This study quantitatively assess the risk of ice-related accidents on road facilities such as bridges and tunnels, and examines the influence of road facility characteristics on ice-related accidents. Ice-related accident data from expressways and national highways in South Korea were collected over a 10-year period (2013–2022). Geographic information systems (GIS) and node-link systems were employed to classify accidents based on road facility types. The number of ice-related accidents per unit length and per individual segment was examined according to the road classification. Furthermore, the fatality rate and fatality-weighted indicator (FWI) were calculated to evaluate the severity of icerelated accidents.The number of ice-related accidents per unit length of road facilities is higher on national highways than on expressways. For both expressways and national highways, the incidence rate of ice-related accidents on bridges was higher than those on ordinary sections and tunnels. A greater number of ice-related accidents occurred on long-span bridges and tunnels for both road classifications. The fatality rate of ice-related accidents on expressways was approximately 1.5 times higher than that on national highways. The fatality rate of ice-related accidents occurring on road facilities within expressways was approximately three times higher than the overall fatality rate of ice-related accidents on expressways. On national highways, the fatality rate of ice-related accidents on bridges was higher than the overall fatality rate of ice-related accidents, whereas the fatality rate of ice-related accidents in tunnels was lower than that on national highways. The FWI of ice-related accidents on bridges and tunnels was more than twice that on ordinary sections on both expressways and national highways. Among expressway facilities, tunnels exhibited the highest FWI, whereas on national highways, the FWI values for bridges and tunnels were similar. The findings of this study suggest that the influence of road facilities on ice-related accidents should be considered in winter road maintenance strategies. This could contribute to reducing not only the frequency of ice-related accidents, but also the number of fatalities and injuries resulting from such incidents.

국내에서 겨울철 발생하는 결빙사고는 전체적인 교통사고 대비 치사율이 1.7배 높은 것으로 나타났다. 주행속도가 높은 고속국도의 경우 결빙사고 치사율은 18.7로, 결빙 외 고속국도 교통사고 치사율인 4.2와 비교하여 약 4.5배 높았다(KoROAD, 2024). 특히 교량과 터널과 같은 도로시설물은 구조적 특성과 환경적 요인으로 인해 결빙 형성에 매우 취약하다. 교량은 지면으로부터의 열전달이 차단되 기 때문에 겨울철 노면온도가 낮아 결빙이 형성될 가능성이 높으며, 터널은 겨울철 낮은 온도와 터널 입출구부의 응달지역 형성 및 터널 내부와 외부 공기로 인한 급격한 온도변화로 인해 결빙이 발생할 가능성이 높다. 또한, 도로시설물은 교통사고 발생 시 치사율이 높게 나타나는 경향이 있다. 실제로 교량과 터널에서 발생한 교통사고의 치사율은 전체 1.94, 터널 5.05, 교량 4.10으로 도로시설물에서 발생한 교통사고의 치사율이 높았다(KoROAD and ACCRC, 2017). 따라서 도로시설물에서 발생하는 결빙사고는 쉽게 결빙이 형성되 는 환경조건과 사고 발생 시 치사율이 높은 특성으로 인해 일반 도로보다 높은 위험성을 내포하고 있다. 그러나 현재로써 도로시설물 에서 발생하는 결빙사고의 원인과 위험성을 중점적으로 분석한 연구는 그 수가 부족하며, 기존 연구들은 결빙 구간의 기후적 특성이 나 개별 결빙사고 사례 분석에 국한되어 있어 도로시설물은 결빙사고 분석 시 여러 가지 환경요인 중 하나로서만 고려되고 있는 실정 이다. 본 연구에서는 도로시설물에서의 결빙사고 위험도를 평가하는 방법을 제시하고, 이를 Min-Max(최소-최대) 정규화 과정을 통해 구체 화함으로써 보다 체계적인 분석이 가능하도록 한다. 이를 통해 도로시설물의 겨울철 운영에 있어 효과적인 결빙사고 방지 대책을 수 립하는 데 기여하고자 한다.

국내 도로포장에서는 겨울철 결빙으로 인한 교통사고가 자주 발생하고 있다. 특히, 최근의 기후변화에 따른 동절기 사고건수가 증가 하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 도로노면 결빙 재료 및 공법, 기술들이 개발되고 현장에 적용되고 있다. 그러나 도로 노면 결빙 및 공법 관련 기술들에 대한 성능평가가 어려운 실정이다. 따라서, 도로환경에서 발생되는 환경조건 등의 모사를 통한 도로 노면 결빙 공법 및 기술의 성능평가를 위한 실증실험시설이 필요하다. 본 연구에서는 국내 동절기 도로포장에 대한 기본적인 환경조 건을 분석하여 이를 기반으로 도로노면 결빙 관련 환경모사가 가능한 실증실험시설을 구축하였다. 도로노면 결빙에 영향을 주는 요소 는 대기온도, 노면온도, 습도, 풍속, 기압 등의 다양한 인자가 있다. 이러한 요소중에 실증실험시설 구축에서는 대기온도, 노면온도, 습 도, 풍속을 모사할 수 있도록 하였다. 도로노면 결빙에 있어 노면온도가 중요한 요소로 작용할 수 있기에 챔버내에 시편의 온도를 제 어할 수 있는 내부챔버를 추가로 구성하였다. 또한, 도로노면 결빙을 유발할 수 있는 어는비 분사장치 및 온․습도 변화에 따른 시편 의 모니터링을 위해 열화상 카메라를 이용하도록 구성하였다. 도로노면 결빙 실증실험시설이 효율적으로 운영된다면 다양하게 개발되 는 기술들에 대한 실험을 통해 성능평가가 가능할 것으로 판단되며, 향후 이를 기반으로 실증실험시설의 운영에 대한 매뉴얼 및 평가 방법 등을 마련하는 것이 필요하다.

2020년 국토교통부에서는 ‘결빙 취약구간 평가 세부 배점표’에 의하면, 전국의 고속국도 및 일반국도를 대상으로 결빙 취약 구간 464 개소를 선정하여 관리중에 있다. 그러나 감사원은 2020년 진행한 주요 사회기반시설(도로ㆍ고속철도) 안전관리실태 감사에서 결빙 취 약 구간 선정 시 터널 입출구부 등 결빙위험이 큰 구간이 도로포장 홈파기 대상구간에서 누락된 점을 지적하였다. 이러한 근거로 결 빙에 취약한 터널 입ㆍ출구에서 결빙사고가 우려되는 등 ‘겨울철 도로교통 안전 강화대책’의 실효성이 저하될 가능성이 제시되었다. 또한 본 연구에서 자체적으로 검토한 결과, 4개 특성 12개 항목으로 구성된 ‘결빙 취약구간 평가 세부 배점표’의 도로시설 항목에서 터널, 교량 등 도로시설물의 배점 부여 기준을 확인하기 어려웠으며, 각 도로시설에 대한 정의가 모호하여 평가표의 현장 적용성이 제 한되거나 신뢰도 검증이 부족한 점을 확인하였다. 본 연구에서는 국토교통부에서 제공하는 노드(Node) 및 링크(Link) 기반의 국내 도로망 GIS(Geographic Information System)데이터 에 결빙사고 데이터의 위치정보를 결합하여 고속국도 및 일반국도의 터널 및 교량 등을 포함하는 도로시설물 및 그 주변에서 발생한 결빙사고 이력을 자료화하였다. 최종적으로 도로시설물별 결빙사고 발생 비율 및 사고 심각도(사망자, 부상자 수)에 대한 분석을 통해 도로시설물의 결빙사고 상관 정도와 영향 범위를 파악하였다.

도로 결빙이란 도로 표면에 형성된 얼음층으로 도로 결빙으로 인한 교통사고의 치사율은 결빙이 원인이 아닌 교통사고의 치사율과 비교하여 1.5배 높은 수치인 2.3으로 나타났다. 현재 국토교통부에서는 결빙사고 취약구간을 선정하고 관리하기 위하여 결빙 취약구간 평가기준표를 제시하였다. 그러나 도로 결빙은 노면 온도와 수분 공급에 따라 형성되며 기온, 구름량, 풍속, 풍향, 상대습도, 강수량 등 의 기상인자들이 복합적으로 작용하여 발생하며, 기존의 평가 기준은 이와 같은 인자들을 충분히 반영하지 못하여 결빙 형성을 예측 하고 평가하는 능력이 부족하다고 판단된다. 따라서 본 연구는 결빙 교통사고 데이터의 통계적인 분석을 통하여 결빙이 형성되는 기 상 조건을 구체화하고 결빙사고 및 결빙 형성을 예측하기 위한 기상학적 기준을 마련하는 것을 목적으로 진행되었다. 2018년 1월 1 일～2024년3월 15일 동안 발생한 결빙 사고와 사고 발생 당시 및 이전 6시간동안의 기상 데이터를 분석 데이터로 사용하였다. 이때, 역거리 가중법, 기온감률 등 공간보간기법을 적용하였다. 이후, 박스도표, 히스토그램, 경험적 누적분포함수 등의 통계분석을 적용하여 결빙사고의 기상 분포 특성을 확인하였다. 최종적으로 결빙사고의 몬테카를로 시뮬레이션을 활용하여 기온 및 습도에 따른 결빙사고 의 발생 확률을 계산하였다. 이와 같은 연구 결과는 결빙 형성을 예측하는 기온 및 습도의 기준점으로 제시할 수 있으며 더 나아가, 추후 결빙사고 예방 및 예보의 기준으로 활용이 가능할 것으로 기대된다.

국토교통부는 2020년 '결빙 취약구간 평가 세부 배점표’에 따라, 전국의 고속국도와 일반국도를 대상으로 410개 구간의 결빙 취약구 간을 선정하였다. 그러나, 2021년 감사원의 결빙 취약구간 지정 적정성 감사 결과에서 감사원은 현재 지정ㆍ관리 중인 결빙 취약구간 및 결빙 취약구간 평가 세부 배점표의 적정성에 문제를 제기하였다. 이에, 국토교통부는 결빙 취약구간을 재지정하여 발표하였으나 그 에 대한 평가 및 지정 적정성 검증이 아직 이루어지지 않았다. 본 연구에서는 결빙 취약구간과 결빙사고 데이터의 위치정보를 수집하여 GIS(Geographic Information System) 데이터로 구축하고 맵핑(Mapping)하여 결빙 취약구간 내 결빙사고이력을 확인함으로서 결빙 취약구간의 결빙사고 예측성능을 평가하였다. 또한, 각 결빙 사고 발생지점에서 도로시설, 교통, 선형구조, 환경인자 데이터를 수집하여 분석한다. 이를 통해 결빙사고와 각 인자 간의 상관성을 파 악하고, 그 결과에 따라 결빙 취약구간 평가 세부 배점표의 평가항목 및 각 항목별 배점을 수정하고 보완함으로써 결빙 취약구간의 신뢰성을 제고한다.

겨울철 국내 도로 결빙으로 인한 교통사고가 증가하는 추세를 보이고 있으며 2018년~2022년까지 총 4,609건의 결빙 교통사고가 발 생하였다. 결빙 교통사고의 치사율은 2.3으로 일반적인 교통사고와 비교하여 높은 치사율을 보이며 최근 5년(2018~2022)동안 결빙 교 통사고로 인하여 107명이 사망자와 7,728명의 부상자가 발생하였다. 현재 국토교통부에서 제시한 결빙 취약구간 평가기준표에 따라 결 빙 위험 구간을 지정하고 있으나, 해당 기준은 결빙의 주요 요인으로 고려되는 기상조건을 충분히 반영하지 못하고 있다. 도로 결빙은 노면온도가 0℃ 이하이며 노면에 수분이 공급될 때 형성되며 기온, 구름량, 풍속, 풍향, 상대습도, 강수량 등의 기상인자들이 복합적으 로 작용하여 결빙이 발생한다는 점을 고려하였을 때, 기상 특성은 도로 결빙의 주요 인자로 판단된다. 따라서 국내 결빙 취약구간 평 가기준의 개선이 필요하며 본 연구의 목적은 국내 결빙 교통사고 데이터를 분석하고 결빙이 형성되는 기상 조건을 구체화하는 것이다. 분석을 위한 데이터로 2018년~2022년까지 5년동안 발생한 결빙사고 사례와 기상청 방재기상관측소(AWS)에서 제공하는 기상 데이터 를 적용하였다. 이후, 박스도표, 확률밀도함수 등의 통계분석을 적용하여 결빙 형성 기상 조건을 구체화하였다. 이를 통하여 기존 결빙 취약구간 평가기준의 기상학적 개선 방향성을 제시할 수 있으며 더 나아가 도로 결빙 예측 로직 개발을 기대할 수 있다.

PURPOSES : In this study, the thermal conductivity properties and mechanical performance of a thermally conductive asphalt mixture that can be applied to increase the efficiency of deicing asphalt pavements are evaluated. METHODS : Graphite powder and carbon fiber, which are inexpensive carbon materials, were added to the asphalt mixture to its conductivity. To determine the optimal mixing ratio of the carbon materials, the dispersibility, thermal conductivity, and performance of the conductive asphalt mixture were evaluated. The performance of the mixture was evaluated in terms of its volume characteristics, Marshall stability, dynamic modulus, indirect tensile strength (IDT), and wheel-tracking tests. RESULTS : The thermal conductivity of the asphalt mixture containing 2% graphite is 1.81 W/mK, which is approximately twice (0.94 W/mK) that of a general asphalt mixture. Meanwhile, the graphite-added asphalt mixture indicates a much higher temperature increase rate than the general asphalt mixture, and its surface temperature after 60 min is 7.5 ℃ higher. In addition, it reaches 0 ℃ from -10 ℃ at a rate 1.5 times higher than that required by the general asphalt mixture. When both 2% graphite and 1% carbon fiber are added, the thermal conductivity improves to 2.03 W/mK, and the conductivity is similar at all locations of the slab specimen location, which indicates no dispersibility issue. The results of the mechanical performance evaluation shows that the higher the ratio of the carbon material, the lower is the dynamic modulus and IDT at 20 ℃, which decreases the crack resistance. Meanwhile, the results of the Hamburg wheel-tracking test at 50 ℃ show an improvement in the permanent deformation resistance. CONCLUSIONS : The results of the conductivity and performance evaluation show that the optimal ratio is the combination of 2% graphite and 0.5% carbon fiber. This suggests that the conductive asphalt mixture incorporated with carbon materials can efficiently transfer heat generated from the heating layer at the bottom of the pavement to the pavement surface.

본 연구는 도로 노면결빙 판정 알고리즘에 대해 알고리즘을 개선하고 실제 현장 측정 자료와 알고리즘 예측값을 비교하였을 때 알고리즘에 대한 적중률을 분석하였다. 분석을 위하여 포천시 신북면 금 동리의 도로 및 기상을 측정하였다. 알고리즘은 기존 도로 결빙 알고리즘을 선정하여 실제 결빙 조건 및 측정 수치에 맞춰 4차 알고리즘까지 개선하였다. 최종적으로 응결에 의한 결빙, 강수에 의한 결빙, 적설에 의한 결빙, 결빙상태의 지속, 풍속에 의한 결빙 5개의 알고리즘을 제작하였다. 포천 현장에서 알고리즘을 활용하여 예측할 경우 경우 결빙 적중률이 93.22%까지 개선되었다. 결빙 알고리즘에 대한 조합 비율에 대 해 도출하였을 때 응결에 의한 결빙과 결빙상태의 지속에 대한 알고리즘이 96%를 차지하였다.

매년 도로면 결빙으로 인한 교통 사고량이 증가를 하고 있다. 따라서 결빙으로 인한 사고를 미연에 방지하고자 다양한 결빙방지기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이에 본 연구에서는 도로면 결빙방지를 위해 Multi-wall carbon nanotube(MWCNT)를 이용하여 결빙방지 효과를 살펴보았다. 실험에 사용된 실험체는 도로공사 표준시방서의 포장콘크리트 배합 비에 따라 500*150*50mm의 크기로 제작된 콘크리트 슬래브에 100*100*50mm크기의 MWCNT 발열체를 삽입하여 제작하였다. 총 제작된 실험체는 MWCNT를 콘크리트 슬래브의 중앙에 1개 설치한 경우와 200mm 간격으로 설치한 경우, 각각 3개씩, 총 6개를 제작하여 실내실험을 수행하였다. 실내실험은 영하 10°C의 냉동챔버에서 발열체의 온도를 60°C로 유지하며 120분 동안 실시하였다 그림 1은 MWCNT를 1개 장착한 경우로써 120분이 경과 후 MWCNT로부터 77mm까지 0°C(상온)로 나타났다. 그림 2는 MWCNT를 200mm 간격으로 2개 장착한 경우로써 120분이 경과 후 MWCNT 설치한 안쪽의 모든 표면에서 상온으로 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이는 2개 장착한 경우 발열체 사이간의 열 중첩 효과로 인한 온도 상승효과와 유효발열거리(표면온도가 0°C이상으로 나타났을 때의 거리)가 증가함을 확인할 수 있었다.

PURPOSES : This paper aims to develop a road pavement de-icing system using carbon sheet to replace the older snow de-icing method. Carbon sheet is a light and high-strength metal. Hence, various bodies of research for its applications in many industries have progressed. METHODS : The experiment was conducted in a laboratory. The carbon sheet supplied voltage through a power supply system, and produced heat transfers to the concrete surface. Various factors, such as pavement material, carbon sheet width, penetration depth, and freezingthawing resistance, were considered in the conducted experiments to confirm the heating transfer efficiency of the carbon sheet. RESULTS : The carbon sheet used was a conductor. Therefore, it produced heat if voltage was supplied. The exposed carbon sheet on the atmosphere did not affect the carbon sheet width when it provided constant voltage. However, the sheet showed different heating behaviors by width change when the carbon sheet penetrated into the concrete. Moreover, the freezing-thawing resistance was decreased by the carbon sheet with increasing width. CONCLUSIONS : The experiments confirmed the possibility of developing a road snow melting system using a carbon sheet. The antiicing system using the carbon sheet to replace the traditional anti-icing system has disadvantages of environmental pollution risk and electric leakage. The pavement also improved its toughness resistance. The utilization value will be very high in the future if carbon sheet heat loss can be minimized and durability is improved.

PURPOSES : The purpose of this study is to develop a deicing pavement system using carbon fiber or graphite with high electrical conductivity and thermal conductivity. METHODS: Based on literature reviews, in general, conventional concrete does not exhibit electrical and thermal conductivity. In order to achieve a new physical property, experiments were conducted by adding graphite and carbon fiber to a mortar specimen. RESULTS: The result of the laboratory experiment indicates that the addition of graphite can significantly reduce the compressive strength and improve the thermal conductivity of concrete. In the case of carbon fiber, however, the compressive strength of the concrete is slightly increased, whereas, the thermal conductivity is slightly decreased against the plain mortar irrespective of the length of the carbon fiber. In addition, a mixture of the graphite and carbon fiber can greatly improve the degree of heating test. CONCLUSIONS : Various properties of cement mortar change with the use of carbon fiber or graphite. To enhance the conductivity of concrete for deicing during winter, both carbon fiber and graphite are required to be used simultaneously.

최근 지구온난화로 인한 잇따른 기상이변 현상으로 인하여, 겨울철 폭설과 한파가 빈번하게 발생하고 있다. 이로 인한 도로의 결빙과 보행자의 낙상사고의 비율이 매년 증가하는 경향을 보이고 있으며, 도로 에 쌓인 눈 또는 도로표면에 두껍고 얇게 형성된 빙판은 일시적·장기적인 교통체증 및 교통사고를 유발하 는 직·간접적인 원인이 되고 있다. 이는 차량 운전자 또는 보행자에게 도로 서비스 이용에 대한 불편함을 유발하며, 안전을 위협하고 있다. 이러한 측면에서, 결빙도로의 제설 및 융설 시스템에 관한 연구와 개발 은 불가피하며, 이로써 창출되는 사회적·경제적으로 발생하는 손실에 대한 예방과, 비용 절감에 대한 효 과를 기대할 수 있다. <그림 1>은 실제 현장에서의 융설시스템이 적용된 도로의 사례를 나타내고 있다.