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유한요소해석을 통한 현장 가열 재활용 시공 장비의 가열판 용량에 따른 아스팔트 포장의 열전도성 평가
Finite Element Analysis of Heat Transfer Effects on Asphalt Pavement Heated by Pre-Heater Unit Used in Hot In-Place Recycling 원문보기

한국도로학회논문집 = International journal of highway engineering, v.18 no.2 = no.76, 2016년, pp.73 - 82  

이강훈 (한국건설기술연구원 도로연구소) ,  임진선 (삼우아이엠씨 기술연구소) ,  정규동 (한국건설기술연구원 도로연구소) ,  임정혁 (한국건설기술연구원 도로연구소) ,  권수안 (한국건설기술연구원 국가건설기준센터) ,  김용주 (한국건설기술연구원 도로연구소)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

PURPOSES: The national highways and expressways in Korea constitute a total length of 17,951 km. Of this total length of pavement, the asphalt pavement has significantly deteriorated, having been in service for over 10 years. Currently, hot in-place recycling (HIR) is used as the rehabilitation meth...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 현장 가열 재활용 아스팔트 포장의 시공 장비에서 가장 중요한 역할을 하는 가열판의 용량에 따른 아스팔트 포장의 열전도 효과를 유한요소해석과 모형실험을 통하여 최적의 가열판 용량을 제안하고자 한다.
  • 본 연구는 국내 현장 가열 재활용 아스팔트 포장 장비 개발을 위한 기초 연구로, 노후된 아스팔트 포장을 프리 히팅할 수 있는 가열판 제작을 위하여 가열판의 용량에 따른 아스팔트 포장의 열전도 효과를 유한요소해석과 모형실험을 실시하여 최적의 가열판 용량을 제안하고자 하며, 연구결과는 다음과 같다.
  • 본 연구에서는 현장 가열 재활용 아스팔트 시공 장비에서 프로히터에 설치된 가열기로 노후된 아스팔트 포장을 가열할 경우 가열판의 용량 및 시간에 따른 노후된 아스팔트 포장의 열전도성을 평가하고자 유한요소해석을 수행하였다.

가설 설정

  • 7과 같이, 아스팔트 포장의 열전도 해석을 위해 유한요소모형의 형상은 3차원으로 구성하였으며, 해석 모형의 형상은 가열판의 크기를 고려하여 넓이 4m 및 길이 7m로 선정하였다. 각 아스팔트 포장의 두께는 표층 50mm, 중간층 50mm, 아스팔트 기층 150mm, 보조기층 250mm, 노상 3,500mm로 가정하였다.
  • 본 연구에서 수행된 유한요소해석에서는 포장표면에 온도조건을 부여하여 가열판에서 발생하는 열이 복사, 대류 등을 통해 아스팔트 포장 표면에 전달된 것으로 가정하였으며, 바람과 같은 외부의 영향은 고려하지 않았다. Fig.
  • 초기조건으로 아스팔트 포장층의 온도를 15℃로 가정하였으며 아스팔트 포장의 표면에 300℃, 400℃, 500℃, 600℃, 700℃ 그리고 800℃의 온도를 10분동안 동일하게 가하여 온도변화를 분석하였다. 포장의 4방향 측면 및 노상 하부 밑면은 단열 경계조건으로 정의하여 열원의 출입이 없는 것으로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
일반국도의 경우 유지보수에 대한 요구가 급격하게 발생할 것을 예상하는 이유는 무엇인가? 일반적으로 도로포장의 공용수명을 아스팔트 포장의 경우 10년, 콘크리트 포장의 경우 20년으로 기대할 때, 고속도로에서 노후포장의 연장은 앞으로 급격하게 증가하게 될 것으로 예상된다. 일반국도의 경우에도 도로를 건설한지 30년 이상이 되는 도로 연장이 전체에 14% (1,570km)에 이르고 있어 유지보수에 대한 요구가 급격하게 발생할 것으로 예상되고 있다.
일반적으로 도로포장의 공용수명은 어떠한가? 일반적으로 도로포장의 공용수명을 아스팔트 포장의 경우 10년, 콘크리트 포장의 경우 20년으로 기대할 때, 고속도로에서 노후포장의 연장은 앞으로 급격하게 증가하게 될 것으로 예상된다. 일반국도의 경우에도 도로를 건설한지 30년 이상이 되는 도로 연장이 전체에 14% (1,570km)에 이르고 있어 유지보수에 대한 요구가 급격하게 발생할 것으로 예상되고 있다.
공용수명을 지나 지속적으로 유지 보수 해야하는데 그러기에는 어려운 상황이다. 그 이유는 무엇인가? 지속적으로 증가하고 있는 노후된 도로포장을 체계적으로 유지 보수해야 하지만 건설경기 침체 및 경제 위기감이 높아지면서 도로포장에 투자하는 유지보수 비용의 예산 확보가 어려운 상황이다.
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참고문헌 (4)

  1. Kim, Dae-Hun, Kim, Seung-Hoon, Kwon, Soo-Ahn, Kim, Yongjoo, Lee, Jaejun,(2015), Fundamental Study for Development of Pre-Heater for Warm In-Place Recycling in Korea, Journal of the Korean Society of Road Engineers 17(2), pp.31-37. 

  2. Li, H., Harvey, J., and Jones, D.,(2013), Multi dimensional transient temperature simulation and back-calculation for thermal properties of building materials, Building and Environment, Vol. 59, No. 1, pp. 501-516. 

  3. Ministry of Land, Infrastructure and Transportation, (2015), "Yearbook of Road Statistics", Korea. 

  4. Zhang, D., Ma, T., Huang, X., Chen, C., Gu, F., and Jin, J., (2011), "Heating Temperature Control for Hot In-Place Recycling of SMA Asphalt Pavement", Transportation Research Board 90th Annual Meeting. Washington, D.C. Paper DVD #11-1662. 

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