[논문]융설시스템을 이용한 조립식 보도포장 기술 개발

박경모; 이정욱; 김창덕

doi:10.6106/kjcem.2015.16.6.136

문제 정의

따라서 본 연구에서는 열선의 열이 보도블록 상부로 효율적으로 전달되도록 함으로써 지반으로 손실되는 열을 최소화하고 충격에 따른 열선의 손상 방지, 시공 및 유지관리 시 공정을 단순화하여 공기를 줄이고 원가를 절감할 수 있는 블록형 보도포장 기술을 개발하고 이를 현장 적용 및 성능시험을 통해 블록형 보도포장 기술에 대한 검증을 실시하였으며 본 연구 결과를 정리하면 다음과 같다.
따라서 본 연구에서는 열선의 열이 보도블록 상부로 효율적으로 전달되도록 함으로써 지반으로 손실되는 열을 최소화하고, 충격에 따른 열선의 손상 방지, 시공 및 유지관리 시 공정을 단순화하여 공기를 줄이고 원가를 절감할 수 있는 블록형 보도포장 기술을 개발하고자 한다. 또한 개발된 기술을 현장 적용 및 성능시험을 통해 기술에 대한 검증을 하고자 한다.
이처럼 융설시스템을 기반으로 하는 다양한 연구가 진행되었으나 대부분 신재생에너지를 기반으로 도로에 적용한 연구가 주를 이루고 있으며 보행자를 위한 융설시스템 개발과 보행자 도로에 적용한 사례는 부족하였다. 따라서 본 연구에서는 융설시스템을 이용한 조립식 보도포장 기술을 개발하여 현장 적용 및 성능시험 평가를 통해 본 연구에서 제안하는 기술에 대해 검증을 하고자 한다.
따라서 본 연구에서는 열선의 열이 보도블록 상부로 효율적으로 전달되도록 함으로써 지반으로 손실되는 열을 최소화하고, 충격에 따른 열선의 손상 방지, 시공 및 유지관리 시 공정을 단순화하여 공기를 줄이고 원가를 절감할 수 있는 블록형 보도포장 기술을 개발하고자 한다. 또한 개발된 기술을 현장 적용 및 성능시험을 통해 기술에 대한 검증을 하고자 한다. 본 연구를 통해 개발된 기술을 통해 겨울철 보행자 낙상방지를 통해 국민안전 확보 및 화학제설제 또는 친환경제설제 사용 억제를 통해 환경오염을 방지할 수 있을 것으로 기대한다.
(2) 설해에 대한 피해 현황 및 문제점 분석을 통해 본 연구에서 제안하는 기술과 기존 융설시스템과의 차별성에 대해 분석하였다. 또한 조립식 보도포장 융설시스템의 구조도 및 시공방법 등에 대해 제시하였다. (3) 조립식 보도포장 융설시스템을 현장 적용 및 성능시험 평가를 통해 본 연구에서 제안하는 기술에 대해 검증을 하였다.
본 기술에 따른 시제품 설치 후 단위 시간당 노면 온도 변화를 기존 제품과 비교 측정함으로써 본 연구에서 제안한 보도포장 기술의 성능을 평가하고자 하였다. 시범 적용 현장은 경기도 용인시 A주민센타 진입로에 설치하였으며 현장 적용 개요는 다음과 같다(Table 5).

제안 방법

(1) 융설시스템에 관한 기존 연구를 검토하여 조립식 보도포장 기술에 대해 정의하였다. (2) 설해에 대한 피해 현황 및 문제점 분석을 통해 본 연구에서 제안하는 기술과 기존 융설시스템과의 차별성에 대해 분석하였다. 또한 조립식 보도포장 융설시스템의 구조도 및 시공방법 등에 대해 제시하였다.
또한 조립식 보도포장 융설시스템의 구조도 및 시공방법 등에 대해 제시하였다. (3) 조립식 보도포장 융설시스템을 현장 적용 및 성능시험 평가를 통해 본 연구에서 제안하는 기술에 대해 검증을 하였다.
또한 홈부의 둘레는 빗면을 갖으며 완충판은 EPDA(Ethylene Propylene Dimer Monomer)재질로 이루어진다. 그리고 이웃하는 열선 삽입홈의 단부 및 이웃하는 다른 열선 삽임홈의 단부는 곡선형 삽입홈을 통해 연결되고, 상부 블록은 열선에서 발열되는 열이 상부로 원활하게 전달되도록 20~30mm의 두께로 설계하였다.
기존시스템과의 전력사용량과 단가를 비교하여 에너지 성능을 분석하였다(Table 9).
셋째, 조립식 보도블록 기술의 성능을 평가하기 위해 A건설자재시험연구원에 품질시험을 의뢰하였으며 기존 융설시스템보다 휨강도는 KS기준보다 약 5배, 흡수율은 7~10배의 성능이 향상된 것으로 분석되었다. 또한 경기도용인시에 기존 융설시스템과 조립식 보도블록 기술을 적용 하였으며 단위 시간당 노면 온도 변화를 비교 분석하였다. 분석 결과 기존 융설시스템은 노면의 온도가 영상으로 올라가는데 평균 180분이 소요되며 240분 정도 경과 후 조립식 보도포장 기술과 비슷한 온도를 유지할 수 있는 것으로 분석되었다.
시범 적용한 구간은 측정 당시 11㎝의 강설량을 기록 하였으며, 설치 전 구간과 설치 후 구간을 비교해 보면 확연한 차이를 비교할 수 있다. 또한 기존 제품과의 단위 시간당 노면 온도 변화를 4회에 걸쳐 측정하였다(Table 7).
본 연구에서 제안한 조립식 보도포장 기술은 동절기 강설 등으로 보행용 도로 노면에 쌓이는 눈을 제설·융해하고 2차적으로 발생하는 결빙 현상을 사전 예방함으로써 보행자의 미끄러짐에 의한 낙상을 방지하고, 상·하부 보도블록 사이에 완층판을 적층하는 3층 완충구조로 구성되어 보행 시 보행자의 다리 관절에 가해지는 충격을 완화시켜 줌으로써 동절기 안전사고에 따른 재해를 예방이 가능하다.
현장 설치한 곳은 주변 건축물에 의해 햇빛이 들지 않고 경사지로 되어 있어 겨울철 폭설 시 낙상사고가 빈번히 발생되어 민원이 지속적으로 발생되는 곳이다. 시험방법은 낙상사고가 빈번히 일어나는 곳에 본 연구에서 제안하는 조립식 보도포장 기술과 기존 개발된 융설시스템¹⁾을 설치 후 총 4회에 걸쳐 단위 시간당 노면 온도의 변화를 비교 분석하였다(Table 6).
(2015)는 고속도로의 제설을 위해 많은 양의 제설재가 사용되고 있는데 이는 인프라 및 환경에 심각한 영향을 주고 있다고 분석하였다. 이에 2011년부터 2014년까지 최근 3년간 현장의 유지 보수 실태 및 눈이 녹는 성능 데이터 등을 분석하여 소금 응용 프로그램 개발하였으며 겨울철 도로 제설을 위한 최적의 염분 살포량을 제시하였다.
첫째, 이러한 필요성을 기반으로 조립식 보도포장 융설시스템은 열선이 구비된 보도블록을 기본 원리로 하고 있으며 충격을 흡수할 수 있는 소재를 적용한 상판 및 하판 그리고 열선으로 구성된 보도블록 기술을 제안하였다.

대상 데이터

본 기술에 따른 시제품 설치 후 단위 시간당 노면 온도 변화를 기존 제품과 비교 측정함으로써 본 연구에서 제안한 보도포장 기술의 성능을 평가하고자 하였다. 시범 적용 현장은 경기도 용인시 A주민센타 진입로에 설치하였으며 현장 적용 개요는 다음과 같다(Table 5).
현장 적용 전 조립식 보도포장 기술의 품질 및 성능(치수, 휨강도, 흡수율)에 대한 성능 시험을 위해 2013년 3월 A건설자재시험연구원에 품질시험을 의뢰하였다. 시험방법은 KS F4419(보도차용 콘크리트 인터로킹 블록)를 적용하였으며 총 3회에 걸쳐 시험을 하였고 결과는 아래와 같다(Table 4).

이론/모형

기존 융설시스템과의 성능 비교를 위해 유지관리, 내구성, 에너지 효율분야를 중심으로 비교 분석하였으며, 성능 기준은 KS(Korean Industrial Standard)를 적용하여 실험하였다(Table 8).
현장 적용 전 조립식 보도포장 기술의 품질 및 성능(치수, 휨강도, 흡수율)에 대한 성능 시험을 위해 2013년 3월 A건설자재시험연구원에 품질시험을 의뢰하였다. 시험방법은 KS F4419(보도차용 콘크리트 인터로킹 블록)를 적용하였으며 총 3회에 걸쳐 시험을 하였고 결과는 아래와 같다(Table 4).

성능/효과

반면 기존 융설시스템은 적설 대응능력에 필요한 시간은 약 4시간 정도 소요되며 휨강도 및 흡수율은 KS 기준을 충족하나 본 연구에서 제안하는 시스템의 기준에는 못 미치고 있다. 그리고 열전도율 및 에너지 효율 그리고 유지관리 관련 항목에서도 성능이 부족한 것으로 분석되었다.
넷째, 기존 융설시스템의 전략 사용량은 예열 시간이 4시간에 달하며 사용 전력은 350~400W를 사용하고 있으며, 반면 본 연구에서 제안한 시스템은 평균 예열시간은 20~30분 내외이며 사용되는 평균 전력은 200~220W로 약 15만원의 전기료를 절약할 수 있다.
넷째, 하부 블록과 완충판의 홈부 둘레를 빗면으로 형성하여 하중을 분산시켜 과도한 하중에 의한 파손을 방지하여 보도블록 수선주기를 연장시킬 수 있다.
단위 시간당 노면 온도 변화에 대해 기존 제품과 비교 분석한 결과, 기존 제품은 열선이 가열된 후 노면의 온도가 영상으로 올라가는데 까지 걸리는 평균 시간은 180분이며 240분 정도 경과가 되어야 조립식 보도포장 기술과 비슷한 온도를 유지할 수 있는 것으로 분석되었다. 하지만 본 연구에서 개발한 보도포장 기술은 가열된 후 10분경과 후부터 노면의 온도가 영상으로 올라가기 시작하며 30분경과 후에는 노면의 평균 온도를 3.
이처럼 조립식 보도블록 기술 개발을 통해 첫째, 재해 예방 기술 보급 가능, 보도전용 융설시스템 내구성 증대, 친환경 제설·융설 기술에 따른 친환경적인 효과 그리고 보도전용 기술의 시공성 향상을 통해 기술적 파급 효과를 가져올 수 있다. 둘째, 기술의 경제성, 기술의 안전성 그리고 유지관리 편의성에 의한 현장 적용성 증가 효과를 가져올 수 있다. 본 연구를 통해 개발된 기술은 겨울철 보행자 낙상방지를 통한 국민안전 확보 및 화학제설제 또는 친환경제설제 사용 억제를 통한 환경오염을 방지할 수 있을 것으로 기대한다.
둘째, 상부 블록과 하부 블록 사이에 완충판을 적층하여 상부 블록과 하부 블록 사이의 충격에 의한 파손을 방지하며 보행자에게 가해지는 충격을 완화할 수 있다.
둘째, 조립식 보도포장 기술의 시공방법은 기초지반 다짐 및 평탄화 작업, 모래를 도포하고 제어판 설치, 하부 블록 및 완충판 설치, 히팅케이블 설치 및 제어판 설치 그리고 상부블록을 설치하게 된다. 이처럼 간편한 시공방법을 통해 공기 및 원가절감이 가능하고 유지관리 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
성능 시험 평가결과 휨강도는 KS기준보다 약 5배 정도 성능이 향상되었고, 흡수율은 7~10배 정도 성능이 우수한 것으로 확인되었다. 따라서 본 연구에서 제안한 시스템의 내구성은 기존 제품에 비해 월등히 높은 것으로 평가할 수 있으며 이는 제품 수명 향상 및 보행자 안전에 효율적이라고 분석되었다.
또한 열전도율 및 에너지 효율 그리고 유지관리 관련에서도 기존 제품보다 좋은 성능을 유지하고 있다. 반면 기존 융설시스템은 적설 대응능력에 필요한 시간은 약 4시간 정도 소요되며 휨강도 및 흡수율은 KS 기준을 충족하나 본 연구에서 제안하는 시스템의 기준에는 못 미치고 있다. 그리고 열전도율 및 에너지 효율 그리고 유지관리 관련 항목에서도 성능이 부족한 것으로 분석되었다.
본 시스템은 염수 및 염화칼슘을 사용하지 않고 눈을 녹일수 있어 100%친환경과, 40%의 저탄소 운용이 가능하며 고령화 사회로 접어든 지금 노인 및 아동의 낙상사고 예방이 가능하다.
또한 경기도용인시에 기존 융설시스템과 조립식 보도블록 기술을 적용 하였으며 단위 시간당 노면 온도 변화를 비교 분석하였다. 분석 결과 기존 융설시스템은 노면의 온도가 영상으로 올라가는데 평균 180분이 소요되며 240분 정도 경과 후 조립식 보도포장 기술과 비슷한 온도를 유지할 수 있는 것으로 분석되었다. 하지만 본 연구에서 제안한 시스템은 가열 후 10분 경과 후 노면 온도가 영상으로 올라갔으며 30분 경과 후 노면 평균 온도는 3.
분석 결과 본 연구에서 제안하는 조립식 보도포장 기술은 적설대응에 필요한 시간은 약 20~30분 이내이며 휨강도 및 흡수율은 KS 기준을 상회하고 있다. 또한 열전도율 및 에너지 효율 그리고 유지관리 관련에서도 기존 제품보다 좋은 성능을 유지하고 있다.
성능 시험 평가결과 휨강도는 KS기준보다 약 5배 정도 성능이 향상되었고, 흡수율은 7~10배 정도 성능이 우수한 것으로 확인되었다. 따라서 본 연구에서 제안한 시스템의 내구성은 기존 제품에 비해 월등히 높은 것으로 평가할 수 있으며 이는 제품 수명 향상 및 보행자 안전에 효율적이라고 분석되었다.
셋째, 상부 블록의 상부면으로 열이 효율적으로 전달되도록 하여 제빙 효율을 높일 수 있다.
셋째, 조립식 보도블록 기술의 성능을 평가하기 위해 A건설자재시험연구원에 품질시험을 의뢰하였으며 기존 융설시스템보다 휨강도는 KS기준보다 약 5배, 흡수율은 7~10배의 성능이 향상된 것으로 분석되었다. 또한 경기도용인시에 기존 융설시스템과 조립식 보도블록 기술을 적용 하였으며 단위 시간당 노면 온도 변화를 비교 분석하였다.
(2011)과 Wu(2013)는 기존 제설재 사용으로 인해 도로의 부식 및 환경에 부정적 영향을 주었다. 이에 비 염화물 및 친환경 재료로 만든 친환경 제설재 개발을 통해 고속도로의 부식 방지 및 환경 피해를 최소화 시킬 수 있는 친환경 제설재를 개발하고 현장 검증을 통해 안정성을 확인하였다. Hossain et al.
이처럼 조립식 보도블록 기술 개발을 통해 첫째, 재해 예방 기술 보급 가능, 보도전용 융설시스템 내구성 증대, 친환경 제설·융설 기술에 따른 친환경적인 효과 그리고 보도전용 기술의 시공성 향상을 통해 기술적 파급 효과를 가져올 수 있다.
적설 시 대응능력을 분석한 결과 기존 시스템은 평균 예열시간이 4시간에 달하며 사용되는 전력은 350~400W로 분석되었으며 적설 대응에 필요한 평균 시간을 15시간으로 본다면 사용전력 비용은 약 60만원 정도 소요된다. 반면 조립식 보도포장 기술은 평균 예열시간은 20~30분 이내이며 이때 사용되는 전력은 200~220W로 분석되었다.
첫째, 기초지반 다짐 및 평탄 작업에서는 원지반의 조성 최대 건조 밀도의 90%이상 다짐 실시 및 보조기층 포설 최대건조밀도 95%이상 다짐을 실시한다. 그리고 모래를 도포하고 제어판을 설치하게 된다.
첫째, 지면에 설치되는 하부 블록의 상면에 형성된 홈부에 완충판의 홈부 및 상부 블록의 돌출부를 순차로 삽입하여 적층 결합함으로써 조립을 용이하게 할 수 있다.
단위 시간당 노면 온도 변화에 대해 기존 제품과 비교 분석한 결과, 기존 제품은 열선이 가열된 후 노면의 온도가 영상으로 올라가는데 까지 걸리는 평균 시간은 180분이며 240분 정도 경과가 되어야 조립식 보도포장 기술과 비슷한 온도를 유지할 수 있는 것으로 분석되었다. 하지만 본 연구에서 개발한 보도포장 기술은 가열된 후 10분경과 후부터 노면의 온도가 영상으로 올라가기 시작하며 30분경과 후에는 노면의 평균 온도를 3.5℃를 유지하고 있는 것으로 분석되었다.
분석 결과 기존 융설시스템은 노면의 온도가 영상으로 올라가는데 평균 180분이 소요되며 240분 정도 경과 후 조립식 보도포장 기술과 비슷한 온도를 유지할 수 있는 것으로 분석되었다. 하지만 본 연구에서 제안한 시스템은 가열 후 10분 경과 후 노면 온도가 영상으로 올라갔으며 30분 경과 후 노면 평균 온도는 3.5℃를 유지하고 있는 것으로 분석되었다.
현장 설치 전 2012년 12월 15일 개발된 제품의 성능검사를 위해 경기도 수지구에 위치한 공장에서 현장시험을 실시하였으며 그 결과, 10분경과 후 제설이 가능해지며 30분경과 후부터 노면 눈 제거가 가능하다는 것을 확인하였다(Table 3).

후속연구

둘째, 기술의 경제성, 기술의 안전성 그리고 유지관리 편의성에 의한 현장 적용성 증가 효과를 가져올 수 있다. 본 연구를 통해 개발된 기술은 겨울철 보행자 낙상방지를 통한 국민안전 확보 및 화학제설제 또는 친환경제설제 사용 억제를 통한 환경오염을 방지할 수 있을 것으로 기대한다. 향후 에너지 절약을 위한 친환경적이고 안전한 융설시스템 그리고 에너지를 자동 제어할 수 있는 안전장치 개발에 관한 연구를 지속적으로 수행하고자 한다.
또한 개발된 기술을 현장 적용 및 성능시험을 통해 기술에 대한 검증을 하고자 한다. 본 연구를 통해 개발된 기술을 통해 겨울철 보행자 낙상방지를 통해 국민안전 확보 및 화학제설제 또는 친환경제설제 사용 억제를 통해 환경오염을 방지할 수 있을 것으로 기대한다.
본 연구를 통해 개발된 기술은 겨울철 보행자 낙상방지를 통한 국민안전 확보 및 화학제설제 또는 친환경제설제 사용 억제를 통한 환경오염을 방지할 수 있을 것으로 기대한다. 향후 에너지 절약을 위한 친환경적이고 안전한 융설시스템 그리고 에너지를 자동 제어할 수 있는 안전장치 개발에 관한 연구를 지속적으로 수행하고자 한다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	글로벌녹색성장연구소는 어떤 목적으로 설림되었는가?	2014). 또한 세계 각 국은 지속가능하면서 환경오염 유발을 방지하는 발전모델을 추구하고 있으며, 대한민국 정부도 개도국 녹색성장 지원을 위해 글로벌녹색성장연구소(Global Green Growth Institute)설립을 통한 녹색성장 노력에 동참하고 있다.
	자연재해에 대한 대책이 법제화된 예는?	또한 대한민국 정부는 지구 온난화로 인한 기상이변 중 태풍·홍수 등으로 인해 생기는 자연재해로부터 국민의 생명과 신체를 보호기 위한 자연재해대책법을 1995년 12월 제정하였고, 2012년 4월에는 설해에 관한 법이 개정됨으로써 자연재해의 예방 및 복구에 관한 정부의 노력과 국민의 제설책임에 대해 법제화 하였다(Countermeasures against natural disasters act 2014). 해외 선진국에서는 2000년 자연재해대책법을 일부 개정함으로써 차도 중심의 융설시스템에서 인권위주의 보행자 전용시스템으로 확대 적용하고 있으나, 국내에는 2006년 선진국형 융설시스템이 도입되어 도로 부문에 일부 시공(Choi and Hwang 2012) 되었지만 여러 가지 문제점들로 인해 설해에 대한 적절한 대응책으로 사용되지 못하고 있는 실정이며 융설시스템을 보행자 도로에 설치하여 보행자 낙상방지 및 환경오염 방지를 위한 사례는 전무하다.
	기존의 보도블록에 적용되는 융설 방법의 단점을 보완하기 위해 실행되는 방법은?	하지만 기존의 보도블록은 표면이 비교적 매끄러워 겨울철 눈이 쌓이거나 결빙된 경우 보행자가 미끄러져 상해를 입을 수 있는 문제가 있다. 이를 대비하기 위해 통상적으로 겨울철 보행자의 안전을 확보하기 위해 보도블록에 염화칼슘을 살포하여 제빙 작업을 하거나, 보도블록 하부에 열선을 설치하여 보도블록 상의 눈이나 결빙을 제거하고 있다. 그러나 염화칼슘을 사용하여 제설작업 시 기존 시설물 내구성에 영향을 주거나 환경오염을 일으키는 주요 원인이 되고 있으며, 종래의 보도블록 하부에 열선을 설치한 구조는 열선의 열이 상부의 보도블록으로 모두 전달되지 못하고 지면으로 흡수되어 버리고 열선이 보도블록과 지면 사이에 설치되기 때문에 열선이 손상되는 단점이 있었다.

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