PURPOSES : This study aimed to evaluate the feasibility of AASHTO86 design method for Bonded Concrete Overlay. METHODS : The Feasibility of AASHTO86 design method for Bonded Concrete Overlay is investigated based on the following study : i) Sensitivity analysis of designed service life of Bonded Concrete Overlay by major design input for AASHTO86 guide. ii) Comparison of actual Bonded Concrete Overlay life and predicted Bonded Concrete Overlay life by AASHTO86. iii) Finding the stress component influence the potential distress of Bonded Concrete Overlay based on 3-d FEM analysis. iv) Exploring the limitation of AASHTO86 in the aspect of design input. RESULTS : Sensitivity analysis showed that the condition of existing pavement significantly on the Bonded Concrete Overlay life. Also the overlay thickness affect the Bonded Concrete Overlay life. The comparison of actual Bonded Concrete Overlay life and predicted Bonded Concrete Overlay life showed relatively good agreement when the early distress sections are excluded in comparison. Bonding stress occurred at the interface may be larger than the bond strength used in the specification of Bonded Concrete Overlay construction. CONCLUSIONS : Bonded Concrete Overlay life predicted by the AASHTO86 may not be reliable. Number of points to improve the reliability in the design of Bonded Concrete Overlay are suggested in this study.

PURPOSES : The objective of this study is to evaluate the mechanical characteristics of castor oil based bio-polymer concrete for use of ultra thin overlays. METHODS : To evaluate the mechanical properties of bio-polymer concrete, the various laboratory tests including compressive, tensile, and flexural strength, and elongation tests were conducted on bio-polymer concrete specimens in this study. The mechanical characteristics of bio-polymer concretes were examined by changing the content of hardener and polymer binder to determine the optimum content for ultra-thin overlays. The bio-polymer concrete developed in this study was used for field trial test of the ultra-thin bridge deck pavement for verifying the workability and monitoring the long-term performance of materials. RESULTS : Test results showed that tensile and the flexural strength of bio-polymer concretes increase and the elongation of bio-polymer concrete decreases with increase of binder content. A field adhesive strength tests conducted on bridge deck pavement indicates the bio-polymer concrete has more than 2MPa of adhesive strength satisfy with the design criteria. CONCLUSIONS : The bio-polymer concrete with more than 20% content of castor oil was developed for ultra-thin overlays in this study. It is found from this study that the 35% of hardener content is most appropriate for maintaining the strength characteristics and flexibility.

PURPOSES: In Korea, rapid maintenance of distressed concrete pavement is required to prevent traffic jam of the highway. Asphalt concrete overlay has been used as a general maintenance method of construction for aged concrete pavement. AC overlay on existing concrete pavements experience various early distresses such as reflection crack, pothole and rutting, due to different physical characteristics between asphalt overlay and existing concrete pavement. Bonded concrete overlay(BCO) is a good alternative since it has advantages that can reduce various distresses during the service life since overlay material has similar properties with existing concrete pavements. Recently, BCO which uses the ultra rapid harding cement has been applied for maintenance of highway. BCO has advantage of structural performance since it does monolithic behave with existing pavement. Therefore, it is important to have a suitable bond strength criteria for securing performance of BCO. Bond strength criteria should be larger than normal tensile stress and horizontal shear stress occurred by traffic and environmental loading at bond interface. Normal tensile stress and horizontal shear stress need to estimated for the establishment of practical bond strength criteria. METHODS: This study aimed to estimate the bond stresses at the interface of BCO using the three dimensional finite element analysis. RESULTS: As a result of this study, major failure mode and maximum bond stress are evaluated through the analysis of normal tensile stress and horizontal shear stress for various traffic and environmental load conditions. CONCLUSIONS: It was known that normal tensile stresses are dominated by environmental loading, and, horizontal shear stresses are dominated by traffic loading. In addition, bond failure occurred by both of normal tensile stresses and horizontal shear stresses; however, normal tensile stresses are predominated over horizontal shear stresses.

국내 고속도로의 60% 이상이 시멘트 콘크리트 포장으로 건설되었으며, 그 중 공용년수가 20년이 넘어선 구간이 절반 이상에 달하고 있다. 노후화된 시멘트 콘크리트 포장의 보수 보강은 국내의 교통여건상 우회도로가 준비되기 어렵기 때문에 조기 교통개방이 요구되며 현재까지는 주로 아스팔트 덧씌우기가 사용되고 있다. 반면에 아스팔트 덧씌우기 포장은 조기 파손으로 인해 많은 유지보수비용이 지출됨과 동시에 도로사용자의 불편을 초래하고 있다. 최근 들어 노후화 된 시멘트 콘크리트 포장의 효율적인 보강공법으로 접착식 콘크리트 덧씌우기 공법에 대해서 적용을 시도하고 있다. 따라서 아스팔트 덧씌우기 포장과 접착식 콘크리트 덧씌우기 포장의 합리적인 선택에 대한 비교 분석을 위해 포장의 연도별 파손상태에 대한 다양한 data가 필요하다. 하지만, 국내에서는 아스팔트 덧씌우기 포장과 접착식 콘크리트 덧씌우기 포장의 공용 중 파손상태에 대한 자료가 체계적으로 구축되어있지 않다. 본 연구에서는 아스팔트 덧씌우기와 접착식 콘크리트 덧씌우기 공법이 적용된 구간의 파손에 대해 충분한 자료를 구축하고 있는 미국의 LTPP Data를 이용하여, 공용성에 대해서 평가하였다. 단, 아스팔트 덧씌우기와 접착식 콘크리트 덧씌우기 공법은 파손형태가 서로 상이함으로써, 상대적인 비교를 위해 각각의 구간에 대해 포장상태지수(PCI, Pavement Condition Index)를 Database화 하였으며, 아스팔트 덧씌우기 구간과 접착식 콘크리트 덧씌우기 구간의 수명에 대해서 비교 분석을 수행하였다.

국내 고속도로의 60% 이상이 시멘트 콘크리트 포장으로 건설되었으며, 그 중 공용년수가 20년이 넘어선 구간이 절반 이상에 달하고 있다. 노후화된 시멘트 콘크리트 포장의 보수 보강은 국내의 도로 교통여건상 우회도로가 준비되기 어렵기 때문에 조기 교통개방이 요구되며 현재까지는 주로 아스팔트 덧씌우기가 사용되고 있다. 반면에 아스팔트 포장은 조기파손과 잦은 보수 때문에 보수 보강에 대한 비용이 크다. 현 시점에서 아스팔트 덧씌우기가 국내에서 가장 많이 사용되고 있는 현실을 감안할 때, 아스팔트 덧씌우기의 수명에 미치는 영향인자가 무엇인지 검토할 필요가 있다. 따라서 아스팔트 덧씌우기 공법의 성능에 영향을 미치는 인자에 대해 조사할 필요가 있으나, 국내의 경우 아스팔트 덧씌우기의 공용 중 파손상태에 대한 자료가 체계적으로 구축되어있지 않다. 본 연구에서는 아스팔트 덧씌우기 수명과 영향인자간의 상관성을 비교하기 위해 다양한 파손자료를 구축하고 있는 미국의 LTPP data를 이용하여 노후화 된 시멘트 콘크리트 포장의 아스팔트 덧씌우기에 대해 조기파손을 방지하고, 효율적인 보수 보강을 위해서 아스팔트 덧씌우기 구간의 수명에 미치는 영향인자에 대해서 통계분석을 수행하였다.

국내의 경우 노후화된 콘크리트 포장에 대한 일반적인 유지보수 공법으로 아스팔트 덧씌우기 공법이 사용되고 있다. 그러나 기존 콘크리트 포장의 수명을 연장시키기 위한 아스팔트 덧씌우기 공법의 경우, 기존 포장과의 물리적 특성이 상이하여 반사균열, 포트홀 및 소성변형 등의 다양한 포장 파손이 발생하고 있는 실정이다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 아스팔트 덧씌우기 공법을 대처하기 위한 방안으로 콘크리트 덧씌우기 공법의 적용이 요구되고 있는 실정이다. 콘크리트 덧씌우기 공법은 사용 연한이 길고, 중차량에 대한 지지력이 우수하며, 소성변형이 발생하지 않으므로 유지보수 빈도 및 유지관리비를 현저히 줄일 수 있는 장점이 있다. 하지만 비교적 긴 양생기간으로 인하여 우회도로 가설 및 교통통제 등의 기술적인 문제가 발생한다. 따라서 본 연구에서는 충분한 작업성 확보 및 신속한 교통개방을 위하여 초속경 아크릴계 폴리머 개질 콘크리트를 사용하여 작업성, 내구성 및 환경저항성에 대한 평가를 통한 접착식 콘크리트 덧씌우기 공법의 적용성을 검토하였다. 조기 교통개방 특성 평가를 위한 강도측정 결과 재령 4시간 후 압축강도 21MPa, 부착강도 1.4MPa를 상회하는 결과를 확인하였다. 또한 환경하중 저항성 실험 결과 일반 포틀랜드 시멘트 콘크리트에 비해 매우 우수하여 내구성을 확보할 것으로 판단하였다. 따라서 본 연구를 통하여 초속경 아크릴계 폴리머 개질 콘크리트는 대규모 접착식 콘크리트 덧씌우기 공법에 적합한 재료로써, 충분한 작업성 및 신속한 조기 교통개방을 요구하는 유지보수 공법 적용이 가능할 것으로 판단된다.

본 연구에서는 노후 콘크리트 포장의 효율적 유지보수를 위하여 국내 최초 적용된 연속철근 콘크리트 개념의 얇은 덧씌우기 공법(CRCO : Thin Bonded Continuously Reinforced Concrete Overlay)의 거동 특성을 살펴보았다. 서해안 고속도로의 폐도 구간에 CRCO 공법과 JCO 공법(Jointed Concrete Overlay)을 시험시공 하였으며, CRCO 공법에 삽입된 종방향 철근으로 효과를 검토하였다. 시험시공 후 균열 조사 결과, CRCO 구간의 기존 줄눈부에서부터 반사 균열이 발생하였으나 그 폭은 매우 좁았다. 철근의 구속역할로 인해 CRCO 공법에서 더 많은 균열이 발생하였으며, 그 간격은 CRCP 보다 더 좁았다. 부착강도 측정 결과, 표면 처리로 Cold Milling 후 이물질을 제거하여 초기에 층간 부착 문제가 발생하지 않았다. 기존 JCP의 줄눈부에 수평으로 매설한 계측기 데이터분석 결과, 초기 균열 터짐 시 일정 폭 이상으로 벌어지지 못하게 종방향 철근이 잡아주는 역할을 하였으며, 온도변화에 대한 수평 변위 발생 억제 효과도 있었다. 하지만 층간 부착 문제가 발생할 경우, 철근의 구속 효과는 저감되었다. 수직 계측기의 데이터를 통해서 철근이 없는 JCO 공법에 비해 CRCO 공법은 종방향 철근 위치에서 층간 부착 문제가 발생하지 않았으며, 현장 코어링 작업을 통해 이를 확인하였다. 슬래브 내의 수평 거동을 분석한 결과, 초기에 철근의 구속으로 인해 CRCO 공법에서는 인장 변형률이, 구속이 미미한 JCO 공법은 압축력이 발생하였다. FWD 데이터 분석 결과, CRCO 공법의 처짐량이 JCO 보다 더 적게 발생하였으며, 지지력 평가에서는 전반적으로 덧씌우기 후가 더 크게 나타났으며, 특히 CRCO 공법이 JCO 공법에 비해 지지력에 대한 덧씌우기 두께 효과가 더 컸다.

본 연구는 콘크리트 슬래브 및 포장도로에 덧씌우기 포장으로 개발된 아크릴 폴리머 콘크리트의 물리 역학적 특성을 평가하기 위하여 수행되었다. 점도시험, 흐름시험, 압축강도시험, 휨 강도시험, 인장강도시험, 선 수축시험, 열팽창계수시험 및 온도변화에 대한 부착성 등 다양한 실내 시험을 실시하였다. 본 연구에서 개발된 아크릴 폴리머 콘크리트의 실내시험 결과 ACI에서 제시하는 모든 기준을 만족하는 것으로 평가되었다. 아크릴 폴리머 콘크리트의 공용성을 평가하기 위해 추가적으로 포장가속시험(APT)을 수행하였으나 등가 단축하중을 15,909,939회를 적용하는 동안 심각한 파손을 확인할 수 없었다. 마지막으로 현장 적용성을 평가하기 위하여 열화현상이 진행된 콘크리트 도로에 10mm의 폴리머 콘크리트 덧씌우기를 적용하였다. 현장 적용 후 미끄럼 저항성, 소음 및 평탄성을 측정한 결과 미끄럼 저항성 및 소음도는 상당히 개선되었으나 평탄성 측정치는 다소 증가하였다. 추후 현장에 적용된 아크릴 폴리머 콘크리트의 정기적인 조사를 통하여 장기 공용성 평가를 수행할 예정이다.

본 연구에서는 노후 콘크리트 포장의 효율적 유지보수를 위하여 국내 최초 적용된 Thin Bonded Continuously Reinforced Concrete Overlay (CRCO) 공법의 초기 공용성이 평가되었다. 서해안 고속도로의 표층 파손 구간에 Jointed Plain Concrete Pavement (JPCP) 덧씌우기와 CR8O 공법을 이용한 보수가 진행되었다. JPCP 덧씌우기 공법이 적용된 구간에서는 인접 슬래브가 완전히 분리되도록 덧씌워진 층의 줄눈을 완전히 커팅하였으며, CRCO 공법이 적용된 구간에서는 0.5% 종방향 철근과 위치 고정용 횡방향 철근을 설치한 후 그 위에 덧씌우기를 수행하였다. 두 구간 모두에서 3종시멘트가 이용되었다. 현장 강도 시험 결과, 1~3일 내에 교통개방이 가능한강도가 발현된 것이 확인되었으며, vibrating wire gauge (VWG) 데이터 분석 결과 CRCO 공법이 기존 포장의 줄눈 거동을 억제하는 것으로 나타났다. 부착강도 시험결과, 재령에 상관없이 높은 부착강도가 확인되었다. 한편 JPCP 덧씌우기 공법이 적용된 구간에서는 중앙부에서, CRCO 공법이 적용된 구간에서는 CRCO 포장과 같은 무작위 횡방향 균열이 관찰되었으며, CRCO 공법의 균열폭 거동이 JCP 보다 50% 정도 낮은 것으로 나타났다.

본 연구에서는 콘크리트 포장에 덧씌우기를 하였을 때 다축차륜하중에 의한 응력분포특성을 분석하기 위하여 변환영역에서의 해석법을 개발하였다. 덧씌우기는 기존의 슬래브와 완전히 부착이 되었을 경우와 전혀 부착이 되지 않았을 때의 두 가지 극한 조건을 기준으로 분석을 하였다. 차륜하중은 복륜단축, 복륜복축, 복륜삼축 등 복륜다축하중을 고려하였으며 덧씌우기의 두께, 탄성계수, 포아송비 등이 응력분포에 미치는 영향을 분석하였다. 변환영역에서의 해석법을 이용하여 덧씌우기 포장을 분석하는 방법에 대하여 상세히 설명하였으며 해석결과의 정확성은 유한요소법을 이용한 해석결과와 비교하여 검증하였다. 해석을 수행한 결과 덧씌우기의 두께, 탄성계수, 포아송비의 증가는 기존 슬래브 하부의 최대인장응력을 감소시키며 감소 정도는 부착 덧씌우기가 비부착 덧씌우기에 비해 더 큰 것을 알 수 있었다. 또한 덧씌우기의 포아송비가 응력에 미치는 영향은 그리 크지 않은 것을 알 수 있었으며 부착과 비부착 덧씌우기 포장에서 덧씌우기의 두께 및 탄성계수의 증가에 따른 기존슬래브의 최대응력 감소특성도 분석하였다. 그리고 하중의 축수에 따른 부착과 비부착 덧씌우기 포장의 응력분포 및 최대응력특성도 분석하였다.

국내 고속국도 및 일반국도의 약40%, 98%가 아스팔트 포장으로 구성되어 있으며 아스팔트 포장의 주요 파손 형태는 러팅(rutting) 및 균열이다. 파손이 심한 아스팔트 포장에 공용성이 좋은 것으로 알려져 있는 UTW(Ultra-Thin Whitetopping, 이하 중 신 콘)가 국내 도로의 유지보수 공법으로 적용될 수 있는가를 판단하였다. 본 논문은 경기도 폐도에 시험 시공된 중 신 콘 포장에서의 정적하중재하실험을 통하여 교통하중 및 환경하중 조건에 따른 중 신 콘의 거동 분석 결과이다. 콘크리트 두께를 50, 100, 150mm로 하여 두께에 따른 거동을 분석한 결과, 콘크리트 두께가 50mm일 때 콘크리트 하부에서 발생하는 인장 변형률이 급격하게 증가한다는 것을 알 수 있었다. 또한 계절별 실험을 통해 포장 온도가 중 신 콘 거동에 미치는 영향이 큰 것을 알 수 있었다. 하중재하위치에 따른 거동분석 결과에서는 슬래브 중앙부와 줄눈부에서 약 25cm 떨어진 지점부터 하중이 재하될 때 중앙부와 줄눈부에 영향을 미치기 시작하였고 이 때, 최대 인장 변형률의 75%까지 변형률이 발생함에 따라 줄눈간격 결정에 주의를 요해야 할 것으로 판단되었다.