존재료 외에 Crumb Rubber을 추가하여 발생하는 응력에 저항토 록 하고, PC2는 최적화 이론 및 Film thickness 이론 등을 적용하여 기존 골재 입도분포를 바꾸어 소요 폴리머 량을 적게 하여 온도에 의한 수축 및 팽창을 줄인 재료이다. 위 재료에 대해, 폴리머 콘크리트의 성능 목표를 만족시키는 기본 조성 비율을 찾기 위해서 골재 종류, 배합 비 및 폴리머 콘크리트를 구성하는 골재와 고분자 재료의 무게 비율에 따른 물성의 평가를 실시하여 이를 통해 최적 배합 비를 결정하였고, 압축강도, 휨 강도, 동결융해 저항성, 내화학성 및 건조수축 특성 에 대한 실험을 통해 내구성을 평가하였다.

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.

본 연구에서는 공항포장 기층의 배수성 확보를 위해 시멘트 안정처리기층에 적용하기 위하여 기 개발 된 투수콘크리트의 현장 적용을 통해 최적 함수비 및 최적 다짐방법을 도출하기 위한 현장시험시공을 실 시하였다. 우선 기층에 활용하기 위한 콘크리트의 경우, 단위수량에 따라 다짐 및 마무리에 영향을 미치 므로 ASTM D 4944에 의거하여 급속 함수량 시험기를 이용하여 배치플랜트에서 생산되는 콘크리트의 함 수비를 측정, 관리하였다. 또한 포설 및 다짐에 앞서, 보조기층의 파편을 제거하고 땅을 평탄하게 만들기 위해 그레이더를 활용하였으며, 탠덤롤러를 이용하여 보조기층의 평탄화 작업을 진행하였다. 공항활주로 포장용 기층에 적용하기 위한 투수콘크리트의 포설은 아스팔트 피니셔를 활용하였으며, 다 짐에 따른 역학적 특성 및 내구특성을 분석하기 위하여 무다짐, 탠덤롤러 왕복 1회, 3회 및 5회의 다짐을 통해 최적 다짐방법을 도출하였다. 또한 도로공사 전문시방서에 의거하여 비닐덮기에 의한 양생을 진행하 였으며, 재령 7일에 코어채취를 통하여 압축강도, 투수계수, 연속공극률 및 동결융해 실험을 진행하였다.

현재 국내에서 개발된 콘크리트 포장의 설계프로그램은 도로포장에 관련된 한국형 포장설계프로그램 (KPRP)로 교통하중과 지역별 환경조건을 복합적으로 고려하여 포장 설계를 실시한다. 하지만 공항 콘크 리트포장 설계프로그램은 국내 환경조건을 고려할 수 있는 프로그램은 전무하고 미연방항공청(FAA)에서 개발된 FAAFIELD프로그램이 존재하나 항공기 기어하중과 온도하중만을 고려하고 습도하중을 고려하지 못해 합리적인 설계를 못하는 실정이다. 따라서 항공기 기어하중과 환경하중을 복합적으로 고려하는 공항 설계 프로그램 개발이 필요하다. 본 연구에서 개발된 프로그램개발은 국내 공항 콘크리트 포장 응력해석 및 설계 프로그램이다. 선행연 구에서 유한요소해석과 다중회귀분석을 통해 개발된 국내공항의 설계항공기에 따라 각 기어별 환경하중 과 기어하중을 동시에 고려한 응력 회귀모형과 이에 적합한 합리적인 설계 수명을 산출을 위해 응력보정 계수를 보정한 수정 FAA AC 150/5320-6E 피로모형을 적용하였다. 프로그램은 비주얼베이직을 기반으 로 개발되었으며 입력부와 출력부로 구분된다. 입력부에 입력변수로는 설계 교통 특성, 포장구조 특성, 환경 특성으로 구분되며 설계 교통 특성에는 기어의 종류, 설계항공기하중, 설계교통량을 입력한다. 포장 구조 특성에는 설계의 응력검토를 위해 슬래브 두께, 줄눈간격, 복합지지력을 입력하며 환경하중을 고려 하기 위해 환경조건이 내장되어있는 17개의 지역을 선택할 수 있다. 이 외의 지역에 설계는 일교차와 상 대습도를 입력하여 환경조건을 고려한다. 본 프로그램은 사용자 중심으로 단순화된 인터페이스로 구성되어 있어 공항포장 실무자들의 편의성을 고려하였으며 기어의 종류, 설계항공기하중, 설계교통량, 지역설정 등을 통해 줄눈간격에 따른 적정 슬래 브 두께가 산출된다. 향후 콘크리트 포장 뿐만 아니라 아스팔트 포장관련 추가 연구를 통해 개발된다면 국내 공항 포장의 보완을 통해 정확한 설계가 가능할 것으로 기대한다.

PURPOSES: This study aimed to analyze economic effect of recycled aggregate production on job-site airport pavement. METHODS: The validation of site recycling for waste concrete as economic efficiency is analyzed through the case study of site recycling at an O airport pavement construction. The break-even point for the cost of site recycling was estimated according to two different waste concrete processing methods such as job-site recycling and processing on commission (or plant). RESULTS: Job-site recycling cost decreases as the use rate of job-site recycled concrete aggregate increases, or the amount of concrete waste increases, but transporting distance decreases. It was shown in an O airport case that as the use rate of job-site recycled concrete aggregate exceeds 61.4 %, the job-site recycling cost is cheaper than the processing cost on commission. CONCLUSIONS : The results of this study can utilize basic data of feasibility for site recycling of waste concrete on airport pavement construction.

공항 활주로 및 유도로 등 Airside내의 Deicing과 Anti-Icing은 겨울철 항공기의 안전한 운영을 위해 필수적이다. 이를 위해 물리적 제설 작업 전·후에 주로 PDPs(Airfield Pavement Deicing Products)를 사용하고 있는데, 과거 PDPs의 주성분(urea, glycols 등)은 상대적으로 높은 결빙점과 환경 유해성 때문 에 선호도가 떨어져 이를 대체하기 위해 최근 PDPs의 주성분으로 친환경성과 상대적으로 결빙점이 낮은 초산칼륨(KAc), 초산나트륨(NaAc), 개미산나트륨(NaFm), 개미산칼륨(KFm) 등이 사용되고 있다. 하지 만 이러한 PDPs를 사용하는 최근 몇 십 년 사이 공항 콘크리트 포장에 ASR이 증가하였고, 북유럽 일부 공항의 아스팔트 포장에 아스팔트 바인더 액상화 등 내구성 문제가 나타나고 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 PDPs의 국내 공항 포장에 적용성을 평가하기 위해 표.1과 같이 콘크리트 포장에 대한 ASR 시험(ASTM C 1260 – Mortar-Bar Method), 아스팔트 포장에 대한 표면인장강도 시험 (LFV Method 2-98, Europe)을 실시하였다.

최근 공항포장 현황을 살펴보면, 민간 공항에서는 활주로와 유도로는 아스팔트포장으로 시공하고 계류 장은 콘크리트 포장으로 시공하고 있으며 군용 공항에서는 활주로, 유도로, 계류장 등 항공기가 운항하는 모든 지역을 콘크리트 포장으로 시공하고 있다. 이것은 일찍이 아스팔트 포장이 주축을 이루던 국내공항 에서, 주둔 미군에 의해 도입된 콘크리트 포장이 군용 공항에서는 시멘트 수급 활성화 정책과 맞물려 대 대적으로 채택·정착된 반면에 민간 공항에서는 변화가 수용되지 못하고 계류장 지역의 채택으로 그치게 되었다. 어쨌든 오랜 기간의 공항포장 시공경험으로 콘크리트 포장의 시공기술은 많은 발전을 거듭하여 현재는 상당한 수준에 달해 있다. 콘크리트 골재의 입도는 시공성, 강도, 내구성, 재료 분리, 필요수량 뿐만 아니라 경제성에도 영향을 미친다. 지금까지 많은 연구를 통해 입도를 최적화하는 모델이 개발되어 왔다. 최근 몇몇 기관 시방서에 서는 최적입도의 이점을 이용하기 위해 채택하여 왔다. 최적입도는 콘크리트의 일부 속성을 강화하기 위 해 더욱 양입도의 재료를 만드는 것 등의 방식으로 개선되는 경우가 일반적이다. 더욱이, 입자 형상은 최 적입도의 성공적인 사용 가능한 요소로 언급되었다. 특히, 공항포장 콘크리트는 도로포장 콘크리트에 비하여 더 큰 하중이 작용하므로 높은 강도와 고내구 성이 요구되어 단위 시멘트량을 높게 사용하고 있지만 현재 다양한 유형의 파손이 다수 발생되어 잦은 유 지보수가 적용되고 있다. 따라서 공항포장 콘크리트가 요구하는 높은 강도와 고내구성을 확보할 수 있는 새로운 탄소배출 저감형 공항포장 콘크리트 개발이 요구된다. 본 논문에서는 고강도·고내구성을 확보할 수 있는 공항포장 콘크리트의 개발을 위한 기초연구로서 재 료측면에서 골재의 최적입도(Optimized Aggregate Gradation)를 적용하여 시험시공을 실시하였다. 최 적입도는 정규입도보다 압축강도와 휨강도가 증진되며 일반적으로 휨강도가 높으면 교통하중 및 환경하 중에 의한 횡방향 균열이 더 적게 발생하게 된다. 또한 최적입도를 적용하면 시멘트의 사용량을 줄일 수 있으므로 탄소배출 저감 측면에서도 유리하다.

최근 기상이변으로 빈번히 발생하는 집중호우는 국내․외의 사회기반 시설물의 주 기능을 상실하게 만들고 있다. 사회기반 시설물 중 사회간접자본의 중요한 축을 담당하고 있는 공항은 일반적인 도로 포장 시스템과 달리 재하 되는 하중이 크기 때문에 설계나 시공에 있어 일반 도로보다 큰 비용이 소모되며 연간 100억 이상 의 유지보수 비용을 투자하고 있다. 하지만 현재 국내 공항의 19본 중 12본이 10년 이상 된 활주로이다. 공항 의 설계목표년도인 20년을 초과한 활주로도 전체의 50%가 넘는 10본이고 공용년수 30년을 초과한 활주로도 5본이나 된다. 이러한 노후화된 공항의 표면과 줄눈부 파손, 활주로와 노견의 접합부를 통한 우수의 침입은 포 장체 내부에 저장되거나 노상으로 유입되기 때문에 골재의 파손과 노상지지력 약화 등의 문제를 야기하여 공 항의 설계목표년도보다 빠르게 활주로의 기능을 상실하거나 배수되지 못한 물로 인해 항공기 연착, 지연 등의 문제를 발생시킨다. 이런 문제를 해결하기 위해 공항에서는 활주로 길어깨 끝단부에 맹암거를 설치하여 배수 를 하고 있지만 포장체 내부로 침투된 유입수가 맹암거까지 도달하는 시간이 길고 현재 시공되어있는 활주로 포장의 기층과 보조기층이 불투수층으로 되어있기 때문에 콘크리트 표면을 통해 들어온 침투수가 맹암거로 흘 러가는 동안 쌓이는 강우량을 저장할 수 있는 용량이 부족하여 공항의 침수를 발생시킨다. 본 연구에서는 집중된 호우와 활주로 콘크리트 포장의 파손으로 인해 유입되는 많은 양의 물을 빠른 시간 안에 배수할 수 있는 지하 배수 시스템을 연구 분석하기 위해 기존 공항 활주로에 시공되는 포장 구조와 본 연구에서 제시하는 각기 다른 구조의 지하 배수 시스템을 비교 분석하여 최적화된 공항포장 지하 배수 시스 템을 연구하였다.