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.

Road freezing caused by snowfall during wintertime causes traffic congestion and many accidents. To prevent such problems, we developed, in this study, a system to predict road freezing based on weather forecast data and the freezing generation modules. The weather forecast data were obtained from a high-resolution model with 1 km resolution for Jeju Island from 00:00 KST on December 1, 2017, to 23:00 KST on February 28, 2018. The results of the weather forecast data show that index of agreement (IOA) temperature was higher than 0.85 at all points, and that for wind speed was higher than 0.7 except in Seogwipo city. In order to evaluate the results of the freezing predictions, we used model evaluation metrics obtained from a confusion matrix. These metrics revealed that, the Imacho module showed good performance in precision and accuracy and that the Karlsson module showed good performance in specificity and FP rate. In particular, Cohen’s kappa value was shown to be excellent for both modules, demonstrating that the algorithm is reliable. The superiority of both the modules shows that the new system can prevent traffic problems related to road freezing in the Jeju area during wintertime.