한국도로공사에서는 전 세계적인 기후위기 대응에 동참하고, 탄소중립기본법, 탄소중립 녹색성장 기본계획 등 정부의 탄소중립 정책 에 부응하기 위하여 “생애전주기 친환경 대응체계”를 구축하였으며, 이에 도로포장의 생애주기 동안 발생되는 탄소배출량을 산출하기 위한 생애전주기평가(Life Cycle Assessment, LCA)의 필요성이 점차 대두되고 있다. 한국도로공사에서는 매년 고속도로 포장상태 모니터링 데이터를 활용하여 공용성을 예측함으로써 포장 유지관리 전략에 활용하고 있으나 이는 거시적인 측면에서의 포장 공용성 모델로 고속도로 포장의 형식, 재료, 공법 등을 고려한 미시적 측면에서의 공용성 모델 개발 및 개발 절차 정립이 필요할 것으로 판단된다. 따라서, 본 연구에서는 고속도로 장기공용성 관측구간(Long Term Pavement Performance, LTPP) 데이터베이스(DB)를 활용하여 고속도로 JCP 공용성 모델을 개발하기 위한 기초연구를 수행하였다. 본 연구에서는 포장상태지수(Highway Pavement Condition Index, HPCI), 표면손상(Surface Distress, SD), 종단평탄성(International Roughness Index, IRI)를 종속변수로, 각 구간별 누적 교통 및 기후인자를 독립변수로 설정하여 다양한 교통 및 환경 영향인자에 따 른 고속도로 JCP 공용성을 예측하기 위하여 기술통계분석, 상관분석, 분산분석, 다중회귀분석을 수행하였다. 고속도로 JCP 공용성에 대한 다중회귀분석 결과, HPCI 모델의 수정된 R2이 0.614.로 SD 모델(0.413)이나 IRI 모델(0.317)에 비하여 높은 설명력을 보이는 것으로 나타났으며, 개별 모델의 회귀식은 통계적으로 유의한 것으로 나타났다.

본 연구에서는 연속철근 콘크리트 포장(CRCP) 본선차로에 줄눈 콘크리트 포장(JCP) 길어깨가 적용되었을 경우에 타이바와 슬래브에 작용하는 응력을 완화시키고자 창녕밀양 고속도로 건설사업단 1공구에 타이바 규격 및 배치에 따른 3가지 경우를 구성하여 시험시공 을 실시하였다. 각 경우마다 타이바에 철근 변형률계를 설치하고 길어깨 포장에 콘크리트 변형률계를 설치하여 거동 분석을 수행하였 다. 분석 결과, 모든 경우에서 타이바와 콘크리트 슬래브의 응력이 강도에 비해 작게 분석되어 공용성에는 문제가 없음을 확인하였다. 향후 주기적인 거동 분석을 통해 최적의 타이바 배치 및 규격을 설계하여 콘크리트 포장의 공용성을 향상시키고자 한다.

현재 국내 고속도로는 과거 대비 새로운 재료 개발 및 공법이 적용되고 있으나, 설계법은 과거 10년 대비 큰 변화가 없어서 실무에 서 적지 않은 어려움을 호소하고 있다. 2011년 개발 완료되어 실용화된 “한국형 포장설계법(KPRP, Korean Pavement Research Program)”을 통해 포장단면 설계 및 시공에 있어서 공기단축 및 원가절감은 어느 정도 달성했으나, 그 후 후속 연구 및 효율적 유지 관리로 인하여 “변화하는 포장 설계 트랜드” 반영이 미흡한 현실이다. 최근 고속도로 포장은 “효율적 포장”이 아닌 “장수명 포장”으로 그 설계, 시공 및 유지관리 패러다임에 변화를 주는 추세로, 이에 상응하는 포장설계 플랫폼 개발이 필요한 상황이다. 본 연구는 EXPD-JCP의 개선 방향으로 매뉴얼에서 제시한 전이함수와 기존 KPRP 소스코드 내 전이함수를 비교하여 가장 적합한 전이함수를 선정하는 방향으로 진행한다. Spalling의 변수들로는 중차량 비율, 수정동결지수, 쪼갬인장강도, 포장 두께가 있다. IRI 산 정 시 주요한 인자인 Spalling의 계산식을 검토하고 계산식 내의 변수들을 검증한다. 기존 KPRP JCP의 공용성해석 소스코드가“도로 포장 구조 설계 요령(국토교통부, 2015)”과 상이함과 더불어 피로균열과 IRI 둘 다 과소설계의 가능성이 매우 다분하므로 학술용역 발 주기관과 협의하여 확보한 HPMS 데이터를 활용하여 소스코드와“도로포장 구조 설계 요령(국토교통부, 2015)”의 전이함수를 검증하고 보정한 후 안전측의 포장설계가 가능한 전이함수를 선정한다. 데이터 확보가 용이하지 않을 경우 KPRP JCP에 대한 과거의 문헌들을 수집하고 분석하여 JCP의 공용성 전이함수들의 변수와 식을 검토하고 KPRP 소스코드와“도로포장 구조 설계 요령(국토교통부, 2015)” 의 전이함수 식 중 안전측의 포장설계가 가능한 전이함수 식을 선정하여 적용한다.

본 연구는 2011년에 개발된 한국형 포장설계법(KPRP)이 국내 도로포장 분야에서 어떻게 활용되고 있는지를 조사하며, 특히 JCP(적층 콘크리트 포장) 설계에 중점을 두고 다양한 해외 포장설계 프로그램과의 비교를 수행하였다. 이를 위해 AASHOTO Ware와 같은 국제적으로 인정받고 빈번히 활용되는 해외 프로그램을 선택하여 두 프로그램 간의 차이점을 파악하고자 했다. 비교 대상으로 선정된 AASHOTO Ware는 미국에서 개발된 프로그램으로, 차량 분류 및 기후데이터 활용과 관련하여 KPRP와는 다른 특징을 보인다. AASHOTO Ware는 차량을 16종으로 분류하는 반면, KPRP는 12종으 로 분류하며, 특히 화물차량에 대한 상세한 분류 기준을 가지고 있다. 또한, AASHOTO Ware는 실시간 기후데이터를 인터넷 기반으로 활용하는 반면, KPRP는 기상대에서 축적한 데이터를 사용한다. 두 프로그램 간의 Input 값은 기후데이 터와 교통량 데이터 중 차량 분류를 중심으로 비교하였다. 향후에는 AASHOTO Ware의 설계로직을 분석하여 더욱 세 밀한 비교를 진행하고, 두 프로그램의 설계 전이함수와 로직을 분석하여 KPRP 프로그램의 발전에 기여하는 것이 이 연 구의 최종 목표이다. AASHOTO Ware의 유연한 최종IRI값 설정과 상세한 차량 분류 기준은 KPRP의 발전 가능성을 탐 구하는 데 중요한 지표로 활용될 것으로 예상된다.

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.

PURPOSES : This study was conducted to investigate the stress distribution and resulting effects in the joint between CRCP and JCP when temperature deformation occurs. METHODS : The tie bars, CRCP and JCP pavements, and lean concrete base were created as three-dimensional finite element models using ABAQUS, a general-purpose finite element analysis program. Contact stress analysis was performed between rebar and JCP and between JCP and lean concrete base layer. In the section where stress concentration occurred, the degree of damage was estimated using the CDP model. RESULTS : Since the domestic CRCP does not have a separation layer between the base layer and the surface layer, it was found that when connected to a JCP where the base layer and the surface layer are completely separated, stress concentration occurs around the tie bar at the connection point. Analysis results using the CDP model showed that 25 to 32 mm around the reinforcing bar exceeded the elastic range of concrete. CONCLUSIONS : At the point where CRCP and JCP are connected, local stress concentration is inevitable because the friction and bonding conditions with the base layer and the degree of curling deformation restraint by CRCP rebars are different, and design improvement is expected through life cycle cost and long-term measurement analysis.

PURPOSES : The purpose of this study is to investigate the tendency of material property estimation under different concrete distress conditions and curling conditions when non-destructive tests such as rebound hammer and surface deflection test are applied to concrete pavement. METHODS : Nondestructive tests using Schmidt hammer and Falling Weight Deflectometer were performed to inspect the expressway concrete pavements constructed more than 20 years ago. Some results were compared with core tested elastic modulus and compressive strength. RESULTS : As a result of the rebound test, the section with Alkali-Silica Reaction(ASR) distress was outside the range of the existing estimation formula, but the control section was found to be within the range of the existing estimation formula. As a result of the physical property estimation through deflection test, the section with ASR distress showed greater fluctuations in the estimated material properties and deflection ratio compared to the control section, showing that the ASR damage seems to affect the slab deflection behavior. CONCLUSIONS : The rebound test may not sufficiently reflect the decline in material properties due to concrete damage. The deflection test can obtain results that reflect the deterioration of material properties, but it was confirmed that significant variability may occur, so it seems to necessary to perform complementary indoor core tests with nondestructive testing(NDT) tests.

PURPOSES : In this study, the initial behaviors of shoulder concrete slabs and tiebars at the longitudinal construction joints between the shoulder JCP and mainline CRCP are investigated. METHODS : The strains of concrete and tiebars were measured at the longitudinal construction joint between the CRCP and JCP. Measurements were performed using data accumulated over a month after concrete placement. The contact conditions were investigated by comparing the strains at each location. RESULTS : The longitudinal construction joints between the shoulder JCP and mainline CRCP exhibited the composite behavior of bonding and friction, and a virtual neutral axis was formed inside the JCP. At the connection of the shoulder concrete, the strain and temperature of the concrete were inversely proportional. The tiebars connecting the CRCP and JCP exhibited different behaviors depending on the bonding conditions around the tiebars of the construction joints. In the presumed state in which the bonding condition was maintained, the concrete temperature and tiebar strain were directly proportional; however, the presumed state of the separation condition exhibited an inversely proportional relationship. In the 24-h behaviors of the tiebars, the effects of the horizontal and curling movements overlapped, and the strains of the measured tiebars increased at the minimum and maximum temperatures of the shoulder JCP. CONCLUSIONS : The strains in the tiebars and concrete slabs primarily depended on the boundary conditions (bonding and friction) of the longitudinal construction joint between the shoulder JCP and mainline CRCP.

본 논문에서는 포스트텐션 콘크리트 포장(PTCP: Post-Tensioned Concrete Pavement)과 줄눈 콘크리트 포장(JCP: Jointed Concrete Pavement)이 접속되는 터미널 조인트의 시공시 초기 줄눈 폭 설계에 대하여 연구하였다. PTCP와 JCP 사이의 줄눈 폭은 소음과 승차감에 직접 영향을 미치는 요소이다. 초기 설계 줄눈 폭이 지나치게 크면 소음과 승차감을 저하시키고, 줄눈 폭이 지나치게 작게 되면 온도 상승시 슬래브의 팽창과 블로우업 발생으로 압축응력이 과도하게 작용하여 줄눈부 파손을 야기할 수 있기 때문이다. 본 연구는 온도변화에 따른 터미널조인트의 줄눈 폭의 연구를 위하여 PTCP와 JCP가 시공된 동해고속도로 주문진현장에서 2010년 8월과 11월에 줄눈 폭 데이터를 측정하고 분석하여 최적의 줄눈 폭 설계방안을 제시하였다.

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.