신개념 철근콘크리트 포장인 ARCP(Advanced Reinforced Concrete Pavement)는 연속철근 콘크리트 포장인 CRCP(Continuously Reinforced Concrete Pavement)에서 균일하지 않게 발생하는 균열과 다량의 철근 사용으로 인한 높은 시공비를 개선한 기술이다. ARCP 는 고속도로 제1호선 언양~영천 구간에 최초로 시공하였으며 고속도로 제14호선 밀양~울산 구간에도 시공하였다. 이전의 시공 과정 및 초기 공용성을 기반으로 ARCP의 주요 기술 요소인 부분철근과 균열유도장치의 형상을 개선하여 고속도로 제14호선 창녕~밀양 구 간에 적용하여 시공하였다. 기존 균열유도장치는 반달형의 GFRP 재질로 제작되었으며 지지대를 이용하여 설치하였으나 개선된 균열 유도장치는 L형의 철재로 부분철근에 용접된 어셈블리 형태로 제작되어 설치가 간단하다. 기존 부분철근은 2개의 부분철근을 서로 연 결시킨 형상이었으나 개선된 부분철근은 연결부를 두지 않고 독립적인 형상으로 설치하였다. ARCP 시공 이후 초기 현장조사 결과, 균 열유도장치가 설치된 곳에서 적절한 균열이 발생하는 것을 확인하였으며 슬래브 표면 침하도 발생하지 않았다. 따라서 개선된 부분철 근과 균열유도장치를 적용함으로써 ARCP의 시공성 및 공용성을 한층 더 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.

신개념 철근콘크리트 포장(ARCP: Advanced Reinforced Concrete Pavement)은 균열유도장치를 이용하여 원하는 위치에 균열을 유도하고 연속철근 콘크리트 포장(CRCP)의 거동에 영향을 미치지 않는 균열 사이의 종방향 철근을 다수 제거하여 철근 사용량을 대폭 감소시키는 포장 공법이다. ARCP 공법의 주요 요소 기술의 하나인 균열유도는 균열유도장치의 형상, 설치깊이, 콘크리트와의 부착유무에 따라 균열의 진전 및 거동에 차이가 발생할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 최적의 균열 유도를 위한 방안을 마련하고자 균열유도장치의 형상, 설치깊이, 콘크리트와의 부착 유무에 따른 유도균열을 형성하여 각각의 거동을 계측 및 분석하였다. 그림 1과 같은 야드 실험체에 7종류의 서로 다른 균열유도장치를 설치하였으며 유도균열의 거동 측정을 위한 균열게이지를 설치하였다. 거동 계측은 균열발생 초기부터 균열폭 및 슬래브 온도를 측정하였으며, 계측 10일차부터 20일까지의 데이터를 분석하였다. 균열폭 거동을 그림 2에 나타내었다. 균열폭 거동이 크게 발생하는 균열유도장치는 균열유도장치와 콘크리트가 부착되지 않은 경우(C4)와 콘크리트 다짐을 위하여 균열유도장치의 면적이 작은 경우(C5)인 것으로 나타났으며, 가장 작은 균열폭 거동이 나타나는 것은 비닐을 삽입하였던 경우(C6)인 것으로 나타났다. 균열유도장치의 형상 및 설치깊이, 콘크리트와의 부착 유무에 따라 균열폭 거동에 다소 차이는 발생하지만 모든 경우에서 균열폭이 0.1mm 이하의 작은 거동이 발생하는 것으로 보아 계획한 균열유도장치는 모두 사용이 가능한 것으로 분석되었다.

최근 건설재료의 자가치유 기술에 대한 많은 관심을 보이고 있으며, 유럽의 배수성 포장에 자가치유 아스팔트 포장 기술과 배수시설에 박테리아를 이용한 자가치유 콘크리트를 개발하고 있다. 본 연구에서는 유도가열 장치를 이용한 자가치유 아스팔트 포장의 자가치유 성능을 평가하고자 하였다. 스틸섬유를 아스팔트 포장에 혼입하여 아스팔트 포장을 만든 후 3점 피로균열 시험으로 균열을 유도하였다. 유도가열 장치를 이용하여 가열한 후 2-3시간의 휴지기간을 두어 3점 피로균열 시험을 다시 수행하여 자가치유 가능성을 평가하였다. 일반 골재뿐만 아니라 스틸글래그로 아스팔트 혼합물의 가열성능과 자가치유 성능도 평가하였다. 스필섬유의 분포상태를 분석하기 위하여 마이크로 CT-Scan장비를 이용하여 촬영하였다. 시험결과 스틸섬유를 이용하여 제작한 아스팔트 혼합물의 자가치유 가능성이 있었으며, 자가치유 성능정도를 분석하여 최적의 스틸섬유함량을 결정하였다. 다양한 조건에서 자가치유 성능을 평가하였으며, 매우 효과적인 것으로 나타났다

연속철근 콘크리트 포장(CRCP)은 별도의 줄눈을 설치하지 않고, 온도변화에 의한 슬래브의 자연적인 균열 발생을 허용하는 포장 형식이다. 이러한 CRCP는 연속적으로 철근이 배근되기 때문에 철근 설치에 따른 초기 시공비용이 높고, 균열이 균일하게 발생하지 않을 경우 균열간격이 넓은 곳에서는 균열폭이 과 대하여 균열보수가 필요하며 균열간격이 너무 좁은 곳에서는 펀치아웃, 팝아웃 등의 파손이 발생할 수 있 다는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 균열의 불규칙적인 발생으로 인한 문제점과 과다한 철근사용으 로 인한 초기시공비용이 크다는 단점을 해결하기 위한 새로운 콘크리트 포장 공법을 개발하고자 하였다. CRCP는 균열간격이 넓은 시공 초기 환경하중에 의하여 그림 1(a)와 같이 중앙부 콘크리트와 균열부 철 근의 인장응력이 높게 발생하게 된다. CRCP의 균열은 콘크리트 인장강도보다 슬래브 인장응력이 더 큰 경우 그림 1(b)와 같이 균열이 발생하게 되며, 어느 곳에서 균열이 발생할지 모를 균열의 벌어짐을 구속하 기 위하여 연속적으로 철근이 설치된다. 하지만 철근은 균열의 벌어짐을 구속하기 위한 목적으로 설치되 기 때문에 균열부를 제외한 슬래브 중앙부에는 응력이 작게 발생한다. 즉, 균열과 균열사이에는 철근의 영향이 크지 않기 때문에 그림 1(c)와 같이 원하는 위치에 균열을 유도하고, 이러한 균열부를 보강하더라 도 기존의 CRCP와 동일한 응력이 발생하게 된다. 따라서 본 연구에서는 기존의 CRCP가 균열 간에 있어 연속철근의 역할이 크지 않음에 착안하여 그림 3과 같이 균열유도를 통하여 균열을 유도시키고 이렇게 균열이 유도될 부분에만 부분철근이 배근되도록 하는 신개념 연속철근 콘크리트 포장 공법을 개발하였다.

연속철근 콘크리트 포장(CRCP)은 균열이 균일하게 발생하지 않을 경우 균열간격이 넓은 곳에서는 균 열폭이 과대하여 균열보수가 필요하며 균열간격이 너무 좁은 곳에서는 펀치아웃, 팝아웃 등의 파손이 발 생할 수 있어 일정한 균열간격을 유지할 필요가 있다. 본 연구에서는 균등한 간격으로 CRCP의 균열을 형 성할 수 있도록 실내실험을 통하여 유도균열장치의 최적 크기와 설치 위치를 선정하고자 하였다. 본 실험에서는 한국산업표준 KS F 2595의“콘크리트의 건조수축 균열 시험방법”에 사용되는 일축구 속시험체를 사용하였다. CRCP는 연속된 철근이 균열의 벌어짐을 구속하는 포장형식으로 CRCP를 모사하 기 위해서는 시험체의 길이가 길거나 양단을 고정할 수 있는 별도의 장치를 사용하여야 한다. 하지만 본 실험에 사용된 일축구속시험체는 양단에 앵커역할을 할 수 있는 강체가 있어 콘크리트의 수축 발생 시의 CRCP 거동 모사가 가능하다. 균열유도장치 높이 및 위치에 따라 유도균열 발생과정과 특성을 분석하기 위하여 유도균열장치의 높이 와 설치 위치에 따라 총 5개의 시험체를 제작하여 실험을 수행하였다. 그림 1과 같이 굳지 않은 콘크리트 내에 박막의 플라스틱 소재의 분리막을 삽입함으로써 균열을 유도하였다. 자연적인 건조수축에 의한 균열 의 발생은 과다한 시간이 소요되기 때문에 드라이아이스를 시험체 상부에 놓아 시험체의 온도를 인위적으 로 하강시켜 그림 2와 같은 균열의 발생을 앞당길 수 있도록 하였다. 균열유도장치 높이 및 위치에 따른 유도균열 발생 실험 결과 균열유도장치의 높이가 클수록 균열이 발 생하는 온도하강의 폭이 작아 균열을 유도하기 유리한 것으로 나타났다. 또한 균열유도장치의 높이가 클 수록 균열폭이 넓은 것으로 나타났으며, 이는 균열유도장치 높이가 클수록 균열진전 깊이가 더 깊기 때문 인 것으로 확인하였다. 또한 균열유도장치 설치를 상부에서 아래로 설치할수록 균열의 형태가 자연발생 균열과 유사한 형태로 발생하는 것으로 나타났다.

본 연구에서는 고유진동수를 사용하여 균열의 위치와 크기를 발견하는 비파괴 균열발견모델을 유도하고 Euler-Bernoulli 보를 대상으로 이 모델의 적합성을 검증하였다. 먼저, 균열위치예측모델과 균열크기예측모델로 이루어진 균열발견체계를 제시하였는데, 균열위치예측모델은 모드민감도와 고유진동수 사이의 선형적인 관계로부터 간접적으로 유도되었으며 균열크기예측모델은 균열발생에 의한 변형에너지의 손실을 진동특성치의 변화와 비교하는 동적 파괴역학적 방법으로부터 유도되었다. 다음으로, 기존에 발표된 양단-자유보에 대한 진동모드 실험결과를 사용하여 균열위치와 균열크기를 예측하고 평가하므로 균열발견모델의 적합성과 적용성을 실험적으로 검토하였다. 대부분의 손상시나리오에서 균열위치와 균열크기 예측치는 실제값과 근사하게 일치하였다.