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.

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.

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 was conducted to investigate the causes of damage and to suggest proper repair methods for the sections in which a number of transverse cracks and faulting occurred in JCP (Jointed Concrete Pavement) slabs during the early-age performance period. METHODS: Field crack survey, FWD (Falling Weight Deflectometer) investigation, dowel bar installation condition survey, longitudinal profile survey, and in-situ core specimen inspection were conducted. . RESULTS : As a result of the analysis, it was found that there was no decline in the composite modulus of the subgrade reaction (k-value). The dowel bars were properly installed, but the LTE (Load Transfer Efficiency) of the joint and transverse cracks were analyzed to be very low. In addition, it was found that there are voids in the bottom of the slab at the joints and corners. Due to the excessive built-in curling in the early age of concrete pavement construction, upward curling displacement occurred at the joints and corners, resulting in voids at the bottom of the slab. As a result, it was found that transverse cracks occurred due to the defective joint LTE. CONCLUSIONS: Excessive built-in curling can cause early age cracks in the JCP slabs. In order to minimize the occurrence of reflection cracks after the application of the asphalt overlay in the future, concepts of alternative repair methods were proposed.

PURPOSES: The purpose of this study is to determine the effective maintenance method for a deteriorated jointed plain concrete pavement by evaluating the long-term performance of the repaired concrete overlay sections. METHODS: Long-term performance evaluation was conducted for the test section at the intersection between SeoPa and IlDong in National Road No. 37. Firstly, the distress conditions of the concrete pavement, which was constructed in December 2003, were evaluated by referring to the existing report. Secondly, the results of pretreatment, material properties, and initial performance evaluation were analyzed for the overlay test conducted in 2011. Finally, a field survey was carried out using visual inspection and nondestructive testing with a FWD in August 2018, and long-term performance evaluation was conducted for about seven years after maintenance. RESULTS: Visual inspection of the old concrete pavement showed severe damage such as joint spalling and asphalt patching. The cores taken from the old concrete had indirect tensile strength of 2.6-3.8 MPa. It is difficult to determine the freeze-thaw resistance because the average amount of air was only 1.6-2.2%, and spacing factor values were over 400㎛ regardless of location. During maintenance, overlay and partial depth repair were performed by applying three types of overlay materials which are typical in Korea. On the material side, high compressive strength (over 40 MPa) and chlorine ion penetration resistance (less than 1,000 coulomb) at 56 days were achieved. In August 2018, seven years after maintenance, visual inspection and nondestructive testing using FWD were conducted for long-term performance evaluation. Regardless of the maintenance materials, surface deficiencies such as spalling and map cracking occurred extensively near the joint. CONCLUSIONS: In conclusion, if the strength and durability index of aged concrete pavement is low, then it was determined that partial depth repair at the joint is not an effective maintenance alternative. In the case of overlay, the durability of the overlay material is considered the most important factor. In the absence of adequate reinforcement at the joint of the distressed concrete pavement, freeze-thaw damage caused by moisture penetration through the joint and failure of the old concrete are repeated, making it difficult to ensure long-term durability.

PURPOSES: The behavior of a concrete pavement in a tunnel was investigated, based on temperature data obtained from the field and FEM analysis. METHODS: The concrete pavement in a tunnel was evaluated via two methods. First, temperature data was collected in air and inside the concrete pavement both outside and inside the tunnel. Second, FEM analysis was used to evaluate the stress condition associated with the slab thickness, joint spacing, dowel, and rock foundation, based on temperature data from the field. RESULTS : Temperature monitoring revealed that the temperature change in the tunnel was lower and more stable than that outside the tunnel. Furthermore, the temperature difference between the top and bottom of the slab was lower inside the tunnel than outside. FEM analysis showed that, in many cases, the stress in the concrete pavement in the tunnel was lower than that outside the tunnel. CONCLUSIONS : Temperature monitoring and the behavior of the concrete pavement in the tunnel revealed that, from an environmental point of view, the condition in the tunnel is advantageous to that outside the tunnel. The behavior in the tunnel was significantly less extreme, and therefore the concrete pavement in the tunnel could be designed more economically, than that outside the tunnel.

PURPOSES: The purpose of this article is to investigate the predicted life of jointed concrete pavement (JCP) with two variables effecting on axle load spectra (ALS). The first variable is different data acquisition methods whether using high-speed weigh-in-motion (HS-WIM) or not and the other one is spectra distribution due to overweight enforcement on main-lane of expressway using HS-WIM. METHODS : Three sets of ALS had been collected i) ALS provided by Korea Pavement Research Program (KPRP), which had been obtained without using HS-WIM ii) ALS collected by HS-WIM before the enforcement at Kimcheon and Seonsan site iii) ALS collected after the enforcement at the same sites. And all ALS had been classified into twelve vehicle classes and four axle types to compare each other. Among the vehicle classes, class 6, 7, 10 and 12 were selected as the major target for comparing each ALS because these were considered as the primary trucks with a high rate of overweight loading. In order to analyze the performance of JCP based on pavement life, fatigue crack and International Roughness Index (IRI) were predicted using road pavement design program developed by KPRP and each ALS with same annual average daily traffic (AADT) was applied to design slab thickness. RESULTS: Comparison ALS of KPRP with those of HS-WIM shows that the ALS of KPRP has a low percentage of heavy spectra such as 6~9 tonnes for single axle, 18~21 tonnes for tandem axle and 27~30 tonnes for tridem axle than other two ALS of HS-WIM in most vehicle classes and axle types. It means that ALS of KPRP was underestimated. And after the enforcement, percentage of heavy spectra close to 10 tonnes per an axle are lowered than before the enforcement by the effect of overweight enforcement because the spectra are related to overweight regulation. Prediction results of pavement life for each ALS present that the ALS of HS-WIM collected before the enforcement makes the pavement life short more than others. On the other hand, the ALS of KPRP causes the longest life under same thickness of slab. Thus, it is possible that actual performance life of JCP under the traffic like ALS of HS-WIM could be short than predicted life if the pavement was designed based on ALS provided by KPRP. CONCLUSIONS : It is necessary to choose more reliable and practical ALS when designing JCP because ALS can be fairly affected by acquisition methods. In addition, it is important to extend performance life of the pavement in service by controlling traffic load such as overweight enforcement.

PURPOSES : Hollows are easily made, and bearing capacity can be lowered near underground structures because sublayers of pavement settle for a long time due to difficult compaction at the position. If loadings are applied in this condition, distresses may occur in pavement and, as the result, its lifespan can decrease due to the stress larger than that expected in design phase. Although reinforced slab is installed on side of box culvert to minimize the distresses, length of the reinforced slab is fixed as 6m in Korea without any theoretical consideration. The purpose of this paper is investigating the behavior of concrete pavement according to the cover depth of the box culvert ad the length of the reinforced slab. METHODS : The distresses of concrete pavement slabs were investigated and cover depth was surveyed at position where the box culverts were located in expressways. The concrete pavements including the box culverts were modeled by finite element method and their behaviors according to the soil cover depth were analyzed. Wheel loading was applied after considering self weight of the pavement and temperature gradient of the concrete pavement slab at Yeojoo, Gyeonggi where a test road was located. After installing pavement joint at various positions, behavior of the pavement was analyzed by changing the soil cover depth and length of the reinforced slab. RESULTS : As the result, the tensile stress developed in the pavement slab according to the joint position, cover depth, and reinforced slab length was figured out. CONCLUSIONS : More reasonable and economic design of the concrete pavement including the box culvert is expected by the research results.

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.

본 연구에서는 노후 콘크리트 포장의 효율적 유지보수를 위하여 국내 최초 적용된 연속철근 콘크리트 개념의 얇은 덧씌우기 공법(CRCO : Thin Bonded Continuously Reinforced Concrete Overlay)의 거동 특성을 살펴보았다. 서해안 고속도로의 폐도 구간에 CRCO 공법과 JCO 공법(Jointed Concrete Overlay)을 시험시공 하였으며, CRCO 공법에 삽입된 종방향 철근으로 효과를 검토하였다. 시험시공 후 균열 조사 결과, CRCO 구간의 기존 줄눈부에서부터 반사 균열이 발생하였으나 그 폭은 매우 좁았다. 철근의 구속역할로 인해 CRCO 공법에서 더 많은 균열이 발생하였으며, 그 간격은 CRCP 보다 더 좁았다. 부착강도 측정 결과, 표면 처리로 Cold Milling 후 이물질을 제거하여 초기에 층간 부착 문제가 발생하지 않았다. 기존 JCP의 줄눈부에 수평으로 매설한 계측기 데이터분석 결과, 초기 균열 터짐 시 일정 폭 이상으로 벌어지지 못하게 종방향 철근이 잡아주는 역할을 하였으며, 온도변화에 대한 수평 변위 발생 억제 효과도 있었다. 하지만 층간 부착 문제가 발생할 경우, 철근의 구속 효과는 저감되었다. 수직 계측기의 데이터를 통해서 철근이 없는 JCO 공법에 비해 CRCO 공법은 종방향 철근 위치에서 층간 부착 문제가 발생하지 않았으며, 현장 코어링 작업을 통해 이를 확인하였다. 슬래브 내의 수평 거동을 분석한 결과, 초기에 철근의 구속으로 인해 CRCO 공법에서는 인장 변형률이, 구속이 미미한 JCO 공법은 압축력이 발생하였다. FWD 데이터 분석 결과, CRCO 공법의 처짐량이 JCO 보다 더 적게 발생하였으며, 지지력 평가에서는 전반적으로 덧씌우기 후가 더 크게 나타났으며, 특히 CRCO 공법이 JCO 공법에 비해 지지력에 대한 덧씌우기 두께 효과가 더 컸다.

국내의 줄눈 콘크리트 포장설계에 주로 사용되는 다웰바 설계 기준은 국외 기준과 검증되지 않은 경험에 의해 사용되고 있다. 또한 다웰바의 설치는 길어깨나 하부층의 조건 등을 고려하지 못한 상태에서 슬래브 폭에 대하여 일률적으로 적용되고 있다. 이에 다웰바를 합리적으로 설계하기 위해서는 다웰바 거동에 대한 고찰이 요구되며, 이를 3차원 유한요소해석을 이용하여 수행하였다. 다웰바의 거동에 대한 3차원 유한요소해석 결과의 타당성을 검토하기 위하여 Timoshenko이론의 다웰바 거동을 비교하였다. 또한 실제 도로에서 교통하중이 여러 개의 다웰바에 분산 전달하는 다웰바의 그룹작용(Dowel Group Action)을 3차원 유한요소해석을 통하여 다웰바 그룹작용 적용범위를 산정하였다. 본 연구에서 제시된 다웰바 그룹작용 범위는 Friberg의 그룹작용 범위와는 상이한 결과가 나타났으며, 비교적 최근 연구 결과인 Tabatabaie의 그룹작용 범위의 연구결과와 유사한 결과가 도출되었다.

본 연구에서는 노후 콘크리트 포장의 효율적 유지보수를 위하여 국내 최초 적용된 Thin Bonded Continuously Reinforced Concrete Overlay (CRCO) 공법의 초기 공용성이 평가되었다. 서해안 고속도로의 표층 파손 구간에 Jointed Plain Concrete Pavement (JPCP) 덧씌우기와 CR8O 공법을 이용한 보수가 진행되었다. JPCP 덧씌우기 공법이 적용된 구간에서는 인접 슬래브가 완전히 분리되도록 덧씌워진 층의 줄눈을 완전히 커팅하였으며, CRCO 공법이 적용된 구간에서는 0.5% 종방향 철근과 위치 고정용 횡방향 철근을 설치한 후 그 위에 덧씌우기를 수행하였다. 두 구간 모두에서 3종시멘트가 이용되었다. 현장 강도 시험 결과, 1~3일 내에 교통개방이 가능한강도가 발현된 것이 확인되었으며, vibrating wire gauge (VWG) 데이터 분석 결과 CRCO 공법이 기존 포장의 줄눈 거동을 억제하는 것으로 나타났다. 부착강도 시험결과, 재령에 상관없이 높은 부착강도가 확인되었다. 한편 JPCP 덧씌우기 공법이 적용된 구간에서는 중앙부에서, CRCO 공법이 적용된 구간에서는 CRCO 포장과 같은 무작위 횡방향 균열이 관찰되었으며, CRCO 공법의 균열폭 거동이 JCP 보다 50% 정도 낮은 것으로 나타났다.

줄눈 콘크리트포장(JCP-Jointed Concrete Pavement)의 경우 포장단면 온 습도차에 의해 슬래브 내의 컬링이 발생하게 된다. 컬링에 의해서 발생하는 슬래브의 휨 형상 및 크기는 포장내 응력 및 평탄성에 영향을 미치기 때문에 포장의 구조적, 기능적 성능에 중요한 영향을 줄 수 있다. 슬래브의 휨 형상을 직접 측정하는 것은 시공초기에 포장내에 다량의 계측기를 매설하여야 하며, 시공초기부터 거동의 정교한 측정이 필요하고 고가의 실험비용 및 기술적 인 어려움을 갖고 있다. 본 연구에서는 현장에서 손쉽게 획득할 수 있는 프로파일 데이터(Profile Data)에 파워 스펙트럼 분석(Power Spectrum Density Analysis) 및 역 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform) 기법 등을 적용하여 임의의 시간에서 줄눈 콘크리트포장의 슬래브 휨 형상을 측정하는 방법을 개발하였다. 개발한 기법의 실효성을 검증하기 위하여 국내 중부내륙에 위치한 시험도로 줄눈 콘크리트 포장에서 시간대별 프로파일을 측정하고 이 데이터로부터 슬래브 휨 형상을 도출하여 그 결과를 검토하였다. 또한 동 시간대의 연속철근 콘크리트포장(CRCP- Continuous Reinforced concrete Pavement) 구간에서의 프로파일 데이터를 분석하고 이를 줄눈 콘크리트포장에서의 결과와 비교하여 개발한 슬래브 휨 형상 추출기법의 타당성을 검증하였다.