도시 열환경 개선을 위해 국내외 도로포장 분야에서 다양한 연구가 진행 중에 있으며, 태양의 근적외선 반사를 통해 노면의 온도를 저감하는 반사형 차열성 포장 공법도 그 일환으로 연구와 실용화가 진행되어 왔다. 특히 일본의 도쿄도에서는 2002년 9월에 ‘살수를 필요로 하지 않는 포장노면의 온도상승을 억제하는 신기술’을 주제로 공모를 실시하여, 국토교통성 관동지방정비국 내에 ‘환경포장 동경 프로젝트’ 일환으로 차열성 포장과 보수성 포장에 대한 소규모 공개 시험시공을 추진하였다. 국내에서는 2005년 12월부터 수행된 ‘장수명 친환경 도로포장 재료 및 설계시공 기술개발’의 세부 연구과제로 ‘도심지 열섬완화를 위한 포장시스템개발’에서 주차장 부지를 배수성 포장으로 개량한 후 차열성과 투수성 포장에 대한 시험시공 및 추적조사를 실시하였다. 이러한 연구를 토대로 서울시에서는 2009년, 2010년 공용 중인 도로에 차열성 포장 시험시공을 실시하였으나 내구성이 미흡하여 6개월만에 조기파손이 발생하였다. 본 연구는 반사형 도료를 이용한 차열성 포장의 현장공용성 향상을 위해 개선된 차열성 도료를 개발하였다. 이에 대하여 내마모성 실내시험, 포장가속시험을 통한 공용성 평가시험, 주차장 진입구간 시험시공을 통한 내마모성 및 노면온도 저감 효과를 분석하였다. 차열성 포장의 현장공용성 및 노면온도 저감 효과를 평가하기 위해 기존 아스팔트 포장(장기공용으로 골재노출), 국외 우수 반사도료 개량형(A), 미끄럼방지 도료 개량형(B)을 대상으로 시험을 실시하였다. 시험 결과 도료 A, B 모두 내마모 시험(SPS-KTS 1102-1890:2005)에 따른 품질기준(50만회, 1%이하)을 충족하였다. 포장가속시험의 경우 그림 1]의 (b)에서와 같이 시공한지 15일밖에 되지 않는 아스팔트 포장에 도포한 결과 유분이 도료를 용해시켜 충분히 경화되지 않고 분리현상이 발생하였다. 반면 장기 공용한 아스팔트 포장의 경우 약 1년간 추적 조사한 결과 도료의 부착상태가 양호하였다. 따라서 차열성 포장은 신설보다는 유분이 어느 정도 없어진 3∼6개월 후에 적용하는 것이 바람직한 것으로 판단되었다. 온도저감 효과는 기존 아스팔트 포장과 비교하여 약 2.5∼3.5℃로 다소 적게 나타났는데, 이는 장기간 공용으로 아스팔트 바인더가 떨어져나가 표면색이 회색에 가까웠기 때문으로 판단되었다. 따라서 차열성 포장은 아스팔트 바인더가 안정적으로 유지되고 있는 신설포장일수록 상대적으로 온도저감 효과가 크게 나타나며, 노면온도를 상승시키는 근적외선을 반사함에 따라 낮 시간 포장체의 복사열 축적이 저감되어 일몰 후 도심 열섬현상을 완화하는 효과도 기대할 수 있다.

지구온난화가 가중되고 도시가 고도화되면서 우리나라 대도시는 여름철 도시열섬이 빈번히 발생하고 있다. 특히 도심부 도로포장의 대부분을 차지하는 아스팔트 포장은 태양광을 흡수하여 노면온도를 상승시키고 야간에 복사열을 배출함으로써 열대야(최저기온이 25℃ 이상 지속)를 발생시키는 주요 원인이 된다. 이러한 도시 열환경 특성은 노약자 건강을 저해하고 시민의 생활불편을 야기하기 때문에 적극적인 개선방안이 필요하다. 이에 일본에서는 2003년부터 ‘환경포장 동경 프로젝트’ 일환으로 차열성 포장이 대안으로 검토되었다. 유럽의 경우 알베도(Albedo)가 높은 골재를 섞은 포장 재료에 대한 연구가 진행되고 있다. 국내에서도 2005년 정부 연구과제로 반사형 도료를 이용한 열섬저감 포장공법이 진행되었으며, 서울시에서는 2009∼2010년 아크릴계 반사형 도료를 이용한 차열성 포장을 개발하여 시험시공을 실시하였다. 일본과 국내에서 차도에 주로 사용하는 MMA(Methyl Methacrylate)계 반사형 도료는 독특한 냄새 때문에 도심 도로에서 넓은 공간 시공 시 주변 도로 이용자에게 불쾌감을 야기한다. 따라서 현장 적용 시 민원발생 우려가 많으므로 MMA와 같은 반사형 도료의 냄새를 저감하고, 이를 평가할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 기존 MMA를 저취형으로 개량하기 위하여 벌크형 중합반응이 아닌 에멀전 중합반응(또는 수용성)으로 MMA를 형성하였다. 이로 인하여 기존 MMA에 비해 내구성과 내마모성이 낮아진 것을 보완하기 위하여 외부 환경에 따라 쉽게 구조가 파괴되는 단량체(Monomer)의 일부를 폴리머(Polymer)로 대체하였다. 다양한 구성비에 대하여 시험한 결과 단량체와 폴리머의 비율이 1 : 3인 경우 최적인 것으로 나타났다. 또한 환경부 악취물질 관련기준과 평가방안(공기희석 관능시험법, KS Q ISO 5496)을 반사형 도료에 대한 정량적 냄새평가 방안으로 제안하였다. 제안된 평가 방안으로 개발된 반사형 도료와 기존 미끄럼방지 포장용 도료를 비교평가 한 결과, 기존 미끄럼방지 포장용 도료의 경우 희석배수가 약 1,442인 반면 개발된 도료의 경우 희석배수가 10 이하로 무취에 가까운 저취형으로 확인되었다. 이를 토대로 향후 반사형 도료에 대한 냄새평가 및 현장적용 가능 여부 판단에 대한 기초자료로 활용될 것을 기대한다.

Numerical models of composite floor systems with various thickness of phase change material and sizes of circular spacers were developed based on finite element analysis. In order to perform a heat transfer analysis, thermal properties of steels were determined and those of phase change material were estimated from experiment results. In addition, the thermal insulation performance of composite floor systems with respect to different thickness of phase change material and sizes of circular spacers was predicted. To verify the validity of analysis, analysis results were compared with vertical furnace fire test results of equivalent conditions. As a result, available thicknesses of phase change material and sizes of circular spacers were proposed to satisfy the thermal insulation criteria of Korean Standards.

본 연구에서는 도심지 열섬현상을 완화 시킬 수 있는 아크릴 수지와 차열안료를 혼합한 차열성 포장을 개발하였다. 태양 복사열에 의한 포장체의 온도상승을 모사한 실내 시험으로부터 60℃의 포장 온도에서 차열성 포장이 12℃ 이상의 온도 저감 효과를 나타냈다. 이러한 온도 감소 효과는 차열안료의 배합비가 증가함에 따라 증가하였고, 반면에 점도의 증가로 인하여 작업성은 떨어졌다. 이러한 결과로부터 아크릴 수지 대비 차열안료의 최적혼합비율을 15%로 결정하였다. 차열성 포장의 칸타브로 손실률은 일반 배수성 포장의 손실률 1/4 수준으로 골재 비산 저항성이 우수하게 나타났다. 휠트랙킹 시험결과 차열성 포장의 동적안정도가 일반 배수성 포장에 비해 두 배 증가하였다. 차열성 포장재의 높은 부착력으로 인하여 탈리에 의한 손상 가능성은 낮은 것으로 나타났다. 시험 시공 구간에서의 소음도 측정 시험 결과 일반 배수성 포장에 비하여 평균 3.7dB의 소음저감 효과가 있었고, 미끄럼 저항치는 일반 배수성 포장에 비해서 평균 30% 정도 높아 우수한 미끄럼 저항성을 가지는 것으로 판단된다. 투수 시험 결과 차열성 포장의 투수성은 일반 배수성 포장보다 다소 작았으나 국내 배수성 포장 기준을 만족하는 것으로 나타났다.