Kalman Filter 알고리즘을 활용한 제설제의 융빙 성능 평가에 관한 연구

공유석,김도완,가현길,이시원,문성호 한국도로학회 2020 한국도로학회논문집 Vol.22 No.1

PURPOSES: The intensiveness of highway management has increased owing to the growth in the number of vehicles and the rapid climate change. The disadvantages produced by these factors can affect management time and cost. Serious traffic accidents and traffic jam may be experienced when snow fall accumulates on highway surfaces and the friction between tires and pavements is lower than that in the general state, in a non-management condition. Such conditions need intensive management. In this regard, one of the spread methods used for the melting material is pre-wetted salt (PWS), which is the frequently used method in South Korea. In the PWS method, the solid material with CaCl2 is mixed with water in 30% concentration and then finally mixed with NaCl before application to pavements. The chloride-type melting material not only is cheaper, but also has a high melting property than the others. It can shorten the pavement or structure life by deterioration and corrosion. This melting material can affect the flora near the highways; hence, an eco-friendly de-icing agent must be utilized considering the environmental effect. METHODS : The Kalman filter algorithm (KFA) was utilized herein to develop optimization models using the performed test data. The KFA, which was developed from recursive filter algorithms, such as the low- and high-pass filters, applies a weighting filter to the Kalman filter. The algorithm has the property of utilizing the filter and updated estimations. In this regard, melting tests were performed for the real applicative utilization of de-icing agents. The KFA was also applied to reduce the error rates and optimize the relationships between the test data and the predictions. RESULTS: Comparing the measurements performed, the error was reduced by 1.69 g when the KFA was applied. Moreover, the error can be optimized to approximately 91.4% compared to the test errors. The prediction data had over 85% tendency in the test measurement, showing that the KFA application can reduce the error and increase the tendency. By comparison, the agent with CaCl2 showed the best ice melting performance within 10 min without surface temperature. However, the PWS with a 25% concentration indicated the best water melting performance from start to end of the test time, implying that this is a powerful agent in terms of performance. CONCLUSIONS : The melting test is an artificial test method; therefore, it can generate a huge error from the test. The error and the tendency can be controlled by tracking the measurement error and the white noise matrix using the KFA. A further research will be performed to track the measurement error and the white noise matrix. Other optimization methods will also be applied to reduce the experimental error.

소금수용액의 도로 융설용 제설제로서의 적용성 분석

공유석,김태수,가현길,이시원,문성호 한국도로학회 2019 한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집 Vol.2019 No.09

농어촌지역의 행복한 변화의 시작, 한국농어촌공사 KRC 지역개발센터가 함께 합니다.

공유석 한국농공학회 2020 韓國農工學會誌 : 전원과 자원 Vol.62 No.3

덧씌우기층의 응력흡수층에 대한 전단 및 인장강도 평가 연구

공유석,김도완,문성호 한국도로학회 2017 한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집 Vol.2017 No.10

시멘트 콘크리트 도로포장의 노후화와 함께 지속적으로 사용되어진 제설재의 영향으로 고속도로의 파손 및 관련된 유지보수 비용은 매년 급증하는 추세이다. 이러한 문제점의 극복을 위해 최근 유럽 및 선진국에서 기존 콘크리트 포장 상부에 아스팔트 포장을 시공하는 덧씌우기 포장을 적용하고 있으나, 거듭된 연구에도 불구하고 콘크리트 층의 조인트 부위에서 발생하는 반사균열에 대해 효과적으로 억제할 수 있는 방안은 미흡한 실정이다. 반사균열에 의한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 개발된 것이 응력흡수층(SAMI, Stress Absorbing Membrane Interlayer) 포장공법으로 기존 포장층과 신설 포장층 사이에 별도의 응력흡수층을 설치하여 하부층의 균열을 상부층으로 전달되는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다. 본 연구에서는 응력흡수층의 성능평가를 위해 시멘트 콘크리트 포장위에 아스팔트 콘크리트 덧씌우기를 모사한 4종류의 혼합물을 제작하였다. 그림 1.은 응력흡수층의 적용여부를 구분하여 제작한 혼합물을 나타낸다. 여기서, SAMI층의 경우 유리섬유를 포설한 섬유 그리드층과 유리섬유를 포설하지 않은 섬유 그리드층으로 구분하였다. 아스팔트 콘크리트 층은 덧씌우기에 효과가 우수하다고 판단되는 PSMA(Polymer mdified Stone Mastic Asphalt)로 제작하였으며 SMA 포장과 같은 13mm 골재를 사용하여 골재의 맞물림 효과를 충분히 발휘시키기 위한 목적으로 PG 76-22 등급의 바인더를 사용하였다. SAMI의 경우 하부 포장층과 접착이 불안정한 경우 소성변형 및 균열을 유발할 수 있기 때문에 부착강도는 중요 요소로 작용될 수 있으며, 덧씌우기층과 응력흡수층 사이의 밀림현상에 충분히 저항할 수 있어야 하므로 응력흡수층의 부착 및 전단 성능을 평가하기 위해 직접전단 및 인장시험을 실시하였다.

외부자극 반응 재료를 활용한 노면결빙 사전감지 연구

공유석,이병덕,윤진근,김창호 한국도로학회 2021 한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집 Vol.2021 No.10

도로 융설용 제설제로서의 해수 활용 효과 분석

공유석,이찬영 한국도로학회 2017 한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집 Vol.2017 No.03

감온도료를 활용한 노면결빙 사전예측 적용 연구

공유석,이병덕,이창근,김용두 한국도로학회 2020 한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집 Vol.2020 No.09

동절기 도로 유지관리용 제설용 소금의 입도기준에 대한 연구

이병덕,공유석,류성우 한국도로학회 2016 한국도로학회 학술발표회 논문집 Vol.2016 No.06

제설용 소금에서 미세 입자가 많으면 융설의 즉효성은 있으나 눈이 압설인 경우에는 그 효과가 충분히 깊은 곳까지 미치지 못하고, 지속성이 미흡하다. 또한, 가볍기 때문에 차량 통행이나 바람에 의해서 비산 되기 쉽다. 반면에 굵은 입자가 많으면 눈을 녹이는데 필요한 시간이 많이 소요되고 입자의 일부가 노면 밖으로 튀어 재료의 손실이 발생한다. 따라서 본 연구에서는 제설용 소금의 입경에 따른 융빙성능, 합성입도별 지속성과 속효성을 만족할 수 있는 융빙성능과 재료 손실을 최소화 하기 위한 살포성 시험을 실시하여 최적의 입도 기준을 제시하였다. 입경별(10, 8, 5, 2.8, 1.2, 0.6, 0.3mm) 융빙성능 결과, -5℃에서는 입경이 클수록(5mm 이상, 특히 10mm) 지속성(120분)이 있었고, 시험시간 120분 대비 90분에서의 융빙율은 입경 2.8~0.3mm에서 평균 94%, 입경 10~5mm에서 평균 78% 로 나타났다. 시험 온도 -12℃, 시험시간 120분에서 융빙량은 10mm 입경에서 8g, 0.6mm 입경에서 30g 으로서, 저온에서는 굵은 입경 소금의 융빙성능이 크게 떨어지는 것 으로 나타났다. 4가지 합성입도에 따른 살포성 시험결과, 도로 폭 0~8m 까지의 소금 누적 잔류량은 84~90% 로서 현재 국내 대부분 도로관리기관에서 채택하고 있는 습염(고체 소금+염화칼슘 용액) 살포 시에는 소금 잔류량이 95% 이상으로 향상될 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서 제시한 제설용 소금의 최적 입도는 잔 입경, 중간 입경, 굵은 입경을 적절하게 조 합하여 속효성과 지속성을 확보할 수 있고, 살포 시 소금의 손실을 최소화 시킬 수 있을 것이다.

택코팅 부착능력 파악을 위한 아스팔트 유제의 최적 포설량 연구

이준규,공유석,조민경,문성호 한국도로학회 2017 한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집 Vol.2017 No.10

최근 역청재의 살포는 포장층의 종류에 따라 다르게 적용되며 일반적으로 국내에 적용되는 프라임 코트와 택코트의 대부분은 RS(C)-3와 RS(C)-4이다. 역청재의 포설량은 국토교통부에서 제시하고 있는 양의 경우 RS(C)-3는 1∼2이며 RS(C)-4는 0.3∼0.6 이다. 이러한 역청재의 적용량은 대부분 감독관 및 현장 관리자의 결정에 따르고 있으며 각각 다른 형식의 포장공사 시방에서는 정해진 양 내에서 역청재를 적용하도로 명시하고 있다. 이와 관련하여 본 연구에서는 다양한 유화 아스팔트의 부착성능 평가를 위해 경사전단시험을 수행하였으며 ISS(Interlayer Shear Strength)에 대한 4차 회귀 분석을 통해 각각의 유화 아스팔트 종류별 최적의 택코팅 포설량을 파악하였다. 아스팔트 유제는 택코트 적용에 가장 일반적으로 사용되는 RS(C)-4를 비롯하여 AP-3, QRS-4, BD-Coat의 총 4종류의 역청제를 사용하였다. 또한 NCHRP Report 712의 연구결과를 바탕으로 최적의 역청제 포설량을 평가하기 위해 회귀방정식을 활용했다. 시험에 사용된 아스팔트 혼합물은 높이 15cm, 직경 10cm로 제작되었으며, 유화 아스팔트는 시편의 중앙부를 상하방향 45°로 절단시킨 표면에 적용하였다. 아스팔트 유제는 0.3∼0.8의 각 0.1 단위로 적용하였으며 일축압축시험을 통해 최대 전단력을 파악하는 것을 목적으로 하였으며 각 Case마다 3구씩 시편을 제작하였다. 회귀방정식으로 최적의 역청제 포설량을 분석한 결과, AP-3, RS(C)-4, QRS-4, BD-Coat 순으로 각각 0.78, 0.51, 0.53, 0.73인 것으로 파악되었으며, 회귀분석에 의해 QRS-4를 0.7∼0.8 적용한 구간 사이에서 최대 접착력 부착강도를 나타내었고 실제 시험 결과 QRS-4를 0.7 적용한 케이스에서 가장 높은 부착강도를 나타내며 그 이상을 적용하는 경우 오히려 부착강도는 하락하는 경향을 보이는 것으로 나타났다. 본 연구 결과에 의거하였을 때, 역청제의 포설량이 많을수록 접착면의 부착강도가 개선되는 것은 아니며 이에 따른 전단강도는 포장의 형식에 따라 가변적인 성향을 갖는 것으로 판단하였으며 추후 연구에서 다양한 포장 형식에 따른 역청제의 최적 포설량을 파악하고자 한다.

습염용 염화칼슘 대체재로서 염화마그네슘의 사용성에 대한 연구

이병덕,공유석,김진환 한국도로학회 2016 한국도로학회 학술발표회 논문집 Vol.2016 No.06

현재 국내의 대부분 도로관리 기관의 동절기 도로 유지관리용 제설제 살포 방식은 습염식(Pre-wetted) 을 적용하고 있다. 습염은 고체 소금에 염화칼슘 30% 용액(중량비 7:3)을 섞어서 살포하는 방식이다. 그 러나 염화칼슘은 대부분 외국에서 수입에 의존하므로 소금에 비해 가격이 비싸고 수급이 어렵다. 특히 폭 설 등으로 인해 예측한 수요량 보다 사용량이 많아지면 수급의 어려움, 가격의 급등 등이 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 습염용 제설제 다양화를 통한 공급 안정성 및 경제성을 제고하고자 염화마그네 슘에 대한 융빙성능, 강재부식성, 용해시간 시험을 실시하여 사용성을 검토하였다. -5℃에서 실시한 염화칼슘 대비 염화마그네슘의 융빙성능은 고상의 경우 10분에서는 유사한 성능을 나 타내었으나 30, 60, 90분에서는 염화칼슘에 비해 더 많은 량의 얼음을 녹이는 것으로 나타났다. 염화칼 슘 습염(중량비, 고체 소금 70% + 농도 30%의 액상 염화칼슘 30%) 대비 염화마그네슘 습염(중량비, 고 체 소금 70% + 농도 22%의 액상 염화마그네슘 30%)의 융빙성능은 10분에서는 유사한 성능을 나타내었 으나 30, 60, 90분에서는 더 많은 량의 얼음을 녹이는 것으로 나타나 사용성에는 문제가 없는 것으로 나 타났다. -12℃에서 실시한 고체의 경우, 30, 60, 90분에서 염화칼슘과 염화마그네슘의 융빙성능은 유사 한 경향을 보였으나, 10분에서의 융빙성능은 염화칼슘이 염화마그네슘의 약 1.7배로 나타났고, 습염의 경우는 -5℃와 유사한 융빙성능의 경향을 보이는 것으로 나타나 습염용 재료로 사용성 및 융설효과에는 문제가 없는 것으로 나타났다. 강재부식성은 염화칼슘 습염 대비 염화마그네슘 습염의 부식량이 1주에서 68%, 2주에서 55%인 것으로 나타났고, 부식량은 염화칼슘 > 소금 > 염화칼슘 습염 > 염화마그네슘 습 염 > 염화마그네슘 순서로 크게 나타났다. 15℃ 용액에서 염화마그네슘의 용해시간은 염화칼슘에 비해 1.34배 가량 더 소요되는 것으로 나타나 동절기 교반수 온도를 고려하여 염화칼슘 보다 교반시간이 1.5~2배 정도 더 필요할 것으로 나타났다. 검토 결과 습염용 염화마그네슘 용액은 강재부식 저감 효과가 있을 수 있고, 융설효과 측면에서는 염화 칼슘 습염과 유사한 성능으로 염화칼슘 대체재로 사용할 수 있다고 판단된다. 다만 용해도가 염화마그네 슘(0℃에서 52.9, 10℃에서 53.6)은 염화칼슘(0℃에서 59.5, 10℃에서 64.7) 보다 낮고 용해시간이 더 소 요되므로 용액화하는 교반시간이 더 필요하다.