| 연구개발개요 |
○ SOC 구조물의 노후화에 따른 성능저하- ？시설물의 안전관리에 관한 특별법？에 따른 시설물 중 준공 후 30년 이상 경과한 SOC가 11%(1,898/17,513)에 달하는 실정 - 우리나라의 경우 국토해양부(현 국토교통부) 소관 『시설물 관리주체 안전 및 유지관리 실태조사(2010.11)』 결과, SOC 시설물의 노후화가 진전되고 있으며, 이에 대한 정확한 평가 및 유지관리의 필요성 증대를 언급함- ’70년대부터 시작된 건설 붐으로 30년 이상 고령 시설물이 10년 후 2배 이상으로 급증 -> 5년 후 2,848개(16.3%), 10년 후 4,271개(24.4%)○ SOC 구조물의 성능저하에 따른 유지관리 비용의 증가- 미국 토목학회(ASCE)의 『Report Card for America’s Infrastructure』(4년 단위조사)를 살펴보면, 2005년을 기준으로 미국 SOC 시설물 평균 등급은 “D”로써 이를 복구하는데 약 2,400조 원이 소요되는 것으로 평가됨. 그러나 2009년, 재조사 결과 평균 등급은 “D”임에도 불구하고 복구 소요비용은 3,300조 원으로 증가된 것으로 나타남. 이는 SOC 시설물의 노후화에 따른 비용 증가로 추정함○ 지구 온난화와 이상기후로 인한 콘크리트 포장의 손상 증가- 2000년도 이후 지속적인 이상기후 현상 및 겨울철 폭설과 혹한으로 인하여 도로의 제설제 사용이 지속적으로 증가하고 있음- 재설제의 사용은 아스팔트 포장에는 크게 영향이 없으나 콘크리트 포장 및 콘크리트 부대시설물의 손상에는 주요 원인으로 지적되고 있음- 2018년 서울시와 경기도에서는 도로포장의 손상원인 조사를 실시한 결과 제설제의 사용과 혹한기의 온도에 따른 동해 즉, 복합열화에 의한 손상으로 보고되었으며, 이에 적절한 보수/보강이 필요하다고 보고하였음- 그러나 아직까지 콘크리트 포장의 보수/보강은 단기적으로 효과를 나타내는 재료의 사용으로 지속적인 손상 발생과 비용이 투자되고 있는 실정임○ 국내 도로포장의 증가 및 노후 콘크리트 포장의 유지관리의 필요성- 국내 도로포장 연장 중 콘크리트 포장이 차지하는 전체 비율은 약 12.7% 11,375 km/연장)로 고속도로의 경우 전체 연장 중 약 62%(2,575 km/연장)가 콘크리트 포장이며, 일반국도의 경우 1.2%(160 km/연장), 특별·광역시도는 31.9%(6,401 km/연장), 기타 지방도, 시/군도는 4.3%(2,237 km/연장)를 차지하고 있음 (도로현황조서, 국토교통부, 2018)- 국토교통부 도로시설물 유지보수 현황(2015)에 따르면 2001년에 약 2,931억원을 지출한 전체 도로시설물 유지보수비는 지속적으로 증가하여 2014년 기준 5,257억원을 소요하여 13년 동안 약 1.79배가 증가하였음.- 도로 연장의 증가에 따라 도로 유지관리비도 지속적으로 상승하여 1977년 185억 원이던 유지관리비가 2017년에는 33,169억 원으로, 40년 동안 무려 179배나 증가하였으며, 계속적으로 증가할 것으로 예상- 노후 도로연장의 지속적 증가, 중차량의 증가, 이상 기후로 인한 도로 환경 조건의 악화(습윤식 제설제 살포, 여름철 도로 온도 상승) 등 복합적인 원인의 결과로 유지관리비의 급격한 증가가 예상.- 이와 같은 노후 도로포장의 유지보수비는 도로포장의 재령 및 유지보수 소요의 증가에 따라 앞으로도 지속적으로 증가할 것으로 추정됨- 2010년대 고속도로 도로포장 유지보수 비용 중 재포장 비용을 제외한 소파보수, 표면처리, 덧씌우기 비용은 약 500억원 이상의 규모로 전체 포장 유지보수 비용의 절반이상에 해당됨- 지속적인 유지비용의 증가는 경제적으로 큰 부담이 되고 있으나 아직까지 콘크리트 포장 보수재료로서 시멘트계 보수재료가 대부분을 차지하고 있음.○ 고내구성 콘크리트 포장 개발의 필요성- 최근 국내 콘크리트포장의 파손사례 급증 (동결융해에 의한 줄눈부 spalling, ASR(alkali-silica reaction)에 의한 거북등 균열, scaling에 의한 표면박리 등)- 이러한 파손의 원인은 현장의 품질관리 미흡으로 콘크리트의 배합기준(공기량)을 만족시키지 못하고, 동해, 염해 및 ASR을 억제하기 위한 포장용 콘크리트의 내구성 배합기준이 미흡하기 때문임 - 또한 동해 파손의 가장 큰 원인중에 하나가 공기량이지만, 이외에 물-시멘트비, 단위시멘트함량, 압축강도 등이 중요한 인자인데, 국내 도로포장 관련 시방서에는 이와 관련된 기준이 제시되어 있지 않음- 이에 국내 기후환경 조건을 고려하여 내구수명을 향상시킬 수 있는 콘크리트 포장 배합/품질관리 기준 개선 연구가 필요함- 선진외국의 경우, 장수명 콘크리트 포장의 실현을 위하여 국가적 차원에서 연구를 지원하고 있으나, 우리나라는 콘크리트 포장의 고내구성화 연구개발이 상대적으로 미흡한 실정임.- 따라서, 콘크리트 포장도로의 효율적 배합설계 기준 마련 및 고내구성 콘크리트 포장을 위한 합리적 배합기준 개선(안) 및 지침(안) 제정이 필요함.
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| 연구내용 및 범위 |
- 현재까지 개발된 콘크리트 포장의 결합재와는 다르게 친환경/저비용의 효율을 가진 신개념의 서냉슬래그를 결합재 함량 대비 15%까지 적용 가능한 고함량 서냉슬래그(high-volume air-cooled slag) 콘크리트 포장체를 개발하여, 겨울철 및 한랭지역 콘크리트 포장의 장수명화를 위한 설계 및 시공기술 시스템을 구축할 계획임. - 본 기술개발은 이상기후로 인한 콘크리트 포장에서 발생하는 탈락, 누수, 균열, 반응물질의 생성을 근원적으로 억제하므로써, 이상 기후로 인한 극한환경에 노출된 콘크리트 포장의 내구성 향상 및 유지보수비용 절감에 획기적인 효과가 있음. 또, 환경요인에 능동적으로 대응하는 콘크리트 포장체의 내구수명을 향상시키므로써 콘크리트 포장 유지관리 계획 및 설계에 직접적으로 적용할 수 있음. - 본 과제는 다음의 연구성과물을 제시함으로써 최종목표를 달성하고자 한다. (1) 고함량 서냉슬래그를 적용한 내동해성 콘크리트 포장 배합설계 기술 개발 (2) SAM 기반 내동해성 콘크리트 포장 성능 평가 장비 및 기법 개발 (3) 개발된 제품의 현장 적용성 및 실용화 기술 개발- 본 연구의 범위는 다음의 연구내용을 포함하고 있음1. 콘크리트 포장의 기후변화에 따른 열화원인 정립 - 국내 콘크리트 포장의 동해 현장조사 - 해외 내동해성 콘크리트 설계 문헌고찰 - 콘크리트의 동해 원인 분석 및 대책 제언2. 서냉슬래그 적용 콘크리트의 역학적 성능 평가 - 흡수율, 투수성 등 콘크리트 밀실도 평가 - 열적 / 결정학적 특성분석 - 미세조직구조 분석 3. SAM에 의한 급속 내동해성 평가 기법 개발 - super air meter 설계 및 제작 - SAM 지수 정의 및 평가 기법 개발 - 배합별 내동해성과 SAM 지수 상관관계 4. 서냉슬래그 결합재의 고내구화 원천기술 - 서냉슬래그의 분쇄능 고도화 가술 - 서냉슬래그의 경화 및 밀실화 메커니즘 - 경화촉진 첨가제 개발 5. 서냉슬래그의 품질평가 - 응결특성 평가 - 유동성 평가 - 강도특성 (압축, 휨, 인장)6. 내구성능 기반 최적 배합설계 - 재료량 최적화 설계 - 내구성능 기반 배합설계(안) 개발 - 기존 콘크리트 포장과의 성능 비교7. 콘크리트 포장의 내동해성 평가 - 동결융해 저항성 평가 - 스케일링 저항성 평가 - 기포간격계수 측정 - 열화된 콘크리트의 미세구조 분석 - 대체율별 콘크리트 내동해성 비교8. 내동해성 콘크리트 포장 개발 - 내동해성 혼화재료 개발 - 현장적용을 위한 최적배합 수정/선정 - SAM 기법에 의한 내구수명 예측식 제안 - 포장 품질지침(안) 개발9. 콘크리트 포장의 현장적용성 평가 - Mock-up 테스트 베드 운영 - 코어링에 의한 장기모니터링 - 생산, 타설 및 양생 지침(안) 개발 10. 내동해성 콘크리트 포장 실용화 기술 개발 - 현장 적용기술에 대한 보완 및 수정 - 결합재 투입 방법 제안 - 개정 시방서(안) 제시
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