PURPOSES : Recently, corrosion and deterioration of highway facilities have been increasing owing to the excessive use of deicers. This study aimed to find an optimal snow removal method to develop countermeasures for the problem of excessive deicer use and improve the efficiency of snow removal. METHODS : Theoretical investigations and experiments related to deicing were conducted to determine the differences between deicing chemical types and states. Based on regional weather patterns, the entire country was categorized into four groups: warm and heavy snow, warm and light snow, cold and heavy snow, and cold and light snow, and matched with each regional office of the Korea Expressway Corporation. RESULTS : Optimal snow removal methods were proposed considering regional characteristics and deicing chemical types and states. CONCLUSIONS : Different deicer types were proposed according to the region type, such as using only salt and salt/calcium chloride in the warm and cold regions, respectively. Second, plowing was more effective at lower temperatures. Third, liquid deicer spraying could reduce the amount of deicer used. A liquid deicer is suitable for preliminary spraying because its quick-acting properties are superior to those of a solid deicer, although its lasting properties are inferior to those of the solid deicer.

PURPOSES: The intensiveness of highway management has increased owing to the growth in the number of vehicles and the rapid climate change. The disadvantages produced by these factors can affect management time and cost. Serious traffic accidents and traffic jam may be experienced when snow fall accumulates on highway surfaces and the friction between tires and pavements is lower than that in the general state, in a non-management condition. Such conditions need intensive management. In this regard, one of the spread methods used for the melting material is pre-wetted salt (PWS), which is the frequently used method in South Korea. In the PWS method, the solid material with CaCl2 is mixed with water in 30% concentration and then finally mixed with NaCl before application to pavements. The chloride-type melting material not only is cheaper, but also has a high melting property than the others. It can shorten the pavement or structure life by deterioration and corrosion. This melting material can affect the flora near the highways; hence, an eco-friendly de-icing agent must be utilized considering the environmental effect. METHODS : The Kalman filter algorithm (KFA) was utilized herein to develop optimization models using the performed test data. The KFA, which was developed from recursive filter algorithms, such as the low- and high-pass filters, applies a weighting filter to the Kalman filter. The algorithm has the property of utilizing the filter and updated estimations. In this regard, melting tests were performed for the real applicative utilization of de-icing agents. The KFA was also applied to reduce the error rates and optimize the relationships between the test data and the predictions. RESULTS: Comparing the measurements performed, the error was reduced by 1.69 g when the KFA was applied. Moreover, the error can be optimized to approximately 91.4% compared to the test errors. The prediction data had over 85% tendency in the test measurement, showing that the KFA application can reduce the error and increase the tendency. By comparison, the agent with CaCl2 showed the best ice melting performance within 10 min without surface temperature. However, the PWS with a 25% concentration indicated the best water melting performance from start to end of the test time, implying that this is a powerful agent in terms of performance. CONCLUSIONS : The melting test is an artificial test method; therefore, it can generate a huge error from the test. The error and the tendency can be controlled by tracking the measurement error and the white noise matrix using the KFA. A further research will be performed to track the measurement error and the white noise matrix. Other optimization methods will also be applied to reduce the experimental error.

The snow melting system by electric heating wires which is adopted in this research is a part of road facilities to keep surface temperature of the road higher than freezing point of water for melting the snow accumulated on it. The electric heating wires are buried under paved road at a certain depth and operated automatically and manually. Design theory, amount of heating, and installation standard vary according to economic situation, weather condition, installation place and each country applying the system. A main purpose of this study is figuring out the appropriate range of required heat capacity and installation depth and pitch for solving snowdrifts and freezing problems with minimum electric power consumption. This study was performed under the ambient air temperature(-2℃, -5℃), the pitches of the electric heating wires(200 mm, 300 mm), heating value(250 W/m2, 300 W/m2, 350 W/m2).

본 연구는 도로 상의 눈이나 얼음의 제거에 사용되는 융빙제와 부식방지제 및 저부식성 제설제 그리고 이들의 조합에 대한 성능 및 구조물에 미치는 영향에 대하여 분석하였다. 동결융해 후 무게손실률은 저부식성 제설제가 융빙제와 부식방지제 및 이들의 조합보다 적게 나타났고, 상대동탄성계수 감소는 물, 저부식성 제설제 및 NaCl+JF-1004를 제외하고 융빙제와 부식방지제 및 이들의 조합물들은 동결융해 150사이클 이후에 급격히 떨어지는 것으로 나타났다. 또한 동결융해 후 콘크리트는 물을 제외하고 상당히 심한 표면 손상을 나타냈다. 융빙 효과는 융빙제와 저부식성 제설제 및 부식방지제의 조합하여 사용할 때가 이들 개별적으로 사용될 때보다 우수한 것으로 나타났고, 저부식성 제설제 및 부식방지제의 단독 사용은 초기 융빙 성능 뿐 아니라 지속성도 현저히 낮아 현장 적용에는 문제가 있는 것으로 판단된다. 강재부식시험의 pH는 저부식성 제설제와 NaCl+JF-1004의 pH는 알칼리성을 띠는 반면에 이외의 나머지에서는 중성에서 산성으로 변화해 가고 있는 것으로 나타났고, 염화나트륨의 조합물이 다른 수용액보다 상당히 빠르게 무게감량이 나타나 강재 부식속도가 빠르게 진행되는 것으로 나타났다. 이상으로부터 도로상의 눈이나 얼음의 제거를 위하여 융빙제의 조합물을 사용 시 최대한 도로 포장 및 교량에 손상이 적게 미치는 조성물에 대한 신중한 선택하여 사용해야 할 것이다.

최근 들어 철근 부식, 콘크리트 포장표면의 박리파손, 환경 피해 등 염화물계 제설제의 사용에 따른 각종 피해가 보고되고 있으며, 이를 위해 대체 제설제의 개발을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만 개발된 제설제의 성능평가에 대한 연구는 대부분 실내실험을 위주로 한 기초적이고 제한적인 성능평가에 의존하고 있는 선정이다. 특히 제설제의 융빙성능은 제설제가 갖추어야 할 기본적인 성능으로, 합리적이고 체계적인 평가방법을 통한 융빙성능의 평가가 필수적이다. 본 연구에서는 기존 연구를 바탕으로 보다 구체적이고 현실적인 융빙성능 평가방법을 수립하였으며 그 절차에 따라 본 연구진에 의해 개발된 저염화물계 친환경 제설제인 EFD(Eco Friendly Deicer)의 융빙성능을 평가 및 검증하였다. 실내실험 결과, EFD는 국내 고속도로에서 사용 중인 습염식 제설제와 대등한 수준의 초기 융빙성능을 나타냈으며 2회의 현장살포 실험을 통해 EFD의 융빙성능을 검토한 결과, 전체적인 융빙성능이 습염식 제설제의 융빙 성능에 비해 큰 차이가 없음을 확인하였다.

본 연구에서는 기존의 염화물계 제설제인 염화칼슘(CaCl2) 및 염화나트륨(NaCl)과 비염화물계 제설제(NS 100) 초산화합물 함유 염화물 제설제(NS 40), 그리고 이들 제설제를 중량대비 일정비율로 혼합(NaCl 70%+CaCl2 30%, NS 40 70%+CaCl2 30%, NaCl 70%+NS 40 30%, NS 40 70%+NaCl 30%)하였을 때 제설성 능과 특성, 콘크리트의 동결융해저항성 및 강재의 부식에 미치는 영향을 실내시험을 통하여 비교 검토하였다. 이상의 시험결과를 바탕으로 동절기 구조물이 동해를 받을 수 있는 지역에서 염화물계 제설제를 사용할 경우 제설성능 및 효과, 강재의 부식성 콘크리트의 동결융해저항성 및 스켈링저항성에 미치는 영향을 고려해 볼 때 하나의 제석제를 사용하기 보다는 두가지 제설제를 적정 비율로 혼합하여 사용하는 것이 바람직한 방법임을 알 수 있었다. 혼합 사용시에는 제설성능 강재 및 콘크리트에 미치는 영향을 고려해 볼 때 NS40(70%)+염화칼슘(30%)이 가장 효과적인 것으로 나타났다.