[논문]태양광 도로용 프리캐스트 콘크리트 블록 포장의 현장 적용과 계측

김봉균; 이병재; 김윤용

doi:10.11112/jksmi.2020.24.5.69

태양광 도로용 프리캐스트 콘크리트 블록 포장의 현장 적용과 계측
Field Application and Performance Measurements of Precast Concrete Blocks Developed for Paving Roadways Capable of Solar Power Generation 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.24 no.5, 2020년, pp.69 - 76

김봉균 (동산콘크리트산업(주) 기업부설연구소) , 이병재 (대전대학교 토목공학과) , 김윤용 (충남대학교 토목공학과)

초록
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지구온난화는 급격한 기후변화 및 자연재해를 발생시키고 있어 세계에서 가장 중요한 문제로 대두되고 있다. 이에 각국에서는 이산화탄소 배출 저감, 재생에너지 비중 확대 등의 정책을 대폭적으로 추진하면서 재생에너지에 관련된 연구가 활발히 진행되고 있다. 이중 태양광 발전은 기존의 도시 외곽의 유휴부지 뿐만 아니라 BIPV와 같이 도심지 내에 적용연구가 수행되고 있으며, 선진국에서는 도로에 태양광 발전을 적용하기 위한 실증시설 조성이 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 태양광 발전이 가능한 도로 건설을 위해, 태양광 패널과 프리캐스트 콘크리트 블록을 모듈화 하기 위한 구조요소 설계와 시험시공을 수행하였다. 시공 후 6개월간 현장 적용성 평가를 위하여 미끄럼 저항성 및 블록의 침하량과 단차를 측정하였다. 실험 결과 미끄럼 저항성은 국내 일반도로의 기준은 만족하였으나, 고속도로의 기준은 만족하지 못하는 것으로 나타났으며 시간이 경과함에 따라 미끄럼 저하성이 감소되는 경향을 나타내었다. 또한 블록의 침하량도 점차 미소하게 증가하는 경향을 보여 일부 단차가 발생하는 것으로 확인되었으나 도로의 허용 침하량을 고려하여 볼 때 매우 미소한 것으로 나타났다. 따라서 이후 일정기간 동안 추후 변화양상을 조사 분석함으로서 유지관리 기법의 확립이 요구된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Global warming is a very important problem as it causes rapid climate change and natural disasters. Therefore, researches related to renewable energy are being actively conducted while promoting policies such as reducing carbon dioxide emission and increasing the proportion of renewable energy. Solar power generation is being applied in urban areas like BIPV as well as existing idle areas outside the city. Therefore, in this study, precast concrete blocks developed for paving roadways capable of solar power generation were designed and constructed. For the evaluation of field applicability for 6 months, skid resistance and block settlement were measured. As a result of the experiment, it was found that skid resistance satisfies the standard of general roadway in Korea, but not the standard of highway. The skid resistance tended to decrease as time passed. In addition, the settlement of the block gradually increased slightly, but it is much smaller than the allowable settlement of the roadway. Therefore, it is necessary to establish a maintenance period and method based on the periodic measurement results in the future.

주제어

표/그림 (21)

그림 Fig. 1 Design for solar road of precast reinforced concrete Block
표 Table 1 Physical properties of fine aggregate
표 Table 2 Properties of chemical admixture
그림 Fig. 2 Steel mold for precast concrete block
그림 Fig. 3 Geometry and details for precast concrete block
그림 Fig. 4 Reinforcement details
그림 Fig. 5 Manufacturing process of precast concrete block
그림 Fig. 6 Manufactured precast concrete blocks
표 Table 3 Mixing design of ordinary concrete
그림 Fig. 7 Test site for installation
그림 Fig. 8 Longitudinal and transverse gradient
그림 Fig. 9 Installation plan of precast concrete blocks
그림 Fig. 10 Installation of precast concrete block
그림 Fig. 11 Leveling and undersealing grouting
그림 Fig. 12 View after completion of construction
그림 Fig. 13 Skid resistance tests with british pendulum tester
그림 Fig. 14 Settlement test with optical level
그림 Fig. 15 Measuring points for settlement test
표 Table 4 Average concrete strength
그림 Fig. 16 BPN periodically measured under dry and wet conditions
그림 Fig. 17 Periodically measured settlement

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 도로용 태양광 패널을 도로현장에 적용시키기 위한 포장체 구조요소의 설계 및 시공을 통하여 실제 도로의 시공성과 6개월간의 유지관리 분석을 실시하였다.
본 연구는 태양광 발전이 가능한 도로를 구축하기 위하여, 태양광 발전용 패널을 도로에 적용할 수 있는 프리캐스트 콘크리트 블록을 설계 및 제조하여 현장 적용성을 평가하였으며, 그 결과는 다음과 같다.

제안 방법

공시체를 제조하였다. KS F 2405 콘크리트의 압축강도 시험 방법과 KS F 2408 콘크리트의 휨강도 시험방법 중 중앙점 재하방법에 따라 1,000 kN 유압식 강도시험기를 사용하여 각 배합요인당 3회씩 실험하여 평균값을 측정값으로 하였다.
10에 나타낸 바와 같이 계획되어 있는 구간에 맞도록 기존의 아스팔트 포장을 절단한 후 파쇄하여 철거하였다. 그리고 계획 깊이 까지 지반을 깍아 평탄하게 다진 후 레벨기를 통해 평탄성을 확인하였다.
증기양생을 실시하였다. 그리고 몰드에서 탈형하여야 외적재장에 28일간 기건양생을 실시하였다. 이때 사용된 배합은 Table 3에 나타낸 바와 같다.
기존의 보도용 콘크리트 블록에 대한 연구[3]를 기초로 하여 시험시공 종료 후에 2개월 간격으로 6개월 간 침하량을 측정하는 것으로 유지관리 계획을 수립하였다. 측점의 위치는 아래 Fig.
따라서 다양한 도로폭에 따른 규격의 변경이 용이하도록 틸팅(Tilting)과 진동(Vibrating)이 가능한 강제몰드를 사용하여 제조하였으며 이를 Fig. 2에 나타내었다. 시험체의 규격은 Fig.
53%로 측정되었다. 또한 Fig. 9 에 나타낸바와 같이 해당 시험평가 구간 도로의 직선구간에 길이 2.3 m의 콘크리트블록을 총 13개를 설치하여 총 연장 약 30 m 구간으로 시공을 계획하였다.
13에 나타내었다. 또한 측정 주기는 시공을 완료한 후 6개월 동안 2개월마다 측정을 하여 총 4회를 측정하였다.
본 연구에서는 현장에서 간단하게 측정할 수 있는 BPT를 사용하여 측정하였으며 이를 Fig. 13에 나타내었다. 또한 측정 주기는 시공을 완료한 후 6개월 동안 2개월마다 측정을 하여 총 4회를 측정하였다.
시험 순서는 먼저 블록 표면을 깨끗하게 물로 세척한 후 습윤상태인 경우와 공기 중에 건조시킨 후 각각 조건에 대하여 측정하였으며 측정시 일정한 값이 나올 때까지 최대 5회까지 반복하여 측정하였다.
것이 용이할 것으로 판단하였다. 이에 Fig. 1과 같이 태양광 패널의 배선 설치 및 하부 모르타르 채움을 위한 수평 및 수직 구조의 파이프 구조와 블록간의 하중전달을 고려한다월바(dowel bar), 철근을 콘크리트 블록 내부에 설치하고 콘크리트의 설계기준압축강도는 35MPa로 계획하였다.
총 6개월 동안 2개월 간격으로 블록의 침하 상태를 측정하였으며, 그 결과는 Fig. 17에 나타내었다. 결과를 살펴보면 2 개월 후 침하량은 0.
콘크리트 블록을 설치하기 전 지반에 방수포를 깔아 하부의 무수축 모르타르가 유실되는 것을 방지하였으며, 크레인을 이용하여 콘크리트 블록을 안착한 후 Fig. 11에 나타낸 것과 같이 높이 조절용 인서트(Level lifting insert)를 사용하여 블록 간의 단차와 전체적인 평탄성을 확보하였으며 이후 무수축 모르타르로 콘크리트 블록 하부와 지반과의 공간을 채워 마감하였다. 완공후의 전경은 Fig.
콘크리트는 원통형 강제식 믹서를 사용하여 일괄 혼합방식으로 총 4분간 혼합하여 믹싱하였으며, 강제몰드에 타설 후 8 시간의 증기양생을 실시하였다. 그리고 몰드에서 탈형하여야 외적재장에 28일간 기건양생을 실시하였다.
프리캐스트 콘크리트 블록의 도로포장 적용성을 검토 하기 위하여 기존포장과 블록 및 블록간의 단차와 블록의 침하량을 레벨 측량기를 이용하여 측정하였다.

대상 데이터

본 실험에서 부순 굵은 골재와 강모래를 사용하였으며, 각 골재의 물리적 성질을 Table 1에 나타내었다.
본 실험에서 사용한 시멘트는 국내 S사의 밀도 3.15g/cm3, 분말도 3, 318cm²/g의 보통 포틀랜드시멘트를 사용하였다
시험용 공시체는 몰드에 타설 후 최고온도 50~60℃로 증기양생을 실시 하였으며 탈형 후 기건양생을 실시하였다. 재령 7, 28일에서의 압축 및 휨강도를 측정하였으며 시험 결과는 Table 4와 같다.
2에 나타내었다. 시험체의 규격은 Fig.3과 같이 폭 4.3 m, 길이 2.3 m로 계획하였으며, 슬래브 두께는 250 mm로 제작하였다.
압축강도 시험용 공시체는 Φ100×200 mm의 원주 형태로 제조하였고, 휨강도 시험용 공시체는 100×100×400 mm의 직사각형 공시체를 제조하였다. KS F 2405 콘크리트의 압축강도 시험 방법과 KS F 2408 콘크리트의 휨강도 시험방법 중 중앙점 재하방법에 따라 1,000 kN 유압식 강도시험기를 사용하여 각 배합요인당 3회씩 실험하여 평균값을 측정값으로 하였다.
것으로 유지관리 계획을 수립하였다. 측점의 위치는 아래 Fig. 14, 15에 나타내 바와 같이 기존포장부의 시종점부와 신설 블록 1개당 6개소로 하였다.
현장적용 시험평가를 위한 실험부지는 관람차량 및 대형버스 등 중차량의 통행이 빈번할 뿐만 아니라 공사를 위한 도로 운행 통제시 우회도로의 마련이 용이한 I시내에 위치한 E 파크 광장 진입로의 우회도로로 결정하였다. Fig.
혼화제로는 국내 J사 제품의 고성능 AE감수제를 사용하였으며, 그 특성은 Table 2와 같다.

이론/모형

그리고 반복된 측정값을 평균하여 Eq. (1)과 같이 20 ℃에서의 온도 보정한 후 결과값으로 결정하였으며 그 외의 시험 방법은 KS F 2375에 준하여 시험하였다.

성능/효과

(1) 압축 및 휨강도 시험 결과, 재령 7일에는 평균 29.8MPa 과 5.3MPa, 재령 28일에는 평균 37.3MPa과 6.8MPa로 측정되어 콘크리트포장에 대한 국내 설계기준을 모두 만족하는 것으로 평가되었다.
(2) 미끄럼 저항성 평가 결과, BPN값이 건조 조건에서는 67.8~69.8의 범위를 나타내 평균 69.2로 나타났으며, 습윤조건에서는 36.0~40.3의 범위를 나타내 평균 38.8이 측정되었다. 따라서 국내 기준상 일반도로의 설계기준은 만족하였으나, 고속도로 및 일반보도의 설계기준은 만족시키지는 못하는 것으로 나타났다.
(3) 콘크리트 블록의 침하량 측정 결과, 시간이 경과함에 따라 침하량이 0.378 mm, 0.614 mm, 1.228 mm로 점차 증가하는 경향을 보였다. 또한 블록간 단차는 설치 초기 1.
17에 나타내었다. 결과를 살펴보면 2 개월 후 침하량은 0.1~1.0 mm, 평균 0.378 mm 이며, 4개월 후에는 0.4~1.0 mm, 평균 0.614 mm, 6개월 후에는 0.5~2.0 mm, 평균 1.228 mm로 측정되었다. 측정값 차이가 매우 작아 오차범위를 고려하더라도 시간이 경과함에 따라 점차 증가하는 경향을 나타내는 것으로 볼 때 일정량의 침하가 진행되고 있는 것으로 판단된다.
결과를 살펴보면 각 기간에서 1~5회까지 측정횟수에 따라 측정값이 변화하는 경향을 나타내, 초기 측정값이 대체로 높게 나타나고 이후 안정화된 측정값이 측정되는 추세를 보였다. 또한 전체적으로 건조 조건보다 습윤 조건에서 평균 약 43.
8이 측정되었다. 따라서 국내 기준상 일반도로의 설계기준은 만족하였으나, 고속도로 및 일반보도의 설계기준은 만족시키지는 못하는 것으로 나타났다. 또한 시간이 경화함에 따라 미끄럼 저항성이 감소할 것으로 판단되므로 일정 기간 동안 미끄럼 저항성의 감소 양상을 추가적으로 조사하여 분석할 필요가 있다고 판단된다.
따라서 내부에 배선을 위한 구조구현이 비교적 수월하고 포장 면의 변형, 침하 및 유지관리 등을 고려할 경우 일정한 크기의 프리캐스트 콘크리트 블록을 활용하여 태양광 도로를 구현하는 것이 용이할 것으로 판단하였다. 이에 Fig.
5MPa이상으로 규정하고 있으므로 재령 7일에서도 설계기준을 상회하는 것으로 나타났다. 따라서 프리캐스트 콘크리트 블록의 제조 후 7일이 지나면 시공이 가능할 것으로 판단된다.
또한 블록간의 단차는 설치시 평균 1.875 mm를 나타냈으나, 시간 경과에 따라 1.917 mm, 1.958 mm, 1.979 mm로 점차 미소하게 증가하는 경향을 나타내었다.
또한 전체적으로 건조 조건보다 습윤 조건에서 평균 약 43.9%가 감소되는 경향이 나타났다.
0으로 측정되었다. 시간에 따른 결과값의 변화를 살펴보면 건조 및 습윤조건에서 미끄럼 저항성이 미소하게 감소하는 추세를 보여 초기에 비하여 건조 및 습윤 조건에서 2.8%, 10.5%가 감소되는 것으로 나타나 건조 조건보다 습윤 조건 시 미끄럼 저항성 감소폭이 더 크게 나타났다.
시험 결과를 살펴보면 재령 7일 압축강도는 평균 29.8MPa 으로 나타났고, 휨강도는 평균 5.3MPa로 측정되었다. 재령 28 일의 압축강도 및 휨강도 평균이 각각 37.
일반적으로 도로의 경우 『도로안전시설 설치 및 관리 지침, 2019』에 따라 간선도로 및 자동차전용도로의 경우 32 이상, 고속도로일 경우 최소 47이상을 확보하도록 기준을 제시하고 있어, 본 연구의 콘크리트 블록은 일반도로의 미끄럼 저항 기준은 만족하는 것으로 나타났다.
3MPa로 측정되었다. 재령 28 일의 압축강도 및 휨강도 평균이 각각 37.3MPa, 6.8MPa로 나타났다. 콘크리트시방서에 따르면 포장콘크리트의 경우 설계 휨강도를 4.
해당 시험평가 구간 도로는 폭이 약 5.0 m, 직선 및 곡선 연장이 각각 75 m, 41 m로 구성되어 있는 총 116 m의 연장을 가지고 있으며 Fig. 8과 같이 종단 구배는 0.05%(좌측), 0.16% (중앙), 0.06%(우측)이며, 횡단 구배는 시점부는 1.12%, 종점부는 2.53%로 측정되었다. 또한 Fig.

후속연구

(4) 추후에는 미끄럼 저항성과 침하량에 대한 장기적인 측정 결과를 토대로 태양광 도로용 콘크리트 블록의 유지관리를 위한 적정한 점검주기와 방법에 대한 기준을 마련할 필요가 있다.
것으로 판단된다. 다만 미끄럼 저항성과 침하량에 대한 장기적인 계측을 2개월 간격으로 지속할 계획이며, 이 결과를 토대로 태양광 도로용 콘크리트 블록의 유지관리를 위한 적정한 점검주기와 방법에 대한 기준을 마련할 것이다.
따라서 국내 기준상 일반도로의 설계기준은 만족하였으나, 고속도로 및 일반보도의 설계기준은 만족시키지는 못하는 것으로 나타났다. 또한 시간이 경화함에 따라 미끄럼 저항성이 감소할 것으로 판단되므로 일정 기간 동안 미끄럼 저항성의 감소 양상을 추가적으로 조사하여 분석할 필요가 있다고 판단된다.

참고문헌 (12)

Cho, Y. S. (2018), World Energy Issue insight, Korea Energy Economics Institute, Korea, 3-6.(In Korean)
Northmore, A. B. (2016), Canadian Solar Road Panel Design, University of Waterloo, Canada, 3-6.
Kim, B. K., Kim, Y. Y. (2019), Field Application and Maintenance of sidewalk concrete block for PV Power Generation, Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, 24(3),57-62. (In Korean)

원문보기 상세보기
Kim, K. H. (2018), A Preliminary Study to Make the Road Sector Ready for the Commercialization of Automated Vehicles : Focusing on Road Design and Planning, Korea Research Institute for Human Settlements, Korea, 49-55.(In Korean)
Enriquez, M. M. (2013), Applicability of Precast Reinforced Concrete Pavement on the Proposed EDSA Rehabilitation, Mapua Institute of Technology Manila City, Philippines, 1-5.
Park. H. B (2008), Experimental Constructions of New Pavements and Pavement Repairs Using Precast Slabs, University of Kyung Hee, Korea, 3-7.
Hwang, J. H. (2011), Development of Construction Techniques for Precast Concrete Pavements and Analysis of Early-Age Performance, University of Kyung Hee, Korea, 13-38.
Seo, J. W., Kim, B. H., Park, S. K., Choi, J. S., (2019) Development of Solar Block Pavement System Satisfying Block Pavement Criteria in Korea, [International journal of highway engineering, 21(3), 77-85. (In Korean)

상세보기
Choi. J.S., Choi Y.Y., Kim, B.H., Park, S.K. (2018) "Development of Solar Road Block and Review for Road Application", 12th International Conference on Concrete Blcok Pavement, Oct.16-19, 2018, Korea, pp.91.(In Korean)
Choi, J.S., Hwang, C.H., Kim, B.H., Park, S.K., Choi, Y.Y. (2017) "Problems and solutions when applying solar panel road", 2017KSRE conferencce, Korean Society of Road Engineering, pp.25.(In Korean)
Kim, H.Y., Kim, B.B, Kwon, O.K, Choi, J.S (2015). "A study on the application of solar roadway which can generate renewable energy in Korea", 2015 KSRE conferencce, Korean Society of Road Engineering, pp.99.(In Korean)
Lee, J. H., Kim, B. S., Shin, D.-H., Han, S. H., & Roh, J. H. (2019). Analysis of Actual Test for Road Solar Module, Journal of the Korean institute of electronic material engineers, 32(6), 466-471.(In Korean)

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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