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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 본 연구는 총 5년에 걸쳐 진행되는 국토해양부 연구 과제로 실행되었으며, 여러 종류의 발열체를 개발 및 평가하여 최종 발열체를 선정하고(심상현, 2007), 현장 적용성 평가를 위하여 시험시공을 실시하여 지속적인 추적조사를 통한 최종적인 융설 시스템의 성능 평가를 연구수행 하였다.
• 본 연구에서는 두 가닥형보다 상대적으로 고열량 발열이 가능한 한 가닥형 발열체를 선택하였다. 그림 1에서 A는 니켈크롬합금이 주로 쓰이며, 전기저항에 의해 발열을 하게 되어있다.
• 이런 화학적 합성물의 특징은 탄소 이중결합 집합(C=C) 구조를 갖는다. 본 연구에서는 발열체에서 발생하는 열에 대한 강도 및 변형 저항성이 우수하여야 하기 때문에 열 경화성수지를 개발하였다.(서재운, 2007).
• 전기 에너지 융설 시스템의 경우 고효율의 케이블 발열체를 매설하여 포장체의 온도를 눈이 녹을 수 있는 상온(0 ℃ 이상)을 유지하기 위한 목적이 있다. 이러한 케이블을 많이 사용하여 간격을 줄일 경우 단 시간에 고열을 발생시켜서 열효율 자체는 상승하지만 그에 따른 단가의 상승은 피할 수 없다.
• 최대온도 도달 시간이 늦어지면 많은 양의 눈과 결빙지역을 제빙해야 하므로 경제적인 손실과 안전사고의 위험에 노 출되기 쉽기 때문이다. 따라서 본 시험에서는 M.I Heating Cable을 이용한 융설 시스템의 발열체가 최대온도 도달하는 시간을 측정하고자 실시하였다.

제안 방법

• 특히 무기절연재 중 유리섬유를 사용하여 내부 열선의 움직임에 따른 열선 또는 금속 보호관 사이에 간격변화 및 케이블이 굽혔을 때에 변화를 전혀 일으키지 않고 내진동 특성이 뛰어난 Copper 혹은 알루미늄 Tube로 감싸도록 구성되었다.
• 소규모 시험시공은 동수원 IC 구 요금소 폐도에서 실시하였으며, 초기 강설에 대응하기 위하여 깊이 2cm에 케이블 만을 적용하였으며, 경제성을 고려하여 케이블 간격을 각각 10cm, 15cm로 시험을 수행하고 온도를 측정하였다.
• 매설 간격이 조밀한 10㎝ 간격이 15㎝ 간격에 비하여 온도 상승률이 더 좋음을 알 수 있다. 하지만 15㎝ 간격의 발열량도 10㎝ 간격의 발열량에 비하여 적지 않으며, 표면온도와 비교하여 볼 때, 15㎝ 간격도 충분한 융설 능력이 있다고 판단하여 2차 소규 모 시험시공에서는 케이블 간격을 15cm, 20cm, 25cm로 나누어 발열온도를 시험하였다.
• I Heating Cable을 융설 시스템에 적용하기에 충분하다는 결과를 도출하였다. 2차 시험시공을 통하여 케이블 간격 및 매설깊이를 다르게 하 고, 발열량의 효율을 증대시키기 위하여 단열제를 적용하여 중부고속도로 오창 IC 진출부 요금소 앞 콘크리트 도로에 시험시공을 실시하였다.
• 시험시공의 완료시기를 고려하였을 때 실질적인 강설 또는 강우의 환경을 기대하기는 어려운 시기였다. 표면온도와 대기온도가 가장 낮은 새벽시간대를 이용하여 양일 간 측정하였으며 그 결과 아래와 같은 결과를 도출하였다.
• 도로표면 및 대기온도가 영하에서도 충분한 발열량을 확보 할 수 있는 것으로 판단하여 춘천 톨게이트 하이패스 구간에 케이블의 간격은 25cm, 깊이 3cm로 적용하여 시 공하였다. 하이패스구간은 차량이 톨게이트로 진입 시 속도를 급격하게 줄이기 때문에 겨울철 제설 작업이 아주 필요한 구간이다.
• 그래서 시공이 완료된지 약 6개월이 지난 후 강원도 춘천지역에 폭설에 대한 예보가 있어 영하의 온도에 시스템 작동에 대한 평가를 위하여 추적조사를 실시하였다.
• 일반도로의 표면 온도가 영하 7℃일때 전기 에너지 융설 시스템을 가동 후 온도변화를 살펴 보았다. 20~30분까지는 급속하게 발열체의 온도가 증가하는 것을 볼 수 있 으며, 시간이 지남에 따라 최고 온도가 지속됨을 알 수 있다.
• 그래서 시공이 완료된지 약 6개월이 지난 후 강원도 춘천지역에 폭설에 대한 예보가 있어 영하의 온도에 시스템 작동에 대한 평가를 위하여 추적조사를 실시하였다. 또한 1~2 구간에는 케이블과 케이블 사이에 온도센서를 매설하였으며, 3구간에는 케이블 위에 온도센서를 매설하였다.
• 폭설 시 춘천 요금소의 일반차로와 융설 시스템이 설치된 하이패스 차로를 비교한 자료로서 융설 시스템의 융설 및 제빙능력을 평가할 수 있다.
• 시공 일자는 2010년 08월 27일부터 약 4일간 시공하였으며, 11월 중순 열화상 카메라를 사용하여 도로 표면의 온도를 측정하였다.
• 융설 시스템을 약 30분 가동 후 열화상 카메라를 이용하여 온도를 측정하였다. 측정 당시의 콘크리트의 표면온도가 영상 최저 5.
• 본 연구에서 수행한 융설 시스템 방식은 전기에너지를 사용하고 있다. M.
• ● 여러 산업분야에 걸쳐 사용되는 M.I Heating Cable 을 사용하여 안전성과 내구성을 확보하였다.
• ● 기존 포장체에 컷팅을 하여 발열체 케이블을 매설하는 방식으로 포장체의 내구성 저하를 미연에 방지하고, 환경오염에 문제점을 해결 가능한 전기에너지 융설 시스템 공법을 확보하였다.
• ● M.I Heating Cable의 외피는 알카리성에 대한 저항성이 우수하여야 하며, 계절 변화에 따른 포장체의 거동에 순응 할 수 있도록 HDPE(High Density Polyethylene)로 구성된 발열체를 사용하였다.
• 케이블 간격 사이의 표면온도를 Thermocouple을 사용하여 24시간동안 측정하였다. 매설 간격이 조밀한 10㎝ 간격이 15㎝ 간격에 비하여 온도 상승률이 더 좋음을 알 수 있다.

대상 데이터

• 본 연구는 사용되는 M.I Heating Cable은 도로표면에 적용되기에 시멘트 포장의 경우 강한 알카리성 성분과 계절 변화에 따른 수축팽창에 대한 저항성이 우수한 HDPE를 사용하였다.
• 또한 열전도율을 증대시키기 위해 아크릴수지에 산화철 및 알루미늄을 일정량 혼합하여 사용한다. 아크릴 수지의 주입 후 구배에 따른 흐름현상을 억제함과 동시에 주입 시 컷팅한 홈에 잘 쓰며들기 위해 점도가 약 350~450Cp의 아크릴 수지를 사용하였다.
• 09년 12월 29일 춘천 요금소의 하이패스 구간에 설치된 융설 시스템의 추적조사를 실시하였다. 시공 당시는 실질적으로 기온이 높았기 때문에 융설 시스템의 성능에 대 한 평가를 실시하기 어려운 실정이었다.

이론/모형

• 5차 시공은 강원도 북여주 IC 신설 고속도로 하이패스구간에 케이블 간격 20cm 를 적용하여 시공하였다. 시공방법은 춘천IC 전기 에너지 를 이용한 융설 시스템과 동일하게 적용하였다.

성능/효과

• 포장체의 표면온도와 대기온도의 경우 영하의 온도를 유지하여 노면결빙시의 온도를 유지했다고 판단되며, 이 때의 Cable이 매설된 각각의 Span의 온도는 5~15℃ 정도를 유지하는 것으로 나타나 충분히 융설 및 결빙 방지의 효과가 있을 것으로 예상된다.
• 1차 소규모 시험시공에서 M.I Heating Cable을 융설 시스템에 적용하기에 충분하다는 결과를 도출하였다. 2차 시험시공을 통하여 케이블 간격 및 매설깊이를 다르게 하 고, 발열량의 효율을 증대시키기 위하여 단열제를 적용하여 중부고속도로 오창 IC 진출부 요금소 앞 콘크리트 도로에 시험시공을 실시하였다.
• 하지만 세가지 span중 가장 간격이 넓은 25㎝ 간격의 3번 span의 경우도 충분히 융설 능력이 있는 것으로 판단되었다. 최종적으로 지역 특성을 고려하여 강원 및 산간지역처럼 온도가 많이 떨어지는 구간은 15cm 간격으로 매설하며, 일반 지역은 20cm~25cm 간격으로 매설하여도 충분한 융설 효과가 있는 것으로 판단된다.
• 본 연구에서 수행되어진 전기 에너지를 이용한 융설 시스템은 염화물계 융설제를 살포하는 방식에 비하여 기존 구조물의 손상을 미연에 방지하며, 2차적으로 유발되는 환경오염 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 시스템이다. 또한 기존 도로의 포장면을 파손시키지 않는 컷팅식 공법으로 재포장에의한 공사비 단가를 줄일 수 있고 그루빙 효과를 동시에 얻을 수 있다. 특히 전기 발열방식의 융설 시스템은 강설예보에 따른 즉각적인 대응이 가능한 공법이다.

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질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
염화물계 융설제를 살포하는 방식	기존 국내의 도로 융설에 주로 적용되고 있는 염화물계 융설제를 살포하는 방식의 문제점은?	기존 국내의 도로 융설에 주로 적용되고 있는 염화물계 융설제를 살포하는 방식은 환경오염을 야기할 뿐만 아니라 도로에 설치된 각종 구조물을 손상 시켜 구조물의 수명 을 단축시키는 문제를 유발하고 있다. 이러한 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 새로운 융설시스템의 개발은 중요하면서도 매우 시급한 과제이다.
전기발열방식의 융설 시스템	전기발열방식의 융설 시스템이 예기치 않은 폭설에 효과적으로 대처하기 위해서는 반드시 확보하여야할 필수적인 기술인 이유는?	이러한 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 새로운 융설시스템의 개발은 중요하면서도 매우 시급한 과제이다. 특히 전기발열방식의 융설 시스템은 환경오염 방지뿐만 아니라 포장과 구조물의 부식을 근본적으로 해결할 수 있으며 강설시 즉각적인 대응이 가능하기 때문에, 예기치 않은 폭설에 효과적으로 대처하기 위해서는 반드시 확보하여야할 필수적인 기술이다.
융설 시스템 또한 발열 체의 최대 온도에 도달하는 시간	급작스런 폭설에 대비하여 융설 시스템 또한 발열 체의 최대 온도에 도달하는 시간이 길지 않아야 하는 이유는?	이처럼 급작스런 폭설에 대비하여 융설 시스템 또한 발열 체의 최대 온도에 도달하는 시간이 길지 않아야 한다. 최대온도 도달 시간이 늦어지면 많은 양의 눈과 결빙지역을 제빙해야 하므로 경제적인 손실과 안전사고의 위험에 노 출되기 쉽기 때문이다. 따라서 본 시험에서는 M.

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