KR20110113793A - 포장도로의 융설장치 및 그 설치구간의 도로포장방법. - Google Patents

Abstract

본 발명은 겨울철 갑작스런 폭설과 결빙으로 인한 교통사고 취약지역 도로 및 교량, 급 경사진 도로등 어느 곳이나 설치 장소에 관계없이 설치, 포장방법이
용이하고 특히, 염수 염화칼슘용액을 전혀 사용하지 않아 100% 친환경적인 융설장치이다. 각종 포장도로에 쌓이는 눈이나 얼음을 신속하게 융설 할 수 있는 장치의 Heating Cable(발열선), 단열재등 포장도로 표면 속에 다양한 매설방법을 통해 각종 포장도로에 설치된 빙결방지 목적 및 융설장치 설치구간의 소성변형(Rutting) 및 균열(Cracking) 등을 방지할 수 있도록 금속분말이 혼합된 Cement Paste를 침투시켜 굳게한 열전도성 반강성포장(Semi-Rigid Pavement)으로 포장도로에 설치된 빙결방지 및 융설시스템 설치구간의 소성변형등이 방지될 수 있도록 하는 포장도로의 융설장치 및 그 설치구간의 도로포장방법을 제공한다.

Description

포장도로의 융설장치 및 그 설치구간의 도로포장방법.{ SNOW MELTING APPARATUS ON PAVED ROAD AND MEHOD FOR PAVING ROAD }

본 발명은 겨울철 각종 포장도로에 쌓이는 눈이나 얼음을 자동으로 신속하게 융설할 수 있는 포장도로의 융설장치 및 융설장치 설치구간의 도로포장방법에 관한 것으로,

보다 상세하게는 콘크리트포장도로 표면 위의 각종 통행차량의 큰 하중과 충격 진동에 의한 균열 현상을 동반한 외부하중과 온도변화에 대한 응력을 줄눈(Joint)에서 수용하여 지반침하의 형질변형등 점차적인 파손 및 훼손이 발생할 우려가 적었으나 아스팔트(아스콘)포장은 혼합물 자체가 수용함으로 인해 각종 통행 차량의

큰 하중과 충격 진동에 의한 균열 현상을 동반한 외부하중과 온도변화에 대한 안정성 부족으로 일어나는 대표적인 파손인 소성변형(Rutting)과 균열(Cracking)

마모(Abrasion), 박리(Stripping)현상이 빈번한 현실이기 때문에 아스팔트(아스콘)포장도로인 터널 입, 출구와 교차로 및 급커브 경사진 구간, 진 출입 램프, 대형차 통행 과다인 지형적으로 오르막 중차량 통행구간등의 아스팔트(아스콘)포장도로표면 속에 융설 및 빙결방지를 위한 발열선 혹은 발열포장재등 발열매체를 포설하는 융설시스템 시공공법이 미미한 현실이다.

즉, 콘크리트포장도로 표면 속에 설치한 발열매체를 통한 융설장치는 안정적이나, 아스팔트(아스콘)포장도로 표면 속에 발열선 혹은 발열포장재를 포설하여 시공하는 융설시스템 시공공법이 추후 상기와 같이 소성변형등 심각한 문제점으로 시설관리 유지비가 많이 들고 재시공등으로 인한 통행제한 및 막대한 경제적인 손실의 문제점이 있어 경제적인 효과를 극대화할 수 있는 발열매체의 효율적인 방법을 통한 포장도로의 융설장치 및 그 설치구간의 도로포장방법에 관한 것이다.

일반적으로 겨울철 각종 포장도로에 쌓이는 눈이나 얼음을 녹이는 융설 방법으로는 염화칼슘 등의 융설제를 살포하거나, 염수, 염화칼슘용액 분사, 제설작업 차량을 이용하여 제설하는 방법등이 일반적이었다.

그러나 최근 내린 기록적인 폭설로 제설작업에 많은 염화칼슘등이 뿌려지면서 주변 환경의 막대한 피해가 심각하게 우려되고 있다.

염화칼슘은 염소(Cl)와 칼슘(Ca)이 반응해 만들어진 이온성 화합물로 습기를 빨아들이면서 눈을 녹인다. 다량의 염화칼슘 사용으로 염류(鹽類)가 쌓여 토양이 알칼리화(pH 7.2 이상)되면 가로수는 뿌리를 통해 양분과 수분을 원활히 공급받을 수 없게 된다.

문제는 염화칼슘의 부식성이다. 자동차 철판 과 도로시설물과 구조물인 중앙분리대, 교량, 터널 입 출구등 콘크리트 포장도로에 묻거나 스며들면 녹이 슬고 조그만 흠이라도 있을 경우 부식이 빠르게 이뤄진다. 즉, 도로구조물등 내구연한에 심각한 영향을 준다.

특히, 환경오염의 주범이므로 시급하게 효율적인 대안이 요구되고 있는 실정이다.

그러므로 겨울철 폭설에 의한 도로상의 제설 작업에 한계가 있어 도로 표면 속에 전기열선과 같은 발열매체를 직접 매설하여 융설하는 방법이 제안되어 공공건물의

진 출입로등 점차적으로 확대되고 있다.

이러한 열선 매설방법에 대한 기존 공법은, 표층포장 공사를 하기 전, 노반층 및 기층 위에 미리 철근 혹은 와이어메쉬를 깔고, 그 위에 전기열선인 발열선을 포설하여 고정한 후, 그 위에 아스팔트(아스콘) 또는 시멘트 콘크리트로 포장하였다.

이는 시멘트 포장도로에서는 외부하중과 온도변화에 대한 응력을 줄눈(Joint)에서 수용하여 지반침하의 형질변형등 점차적인 파손 및 훼손이 발생할 우려가 적었으나 아스팔트 포장도로에서는 각종 통행 차량의 큰 하중과 충격 진동에 의한 균열 현상을 동반한 외부하중과 온도변화에 대한 안정성 부족으로 일어나는 대표적인 파손인 소성변형(Rutting)과 균열(Cracking) 마모(Abrasion), 박리(Stripping)현상이 빈번한 현실이기 때문에 도로표면 속에 매설된 발열매체도 쓸모없게 훼손되는 영향을 주므로 추후, 시설관리 차원의 개, 보수 작업 또한 용이하지 않은 단점 때문에 자동차전용 포장도로인 국도 및 고속도로, 교량등에서 널리 적용되지 못하고 있는 실정이다.

특히, 발연선인 전기열선 케이블만을 도로 표면에서 60mm내외의 깊이로 설치하기 때문에, 발열된 열이 발열선 하부로의 불필요한 열손실로 인해 도로의 표면까지 전달되는 시간이 많이 소요되어 강설 시, 신속한 융설 작업이 어려웠으며, 불필요한 열손실로 인한 막대한 전력 사용으로 시설유지 관리비가 많이 소요되고 있는 상황이다.

이러한 공법이 최근에는 개량, 진보된 발열선 매설방식의 더욱 효과적이고, 효율적인 열효율이용방법이 고안되어 제안되고 있다.

예를 들면, 공개특허 10-2009-0024037에서 지표면의 하부에 일정깊이로 매설되는 히팅케이블과, 그 히팅케이블의 하부에 구비되어 상기 히팅케이블이 가열시에 상기 히팅케이블에서 발생되는 열에너지가 하부로 전도되는 것을 차단하는 단열패널로 구성되는 것을 특징으로 하고, 도로 등의 지표면의 결빙을 방지하기 위해 지표면 하부에 매설되는 히팅케이블의 하부에 단열패널을 구비하여 열에너지의 손실을 최소화하여 결빙방지를 위한 전력소모가 최소화되는 장점이 있다 고 했고,

또 다른 방식의 공개번호 특2000-0022157에서는,

가열장치와 이 가열장치를 위한 축열식 발열체 및 보호시트에 관한 것으로서, 도로와 지붕 등의 융설, 건물시설의 난방 등에 이용되는 가열장치에 있어서, 피가열물에 대해 그 전체 영역에 걸쳐 균일한 가열을 실행하는 동시에, PTC히터의 유효한 이용을 가능하게 하기 위해 단열재의 상면에 발열체가 발하는 열을 확산하는 열확산판을 배치하고, 그 상면에 설치된 오목부에 발열체를 배치하고, 발열체로서는 잠열흡수 타입의 축열제가 봉입된 용기 내에 방열판을 장착한 발열요소를 축열제와 접촉상태로 삽입하여 구성하고, 또한 이 가열장치를 보호하기 위해 원적외선 방사재를 배합한 석유 아스팔트를 기재에 함침하여 이루어진 보호시트를 열원부를 덮도록 설치하고 열원부를 표층과 기층 사이에 일체적으로 고착시킨 것을 특징으로 하고,

도로, 주차장 또는 지붕 등의 눈을 녹여 제거함(이하, 융설(融雪)이라 한다) 동결방지, 건물시설의 난방, 농업분야에 있어서 온실가온, 또는 어업분야에 있어서 양식장 가온 등에 이용되는 가열장치와, 이 가열장치에 적합하게 이용되는 축열식 발열체 및 보호시트에 관한 것이다.

또, 매설된 열원부가 표층표면에서의 충격하중과 진동 등에 의해 단선, 파손되는 등 고장이 종종 발생하는 상황에 있다. 또, 이와 같이 표층 하에 열원부를 매설하는 경우

에 있어서는 표층표면에서의 충격, 하중 및 진동과, 노내(路內) 온도의 변동에 의한 반복신축 등에 의해 표층과 열원부와의 사이에 상간박리가 일어나고, 금이 가는 등의 표층의 파괴로 이어지는 문제가 있다.

그래서, 가열장치에 있어서, 열원부의 보호와, 도로와 마루 등의 표층의 강도 및 내구성의 향상을 꾀하는 것에 의해 장치 전체의 보호강화를 꾀하는 동시에 원적외선 방사에너지의 유효한 이용을 달성할 수 있는 가열장치를 위한 보호시트를 제공하는 것을 목적으로 한다 고 했으며, 일본국에서 출원된 JP17146575 A에서는

소정폭을 가지는 레일장의 단열재가 히터선의 아래 쪽에 부설되어 단열재의 표면에는 홈이 형성되어 홈에 히터선이 그 폭방향을 상하로 해 끼워 넣어지고 있는 것이 바람직하다.

히터선의 아래 쪽에 단열재를 마련하면, 히터선으로부터 발생한 열의 하부에의 전달이 단열재에 의해서 차단해지므로, 이 발생한 열은 거의 모두 윗쪽에 전달되어 효율적으로 지면을 가온할 수 있다. 그리고, 히터선의 하부 전면에 틈새 없게 단열재를 부설하는 것 과는 달리 히터선의 아래 쪽에만 단열재가 부설되고 있으므로, 단열재가 부설되어 있지 않은 영역을 개입시켜 지열을 유효하게 이용해 지면을 가온할 수도 있어 에너지 절약이 된다.

지면의 가온 구조의 시공 방법은, 기설의 콘크리트 포장면에 도랑을 형성해, 해당 홈의 양측면을 줄눈형성용 판재로 각각 가려, 두 눈 지형성용 판재간에 레일장의 단열재를 부설해, 단열재의 홈에 히터선을 끼워넣으면서 배선해, 해당 홈에 콘크리트를 흘려 넣어 굳힌 후에 전기 줄눈 형성용 판재를 빼내, 빼돌림 후에 형성된 틈새에 아스팔트를 흘려 넣어 줄눈부를 형성하는 것을 특징으로 하는 것이다. 고 했다.

상기에 인용된 국내, 외에서 특허출원된 내용과 같이 도로표면 속에 융설용 히팅케이블인 발열선을 포설하여 히팅케이블에서 발생되는 열에너지가 하부로 전도되는 것을 차단하는 단열패널(단열재포함)로 구성되는 것을 특징으로 하고 있다.

특히, 히터선의 아래 쪽에 단열재를 마련하면, 히터선으로 부터 발생한 열이 하부에의 전달이 단열재에 의해서 차단해지므로, 이 발생한 열은 거의 모두 윗쪽으로 전달되어 효율적으로 지면을 가온 할 수 있고,

단열재의 상면에 발열체가 발하는 열을 확산하는 열확산판을 배치하고, 그 상면에 설치된 오목부에 발열체를 배치하고, 가열장치에 적합하게 이용되는 축열식 발열체 및 보호시트에 관한 것”을 인용문건과 같이 제각각 고안하여 제안하고 있으나,

각기 다른 형태의 발열선에 의한 발열열을 발열선 하부로의 방열을 차단하기 위한

단열부재인 단열패널과 단열재등을 인용된 공법과 같이 아스팔트 및 시멘트 콘크리트 포장도로 속에 단열재, 발열선등을 매설하는 제각각의 방법은 매우 복잡하게 이루어지고 인용문건과 같이 포장도로 표면 속에 매설하는 단열패트(단열재), 발열선, 줄눈재등 융설용 구조물이 각종 통행 차량의 큰 하중과 충격 진동에 의한 균열 현상을 동반한 외부하중과 온도변화에 대한 안정성 부족으로 소성변형(Rutting)과 균열(Cracking)현상 에 대한 세심한 검토와 도로표면 속에 매설된 발열매체등도 쓸모 없게 훼손되는 원인에 대한 적합한 시공방법인가를 고려해야 한다.

참고로, 귀원에 등록특허 10-0923663. 포장도로의 제설장치 및 그의 설치방법이

상기 인용발명의 단열재, 발열선, 열확산판등을 매설하여 설치하는 융설시스템

방법과 상이한 방법으로 겨울철 빙결 취약구간등 설치장소에 관계없이 도로표면에 일정한 홈을 형성하여 수용부재인 단열재, 발열선, 열전도체, 금속성 분말이 포함된 열전도물질인 액상의 보호층을 통한 신속한 상향열 이용방법으로 콘크리트 및 아스팔트로 포장된 자동차전용도로에 여러 장소에 설치하여 금년의 갑작스런 폭설 시에도 신속한 상향열효과로 도로표면에 쌓이는 눈을 신속하게 융설하여 소성변형(Rutting)과 균열(Cracking)현상 없이 원활한 교통소통에 기여하고 입증되어지고 있다.

그러므로, 실예로 적용되어 입증되어지고 있는 위공법과 같이 도로표면 속에 단열층의 중요한 역할로 매설된 발열선에 의해 발열된 열이 발열선 하부쪽으로의 방열을 최대한 방지하여 불필요하게 소비되는 전력손실을 예방하고 신속한 상향열효율을 극대화하여 도로표면으로 전달될 수 있도록 소성변형(Rutting)과 균열(Cracking)현상 없이 장수명 포장도로로 안전하게 사용할 수 있는 자동차전용도로 취약구간 포장도로의 융설장치 및 그 설치구간의 도로포장방법의 효율적인 설치방안이 절실히 요구되는 상황이다.

본 발명은 융설 및 결빙 방지를 필요로 하는 각종 포장도로에서 상기한 문제점을 해결할 수 있도록 제안된 것으로, 신속하고 균등한 제설, 원활한 교통소통 및 급격한 기상변화에도 신속하게 대응하고, 취약지역을 원활하게 관리하며, 특히 설치

지역의 융설열량 및 빙결방지열량 등을 고려한 전력 용량을 제공함으로써 시설관리 유지비를 절감 운영하여 경제적인 효과를 극대화할 수 있는 포장도로의 융설장치 및 융설장치 설치구간의 소성변형(Rutting)과 균열(Cracking)등 없이 장수명 포장도로을 위해 효율적인 포장도로 융설장치 와 그 설치구간의 도로포장방법을 제공하여야 한다.

또한, 시멘트 콘크리트포장도로 표면 속에 융설 및 빙결방지를 위한

발열선 혹은 발열포장재를 포설하여 발열선에서 발열된 열을 도로표면으로

신속한 열전달 효율성을 위해 열전도율이 매우 낮은 시멘트 콘크리트 혼합물에

열전도체인 금속성 분말을 일정 배합하여 열전도율을 높여야 한다.

특히, 시멘트 콘크리트포장도로 표면 위의 각종 통행 차량의 큰 하중과 충격 진동에 의한 균열 현상을 동반한 외부하중과 온도변화에 대한 응력을 줄눈(Joint)에서 수용하여 지반침하의 형질변형등 점차적인 파손 및 훼손이 발생할 우려가 적었으나

아스팔트(아스콘)콘크리트포장은 혼합물 자체가 수용함으로 인해 각종 통행 차량의

큰 하중과 충격 진동에 의한 균열 현상을 동반한 외부하중과 온도변화에 대한 안정성 부족으로 일어나는 대표적인 파손인 소성변형(Rutting)과 균열(Cracking)이 빈번한 현실이기 때문에 아스팔트(아스콘)포장도로인 터널 입, 출구와 교차로 및 급커브 경사진 구간, 대형차 통행 과다인 지형적으로 오르막 중차량 통행구간등의 아스팔트(아스콘) 포장도로표면 속에 융설 및 빙결방지를 위한 발열선 혹은 발열포장재등을 포설하여 아스팔트 포장도로에서의 소성변형, 여름철 고온이 계속되어 혼합물의 유동성, 차륜의 일정위치 주행, 중차량의 통행이 많으므로 인해 소성변형(Rutting), 균열(Cracking) 및 마모(Abrasion), 박리(Stripping)현상인 아스팔트 접착력 저하로 혼합물인 골재와 아스팔트가 쉽게 분리되어 파손 및 훼손이 발생하는 영향으로 아스팔트 포장도로 표면 속에 매설된 융설 및 빙결방지를 위한 발열선 혹은 발열포장재등 까지도 막대한 피해를 주었으므로 아스팔트(이스콘) 포장도로 공용개시 후 2~3년 주기로 소성변형(Rutting) 과 마모(Abrasion)현상 때문에 반복하여 실시하던 개, 보수작업을 줄이고 매우 안전한 융설장치 및 그 설치구간의 장수명 도로포장방법을 제공하는 그 목적이 있다.

상기 목적을 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면,

도로포장은 아스팔트(아스콘)포장과 시멘트 콘크리트 포장이 주로 사용되며 전자는 소성변형(Rutting), 후자는 균열(Crack)이 가장 큰 문제점이다.

또한, 아스팔트 및 콘크리트포장 모두 열전도율이 매우 낮은 물질이다.

특히, 아스팔트포장은 공용성 유지와 수명연장을 위해 소성변형이 발생 않도록 해야 하며 완전한 방지는 어렵고 최소화 방안으로 진보되고 있는 실정이다.

그러므로 아스팔트 포장도로 겨울철 취약구간인 터널 입, 출구와 교차로 및 급커브 경사진 구간, 진 출입 램프구간, 대형차 통행 과다인 지형적으로 오르막 중차량 통행구간등의 아스팔트 포장도로표면 속에 융설 및 빙결방지를 위한 발열선 혹은 발열포장재등을 포설한 융설장치 와 설치한 시공구간을 반영구적으로 사용하기 위해서는 아스팔트 포장도로는 소성변형이 발생 않도록 소성변형의 방지대책으로 반강성 포장(Semi-Rigid Pavement)이 적합하다.

상기의 반강성 포장은 실 예로 버스전용차로 구간이나 버스정류장, 교차로 정차구간등에 널리 사용되고 있으며 점차 확대되고 있는 실정이다.

반강성 포장은 공극률이 큰 개립도의 Asphalt 혼합물에 침투용 Cement Paste를 침투시켜 굳게한 것으로, 전층에 침투시키는 전 침투방법과 표면의 일부 두께만 침투시키는 반 침투방법이 있다.

반강성 포장용 Cement Paste 는 일반 시멘트, 초속경 특수 시멘트, 고유동화제(균열억재 첨가재), 열전도성 금속분말, 지연제등을 포함하는 것을 특징으로 하고,

침투용 시멘트 페이스트에는 보통, 조강, 초속경의 종류로 구분된다.

일반적으로 실용되는 보통용 시멘트 페이스트에는 포틀랜드 시멘트를, 조강용 시멘트 페이스트에는 조강 포틀랜드 시멘트를 사용하며, 초속경 시멘트 페이스트에는 초속경 시멘트나 첨가제로 급경화재를 첨가한 시멘트를 사용한다.

또한, 반강성 포장은 Asphalt Concrete 포장의 연성과 Cement Concrete포장의 강성과 내구성을 복합적으로 활용하고자 하는 개소에 적용하는 공법이다.

본 발명의 열전도성 반강성 포장의 특징으로서,

포장도로에 계획된 빙결방지 및 융설장치 설치구간의 25%내, 외의 공극률을 갖는 개립도 아스팔트를 포설하고, 반강성 포장용 Cement Paste 속에 금속성의 열전도율이 탁월한

동 및 구리, 알루미늄, 텅스텐등 325mesh이하의 Powder를 일정비율로 배합하여 열전도성이 우수하도록 열전도성 Cement Paste 으로 혼합되어 이미 포설된 공극률이

큰 개립도의 Asphalt 혼합물의 서로 간에 소정 크기의 공극으로 침투시킨다.

즉, 가요성의 개립도 아스팔트 혼합물 포장체의 공극에 강성 재료인 열전도성 시멘트 페이스트를 침투시켜 굳힌다.

열전도성 시멘트 페이스트의 혼합은, 그라우트 혼합용 믹서, 교반기로 하고

양생시간은 보통형 / 약 3일. 조강형 / 약 1일. 초속경형 / 약 2시간 소요 된다.

융설포장구간의 표설표시를 위해 안료 4-5% 첨가시 다양한 착색도 가능하다.

열전도성 반강성포장은 강성포장인 콘크리트포장과 아스팔트포장의 장, 단점을 보완한 포장으로 공극율이 큰 개립도 아스팔트포장에 침투성 시멘트 풀과 금속성 파우더를 혼합하여 침투시켜 시공되므로 강성, 미끄럼저항성, 피로저항성, 내유성, 내열성, 명색성, 열전도성이 우수하여 소성변형과 저온균열 저항성이 요구되는 터널 입, 출구포장, 나들목 램프, 중 교통도로, 톨게이트, 교차로, 급커브 경사진 구간등에 적용 가능하다.

특히, 열전도성 반강성포장은 혼합물의 유동성, 차륜의 일정위치 주행등으로 인해 소성변형(Rutting) 및 균열(Cracking), 마모(Abrasion), 박리(Stripping)현상등을 방지 하여 포장도로에 설치된 빙결방지 및 융설장치 설치구간의 포장도로 소성변형 과 마모등이 방지될 수 있도록 해야 한다.

상기 목적을 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면 아스팔트 및 콘크리트 포장공사를 마무리 하기 전, 노반층 또는 기층 위에 미리 철근 혹은 와이어 메쉬를 깔고, 그 위에 일정한 크기의 압축된 단열재를 포설하고 단열재 위에 전기열선인 발열선을 포설하여 고정한 후, 그 위에 열전도성 반강성포장(개립도 Asphalt 혼합물 + 열전도성 Cement Paste) 또는 열전도성 시멘트 콘크리트로 포장을 한다.

이는 포장도로에서 일정 구간 길이 및 표면(1);으로부터 소정 깊이 바닥부, 노반층 또는 기층 위에 배치되는 소정의 길이, 넓이와 일정 두께의 단열재(2); 이 형성되고 상기 단열재(2) 위에 열을 발생시키는 발열부재(3); 상기 발열부재(3) 상부에 채워지는 표층에 해당되는 열전도성 콘크리트 타설 및 열전도성 반강성포장인 열전도층(5);을 형성한다.

본 발명의 다른 관점에 따르면, 도로표면 위의 적설 및 온도를 감지하는 온도 및 습도, 적설감지센서유닛(6); 및 상기 온도 및 습도, 적설감지센서유닛(6)으로 부터의 신호를 제공받아 발열부재를 제어하기 위한 콘트롤 유닛을 포함하는 포장도로의 융설장치 및 그 설치구간 도로포장방법을 제공한다.

본 발명의 포장도로의 융설장치에서, 상기 단열재 및 발열부재는 폭방향으로 소정 간격을 갖고 이웃하여 연속되게 표층 하부 일정한 깊이에 형성되어 하나의 구역별 발열선 그룹을 형성하고, 상기 하나의 구역별 발열선 그룹은 자동차통행 도로에서 주행하는 차량의 양쪽 바퀴가 집중적으로 접촉하는 영역으로서 1개 도로 차선내의 중심을 중심으로 하여 양측에 형성된다.

상기 단열재(2)과 발열부재(3)를 한 묶음으로 동시에 노반층 및 기층 위에 고정시키기 위한 고정부재(4)를 더 포함할 수 있으며, 상기 고정부재(4)는 금속재료로 이루어지며, 상기 발열부재를 향하는 고정부재의 일면은 상기 발열부재의 외면에 대응하게 이루어져 형성된다.

본 발명의 포장도로의 융설장치 및 그 설치구간의 도로포장방법에 따르면,

상기 열전도층(5)은 공극률이 큰 개립도의 Asphalt 혼합물에 침투용 Cement Paste를 침투시켜 굳게한 것으로 Cement Paste 속에 열전도율이 탁월한 열전도체인 동 및 구리, 알루미늄, 텅스텐등 금속성의 325mesh이하의 Powder를 첨가하므로 열전도성이 우수하도록 서로 간에 소정 크기의 열전도성 공극을 갖는 열전도성 Cement Paste 으로 이루어진다.

본 발명에 따르면, 상기 콘트롤 유닛은 설치되는 도로의 지역의 최저 평균온도 및 평균 적설량을 토대로 단위 면적당의 융설열량을 설계 조건으로 한 필요 전력용량을 제공한다.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 포장도로에 융설장치를 설치하는 방법으로서, 융설 장치가 설치되는 지역의 상기 콘트롤 유닛에 실시간 도로상의 적설 및 온도, 습도 감지센서 및 감시용 카메라로 검출된 신호(Web Camera / Monitoring System)에 의한 이미 포설된 발열부재를 자동으로 ON / OFF 작동과 상기 콘트롤 유닛에 내장된 유/무선 전화기를 통해 감시용 모니터의 현장상황에 맞게 원격제어가 가능하도록 하여 포장도로의 융설장치을 원활하게 관리하고 그 설치구간의 장수명포장도로를 위한 도로포장방법을 제공한다.

본 발명은 겨울철 갑작스런 폭설과 결빙으로 인한 교통사고 취약지역 도로 및 교량, 급 경사진 도로등 어느 곳이나 설치 장소에 관계없이 설치, 포장이 용이하고

특히, 여름철 고온이 계속되어 혼합물의 유동성, 차륜의 일정위치 주행, 중차량의 통행이 많으므로 인해 소성변형(Rutting),균열(Cracking) 및 마모(Abrasion), 박리(Stripping) 현상인 아스팔트 접착력 저하로 혼합물인 골재와 아스팔트가 쉽게 분리되어 파손 및 훼손이 발생하는 영향으로 아스팔트 콘크리트포장도로 표면 속에 매설된 융설 및 빙결방지를 위한 발열부재와 아스팔트 포장도로의 도로포장재도 막대한 피해를 입었으나 이를 열전도성 반강성포장으로 대체하여 도로표면 일정한 깊이 속에 매설된 발열부재등이 열전도성 반강성포장으로 하여금 도로표면으로의 신속한 상향열효과와 융설장치 포장구간을 소성변형(Rutting),균열(Cracking)을 방지하여 반영구적으로 사용할 수 있는 효과가 있다. 또한, 시멘트 콘크리트 포장도로는 소성변형(Rutting), 균열(Cracking) 및 마모(Abrasion)현상이 덜하여 열전도율이 매우 낮은 단점을 시멘트 콘크리트 배합시에 열전도성 금속분말을 일정 혼합하여 열전도성 시멘트 콘크리트로 융설장치 설치구간을 포장하면 도로표면으로의 신속한 상향열효과가 있다.

특히, 본 발명은 설치구간이 차로 내의 자동차 바퀴 접촉면 지표면 하부에 우선적으로 설치하므로 공사비가 절감되며, 도로 표면으로의 신속한 열전달, 열효율을 극대화하고, 신속한 상향열 효율성을 제공함으로써 전기에너지 절약을 도모하여 뛰어난 경제성과 시설관리유지를 제공할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 겨울철 강설 및 결빙 시 포장도로의 급경사 굴곡구간 및 고가도로의 교량, 터널의 입 출구 등 산악도로 및 해안도로, 공공시설물의 진 출입 램프등 상습 결빙사고 지역의 교통안전을 신속하게 확보하기 위한 수단으로 취약지점에 대한 보다 효율적인 융설장치를 구축 하고자 도로표면 아래 일정깊이로 Heating Cable(발열선)을 매설하여 겨울철 눈이오거나 수분등이 갑작스런 기온 강하에 의한 도로표면의 결빙이 발생될 때 자동적으로 온도 및 습도, 적설감지를 하여 자동으로 발열선에 전원이 신속하게 공급되어 융설 및 융빙을 하므로서 귀중한 생명과 소중한 재산의 경제적 손실을 예방

할 수 있는 포장도로 융설장치 및 장수명도로를 위한 도로포장방법이다.

특히, 염수 염화칼슘용액을 전혀 사용하지 않아 100% 친환경적인 융설장치이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1: 표층(도로표면) 2: 단열재
3: 발열선 4: 고정핀
5: 열전도층 6: 온, 습도 감지센서

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 참조 도면을 참고하여 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 포장도로의 융설장치를 구성하는 발열선 등을 매립한 상세 단면도이고, 도 2는 자동차통행 도로 1개 차로 내에 설치된 경우를 나타내는 단면도이다.

이하에서 설명 및 도면에서, 소정 구성요소에 대해 나타낸 수치는 그 예시 중 하나를 나타내는 것으로, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아님을 알 수 있다.

도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 포장 도로의 융설장치는 포장도로에서 표면으로부터 소정 깊이 및 길이를 갖고 형성되어 열을 발생시키는 발열부재(3); 상기 발열부재(3) 바닥부에 배치되는 소정 길이, 넓이와 두께의 단열재(2)을 포함한다.

상기 단열재(2)는 단열효과를 갖는 구성이라면 어떠한 방식으로 이루어질 수 있으며, 그 일예로 압축된 시트 형태의 열전도율이 매우 낮은 세라믹 페이퍼(ceramic paper)와 슈퍼울 페이퍼(superwool paper)를 예로 들 수 있고, 또는 액상으로 된 단열재를 사출하거나 압축하여 형상화된 단단한 단열재로 이루어질 수 있다.

이러한 단열재(2)는 후술하는 발열부재(3)의 방열이 발열부재(발열선) 아래쪽으로 방산되어 불필요하게 손실되는 열을 최대한 억제하고 지면 속(단열재 밑)에서 전달되는 찬 기온을 차단하여 발열부재에서 발열된 열을 도로표면으로의 신속한 상향열을 위한 것 임을 알 수 있다.

도로표면 위의 온도, 습도, 눈이나 결빙된 상태를 자동으로 감지하는 센서유닛(6); 및 상기 센서유닛(온도, 습도/적설 감지유닛)으로부터의 신호를 제공받아 발열부재(3)를 제어하기 위한 자동제어함인 콘트롤 유닛을 포함한다.

상기 단열재(2)는 단단하게 이루어진 것으로서 그 일예로서 두께 3~7mm,

폭 30mm ~100cm, 길이 100cm ~ 500cm를 가지며, 서로에 대하여 100~200mm의 간격으로 유지되는 것이 바람직하며, 이에 한정되는 것은 아니다.

다시 말해서, 단열재(2)는 발열부재(발열선)(3)보다 상대적으로 넓게 형성하여 발열선 밑에 배치되는 것임을 알 수 있다.

또한, 상기 발열부재(3)와 단열재(2)는 서로에 대하여 일정 간격을 갖는 그룹이

도 2 에 나타낸 바와 같이, 도로 면에서 차량이 주로 주행하는 면에 형성되는 것이 바람직하다. 이는 차량이 주로 주행하는 도로면의 눈 또는 결빙을 집중적으로 융설할 수 있도록 하여 도로 전체면에 형성되는 것에 비하여 그 설치비용을 대폭 절감할 수 있다.

또한, 상기 단열재(2)는 도로상에 일정 구간 형성됨에 있어 그 폭 방향으로 연속하게 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 단열재(2)이 도로 상의 길이방향으로 일정 구간 형성되되, 그 폭 방향으로도 연속되도록 대략 라운드지는 연결 구간을 통해 하나의 그룹이 연속되게 형성된다. 이와 같이 함으로써 하나의 그룹 단열재(2) 위에 발열부재(3)를 연속하게 설치할 수 있어 설치작업 효율을 증대시킬 수 있다.

상기 발열부재(3)는 전력 공급에 따라 열을 발생시키는 부재로 이루어진다. 여기에서, 전력 공급은, 예를 들면 주변 전력시설로부터 제공받을 수 있으며, 별도의 전력공급 설비 예를 들면 설치지역의 태양열, 풍력발전등에 의해 제공받을 수 있음을 알 수 있다.

본 발명에 따른 융설장치 와 포장방법은 상기 단열재(2), 발열부재(3), 발열부재 형상에 대응하는 외형을 갖고, 상기 단열재와 발열부재를 고정하는 금속성의 고정핀(4) 및 열전도성 반강성 포장공법(Semi-Rigid Pavement)의 공극률이 큰 개립도 Asphalt 혼합물 공극으로 침투용Cement Paste 속에 열전도율이 탁월한 열전도체인 동 및 구리, 알루미늄, 텅스텐등 금속성의 325mesh이하의 Powder를 5~20%를 첨가, 혼합하여 열전도성이 우수하도록 이루어진 열전도성 Cement Paste를 침투시켜 굳게 한 것인 도로포장 표층에 준하는 열전도층(5)을 형성한다.

상기 열전도성 Cement Paste 은 상기 발열부재(3)에서 발생한 열을 효율적으로 증강시키기 위한 것으로서, 액상의 충진재로 이루어지는 것이 바람직하다.

공극률이 큰 개립도의 Asphalt 혼합물 그 사이의 공극이 형성됨으로써 후술하는 액상의 열전도성Cement Paste가 상기 공극으로 칩입되므로 자연건조 또는 경화되어 견고성을 확보하도록 할 수 있다. 상기한 설명으로부터 알 수 있듯이, 상기 열전도층(5)은 발열부재(3)를 보호함과 동시에, 발열부재에서 발생한 열을 효율적으로 도로표면으로 신속하게 전달하기 위하여 열전도층을 형성하는 것임을 알 수 있다.

반강성 포장(Semi-Rigid Pavement)시공시 유의사항으로는

Cement Paste주입은 포설후 Asphalt혼합물 온도가 30～40℃ 이내로 식은 후 시행한다.

Cement Paste를 긁어 표면골재의 요철이 나타나게 하여 미끄럼방지 효과도 나게 한다.

본 발명에 따른 자동제어함인 콘트롤 유닛은 공급되는 전압 및 전류 상태를 나타내는 메타를 포함하며, 그 전류 메타를 통해 발열부재 포설 분기회로 구간별 고장에 대한 이상 유/무를 확인 감시할 수 있다.

또한, 사용 전력량(kwh) 소모를 줄이기 위하여 발열선에 의한 열의 발산을 도로표면으로 최대한 집중시키기 위한 효율적인 구성임을 알 수 있다. 특히, 상기의 열전층(5)이 열전도성을 갖는 재료로 구성됨으로써 발열부재로부터 전달된 열은 열전도층(5)의 주변 지층을 통해 도로표면으로 전달됨으로써 도로표면의 신속한 융설에 기여한다.

본 발명에 따른 융설시스템용 전기 히팅케이블인 발열선은, 안전한 설계로 이루어진 반영구적인 특성과 자동차 등의 큰 하중과 외부의 높은 압력에도 견딜 수 있으며, 열팽창으로 인한 아스팔트 및 콘크리트등으로 포장된 도로의 소성변형과 균열현상 등을 최소화할 수 있는 M.I Heating Cable(Mineral Insulated Heating Cable)제품이 바람직하다. 또한, 구리, 니켈 합금선등으로 전기에 의한 저항으로 발열하는 융설시스템용 Heating Cable등 하단부 즉, 도로포장면 속에 매설되는 발열선의 하부쪽으로 쓸모없이 허비되는 열손실 방지용 단열재를 미리 발열선 하부에 취부하여 도로표면으로의 상향열효율을 극대화하도록 이루어진 전기열선 케이블인 Heating Cable을 사용 할 수 있다.

상기한 설명으로부터 알 수 있듯이 도로포장 융설시스템용 Heating Cable인 발열선을 한정하는 것이 아님을 알 수 있다.

콘트롤 유닛에는 도로표면, 외기온도감지 및 습도, 적설감지 콘트롤러가 포함된 장치로서 온도/ 습도, 적설 센서에서 보내진 신호와 도로표면의 적정온도 유지를 위하여 설정된 설정온도와 감시용 카메라로 검출된 신호(Web Camera / Monitoring System)에 따라 결선된 발열부재로의 전원인가를 자동으로 온/오프(ON/OFF)를 반복하여 겨울철 포장도로상에 쌓이는 눈과 얼음을 신속하게 융설, 녹일 수 있도록 안전하게 구성된 자동제어장치가 포함되어 도로표면은 항상 적정한 온도를 유지하도록 자동으로 작동한다.

본 발명은 상기한 바와 같이, 융설효과의 효율성과 경제성을 극대화한 것으로, 발열부재에 의한 도로표면으로의 신속한 열전달, 열효율 극대화와 도로표면 속으로의 열손실 최소화로 동절기 도로에 쌓이는 눈을 신속하게 융설하여 도로상에서의 극심한 교통체증과, 각종 교통사고를 미연에 방지하여, 막대한 경제적 손실을 예방할 수 있으며, 귀중한 생명과 재산을 안전하게 보존할 수 있다.

또한, 본 발명은 설치지역의 융설열량 및 빙결방지열량 등을 근거로 출력용량을 적용함으로써 최적의 융설시스템 설계조건을 구현하므로, 소비전력을 최소화, 적절히 하여 전기에너지 절감에도 크게 기여한다.

특히, 각종 통행차량의 큰 하중과 적재물 추락 외부의 충격, 진동현상 등을 동반한 영향으로 발열부재 및 포장도로의 파손 및 훼손의 염려가 없으므로, 반영구적으로 장시간 동안 사용가능 하므로 시설유지, 관리비가 대폭 절감되는 경제적인 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 포장 도로의 제설장치를 구성하는 발열선 등을 매립한 상세 단면도.
도 2는 자동차 통행 도로 1개 차로 내에 본 발명에 따른 제설장치가 설치된 경우를 나타내는 단면도.

Claims (11)

1. 겨울철 각종 포장도로에 쌓이는 눈이나 얼음을 자동으로 신속하게 융설할 수 있는 융설장치의 포장도로에서 일정 구간 길이를 따라 표면으로부터 소정 깊이 형성되는 단열재; 상기의 소정 크기의 단열재 위에 포설되는 전기 히팅케이블인 발열부재; 발열부재 형상에 대응하는 외형을 갖고 상기 단열재와 발열부재를 고정할 수 있는 금속성의 고정핀; 상기 고정되어진 단열재 및 발열부재 상부에 배치되는 열전도성 Cement Paste 가 혼합된 포장도로의 표층에 해당되는 열전도성 반강성포장(Semi-Rigid Pavement); 및 상기 전기 히팅케이블인 발열부재를 유효 적절하게 제어하기 위한 자동제어함인 콘트롤유닛을 포함하며, 폭설과 결빙으로 인한 교통사고 취약지역으로 선정된 포장도로의 융설장치 설치 및 그 설치구간의 도로포장방법.
2. 제1항에 있어서,
   도로표면 소정 깊이에 포설되는 단열재는
   압축하여 형상화된 단단한 세라믹 페이퍼(ceramic paper)와 슈퍼울 페이퍼(superwool paper) 또는 액상으로 된 단열재를 사출하여 단단하게 형상화된 단열재로 이루어고
   두께 3~10mm, 폭 30mm~100cm, 길이 100cm ~ 500cm를 가지며, 서로에 대하여 100~200mm의 간격으로 포설되는 것을 특징으로 하는 단열층.
   
3. 제1항에 있어서,
   단열재와 발열부재를 고정할 수 있는 금속성의 고정핀은
   금속재료로 이루어지며, 고정부재의 일면은 상기 발열부재의 외면에 대응하여
   U자 형태로 형성된 것을 특징으로 하는고정핀.
   
4. 제1항에 있어서,
   열전도성 Cement Paste는 Cement Paste 속에 열전도체인 동 및 구리, 알루미늄, 텅스텐등 325mesh이하의 Powder를 Cement Paste중량 대비 5~20%중량를 첨가하여 열전도성이 우수하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 열전도성 시멘트 페이스트.
5. 제1항과 제4항에 있어서,
   열전도성 반강성포장(Semi-Rigid Pavement)은 20% ~ 25%공극률을 갖는 개립도 Asphalt 혼합물이 포장된 반강성포장 공극으로 열전도율이 탁월한 금속성의 분말과 침투용 Cement Paste와 혼합하여 이루어진 열전도성 시멘트 페이스트를 침투시켜 굳게한 것으로서 포장도로 융설장치 설치구간에만 선별적으로 도로포장하는 것을 특징으로 하는 도로포장방법.
6. 제5항에 있어서
   융설장치 설치구간은 겨울철 갑작스런 폭설과 결빙으로 인한 교통사고 취약지역 도로 및 교량, 급 경사진 도로, 터널 입, 출구등 아스팔트 포장도로에서의 여름철 고온이 계속되어 혼합물의 유동성, 차륜의 일정위치 주행, 중차량의 통행이 많으므로 인해 아스팔트 포장도로 표면 속에 매설된 발열매체를 안전하게 보호하고 소성변형(Rutting) 및 균열(Cracking)등 없이 장수명 포장도로을 위해 융설 및 빙결방지목적으로 자동차통행 구간을 우선적으로 설치하는 것을 특징으로하는 융설장치 설치구간.
7. 제1항 또는 제6항에 있어서,
   융설장치 설치구간은 폭방향으로 소정 간격을 갖고 이웃하는 발열선과 연속되게 형성되어 하나의 구역별 그룹을 형성하고, 상기 하나의 구역별 발열선 그룹은 포장도로에서 주행하는 각종차량들의 바퀴가 집중적으로 접촉하는 영역으로서 도로 1개 차선의 중심을 중심으로 하여 양측에 폭 60 ~ 100cm내에 발열선 15 ~ 30cm간격으로 4~8줄 을 일정한 깊이의 표층 속에 포설하여 자동차 주행방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 포장도로의 융설장치.
8. 제1항에 있어서
   콘트롤유닛은 도로표면 위의 온도 및 습도, 적설를 감지하는 온도 및 습도, 적설감지유닛; 및 상기 온도 및 습도, 적설감지유닛 또는 감시용 영상카메라로 부터 검출된 신호(Web Camera / Monitoring System)를 제공받아 발열부재를 제어하기 위한 원격제어가 내장된 자동제어함인 콘트롤 유닛이 특징인 융설장치.
9. 제1항 또는 제8항에 있어서,
   상기 콘트롤 유닛은 발열부재의 구역별 그룹의 작동상태 및 고장에 대한 이상 유무를 확인 검시할 수 있도록 구간 구역별 그룹마다의 전류 메터를 더 포함하는 포장도로의 융설 장치.
10. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 반강성포장인 공극률이 큰 개립도 아스팔트 혼합물에 열전도성Cement Paste를 침투시키는 마무리 단계에서 표면을 긁어 표면골재의 요철이 나타나도록 굳게 하여
    미끄럼 방지효과를 더한 것을 특징으로 하는 도로포장방법.
11. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    융설장치 설치구간의 표설 표시 와 교통안전 표시를 위해 상기의 열전도성Cement Paste속에 열전도성Cement Paste중량 대비 안료 3~5%중량 첨가 시 다양한 착색도 가능한 것을 특징으로 하는 도로포장방법.

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