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과제기본정보

구조적 성능을 고려한 시멘트 콘크리트포장의 기능 개선 시공화 연구2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 건설기술연구사업 과제번호 07CCTI-C043484-02
국가과학표준분류 1순위 건설·교통 | 시공·재료·건설관리 기술 | 공법 개발·활용계획 적용분야 -
2순위 None | None | None 실용화대상여부 실용화
3순위 None | None | None 과제유형 개발
과제명 구조적 성능을 고려한 시멘트 콘크리트포장의 기능 개선 시공화 연구
주관연구기관 (주) 한맥기술
총괄연구 책임자 성명 남영국
소속 (주)한맥기술 직위 원장
기관 대표번호 02-2141-7100 FAX 02-409-5211
총 연구기간 2006-12-20 ~ 2009-12-16
당해연도 연구기간 2007-06-20 ~ 2008-06-16

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
2차년도 161,000,000 10,620,000 77,580,000 88,200,000 249,200,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 국내 고속국도와 같이 중차량이나 교통량이 많은 도로에서는 시멘트 콘크리트 포장이 건설되어왔으며, 현재 시공 및 설계중인 대부분의 고속도로가 콘크리트 포장으로 건설될 예정이다. 이러한 콘크리트 포장형식은 대부분 무근 줄눈 콘크리트 포장이다.
줄눈 콘크리트 포장의 슬래브는 온도나 습도변화에 의한 구속변형에 의해서 종방향 균열이나 횡방향 균열이 발생하게 되는데 이러한 균열 발생을 방지하거나 일정한 위치와 간격으로 균열 발생을 유도하기 위하여 포장 슬래브를 인위적으로 절단하여 줄눈을 설치하고, 줄눈 부위를 다웰바나 타이바로 보강한다. 줄눈 설치에 의한 균열발생의 제어가 없으면 포장체의 구조적 또는 기능적 파괴를 유발할 수 있는 불규칙한 균열이 발생될 수 있다. 이러한 목적으로 설치된 줄눈은 포장체의 불연속성과 상대적으로 구조적인 취약성을 지니고 있기 때문에 콘크리트 포장의 조기파손의 원인이 되고 있다. 그러므로 줄눈 콘크리트포장의 줄눈부에 대해 구조적 성능 개선이 필요한 실정이다. 본 연구는 줄눈 콘크리트포장의 구조적 안정성 및 공용성 확보, 시공성 향상 및 건설비용 절감을 위한 현장적용 실용화 연구이다.
최종목표 1) 선균열 유도장치 및 공법개발
- 현재의 줄눈 콘크리트 포장은 다웰바를 설치에 있어서 인위적인 줄눈의 Cutting으로 인하여 줄눈부 파손이 발생하고 절단시 깊이가 균일하지 못하여 이상균열이 발생하고 있어 이에 대한 해결책으로 선균열 유도장치를 개발하는 것이고, 이는 인위적인 줄눈 절단이 아닌 자연발생적인 균열을 유도할 수 있도록 할 것이며, 시험시공을 통하여 선균열 유도장치의 효과를 검증할 것이다.
2) 수명연장 및 최적 공용성 확보를 위한 적정 줄눈간격 제시
- 콘크리트 포장파손 중에서 줄눈부에서 발생하는 파손이 가장 많이 발생하고 있는 실정으로 이런한 조기파손은 포장의 장기공용성에 많은 영향을 미치고 있다. 현재 국내에서는 획일적으로 6m의 간격으로 줄눈을 시공하고 있는 실정으로서 이에 대한 합리적인 줄눈간격에 대한 검토가 필요하므로 본 연구에서는 콘크리트 포장의 수명연장과 최적 공용성 확보를 위한 적정 줄눈간격을 제시하고자 한다.
3) 분리막 사용 기준 제시
- 현재의 모든 콘크리트 포장에서는 보조기층면과 슬래브면과의 사이에서 마찰저항을 감소시키기 위해서 분리막을 사용하고 있으나, 실제 마찰저항이 비선형으로 발생하는 것으로 연구결과가 있으므로 분리막의 효용성을 검증함으로서 분리막의 사용 기준을 제시하고자 한다.
연구내용 및 범위 o 기존 하중전달장치, 줄눈간격, 분리막에 대한 기준 및 연구동향 검토
- 유도균열에 대한 국내외 연구동향 분석
- 줄눈간격 및 분리막에 관한 국내외 문헌조사
- 국내외 기준 줄눈간격 설계방법 고찰
o 콘크리트 물성평가 실내시험(열팽창계수)
- 국내 콘크리트 포장용 골재의 열팽창계수 연구 조사
- 골재별 슬래브에 대한 열팽창계수 측정
o 줄눈콘크리트 포장의 줄눈 파손 특성 분석
- 공용중인 고속국도 노선별 줄눈 파손 특성 분석
- 줄눈 파손 유형 및 원인 분석
o 기존 하중전달장치 검토 및 선균열 유도장치 시작품 제작
- 기존 하중전달장치 분석
- 선균열 유도장치 시작품 제작
- 선균열 유도장치 성능시험 및 보완
o 해외출장을 통한 현장조사 및 자료수집
- 현장방문을 통한 실태조사 및 자료 수집
o 구조해석에 의한 적정 줄눈간격 계산
- 구조해석 프로그램을 활용한 줄눈간격 산정
o 콘크리트 물성평가 실외시험(마찰저항력)
- 슬래브 모형 시편에 대한 마찰저항력 실외 시험
o 시험포장 계획수립
- 현장시험시공 구간선정
- 시공관련 자료 및 현장 조사
- 시험시공 방안, 계측기 매설 및 측정 방안 수립
- 시험시공 상세설계
o 콘크리트 포장의 기능 개선을 위한 현장 시험시공
- 선균열 유도장치 효과 검증을 위한 현장 시험시공
- 줄눈 간격별 효과 검증을 위한 현장 시험시공
- 분리막 효과 검증을 위한 현장시험시공
- 포장의 거동 분석을 위한 계측기 매설
o 시험포장에 대한 추적조사 및 효과분석
- 줄눈절단구간과 선균열 유도장치 구간의 유도균열 발생추이 비교 및 관찰
- 줄눈간격에 따른 유도균열 및 무작위 균열 발생추이 비교 및 관찰
- 시험시공 구간 공용성 평가 실험
- FWD를 이용한 처짐 특성 조사 및 하중전달능력 조사
o 선균열 유도장치 개발 및 공법에 관한 특허 및 실용신안 출원
- 특허출원에 필요한 자료 수집
- 특허 및 실용신안 출원
o 시험포장 결과를 이용한 구조해석
- 실험결과를 입력 자료로 활용한 구조해석
o 역학적 이론 정립
- 적정줄눈간격 및 분리막에 대한 이론식 및 모델식 정립
o 현장시험시공(2차) 및 효과분석
- 시험포장 실시
- 시험시공 결과 분석 및 효과분석
o 시험시공 구간에 대한 추적조사
- 무작위 균열 발생여부 관찰
- 유도균열 발생여부 확인
- 장기 건조수축에 의한 유도균열 측정
o 수명연장 및 최적 공용성 확보를 위한 적정 줄눈 간격 제시
o 분리막 사용 기준 제시
o 선균열 유도공법 설계 및 시공 매뉴얼(안) 작성
- 시험시공구간의 추적조사 및 공용성 평가를 통한 선균열 유도공법 설계 및 시공 매뉴얼(안) 작성
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 - 선균열 유도장치 개발 및 시공 공법 개발 - 해외 선진기술 현장조사 및 자료수집 - 사전거동 현장 시험포장을 통한 선균열 유도장치 시작품 성능 분석 - 선균열 유도장치 시제품 제작 - 선균열 유도장치 개발 및 공법에 관한 특허 및 실용신안 출원 - 콘크리트 물성평가 실내시험(열팽창계수, 건조수축) - 콘크리트 물성평가 실외시험(마찰저항력) - 구조해석에 의한 적정 줄눈 간격 계산 - 현장 시공도로 시험포장 계획 수립
연구성과 기술적 기대성과 선균열 유도장치는 다웰바를 설치하고 줄눈을 인위적으로 절단하는 것이 아니라 자연적으로 줄눈을 유도하는 공법으로서 기존 다웰바의 기능인 하중전달효과를 기대할 수 있으며, 줄눈절단으로 야기된 줄눈부의 강도저하로 인한 Spalling을 최소한으로 억제할 수 있어 줄눈부의 Spalling에 의한 파손이 획기적으로 감소하게 되어 콘크리트 포장수명이 증가하게 되고 다웰바 어셈블리 제작과 줄눈 절단과정이 생략되어 공사기간의 단축과 시공성 향상이 기대된다. 또한 분리막 설치 기준제시와 적정 줄눈간격 제시로 인하여 도로포장 공사의 시공성이 향상될 것으로 기대된다.
고속국도나 중차량 교통량이 많은 구간 등 신설될 도로의 콘크리트 포장이 확대될 것으로 판단되며, 공용기간이 오래되어 전단면 보수(재포장)가 필요한 포장에 대하여 확대 적용이 가능할 것으로 판단된다.
사회 경제적 파급효과 선균열 유도장치는 줄눈절단으로 야기된 줄눈부의 강도저하로 인한 Spalling을 최소한으로 억제할 수 있어 줄눈부의 Spalling 파손이 획기적으로 감소하게 되어 유지관리비용의 절감과 다웰바 어셈블리와 줄눈 절단과정이 생략되어 기존 공법에 비하여 선균열 유도공법을 적용할 경우 공사비가 50% 절감효과를 창출할 것으로 예상된다. Spalling 파손의 감소로 인하여 도로 이용자들의 안전성과 쾌적성을 확보할 수 있으며, 콘크리트 포장의 유지보수는 차량을 장기간 차단해야 하는데 이로 인한 교통잡비용과 국가물류비용이 절감을 통한 국가 경쟁력 확보 및 국민의 삶의 질 향상에 대한 욕구를 충족시키는 데 기여할 것으로 예상된다. 또한, 본 연구의 최종 성과물은 줄눈 콘크리트 포장에 대한 기술 경쟁력의 우위를 선점하게 되어 미래의 건설시장의 최대 시장인 중국과 동남아시아에서 도로수주시 유리할 것으로 판단된다.
활용방안 현재 콘크리트 포장의 설계？시공에 있어서 문제가 되고 있는 줄눈부의 파손과 적정줄눈간격, 포장의 상하층의 마찰저항을 줄이려는 분리막 설치 여부는 실내시험을 통하여 현장 시험포장을 적용함으로서 최종 성과물에 따라 즉시 콘크리트 포장의 설계 및 시공에 반영할 수 있다. 또한 현재 연구중인 “한국형 포장설계법 개발과 포장성능개선방안 연구”에 즉시 반영할 수 있다.
특히, 선균열 유도장치는 다웰바의 기능을 유지하면서 기술적 및 경제적 경쟁력이 매우 우수한 공법이므로 실용화 가능성이 매우 높아 특허 및 실용신안 등의 지적재산권 출원할 수 있으며 동남아시아 및 중국 등의 해외시장에 진출할 수 있다.
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 시멘트콘크리트포장 선균열유도장치 다웰바 줄눈간격 분리막
영문 CementConcretePavement Pre-cracking Device Dowel-Bar JointSpacing SeparationMembrane
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