공항포장 공용성 예측모형 연구

곽평진,조윤호 한국도로학회 2009 한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집 Vol.2009 No.11

HMA를 이용한 ASR 공항콘크리트포장 절삭덧씌우기에 관한 연구

곽평진,김태훈,이제일,정우영 한국도로학회 2015 한국도로학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.10

ASR(Alkali Silica Reaction) 현상이 심화된 균열은 콘크리트 슬래브 전면적에 분포되어 기존의 부분단 면 보수공법으로는 보수가 어려워 근본적인 개선대책으로 재포장이 필요하다. 하지만 재포장시 장기간의 항공기 교통통제로 공항운영에 지장을 초래하므로 공항운영중 보수가 가능한 아스팔트혼합물을 이용한 보 수공법 연구를 위해 4가지 타입의 시험시공을 진행하였다. 그리고 보수공법은 아스팔트혼합물을 이용하여 덧씌우기시 단차 제거가 어려워 기존 슬래브(T=40cm)를 절삭덧씌우기(T=10cm)하는 방법을 적용하였고, 반사균열 발생시점을 최대한 지연시키기 위한 공법연구를 위해 4가지 타입의 절삭덧씌우기를 시행하였다. 시험시공은 김포공항 평행유도로 90m구간 전폭(30m)을 대상으로 시행되었으며, 반사균열은 온도변화에 따른 슬래브의 수평거동과 항공기 하중재하시 수직 거동에 의한 영향으로 발생되므로 각 공법별로 하중전 달 효과 변화 측정을 위해 HWD 테스트를 주기적으로 시행하면서 공용성 모니터링을 시행하였다. 공용성 모니터링 결과, 3년 경과시점에 반사균열은 발생되지 않았으나 모든 타입의 항공기 휠패스 구간 에서 밀림현상 및 포트홀 결함이 진행되어 보수가 이루어졌다. 결함발생으로 인한 유지보수 면적은 C-Type에서 가장 크게 조사되었으며, 시험시공 전 피로균열이 가장 적게 발생되었던 B-Type에서 가장 적게 조사되었으며 하중전달 효과 감소도 가장 적게 발생된 것으로 조사되었다. 밀림 및 포트홀 현상이 조기에 모든 Type에서 발생된 근본적인 이유는, 불투수층인 콘크리트슬래브에 위에 완벽한 우수침투 방 지가 어려운 일반 HMA로 시공시 하부 슬래브에서 ASR 현상이 더욱 심화되어 아스팔트혼합물과 하부 슬 래브와의 결합력이 약화됨으로서 항공기가 정지 및 출발시 밀림현상이 발생되었다. 그리고 결합력이 약화 된 상태에서 타이어 압력(B747-400ER : 230psi)이 큰 항공기 하중 재하시 과잉공극수압이 발생되어 조 기에 결함이 발생된 것으로 분석되었다. 따라서 결합력 약화 방지를 위해서는 절삭면에 대해 고압의 에어 를 이용한 Dust 청소 및 공극률을 최소화(시공다짐 4% 이하) 하면서 항공기 하중에 대한 안정도를 유지 할 수 있는 아스팔트혼합물의 사용이 필요하다. 그리고 항공교통 통제가 가능하면 절삭면은 고압의 Water Jet을 이용한 청소가 보다 효과적일 것으로 본다.

경제적인 포장관리를 위한 공항포장관리시스템(KA-PMS) 운영방안 연구 -공항포장평가 분석기법을 중심으로-

곽평진,정기훈 한국항공경영학회 2009 한국항공경영학회 춘계학술대회 Vol.2009 No.-

공항 콘크리트 포장의 구역별 PCI 회귀모형 개발

김승재,곽평진,김태훈,이제일,정우영,정진훈 한국도로학회 2014 한국도로학회 학술발표회 논문집 Vol.2014 No.9

현재 공용되고 있는 국내공항들은 효율적인 포장관리를 위해 포장상태평가를 일반적으로 5년 주기로 시행하고 있으며, 포장표면결함의 종류와 정도를 통해 포장상태지수(PCI: Pavement Condition Index)를 산출한다. PCI의 범위는 0부터 100까지이며 100은 포장의 결함이 거의 없는 최상의 상태이며 0은 완전히 파괴되어 포장으로서의 기능을 할 수 없는 상태이다. 일반적으로 상당한 보수를 필요로 하는 Critical PCI값은 70으로 규정하고 있다. 이 러한 PCI값을 통해 포장의 현 상태를 판단할 수 있으며, 보수를 필요로 하는 시점을 예측 할 수 있다. 기존의 공 항포장의 PCI에 관한 연구는 재령에 따라 PCI값이 저하되는 정도를 분석하여 공용수명을 예측하는 것이다. 그러 나 이러한 연구는 PCI에 영향을 미치는 피로하중, 기후환경, 포장하부상태 등을 고려하지 않은 채, 단순히 재령과 PCI와의 관계만을 통하여 공용수명을 예측함으로써 PCI 감소에 영향을 끼치는 요인을 알 수가 없다. 본 논문에서는 공항 콘크리트 포장만을 대상으로 하였으며, 콘크리트포장 PCI에 영향을 미치는 요인들을 고 려하였다. 피로하중은 누적교통량 하중을 적용하였으며, 기후환경은 월평균 일교차와 월평균 상대습도를 적용 하였다. 포장하부상태는 슬래브두께, 노상지지력계수 등을 고려하였다. 공항 포장의 용도에 따라 활주로 중앙 부, 활주로 양끝단부, 평행유도로, 직각유도로, 계류장 등으로 구분하였으며, 각 구역별로 재령을 포함한 위의 인자들을 독립변수로 하고, PCI를 종속변수로 하여 구역별 예측모형 회귀식을 개발하였다. 또한 각 회귀식 인 자들의 유효한 범위 값 설정과 민감도 분석을 실시하였다.

Minimum-delay 교통개방용 공항포장(긴급) 유지보수 재료 및 공법 개발

이민재,곽평진,김동규,조윤호 한국도로학회 2015 한국도로학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.10

대형 토목 구조물 중 하나에 속하는 공항 활주로의 경우 항공기의 반복적인 이착륙으로 인한 동적 하 중, 엔진의 열, 화학침식, 그리고 외부 기후요소 등과 같은 다양한 원인으로 인해 포장 파손이 발생한다. 이는 항공기 안정뿐만 아니라 포장 자체의 수명에도 악영향을 미치기 때문에 신속한 보수가 이루어져야 한다. 활주로 특성상 항공기의 원활한 이착륙을 위해 새벽에만 유지보수가 가능하여 조속한 교통개방이 필요 하다. 이를 위해 보통 잔골재만을 사용한 에폭시 콘크리트를 사용하여 유지보수를 진행하여왔다. 그러나 기존 포장 면과의 이질거동으로 인해 재 파손이 심각하게 발생하며, 보수재료의 실제 수명이 2~3년에 불 과하여 공항 공사의 경우 연간 100억 원 이상의 유지보수 비용이 소모되고 있는 실정이다. 이에 따라 6시간 이내 교통개방이 가능하고 내구성이 향상된 유지보수용 콘크리트 포장 재료 및 공법의 개발이라는 목표를 설정하고 연구를 진행하였다. 유기-무기 하이브리드 결합재 개발 및 굵은 골재 사용 을 통해 보수 재료와 기존 포장 간의 이질거동을 최소화하여 수명을 증진시키고, 조속한 교통개방이 가능 한 공항포장 긴급 유지보수용 재료로 PMC(Polymer Modified Concrete)와 PC(Polymer Concrete)가 개 발되었다. PMC란 초속경 시멘트에 분말 폴리머를 첨가하여 짧은 시간에 높은 강도를 발현하고, 기존의 포장 층과 의 부착을 증대시킨 재료로, 그 전반적인 특성이 콘크리트와 유사하다. 반면 PC는아스팔트 바인더를 대 신해 폴리머를 사용한 재료로 PC1은 기존재료 외에 Crumb Rubber을 추가하여 발생하는 응력에 저항토 록 하고, PC2는 최적화 이론 및 Film thickness 이론 등을 적용하여 기존 골재 입도분포를 바꾸어 소요 폴리머 량을 적게 하여 온도에 의한 수축 및 팽창을 줄인 재료이다. 위 재료에 대해, 폴리머 콘크리트의 성능 목표를 만족시키는 기본 조성 비율을 찾기 위해서 골재 종류, 배합 비 및 폴리머 콘크리트를 구성하는 골재와 고분자 재료의 무게 비율에 따른 물성의 평가를 실시하여 이를 통해 최적 배합 비를 결정하였고, 압축강도, 휨 강도, 동결융해 저항성, 내화학성 및 건조수축 특성 에 대한 실험을 통해 내구성을 평가하였다.

다양한 콘크리트 시멘트 슬래브의 초기 온도 거동 비교 분석

노승현,곽평진,조윤호 한국도로학회 2017 한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집 Vol.2017 No.03

콘크리트 포장 초기 응력 및 무응력 변형률 계측 방법론 제시

황현식,곽평진,조윤호 한국도로학회 2019 한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집 Vol.2019 No.09

공항 콘크리트 포장에 대한 HWD 시험 결과와 온도인자의 상관관계 분석

김동혁,박정현,곽평진,이제일,정진훈 한국도로학회 2018 한국도로학회논문집 Vol.20 No.6

PURPOSES : The performance of pavements is decreased by reduced bearing capacity, deterioration, and distress due to complex loading conditions such as traffic and environmental loads. Therefore, the proper maintenance of pavements must be performed, and accurate evaluation of pavement conditions is essential. In order to improve the accuracy of the heavy weight deflectometer (HWD), which is a nondestructive evaluation method, the correlation between HWD test results and temperature factors were analyzed in this study. METHODS : The HWD test was conducted five times for one day on airport concrete pavement, and the ambient temperature, surface temperature, and slab internal temperature were collected. Since the slab internal temperature was nonlinear, it was replaced by the equivalent linear temperature difference (ELTD). The correlation between the HWD test results and each temperature factor was analyzed by the coefficient of correlation and coefficient of determination. RESULTSAND: The deflection of the slab center, mid edge, and corner, and impulse stiffness modulus (ISM) showed significantly high correlation with each temperature factor, especially the ELTD. However, the load transfer Efficiency (LTE) had very low correlation with the temperature factors. CONCLUSIONS : It is necessary to analyze the effect of aggregate interlocking on LTE according to the overall temperature changes in slabs by conducting seasonal HWD tests. It is also necessary to confirm the effect of seasonal temperature changes on deflection and ISM.

항공기 하중을 고려한 택코트 살포량 및 살포속도에 관한 연구

정우영,이규원,곽평진 한국도로학회 2017 한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집 Vol.2017 No.10

아스팔트 포장 신설 및 절삭 덧씌우기 포장 시 아스팔트층 층간 부착은 포장수명에 중요한 요소로서, 층간 부착을 위한 택코트 불량으로 인한 포장 경계면의 접착력 부족은 밀림, 신․구포장층의 분리, 조기 피로균열, 포트홀 등 파손을 유발하며 포장수명을 감소시킨다(Donovan 등, 2000; Ozer 등 2008, 조문진, 2013). 또한 층간 비 접착은 포장 공용수명을 60% 단축시키고(Roffe and Chaignon, 2002), 접착력 10% 손실은 포장수명의 50%를 단축시킨다(King and May, 2006). 택코트의 품질관리를 위해 미연방항공청에서는 시공 온도(기온 10℃ 이상), 살포량(0.2∼0.5 ) 기준을 권고하고 있으며, 도로공사표준시방서(국토부, 2016)에서는 택코트 재료 품질기준(제조 후 60일 이내), 시공 온도(기온 5°C 이상), 살포량(0.3∼0.6 ) 등을 규정하고 있으며, 살포량은 시험시공을 통해 결정하도록 권고하고 있다. 현재 아스팔트 덧씌우기포장 시 사용하는 접착강도의 기준이 없는 실정으로 도로분야에서는 KS F 4932 교면용 도막 방수재의 접착강도 기준을 준용하여 사용하고 있는 실정이다. 그리고 택코트 재료별 살포량 0,0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8에 따른 인장강도 및 전단강도 분석결과(조문진, 2013), 콘크리트 포장 위 아스팔트 포장의 경우 모든 유화아스팔트 재료에서 살포량 0.4일 경우 가장 높은 전단접착강도를 나타냈으며, 인장접착강도는 0.4∼0.6에서 최대값을 보였다. 또한 아스팔트 포장 위 아스팔트 덧씌우기의 경우 인장강도는 1.0∼1.6MPa, 전단강도는 살포량 0.4에서 최대 인장 및 전단 접착강도를 나타냈다. 공항에서의 아스팔트 층의 접착력 또한 기준이 없는 실정으로, KS F 4932 교면용 도막 방수재의 접착강도 기준 준용 대신 항공기 바퀴의 수평하중을 고려한 접착강도 확보가 필요할 것이다. 항공기 움직임 후 정지시 발생하는 수평하중을 층 간 전단력으로 환산하여 이를 만족하는 전단강도를 발현하는 살포량을 공항 아스팔트 포장에서의 택코트 살포량 기준으로 삼는 것을 연구 목표로 항공기 대표 기종별 전단력을 <표 1>과 같이 환산하였다. <표 1>과 같이 항공기 수평하중에 의한 전단력을 대표기종별로 분석한 결과 0.41∼0.52MPa 분포를 보였으며, 이는 KS F 4932 교면용 도막 방수재의 접착강도의 전단접착강도 기준 0.15MPa 보다 훨씬 높은 값을 보인 것이다. 택코트 살포량에 따른 접착특성 분석(조문진, 2013)의 결과에 비추어 볼 때 항공기 수평하중에 의한 전단력을 만족할 수 있는 경우는, 콘크리트 포장 위 아스팔트 포장에서는 급경성 유화아스팔트 재료만 만족하며 0.3 이상부터 기종별 최대 전단력인 0.52Mpa를 만족하며 약 0.4에서 최대값을 나타내다. 아스팔트 포장 위 아스팔트 포장의 경우 일반 유화아스팔트에서도 0.2∼0.8 살포량 전구간에서 전단강도 0.8MPa 이상을 보이고 있고, 0.4 이상부터 최대 인장강도를 보이고 있다. 따라서 공항에서의 택코트 적정 살포량은 기상 및 현장 여건에 따라 다를 수 있으나 0.4이 적정한 것으로 판단된다. 또한 본 연구에서는 공사 현장에서의 택코트 살포량 관리를 위해 0.4 만족하는 차량형 디스트리뷰터 속도 시험을 실시하였다. 시험종이를 깔아 택코트 시공 전 후 무게 차로 포설량을 측정하였으며, 10, 20, 30km/hr 차량속도로 살포량을 측정한 결과 10km/hr에서 0.4.0∼0.42의 살포량이 측정되어 디스트리뷰터 적정속도는10km/hr로 판단된다.

사용수명 예측을 위한 동질성 구간별 공항 콘크리트 포장의 PCI 분석

정진훈,김승재,곽평진,천성한,정우영 한국방재학회 2014 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.-

현재 공용되고 있는 국내공항은 인천국제공항공사에서 관리하고 있는 인천국제공항과 한국공항공사에서 관리하고 있는 김포국제공항 외 13개 공항이 운영되고 있다. 두 공항공사 모두 효율적인 포장관리를 위해 포장관리시스템(PMS: Pavement Management System)을 구축하여 공항포장상태를 평가하고, 보수의 우선순위를 선정하여 보수방안을 결정한다. 포장상태평가는 보통 5년을 주기로 시행되고 있으며, 포장표면결함의 자료를 통해 포장상태지수(PCI: Pavement Condition Index)가 산출된다. 이러한 지수를 통해 공용중인 공항포장의 상태와 보수를 필요로 하는 시점을 판단 할 수 있다. 기존에 개발된 공항포장 공용성 예측모형은 크게 아스팔트포장과 콘크리트포장으로 나뉘어, 재령과 교통량에 따른 통합된 PCI 예측모형을 개발하였다. 하지만 공항별로 준공시기와 환경인자들이 다르게 때문에 상당한 오차가 발생하여, 모든 공항에 적용하기에는 한계가 있다. 또한 주로 활주로를 대상으로 연구가 진행되었으며, 유도로 및 계류장에 관한 선행연구는 아직까지는 미흡한 상태이다. 따라서 본 논문에서는 국내 콘크리트공항포장의 각각의 동질성구간에 대한 공용성 예측모형을 위한 연구를 진행하였다. 모든 단면이 아스팔트 포장인 울산공항과 군산공항을 제외한 13개 공항의 콘크리트 포장 부분의 PCI 자료를 수집하였고 활주로, 유도로, 계류장에 따라 크게 분류하였다. 분류된 각 구간은 동질성 구간별로 세분화하여 재령에 따른 PCI변화 추이를 살펴보았다. 본 논문에서는 인천국제공항공사, 한국공항공사, 한양대학교 및 (주)로드텍의 협조를 얻어 각 공항의 포장평가 조사보고서를 수집하였다. 각 공항별 동질성 구간의 준공년도와 재포장 시점을 분석하였으며, 이 시점을 기준으로 재령에 따른 PCI 변화 추이를 살펴보았다. 또한 보수를 시행한 구간에 대하여 조사하였으며, 이 구간에 대해서는 보수시점의 PCI값을 100으로 가정하고, 이 후 재령에 따른 PCI 변화를 살펴보았다. 이러한 PCI의 변화추이를 회귀분석하여 각각 선형과 지수형태로 나타냄으로써 각 공항별 동질성 구간에 따른 콘크리트 공항포장 예측모형을 개발하였다. 이렇게 개발된 모형을 통하여 공항포장설계수명인 재령 20년일 때의 PCI값을 예측하였고, 재포장이 요구되는 ‘Critical PCI`값인 70으로 저감되기까지의 공용연수를 나타내었다. 각 공항의 동질성 구간에 따른 예측모형들을 비교 검토해 봄으로써, 각 공항의 특성과 공용수명을 예측할 수 있었다.