1. 배경기술
현재 압전 석영 계량 센서 기반 WIM 시스템은 교량 및 암거의 과적 모니터링, 고속도로 화물 차량의 비현장 과적 단속, 그리고 기술적 과적 제어 등의 프로젝트에 널리 사용되고 있습니다. 그러나 정확도와 사용 수명을 보장하기 위해 이러한 프로젝트는 압전 석영 계량 센서 설치 구역에 대한 시멘트 콘크리트 포장 재시공이 현 기술 수준으로 요구됩니다. 그러나 교량 상판이나 교통량이 많은 도시 간선도로(시멘트 양생 시간이 너무 길어 장기 도로 폐쇄가 어려운 곳)와 같은 일부 적용 환경에서는 이러한 프로젝트를 구현하기가 어렵습니다.
압전 석영 계량 센서를 연성 포장에 직접 설치할 수 없는 이유는 다음과 같습니다. 그림 1에서 볼 수 있듯이, 바퀴(특히 고하중)가 연성 포장 위를 주행할 때 노면은 비교적 큰 침하를 경험하게 됩니다. 그러나 강성 압전 석영 계량 센서 영역에 도달하면 센서의 침하 특성과 포장 계면 영역의 침하 특성이 다릅니다. 또한, 강성 계량 센서는 수평 접착력이 없어 계량 센서가 빠르게 파손되어 포장에서 분리됩니다.
(1-휠, 2-무게 센서, 3-부드러운 바닥층, 4-단단한 바닥층, 5-유연한 포장도로, 6-침하 영역, 7-폼 패드)
침하 특성과 노면 마찰 계수의 차이로 인해 압전 석영 계량 센서를 통과하는 차량은 심한 진동을 겪게 되어 전체 계량 정확도에 큰 영향을 미칩니다. 차량이 장기간 압축되면 센서가 손상되고 균열이 발생하기 쉽습니다.
2. 이 분야의 현재 솔루션: 시멘트 콘크리트 포장 재건축
압전 석영 계량 센서를 아스팔트 포장에 직접 설치할 수 없다는 문제로 인해, 업계에서는 압전 석영 계량 센서 설치 구역을 시멘트 콘크리트 포장으로 재시공하는 것이 보편적인 방법입니다. 일반적인 재시공 길이는 6~24m이며, 폭은 도로 폭과 동일합니다.
시멘트 콘크리트 포장 재건축은 압전 석영 계량 센서를 설치하는 데 필요한 강도 요건을 충족하고 사용 수명을 보장하지만, 특히 다음과 같은 몇 가지 문제로 인해 널리 보급되기가 심각하게 제한됩니다.
1) 원래 포장도로를 시멘트로 대대적으로 경화시켜 재건축하는 데는 상당한 건설 비용이 필요합니다.
2) 시멘트 콘크리트 재시공은 매우 긴 시공 기간이 필요합니다. 시멘트 포장의 양생 기간만 해도 28일(표준 요건)이 소요되어 교통 체계에 상당한 영향을 미칠 수밖에 없습니다. 특히 WIM 시스템이 필요하지만 현장 교통량이 매우 많은 경우, 프로젝트 시공이 어려운 경우가 많습니다.
3) 원래 도로 구조가 파괴되어 외관에 영향을 미칩니다.
4) 마찰계수의 급격한 변화로 인해 미끄러짐 현상이 발생할 수 있으며, 특히 비가 올 때 발생하기 쉽고, 이는 사고로 이어질 수 있습니다.
5) 도로 구조의 변화로 인해 차량 진동이 발생하여 무게 측정 정확도에 어느 정도 영향을 미칩니다.
6) 고가교 등 일부 특정 도로에서는 시멘트 콘크리트 개축 공사를 시행할 수 없습니다.
7) 현재 도로 교통 분야에서는 흰색에서 검은색으로(시멘트 포장을 아스팔트 포장으로 전환) 전환하는 추세입니다. 현재 해결책은 검은색에서 흰색으로 전환하는 것인데, 이는 관련 요건에 부합하지 않으며, 시공 단위가 종종 저항성을 보입니다.
3. 개선된 설치 계획 내용
본 방안의 목적은 압전 석영 계량 센서를 아스팔트 콘크리트 포장에 직접 설치할 수 없다는 단점을 해결하는 것입니다.
이 방식은 압전 석영 계량 센서를 단단한 바닥면에 직접 배치하여, 단단한 센서 구조를 유연한 포장재에 직접 매립함으로써 발생하는 장기적인 비호환성 문제를 방지합니다. 이를 통해 서비스 수명이 크게 연장되고 계량 정확도가 저하되지 않습니다.
또한, 기존 아스팔트 포장 위에 시멘트 콘크리트 포장 개축 공사를 할 필요가 없어 공사비를 대폭 절감하고 공사 기간을 대폭 단축시켜 대규모 홍보가 가능합니다.
그림 2는 부드러운 바닥층 위에 압전 석영 무게 센서를 배치한 구조의 개략도이다.
(1-휠, 2-무게 센서, 3-부드러운 바닥층, 4-단단한 바닥층, 5-유연한 포장도로, 6-침하 영역, 7-폼 패드)
4. 핵심 기술:
1) 기초 구조물의 전처리 굴착을 통해 24~58cm 깊이의 재건용 슬롯을 만듭니다.
2) 슬롯 바닥을 평평하게 하고 충전재를 붓습니다. 석영 모래와 스테인리스강 모래, 에폭시 수지를 일정 비율로 슬롯 바닥에 붓고, 충전재 깊이가 2~6cm가 되도록 고르게 채운 후 평평하게 합니다.
3) 강성 베이스층 타설 및 계량 센서 설치. 강성 베이스층을 타설하고 0.8~1.2mm 두께의 폼 패드를 사용하여 계량 센서의 측면과 강성 베이스층을 분리한 후, 그 안에 계량 센서를 삽입합니다. 강성 베이스층이 굳으면 그라인더를 사용하여 계량 센서와 강성 베이스층을 같은 평면으로 연마합니다. 강성 베이스층은 강성, 반경성 또는 복합 소재로 제작될 수 있습니다.
4) 표층 타설. 유연한 기층과 동일한 재료를 사용하여 슬롯의 남은 높이를 타설하고 채웁니다. 타설 과정에서 소형 다짐기를 사용하여 천천히 다져 재시공된 표면이 다른 도로 표면과 수평을 이루도록 합니다. 유연한 기층은 중미립자 아스팔트 표층입니다.
5) 강성 베이스층과 유연 베이스층의 두께 비율은 20-40:4-18입니다.
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게시 시간: 2024년 4월 8일
