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연구과제명 도심영역 물순환 향상 및 적응을 위한 투수성 도로포장 기술 개발 
성명 문성호  소속 서울과학기술대학교 
E-mail smun@seoultech.ac.kr 
연구실명   연구실홈페이지  
구분 제 2 총괄  1 세부 

연구의 당위성 및 필요성

  • 기후변화 적응기술 관련하여 도로포장의 배수조건은 포장체의 성능유지 및 도심기능 향상을 위해 매우 중요함. 따라서 기존 불투수 도로포장층의 투수층 복원과 물관리 시스템 개선을 유도하며, 열섬현상 및 가뭄 시에 건천화 현상을 저감하는 관련기술이 요구됨.

  • 기존 배수시스템과 함께 투수성 포장과의 물 흐름 및 투수에 대한 현상과 기후변화에 따른 강우특성을 고려한 도심영역 물순환 향상 및 적응을 위한 투수성 포장의 기술개발이 필요함.

  • 실례로 지난해 9월말에 집중강우로 인하여 서울시 광화문 광장을 포함하여 여러 지역에서 침수가 되어 경제적인 손실이 있었음.

  • 빈번한 침수로 인해 발생되는 도로포장 내의 포트홀(Pothole)발생을 방지하기 위하여, 도로포장의 수분저항성을 높이는 연구가 필요하며, 기존 관련기술조사를 통하여 박리방지제를 이용한 투수성 포장의 공용성 증진 연구가 필요함.

  • 또한 콘크리트 재료인 투수블록의 재료는 겨울철 제설제의 영향으로 스케일링 현상이 자주 발생함에 따라 염해피해를 줄일 수 있는 연구가 필요함.

  • 아스팔트재료를 이용한 투수성포장과 투수성 시멘트 콘크리트 포장은 국내 최초로 도입하고자 하며, 우천시 강수에 의한 펌핑(Pumping)과 물고임 현상이 빈번하게 발생되는 기존도로포장을 대체할 수 있는 포장공법으로 적용하고자 함.

  • 본 기술을 기반으로 도로포장공학의 전반적인 분야에 적용 가능할 것으로 예상됨.

국내외 연구현황 및 한계점

  • 배수성 개질 아스팔트 개발을 위한 혼합물 배합설계, 포장가속시험을 이용한 보수형 배수성 포장의 온도저감 효과 및 소성변형 저항특성 연구, 임피던스 튜브를 이용한 배수성 아스팔트 콘크리트의 특성 평가 연구 등이 진행되고 있음(문성호 등, 2009; 김형성 등, 2010).

  • 배수시스템 모델링 및 배수 포장시스템 개발에 있어, 유출수의 비점오염 저감을 위한 포장체의 투수성 재료 치환 및 배수특성에 관한 연구가 진행됨(Fassma and Blackbourn, 2011).

  • 폭우에 따른 유출수 배수불량으로 인해 도심지 범람이 급증하고 있으나, 기존 배수시스템을 활용할 수 있는물관리 시스템 연구가 미약하며, 시간경과에 따른 재료 막힘 현상과 이에 대한 모델링 관련 국내연구도 미흡한 실정임. 아울러 투수성 포장 재료의 기능적 공용성 평가방법이 제시되지 못하고 있음.

  • 폭우, 폭설 및 기온 특성을 고려한 배수성 포장 연구, 투수블록의 공용성 증대와 수분저항성을 향상시키기 위한 연구, 제설제 사용증가에 따른 도로포장 손상 방지를 위한 저항성 증대 연구 등이 미약한 실정임. 기존연구에서 수행된 지역별 공용성 등급과 관련하여, 최근 기후변화 추세를 고려한 기준이 절실히 요구됨.

  • 투수성 아스팔트 및 투수성 시멘트 콘크리트 도로포장이 적용된 국내 도로연구가 부족한 실정임.

차별성

  • 폭우 시 기존 배수시스템과 배수성 포장 및 투수블록 지역 확장에 따른 침수저감 등에 관한 연구 및 프로그램 개발

  • 기후변화에 적응할 수 있는 공용성 등급을 새롭게 제시하는 연구

  • 집중호우로 인한 잦은 침수지역 발생 혹은 가뭄에 따른 건천화 현상을 막을 수 있는 방법으로 기존 불투수층의 포장표면을 투수화하는 도로포장의 리모델링 적용기술 확보

  • 수분에 의한 손상저항성(포트홀 방지)을 가지는 투수성 재료를 개발하여 설계-시공-유지관리에 활용될 수 있는 기준 마련 연구

  • 투수성 아스팔트 및 투수성 콘크리트를 이용한 도로포장 활용기술 개발

연구과제 추진방법 및 추진체계

  • 본 연구는 기후변화에 따른 폭우, 폭설, 기온변화에 따른 적응형 투수성 도로포장 기술개발 및 물관리 시스템 개선을 통해 물순환 향상을 목표로 연구를 진행할 계획임.

     
    • 불투수성 도로포장이 도시환경에 미치는 영향 분석 및 문제점 도출 및 개선방안 제시 
      • 불투수 도로포장의 현황파악 및 환경 영향 평가를 통한 기후변화에 따른 도로포장의 문제점 제시 
      • 본 연구에서는 배수성 포장 및 투수블록의 투수성 및 저수 능력 평가를 수행하고자 하며 이에 따른 수분 저항성 증대와 제설제 사용에 따른 스케일링 억제와 관련된 연구를 수행하고자 함.

    • 물순환 향상을 위한 투수성 도로포장재료 개발 및 이상기온에 따른 새로운 공용성 등급제시 
      • 투수성 포장관련 연구가 진행 중이나, 수분저항성 증진시키기 위한 다양한 박리방지제를 활용 및 성능평가 및 이상기온에 따른 아스팔트 포장의 새로운 공용성 등급과 관련된 연구는 미비함. 
      • 따라서 개발 재료의 기본 물성시험, 배수능력 평가 및 휨·압축강도에 근거한 수분민감성 분석을 통해 최적의 박리 방지제를 평가 및 선정하고자 함. 이와 더불어 콘크리트 투수블록의 스케일링 억제를 위한 연구도 수행하고자 함.

    • 개발된 포장 재료의 우수 저류 효과 및 월류량 감소 효과 검증 및 현장적용 
      • 앞서 언급한 여러 요소기술의 개발과 더불어 Stormwater Management(SM) 모델개발을 통해 투수성 포장의 성능 평가 및 검증을 하고자 함. 
      • 시험시공을 통한 현장적용을 수행하고자 하며 물순환 및 수질개선, 지하수 고갈 완화, 열섬화 감소 능력 평가 시험을 통한 성능검증 수행 
      • 지속적인 시험시공 구간의 모니터링을 통해, 궁극적으로 도심의 물순환 향상을 위한 매뉴얼 제시 및 개선사업의 타당성을 위한 개발된 SM 모델의 활용을 통해 관련분야의 기술발전을 이룩하고자 함. 
      • 기능적 공용성 평가를 위해 시간의 경과에 따른 투수성 재료의 막힘 현상을 모델링하여 투수성 재료의 유지보수기간을 예측하고자 함.


<연구추진체계 (제 2 총괄 5 세부)>


기대효과

  • 본 연구 성과를 바탕으로 기존 불투수층인 포장표면 및 보도블록을 투수층화하는 개량사업을 통해 도심지의 물순환 체계를 개선하고 이와 부합되는 재료선정, 생산, 설계기법을 제시
  • 관련학회 및 시공사례 발표 등을 통하여 홍보 및 교육하고, 정기적인 교육의 기회를 마련하여, 국내 지반공학 기술자들이 국제적 조류에 동참할 수 있는 능력을 배양
  • 이상기온에 따른 아스팔트 바인더의 새로운 공용성 등급(Performance Grade) 제시
  • 도심지내 투수성 지역 확보에 따른 우수 저류 효과 및 월류량 감소 효과를 시뮬레이션을 수행할 수 있는 SM 모델의 기술 개발
  • 물순환 개선, 수질개선, 지하수 고갈 완화, 열섬화 감소, 건천화 억제를 통한 도심지 에너지 사용량 감소에 따른 경제적인 이득예상

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