3차원 영상분석을 이용한 투수성포장의 성능회복 효과 평가
저자
발행사항
용인 : 경희대학교 대학원, 2021
학위논문사항
학위논문(박사)-- 경희대학교 대학원 : 사회기반시스템공학과 2021. 8
발행연도
2021
작성언어
한국어
주제어
DDC
624 판사항(20)
발행국(도시)
경기도
기타서명
Evaluation of Performance Recovery Effect on Permeable Pavement Using 3D Imaging Analysis
형태사항
xi, 112 p. : 삽화(일부천연색), 도표 ; 26 cm
일반주기명
경희대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
지도교수: 이석근
참고문헌: p. 103-112
UCI식별코드
I804:11006-200000504376
소장기관
투수성포장은 이물질이 침투하여 공극이 막히는 현상으로 인해 투수성능이 저하되는 문제점이 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해 투수성포장은 주기적인 청소를 통해 공극의 이물질을 제거하여 투수성능을 유지하는 작업이 필요하다. 적절한 청소 주기의 설정을 위해 청소로 인한 투수성능의 변화와 그 원인이 되는 내부 공극의 크기, 분포, 공극량 등의 변화를 함께 파악하는 것이 필요하다. 하지만 기존 투수되는 물의 양을 측정하여 투수성능을 확인하는 방법만으로는 성능변화의 원인을 파악하는 것은 한계가 있다.
본 논문은 영상분석 방법을 활용하여 투수성포장의 청소 시 성능변화 원인을 파악함으로써 투수성능의 회복 효과를 정량화할 수 있는 분석기법을 제안하고자 한다. 또한 이를 통해 도로 분야의 영상분석 기법 도입 필요성과 다양한 활용 가능성을 제시하고자 한다.
본 연구는 2018년 서울시 마장로에 적용한 3가지 종류의 투수블록을 대상으로 3가지 조건(원재료 시편, 6개월 경과 후 청소 전 시편, 6개월 경과 후 청소 후 시편)에서 정수위 투수시험과 영상분석을 수행하였다. 정수위 투수시험을 통해 투수성능의 변화를 파악하였고 영상분석을 통해 다양한 성능변화의 원인을 파악하였다. 투수블록 시편의 2차원 단면 영상을 통해 육안 관찰 시 확인할 수 없었던 단면의 구성과 두께, 골재의 크기 및 입형, 골재와 공극의 분포를 확인할 수 있었다. 3차원 영상의 히스토그램 분석을 통해 청소 효과로 인한 투수블록 내부의 골재, 공극, 이물질 분포의 변화를 파악하였고, 종류별 투수블록의 청소 효과를 확인하였다. 3차원 영상의 영상처리를 통해 공극, 이물질, 골재의 분포를 시편 깊이별로 정량화하여 투수블록의 공극막힘 현상과 청소 효과를 파악하였다. 또한, 3차원 영상 기반 수치해석을 통해 투수계수 시험 없이 영상만으로 투수 성능을 판별할 수 있다는 가능성도 확인하였다.
연구를 통해 다음과 같은 결론을 도출하였다.
1) 모든 유형의 투수블록은 상부층과 하부층으로 구성된 2단층 구조로 되어 있었다. A형과 C형은 상부층에 5mm 이하의 잔골재를 사용함으로써 작은 공극이 넓게 분포되는 반면 굵은 골재를 사용한 B형은 큰 공극이 불규칙하게 분포된 것을 확인하였다.
2) 골재의 크기와 입형은 공극의 크기와 분포에 영향을 준다는 것을 확인하였다. A형의 하부층은 가장 큰 골재 크기와 우수한 원마도로 인해 큰 공극이 넓게 분포되어 있었다. B형 하부층은 다른 유형 대비 가장 작은 골재 크기로 인해 공극의 크기는 가장 작았지만, C형 대비 원마도가 우수하여 C형보다는 공극이 고르게 분포되어 있었다.
3) 상부층의 작은 공극 크기로 인해 더 작은 크기의 이물질만 공극을 막을 수 있고 상부층과 하부층 공극이 고루 분포 시 우수한 연결성으로 인해 투수성능에 좋은 영향을 미치지만, 작은 공극 크기는 청소 시 모세관 압력을 증가시켜 우수의 흐름을 방해하여 청소 효과를 저감시키는 원인이 된다.
4) 투수블록 원재료의 평균 투수계수는 0.714∼0.916 mm/sec로 조사되었으며, 현장에서 6개월 공용 후 초깃값의 17% (3종 평균값)로 감소했고, 세척 후 투수계수는 초깃값의 29.6%로 회복되는 것을 확인하였다. 하지만, 3가지 유형 중 B형은 청소 후 투수성능이 저하되는 결과를 보였다. A형은 시공 후 6개월간 투수성능의 저하도 가장 컸던 반면 청소 후 회복 효과도 가장 큰 것으로 나타났다.
5) 영상처리를 통해 독립 공극과 유효 공극을 구분하고 청소 전과 후의 깊이(두께)에 따른 공극막힘 비율을 정량화하여 분석하였다. 상부층이 작은 골재로 이루어진 A형과 C형 투수블록은 공극막힘 최대 깊이가 15mm로 나타났고, 상부층이 큰 골재로 이루어진 B형은 깊이 35mm 이상까지 공극막힘이 진행된 걸 확인하였다. 또한 청소 효과는 공극막힘이 발생한 깊이까지만 유효하다는 것을 확인하였다. 이를 통해 청소장비(고압살수+진공흡입)의 세척 효과는 공극의 크기 및 분포, 연결성 등이 공극막힘 및 청소효과와 밀접한 연관이 있음을 확인하였다.
6) 청소 전 공극막힘 비율은 B형이 최대 65%로 가장 높았으며 C형 51%, A형 49% 순으로 나타났다. 청소 후 공극막힘 비율 저감 효과는 B형이 가장 크고 A형, C형 순으로 나타났지만, B형과 C형은 청소 후에도 공극막힘 비율이 높게 나타났다. B형은 청소 후에도 하부층 하단까지 공극막힘이 존재하는 것을 확인하였다. 이를 통해 청소 효과는 투수블록의 구조적 특징에 영향을 받으며, 상층부에 잔골재를 사용하는 것이 작은 공극을 형성하여 일정 크기 이상의 이물질 유입을 차단하고 유입된 이물질이 더 깊은 곳으로 침투하는 것을 방지하는 것으로 볼 수 있다. 또한, A형과 같이 상부층과 하부층 공극 간 연결성이 우수할수록 청소로 인한 투수성능 회복 효과가 크다는 것을 확인할 수 있다.
7) 3차원 영상을 기반으로 수행된 LBM 기반 수치해석은 정수위 투수시험 결과와 유사한 투수계수를 도출하여 이와 같은 방법을 고도화 시 시험 없이 영상만으로 투수 성능을 판별할 수 있다는 가능성을 확인하였다.
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