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문제 정의
- 본 연구는 국내에서는 처음으로 아스팔트 활주로상에 그루빙을 실시하기 위하여 건식 및 습식 방법에 대하여 검토하였다. 검토한 결과 습식은 슬러지의 처리량이 너무 많이 발생하여 처리가 곤란하고 처리비용도 고가이기 때문에 건식 그루빙 방법에 대하여 검토하였다.
- 미세조직은 느린 속도로 운항중인 항공기의 마찰 저항을 제공해주고 매크로조직은 빠른 속도로 운 항중인 항공기의 마찰저항을 제공해준다. 또한 항공기가 착륙하거나 이륙할 때 적절한 마찰 저항 을 제공해 준다.
제안 방법
- 본 연구는 국내에서는 처음으로 아스팔트 활주로상에 그루빙을 실시하기 위하여 건식 및 습식 방법에 대하여 검토하였다. 검토한 결과 습식은 슬러지의 처리량이 너무 많이 발생하여 처리가 곤란하고 처리비용도 고가이기 때문에 건식 그루빙 방법에 대하여 검토하였다.
- 그러나 건식 그루빙 시공시 톱날의 마찰로 열이 발생하여 아스팔트 활주로 포장에 변형이 발생할 것이라는 우려가 제기되었다. 변형에 대한 문제에 대해 활주로 포장체에 깊이별로 온도 센서를 매설한 후 그루빙 시공시 센서의 온도변화를 계측하여 건식 그루빙공법의 타당성을 검증하였다. 또한 그루빙 시공 전과 그루빙 시공 후 물을 살수하여 각각의 마찰저항과 수심을 측정, 활주로의 마찰저항성 향상과 수막현상의 감소 효과를 비교 분석하였다.
- 변형에 대한 문제에 대해 활주로 포장체에 깊이별로 온도 센서를 매설한 후 그루빙 시공시 센서의 온도변화를 계측하여 건식 그루빙공법의 타당성을 검증하였다. 또한 그루빙 시공 전과 그루빙 시공 후 물을 살수하여 각각의 마찰저항과 수심을 측정, 활주로의 마찰저항성 향상과 수막현상의 감소 효과를 비교 분석하였다.
- 그러나 외국의 경우 그루빙 날의 소모와 작업시 커터 날에서 발생하는 열을 식히기 위해서 습식을 주로 사용하고 있는 것으로 알려져 왔다. 하지만 국내의 경우 습식장비 도입에 따른 경비의 발생, 메이커 선정 등의 문제로 인하여 경비 절감과 국내 기술 발전 및 축척을 위하여 국내 기술진에 의해서 제작된 건식 그루빙 장비(배쳐형, 절삭폭 0.52m, 그루빙 깊이 0.6mm)를 사용하여 영종도 국제 공항의 A-2구간에서 건식 그루빙을 실시하였다. 그림 4는 현장시험에 사용한 건식 그루빙 장비이다.
- 그루빙 시공시 발생하는 열로 인한 포장체의 온도상승을 알아보기 위해 포장체 내부에 온도센서를 매설하여 건식 그루빙 시공시 포장체의 온 도변화를 계측하였다. 현장시험에 앞서 포장체의 온도변화를 알아보기 위해 온도센서를 표면에서 10mm, 22mm, 32mm, 43mm 깊이에 매설하고 오후 2시와 오후 8시 2회에 걸쳐 포장체의 온도변화를 계측하였다.
- 그루빙 시공시 발생하는 열로 인한 포장체의 온도상승을 알아보기 위해 포장체 내부에 온도센서를 매설하여 건식 그루빙 시공시 포장체의 온 도변화를 계측하였다. 현장시험에 앞서 포장체의 온도변화를 알아보기 위해 온도센서를 표면에서 10mm, 22mm, 32mm, 43mm 깊이에 매설하고 오후 2시와 오후 8시 2회에 걸쳐 포장체의 온도변화를 계측하였다. 표 1은 포장체의 온도변화를 계측한 결과이다.
- 그루빙 시공으로 발생하는 열로 인한 온도상승 을 계측하기 위해서 이번에는 온도센서를 표면에서 8mm, 10mm, 12mm, 14mm, 16mm 깊이에 각각 센서를 매설하고 포장체의 온도를 계측하였다 (그림 6. 그림 7참조). 표 2는 그루빙 작업시 포장체의 온도변화를 측정한 결과이다.
- 그루빙 시공의 유 . 무에 따라 마찰계수와 수심의 변화를 측정하여 마찰저항성 향상과 수막현상 감소효과를 알아보았다. 시험은 활주로에 살수차를 사용하여 물을 살수한 후 뮤(Mu)미터와 수심 측정기를 사용하여 마찰계수와 수심을 측정하였다.
- 무에 따라 마찰계수와 수심의 변화를 측정하여 마찰저항성 향상과 수막현상 감소효과를 알아보았다. 시험은 활주로에 살수차를 사용하여 물을 살수한 후 뮤(Mu)미터와 수심 측정기를 사용하여 마찰계수와 수심을 측정하였다. 시험결과는 표 3에 정리하였다.
- 하중으로 인한 그루빙의 유지상태를 측정하기 위해 그루빙이 시공된 포장체를 활주로로부터 절삭 채취하여 실내에서 휠트래킹 시험을 실시하였다. 차륜하중은 그루빙이 생긴 직각방향로 바퀴를 위치하여 동적 안정도를 측정하였다(그림 8참조).
- 하중으로 인한 그루빙의 유지상태를 측정하기 위해 그루빙이 시공된 포장체를 활주로로부터 절삭 채취하여 실내에서 휠트래킹 시험을 실시하였다. 차륜하중은 그루빙이 생긴 직각방향로 바퀴를 위치하여 동적 안정도를 측정하였다(그림 8참조). 시험은 60℃에서 실시하였으며 100회 주행마다 그루빙의 깊이변화를 측정하여 그루빙이 완전히 없어질 때까지 주행을 계속 하였으며 그때의 주행 횟수를 기록하였다.
- 차륜하중은 그루빙이 생긴 직각방향로 바퀴를 위치하여 동적 안정도를 측정하였다(그림 8참조). 시험은 60℃에서 실시하였으며 100회 주행마다 그루빙의 깊이변화를 측정하여 그루빙이 완전히 없어질 때까지 주행을 계속 하였으며 그때의 주행 횟수를 기록하였다.
성능/효과
- 이러한 많은 연구 수행 결과 활주로에 그루빙을 시공함으로서 노면의 마찰저항이 개량되고, 포장표면의 배수효과가 좋아져 같은 강우량(降雨量)에서도 그루빙이 없을 때와 비교하여 노면 수심이 상당히 낮아져 수막현상에 대한 큰 효과를 발휘하였다. 또한 타이어와 노면사이에 물이 빠져나가는 길이 생겨 타이어와 활주로 노면이 직접 접촉하는 면적이 커지는 효과로 인하여 포장표면 의 마찰계수가 증가하여 활주로의 마찰저항성을 증가시켰다.
- 이러한 많은 연구 수행 결과 활주로에 그루빙을 시공함으로서 노면의 마찰저항이 개량되고, 포장표면의 배수효과가 좋아져 같은 강우량(降雨量)에서도 그루빙이 없을 때와 비교하여 노면 수심이 상당히 낮아져 수막현상에 대한 큰 효과를 발휘하였다. 또한 타이어와 노면사이에 물이 빠져나가는 길이 생겨 타이어와 활주로 노면이 직접 접촉하는 면적이 커지는 효과로 인하여 포장표면 의 마찰계수가 증가하여 활주로의 마찰저항성을 증가시켰다.
- A-2 구간의 활주로 포장에는 AP-5의 아스팔트를 사용하였으며, 활주로 포장 표면은 그루빙 공사 실시에 영향을 끼칠만한 균열은 거의 없었다. 포장 표면의 구배는 최소구배 1%, 최대구배 2%, 평균구배 1.5%이며, 평탄성에 대해서는 3m프로화 일미터로 측정한 결과 최대의 凹凸이 17mm, 평균 4.8mm였다(그림 5 참조).
- 이 온도 계측결과는 국내 일부지역에서 수집한 대기온도와 포장표면 온도와의 관계를 통계분석을 통하여 예측한 관계 식(식 1)과 일치하는 경향을 보이고 있다.(1) 계측 결과에 의하면 표면 하 20mm~50mm 사이에서 포장 온도가 가장 높은 온도로 나타나고 있다.
- 그루빙 시공전과 그루빙 시공 후에 마찰계수와 수심을 측정한 결과, 그림 10에서 알 수 있듯이 마찰계수는 그루빙 시공 전에 비하여 0.06~0.18 정도 증가하였으며, 전 구간에 걸쳐 마찰계수가 일정하게 나타나는 특징을 보여주었다. 수심측정 결과에서도 그루빙 시공 후에는 물이 고이지 않는 것으로 나타나 그루빙으로 인한 마찰저항의 향상은 물론 수막현상의 감소로 인해 공항 활주로의 안전에 크게 기여할 수 있을 것으로 예측을 할 수 있다.
- 18 정도 증가하였으며, 전 구간에 걸쳐 마찰계수가 일정하게 나타나는 특징을 보여주었다. 수심측정 결과에서도 그루빙 시공 후에는 물이 고이지 않는 것으로 나타나 그루빙으로 인한 마찰저항의 향상은 물론 수막현상의 감소로 인해 공항 활주로의 안전에 크게 기여할 수 있을 것으로 예측을 할 수 있다.
- 그루빙 시공을 실시한 포장체를 절삭하여 실내에서 휠트래킹시험을 실시한 결과 동적안정도는 526mm/회로 그루빙시공을 하지 않은 경우와 비슷하였으며 그루빙으로 인한 소성변형의 영향은 없는 것으로 나타났다. 또한 0.
- (1) 건식 그루빙 시공시 발생하는 열로 인한 포장체의 온도를 계측한 결과 포장체의 변형을 발생시킬만한 온도변화가 발생하지 않았다.
- (2) 그루빙 시공 후 활주로의 마찰계수는 증가하고 수심은 낮아져 항공기의 이 . 착륙시 안전 운항에 큰 도움이 될 것으로 평가된다,
후속연구
- (3) 휠 트래킹 시험결과에서 알 수 있듯이 그루빙의 홈은 항공기의 운행이 계속될수록 깊이가 낮아지고 변형이 발생하게 되므로 여름철의 포장온도 상승을 예측하여 고온 특성을 고려한 배합설계가 필요할 것으로 판단된다.
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