KR101986242B1 - 도로의 적설 및 결빙에 대한 선대응이 가능한 고열효율 스마트 발열포장 도로구조 및 도로의 스마트 발열포장 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도로의 상면에 그루브(groove)를 형성하고, 그루브의 내부면에 단열프라이머층을 시공하여 그루브 내에 배치되는 전열선의 발열 에너지 손실을 최소화 하며, 그루브 내부에 배치된 고열효율의 전열선이 매립되도록 그루브 내부와 도로의 상면에 열전도율과 축열성능이 우수한 축열마감재를 이용한 채움마감층과 표면마감층을 형성함으로써, 전열선의 보호, 신속한 열전달, 및 공기 중으로의 열손실을 최소화하여 융설(融雪)/융빙(融氷) 효율을 크게 향상시킨 "고효율의 스마트 발열포장 도로구조 및 도로의 스마트 발열포장 시공방법"에 관한 것이다.

Description

도로의 적설 및 결빙에 대한 선대응이 가능한 고열효율 스마트 발열포장 도로구조 및 도로의 스마트 발열포장 시공방법{Structure for Road having Smart Snow Melting Pavement, and Constructing Method thereof}

본 발명은 차량이 통행하거나 보행자가 통행하는 도로에 전열선(電熱線)을 포설하고 전열선에 전력을 공급하여 발열(發熱)시킴으로써 도로의 적설 현상 및 결빙 현상을 방지할 수 있는 발열포장 도로구조 및 이러한 발열포장 도로구조를 가지도록 도로를 시공하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 도로의 상면에 도랑형태를 가지는 복수개의 그루브(groove)를 형성하고, 각각의 그루브 내부면에 단열프라이머층을 시공하여 그루브 내에 배치되는 전열선의 발열 에너지 손실을 최소화 하며, 그루브 내부에 배치된 고열효율의 전열선이 매립되도록 그루브 내부와 도로의 상면에 열전도율과 축열성능이 우수한 축열마감재에 의한 마감층을 형성함으로써, 전열선의 보호, 신속한 열전달, 및 공기 중으로의 열손실을 최소화하여 융설(融雪)/융빙(融氷) 효율을 크게 향상시키며 도로의 적설과 결빙 모두에 대해 선제적으로 대응할 수 있는 "고효율 스마트 발열포장 도로구조 및 도로의 스마트 발열포장 시공방법"에 관한 것이다.

동절기에 도로의 적설 현상 및 결빙 현상이 발생할 경우, 교통체증으로 인한 사회적 손실이 발생함은 물론이고 교통사고로 인한 인명상해도 빈번하게 발생된다. 따라서 이러한 도로의 적설 및 결빙 현상에 대해서는 사후의 소극적(Passive) 대응에 그치지 않고 적극적(Active)이고 사전 예방적인(Proactive) 선제적 대응이 필요하다.

종래에는 강설 후 제설차나 삽 등을 동원하여 직접적으로 눈을 치운 후 일정한 장소에 쌓아 놓는 방식으로 대응하였는데, 이 경우에는 대규모 장비와 인력, 장시간 작업시간이 소요되는 단점이 있으며, 제설 후 쌓아놓은 눈의 2차 처리 문제가 발생한다. 또다른 대응방식으로는 눈이나 얼음 위에 거친 모래를 뿌리는 방식이 사용되었는데, 이 경우 시간경과에 따라 모래입자가 눈과 얼음 속에 파묻히면서 효과가 감소하며, 먼지, 이물질 발생, 배수로 막힘 등 2차 피해가 유발되고 막대한 작업인력과 장비가 소모되는 단점이 있다. 염화칼슘 등 조해성 물질을 포설하거나 융설액을 분사하는 방식으로 대응하기도 하는데, 이 경우 눈이 녹은 후 낮은 기온 중의 수증기를 받아들여 재차 결빙이 발생되며, 염소이온의 삼투작용으로 도로 주변 식물성장 억제 등 생태계 파괴와 지하수 오염의 발생이 심각해지는 문제점이 있다. 또한 조해성 물질이 차량, 콘크리트 철근 등 금속성 물질과 반응하여 부식을 촉진함으로써 차량 및 도로 구조물의 열화를 촉진시킨다는 문제점이 있다.

최근에는 도로의 표면에서 일정한 깊이에 전열선을 설치하고 전력공급을 통해 발생시킨 발열을 이용하여 도로에 쌓이는 눈을 녹이는 방식이 대한민국 등록특허 제10-0923663호 등을 통해서 제시되고 있다. 종래기술에서는, 도로에 그루브를 형성한 후 내부에 도로 하부로의 열손실을 방지하기 위하여 열전도성 충진재, 열전도체(알루미늄 페이퍼), 열손실 방지장치 등의 다양한 재료를 적용하여 상향열 집중방식을 제시하고 있지만 고가의 재료비가 소요되고 복잡한 시공단계를 필요로 한다는 문제가 있으며, 특히 재료비의 큰 비중을 차지하고 있는 발열선의 가격이 미터당 2만원 이상으로 매우 고가이기 때문에 매우 큰 시공비용이 소요되며, 이로 인하여 현장에서의 적용 및 기술의 보급, 확산이 이루어지지 않고 있는 상황이다.

무엇보다도 종래 기술에서는 단순히 도로에 눈이 쌓이는 "적설"에 대한 해결 방안만을 제시하고 있을 뿐이며, 융설 후에 발생하게 되는 재결빙 및 그로 인한 블랙 아이스의 발생, 그리고 강우 등으로 인한 도로 표면의 결빙에 대한 선제적으로 대응할 수 있는 구체적이고 현실적인 유용한 방안은 제시하지 못하고 있다

또한 종래 기술에서는 전열선을 직렬로 연결하는데, 이 경우 차량 낙하물 등으로 인하여 전열선의 일부가 훼손되어 단락될 경우, 전체 전열선의 발열 기능이 마비되는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0923663호(2009. 10. 28. 공고).

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 도로에 전열선을 포설하여 전력 공급을 통해서 전열선을 발열시켜서 동절기 도로의 적설 및 결빙에 적극적이고 선제적으로 대응하되, 전열선에서 발생된 열에너지가 도로의 하부 및 측면으로 불필요하게 전달되어 무의미하게 소모되는 것을 최소화시키고, 도로의 표면으로 효율적으로 전달되도록 함으로써, 도로 표면의 온도를 목표온도까지 상승시키는데 필요한 전력을 줄이고 소요시간을 단축시키며, 전열선의 운영 및 유지관리에 소모되는 전력과 비용을 감축하면서도 우수한 융설(融雪) 및 융빙(融氷) 기능이 발휘될 수 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 도로의 종방향으로 길게 연장되어 있는 오목한 도랑 형태의 그루브가 횡방향으로 간격을 두고 복수개가 나란하게 도로의 표면에 형성되어 있고; 그루브 내측의 횡방향 양측면과 바닥면에 각각 단열프라이머층이 형성되어 있으며; 단열프라이머층이 형성되어 있는 그루브 내에는 전력 공급에 의해 발열하게 되는 전열선이 배치되어 있고; 그루브의 내부 공간에 축열마감재가 채워져 전열선이 축열마감재에 매립되도록 채움마감층이 형성되며, 상기 채움마감층과 일체를 이루도록 도로의 표면 위에도 축열마감재가 포설되어 표면마감층이 형성되어 있는 구성을 가지고 있어서; 전열선에 전력을 공급하여 발열시킴으로써 도로 표면의 융설 및 융빙에 의해 도로의 적설 현상 및 결빙 현상을 방지할 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 발열포장 도로구조가 제공된다.

또한 본 발명에서는 상기한 목적을 달성하기 위하여, 도로의 표면에, 도로의 종방향으로 길게 연장된 오목한 도랑 형태의 그루브를 횡방향으로 간격을 두고 복수개 나란하게 형성하는 단계; 그루브 내측의 횡방향 양측면과 바닥면에 각각 중공비드 단열프라이머를 도포하여 단열프라이머층을 형성하는 단계; 전력 공급에 의해 발열하게 되는 전열선을 단열프라이머층이 형성되어 있는 그루브 내에 배치하는 단계; 및 그루브의 내부 공간에 축열마감재를 채워서 전열선이 축열마감재에 매립되도록 채움마감층을 형성하며, 도로의 표면 위에도 축열마감재를 포설하여 상기 채움마감층와 일체가 된 형태의 표면마감층을 형성하는 단계를 포함함으로써; 전열선에 전력이 공급되면 전열선이 발열되어 도로 표면의 융설 및 융빙에 의해 도로의 적설 현상 및 결빙 현상을 방지할 수 있게 만드는 발열포장 도로구조를 형성하게 되는 것을 특징으로 하는 도로의 발열포장 시공방법이 제공된다.

상기한 본 발명에 따른 도로구조 및 그 시공방법에 있어서, 단열프라이머층은, 50 내지 100㎛의 지름 크기의 속이 비어 있는 중공 비드가 프라이머용 액상 수지에 혼합되어 있되, 프라이머용 액상 수지의 중량 100중량부에 대해 중공 비드 10 내지 20중량부로 혼합되어 있는 중공비드 단열프라이머가 그루브 내측에 도포됨으로써 형성될 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 도로구조 및 그 시공방법에 있어서, 채움마감층 및 표면마감층을 이루는 축열마감재는, 결합재 15 내지 25중량%, 축열골재 35 내지 45중량% 및 충진재 35 내지 45중량%를 포함하여 구성될 수 있으며, 전열선은, 내측의 합금 발열사와, 이를 둘러싸는 제1피복과, 이를 둘러싸는 최외측의 제2피복으로 이루어지며; 합금 발열사는 복수개 가닥의 극세사를 꼬아서 만든 것이고; 제1피복은 실리콘으로 이루어진 것이고; 제2피복은 테프론으로 이루어진 구성을 가질 수 있다.

더 나아가, 본 발명에 따른 도로구조 및 그 시공방법에 있어서, 각각의 그루브 내에 배치된 전열선은 전열선과 병렬로 연결될 수 있고, 도로 표면의 온도, 도로 표면의 습도, 도로의 적설 상태 및 도로의 결빙 상태를 실시간으로 측정할 수 있는 매립형 센서가 표면마감층에 매립되며; 매립형 센서를 통해서 실시간으로 측정된 정보를 수신하는 콘트롤러가 구비되며; 상기 콘트롤러에서는 매립형 센서로부터 수신한 정보를 기초로 적설, 결빙 발생조건 도달 여부를 판단한 후, 적설, 결빙 발생조건 도달한 것으로 판단되면 사전 설정된 도로표면 목표온도, 융설열량 및 빙결방지열량에 따라 전열선에 전력을 공급하는 구성을 가질 수 있다.

본 발명에 의하면, 강설시 사후대응 차원의 제설작업으로 인한 교통체증, 제설비용 발생 등의 문제점을 해결할 수 있으며, 특히 매년 동절기 미끄럼사고로 발생하는 인적, 물적, 사회적 비용의 저감할 수 있게 되는 효과가 발휘된다. 즉, 본 발명에 의하면, 도로의 적설 현상 및 결빙 현상 모두에 대하여 적극적(Active)이고 사전 예방적(Proactive)이며 선제적인 대응을 효과적으로 수행할 수 있게 되는 것이다.

또한 본 발명을 이용하게 되면, 제설제 및 융설액의 사용이 필요 없거나 최소화시킬 수 있으므로, 제설제 사용 비용 절감은 물론이고, 제설제로 인한 도로수명 단축, 차량부식 발생, 2차 환경오염 발생 등을 예방하거나 최소화시킬 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

도 1은 본 발명의 시공방법에 대한 흐름도이다.
도 2 내지 도 5는 각각 본 발명의 시공방법에 따라 스마트 발열포장 도로구조를 구축하는 과정을 순차적으로 보여주는 도로의 개략적인 종방향 단면도이다.
도 6은 도 3의 원 A부분에 대한 확대도이다.
도 7은 본 발명에 따른 전열선의 구조를 보여주는 개략도이다.
도 8은 본 발명에 따라 전열선을 병렬배치하고 전력선과 연결한 예를 보여주는 개략도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 1에는 본 발명의 시공방법에 대한 개략적인 흐름도가 도시되어 있고, 도 2 내지 도 5에는 각각 본 발명의 시공방법에 따라 스마트 발열포장 도로구조를 구축하는 과정을 순차적으로 보여주는 도로의 개략적인 종방향 단면도가 도시되어 있다. 편의상 도로의 폭방향을 "횡방향"이라고 기재하며, 이와 직교하는 방향 즉, 도로가 길게 연장되는 방향을 "종방향"이라고 기재한다.

본 발명에 따른 스마트 발열포장 도로구조를 형성하기 위해서는, 우선 도 2에 도시된 것처럼 도로의 표면에 대한 그루빙 작업을 수행하여, 소정 깊이를 가지는 오목한 도랑 형태로 이루어진 복수개의 그루브(groove)(1)를 도로의 표면에 종방향으로 길게 형성한다(단계 S1). 복수개의 그루브(1)를 서로에 대해 횡방향 간격을 두고 나란하게 형성하게 되는데, 각각의 그루브(1)는 도로의 표면에서부터 약 50 내지 70mm의 깊이를 가지며 횡방향으로는 약 10mm의 폭을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 그루브(1) 간의 횡방향 간격은 약 10 내지 20cm가 되도록 하는 것이 바람직한데, 그루브의 구체적인 치수 등은 본 발명에 따른 스마트 발열포장 도로구조를 시공하게 되는 지역별 융설 및 융빙 필요 열량을 고려하여 정하게 된다.

도로 표면에 그루브(1)가 형성된 후에는, 전열선의 발열 에너지를 도로 표면으로 전달시키는 효율을 향상시키기 위하여 도 3에 도시된 것처럼 그루브(1)의 내측에서 횡방향 양측면과 바닥면에는 본 발명에 따른 단열프라이머층(2)을 소정 두께로 피복 형성한다(단계 S2). 도 6에는 도 3의 원 A부분에 대한 확대도 즉, 본 발명에 따른 단열프라이머층(2)에 대한 개략적인 확대도가 도시되어 있다. 도면에 도시된 것처럼 본 발명을 통해서 새로 개발된 "중공비드 단열프라이머"를 그루브(1) 내측의 횡방향 양측면과 바닥면에 각각 소정 두께로 포설함으로써 "단열프라이머층(2)"을 형성하게 되는데, 본 발명의 중공비드 단열프라이머는 속이 비어 있는 구(球) 즉, 중공(中空) 비드(21)가 프라이머용 액상 수지(20)에 혼합되어 있는 것이다. 프라이머용 액상 수지(20)로는 아크릴계 또는 우레탄계 등의 액상 수지 에멀젼이 이용될 수 있는데, 약 50 내지 100㎛의 지름 크기를 가지는 구형(球形)의 중공 비드(21)가 프라이머용 액상 수지(20)에 대해 10 내지 20질량부로 혼합된 것이다. 즉, 본 발명에 따른 중공비드 단열프라이머는, 프라이머용 액상 수지(20)의 중량을 100중량부라고 할 때, 상기한 크기의 중공 비드(21)가 10 내지 20중량부로 프라이머용 액상 수지(20)에 혼합된 것이다. 만일 중공 비드(21)가 10중량부 미만으로 함유될 경우에는 단열성능이 충분히 발휘되지 않으며, 20중량부를 초과하여 함유될 경우에는 프라이머용 액상수지(20) 내에 중공 비드(21)가 과도하게 많아져서 그루브 내면에 도포하였을 때 균일하고 부착력이 우수한 단열프라이머층의 형성이 어렵게 된다. 중공비드 단열프라이머의 부착강도는 1.25~1.38MPa로서, 그루브(1)의 내면에 도포된 후 계면에서의 견고한 부착성능 발휘를 통해서 충분한 구조적 안정성을 확보할 수 있다.

아래의 표 1은 프라이머용 액상 수지(20)에 대한 중공 비드(21)의 혼입량을 달리하여 열전도율과 부착강도, 그리고 시공성을 평가한 시험결과를 정리한 것이다.

표 1에서 중공 비드의 혼입량 단위는 <중량부>이다.

위의 표 1로 정리한 시험결과에서 알 수 있듯이, 중공 비드의 혼입량이 증가할수록 공기층의 증가 따른 열전도율의 감소 및 단열효과의 증가가 확인되었으나 반대로 접착강도는 저하되는 경향이 있다. 특히, 프라이머용 액상 수지(20) 100중량부에 대해 중공 비드의 혼입량이 25중량부일 경우에는, 부착강도가 미끄럼방지 포장재에 대한 접착강도 기준인 1.2MPa에 미치지 못하므로 프라이머로서의 기능을 상실하게 된다. 따라서 본 발명에서는 단열효과와 부착강도를 동시에 만족할 수 있도록 프라이머용 액상 수지(20) 100중량부에 대해 중공 비드(21)를 10 내지 20중량부로 혼입하여 중공비드 단열프라이머를 만들고, 이를 이용하여 단열프라이머층(2)을 형성하게 된다. 중공비드 단열프라이머를 제조할 때, 시공성 및 내구성 향상을 위하여 필요에 따라서는 소정량의 충진재, 증점제, 분산제 등을 추가로 첨가할 수도 있다

본 발명에서는 위와 같은 구성의 중공비드 단열프라이머를 그루브(1)의 내면에 도포함으로써 단열프라이머층(2)을 형성하게 되는데, 단열프라이머층(2)에서는 중공 비드(21)로 인하여 경화된 프라이머용 액상 수지(20) 내에 상기한 크기의 빈 공간 즉, 빈 공기층이 다수 형성되어 있으므로 우수한 단열 성능을 발휘하게 된다. 즉, 후술하는 것처럼 그루브(1) 내에 배치된 전열선(3)으로부터 발생된 열에너지가 불필요하게 그루브(1)의 내부의 횡방향 양측면과 바닥면으로 전달되는 것을 단열프라이머층(2)이 매우 효과적으로 차단하게 되는 것이다. 단열프라이머층(2)은 약 1mm의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.

중공비드 단열프라이머의 도포 및 건조가 완료되어 단열프라이머층(2)이 완성된 후에는, 전력 공급에 의해 발열(發熱)하게 되는 전열선(3)을 그루브(1) 내에 배치한다(단계 S3). 전열선(3)을 그루브(1) 내에 종방향으로 길게 배치함에 있어서는 도 4에 도시된 것처럼 그루브(1)의 바닥면 즉, 단열프라이머층(2)이 형성된 그루브(1)의 바닥면 위에 직접 전열선(3)이 놓이도록 배치하되, 전열선(3)이 그루브(1)의 횡방향 양측면과 이격되도록 배치하는 것이 바람직하다. 물론 그루브(1)의 횡방향 양측면에도 중공비드 단열프라이머의 도포에 의해 단열프라이머층(2)이 형성되어 있으므로, 전열선(3)이 그루브(1)의 횡방향 측면에 접해도 무방하지만, 접촉에 의한 열전달을 최소화시키기 위해서는 도 3에 도시된 것처럼 전열선(3)이 그루브(1)의 횡방향 양측면에 닿지 않도록 배치하는 것이 바람직하다.

또한 전열선(3)을 설치함에 있어서, 복수개의 그루브(1) 각각에 설치된 전열선(3)은 전력선과 병렬로 연결되도록 한다. 이는 일부 그루브(1)에서 전열선(3)이 단락되더라도 다른 전열선(3)의 작동에 영향을 주지 않도록 하기 위함이다.

도 7에는 본 발명에 따른 전열선(3)의 구조를 보여주는 개략도가 도시되어 있다. 도면에 예시된 것처럼 본 발명에 따른 전열선(3)은, 내측의 합금 발열사(30)와, 이를 둘러싸는 제1피복(31)과, 이를 둘러싸는 최외측의 제2피복(32)으로 이루어진다. 합금 발열사(30)는, 니켈-크롬 합금으로 이루어진 복수개 가닥의 극세사를 꼬아서 만든 것으로 이루어질 수 있다. 합금 발열사(30)를 감싸는 제1피복(31)은 내열성과 절연성능이 우수한 실리콘으로 이루어질 수 있다. 제1피복(31)을 감싸면서 최외측에 존재하게 되는 제2피복(32)은 내열성 및 내화학성이 우수하고 외부 충격의 흡수성능이 우수한 테프론으로 이루어질 수 있다. 이와 같은 본 발명의 전열선(3)은 최대표면 발열온도가 약 섭씨 160도이며, 순간발열이 우수하여 빠르게 목표온도까지 발열할 수 있게 된다. 아래의 표 2는 본 발명의 전열선(3)에 대한 공인시험기관의 성능시험결과표이다.

한편, 본 발명에서는 그루브(1) 내에 전열선(3)을 배치함에 있어서, 일부 전열선에 훼손이 발생하더라도, 도로에 포설된 전열선의 전체적인 발열기능이 유지될 수 있도록 전열선(3)을 병렬구조로 배치하고 전력선과 연결한다. 도 8에는 본 발명에 따라 전열선(3)을 병렬배치하고 전력선(35)과 연결한 예를 보여주는 개략도가 도시되어 있다. 도 8에서 전력선(35)은 청색선으로 표시되어 있고, 전열선(3)은 검정색 선으로 표시되어 있다.

위와 같은 구성으로 전열선(3)을 배치하고 결선한 후에는 도 5에 도시된 것처럼, 그루브(1)의 내부 공간에 축열마감재를 채워서 전열선(3)이 축열마감재에 매립되도록 하여 채움마감층(4)을 형성함과 동시에 도로의 표면 위에도 축열마감재를 소정 두께를 가지도록 포설함으로써 표면마감층(5)을 형성한다(단계 S4). 즉, 축열마감재를 그루브(1) 내부 공간 및 도로 표면에 각각 충진 및 포설함으로써, 채움마감층(4)과 표면마감층(5)을 서로 일체가 되도록 형성하는 것이다.

이 때 도로 표면의 온도, 도로 표면의 습도, 도로의 적설 상태 및 도로의 결빙 상태를 실시간으로 측정할 수 있는 매립형 센서(50)를 미리 도로 표면에 배치하고 결선한 상태에서 축열마감재를 포설하여 표면마감층(5)을 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 채움마감층(4)과 표면마감층(5)을 형성하기에 앞서 필요에 따라서는 미리 매립형 센서(50)의 설치작업(단계 S3-1)을 수행할 수도 있는 것이다. 이와 같이 매립형 센서(50)를 표면마감층(5) 내에 매립 설치하는 것과 병행하여, 비매립형 센서(도면에서의 도시를 생략함)을 도로변에 설치하여, 매립형 센서(50)와 함께 도로 표면의 온도, 도로 표면의 습도, 도로의 적설 상태 및 도로의 결빙 상태를 실시간으로 측정할 수도 있다.

그루브(1)의 내부 채워지는 채움마감층(4)과 도로 표면에 포설되는 표면마감층(5)은 외부의 충격으로부터의 전열선을 보호하는 기능과 전열선에서 발생된 열에너지를 신속하게 도로의 최상면으로 전달하는 기능을 수행하는 것으로서, 채움마감층(4)과 표면마감층(5)을 이루는 축열마감재는, 결합재 15 내지 25중량%, 축열골재 35 내지 45중량% 및 충진재 35 내지 45중량%를 포함하여 구성될 수 있다. 이 때 축열마감재의 결합재로는 아크릴 또는 우레탄 계열의 수지를 이용할 수 있다. 표면마감층(5)은 평상시에 미끄럼 방지 기능을 발휘하게 된다.

축열골재는, 채움마감층(4)의 축열 및 열전도 성능을 개선하기 위한 것으로서, 밀도가 높은 골재에 해당하는 알루미나질 골재 및 마그네시아질 골재 중의 어느 하나로 이루어지거나 둘을 혼합한 골재이며, 약 5 내지 6호사의 입도를 가지는 것이 바람직하다. 또한 노재 또는 축로재로 사용되고 수명이 다하여 폐기되는 내화물 중에서 알루미나질 또는 마그네시아질 내화물을 소정의 입도로 분쇄하여, 이를 축열골재로서 사용할 수 있으며, 이 경우 축열골재의 준비에 소요되는 비용을 크게 줄일 수 있는 장점이 발휘된다.

충진재로는 보통 포틀랜드 시멘트, 슬래그 시멘트, 플라이애시 시멘트 등을 사용할 수 있는데, 축열마감재에 충진재를 포함시킴으로써 축열마감재에 대하여 도로 포장재로서 필수적으로 요구되는 강도 및 내마모성을 크게 개선시킬 수 있다.

축열마감재에서, 결합재가 15중량% 미만이고, 축열골재와 충진재가 각각 45중량%를 초과하는 경우, 이들이 혼합되어 만들어진 축열마감재의 반죽질기가 너무 되거나 또는 도로 포장재에 대해 요구되는 부착강도를 발현하기 어렵다. 반면에 축열마감재에서 결합재의 함유량이 25중량%를 초과하고 축열골재 및 충진재의 함유량이 각각 35중량% 미만인 경우에는, 이들이 혼합되어 만들어진 축열마감재의 반죽질기가 너무 질어져 시공작업의 어려움이 발생하게 된다. 따라서 본 발명에서는 축열마감재는, 결합재 15 내지 25중량%, 축열골재 35 내지 45중량% 및 충진재 35 내지 45중량%의 조성을 가지는 것이 바람직하다.

아래의 표 3은 축열골재가 아닌 일반 잔골재를 사용한 "일반 수지모르타르"와, 축열골재를 사용하여 제조된 본 발명의 "축열마감재"에 대해 열전도율을 공인시험기관을 통해서 시험한 결과표이다. 결합재로서는 수지를 사용하였다.

위 표 3에서 정리한 공인시험기관의 시험결과 값에서 확인할 수 있듯이, 상기한 구성을 가지는 본 발명의 축열마감재는 일반 잔골재를 사용한 일반 수지모르타르의 열전도율 0.6448 보다 월등히 우수한 0.9416의 열전도율을 보이는 바, 상기한 축열마감재를 이용하여 채움마감층(4)과 표면마감층(5)을 형성함으로써, 전열선(3)을 외부의 충격으로부터 안전하게 보호할 뿐만 아니라 전열선(3)에서 발생된 열을 신속하고 효과적으로 도로 표면으로 전달할 수 있게 된다.

특히, 축열마감재로 이루어진 표면마감층(5)은 미끄럼 방지기능 및 축열기능을 가진다. 이와 같이 본 발명에서는 축열마감재로 이루어진 표면마감층(5)의 시공을 통해서 도로 표면으로 전달된 열이 공기중으로 손실되는 것을 최소화시킬 수 있으며, 이를 통해서 도로 표면의 온도를 목표하였던 정도로 지속적으로 유지시킬 수 있게 되어, 융설 및 융빙 성능의 개선뿐만 아니라 경제적인 전력사용을 가능하게 하는 장점을 가진다.

위와 같은 구성을 가지도록 본 발명의 시공방법에 따라 스마트 발열포장 도로구조에서는, 사물인터넷기반(IoT) 스마트 관제 기술을 이용한 효율적인 도로운용이 가능하게 된다. 앞서 언급한 것처럼 본 발명에 따른 스마트 발열포장 도로구조를 시공할 때, 도로 표면의 온도를 측정할 수 있는 매립형 센서(50)가 표면마감층(5)에 매립 구비될 수 있다. 따라서 매립형 센서(50)를 통해서 도로표면에 상태를 실시간으로 감지하여 해당 정보(온도, 습도, 결빙, 강설 및 적설 정보)를 IoT를 기반으로 하여 콘트롤러로 전송하고, 콘트롤러에서는 매립형 센서(50)로부터 수신한 정보를 분석하여 적설, 결빙 발생조건 도달 여부를 판단한 후, 적설, 결빙 발생조건 도달한 것으로 판단되면 사전 설정된 도로표면 목표온도, 융설열량 및 빙결방지열량에 따라 PID(Proportional-Integral-Derivative) 전력제어 방식으로 전열선(3)에 전력을 공급하여, 초기에는 전열선(3)의 신속한 발열이 진행되도록 하여 단시간에 도로표면의 온도가 설정된 목표온도에 도달하게 만들며, 도로표면의 온도가 설정된 목표온도에 도달한 후에는 목표온도의 유지에 필요한 전력량을 미세하게 on-off 조정하여 발열 단계별 최적의 전력을 실시간으로 제어, 공급하므로 효율적인 전력 사용량으로 도로표면의 지속적인 융설 및 융빙이 이루어지게 한다. 이를 통해서 전력비용의 경제적인 효과를 극대화시킬 수 있게 된다.

또한 도로의 발열상태, 콘트롤러의 작동상태 등을 IoT를 기반으로 하여 관리자의 PC, 휴대폰 등과 같은 모바일 단말기 내지 개인 단말기로 실시간 전송하게 된다. 이를 통해서 관리지가 시스템 작동 전반을 손쉽게 모니터링할 수 있으며, 상황에 따라 필요시 무선으로 시스템을 관리, 제어하는 것이 가능하게 된다.

위에서 설명한 본 발명에 의하면, 강설시 사후대응 차원의 제설작업으로 인한 교통체증, 제설비용 발생 등의 문제점을 해결할 수 있으며, 특히 매년 동절기 도로의 결빙으로 인한 미끄럼사고를 줄이고 그로 발생하는 인적, 물적, 사회적 비용의 저감할 수 있게 된다. 또한 본 발명을 이용하게 되면, 제설제나 융설액의 사용이 필요 없거나 최소화시킬 수 있으므로, 제설제 사용 비용 절감은 물론이고, 제설제로 인한 도로수명 단축, 차량부식 발생, 2차 환경오염 발생 등을 예방하거나 최소화시킬 수 있게 된다. 위와 같은 장점을 가지는 본 발명은, 블랙아이스 상습발생지역, 스쿨존, 급경사, 굴곡진 구간, 터널의 입출구, 교량, 산악지형 구간, 상습결빙지역 등에서 매우 유용하게 이용될 수 있다.

1: 그루브
2: 단열프라이머층
3: 전열선
4: 채움마감층
5: 표면마감층
50: 매립형 센서

Claims (8)

1. 도로의 종방향으로 길게 연장되어 있는 오목한 도랑 형태의 그루브(1)가 횡방향으로 간격을 두고 복수개가 나란하게 도로의 표면에 형성되어 있고;
   그루브(1) 내측의 횡방향 양측면과 바닥면에 각각 단열프라이머층(2)이 형성되어 있으며;
   단열프라이머층(2)이 형성되어 있는 그루브(1) 내에는 전력 공급에 의해 발열하게 되는 전열선(3)이 배치되어 있고;
   그루브(1)의 내부 공간에 축열마감재가 채워져 전열선(3)이 축열마감재에 매립되도록 채움마감층(4)이 형성되며, 도로의 표면 위에도 축열마감재가 포설되어 상기 채움마감층(4)과 일체를 이루어서 표면마감층(5)이 형성되어 있으며;
   단열프라이머층(2)은, 중공비드 단열프라이머가 그루브(1) 내측에 도포되어 형성되는데, 중공비드 단열프라이머는, 50 내지 100㎛의 지름 크기의 속이 비어 있는 중공 비드(21)가 프라이머용 액상 수지(20)에 혼합되어 있되, 상기 프라이머용 액상 수지(20) 100중량부에 대해 중공 비드(21)가 10중량부로 혼합된 구성을 가지며;
   채움마감층(4) 및 표면마감층(5)을 이루는 축열마감재는, 결합재 20중량%, 축열골재 40중량% 및 충진재 40중량%로 구성되어;
   전열선(3)에 전력을 공급하여 발열시킴으로써 도로 표면의 융설 및 융빙에 의해 도로의 적설 현상 및 결빙 현상을 방지할 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 발열포장 도로구조.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   전열선(3)은, 내측의 합금 발열사(30)와, 이를 둘러싸는 제1피복(31)과, 이를 둘러싸는 최외측의 제2피복(32)으로 이루어지며;
   합금 발열사(30)는, 니켈-크롬 합금으로 이루어진 복수개 가닥의 극세사를 꼬아서 만든 것이고;
   제1피복(31)은 실리콘으로 이루어진 것이고;
   제2피복(32)은 테프론으로 이루어진 것임을 특징으로 하는 발열포장 도로구조.
   
5. 제1항에 있어서,
   각각의 그루브(1) 내에 배치된 전열선(3)은 전열선과 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 발열포장 도로구조.
   
6. 제1항에 있어서,
   도로 표면의 온도, 도로 표면의 습도, 도로의 적설 상태 및 도로의 결빙 상태를 실시간으로 측정할 수 있는 매립형 센서(50)가 표면마감층(5)에 매립되며;
   매립형 센서(50)를 통해서 실시간으로 측정된 정보를 수신하는 콘트롤러가 구비되며;
   상기 콘트롤러에서는 매립형 센서(50)로부터 수신한 정보를 기초로 적설, 결빙 발생조건 도달 여부를 판단한 후, 적설, 결빙 발생조건 도달한 것으로 판단되면 사전 설정된 도로표면 목표온도, 융설열량 및 빙결방지열량에 따라 전열선(3)에 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 발열포장 도로구조.
   
7. 제1항에 있어서,
   그루브(1)는 도로의 표면에서부터 50 내지 70mm의 깊이를 가지며;
   그루브(1)의 횡방향 폭은 10mm이고;
   그루브(1) 간의 횡방향 간격은 10 내지 20cm인 것을 특징으로 하는 발열포장 도로구조.
   
8. 도로의 표면에, 도로의 종방향으로 길게 연장된 오목한 도랑 형태의 그루브(1)를 횡방향으로 간격을 두고 복수개 나란하게 형성하는 단계;
   그루브(1) 내측의 횡방향 양측면과 바닥면에 각각 중공비드 단열프라이머를 도포하여 단열프라이머층(2)을 형성하는 단계;
   전력 공급에 의해 발열하게 되는 전열선(3)을 단열프라이머층(2)이 형성되어 있는 그루브(1) 내에 배치하는 단계; 및
   그루브(1)의 내부 공간에 축열마감재를 채워서 전열선(3)이 축열마감재에 매립되도록 채움마감층(4)을 형성하며, 도로의 표면 위에도 축열마감재를 포설하여 상기 채움마감층(4)과 일체가 된 형태의 표면마감층(5)을 형성하는 단계를 포함하되;
   단열프라이머층(2)의 이루는 중공비드 단열프라이머는, 50 내지 100㎛의 지름 크기의 속이 비어 있는 중공 비드(21)가 프라이머용 액상 수지(20)에 혼합되어 있되, 상기 프라이머용 액상 수지(20) 100중량부에 대해 중공 비드(21)가 10중량부로 혼합된 것이고, 채움마감층(4) 및 표면마감층(5)을 이루는 축열마감재는, 결합재 20중량%, 축열골재 40중량% 및 충진재 40중량%로 이루어진 구성을 가지게 함으로써;
   전열선(3)에 전력이 공급되면 전열선(3)이 발열되어 도로 표면의 융설 및 융빙에 의해 도로의 적설 현상 및 결빙 현상을 방지할 수 있게 되는 발열포장 도로구조를 형성하게 되는 것을 특징으로 하는 도로의 발열포장 시공방법.
   
   

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