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제목	이상기후 및 제설환경을 고려한 콘크리트 소구조물 설계기준 개선
작성자	한국도로공사	작성일
공사명
공사비		공사기간
사업개요	1. 일반현황 (1) 최근 콘크리트의 조기열화로 인한 내구성 저하가 심각한 사회 문제로 대두 (1.1) 2002년 이후 습염식 제설방법 도입과 최근 염화칼슘 살포량의 급격한 증가 (1.2) 이상기후로 인한 기록적인 한파와 폭설로 반복적인 동해피해 발생으로 콘크리트 구조물의 열화발생 가속 (2) 제설제 사용량 증가와 동해피해 등으로 인한 복합열화 피해 증가에 따른 콘크리트 소구조물의 내구성 강화 필요 (2.1) 열화 : 기후, 환경 등 외부요인에 의해 구조물 재료의 성질이 변화되고, 내구성이 저하되는 현상
발주처		시공회사
설계회사		감리회사
기관별분류	공사 > 한국도로공사
공종별분류	배수공
업무내용분류	건설일반
통합건설정보분류	시설물분류>운송 교통시설>도로운송시설>자동차 도로;공종분류>토목공종>관공사 부대공
현황 및 문제점	2. 현황 및 문제점 2.1 그간 추진경위 (1) 시멘트콘크리트 설계기준 강도 적용방안(설계처, 2008) (1.1) 타설 및 양생시 기온, 환경요소 등을 감안하여 설계기준 강도 차등 적용 (1.1.1) 특수지역 : 30MPa 이상, 일반지역 : 24MPa 이상 (2) 콘크리트 배합기준 변경 적용(설계처, 2009) (2.1) 유지관리를 고려한 생애주기를 감안하여 상향된 콘크리트 배합기준 적용 (2.2) 특수지역 : 평균 염화물사용량 5.2ton/lane-km/yr 이상 구간 잠정 적용 (3) 기계타설 소구조물 콘크리트 배합변경(설계처, 2010) (3.1) 노출환경 등급 지침(도로교통연구원) (3.1.1) 특수환경 노출 지역 : 원주 등 10개 지사, 인제 등 3개 지역 (4) 폐유리 슬러지를 활용한 고내구성 소구조물 및 시인성 유도 기술 개발 연구(도로교통연구원, 2012) (4.1) 산업부산물인 유리 연마슬러지, 폐유리 등을 혼입한 콘크리트 개발 (4.1.1) 내염 등 콘크리트 내구성 증가 2.2 관련기준 및 문제점 2.2.1 기계타설 소구조물 관련기준 2.2.1.1 설계적용기준 (1) 일반지역 : 24MPa, 특수지역 : 30MPa (2) 특수환경 노출지역 정의(도로교통연구원, 2010) 2.2.1.2 콘크리트 내구성 관련 시방기준 (1) 콘크리트 표준시방서(2009) <특수노출상태에 대한 요구사항> (2) 콘크리트 구조기준(2012년) <노출등급에 따른 내구성 허용기준> <동결융해 노출범주 및 등급> (3) 도로교 설계기준(한계상태 설계법, 2012년 고시, 2015년 적용) <노출환경듭급에 따른 최소 콘크리트강도(MPa)> <환경 조건에 따른 노출 등급> 2.2.2 문제점 (1) 이상기후에 따른 동절기 한파 및 강설 발생빈도 증가 (1.1) 최근 동절기 최저기온 저하와 저온현상 지속 (1.2) 남부지역 이상저온 현상 발생 (2011~2012 동절기) (2) 습염식 제설방법에 따른 염화칼슘 사용량 증가 (2.1) 강설일수는 과거 10년 동안 크게 증가하지는 않았으나, 염화칼슘 사용량은 약 3배 증가했으며, (2.2) 기습강설 및 어는비에 대비한 예비살포, 고객 요구수준 향상으로 염화칼슘 사용량의 지속적 증가 추세임 (3) 제설염화물에 의한 피해 증가 (구조물처, 2010) (3.1) 연평균 보수비용은 2004년 이후 꾸준히 증가 추세임 <제설제 사용량 및 열화 보수비용 현황> (4) 일반환경과 특수환경 노출지역의 구분 (4.1) 지역특성에 따라 콘크리트 구조물의 피해정도는 차이가 있으나, 전국적인 피해양상을 나타내고 있음 (일반지역의 경우 시방기준 미준수) (4.2) 지역환경(강설일, 강설량, 온도특성) 및 제설제 사용량 등은 최근 이상 기후의 원인으로 가변적이며, (4.3) 지역별 노출환경 구분시 지사별 구분으로 되어 있어 설계·건설 중 적용하기 어려움 (5) 콘크리트 표준시방서(2009) 등 관련기준 미준수 (5.1) 적용기준 : 일반지역 : 24MPa, 특수지역 : 30MPa (5.2) 시방기준 : 제설제 및 동결/융해 환경 고려 30MPa 이상(W/B 0.45이하) 적용 (5.2.1) 콘크리트 하자발생시 처리주체 논란 우려
개선내용	3. 개선내용 3.1 개선방안 검토 3.1.1 주요 검토사항 (1) 기계타설 소구조물 설계기준 강화 (1.1) 최근 이상기후 및 제설제 사용량 증가에 따른 대책검토 (1.2) 콘크리트 관련 시방서 설계기준강도 준용 (2) 소구조물용 고내구성 콘크리트 연구결과 반영 검토 (2.1) 폐유리를 혼입한 고내구성 콘크리트 적용성 검토(도로교통연구원, 심재원) 3.1.2 기계타설 소구조물 시멘트콘크리트 설계기준강도 상향 (1) 주변환경 변화에 따른 내구성 확보 필요 (1.1) 동절기 한파 및 염화칼슘 사용량 증가로 지속적인 피해 증가 (1.2) 시설물 피해예방을 위해 강도상향을 통한 내구성 확보 (2) 콘크리트 관련 시방서 기준 준수 (2.1) 설계기준별 내구성을 만족하는 최소기준 적용(W/B, 강도 등) (2.2) 최근 이상기후 및 제설제 사용량 증가, 콘크리트 관련 시방기준 등을 종합적으로 고려하여 콘크리트 설계기준강도 상향조정 (3) 경제성 분석 (3.1) 강도상향(24MPa→30MPa)에 따른 생산비 증가는 미미함 (3.1.1) 염해로 인한 구조물 보수(재시공)비용 감안시 강도상향이 경제적으로 유리 (3.2) 유지관리를 고려한 생애주기(LCC) 분석 3.1.3 소구조물용 콘크리트 내구성 향상 방안 (1) 고내구성 콘크리트 개발 개요 (1.1) 폐유리粉(미세분)을 활용하여 콘크리트 내구성 증진 (1.2) 내구성 증진에 따른 소구조물 공용연수 연장 및 비용절감  * 폐유리분 이란? 유리 절단 및 표면가공시 물을 살포하여 처리하는데, 이때 발생되는 유리분진과 물이 섞여 슬러지 케이크가 발생되고 이 슬러지를 건조한 것  ※ 폐유리 재활용 관련 법적근거【5.1절 참조】 - 폐기물 종류와 재활용 방법 근거 (폐기물 관리법 시행규칙 제14조 3항) · 폐유리를 파쇄·분쇄하여 유리제품이나 건축·토목자재의 원료로 가공 - 폐기물 처리업 근거 (폐기물 관리법 제25조 1항) · 폐기물의 수집·운반, 재활용 또는 처분하는 업 · 환경부장관 또는 시·도지사에게 폐기물처리사업계획서 제출 (2) 폐유리(슬러지) 처리과정 (2.1) 폐유리 슬러지 처리과정 (2.2) 폐유리 처리과정 (3) 역학적 성능 및 내구성능 검증 (3.1) 각 항목별 배합성능 비교 (3.1.1) 성능비교를 위한 배합 기준표 (3.2) 유리슬러지 10% 혼입 시 염화물 침투저항성 및 동결융해 저항성능 개선효과(기존 플라이애쉬 배합의 경우 동결융해 저항성(180싸이클 이후) 급격히 저하) (3.3) 하이브리드 배합(유리슬러지+플라이애쉬) 시 생산설비(사일로) 추가 설치 필요 <염소이온 투과저항성: (좌) 담수, (우) 4% 제설액> <동결융해 실험결과: (좌) 담수, (우) 4% 제설액> (3.4) 폐유리 슬러지 혼입(10%) 시 충분한 압축강도 발현 및 동결융해 및 염화물 침투저항성 등 내구성능 향상 (4) 폐유리 자재 수급 (4.1) 폐유리 슬러지 발생현황 (4.1.1) 국내에 17개 업체에서 연간 4,700톤 규모의 폐유리 슬러지 발생 (4.1.2) 폐유리 슬러지 공급가액은 60~80원/kg 대에 형성됨 (4.2) 폐유리 생산현황 (4.2.1) 대부분 유리병 원료로 재활용, 국내 발생량은 약 30,000톤/년 (4.2.2) 국내에 21개 폐유리 생산업체가 있으며, 상위 7개 업체가 전체 생산량의 약 93%을 생산 (4.2.3) 폐유리 거래량과 공급량이 일정하여 가격변동 없이 보합세 유지 (4.3) 현재 운영중인 12개 건설사업단(민자 제외)에 적용 시 폐유리 슬러지 자재수급에는 문제가 없을 것으로 판단됨 (4.3.1) 기계타설 소구조물(L형측구, 다이크) 잔여물량 : 235,249㎥ (4.3.2) 준공년도를 감안한 콘크리트 잔여물량 : 100,366㎥/년 (4.3.3) 폐유리 슬러지 사용량 : 3,372ton/년(100,366㎥/년×0.0336ton/㎥) (5) 폐유리 슬러지의 안전성 여부 (5.1) 안전성 시험 항목 및 결과 (5.1.1) 모든 항목에서 안전성 기준 만족 (6) 경제성 검토 (6.1) 콘크리트 배합단가 비교(폐유리 슬러지 가격 60원/kg 적용시) (6.1.1) 폐유리 슬러지 혼입시 기존 배합보다 다소 경제적임 (6.2) 유지관리를 고려한 생애주기(LCC) 분석
결론	4. 결론 4.1 검토결론 (1) 기계타설 소구조물 설계기준 강화 (1.1) (설계기준강도) 콘크리트 관련 시방서 및 주변 환경변화 등을 감안하여 설계기준 강도 상향 (1.1.1) 노출환경 등급(일반, 특수)과 관계없이 통일된 배합강도 적용 (1.2) (대상구조물) 기계타설 소구조물(중분대, L형측구, 다이크)에 적용 (1.2.1) 기계타설 소구조물 이외의 구조물(교량난간 포함)은 도로교통연구원 연구과제 완료 후 적용방안 검토 예정 (2) 기계타설 소구조물 고내구성 콘크리트 적용 (2.1) (배합설계) 동결융해 및 염화물 침투저항성 등에 우수한 폐유리 혼입 시멘트콘크리트 설계기준 배합 추가 (2.2) (적용방안) 현 시멘트콘크리트 설계기준 배합과 병행하여 사용 (2.2.1) 대상 구조물 : 기계타설 소구조물 (L형측구, 다이크) (2.2.2) 현장여건 및 자재수급여건 등을 고려하여 조정가능 (3) 설계적용 (3.1) 기계타설 소구조물(중분대, L형측구)에 30MPa(설계기준압축강도, fck) 적용 (3.2) 폐유리 혼입 콘크리트는 최초 시행, 자재수급 여건 등을 고려하여 다이크에 적용하고 향후 모니터링을 통한 확대시행 검토 (4) 실시설계 중인 노선 : 본 방침 적용 (5) 건설 및 공용중인 노선 : 주관(시행)부서 판단 후 적용
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