PURPOSES: The purpose of this study is to validate the design criteria of the concrete modular road system, which is a new semi-bridgetype concept road, through a comparison of numerical analysis results and actual loading test results under static axial loads. METHODS : To design the semi-bridge-type modular road, both the bridge design code and the concrete structural design code were adopted. The standard truck load (KL-510) was applied as the major traffic vehicle for the design loading condition. The dimension of the modular slab was designed in consideration of self-weight, axial load, environmental load, and combined loads, with ultimate limit state coefficients. The ANSYS APDL (2010) program was used for case studies of center and edge loading, and the analysis results were compared with the actual mock-up test results. RESULTS : A full-scale mock-up test was successfully conducted. The maximum longitudinal steel strains were measured as about 35 and 83.5 micro-strain (within elastic range) at center and edge loading locations, respectively, under a 100 kN dual- wheel loading condition by accelerating pavement tester. CONCLUSIONS: Based on the results of the comparison between the numerical analysis and the full-scale test, the maximum converted stress range at the edge location is 32~51% of the required standard flexural strength under the two times over-weight loading condition. In the case of edge loading, the maximum converted stresses from the Westergaard equation, the ANSYS APDL analysis, and the mock-up test are 1.95, 1.7, and 2.3 times of that of the center loading case, respectively. The primary reason for this difference is related to the assumption of the boundary conditions of the vertical connection between the slab module and the crossbeam module. Even though more research is required to fully define the boundary conditions, the proposed design criteria for the concrete modular road finally seems to be reasonable.

In the moment frame subjected to earthquake loads, beam-column joint is structurally important for ductile behavior of a system. ACI Committee 352 proposed guidelines for designing beam-column joint details. The guidelines, however, need to be updated because of the lack of data regarding several factors that may improve the performance of joints. The purpose of this study is to investigate the seismic performance of reinforced concrete exterior joints with high-strength materials and unbonded tendons. Three specimens with different joint shear demand-to-strength ratios were constructed and tested, where headed bars were used to anchor the beam bars into the joint. All specimens showed satisfactory seismic behavior including moment strength of 1.3 times the nominal moment, ductile performance (ductility factor = at least 2.4), and sufficiently large dissipated energy.

기존 구조물의 손상평가에 관한 연구는 지진 등과 같은 과도한 하중에 의한 손상을 고려하였다. 그러나 구조물은 과도한 하중없이도 장기간의 시간에 따라 염화물, 탄성화 등과 같은 이유로 노후화가 진행되어 구조성능이 저하될 수 있다. 그래서 구조물의 건전도를 효과적으로 관리하기 위해서는 노후화에 의한 구조성능 저하도 검토되어야 한다. 본 연구에서는 염화물에 의한 철근의 부식을 노후화 요인으로 고려한다. 철근부식에 의한 재료의 구조성능 저하를 고려하기 위해 부식정도에 따른 철근의 단면적, 항복강도, 파단변형률, 피복 콘크리트 강도 등을 예측한다. 이를 구조모델링에 적용하여 구조부재 및 구조물의 구조성능 저하를 분석한다. 구조부재의 구조성능을 분석하기 위해 모멘트-곡률 해석을 수행한다. 구조물 레벨의 구조성능을 고려하기 위해, 고유치해석을 통한 고유주기와 모드형상을 분석한다. 또한 비선형 정적해석을 통해 구조물의 강도와 변형성능을 분석한다.

PURPOSES : The purpose of this paper is to investigate the application of thermoelectric technology to concrete structures for harvesting solar energy that would otherwise be wasted. In various fields of research, thermoelectric technology using a thermoelectric module is being investigated for utilizing solar energy. METHODS: In our experiment, a halogen lamp was used to produce heat energy instead of the solar heat. A data logger was used to record the generated voltage over time from the thermoelectric module mounted on a concrete specimen. In order to increase the efficiency of energy harvesting, various factors such as color, architecture, and the ability to prevent heat absorption by the concrete surface were investigated for the placement of the thermoelectric module. RESULTS : The thermoelectric module produced a voltage using the temperature difference between the lower and upper sides of the module. When the concrete specimen was coated with an aluminum foil, a high electric power was measured. In addition, for the power generated at low temperatures, it was confirmed that the voltage was generated steadily. CONCLUSIONS: Thermoelectric technology for energy harvesting can be applied to concrete structures for generating electric power. The generated electricity can be used to power sensors used in structure monitoring in the future.

포장 공용성은 공용 기간과 교통량과 상관성이 높다고 알려져 있다. 그러나 주지하듯이 화물차량의 하 중은 포장 손상에 직접적으로 연관된다. 본 연구에서는 고속도로와 일반국도의 콘크리트 포장 구간에서 누적 AADT 및 누적 중차량 AADT와 포장 공용성의 상관관계를 분석하였다. 그 결과 누적 AADT보다 누 적 중차량 AADT의 상관성이 더 높은 것으로 나타났으며, 이는 중차량 교통량의 변화가 포장의 공용성에 큰 영향을 미치는 것으로 해석된다. 향후 중차량 누적 AADT를 통해 포장 공용성의 변화를 예측하는 추가 연구가 필요하다.

기존에 사용되고 있는 모빌믹서트럭 대신 레미콘과 펌프카를 이용하여 현장에 시공할 수 있는 시공방 법 및 시공 장비 최소화에 대한 대책을 연구한다. 또한 기포에 포함된 수량을 미리 판단하여 물-바인더비 의 변화를 예측 ․ 예방할 수 있다. 그리고 기포의 볼베어링 효과로 인해 실리카 퓸을 콘크리트에 분산시킬 수 있어 교면포장에 사용되는 라텍스의 혼입량을 줄일 수 있기 때문에 재료비를 낮출 수 있다. 장비의 사 용 또한 최소한으로 하여 전체적인 공사비를 절감할 수 있는 대안으로 떠오를 수 있으며 시공이 간편하여 균일한 콘크리트를 생산할 수 있는 이점을 가질 수 있다. 마지막으로 실리카 퓸과 라텍스의 동시 혼입으 로 인하여 콘크리트의 정적강도 증진 및 기포 혼입으로 인한 내구성 향상으로 콘크리트의 고성능화가 가 능하다. 공기량 및 슬럼프 시험 결과 기포를 혼입하였을 때의 공기량, 최종 스프레이 이후의 공기량으로 나누어 측정하였다. 그림 1과 그림 2에서 스프레이를 통하여 과다한 공기량이 일정 수준으로 감소하는 것을 확인 할 수 있다.

우리나라는 남북 분단으로 인한 특수한 군사적 대치 상황과 최근 연평도 폭격사건 등 인명 및 재산피해 또한 발생하고 있으며, 군사시설물에 대한 방호·방폭 기능 향상을 위한 국가 차원의 대책이 필요한 상황 이다. 또한 폭발사고의 위험성이 상존하고 있는 석유화학 관련 산업의 해당 시설물 및 주변 건물의 안전 확보 차원의 다양한 방호 ․ 방폭 관련 수요가 증가하고 있으며, 민간 대형 시설물에서도 방호 ․ 방폭 안전성 기능을 확보하는 방식으로 정책의 변화가 이루어지고 있다. 방호 ․ 방폭의 전통적 설계방식은 구조물의 두께를 증가시킴으로써 안전성을 확보하는 것으로써, 일반 민간 시설물과 같이 건축구조물용 자재 및 부재 두께의 제약을 받는 여건에는 직접 적용이 힘들기 때문 에, 이를 고려한 고성능의 방호 ․ 방폭용 자재의 개발이 필요한 실정이다. 일반 건축물 및 시설물의 부재 두께에 대한 여건을 고려한 방호 ․ 방폭 성능 향상 재료개발 및 공법 개발이 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 구조물 전체에 강섬유를 다량 함유하여 방호 ․ 방폭 성능을 향상시키기 위해 기포를 혼입하여 섬유의 최대 혼입율 및 분산성 평가를 진행하였다. 분산성 시험은 별도의 규정된 시험 방법이 없기 때문에 섬유 뭉침 현상을 육안으로 판단하여 실험하였 으며, 기포 혼입을 통해 공기량을 25%~30% 가량 혼입 한 상태에서 최대 섬유의 혼입율을 평가 하였다. 체적대비 1.0% 단위로 섬유를 혼입하여 최대 5.0% 까지 혼입하여 분산유무를 판단한 결과 최대 4.0%까 지 혼입이 가능할 것으로 판단되었다. 분산성 시험 결과 나타난 최대 혼입율인 4.0% 혼입 시 실제 혼입율은 3.3%로 나타나 섬유 혼입이 높아 질수록 실제 혼입은 다소 떨어지는 결과를 나타냈다. 그림 1은 목표 혼입율 대비 실제 섬유의 혼입율을 나타낸 그래프이다.

콘크리트 포장 파손 구간에 적용되는 보수공법은 파손의 유형(type)과 심각도(severity level)에 따라 결 정 된다. 고속도로 포장은 Hi-PMS(고속도로 포장관리 통합시스템)를 통해서 보수 대상구간에 대한 우선순 위가 선정되고 포괄적인 공법선정도 하고 있다. 여기에서 사용되는 포장상태 지수(HPCI)는 평탄성(IRI)과 표면손상(SD)를 변수로 산정되며 표면손상은 개별적인 파손을 하나의 지수로 대표하도록 정의된 값이다. 그러나, 보수가 필요한 구간 특성을 파악하기 위해서는 하나의 지수로 대표되는 구간이 어떤 파손이 주를 이루고 있는지와 어떠한 심각도로 구성되는지를 알아야하며 이를 통해 파손 성격에 적합한 보수공법 선정을 할 수 있다. 콘크리트 포장 파손유형과 심각도 구분은 공항의 경우 ASTM D 5430, 포장의 경우 ASTM D 6433 및 FHWA-RD-03-031(LTPP 매뉴얼)이 조사되고 있으며 기관 별로 파손 매뉴얼이 조사되었다. 포장파손 심각도 구분 기준에 대해서 문헌조사를 수행한 결과 LTPP 매뉴얼(LTPP Distress Identification manual)과 별도로 개별적인 매뉴얼을 만들어 적용하는 경우도 있는 것으로 조사되었다. 조사 기관 파손유형에 따라 LTPP 매뉴얼과 파손 심각도 적용이 유사(스폴링 파손의 경우 일리노이, 유 타) 하거나 상대적으로 엄격하거나 반대 경우도 있었고 파손유형 구분은 비교적 단순한 것으로 조사되었 다. ASTM 및 LTPP 매뉴얼에서 사용하는 방법은 파손 구분이 구체적인 장점이 있으나 복잡하기 때문에 조사시간이 많이 소요되고 어떤 파손은 다소 주관적인 정의를 하고 있으며 적용 가능한 도로 유형이 광범 위 하도록 만들었기 때문에 고속도로에 적합한 파손 정의에 대한 검토가 필요한 것으로 판단되었다.

국내에 대규모로 시공되어 공용하고 있는 중부고속도로 CRCP 구간은 1987년 12월에 개통되어 일부 구 간에 보수를 수행하고 있으나 28년을 공용하고 있다. 중부고속도로 CRCP에 발생한 파손은 국부파손이 대부분을 차지하고 있다. 국부파손은 일정한 영역의 콘크리트가 여러 조각으로 분리되면서 함몰되는 형태 를 나타내고 이러한 부분을 보수한 것으로 판단되는 패칭이 여러 개소에서 관찰된다. 중부고속도로에서 발견된 국부파손과 펀치아웃 파손은 그 범위에 따라 유지관리에서 적용해야 할 보수방법이 다르며 향후 더 많은 숫자로 발생할 수 있으므로 이에 대한 대비가 필요할 것으로 판단된다. 중부선의 경우 줄눈 콘크리트 포장에 비해 양호한 상태를 나타내는 구간이 더 많이 존재하고 있으나 일 부에 국부파손으로 인해 상대적인 공용기간 단축이 발생하고 있다. 중부선 파손 원인을 파악하기 위한 상 세조사는 중부선의 양호한 공용상태로 인해 많이 이루어지지 않았으나 공용기간을 고려할 때 대비가 시급 한 실정이다. 본 연구에서는 중부선 파손유형과 원인 규명에 대한 기초조사의 하나로 코어를 채취하고 이에 대한 물 성분석을 수행하였고 상대적으로 파손이 빠르게 발생한 구간에 대한 현장조사를 수행하였다. 중부선 연속 철근 콘크리트의 공용상태 파악을 위해 파손상태가 크지 않은 지역에서 코어를 채취하고(2013년도) 깊이 에 따른 염화물량을 조사하였으며 그림 1과 같은 결과를 나타내었다. 중앙에서 채취한 코어는 깊이에 따 라 급격한 염화물 감소가 관찰되나 균열에 인접한 부분은 이보다 높은 염화물량이 관찰되어 철근위치가 높아질수록 염화물의 영향을 빨리 받을 수 있을 것으로 판단되었다. 중부선 연속철근 콘크리트 구간에서 국부파손이 발생하고 보수구간에 재파손이 발생한 개소(그림 2)에 대하여 현장조사를 수행하고 코어를 채취하였다. 조사 결과 설계 보다 철근이 상승되어 배근된 곳이 빈번 하게 발견되었고 해머를 통한 청음시험에서 들뜸이 추정되는 곳도 관찰되었다. 일부 구간에서 코어를 채 취하여 관찰한 결과 그림 3과 같이 철근 주변에서 수평균열이 발생하고 있어 들뜸의 원인으로 추정되었고 철근 부식 흔적도 관찰되었다. 현재 일부 개소에 대해 수행한 기초적인 현장조사를 통해서 볼 때 중부선 파손 원인은 시공 당시의 철 근배치와 밀접한 관련을 가지고 있고 이의 결과로 발생한 파손의 유형은 국부적인 파손이 주를 이루는 것 으로 판단되었다.

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.

터널은 토공부와 비교하면 어둡고 갇힌 공간이기 때문에 콘크리트 포장 시공시 품질관리가 어려워 교 통 개방 후 승차감이 불량하거나 심각한 소음 문제가 발생한다. 일반적으로 토공부의 노후 콘크리트 포장 에서는 주행 쾌적성 문제를 해결하기 위해 다이아몬드 그라인딩 공법(DG)을 적용하여왔다. 하지만 돌출 된 fin이 깨지거나 마모가 되면 그 기능이 다하여 재시공이 필요한 문제가 있다. 이러한 문제점을 해결하 기 위해 개발된 공법이 NGCS (Next Generation Concrete Surface)이다. 본 연구에서는 토공부 콘크리 트 포장에 적용된 NGCS 공법을 터널 내 포장에 적용하여 도로 이용자의 주행 쾌적성을 향상을 위한 노력 을 진행하였다. 일반 종방향 타이닝, DG 및 NGCS을 건설중인 터널에 적용한 후 공용성을 평가하였다. 공용성 평가결과, 평탄성에서는 NGCS 공법과 DG 우수하였으며, 종방향 타이닝이 가장 낮았다. 미끄럼 마찰 저항에서는 DG가 가장 높았고, 다음으로 NGCS 및 종방향 타이닝 순으로 평가되었다. 실내외 소음 평가 결과, NGCS 구간의 소음도가 가장 낮았으며, 다음으로 DG, 종방향 타이닝 순이었다. 전체적인 평 가 결과, 고기능성 표면처리 공법인 NGCS를 터널 내 콘크리트 포장에 적용한다면 주행 안전성을 높이고 소음을 감소시켜 쾌적한 주행환경을 구현할 수 있을 것이다.

고속도로에서의 포장 파손은 주행성뿐만 아니라 사용자의 안정성에도 영향을 주며, 노후 포장에서의 포장 파손의 급증은 경제적으로도 보수비용이 증가하는 문제를 초래한다. 본 연구에서는 국내 고속도로 노후 콘크리트 포장에서 발생하는 파손의 근본적인 원인을 규명하기 위해 다양한 환경 인자를 선정하여 파손별 상관성을 분석하였다. 연교차, 강우 일수, 강설량 등 총 6가지의 지역 및 지사별 자료를 바탕으로 수집된 환경 인자와 고속도로 포장관리시스템에서 수집하는 콘크리트 포장 파손 총 9가지를 이용하여 산 점도 분석을 실시하였다. 또한 무작위로 발생하는 파손을 제거하기 위해 박스도표 분석(Box Plot Analysis)을 이용하여 동일 성질의 산점들을 하나의 대표값을 갖도록 가공하여 경향을 비교하였다. 다음 그림은 줄눈 콘크리트 포장에서 종방향 스폴링의 파손량과 연교차간의 상관도를 분석한 그래프이다. 본 연구를 통하여 상관관계를 분석하기 위해 도입된 박스도표 분석이 두 인자간의 경향을 파악하는데 효과적인 것을 확인하였으며, 이 분석을 통하여 6가지의 환경 인자와 9가지의 포장파손간의 상관관계를 확인하고 관련 정도를 파악하였다.

콘크리트포장은 타설 후 온도와 습도 같은 환경요인의 변화에 의해 부피변화를 일으킨다. 만약 이러한 부피변화가 하부지반이나 인접 구조물로부터의 마찰과 같은 외부구속 요인, 단면 내 온·습도의 비선형 분포와 같은 내부구속 요인에 의해 구속을 받게 되면 응력이 발생하게 되며, 이 응력이 콘크리트의 인장 강도를 초과하면 균열이 발생하게 된다. 체적에 비해 상대적으로 단면적이 작고 구속조건이 과대한 콘크 리트포장의 경우 환경하중에 의한 구속응력을 완화하기 위하여 일반적으로 타설 후 수일 이내에 다수의 횡방향 균열을 일으키게 되며, 이러한 균열은 궁극적으로 스폴링(spalling)이나 펀치아웃(punchout)과 같은 콘크리트포장 파손 및 내구성능 저하와 같은 부정적인 영향을 초래하게 된다. 따라서 보다 나은 콘 크리트포장의 장기공용성을 확보하기 위해서는 콘크리트포장의 구속응력 발현을 정확히 예측하고, 이와 관련된 설계 인자들의 적절한 기준을 마련하는 것이 필수적이라고 할 수 있다. 본 연구에서는 콘크리트포장의 응력과 관련된 요소들인 크리프와 빌트인컬링(built-in-curling)이 구 속응력 발현에 미치는 영향을 현장실험과 계측 결과의 이론적인 분석을 통하여 정량적으로 평가하였다. 그 결과, 크리프의 영향은 시간이 경과함에 따라 점차 증가하는 반면에, 빌트인컬링의 영향은 급격히 감 소하여 콘크리트포장 타설 후 30일 이내에 대부분 소멸됨을 확인하였다. 본 연구의 결과는 콘크리트포장 체를 완전탄성체로 간주하고 콘크리트 경화시의 온 ․ 습도 분포가 단면에 걸쳐 균일하다고 가정하는 기존 포장설계법의 개선 방향을 제시함으로써, 보다 더 정확한 콘크리트포장 설계 및 시공을 위한 중요한 정보 를 제공할 것으로 기대된다.

우리나라는 겨울철 제설제 살포 및 기후변화에 따른 동결융해작용으로 인한 콘크리트 포장의 내구성능 저하, 특히, 스케일링(scaling) 현상이 많이 보고되고 있으며, 이는 교통시설 이용자의 편의성 감소 및 유 지관리 비용의 증대를 초래하게 된다. 콘크리트 포장의 스케일링은 동해 및 염해의 복합작용으로 발생하 는 표면박리, 잔골재의 탈락 등으로 나타나는 콘크리트의 대표적인 성능저하 현상이다. 이러한 콘크리트 의 스케일링 현상은 콘크리트의 강도, 염용액의 종류 및 농도, 연행공기량, 블리딩량 등의 영향을 받는 것 으로 알려져 있다. 뿐만 아니라, 사용되는 결합재의 종류에 따른 콘크리트의 스케일링 현상도 각각 상이 하여 최근, 이에 대한 연구도 국내외적으로 많이 진행되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 콘크리트 포장의 내구성 평가를 위한 일환으로 ASTM C 672에 준하여 스케일링 실험을 실시하였으며, 그 결과를 콘크리트 공극구조와도 비교, 고찰하였다. 결론적으로, 콘크리트의 스케일링 저 항성은 콘크리트의 미세 연행공기량(air entrained micropores)과 비교적 밀접한 관계가 있는 것으로 나타났다.