폴리머 개질아스팔트 콘크리트의 저온 인장강도 특성

도영수,권승준,김광우,Doh, Young-Soo,Kwon, Seung-Zoon,Kim, Kwang-Woo 한국도로학회 2002 한국도로포장공학회 논문집 Vol.4 No.3

본 연구는 동절기에 많이 발생하는 포장의 저온균열에 대한 폴리머 개질 아스팔트 혼합물의 저항 특성을 알아보기 위하여 수행하였다. 저온에서의 간접인장강도를 측정 분석한 결과 혼합물들이 $-10^{\circ}C의 저온 대에서 최대 인장강도를 나타냈다. 최대 인장강도를 보이는 온도 이하에서는 시차열 응력이 인장강도 이상으로 발생하여 내부에 손상이 발생하기 때문에 나타나는 인장강도 저하현상을 ITS 시험으로 증명하여 보였다. 저온의 시험 결과는 폴리머 개질 아스팔트 혼합물이 일반 아스팔트 혼합물에 비하여 보다 낮은 온도에서까지도 강도가 높게 나타나 폴리머 개질에 따른 효과를 보였으며, 바인더가 저온균열에 대한 저항에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 따라서 추운 지역에서는 저온균열을 예방하기 위하여 폴리머 개질 아스팔트의 사용이 추천된다. Many temperature-related problems are created in asphalt pavement due to the low temperature. In particular, loss of tensile strength due to low temperature is known to be responsible for thermal failure of pavements in cold regions under $-20^{\circ}C$. The objective of this study is to evaluate characteristics of resistance against low-temperature cracking of polymer asphalt concrete mixtures modified with LDPE and SBS. The test results showed that the mixtures had the maximum indirect tensile strength(ITS) at low temperature ranging from $-10^{\circ}C. It was proved through ITS test that the stress due to differential thermal contraction over the tensile strength did generate internal damage at the temperature below $-20^{\circ}C$. It was shown that the asphalt mixtures modified with polymer had better ITS than the normal asphalt mixture at the temperature below $-20^{\circ}C$. Thus the effect of modification was revealed as tensile strength improvement. From the results of this study, it was recommended that polymer-modified asphalt should be used in order to prevent low-temperature cracking in cold region.

보강 덧씌우기 아스팔트 포장의 휨파괴에 의한 반사균열 피로수명 추정

도영수,김광우,Doh, Young-Soo,Kim, Kwang-Woo 한국도로학회 2000 한국도로포장공학회 논문집 Vol.2 No.4

본 연구는 아스팔트 덧씌우기 포장에 야기되는 반사균열 실내 시험을 통해 여러 보강된 혼합물의 반사균열 저항성에 따른 피로수명을 추정하기 위해 수행되었다. 아스팔트 개질재로는 LDPE, SBS 및 카본블랙을 이용하였고 보강재로는 합성섬유(PF), 비닐(PV), 그리드 (GG)를 이용하였다. 공시체 몰드 바닥에 보강재를 미리 깐후 배합설계를 통해 얻은 아스팔트 혼합물을 부어 공시체를 제조하였다. 반복하중 하에서 균열이 있는 시멘트 콘크리트 위에 부착된 아스팔트 콘크리트 공시체 하단의 수평변위를 측정하여 각 혼합물별 균열지연에 따른 반사균열 피로수명을 추정하였다. 본 연구의 반사균열 실험 결과를 토대로 균열진전에 따른 각 혼합물별 피로수명에 대하여 이론적인 예측식을 개발 제안하였으며 예측식에 의한 추정치와 실측치와의 상관관계가 상당히 높게 ($r^2=0.95$이상) 나타났다. This study was performed to estimate fatigue life of polymer-modified and reinforced overlay asphalt mixtures with respect to reflection cracking in asphalt overlay pavement. In order to achieve the goal, the expedited reflection cracking test method was developed and applied to various mixtures and the results were compared one another with respect to the resistant characteristics of reflection cracking. The theoretical prediction equation of fatigue life for each mixture was suggested based on statistical analysis of experimental test results in the flexural failure mode. Since coefficients of correlation between estimated values and measured values were very high ($r^2=0.95$ or higher), the prediction model can be used for relative comparison of various pavement overlay choices to be used in the field.

포아슨 비의 변화를 고려한 수정 ECM 모델 개발 및 아스팔트 콘크리트의 저온 특성 연구

권승준,도영수,김광우,Keon, Seung-Zun,Doh, Young-Soo,Kim, Kwang-Woo 한국도로학회 2001 한국도로포장공학회 논문집 Vol.3 No.1

This paper dealt with modification of effective crack length model (ECM) by adding Poisson's ratio term to evaluate fracture toughness of asphalt concrete which varies its material property by temperature. The original ECM model was developed for solid materials, such as cement concrete, and Poisson's ratio of materials was not considered. However, since asphalt concrete is sensitive to temperature variation and changes its Poisson's ratio by temperature, it should be taken into consideration to know exact fracture property under various temperatures. Four binders, including 3 polymer-modified asphalt (PMA) binders, were used to make a dense-grade asphalt mixture and 3-point bending test was peformed on notched beam at low temperatures, from -5oC to 35oC. Elastic modulus, flexural strength and fracture toughness were obtained from the test. The results showed that, since Poisson's ratio was considered, the more accurate test values could be obtained using modified ECM equation than original ECM. PMA mixture showed higher stiffness and fracture toughness than normal asphalt mixture under very low temperatures. 본 연구는 온도에 따라 특성이 변하는 아스팔트 콘크리트의 파괴인성을 규명하기 위하여 기존의 유효균열 모델을 수정하는 연구를 다루고 있다. 본래의 ECM모델은 콘크리트와 같은 고체에 적용되도록 개발되어 재료의 포아슨 비를 고려하지 않는다. 하지만 아스팔트 콘크리트는 온도변화에 민감하여 온도에 따라 포아슨 비가 변화하므로 다양한 온도하에서 정확한 파괴 특성을 알기 위해서는 포아슨 비가 고려되어져야 한다. 3개의 개질아스팔트 결합재를 포함한 4가지 결합재를 사용하여 밀입도 아스팔트 혼합물을 제조하여 초기균열 보에 대한 3점 휨 시험을 $-5^{\circ}C$부터 $-35^{\circ}C$까지에서 수행하였다. 탄성계수, 휨강도 및 파괴인성을 시험을 통하여 구하였다. 시험결과 포아슨비가 고려되는 수정 ECM 공식을 사용하므로서 보다 정확한 값들을 얻을 수 있었다. 폴리머 개질 아스팔트 혼합물이 일반아스팔트 혼합물에 비하여 더 낮은 저온하에서 더 높은 강성과 파괴인성을 유지함을 알 수 있었다.

개질재.보강재를 이용한 덧씌우기 아스팔트 포장의 반사균열 지연 효과

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

본 연구는 아스팔트 콘크리트 덧씌우기에서 야기되는 반사균열에 대한 저항성을 향상시키기 위하여 개질재 및 보강재를 사용하여 제조한 혼합물의 성능을 평가하기 위하여 수행하였다. 아스팔트 개질재로는 LDPE와 SBS 및 카본블랙을 이용하였고. 보강재로는 합성섬유(PF), 비닐(PV), 그리드(GG)를 이용하였다. 배합설계를 통해 얻은 최적아스팔트 함량으로 아스팔트 혼합물 슬래브를 제조하였다. 아스팔트 혼합물을 몰드에 붓기 전에 몰드 바닥에 비닐이나 그리드를 미리 깔아 보강 층으로서 만들었다. 갭(균열)이 있는 시멘트 콘크리트 위에 부착된 아스팔트 혼합물 공시체에 유압식 동적하중기를 이용하여 반복하중을 재하하였다. 반복하중에서 균열진전을 측정하여 각 처리 혼합물의 균열 지연효과를 평가하였다. 본 연구의 시험 결과로부터 특정 조합의 아스팔트 혼합물이 휨 파괴(Mode I)에 의한 반사균열 지연에 상당히 효과적인 것으로 나타났다. This study was performed to evaluate performance of polymer-modified asphalt mixtures and specially designed reinforcement techniques against reflection cracking of the asphalt pavement overlay. Selected polymers were used for asphalt modification and polyester fiber, a polypropylene film (vinyl) and a grid were used for mixture reinforcement. Using the asphalt mixture with optimum asphalt content, a slab was made and cut into two pieces of specimen. A layer of grid or vinyl was placed at the bottom of specimen to strengthen the pavement layer against crack. A repeated loading was applied to the asphalt mixture specimen which is Placed on a cement concrete with a pseudo-crack. Crack propagation under repeated loading was monitored and effectiveness of the devised crack retarding techniques was evaluated. From the test results. a significant retardation of mode I crack progress was monitored from some of the modified and reinforced asphalt mixtures.

Evaluation of Aging Characteristics of Selected PMA using HP-GPC

김광우,도영수,써지엔아미리카니안,Kim, Kwang-Woo,Doh, Young-Soo,Amerkhanian, Serj N. Korean Society of Road Engineers 2004 한국도로학회논문집 Vol.6 No.2

산화는 아스팔트에서 대형분자(LMS : Large Molecular Size) 양의 증가를 야기하고 바인더의 경화에 주요 원인이 되므로 바인더 산화를 저감시키면 도로 및 공항 포장의 공용수명 연장을 기대할 수 있다. 바인더 산화는 혼합물을 도로에 깔기 전에 가열된 골재와 혼합하는 동안과 아스팔트 포장이 시공된 후 공용기간 동안에 일어난다. 본 연구에서는 바인더를 단기 및 장기노화 처리 후 LMS의 양적 증가를 HP-GPC (High-Pressure Gel-Permeation Chromatography)의 자료에 근거하여 해석하였다 개질 아스팔트는 LMS의 증가율이 아스팔트의 종류에 따라 다를 지라도 단기노화 후 LMS의 20-30%증가. 장기노화 후 2배 이상의 증가를 나타냈다. 본 연구에서 개질 아스팔트의 노화특성을 관찰하기 위하여 사용된 개질제는 선행 연구에서 큰 역학적 특성 향상을 보인 LDPE(Low-Density Polyethylene)와 SBS(Styrene-Butadiene-Styrene block copolymers) 를 사용하였다. LDPE로 개질한 바인더는 단 장기노화 후 LMS의 증가 비율이 상당히 낮았다. 이와 같이 낮은 LMS의 증가는 LDPE 개질 아스팔트가 노화 처리되는 동안에 일반 아스팔트보다 덜 노화가 진행된다는 것을 의미한다 이는 아스팔트 시멘트 내에 분산된 LDPE 입자가 산화 노화작용을 방해하기 때문인 것으로 보인다. Oxidation causes increment of the quantity of large molecular size or LMS in asphalt and is a major reason for hardening of asphalt binder. An extended service life of pavement on a road is expected by reducing oxidation of binder. Oxidation of binder occurs during hot mixing with aggregates before placement on road and then during in-service after the asphalt pavement is constructed. Quantitative increase of LMS as result of aging after RTFO and PAV was analyzed based on the data from high-pressure gel-permeation chromatography (HP-GPC). Polymer modified asphalt (PMA) after RTFO procedure showed 20-30% increment in LMS and then after PAV procedure more than twice, although the percentage of increment was different according to asphalt brand and grade. The PMAs containing LDPE or SBS, which showed a great mechanical property improvement in previous studies, were selected for characterizing PMA aging In this study. Considerably reduced increment of LMS was observed from the PMA containing LDPE after RTFO and PAV procedures. The GPC result showing the binder with less LMS increment means that the asphalt while being mixed with LDPE was aged less during the aging treatment. The dispersed particle of LDPE in asphalt cement seems to disturb oxidative aging reaction and evaporation.

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.

공시체 크기가 변형강도를 이용한 소성변형 추정에 미치는 영향

이문섭,최선주,도영수,김광우,Lee, Moon-Sup,Choi, Sun-Ju,Doh, Young-Soo,Kim, Kwang-Woo 한국도로학회 2004 한국도로학회논문집 Vol.6 No.2

본 논문은 정하중하에서 김테스트를 사용하여 아스팔트 콘크리트의 소성변형과 변형강도가 공시체에 크기에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 2가지 골재(편마암, 화강암)와 6가지 아스팔트를 사용하여 총14개의 밀입도 혼합물을 사용하였다. 마샬 배합설계를 통해 최적아스팔트 함량을 구하고 결정된 최적아스팔트 함량으로 마샬공시체 (S=10cm)와 자이레토리 공시체(S=15cm)를 제작하여 마샬안정도시험, 휠트래킹시험, 개발된 김테스트(Kim test)를 수행하였다. SAS 분석을 통하여 공시체의 지름이 김테스트의 결과에 중요한 변수가 아닌 것을 알았으나 공시체의 두께는 $K_D$에 주용한 변수가 되는 것을 알았다. $K_D$값에 y값이 사용되어 영향을 미치는 것으로 판단되었다. 공시체의 두께를 6.6cm 이상으로 제작하여 김테스트에 적용 할때에는 마샬안정도에서와 같이 y 값에 따른 보정계수를 사용하거나 시험시 6.6cm 미만으로 제작하여야 할 것이다. 향후 보정계수 사용에 관한 연구도 가능할 것으로 판단된다. This study dealt with size effect of specimen in measuring deformation strength and estimating rut resistance of asphalt concretes under static loading using Kim test. Two aggregates, a normal asphalt (pen 60-80) and 6 polymer-modified asphalt (PMA) binders were used for preparation of 14 dense-graded mixtures. Mixtures were prepared based on optimum asphalt content by Marshall compactor (S= 10cm) and gyratory compactor (S= 15cm) for Kim test and for wheel tracking test. In statistical analysis by general linear model (GLM) procedure of SAS, the diameter of specimen was found not to be a significant factor that affect the Kim test result. Therefore, it was found that either loom-diameter or 15cm-diameter of specimen gave no significant difference in deformation strength ($K_D$) values in Kim test for any aggregate mixture. However, the thickness of specimen was found to be a significant factor in determining $K_D$. It is estimated that $K_D$ is a function of y, vertical deformation, and y has something to do with thickness of specimen. Therefore, it is suggested that the thickness of specimen should not be higher than 6.6cm, and the correction factor depending on the thickness value should be developed in the future study.

도로포장 재료로서 폐콘크리트 재생골재의 활용성 연구

김광우,류능환,도영수,이상범,Kim, Kwang-Woo,Ryu, Neung-Hwan,Doh, Young-Soo,Li, Xiang-Fan 한국도로학회 2001 한국도로포장공학회 논문집 Vol.3 No.2

본 연구는 재생골재를 도로의 보조기층재료 및 포장용 콘크리트 골재로 사용하기 위하여 수행되었다. 우선 보조기층재료로서의 활용성 여부를 파악하기 위하여 실내다짐시험, CBR 시험, 평판재하시험을 수행하였으며, 콘크리트용 골재로의 활용성을 보기 위하여 재생골재 첨가비율을 0, 20, 40, 60, 80%로 하여 설계기준강도 $280kgf/cm^2$인 표층용 콘크리트를 제조하였다. 제조된 콘크리트로 굳지 않은 콘크리트 성질과 28일 양생 후 강도시험과 동결 융해에 따른 내구성 시험을 통해 폐콘크리트 재생골재의 활용성을 도로포장재료 측면에서 검토하였다. 실험결과 재생골재는 보조기층재료로서의 사용이 충분히 가능하며 표층용 콘크리트 골재로서 재생골재 첨가비율 40%까지 활용이 가능함을 알 수 있었다. This study was performed to evaluate applicability of recycled aggregates as subbase and surface concrete materials for cement concrete pavement. Laboratory compaction test, CBR test and plate load bearing test were conducted to evaluate applicability for pavement subbase materials. Recycled concrete for surface course was manufactured with a design strength of $280kgf/cm^2$. Normal coarse aggregate was substituted with recycled aggregates with five different ratios, 0%, 20%, 40%, 60% and 80% for recycled concrete mixes. Fresh concrete Properties, concrete strength properties for the five substitution percentages of recycled aggregates after 28-day curing and freezing-and-thawing resistance were evaluated experimentally. Based on the experimental results, it was concluded that the recycled aggregate was the material good enough to use for subbase material, and 40% or lower substitution ratio was an appropriate percentage of recycled aggregates replacement for surface concrete.

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.

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.