KR102642522B1 - 발열부 일체형 프리캐스트 콘크리트 패널 제조 방법 및 블랙아이스 예방 도로 포장 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발열부 일체형 프리캐스트 콘크리트 패널 제조 방법 및 블랙아이스 예방 도로 포장 방법에 관한 것으로, 발열부와 프리캐스트 콘크리트 패널의 조합을 통해 차량이 주행하는 도로에서 블랙아이스의 발생을 방지하면서 도로 포장의 수명을 연장하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 발열부 일체형 프리캐스트 콘크리트 패널 제조 방법은, 프리캐스트 콘크리트부용 거푸집 안에 콘크리트를 타설하여 육면체 형태의 프리캐스트 콘크리트부를 제조하는 제1단계와; 상기 제1단계에서 제조한 프리캐스트 콘크리트부에 라인 형태의 발열부를 형성하는 제2단계를 포함하고, 상기 제1단계는 상기 프리캐스트 콘크리트부용 거푸집에 상기 발열부의 형태를 갖는 블록아웃 채움재를 거치하는 제1-1단계, 상기 프리캐스트 콘크리트부용 거푸집 안에 콘크리트를 타설하는 제1-2단계를 포함하며, 상기 제2단계는 상기 제1-2단계에서 타설한 콘크리트의 양생 전에 상기 블록아웃 채움재를 탈형하는 제2-1단계, 상기 블록아웃 채움재로 인해 생긴 홈 안에 상기 발열부의 발열부 콘크리트를 타설 양생하여 발열부를 제조하는 제2-2단계를 포함한다.
본 발명에 의한 발열부 일체형 프리캐스트 콘크리트 패널 제조 방법은 발열부 콘크리트의 타설과 양생을 통해 라인 형태의 발열부를 제조하는 제1단계와; 프리캐스트 콘크리트부 거푸집 안에 상기 제1단계에서 제조한 발열부를 거치하는 제2단계와; 상기 프리캐스트 콘크리트부용 거푸집 안에 콘크리트를 타설 양생하여 상기 발열부가 매설된 프리캐스트 콘크리트부를 제조하는 제3단계를 포함한다.

Description

발열부 일체형 프리캐스트 콘크리트 패널 제조 방법 및 블랙아이스 예방 도로 포장 방법 {Method of manufacturing precast concrete panels integrated with heating units and method of pavement road to prevent black ice}

본 발명은 도로 포장용 프리캐스트 콘크리트 패널에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발열부(CNT)의 발열 특성을 도로 포장용 프리캐스트 콘크리트 패널에 적용하여 겨울철 블랙아이스의 발생을 방지하는 발열부 일체형 프리캐스트 콘크리트 패널 제조 방법 및 블랙아이스 예방 도로 포장 방법에 관한 것이다.

이 부분은 본 출원 내용과 관련된 배경 정보를 제공할 뿐 반드시 선행기술이 되는 것은 아니다.

최근 겨울철 대형 교통사고의 주요요인으로 대두되고 있는 블랙아이스는 아스팔트나 콘크리트 표면의 작은 틈새로 물이나 눈이 스며들어 얼어붙는 현상으로 육안으로 확인이 되지 않아 교통사고를 유발할 가능성이 높다.

도로교통공단의 교통사고 분석시스템에 따르면 2014~2018년 블랙아이스로 인한 결빙도로 사고는 약 6,500건으로 눈이 많이 쌓여 발생한 사고보다 약 1.8배 많았고, 부상자수는 2배, 사망자 수는 3배 이상 많고, 치사율은 1.9배 이상 높았다.

블랙아이스로 인한 사고 방지를 위하여 제설재를 살포하고 있으나 이미 영하권의 날씨로 인해 도로가 결빙되어 교통체증이 크며 여러 사고들을 유발한다.

뿐만 아니라 도로 아스팔트 포장의 경우 소성변형 및 피로균열로 인한 지속적인 파손이 발생되고 있다.

아스팔트 포장에서 하부기층의 변형이 발상된 포장체에 대하여 상부 표층 덧 씌우기만(5cm) 반복하여 표면상의 미관만을 고려한 유지관리를 실시하기 때문에 도로의 내구성은 물론 겨울철 블랙아이스 위험도 높아지고 있다.

소성변형으로 인한 지반의 침하 및 내부균열에 대한 근본적인 보수보강이 필요하며, 사후 대응이 아닌 사전 예방적인 도로 융설 및 융빙 대책의 중요성이 대두되고 있다.

현재까지 개발된 발열관련 도로의 결빙방지 기술로는 전열선법과 열 배관법 등이 적용되고 있으나 시공 또는 유지관리 측면에서 예상치 못한 여러 문제점이 도출되고 있다.

기존의 결빙방지 기술인 전열선과 열 배관 방식은 전기나 기타 에너지원을 이용하여 발열하는 방식으로 시스템의 고장 발생 시 보수가 효과적으로 이루어지기 어렵고 재시공을 필요로 하는 등 기술적, 경제적으로 문제점이 발생한다.

열선은 차량 통행량이 많은 구간에 대하여 연성포장인 아스팔트에 홈을 커팅하고 설치하는데, 대형차량 차륜에 의해 가해지는 압력으로 열선이 끊어지는 경우가 많기 때문에 실제 수명은 2~3년에 불과하여 반복적인 설치가 필요한 실정이다.

제설법은 이미 눈이 적재된 후에 시작되므로 터널 입구 혹은 출구나 교량, 대형 교차로 등 블랙아이스에 의한 대규모 피해를 유발할 수 있는 지역이나 유동인구가 많거나 하향 경사구간 도로지역은 강설의 시점에서 융설로 인한 차량 통행성 확보가 어렵다.

열선을 이용한 방식의 특허문헌으로 등록특허 제10-1202262호는 도로 포장면 아래에 중공된 공간으로 형성되는 설치관과 상기 설치관에 구비되는 열선을 포함하는 발열부; 상기 열선에 사용되는 전력을 공급하는 전원부; 상기 도로 포장면의 온도를 측정하는 온도측정센서; 상기 온도측정센서의 측정값이 미리 결정한 제1설정값 이하이면 상기 열선에 상기 전원부를 통하여 전력을 공급하고 상기 온도측정센서의 측정값이 미리 결정한 제2설정값 이상이면 상기 열선에 전력을 차단하는 제어부; 및 도로 포장면에 설치되며 상기 열선에 전력이 공급 될 때에 점등되고 전력이 차단 될 때 소등되는 안전등;을 포함하는 도로용 무인 제설장치가 있다.

등록특허 제10-1202262호 등록특허 제10-1705315호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 발열부와 프리캐스트 콘크리트 패널의 조합을 통해 차량이 주행하는 도로에서 블랙아이스의 발생을 방지하면서 도로 포장의 수명을 연장하는 발열부 일체형 프리캐스트 콘크리트 패널 제조 방법 및 블랙아이스 예방 도로 포장 방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 발열부 일체형 프리캐스트 콘크리트 패널 제조 방법은, 프리캐스트 콘크리트부용 거푸집 안에 콘크리트를 타설하되 발열부의 타설공간이 형성되도록 타설하는 제1단계와; 상기 제1단계에서 형성한 발열부의 타설공간에 발열부 콘크리트를 타설 양생하는 제2단계를 통해 제조되는 발열부의 후타설형 인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 발열부 일체형 프리캐스트 콘크리트 패널 제조 방법은 발열부 콘크리트의 타설과 양생을 통해 라인 형태의 발열부를 제조하는 제1단계와; 프리캐스트 콘크리트부 거푸집 안에 상기 제1단계에서 제조한 발열부를 거치하는 제2단계와; 상기 프리캐스트 콘크리트부용 거푸집 안에 콘크리트를 타설 양생하여 상기 발열부가 매설된 프리캐스트 콘크리트부를 제조하는 제3단계를 통해 제조되는 발열부의 선매립형인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 발열부 일체형 프리캐스트 콘크리트 패널 제조 방법 및 블랙아이스 예방 도로 포장 방법에 의하면, 반복적으로 발생되는 겨울철 블랙아이스로 인한 대형 교통사고를 미연에 방지하는 효과가 있고, 공장 제작에 의한 모듈화를 통해 급속 시공이 가능하므로 교통 통제시간을 최소화 하는 효과도 있고, 도로를 고강도의 콘크리트로 포장하여 도로 포장의 수명을 연장하고 결국 유지보수비용을 절감하는 효과도 있으며, 특히, 콘크리트와 발열 콘크리트의 동질 특성을 이용하여 프리캐스트 콘크리트부와 발열부을 일체로 합성함으로써 차량으로부터 가해지는 반복하중으로 인한 발열부의 탈락을 방지하므로 고가의 유지비용을 절감하는 효과가 있다.

도 1과 도 2는 각각 본 발명에 의한 발열부 일체형 프리캐스트 콘크리트 패널의 예시도.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 의한 발열부 일체형 프리캐스트 콘크리트 패널의 제조 공정도.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 의한 발열부 일체형 프리캐스트 콘크리트 패널의 제조 공정도.
도 5 내지 도 7은 각각 본 발명에 의한 발열부 일체형 프리캐스트 콘크리트 패널에 적용된 발열부의 예시도.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1과 도 2에서 보이는 것처럼, 본 발명에 의한 발열부 일체형 프리캐스트 콘크리트 패널(10)은 프리캐스트 콘크리트부(11) 및 발열부(CNT 콘크리트)(12)로 이루어지되, 프리캐스트 콘크리트부의 선 타설 후 발열부를 후 타설하는 실시예 1, 발열부를 선 타설로 제조한 후 프리캐스트 콘크리트부를 타설(선매립)하는 실시예 2로 구분되고, 발열부(12)는 20~40mm의 두께, 100~800mm의 폭을 제원으로 하고 이 제원은 차량 바퀴의 폭보다 넓은 블랙아이스 예방 구간을 만들기 위한 것이다. 발열부(12)는 프리캐스트 콘크리트부(11)에 1개의 라인으로 형성되는 것(도 1 참고), 프리캐스트 콘크리트부(11)에 다수개의 라인으로 형성되는 것(도 2 참고)이 가능하고, 이하의 실시예는 도 1의 형태를 예로 들어 도시하고 설명한다.

<실시예 1>

도 3에서 보이는 바와 같이, 본 실시예에 의한 발열부 일체형프리캐스트 콘크리트 패널(10)의 제조 방법은 공장에서 거푸집 안에 콘크리트를 타설하여 양생을 통해 프리캐스트 콘크리트부(11)를 제조하고 이 과정에서 발열부(12)를 타설하여 프리캐스트 콘크리트부(11)와 발열부(12)로 구성된 프리캐스트 콘크리트 패널(10)을 제조하는 것이다.

제1단계. 프리캐스트 콘크리트부 제조.

제1-1단계. 거푸집 거치.

프리캐스트 콘크리트부용 거푸집(1)을 거치하고 발열부(12)의 형태를 갖는 블록아웃 채움재(2)를 거치한다. 철근의 배근은 공지 기술과 동일하므로 도면과 구체적인 설명을 생략한다.

프리캐스트 콘크리트부용 거푸집(1)은 상부를 향해 개방되는 구조이다.

블록아웃 채움재(2)는 발열부(12)의 시공을 위하여 발열부 콘크리트를 타설하기 위한 공간을 만들기 위한 것이며 프리캐스트 콘크리트부용 콘크리트의 타설 압력에 의해 변형되지 않는 재질과 구조이고 또한 프리캐스트 콘크리트부용 콘크리트의 양생 과정에서 쉽게 탈형되도록 처리되는 것이 바람직하다.

블록아웃 채움재(2)는 거치대(3)를 통해 프리캐스트 콘크리트부용 거푸집(1)의 바닥과 일정 높이를 두고 이격되도록 거치된다. 거치대(3)는 전술한 상태의 거치가 가능한 모든 구조가 가능하고 예를 들어 지면에 지지되는 좌우 한 쌍의 다리, 상기 다리에 지지되는 프레임, 상기 프레임에 매달리며 블록아웃 채움재(2)에 연결되는 행거봉으로 구성된다. 상기 행거봉은 블록아웃 채움재(2)의 높이 조절(나사식 등)이 가능하도록 구성되는 것도 바람직하다.

제1-2단계. 콘크리트 타설.

프리캐스트 콘크리트부용 거푸집(1) 안에 콘크리트를 타설한다.

제2단계. 발열부 제조.

제2-1단계. 블록아웃 채움재 탈형.

프리캐스트 콘크리트부용 거푸집(1)에서 블록아웃 채움재(2)를 탈형하여 발열부(12)의 형성을 위한 공간을 확보한다.

이 때, 전 공정에서 타설한 프리캐스트 콘크리부용 콘크리트가 완전 양생되기 전에 블록아웃 채움재(2)를 탈형하며, 그 이유는 완전 양생되지 않은 콘크리트의 특성을 이용하여 프리캐스트 콘크리트부(11)와 발열부(12)를 일체로 합성하기 위함이다.

블록아웃 채움재(2)의 탈형은 거치대(3)를 거푸집(1) 주위로 이동하는 방법, 거치대(3)의 높이 조절을 통해 블록아웃 채움재(2)를 프리캐스트 콘크리트부(11)에서 빼는 방법이 가능하다.

제2-2단계. 발열부 타설.

블록아웃 채움재(2)의 탈형으로 생긴 프리캐스트 콘크리트부(11)의 빈 홈(11a) 안에 발열부 콘크리트를 타설한다.

상기 프리캐스트 콘크리트부 콘크리트와 발열부 콘크리트의 양생을 통해 프리캐스트 콘크리트부(11)와 발열부(12)가 일체로 합성된 프리캐스트 콘크리트 패널(10)을 완성한다.

발열부의 타설 공정에서는 발열부(12)의 발열 작용을 위하여 양쪽 끝에 전선을 고정할 수 있다.

지금까지는 블록아웃 채움재(2)를 별도의 거치대(3)를 통해 공중에 떠 있도록 거치하는 것으로 도시하고 설명하였으나 이에 한정되지 아니하고 블록아웃 채움재(2)를 프리캐스트 콘크리트부용 거푸집(1)의 바닥에 깔고 콘크리트를 타설하여 제조하고 최종 완성 후 상하를 뒤집어 블록아웃 채움재(2)가 상부를 향하도록 한 후 탈형과 발열부 콘크리트의 타설로 프리캐스트 콘크리트 패널을 제조하는 것도 가능하다.

본 발명에서 사용된 프리캐스트 콘크리트부 콘크리트는 도로 포장용 프리캐스트 콘크리트 패널의 제조를 위한 재료와 동일하다.

발열부 콘크리트는 발열을 위한 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT) 더욱 바람직하게 다중벽 탄소 나노튜브(Multi Wallde Carbon Nano Tube, MWCNT)를 조성으로 하고 또한, 프리캐스트 콘크리트와 동질감을 주기 위한 콘크리트를 조성으로 하며, 바람직하게 시멘트 : 모래 : 물 : MWCNT = 1 : 2.3~2.6 : 0.35~0.45 : 0.018~0.02를 조성비(중량비)로 한다.

MWCNT의 평균 직경은 1nm~10nm이고 길이는 100nm~1cm이다. MWCNT의 밀도는 1.33g/cm로 전기 전도도가 0.17~2ㅧ10⁵S/cm이고 열전도도는 3,000W/mㅇK이다. MWCNT는 구리에 비해 전기전도도는 약 100배 이상, 열전도도는 7.5배 우수하다. MWCNT는 순도 99%로 기능화 된 수용액 상태이며, 이는 시멘트 재료에서 분산성을 확보하는데 유리한 것으로 나타났다.

발열부(12)는 무근형도 가능하고 물론 철근이 배근되는 것도 가능하다.

<실시예 2>

도 4에서 보이는 바와 같이, 본 실시예에 의한 발열부 일체형 프리캐스트 콘크리트 패널(10)의 제조 방법은, 발열부 제조(제1단계) - 발열부 거치(제2단계) - 발열부 매립 프리캐스트 콘크리트부 제조(제3단계)의 공정으로 이루어지며, 콘크리트, 발열부 콘크리트의 재료는 전술한 실시예 1과 동일하다.

제1단계. 발열부 제조.

발열부의 형태를 갖는 거푸집 안에 발열부 콘크리트를 타설 양생하고 상기 거푸집의 탈형을 통해 육면체 형태의 발열부(12)를 제조한다.

제2단계. 발열부 거치.

프리캐스트 콘크리트부 거푸집(1)의 타설공간 안에 발열부(12)를 거치한다.

발열부(12)의 위치는 프리캐스트 콘크리트 패널(10)의 완성을 기준으로 할 때와 동일한 위치이며, 거치대(3)를 통해 거치된다.

거치대(3)는 실시예 1에서 설명한 블록아웃 채움재(2)의 거치대(3)와 동일한 구조와 기능을 할 수 있다.

제3단계. 콘크리트 타설.

프리캐스트 콘크리트부 거푸집(1) 안에 콘크리트를 타설 양생한다.

상기 콘크리트는 발열부(12)의 둘레부에 침투하여 양생됨으로써 발열부(12)와 일체로 합성된 프리캐스트 콘크리트부(11)를 제조하게 된다.

도 4의 우측에서 보이는 것처럼, 본 실시예도 발열부(12)를 프리캐스트 콘크리트부 거푸집(1)의 바닥에 깔고 콘크리트를 타설 양생한 후 상하를 뒤집어 제조하는 것이 가능하다.

이하, 발열부의 다양한 실시예에 대해 설명한다.

도 5에서 보이는 것처럼, 발열부(12)는 상부의 폭(a)보다 하부의 폭(b)이 더 넓은 형태이며, 구조적으로 발열부(12)의 탈락을 방지한다.

실시예 1의 제조 방법으로 제조되는 경우 블록아웃 채움재는 상부로 분리할 수 없고 옆으로 분리한다.

또한, 발열부(12)는 상부와 하부가 동일한 폭인 경우 양쪽면이 거칠기 가공될 수 있다. 거칠기 가공은 블록아웃 채움재(2)의 양쪽면을 요철형으로 형성하는 것으로 가능하고, 블록아웃 채움재(2)는 상부로 분리되지 못하고 옆으로 빼내어 분리된다.

도 6에서 보이는 것처럼, 발열부(12)는 둘레부에 스터드(13)를 포함한다.

스터드(13)는 발열부(12)와 프리캐스트 콘크리트부(11)를 일체로 합성하며, 발열부(12)의 제조 시 매설되는 것도 가능하고 발열부(12)의 제조 후 고정되는 것도 가능하고 발열부(12)의 둘레부에 상호 간에 일정 간격을 두고 다수개가 적용된다.

도 7은 발열부(12)를 보호하는 보호틀(14)을 이용하는 예를 도시한 것이며, 보호틀(14)은 발열부(12)가 얇은 두께인 경우 발열부(12)의 균열과 깨짐을 효과적으로 방지한다.

보호틀(14)은 발열부(12)의 저면을 지지하는 판형 또는 저면과 둘레면을 덮는 박스 형태이고 외부면에 스터드가 적용될 수 있다.

또한, 보호틀(14)은 박스 형태인 경우 발열부(12)의 거푸집 겸용도 가능하고 즉, 보호틀(14) 안에 발열부 콘크리트를 타설하고 양생하여 발열부(12)를 제조하고며, 보호틀(14)과 함께 프리캐스트 콘크리트부(11)에 매설 제조된다. 이 때, 발열부(12)와 보호틀(14)의 일체 합성을 위하여 보호틀(14)은 내부면에 스터드(돌기나 홈)가 구성된다.

본 발명에 의한 블랙아이스 예방 도로 포장 방법은 다음과 같다.

1. 포장면 정리.

기존 포장(예를 들어 아스팔트 포장)을 제거한 후 제거된 포장구간의 면을 정리한다.

2. 발열부 일체형 프리캐스트 콘크리트 패널 설치.

패널(100)을 인양하여 포장구간 위로 운반한 후 포장면에 거치한다.

패널(100)의 레벨링을 맞추고 이웃하는 패널(100)과 인터록킹한다.

3. 그라우팅.

패널(100)의 가장자리를 실링한 후 패널(100)의 그라우팅홀을 통해 패널(100)의 저부와 포장면 사이를 그라우팅한다.

4. 발열부와 제어기 연결.

패널(100)이 설치된 포장구역의 옆에 제어기와 전원부를 설치하고, 상기 제어기를 패널(100)의 전선과 접속한다.

이상의 공정을 통해 패널(100)에 의한 도포 포장을 완료한다.

이상의 공정을 통해 시공된 도로 포장에 따르면, 도로 노면의 블랙아이스가 발생되는 기상조건에서 발열부(12)에 전압(예를 들어 30~60V))이 인가되면 발열부(12)가 발열한다(예를 들어 25℃).

발열부(12)의 열은 프리캐스트 콘크리트부(11)의 표면에 전달되어 패널(100)의 표면 및 표면에서부터 형성된 크랙부분을 블랙아이스가 발생하는 온도보다 높은 온도로 조성한다.

따라서, 패널(100)의 표면에서부터 작은 틈에 물이나 눈이 스며들더라도 얼어붙지 못한다.

또한, 본 발명은 블랙아이스의 예방뿐만 아니라, 발열부(20)의 열을 통해 이미 얼어붙은 얼음도 녹일 수 있다.

결국, 본 발명의 패널(100)에 의해 포장된 도로는 블랙아이스로 인한 사고를 방지하게 된다.

10 : 프리캐스트 콘크리트 패널,
11 : 프리캐스트 콘크리트부, 12 : 발열부
13 : 스터드,
1 : 거푸집, 2 : 블록아웃 채움재
3 : 거치대,

Claims (6)

1. 삭제
2. 발열부 콘크리트의 타설과 양생을 통해 라인 형태의 발열부를 제조하는 제1단계와;
   프리캐스트 콘크리트부 거푸집 안에 상기 제1단계에서 제조한 발열부를 거치하는 제2단계와;
   상기 프리캐스트 콘크리트부 거푸집 안에 콘크리트를 타설 양생하여 상기 발열부가 매설된 프리캐스트 콘크리트부를 제조하는 제3단계를 포함하고,
   상기 제1단계는 보호틀을 거푸집으로 하여 상기 보호틀 안에 발열부 콘크리트를 타설 양생하여 발열부를 제조하며, 상기 보호틀은 상기 프리캐스트 콘크리트부 및 발열부에 각각 삽입되어 고정되도록 외부면과 내부면에 각각 스터드가 형성되는 것을 특징으로 하는 발열부 일체형 프리캐스트 콘크리트 패널 제조 방법.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 발열부 콘크리트는 시멘트 : 모래 : 물 : MWCNT = 1 : 2.3~2.6 : 0.35~0.45 : 0.018~0.02의 중량 비율로 이루어지는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 발열부 일체형 프리캐스트 콘크리트 패널 제조 방법.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 2에 의한 제조 방법에 의해 제조된 발열부 일체형 프리캐스트 콘크리트 패널을 이용한 블랙아이스 예방 도로 포장 방법으로서,
   노면에, 청구항 2에 의해 제조된 발열부 일체형 프리캐스트 콘크리트 패널을 거치하는 제1단계와;
   상기 발열부 일체형 프리캐스트 콘크리트 패널의 발열부에 연결된 전선을 제어기와 전기적으로 연결하는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 블랙아이스 예방 도로 포장 방법.