HDPE 폐비닐 개질 아스팔트 혼합물의 강도 및 공용 특성 연구

김광우 ( Kim Kwang Woo ),이기호 ( Lee Gi Ho ),권오선 ( Kwon Oh Sun ),조문진 ( Cho Mun Jin ) 한국농공학회 2004 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2004 No.-

본 연구는 폐비닐 펠렛을 도로포장재료로 재활용하여 자원절약 및 아스팔트 혼합물의 품질향상을 위한 연구이다. 이를 위하여 폐비닐의 첨가량별 배합설계를 수행하여 적정 폐비닐 첨가량과 최적 아스팔트 함량으로 편마암과 화강암 2가지 골재와 폐비닐인 RHDPE의 함량을 4가지로 혼합물을 제작하여 8종류의 개질 혼합물과 2종류의 무개질 혼합물을 제작하였다. 그리고 이 공시체에 대하여 마살안정도, 간접인장강도 및 Kim test와 반복주행시험 등 실내시험을 통하여 혼합물의 특성을 분석하였다. 폐비닐 첨가량은 RHDPE가 8%일 때 안정도와 간접인장강도 모두 가장 우수한 것으로 나타났고 취성도 나타나지 않았다. RHDPE를 첨가한 혼합물에 대하여 Kim test를 수행한 결과 DR과 DS 모두 높은 상관성을 보였다. 그리고 반복주행시험에서는 RHDPE를 첨가한 혼합물이 일반 혼합물보다 우수하였다. 향후 많은 실험을 통해 RHDPE의 우수성을 입증한다면 소성변형 저항성에 우수한 재료로 이용될 수 있을 것이다. This study is a fundamental research for recycled high-density polyethylene (RHDPE) in asphalt mixture for improving roadway pavement. Mix design was conducted by RHDPE content and optimum asphalt content (OAC) was determined for dense-graded surface course mixture. Marshall stability test, indirect tensile strength (ITS) test, wheel tracking test and Kim-test were carried out to measure the characteristics of RHDPE-added asphalt concretes. From the results of this study, RHDPE in asphalt mixture is possible. It could be considered that adding too much RHDPE in asphalt mixture is not proper. The optimum content of RHDPE was appeared to be 8%. In Kim-test, Statistical analysis were performed for each loading head and aggregate to find out correlation between SD values and each rut parameter. The analysis result showed that SD had very high coefficient of determination on the average with rut parameters.

소성변형과의 상관성 및 추정모델을 통한 변형강도 시험장치 변수 분석

김광우,이문섭,김성태,이순제,Kim, Kwang-Woo,Lee, Moon-Sup,Kim, Sung-Tae,Lee, Soon-Jae 한국도로학회 2002 한국도로포장공학회 논문집 Vol.4 No.4

This study dealt with analysis of size effect of testing apparatus for Kim test which measures rut resistance characteristics of asphalt mixture under static loading. Two columns in different diameter with each column having different radios of round cut (Curvature) at the bottom were used for testing asphalt mixture. Deformation load ($P_{max}$) and deformation strength ($K_D$) were found to have relatively high correlation with rut depth and dynamic stability of asphalt concrete. Diameter of specimen was not a significant factor in this test. From the statistical correlation analysis with rutting properties, the radius of curvature and diameter of loading column were found to be important factor affecting the results of the test. Among the radios (r) of curvatures, r=0.5cm and 1.0cm showed much higher correlation than the column without curvature, and r=1.0cm being better between the two. The column with diameter of 4cm showed better correlation than diameter of 3cm. Therefore, the column of 4cm diameter with r=1.0cm was found to be the best among various apparatus sizes. Prediction models for rut depth and dynamic stability were developed for each aggregate mixture based on Kim test variables using SAS STEPWISE procedure. Therefore, if this test method is validated through further study, Kim test can be used for selecting asphalt mixture with the highest resistance against permanent deformation. 본 연구는 아스팔트 콘크리트 포장의 소성변형 추정을 보다 쉽게 하기 위하여 새로운 시험기법인 김테스트의 변형강도 및 시험 장비를 개발함에 있어 적정규격을 선정하기 위한 것이나. 김테스트에서 하중봉의 직경(D) 및 하중봉 하단의 원형처리 반경(r)이 시험결과에 미치는 영향을 파악하기 위하여 다양한 혼합물에 대하여 D와 r을 변화시켜가며 실험을 수행하였다. r에 따른 변형강도 및 변형하중과의 상관관계 분석결과 r=0.5와 1.0cm로 원형 처리한 측정값에서 소성변형과 높은 상관성을 보여주었다. 공시체의 직경(S)은 중요 변인이 아니었으며, 하중봉은 직경 4cm에 반드시 하단을 원형처리를 해야하고 이때의 절삭 반경 r은 1.0cm가 가장 좋은 것으로 나타났다. 통계프로그램 SAS의 STEPWISE 를 이용하여 골재별로 변형강도로부터 소성변형 깊이 및 동적 안정도를 추정하기 위해 모델을 개발하였으며 $R^2$은 0.95이상이 얻어졌다. 향후 보다 많은 실험을 통해 이 시험법의 표준화 연구가 지속적으로 이루어져야 할 것이며, 새로운 배합설계 방법을 개발한다면 본 실험법의 적용을 검토해 볼 필요가 있을 것이다.

주물고사 첨가 아스팔트 콘크리트의 특성에 관한 연구

김광우,고동혁,최동춘,김성운,김중열,Kim, Kwang-Woo,Ko, Dong-Hyuk,Choi, Dong-Chon,Kim, Sung-Won,Kim, Joong-Yul 한국도로학회 2001 한국도로포장공학회 논문집 Vol.3 No.4

본 연구는 주물고사를 이용한 아스팔트 콘크리트와 주물고사의 물리적 화학적 특성을 비교 분석하는 것이다. 주물고사의 아스팔트 콘크리트 적용성을 평가하기 위하여 XRF, SEM, 제타전위를 측정하여 주물고사의 물리 화학적 특성을 알아보았다. 주물고사 아스팔트 콘크리트의 박리저항성을 향상시키기 위하여 박리방지제(소석회(Hydrated lime), 액상박리방지제)를 사용하였다. 그리고 주물고사 아스팔트 콘크리트 혼합물의 인장특성과 내구성 향상을 위하여 LDPE를 사용하였다. 또한 주물고사 아스팔트 콘크리트의 공용성을 알아보기 위하여 간접인장강도, 수분취약성시험, 동결 융해시험, 반복주행시험을 수행하였다. 시험결과 주물고사 아스팔트 콘크리트의 역학적 특성이 일반 아스팔트 콘크리트에 비해 같거나 향상되는 것으로 나타났다. 따라서 주물고사를 아스팔트 콘크리트에 재활용할 수 있다는 결론을 얻었다. This study was performed to evaluate the characteristics of waste foundry sand (WFS) and the asphalt mixture made of a foundry waste sand. To estimate the applicability of WFS, chemical and physical properties were measured by XRF(X-ray fluorescent), and SEM(Scanning electronic microfilm). To improve the stripping resistance of WFS asphalt mixture, anti-stripping agents (a hydrated lime and a liquid anti-stripping agent) were used. To improve tensile properties and durability of WFS asphalt concrete mixture, LDPE(low-density polyethylene) was used as an asphalt modifier Marshall mix design, indirect tensile strength, tensile strength ratio(TSR) after freezing and thawing, moisture susceptibility and wheel tracking tests were carried out to evaluate performance of WFS asphalt concrete. Comparing with conventional asphalt concrete, WFS asphalt concretes showed similar or the better qualify in mechanical properties, and satisfied all specification limits. Therefore, it Is concluded that waste foundry sand can be recycled as an asphalt pavement material.

소성변형과의 상관성에 근거한 아스팔트 콘크리트의 변형강도 개발을 위한 기초연구

김광우,이문섭,김준은,최선주,Kim, Kwang-Woo,Lee, Moon-Sup,Kim, Jun-Eun,Choi, Sun-Ju 한국도로학회 2002 한국도로포장공학회 논문집 Vol.4 No.4

This study dealt with developing a new approach for finding properties which might represent rut resistance characteristics of asphalt mixture under static loading. Two aggregates, a normal asphalt (pen 60-80) and 5 polymer-modified asphalts were used in preparation of 12 dense-graded mixtures. Marshall mix design was used in determination of OAC and each mixture at the OAC was prepared for a newly-developed Kim test on Marshall specimen (S=10cm) and gyratory specimen (S=15cm), and for wheel tracking test. Kim test used Marshall loading frame and specimens were conditioned for 30min at $60^{\circ}C$ before loading through Kim tester an apparatus consisting of a loading column and a specimen and column holder Diameter (D) of column was 3cm and 4cm with each column having different radius (r) of round cut at the bottom. The static load was applied at 50mm/min in axial direction of the specimen, not in diametral direction. The maximum load ($P_{max}$) and vertical deformation (y) at $P_{max}$ point were obtained from the test. A strength value was calculated based on the $P_{max}$ r, D and y by using the equation $K_D = 4P_{max}/{\pi}(D-2(r-\sqrt{2ry-y^2}))^2$ and is defined as the deformation strength ($kgf/cm^2$). The values of $P_{max}$/y and $K_I=K_D/y$ were also calculated. In general the leading column diameter and radius of round cut were significant factors affecting $K_D$ and $P_{max}$ values while specimen diameter was not. The statistical analyses showed the $K_D$ had the best correlation with rut depth and dynamic stability. The next best correlation was found from $P_{max}$ which was followed by $P_{max}$/y and $K_I$ in order. 본 논문은 아스팔트 포장의 소성변형 저항성 추정을 보다 쉽게 하기 위하여 새로운 시험법 및 장비를 개발하기 위한 연구이다. 본 연구에서는 다양한 종류의 아스팔트 혼합물을 사용하여 소성변형 저항성과의 상관성이 높게 나타나는 변형강도를 개발하기 위하여 하중봉의 직경(D) 3, 4cm, 각 봉의 하단을 다양하게 원형절삭(r)한 김 테스터를 개발하였다. 이를 이용하여 마샬시험과 같이 공시체를 $60^{\circ}C$에 수침처리하고 같은 속도의 정하중을 공시체에 다짐방향으로 가하여 최대하중 ($P_{max}$)과 이때의 수직 변위 (y)를 구하였다. 변형강도는 개발된 식 $K_D = 4P_{max}/{\pi}(D-2(r-\sqrt{2ry-y^2}))^2$으로 구하였으며 소성변형 특성치와 평균 $R^2$이 0.77이상의 높은 상관성을 보였다. 따라서 이 시험방법은 마샬안정도보다 훨씬 소성변형과의 상관관계가 큰 측정치를 얻을 수 있는 방법임을 알 수 있었으며, 특히 기존의 마샬시험기를 그대로 사용하고 공시체도 기존의 방법대로 제조 및 처리하도록 하여 적용이 빠를 것으로 판단된다. 향후 다양한 골재입도, 최대치수, r 등에서도 타당성과 상관성 검증을 통해 시험법을 표준화한다면 실용화 가능성이 매우 클 것이다.

아스팔트 콘크리트의 노화 후 추출한 바인더의 물리적 특성 변화

김광우,도영수,김성운,Kim, Kwang-Woo,Doh, Young-Soo,Kim, Sung-Woon 한국도로학회 2002 한국도로포장공학회 논문집 Vol.4 No.4

Asphalt binder characteristics in asphalt mixture are changed due to aging. However. depending upon aggregate and binder used, asphalt mixture dose not show the same level of stiffness and brittleness under the same ageing level. The factors affecting Physical Properties change of the asphalt binder within aged asphalt concrete are not well known and there is limited study which is dealing with this topic This study dealt with evaluation of physical properties of asphalt binder recovered from the mixtures after short-term and long-term aging. Two asphalts. two aggregates. two gradations and four polymers were used to make 32 mixture combinations. The mixtures were prepared and aged artificially in a forced draft oven. The measured physical properties included absolute viscosity, kinematic viscosity and penetration. Statistical analyses were carried out to find out the factor(s) having a significant effect on change of physical property of asphalt binder due to asphalt mixture aging. The results of study shown that aggregate, gradation and polymer had a significant effect on change of physical properties of asphalt binder. 아스팔트는 노화에 따라 물리적 특성변화가 일어난다. 하지만 같은 수준으로 노화시킨 아스팔트 혼합물들임에도 골재와 결합재 등에 따라 서로 다른 강성이나 취성을 보인다. 이는 노화에 의한 바인더 특성 변화의 차이에 기인한 것인데 이와 같이 혼합물 내에서 바인더의 물리적 특성 변화 차이에 영향을 주는 요인에 대한 연구는 별로 없다. 따라서 본 연구에서는 아스팔트 혼합물의 노화 후추출한 바인더의 물리적 특성을 측정하고 물성 차이에 영향을 미치는 요인을 분석하였다. 폴리머 3종류와 골재 두 종류, 두 가지 입도, 두 종류의 아스팔트를 사용하여 32종류의 혼합물을 제조하고, 이를 장 단기 노화 처리하였다. 각 혼합물의 노화 후 Abson recovery 방법으로 바인더를 추출 회생하고 바인더 물성 시험(침입도, 동점도, 절대점도)을 수행하였다. 이를 SAS를 이용하여 통계 분석하였다. 바인더 시험에서 골재 종류와 폴리머가 노화시 물성변화에 차이를 가져오는 심각한 요인임을 알 수 있었고, 입도는 점도 변화에 큰 영향을 미치는 인자인 것임을 확인할 수 있었다. 본 연구 결과, 혼합물 내의 바인더 물성은 골재 종류, 입도, 개질제의 종류, 바인더의 종류 등의 다양한 요인에 의해 많은 영향을 받는 다는 것을 알 수 있었다.

자체 용설 아스팔트 혼합물의 용빙특성 분석

김광우,이기호,홍상기,진호일,도영수,Kim, Kwang-Woo,Lee, Gi-Ho,Hong, Sang-Ki,Jin, Jo-Ill,Doh, Young-Soo 한국도로학회 2003 한국도로포장공학회 논문집 Vol.5 No.2

본 연구는 도로 포장에 자체 융설 아스팔트 혼합물의 적용을 위해, 융빙특성을 분석하는 기초연구의 일환으로 수행되었다. 본 연구의 목적은 이러한 문제점을 해결하기 위해 아스콘 제조시 지속성있는 융설제를 첨가하여 높은 융설기능을 유지하도록 한 아스팔트 혼합물을 개발하고 이에 대한 융빙(설) 특성 및 아스팔트 포장으로서의 역학적 특성을 알아보는데 있다. 결합재로는 AC 60-80이 사용되었고, 본 연구에서 개발된 융설제와 CRM이 건식 혼합방법으로 사용되었다. 기존 포장위에 박층포장 용도로 사용하기 위한 샌드 융설 아스팔트 혼합물과 표층용 혼합물과 동일 용도인 13mm 밀입도 융설 아스팔트 혼합물을 개발하였다. 아스팔트 혼합물의 특성을 평가하기 위하여 마샬안정도와 간접인장강도, 결빙 및 융빙실험, 용출수의 수질분석 실험을 수행하였다 융설 아스팔트 혼합물은 포장용 혼합물로서의 충분한 강도 및 우수한 융설 기능도 가지고 있는 것으로 나타났으며, 용출수의 중성화를 유도하여 도로 주변의 식생에도 악영향을 미치지 않을 것으로 판단된다. This study is a fundamental research for developing self-deicing function of snow-melting asphalt concrete for roadway pavement. The objective of this study is to develop technology of making self-snow-melting asphalt pavement and evaluate properties of the asphalt concrete containing deicers. Asphalt concrete with deicers and CRM was produced by dry process. The $\alpha$-deicer, CRM and F-deicer were used for sand asphalt mixtures of thin-layer pavement on the existing pavement. The $\alpha$-deicer, $\beta$-deicer, CRM A, CRM B and C were used for 13mm dense-graded mixtures on surface course. Penetration grade of 60-80 asphalt was used for asphalt mixtures. Marshall mix-design, indirect tensile strength, freezing and thawing test, analysis of extracted water were carried out to evaluate performance of self deicing function of asphalt mixtures. The study result showed that snow-melting asphalt mixtures had not only good mechanical characteristics and good snow-melting function, but also chemically safe in environmental point of view.

Warm-mix Asphalt에 대한 국산 용어 생각

김광우,Kim, Kwang-Woo 한국도로학회 2009 한국도로학회지 Vol.11 No.2

전단 반사균열 모사 실험방법 개발 및 적용성 연구

김광우,임성빈,도영수,이석근,Kim, Kwang-Woo,Yim, Sung-Bin,Doh, Young-Soo,Rhee, Suk-Keun 한국도로학회 1999 한국도로포장공학회 논문집 Vol.1 No.1

본 연구에서는 노후된 기존 콘크리트 포장위에 아스팔트 덧씌우기를 했을 때 윤하중으로 인하여 발생하는 전단 반사균열을 모사할 수 있는 실내 실험방법을 개발하였다. 또한 각 혼합물의 기본 특성시험을 토대로 본 연구에서 개발한 실험방법을 사용하여 각 혼합물의 전단 반사균열 저항 특성을 비교 분석하였다. 그 결과 본 연구에서 개발한 실험방법을 사용하여 측정한 전단 반사균열 저항 특성이 재료 및 보강 효과의 차이를 적절히 보여 현장에서의 상황을 잘 모사할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 일부 혼합물에 대하여 기존 피로수명 예측모델을 이용하여 전단 파괴수명을 예측한 결과 높은 상관성을 보여 향후 포장의 수명을 상대적으로 예측하는 것이 가능할 것으로 기대된다. This study was conducted to develop a test system for evaluating resistance against reflection cracking in shear mode caused by wheel load in asphalt concrete overlaid on the deteriorated cement concrete pavement. Reflection cracking resistance of selected polymer modified asphalt(PMA) mixtures with and without reinforcement was evaluated using this test system. It was shown that the test results accounted for the effectiveness of materials and reinforcement characteristics in terms of the difference in the resistance against reflection cracking. A shear failure life of a certain mixture was estimated with a high coefficient of determination. when the test results were used in a well known prediction model. Therefore, it seemed to be possible to use this technique for predicting a relative service life of on overlay.

노화(老化)에 의한 아스팔트 시멘트 형질변화(形質變化)의 HP-GPC 분석(分析)

김광우,연규석,최중대,Kim, Kwang Woo,Yeon, Kyu Seok,Choi, Joong Dae 대한토목학회 1992 대한토목학회논문집 Vol.12 No.4

This study was conducted to evaluate physical property change of asphalt cement chromatograms (by HP-GPC) were experimentally obtained from 3 types of AC-20 virgin ACs, 5 and 24-hour artificially aged ACs, and naturally aged 4 ACs that were recovered from 4 different roads. Absolute viscosity, kinematic visoosity and penetration were the physical properties tested. THF was used for mobil phase and RI detector was used as a detector for Hp-GPC testing. Correlation between each physical property change and the chromatogram variation was evaluated. Each chromatogram was divided into ten-equal-time slices. The percentage areas of 10 slices and each physical property were used for statistical correlation evaluation. Statistical analysis results showed that eaoh physical property had a strong correlation with the chromatogram characteristics. Aging was identified as a mechanism of change of molecular size distribution - increasing large size molecules and reducing coresponding samll size molecules. 본 연구(?究)는 노화(老化)에 의한 아스팔트시멘트의 물리적 성질변화를 크로마토그램에 근거(根據)하여 유성학적(流性學的)으로 고찰(考察)하였다. 3종류의 AC-20 아스팔트시멘트와 그것을 인공노화(人工老化)시킨 것 그리고 도로(道路)포장의 코어로부터 추출(抽出)해낸 자연노화(自然老化)된 아스팔트에 대하여 3가지 물리적 성질과, 고압(高壓) 겔 투과(透過) 크로마토그래프(HP-GPC)를 이용한 크로마토그램(분자입도분포(分子粒度分布))을 측정(測定)하였다. 이 물리적 성질과 HP-GPC 결과를 분석(分析)하여 노화전후(老化前後)의 크로마토그램과 물리적 성질의 상관관계(相關關係)를 고찰(考察)하였다. 물리적 성질로는 점도(粘度), 동점도(動粘度), 퇴입도(退入度)를 구하였으며, HP-GPC 시험에서는 THF가 순환용액으로 사용되고 RI 검출기가 사용되었다. 크로마토그램을 같은 시간간격(時間間隔)의 10구간으로 분할(分割)하여, 각 구간의 분할면적비(分割面積比)와 물리적 성질이 통계분석(統計分析)에 사용되었다. 이 연구결과(?究結果) 아스팔트시멘트의 물리적 성질은 크로마토그램 특성과 매우 밀접한 관계가 있음을 알 수 있었다. 또한 아스팔트의 노화는 유성학적으로 분자입도의 구성비가 변환되는 과정임을 알 수 있었다.

결합재의 물리적 성질을 이용한 샌드아스팔트 혼합물의 강도특성 추정

김광우,이순제,이기호,이성훈,이병덕,Kim, Kwang-Woo,Lee, Soon-Jae,Lee, Gi-Ho,Lee, Sung-Hoon,Lee, Byung-Duck 한국도로학회 2002 한국도로포장공학회 논문집 Vol.4 No.1

This study was performed to estimate the high-speed direct tensile strength(DTS1), low-speed direct tensile strength(DTS2) , indirect tensile strength(ITS) resilient modulus(MR) and stiffness index(SI) of sand asphalt mixture based on the absolute viscosity, kinematic viscosity, penetration, softening point and PG grade of binder. DTS2 showed higher correlation with the physical properties than other properties of mixture, and the next was DTS1, ITS, SI and MR in order. Among binder properties, PG grade showed the highest relation with DTS2. Therefore. it was found that the high DTS mixture could be made when the binder with a high PG grade was used. However, since the individual physical property showed a relatively low correlation, various properties were used together in regression analysis. The estimation models of DTS and ITS were over 0.99, respectively. R2 of MR and SI estimation models were over 0.91 and 0.93, respectively. It was concluded that mechanical properties could be estimated with a high coefficient of determination from those physical properties. 본 연구에서는 아스팔트 바인더의 절대점도, 동점도, 침입도, 연화점, PG 고온등급을 이용하여 샌드아스팔트 흔합물의 고속 직접인장강도(DTS1), 저속 직접인장강도(DTS2), 간접인장강도(ITS), 회복탄성계수(MR), 강성지수(SI)를 추정하기 위한 연구를 수행하였다. 여러 가지 혼합물의 특성 중 DTS2가 가장 상관성이 높게 나타났으며 그 다음이 DTS1, ITS, SI, MR 순인 것으로 나타났다. 바인더 성질 중에는 PG 등급이 DTS2와 가장 높은 상관 관계를 보여 PG 고온등급이 높은 바인더를 사용하면 직접인장강도가 어느 정도 우수한 혼합물을 얻을 수 있음을 알 수 있었다. 하지만 각각의 물리적 성질만으로는 신뢰도가 낮아 종합적으로 여러 물성을 이용하여 상관성을 분석하였다. 그 결과 직접 및 간접인장강도는 결정계수가 0.99 이상인 모델을 얻을 수 있었다. 그리고 MR, SI 값의 추정치 모델도 R2이 0.91 및 0.93 이상이어서 상당한 신뢰성을 가지고 물성으로부터 역학적 특성을 추정할 수 있음을 보여준다.