본 연구는 기계식 앵커와 FRP를 새로운 시스템으로 복합하여 새로운 메커니즘의 Hybrid 앵커모델의 파괴형태중 균 열을 영상기반으로 프로세싱하여 균열탐지하는 메카니즘을 제시하였다. 기존의 cascade mask R-CNN 방식보다 탐지율과 효율성 이 우수한 Dense-UNet 기법을 활용하여 균열탐사기법에 활용하였다. 기존의 균열 뿐 아니라 앵커주위의 Round crack도 함께 탐 사되어 앵커 설치후 초기 균열 탐사에 효율성을 크게 가질 수 있다고 판단된다. 따라서 향후연구에서는 이미지 프로세싱 타임 을 줄이면서 정확도를 높일수 있는 Post-Processing이 보완된다면 균열탐사 및 오탐을 줄이는데 크게 효과적일 것으로 사료된다. 또한 피사체와 카메라와의 거리를 계산하여 알고리즘에 고려한다면 구조적 균열기준인 0.3 mm의 균열 탐사에도 활용할 수 있 는 효과적인 기법이라 판단된다.

시멘트 콘크리트 균열은 수화 반응에 의한 경화수축이 하부 마찰과 같은 구속으로 의해 인장응력을 발생시키고 콘크리트의 인장강도를 초과할 때 발생한다. 이러한 이유로 줄눈 콘크리트 포장은 줄눈 절단을 통해 균열의 위치를 인위적으로 결정하지만 연속철근 콘크리트 포장은 균열을 허용하되 내부 철근을 통해 균열의 폭을 제어하여 포장의 기능을 확보하게 된다. 포장의 균열은 수분이 포장 내부로 침투할 수 있게 하므로 하부 층에 영향을 미치고 철근의 부식을 발생시키며 골재 맞물림에도 영향을 미치기 때문에 설계자는 적정 균열 폭을 얻기 위한 철근의 양을 결정하고 우리나라 고속도로의 경우 일반지역은 0.68∼0.70%, 특수 환경은 0.73∼0.74%를 표준설계 세목으로 제시하고 있다. 균열이 발생한 이후에는 온도에 따라 수축․팽창이 발생하면서 균열 폭의 변화가 발생하며 밤에 대기 온도가 떨어져 콘크리트가 수축하면 균열의 폭은 넓어지고 낮에 대기 온도가 올라가 콘크리트가 팽창하면 균열의 폭은 좁아진다. 본 연구는 연속철근 콘크리트 포장 균열 폭에 대한 정량화된 움직임을 관찰하기 위해 콘크리트에 균열이 발생한 후 균열 게이지를 설치해서 초기 1년 동안 발생한 균열 폭을 계측한 데이터를 분석하였다. 과거 균열 거동은 공용 구간에 짧은 기간 동안 계측하여 얻은 결과를 통해 중간정도 공용기간의 일일 변화에 초점을 두었으나 본 계측은 계절적으로 어떻게 변화하는지를 관찰하는데 중점을 두었다

신개념 철근콘크리트 포장(ARCP: Advanced Reinforced Concrete Pavement)은 균열유도장치를 이용하여 원하는 위치에 균열을 유도하고 연속철근 콘크리트 포장(CRCP)의 거동에 영향을 미치지 않는 균열 사이의 종방향 철근을 다수 제거하여 철근 사용량을 대폭 감소시키는 포장 공법이다. ARCP 공법의 주요 요소 기술의 하나인 균열유도는 균열유도장치의 형상, 설치깊이, 콘크리트와의 부착유무에 따라 균열의 진전 및 거동에 차이가 발생할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 최적의 균열 유도를 위한 방안을 마련하고자 균열유도장치의 형상, 설치깊이, 콘크리트와의 부착 유무에 따른 유도균열을 형성하여 각각의 거동을 계측 및 분석하였다. 그림 1과 같은 야드 실험체에 7종류의 서로 다른 균열유도장치를 설치하였으며 유도균열의 거동 측정을 위한 균열게이지를 설치하였다. 거동 계측은 균열발생 초기부터 균열폭 및 슬래브 온도를 측정하였으며, 계측 10일차부터 20일까지의 데이터를 분석하였다. 균열폭 거동을 그림 2에 나타내었다. 균열폭 거동이 크게 발생하는 균열유도장치는 균열유도장치와 콘크리트가 부착되지 않은 경우(C4)와 콘크리트 다짐을 위하여 균열유도장치의 면적이 작은 경우(C5)인 것으로 나타났으며, 가장 작은 균열폭 거동이 나타나는 것은 비닐을 삽입하였던 경우(C6)인 것으로 나타났다. 균열유도장치의 형상 및 설치깊이, 콘크리트와의 부착 유무에 따라 균열폭 거동에 다소 차이는 발생하지만 모든 경우에서 균열폭이 0.1mm 이하의 작은 거동이 발생하는 것으로 보아 계획한 균열유도장치는 모두 사용이 가능한 것으로 분석되었다.

초기재령 콘크리트 수화과정의 메카니즘과 초기재령 콘크리트 균열 제어기법의 개발은 주로 매시브한 콘크리트를 대상으로 실험적 연구와 수치해석적 연구가 이루어져 왔으나 철근 콘크리트 라멘교의 상부슬래브와 같이 비교적 두께가 적은 부재에 대해서는 연구 내용이 거의 없는 실정이다. 본 연구에서는 4개의 철근 콘크리트 라멘교의 상부 슬래브에 대한 수화열을 현장 실측하여 온도이력과 강도 발현 모텔 및 건조수축 모델에 의한 응력들을 근거로 하여 초기 재령 철근 콘크리트 라멘교의 상부슬래브에 발생할 수 있는 균열을 제어할 수 있는 설계기법을 제시하였다. 본 연구의 해석기법을 이용하여 초기재령 철근 콘크리트 라멘교의 상부슬래브에 발생되는 균열 폭을 계산하여 균열제어를 위한 철근량 산정방법을 제시하였고, 설계하중 재하 시 배력철근으로만 취급되는 헌치부의 철근이 초기재령 철근콘크리트 라멘교의 온도응력 검토 시에는 주철근이 됨을 알 수 있었다. 제안한 해석기법은 초기재령 철근콘크리트 라멘교의 온도균열제어를 위한 설계에 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

콘크리트 포장의 장기 공용성은 시공조건과 환경조건에 크게 좌우된다. 즉 초기에 무작위 균열이나 균열틈이 많이 벌어진 경우 포장수명을 저감시키는 원인이 된다. 시공당시의 온도와 습도, 시멘트와 골재의 종류, 양생조건들은 콘크리트포장의 품질에 영향을 미치는 중요한 요소이다. 그 중에서도 대기온도와 수화열의 증가에 의한 높은 온도차이는 심각한 초기균열을 발생시키는 원인이 되는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 차광막을 사용하여 콘크리트 슬래브의 온도를 제어하여 초기균열이 발생할 가능성을 낯추고 슬래브질이의 온도차이에 의해 발생되는 curling stress를 줄일 수 있었고, 강도에 있어서는 차광막 설치 구간이 일반시공구간보다 장기강도를 크게 할 수 있음을 확인하였다. 또한 콘크리트포장의 포설 후 72시간의 강도 및 응력을 예측하는 프로그램인 HIPERPAV를 사용하여 초기에 균열이 발생할 가능성을 비교해본 결과 차광막을 설치한 구간이 본 시험시공의 예에서 균열이 발생하지 않을 가능성(reliability)이 차광막을 설치하지 않은 구간(일반시공구간) 72.5%. 차광막설치 구간 95%로 나타나 차광막설치 구간이 차광막을 설치하지 않은 구간보다 균열이 발생하지 않을 가능성을 크게 증가시킬 수 있을 것으로 분석되었다.

콘크리트포장에 초기균열을 일으키는 중요한 인자 중 하나는 콘크리트 내부의 초기온도이다. 따라서 콘크리트포장의 초기균열 발생원인을 연구하기 위해서는 초기온도를 계측하여 분석하는 일이 필요하다. 본 논문에서는 초기균열이 발생하는 슬래브 장소와 초기균열의 발생시간이 초기온도패턴에 어떤 영향을 받는지를 검증하였고 더불어, 줄눈부에서 발생하는 균열의 발생시점과 시공시간과의 관계도 알아보았다. 본 논문을 위해서 "중부내륙고속도로 여주-충주간 제 1공구 시험도로 건설공사구간 STATION 1+400~1+700" 지점에서 시험시공이 이루어졌으며, 시공 후 72시간 동안 i-Button(온도계측센서)을 이용하여 온도계측을 시행하였으며, 초기균열의 거동은 Demec gauge를 사용하였으며, 초기균열 및 줄눈부 균열은 육안으로 확인하였다. 초기온도패턴과 초기균열의 분석 결과, 콘크리트의 초기온도패턴은 슬래브에 초기균열이 발생하는 위치와 시각에 영향을 주는 것으로 나타났다 초기균열균열은 온도낙차폭이 가장 큰 슬래브에서 발생하였으며, 그 시각은 슬래브의 온도가 급강하하는 새벽이었다. 또한, 콘크리트 슬래브의 거동이 인근 줄눈부에 발생한 초기균열에 따라 영향을 받으며. 줄눈부에 발생한 균열의 발생시기가 서로 다를 경우에 균열의 거동이 달라질 수 있다는 가능성이 제시되었다. 그 외에도, 오전에 시공한 슬래브에서의 균열 발생률이 오후에 시공한것보다 더 큰 것으로 나타났으며, 균열의 발생 간격이 큰 균열이 그렇지 않은 균열보다 더 큰 균열틈을 보였다.

본 연구에서는 초기 균열을 도입한 철근콘크리트 부재에 대한 침지 염화물 침투 실험을 수행하였다. 염화물 확산 특성과 임계 균열폭을 비교하였으며, 콘크리트 자기복원 특성을 검토하였다. 실험결과에 따르면, 표면 균열폭이 증가할수록 염화물 침투저항성이 크게 감소하였으며, 광물질 혼화재를 사용할 경우, 비균열 부재의 염화물 침투저항성은 크게 개선되었지만, 고로슬래그 및 플라이애쉬 혼화재를 사용할 경우에 균열이 발생하게 되면 도리어 염화물 침투저항성은 보통 콘크리트에 비해 크게 저하하였다. 임계 균열폭은 침지 염화물 침투 실험 결과 평균 29㎛으로 측정되었다. 자기복원 현상에 의해 4∼15㎛범위의 균열이 복원되었다. 그러나 콘크리트 자기복원 현상에 의해 시각적으로 복원된 부분의 염화물 침투 저항성은 완전히 회복되지 않았다.

콘크리트는 초기재령에 있어서 수분의 증발 및 이동으로 소성 및 건조수축 등의 수축현상이 발생한다. 국내에서는 아령형 구속건조수축몰드를 활용한 콘크리트의 건조수축 균열 평가방법을 KS에서 규격화하여 활용하고 있으나 이는 균열발생시점 및 구속수축응력을 평가하는 방법으로 균열발생량에 관한 정량적 평가는 어려운 실정이다. 이에 본 연구에서는 콘크리트의 수축변형거동 및 균열발생량에 대한 정량적 데이터를 확보하기 위하여 판상-링형 구속시험방법을 개발하고 시험체 치수가 콘크리트의 수축균열에 미치는 영향을 검토하여 판상-링형 구속시험방법의 최적 시험체 치수 도출 및 수축균열특성에 관한 정량적 평가방법을 제안하고 그 적용성을 검증하고자 한다.