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실내시험을 통한 매스틱 아스팔트 콘크리트의 반사균열 저항성 추정
한중연,양재봉,김수복,정승호,김광우 한국도로학회 2015 한국도로학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.10
매스틱(Mastic) 아스팔트 포장은 독일에서 최초 개발된 Guss 아스팔트 포장으로 국내에는 강상판 데크 (steel deck) 교량의 아스팔트 포장시 중간층(intermediate course)용으로 도입되었다. 하지만 강상판 교 면포장용으로 사용되던 매스틱 아스팔트 포장이 근래에는 노후 콘크리트 포장을 절삭하고 덧씌우는 일반 구간 아스팔트 포장의 중간층용으로도 사용되고 있다. 매스틱 포장의 특징은 방수가 잘되고 진동이 심한 강상판 데크의 진동흡수에 적합토록 유연성이 큰 것이다. 하지만 이를 콘크리트 포장위의 덧씌우기 (overlay)에 사용 시 주목적인 방수 외에 반사균열(reflection cracking) 문제에 대한 저항성 여부는 구명 된 바가 없다. 따라서 본 연구의 목적은 매스틱 아스팔트를 중간층으로 사용 시 반사균열 저항성이 어느 정도인지를 실내시험을 통하여 파악하는 것이다. 이를 위하여 10mm 콘크리트 조인트 위에 2개 층의 아 스팔트 층을 상하(중간층과 표층)로 70mm 포설하는 구조를 모사한 시험체(test body)를 만들고 Mode II (전단 모드) 반사균열 시험을 실내에서 수행하였다(그림 1). 비교 대상은 일반 밀입도 아스팔트 (dense-graded asphalt: DGA) 콘크리트 상하층, SMA 아스팔트 콘크리트 상하층, 매스틱 중간층과 DGA 및 SMA를 표층으로 하는 층상구조로 하였다. 또한 관행적으로 사용해 온 DGA 아스팔트 콘크리트 단층과 SMA 및 매스틱 단층도 참고적으로 비교하였다. 시험 결과 매스틱을 중간층으로 한 시험체의 반사 균열 저항성이 그 외의 덧씌우기 층상구조보다 반사균열 저항성이 우수한 것으로 확인되어, 매스틱 층은 방수기능 외에도 응력흡수 층으로 좋은 역할을 하는 것으로 판명되었다.
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이성진,한중연,권오선,김성운,김광우 한국도로학회 2015 한국도로학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.3
아스팔트 포장체내의 아스팔트 노화 (Aging)는 제조 및 운반 중 단기간에 일어나는 단기노화 (Short-term aging: STA)와 장기간에 걸쳐 공용중 일어나는 장기노화로 구분된다. 그 중에서도 단기노화 는 짧은 시간에 노화가 이루어지며, 포설 후 일어나는 장기노화 보다 매우 빠르게 진행 된다. 따라서 단기 노화 기간에 노화가 적게 발생되도록 조치를 취하는 것은 아스팔트 포장의 장기 공용성 확보에 중요하다. 단기노화 과정은 고온의 골재와 바인더의 접촉 시부터 시작되며 트럭에 적재되어 포설 전까지 고온상 태로 유지되는 동안에 진행된다. 일반 아스팔트 혼합물에서 중량으로 바인더는 5% 전후이므로 혼합물의 온도는 전체의 95% 가량을 차지하는 골재온도에 좌우된다. 그러므로 골재온도는 혼합물 온도를 좌우하므 로 과다 단기노화의 주원인이라 할 수 있다. 하지만 이러한 단기노화 온도의 중요성에 대한 심도 있는 연 구는 드문 실정이다. 가열아스팔트 (Hot-mix asphalt: HMA) 혼합물은 작업성 확보를 위해 계절에 따라 생산온도에 차이가 나는데 이는 단기노화에 영향을 미칠 것이다. 아스팔트 혼합물은 포설 전 어떤 수준이든 노화 되며 공용 시작과 함께 그 노화수준으로부터 장기노화가 시작된다. 포설 전 아스팔트가 많이 노화되면 그 포장은 높 은 초기 노화수준으로 인해 빨리 기(성)능이 취약해지므로 기대수명이 짧아질 것이다. 이에 대비해 현장 에서 노화 수준을 낮추는 조치를 얻기 위하여 실험실 혼합물의 인공노화를 통해 노화차이를 구명할 필요 가 있다. 단기노화는 포장공정에서 피할 수 없는 한 과정이므로 실험실 혼합물에 대한 단기노화는 현장혼합물이 포설되기 전 노화과정을 모사하여 공시체 다짐 전에 일시적으로 처리하는 공정이다. 국내의 가열아스팔트 (Hot-mix asphalt: HMA) 혼합물의 단기노화 방법은 일반혼합물의 경우 160℃ 1 시간으로 규정되어 있 다. 하지만 이는 표준 방법이고 이와 다른 온도에서의 단기노화가 어떤 차이를 가져오는지를 본 연구에서 조사하고자 하였다. 따라서 본 연구의 목적은 다양한 온도에서 단기노화 HMA 혼합물의 노화 상태를 평가하여 온도에 따른 노화도 차이의 심각성을 평가하는 것이다. 본 연구를 통해 온도에 다른 HMA 혼합물의 노화차이가 확인 된다면 이를 근거로 현장 혼합물 골재온도의 적정수준을 제시하는 기초를 마련할 수 있을 것이다. 혼합물 내 바인더의 노화 상태를 직접 분석하기 위하여 Gel-permeation chromatography (GPC) 기법 을 이용하였다. GPC에서 얻어진 대형분자 (large molecular size: LMS) 비율(%)은 절대점도 (Absolute viscosity: AVS)와 매우 높은 상관관계 (R2 > 0.9)를 보인다. 그리고 절대점도는 아스팔트의 노화기준으로 가장 널리 적용되므로 본 연구에서도 LMS로부터 AVS를 추정하여 노화도 분석에 사용하였다.
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김영삼,윤지현,한중연,권오선,김성운,김광우 한국도로학회 2015 한국도로학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.10
아스팔트는 잘 알려진 대로 골재와 혼합되고 아스팔트 포장으로 포설되어 공용되면서 2단계의 노화 (aging) 과정을 거친다. 첫째는 혼합물의 제조와 운반 및 포설 전까지 급속도로 일어나는 단기노화 (short-term aging) 과정이고 둘째는 이어지는 공용과정에서 시간이 지남에 따라 서서히 발생하는 장기 노화(long-term aging)과정이다. 이 두 과정은 연결되어 있으나 그 진행속도가 다르다. 국내의 경우 신 규바인더의 절대점도(absolute viscosity)가 약 1,800~2,000 poise인 60-80 아스팔트를 사용할 경우 단 기노화과정이 끝나면 약 5,000±1,000poise 정도로 높아진다. 그리고 이 혼합물의 포설되어 5~6년 정도 가 지나면 약 10,000±2,000poise 정도로 높아진다. 대게 이 정도의 노화가 바인더를 RTFO→PAV 처리 하여 얻어지는 점도이다. 이 상태에서 다시 5~6년이 지나면 아스팔트의 점도는 약 100,000poise 전후로 급속히 높아진다. 따라서 혼합물이 비벼지면서부터 단기노화를 거쳐 5∼6년 까지를 아스팔트 장기노화의 1단계, 그 이후를 2단계로 구분할 수 있다. 즉, 장기노화 1단계 까지는 점도 상 신규바인더의 약 5배, 그 리고 2단계는 신규바인더의 50배(1단계의 약 10배)의 노화가 진행 된다. 따라서 이의 예측 모델을 추정하 는 것은 쉬운 일이 아니다. 따라서 본 연구의 목적은 아스팔트 노화를 이와 같이 두 단계로 구분하여 각각 의 추정 가능 모델을 연구하는 것이다. 이를 위해서 아스팔트의 각종 특성인 stiffness (G*/sin δ), DSR pass/fail 온도, 침입도 등을 구하고 이들의 상관관계를 구하며, 노화아스팔트의 노화시간과의 상관관계 를 구하여 그 변화 양상을 보여준다. 그리고 노화 특성 지수로 가장 널리 사용되는 절대점도를 이용하여 2 단계별로 노화예측모델을 연구하고, 이 두 모델을 합성 도식화하여 제시함으로써 아스팔트의 노화에 따 른 점도 변화를 개념적으로 이해할 수 있도록 할 것이다.
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