Self-Healing Asphalt Prepared by using Ionic Epoxy Resin

( Young Jik Lee ),( Jun Young Seo ),( Seo Yeon Kim ),( Seung Hyun Lee ),( Young Keun Hong ) 한국고무학회 2015 엘라스토머 및 콤포지트 Vol.50 No.3

Anionic epoxy compound was synthesized and added to asphalt aiming to prepare self-healing asphalt. Epoxymodified asphalt showed excellent modification effect and healing effect as well. The results revealed that with 5% addition of polymer the tensile strength, impact strength and complex shear modulus of the polymer-modified asphalt increased by 65%. 64% and 35%, respectively. It seems that high interaction occurs between polymer and asphalt matrix. Self-healing efficiency of the polymer-modified asphalt based on tensile strength showed 100%, comparing to 79% of straight asphalt. In impact experiment the polymer-modified asphalt showed 99% of healing efficiency, comparing to 77% of straight asphalt. In rheological experiment the polymer-modified asphalt showed 103% of healing efficiency, comparing to 72% of straight asphalt. It appears that the ionic bonding existing in epoxy polymers contributed to high values of self-healing efficiency. The polymer which has high intermolecular force fills the crack of the asphalt, pulling the opponent side each other, and so the original properties were restored.

에폭시 아스팔트 바인더를 이용한 응력흡수층의 성능평가

조신행,이봉림,김낙석 대한토목학회 2017 대한토목학회논문집 Vol.37 No.6

노후 된 도로 포장 개량을 위한 아스팔트 덧씌우기 포장의 경우 반사균열로 인한 조기파손이 문제가 되고 있어, 반사균열을 억제하고 포장의 내구성을 확보할 수 있는 새로운 공법이 필요한 실정이다. 에폭시 아스팔트 바인더를 이용한 응력흡수층(SAMI)을 통해 아스팔트 덧씌우기 포장의 내구성을 확보하고자 하였다. 에폭시 응력흡수층의 인장성능, 접착성능, 방수성능, 내화학성, 내구성 실험을 수행하였으며, 교면 방수재료의 품질기준을 만족하는 것으로 나타났다. 반사균열 억제 효과를 검토하기 위해 반복직접인장실험 결과 에폭시 응력흡수층 적용시 단면 두께가 감소하여도 두께 10cm의 PSMA 아스팔트 콘크리트에 비해 1.2~1.56배 높은 반사균열저항성을 나타내었다. 4점 빔피로 실험 결과 에폭시 응력흡수층을 적용하면 피로파괴횟수가 약 7.5배 높아져 포장의 내구성을 향상시킬 수 있었다. 에폭시 응력흡수층은 반사균열 억제와 피로수명 향상 및 방수층으로서의 역할을 수행하여 아스팔트 덧씌우기 포장의 내구성 향상에 효과가 있는 것으로 나타났다. Asphalt overlay on deteriorated concrete pavement has a problem of early damage due to reflective cracking. There is a need for a new method capable of reducing reflection cracking and ensuring the durability of pavement. The purpose of this study was to obtain durability of asphalt overlay with stress absorbing membrane interlayer (SAMI) using epoxy asphalt binder. The tensile performance,durability, water resistance and bonding performance of Epoxy-SAMI were evaluated by various tests. As a result of tests,Epoxy-SAMI meets the quality standard of the bridge waterproofing material. The repeated direct tensile test was carried out to investigate the effect of reflective cracking reduction. When the Epoxy-SAMI was applied, it had 1.2~1.56 times higher reflective cracking resistance than PSMA asphalt concrete with the thickness of 10cm even if the section thickness decreased. 4-point bendingbeam test results showed the number of fatigue failures increased 7.5 times when Epoxy-SAMI was applied. The Epoxy-SAMI was found to be effective in improving the durability of the asphalt pavement overlay because it serves to prevent reflective cracking, increase lifespan, and function as a waterproof layer.

국산 에폭시 아스팔트 혼합물의 물리·역학적 특성 평가

김병헌,백종은,이현종,박희문 한국도로학회 2012 한국도로학회논문집 Vol.14 No.1

This study evaluated the performance of Korean epoxy asphalt mixtures using several laboratory tests. Four types of epoxy asphalt mixtures were manufactured based on 13mm dense graded asphalt mixtures: three Korean and one Japanese epoxy asphalt mixtures where 20% or 40%of asphalt binder was replaced by epoxy resins. Curing time was determined as 3 and 6 hours for the mixtures containing 40% and 20% of epoxy resins, respectively. From the laboratory tests including wheel tracking, indirect tension fatigue, bending beam, and moisture susceptibility tests, it was concluded that the epoxy asphalt mixtures had superior performance than conventional asphalt mixtures except moisture susceptibility. Also, the performance of the Korean epoxy asphalt mixtures was comparable to the Japanese mixtures. Thermal coefficient, bond strength, and indirect tension tests were conducted to examine the applicability of the Korean epoxy asphalt mixtures to concrete repair. Its adhesion was strong enough to be bonded to surrounding concrete materials and its tensile strength was comparable to the concrete, but thermal expansion coefficient was 5 times greater than the surrounding concrete. 본 연구에서는 다양한 실내시험을 통하여 국내에서 개발된 에폭시 아스팔트 혼합물의 공용성을 평가하였다. 최대입경13mm의 밀입도 혼합물을 기초로 하여 아스팔트 바인더의 20% 또는 40%를 국산 및 일본산 에폭시 수지로 치환하여 4종류의 에폭시 아스팔트 혼합물의 배합 설계를 실시하였다. 에폭시 아스팔트의 가사시간이 에폭시 수지가 40% 사용한 경우 3시간, 20% 사용한 경우 6시간 정도임을 확인할 수 있었다. 휠트랙킹 시험, 간접인장 반복시험, 그리고 저온 휨 시험 결과 국산및 일본산 에폭시 아스팔트 혼합물의 공용성이 일반 아스팔트 혼합물 보다 상당히 우수한 것으로 나타났다. 하지만 일부 에폭시 아스팔트 혼합물에서는 수분손상 가능성을 확인할 수 있었다. 또한 일본산 에폭시 아스팔트 혼합물과 국산 에폭시 아스팔트는 유사한 성능을 나타냈다. 또한 콘크리트 보수재로 개발한 국산 에폭시 아스팔트의 적합성을 평가하기 위하여 추가적으로열팽창계수, 부착강도, 인장강도를 측정한 결과, 일반 콘크리트와의 부착력은 우수하고 인장강도는 유사한 것으로 나타났으나열팽창계수는 5배 정도 큰 것으로 나타났다.

Aggregate pre-coating approach using rubber- and silane-coupled thermoset polymer and emulsion for warm-mix asphalt mixtures

Jun Yoo, Pyeong,Sik Eom, Byung,Soo Park, Ki,Hun Kim, Do Elsevier 2017 Construction and Building Materials Vol.152 No.-

<P><B>Abstract</B></P> <P>This study proposes an aggregate pre-coating approach using both a synthesized thermoset polymer and an asphalt emulsion as a warm-mix asphalt mixture. An oil-in-water emulsified asphalt is added to initiate a moisture hardening reaction for aggregate coating with the polymer on the surface of the aggregate. Then, the PG64-22 asphalt binder is finally mixed with the pre-coated aggregates in the temperature range of 120–130°C. The chemically modified epoxy can react with some polar components on the surface of aggregates, and it bonds with nonpolar groups in an asphalt binder so that it gives high adhesive strength on the surface of aggregates.</P> <P>The surface strength of the synthesized epoxy was at least 2-fold greater than the general epoxy sample, as verified by the Dolly test. The chemically modified epoxy was used as a coating agent for aggregates and made possible to react with the water molecules in the emulsified asphalt binder. The bonding effect was verified by the boiling test, maintaining greater than 90% of the coated film.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> The modified epoxy coating film maintained above 90% after boiling for six hours. </LI> <LI> The adhesive strength of the modified epoxy resulted in seven times higher value. </LI> <LI> The modified epoxy could be used as an emulsified warm-mix asphalt mixture. </LI> </UL> </P>

장경간 강바닥판 교량용 에폭시 아스팔트 혼합물의 적용성 평가

백유진(Baek, Yu Jin),박창우(Park, Chang Woo),김낙석(Kim, Nakseok) 대한토목학회 2012 대한토목학회논문집 D Vol.32 No.6D

본 연구의 목적은 장경간 강바닥판 교량의 교면포장 재료로서 에폭시 아스팔트 혼합물을 평가하고, 현장에 적용하는 것에 있다. 에폭시 아스팔트 혼합물의 국내 적용을 위한 골재입도를 제시하였고, 실내 공용성 실험을 수행한 결과 내구성능 면에서 매우 우수함을 알 수 있었다. 또한 온도에 따른 회복탄성계수와 전단부착강도 시험결과를 활용하여 구조해석을 실시 후 전단응력 검토결과 전단부착강도의 9%로도 충분한 접착 성능을 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 에폭시 아스팔트 교변 포장에 발생하는 인장응력의 경우 중국에 시공되어 검증된 난징대교 실내시험결과와 비교 시 유사하거나 작은 값을 나타내어 충분한 공용 성능을 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 결과적으로 에폭시 아스팔트 혼합물은 일반 아스팔트에 비해 매우 우수한 내구성능을 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 하지만 현장에서 장경간 강바닥판 교량의 교면포장 재료로서 에폭시 아스팔트 혼합물을 적용할 경우 온도와 양생기간에 따른 강도발현에 차이가 있을 수 있으므로 현장 적용 시, 생산 시료로 제작한 혼합물에 대한 평가가 이루어져야 한다. The main objective of the research is to evaluate the laboratory performances of epoxy asphalt mixtures for long-span steel bridge decks. The aggregate gradations were recommended for field applications. The laboratory performance test results showed that the durability of epoxy asphalt mixtures was more noticeable than that of conventional ones. The structural analysis was conducted using resilient modulus and bond-shear test results. The analysis results revealed that just 9% out of total bond-shear stress was enough for the entire required bond-shear stress in the pavement system. The tensile stresses in the bridge decks were within limits compared to the laboratory test results from the Nanjing Grand Bridge in China. As a result, the laboratory performances of the epoxy asphalt mixtures for long-span steel bridge decks were better than those of conventional asphalt mixtures. However, the laboratory performance tests of epoxy asphalt mixtures for long-span steel bridge decks should be conducted precisely since the strengths of the mixtures are sensitive to the temperatures and curing times.

고속축중기 시스템의 도입을 위한 고기능 아스팔트 혼합물 및 에폭시의 내구성 평가

권홍준,이종섭,권오순,권순민 한국도로학회 2018 한국도로학회논문집 Vol.20 No.4

PURPOSES: In order to apply high-speed weigh-in-motion (HS WIM) systems to asphalt pavement, three high-durability asphalt concrete mixtures installed with a WIM epoxy are evaluated. METHODS: In this study, dynamic stability, number of loading repetitions to reach the rut depth of 1 mm, and rut depth measurements of three asphalt mixtures at 60℃ were compared using an Asphalt Pavement Analyzer (APA). Laboratory-fabricated material and field core samples were prepared and tested according to KS F2374. RESULTS : Through the laboratory tests, it was found that all three modified asphalt mixtures (stone-mastic, porous, and semi-rigid) with WIM epoxy showed favorable permanent deformation results and passed the dynamic stability criterion of 3000 loading repetitions per 1 mm. In addition, it was confirmed that the modified SMA mixtures cored from the field construction yields satisfactory rutting testing results using the APA. Finally, the epoxy used for the HS WIM installation shows good adhesion with the three asphalt mixtures and permanent deformation resistance.

강바닥판 교량에 적용된 에폭시 아스팔트 포장의 응력 해석 연구

조신행,김낙석,위광환,정윤수,Jo. Shin Heang,Kim. Nakseok,Wee. Kwang Hwan,Jung. Yoon Soo 한국방재학회 2013 한국방재학회논문집 Vol.13 No.6

에폭시 아스팔트는 장경간 강바닥판 교량의 교면포장 재료로 사용하기에 매우 적합하다. 에폭시 아스팔트의 뛰어난 성능은 5.0-5.5 cm의 두께로 포장이 가능하여 교량의 고정하중을 감소시킬 수 있는 경제적이며 효율적인 교면포장 재료이다. 그러나 국내 적용사례가 부족하며 얇아진 포장 두께에 따른 응력 전달 경로의 변화로 교량 부재의 손상 및 파손에 대한 우려가 있다. 본 연구에서는 에폭시 아스팔트 포장이 적용된 강바닥판 교량의 구조해석을 수행하고 실내 실험 결과와 비교하여 적용성을 평가하고자 하였다. 연구 결과, 유한요소해석에서 포장에 발생하는 인장응력은 간접인장강도에 비해 매우 작았으며, 부착면에서의 전단응력도 접착강도에 비해 작은 것으로 나타났다. 따라서 에폭시 아스팔트 포장은 강바닥판 교량의 박층 포장으로서 충분한 안정성과 내구성능을 제공할 수 있는 것으로 나타났다. Epoxy asphalt is an excellent material for overlay of long-span bridges with orthotropic steel deck. The superior characteristics of epoxy asphalt allow epoxy asphalt overlay to be applied with a thickness of 5.0-5.5 cm, which can significantly reduce dead load and benefit the structural efficiency. With limited experience in the domestic market however, concerns still exists regarding higher risk of steel deck damage due to the thinner application of the overlay. In this study, structural analysis of an orthotropic steel deck with epoxy asphalt overlay is carried out to evaluate a field application example. Analysis results showed that deformation and tensile stress were very small, and shear stress between layers was smaller than bond strength. According to the analysis of study results, the epoxy asphalt pavement can provide sufficient stability and performance life as thin-overlay on orthotropic steel bridge deck.

교통개방을 위한 에폭시 아스팔트 콘크리트의 강도 예측모델 개발

백유진(Baek, Yu Jin),조신행(Jo, Shin Haeng),박창우(Park, Chang Woo),김낙석(Kim, Nakseok) 대한토목학회 2012 대한토목학회논문집 D Vol.32 No.6D

교통개방시점의 예측은 공사 계획을 위해 중요하며 이를 위해 에폭시 아스팔트 혼합물의 양생에 따른 강도를 예측하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 에폭시 아스팔트 혼합물의 양생온도와 시간에 따른 마샬안정도를 측정하고 이를 이용해 강도 발현식을 구하였으며, 변화하는 온도와 강도에 따른 반응속도를 반영할 수 있도록 화학적 반응속도론을 이용하여 에폭시 아스팔트 강도 예측모델을 개발하였다. 예측모델을 사용하여 에폭시 아스팔트 포장이 적용된 국내 교량에 대해 교통개방시기를 예측하였다. 2009년~2011년의 기상조건에 따라 가정된 포장체 온도를 사용한 예측결과는 실제 교통개방일과 17일의 차이가 발생했으나 이는 2012년의 실제 기상상태와의 차이 때문이다. 실제 측정된 포장 온도를 예측모델에 대입할 경우 2일의 교통개방가능일 차이가 있었으며, 상관관계 분석 결과 R²가 0.95로 실제 강도값과 매우 유사한 결과를 얻을 수 있었다. 기상 상태와 포장체의 온도에 대한 충분한 데이터를 확보한다면 에폭시 아스팔트 강도 예측모델을 사용하여 상당히 신뢰도 있는 교통개방 가능 시기의 예측이 가능한 것으로 나타났다. It is important to decide traffic opening time for construction plan of epoxy asphalt pavement. For this purpose, strength prediction model of epoxy asphalt concrete is required. In this study, Marshall stability was measured according to temperature and time for making strength properties equation. Strength prediction model was developed using chemical kinetics considering temperature variation. The traffic opening time of epoxy asphalt pavement on bridge deck has been predicted using the developed model. The prediction and actual traffic opening times were different by 17-days, because weathers of year 2009-2011 used in prediction model were different from weather of year 2012. When the prediction model used the actually measured temperatures of pavement, the difference between real opening time and prediction opening time was two days. The correlation analysis result between measured strength and prediction strength revealed that the R² using accurate temperature of pavement was 0.95. An improved precise prediction result is to be obtained if the prediction model uses accurate temperature data of pavement.

Comparative Investigation Into Field Performance of Steel Bridge Deck Asphalt Overlay Systems

Xiaoyang Jia,Baoshan Huang,Shangjiang Chen,Dawei Shi 대한토목학회 2016 KSCE JOURNAL OF CIVIL ENGINEERING Vol.20 No.7

The steel bridge deck overlay provides a smooth surface for riding and protects the deck from influence of traffic and environment factors. The presence of distress on overlay may compromise the serviceability of a bridge. A better understanding of distress is indispensable for designers to make improvements on asphalt overlay to extend the service life. A field investigation into performance of two bridge deck asphalt overlay systems was conducted. The overlay system included an epoxy asphalt overlay and a composite asphalt overlay consisting of Stone-Matrix-Asphalt (SMA) and Gussasphalt (GA). The field investigation was conducted to evaluate the difference in performance between two systems. Chemical analyses were performed on core samples from each bridge to further investigate the distress mechanism of each system. Results indicated that the two overlay systems generally exhibited similar field performance. Each bridge developed different distress, mainly due to the poor bonding between layers or between overlay and steel deck.

에폭시 수지를 이용한 아스팔트 혼합물의 강상판 적용성 평가

Nakseok Kim 한국재난정보학회 2013 한국재난정보학회 논문집 Vol.9 No.2

본 연구에서는 현재 일본에서 개발되어 적용되고 있는 고형화 에폭시 수지를 이용한 아스팔트 혼합물의 국내 강상판 적용성을 평가 하고자 하였다. 다양한 문헌조사를 통한 고형화 에폭시 아스팔트 혼합물의 특성을 파악한 후, 배합설계 와 혼합물 평가를 실시하였다. 그 결과 강상판에 적용되는 다른 재래식 혼합물에 비하여 성능이 월등함을 알 수 있었다. 또한, 3D 유한 요소 해석을 수행한 결과 에폭시 아스팔트가 시공 시 충분한 공용성능을 보이는 것으로 판단되어 국내에서 일반적으로 사용되고 있는 배치식 플랜트 통해 고형화 에폭시 아스팔트 혼합물 생산 후 시험시공을 실시하였다. 시공 후 공용성을 평가하기 위해 BPT 실험을 한 결과 포장의 표면은 기준이상의 마찰력을 나타내는 것을 알 수 있었다.