본 연구는 기온 상승에 따른 개별 콘크리트 슬래브의 팽창과 그로 인한 Pavemnent Growth 및 Blow-up 현상을 분석하고 예측하기 위 해 수행되었다. 기온이 상승함에 따라 슬래브는 팽창하며, 콘크리트 슬래브들의 팽창량은 팽창 줄눈 사이에 존재하는 모든 수축 줄눈 이 닫히게 될 정도로 발생하게 되고 그 결과 모든 슬래브들이 접촉하게 된다. 온도의 추가적인 증가로 슬래브가 계속해서 팽창하게 되면 팽창 줄눈의 수축 허용 폭을 초과하는 경우 일체화된 슬래브 내에서 압축 응력이 발생하게 되며, 이러한 현상을 "Pavement Growth"라 정의된다. 이로 인해 콘크리트 포장은 팽창하면서 파손이나 균열에서 좌굴 및 파괴와 같은 압력 관련 문제를 일으킬 수 있 다. 이는 교량 및 도로 내 접근 구조물과 같은 인접 구조물에도 손상을 줄 수 있다. 그러나 현재 사용 가능한 이론적 해결책이나 Pavement Growth 평가 방법과 Blow-up 예측에 관한 연구는 매우 제한적이다. 따라서 본 연구에서는 콘크리트 포장의 팽창을 예측하기 위해 Pavement Growth 및 Blow-up 분석 모델인 PGBA(Pavement Growth and Blow-up Analysis) Model을 개발하였다. 이 모델은 기후 조 건, 포장 구조, 재료, 팽창 줄눈 등의 요인을 고려하였다. 본 모델은 일체화된 슬래브가 팽창하여 팽창 줄눈의 수축 허용 폭을 초과하 는 시기를 결정한다. 슬래브와 기층 사이의 Frictional Darg 및 슬래브의 End Restraint으로 인해 발생하는 압축 응력을 계산 할 수 있는 것이다. 또한 Geometric Imperfection의 변화에 따른 Blow-up Stress를 검토하기 위해 Large-scale Blow-up Test를 진행하였으며, 측정된 결과를 Blow-up 발생 임계값으로 사용하였다. 일체화된 슬래브 내부에 발생하는 연도별 압축 응력을 예측하고 Blow-up Stress와 비교 하여 압축 응력이 Blow-up Stress를 초과하는 시점을 Blow-up 발생 시기로 선정하였다.

국내에는 지형적인 조건 또는 그 외의 여러 제약에 따라 줄눈 콘크리트 포장(JCP)을 시공하는 경우가 많았다. JCP는 시공 이후 양생 제로 도포함에도 불구하고 시간이 지남에 따라 부등건조수축이 나타나, 운전자의 승차감과 안정성을 악화시킨다. 이를 해결하기 위해 포장설계 지침을 지속적으로 개정하고 있지만, 부등건조수축으로 인한 민원이 계속 발생하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 JCP의 부등건조수축량에 영향을 줄 수 있는 변수를 설정하여 변수에 따른 거동 차이를 보고자 하였다. 3D 유한요소해 석 프로그램 ABAQUS를 이용하여 유한요소법을 통한 해석을 진행하였고, 모델링은 2차로 6 슬래브를 모형화하였다. JCP의 부등건조 수축량에 영향을 주는 슬래브 깊이별 온도변화가 포장설계에 따라 어떻게 변화하는지 고려하기 위하여, 그에 대한 변수로 하부층 종 류의 영향, 슬래브 두께의 영향, 주행차로 다웰바 추가 설치 유무의 영향, 줄눈 간격의 영향을 설정하였다. 기본적인 모델의 유한요소해석 부등건조수축량 결과와 위에서 설정한 변수를 적용하여 만든 모델에 대한 유한요소해석 부등건조수축 량 결과를 각각 도출하였고, 기본 모델 결과와 변수를 적용한 모델 결과를 비교하여 각각의 인자가 어느 정도의 영향을 미치는지 확 인해 보았다. 영향이 큰 인자들을 선별하여 복합적인 변수에 대한 영향을 보고자 하였고, 복합 변수를 적용한 모델의 유한요소해석 부등건조수축 량 결과와 기본 모델의 유항요소해석 부등건조수축량 결과를 비교하여 그 차이가 어느 정도인지 확인하였다. 이에 따라 앞으로 JCP구 간 부등건조수축에 대한 해결을 위해 중점을 두어야 할 인자를 파악할 수 있었으며, 결과를 현장에 적절하게 적용한다면 도로 주행성 과 안전성을 개선할 수 있을 것으로 판단된다. 유한요소해석 결과에 대한 신뢰도를 부여하기 위해 현장 데이터와도 비교 분석하였고, 계절에 따라 약간의 차이는 있었으나, 평균값 과는 유사하여 본 연구의 구조해석 모형이 다양한 조건에 따른 연직변위 발생함에 있어 비교하는데 유용하다고 판단하였다.

블로우업이 발생하는 구간에 ASR이 발생하고 있지만, 한국도로공사는 재료팽창인 ASR을 고려하지 않고, 콘크리트 팽창량을 계산하 여 팽창줄눈 설치간격을 제시하고 있다. 또한, 블로우업은 일종의 좌굴현상이므로 슬래브 두께에 따라 응력완화줄눈 설치 간격을 제시 할 필요가 있다. 따라서 본연구는 재료팽창과 슬래브 두께를 고려하여 응력완화줄눈 설치 간격을 제시하고자 한다. 팽창량 계산시, 재 료변형률과 지역별 온도와 건조수축을 고려하였으며, 이를 동등한 팽창을 유발하는 온도상승량으로 변환하는 식을 도출하였다. 기준온 도를 정하기 위해 실제 현장데이터를 팽창량 식에 대입하여 온도상승량으로 변환하였으며, 이를 블로우업을 모사한 콘크리트 포장 모 형의 유한요소해석 결과를 이용하여 결과값을 비교하였다. 안전설계를 위해 더 작은 온도 값인 블로우업 구조해석 결과 값 중 안전온 도를 블로우업이 일나는 기준으로 선정하였으며, 안전 온도를 넘지 않은 지역별 슬래브 두께에 따른 최대 응력완화줄눈 설치 간격을 제시했다. 한국도로공사가 제시하고 있는 기준과 비교한 결과, 일부 지역은 한국도로공사에서 제시하고 있는 기준에 만족하지 않았다. ASR 변형률을 고려하여 슬래브 두께에 따라 지역별로 응력완화줄눈 설치 간격을 제시하는 것이 블로우업 파손을 저감하고, 포장의 안정성을 향상시키는데 도움이 될 것이라고 판단된다.

인공지능(Artificial Intelligence, AI)은 1950년대 초기개념과 이론을 앨런 튜링이 튜링 테스트를 제안하여 기계가 인간과 같은 수준의 지능을 가질 수 있는지 대한 질문을 던지면서 시작되었다. 1980년대부터 특정 분야의 전문 지식을 모방하여 지원하는 AI 시스템인 전 문가 시스템이 부상하기 시작하면서 Machine Learning이 중요성을 얻기 시작하였다. 특히, Decision Tree, Clustering 그리고 Neural Network Algorithm 등이 연구되기 시작하였다. Clustering 기법은 다양한 분야에서 통계분석에 사용되는 자료를 정제하기 위한 비지도 학습 중 하나로, 군집화 알고리즘을 사용하여 자료의 값(Pointer)들을 특정 그룹으로 분류하는 방법이다. 이러한 Clustering을 활용하여 기존 데이터에서 숨겨진 데이터들의 특성을 파악할 수 있으며, 일정 패턴이나 특징을 가진 데이터들끼리의 군집화를 할 수 있게 된다. 이러한 클러스터링은 다양한 산업 분야에서 적용 및 활용하고 있다. 산업화 이후 미국, 벨기에 등 많은 나라에서 효율적인 도로 관 리를 위해 자국의 특성에 맞는 Pavement Management System (PMS)를 운영하고 있지만 현재 많은 분야에서 적용하고 있는 AI를 활용한 사례가 매우 드물다. 한국에서도 수십년 동안 국토교통부와 한국도로공사에서 PMS를 이용하여 도로를 관리해 왔으며, 최근에 는 몇 개 지자체에서 PMS를 도입하였다. 하지만 한국에서는 오랜 PMS 운영 경험에도 불구하고 AI를 활용하지 않고 전통적 방법인 회귀모형을 활용하여 개발한 공용성 예측모형을 사용하고 있기 때문에 그 성능이 떨어지고 있다. 따라서 본 연구에서는 Machine Learning Clustering 기법 을 PMS 자료에 적용이 가능한지 확인하였다. 공용성 예측모형의 종속변수인 Performance Factors와 독립 변수인 Influencing Factors 간의 상관성을 확인할 수 없는 경우 클러스터링을 적용하여 종속변수와 독립변수 간의 상관성을 분명히 나타내고 회귀분석이 가능하도록 하였다. Delaunay Triangulation을 적용하여 인천광역시 기상관측소의 삼각망을 형성하였다. 삼각망 의 각 꼭짓점과 도로 각 지점 간의 거리에 대하여 Inverse Distance Weighted 방법을 적용하여 도로 각 구간의 PMS 자료와 영향인 자를 매칭하였다. 클러스터링 기법을 원자료에 적용한 결과 공용성인자와 영향인자 간의 상관성이 분명해졌다. 또한, 클러스터링 이전 과 이후 자료의 확률밀도함수의 분포를 비교하여 클러스터링 이후의 자료가 이전의 대해서 대표성을 갖고 있는지 확인하였다.

본 연구는 특수한 조건에서의 줄눈 콘크리트포장의 설계 및 성능에 관한 분석을 목적으로 한다. 줄눈 콘크리트포장은 시멘트 콘크리트 포장의 한 형태로, 오랜 기간 도로 포장형식으로 사용되어 왔다. 이 포장 방식은 철근을 사용하지 않는 대신, 콘크리트 슬래브의 균열을 줄눈을 통해 유도하고, 다월바와 타이바를 통해 슬래브에 생기는 응력을 줄이는 방식이 다. 대한민국의 다양한 지역 환경과 계절적 특성은 도로 포장설계에 주요한 인자로 적용된다. 특히, 슬래브의 부등건조수 축이 평탄성 문제의 주요 원인으로 지적되며, 이는 온습도의 변화에 의해 발생한다. 본 연구에서는 3차원 유한요소해석 을 활용하여 줄눈 콘크리트포장 슬래브의 거동을 분석하고, 콘크리트 슬래브의 두께, 줄눈 간격, 타이바 및 다웰바의 배 치 등 주요 설계 변수의 영향을 평가한다. 이러한 설계 인자들이 슬래브의 응력과 변위에 미치는 영향을 확인하며, 다양 한 환경 조건 하에서의 설계 방법의 유효성을 검증한다. 본 연구는 줄눈 콘크리트포장의 실제 배치 방식을 모델링하여, 기존 설계 방식의 보안 사항을 파악하고, 설계 기준 내에서의 주요 인자 변화를 통해 부등건조수축을 완화할 수 있는 방 안을 제시한다. 이를 통해, 특수 환경 조건에서의 온습도 영향을 고려한 효율적인 포장 설계 방안을 도출함으로써, 도로 포장의 평탄성과 내구성 향상에 기여하고자 한다.

국내 고속도로의 본선차로 포장은 시공비용이 저렴한 줄눈 콘크리트 포장을 주로 시공하였으나, 최근 유지보수비용이 증가함에 따 라 유지관리비용이 저렴하고 공용성이 뛰어난 연속철근 콘크리트 포장을 확대 적용하고 있는 추세이다. 그러나 본선차로가 연속철근 콘크리트 포장으로 시공될 때 접속차로의 포장은 대부분 줄눈 콘크리트 포장으로 시공하고 있어 서로 다른 포장 형식이 접속함으로 인해 거동 차이가 발생하여 접속부에서 파손이 발생하기도 한다. 따라서 본 연구에서는 본선차로 연속철근 콘크리트 포장과 접속차로 줄눈 콘크리트 포장을 시공할 경우 줄눈 간격에 따른 접속차로 줄눈 콘크리트 포장의 응력 특성을 분석하기 위하여 유한요소해석 프 로그램을 이용하여 구조해석을 수행하였다. 줄눈 간격별로 줄눈 콘크리트 포장의 해석모델을 구성하였으며 환경하중인 선형수직온도 경사와 온도하강, 그리고 선형수직온도경사와 온도하강을 동시에 적용하여 해석을 실시하였다. 구조해석 결과, 모든 온도조건에서 줄 눈 간격이 좁아질수록 슬래브와 타이바의 응력이 감소하는 것으로 나타났다.

국내 고속도로의 시멘트 콘크리트 포장은 초기 시공 비용이 저렴한 줄눈 콘크리트 포장을 주로 사용해 왔으나 포장이 노후화됨에 따 라 줄눈부 파손으로 인해 유지보수비용이 매년 증가하고 있는 실정이다. 이러한 줄눈부 파손을 근본적으로 해결할 수 있는 포장 형식 으로 연속철근 콘크리트 포장을 들 수 있다. 연속철근 콘크리트 포장은 1980년대에 중부고속도로 등에 적용하였으나 자연발생적이며 허용되는 횡방향 균열에 대한 이해가 부족하여 그 이후로는 사용이 미미하였으나 균열에도 불구하고 우수한 공용성을 지닌 것이 검증 되면서 최근에는 연속철근 콘크리트 포장을 확대하고 있는 실정이다. 하지만 본선차로가 연속철근 콘크리트 포장으로 시공되어도 접 속차로의 포장은 줄눈 콘크리트 포장을 사용하는 경우가 대부분이며 이러한 경우 서로 다른 포장 형식의 거동 차이가 타이바로 인해 구속되므로 과도한 응력 발생에 의해 접속부에서 파손이 발생하기도 한다. 따라서 본 연구에서는 본선차로가 연속철근 콘크리트 포장 이고 접속차로가 줄눈 콘크리트 포장일 경우 타이바가 포장 거동에 미치는 영향을 3차원 유한요소해석 프로그램을 통해 분석하였다. 유한요소해석은 타이바 배치가 서로 다른 모델을 구성하여 환경하중이 작용할 경우를 고려하여 수행하였다. 연구를 통해 타이바의 배 치가 줄눈에서 멀어지며 슬래브 중앙부에 집중적으로 배치될 경우에 슬래브와 타이바의 응력이 감소하는 것을 확인하였다

블로우업이 발생하는 구간에 ASR이 발생하고 있지만, 한국도로공사는 재료팽창인 ASR을 고려하지 않고, 콘크리트 팽창량을 계산하 여 팽창줄눈 설치간격을 제시하고 있다. 또한, 블로우업은 일종의 좌굴현상이므로 슬래브 두께에 따라 팽창줄눈 간격을 제시할 필요가 있다. 따라서 본연구는 재료팽창과 슬래브 두께를 고려하여 팽창줄눈 간격을 제시하고자 한다. 팽창량 계산시, 재료변형률과 지역별 온도와 건조수축을 고려하였으며, 이를 동등한 팽창을 유발하는 온도상승량으로 변환하는 식을 도출하였다. 기준온도를 정하기 위해 실제 현장데이터를 팽창량 식에 대입하여 온도상승량으로 변환하였으며, 이를 블로우업을 모사한 콘크리트 포장 모형의 유한요소해석 결과를 이용하여 결과값을 비교하였다. 안전설계를 위해 더 작은 온도 값인 블로우업 구조해석 결과 값 중 안전온도를 블로우업이 일 나는 기준으로 선정하였으며, 안전 온도를 넘지 않은 지역별 슬래브 두께에 따른 최대 팽창줄눈 간격을 제시했다. 한국도로공사가 제 시하고 있는 기준과 비교한 결과, 일부 지역은 한국도로공사에서 제시하고 있는 기준에 만족하지 않았다. ASR 변형률을 고려하여 슬 래브 두께에 따라 지역별로 팽창줄눈 간격을 제시하는 것이 블로우업 파손을 저감하고, 포장의 안정성을 향상시키는데 도움이 될 것 이라고 판단된다.

PURPOSES : In this study, a method to use magnesium phosphate ceramic (MPC) concrete for the surface maintenance of airport pavements with jointed concrete is developed. METHODS : To investigate the application of a material incorporated with MPC for the surface maintenance of airport pavements with jointed concrete, structures with various cross-sections and thicknesses were constructed. The cross-section of the structure was modeled for the surface maintenance of four types of pavements and typical pavement construction processes, such as cutting, cleaning, production and casting, finishing, hardening, and joint reinstallation. Subsequently, the hours required for each process was determined. RESULTS : The MPC concrete used for the surface maintenance of airport pavements with jointed concrete demonstrate excellent performance. The MPC concrete indicates a compressive strength exceeding 25 MPa for 2 h, and its hydration heat is 52.9 ℃~61.2 ℃. Meanwhile, the crushing and cleaning performed during the production and casting of the MPC require a significant amount of time. Specifically, for a partial repair process, a total of 6 h is sufficient under traffic control, although this duration is inadequate for a complete repair process. CONCLUSIONS : MPC concrete is advantageous for the surface maintenance of airport pavements with jointed concrete. In fact, MPC concrete can be sufficiently constructed using existing concrete maintenance equipment, and partial repair works spanning a cross-sectional area of 11 m2 can be completed in 1 d. In addition, if the crushing and cleaning are performed separately from production and construction, then repair work using MPC concrete can be performed at a larger scale.

PURPOSES : This study analyzes the service life of the repair methods of jointed plain concrete pavement (JPCP) on expressways in Korea using PMS data. METHODS : The Korea Expressway Corporation PMS data acquired from five major expressways in Korea were used for the analysis. The service lives of the repair methods were considered for two different cases: 1) the previous repair methods had been completely rerepaired by another or the same method due to their damage, and 2) the current repair methods were still in use. RESULTS : The service lives of D/G and section repair were shown to be at least 30 % and 50 % shorter than expected, respectively. Joint sealing and crack sealing exhibited a service life similar to that expected. The Mill-and-Asphalt-overlay method showed an approximately 30 % longer service life; this might be because some damage to the asphalt overlay is typically neglected until subsequent maintenance and repair. When multiple repairs were applied in series for an identical pavement section, the service life of repairs on previously damaged secti ons become even shorter compared to their first application. CONCLUSIONS : It was found that the analyzed service life of most important repair methods did not reach the expected service life, and that the service life of the same repair method becomes shorter as applied to the previously repaired concrete pavement sections. These shorter service lives should be seriously considered in future JPCP repair strategy development.

PURPOSES : Pavement growth (PG) of concrete pavement has been recognized as a major concern to highway and airport engineers as well as to road users for many years. PG is caused by the pressure generation in the concrete pavement as a result of a rise of the concrete temperature and moisture. PG could result in concrete pavement blowup and damage the adjacent or the nearby structures such as bridge structures. The amount of the PG is affected by the complicated interactions of numerous factors such as climatic condition, amounts of incompressible particles (IP) infiltration into the joints, pavement structure, and materials. Trigger temperature for pavement growth (TTPG) is defined as the concrete temperature when all transverse cracks or joints within the expansion joints completely close and generating a pressure in the pavement section. It is one of the most critical parameters to evaluate the potential of PG occurring in the pavement. Unfortunately, there are no available methods or guidelines for estimating TTPG. Therefore, this study aims to provide a methodology to predict TTPG of a concrete pavement section. METHODS : In this study, a method to evaluate the TTPG and its influencing factors using the field measured data of concrete pavement expansions is proposed. The data of the concrete pavement expansions obtained from the long-term monitoring of three concrete pavement sections, which are I-70, I-70N, and Md.458, in Maryland of United Stated, were used. The AASHTO equation to estimate the joint movement in concrete pavement was used and modified for the back-calculation of the TTPG value. A series of the analytical and numerical solutions presented in the literatures were utilized to predict the friction coefficient between the concrete slab-base and to estimate the maximum concrete temperature of these three pavement sections. RESULTS : The estimated maximum concrete temperature of these three pavement sections yearly exhibited relatively constant values, which range from 40 to 45 °C. The results of the back-calculation revealed that the TTPG of the I-70 and Md.58 sections decreased with time. However, the TTPG of the I-70N section tended to be relatively constant from the first year of the pavement age. CONCLUSIONS : The estimation of the TTPG for the three concrete pavement sections showed that the values of the TTPG gradually decreased although the yearly maximum concrete pavement temperature did not change significantly.