Digital Image Analysis를 이용한 동적수침시험 평가방법의 개선 및 아스팔트 바인더의 점착력 특성평가

손정탄,임정혁,이진욱 한국도로학회 2015 한국도로학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.10

최근 기후변화로 인한 집중호우의 강도와 빈도가 증가하면서 아스팔트 포장의 포트홀 발생이 급격히 증가하고 있다. 포트홀은 아스팔트 포장에 침투된 수분이 교통하중과 함께 간극수압을 야기하여 아스팔트 포장의 골재 표면과 아스팔트 바인더 사이의 점착력을 약화시켜 박리가 발생하여 포장이 파손되는 것을 말한다. 이로 인해 아스팔트 포장체의 조기 파손이 발생하게 되면 아스팔트 포장의 공용성을 감소시키고 유지·보수비용을 증가시키므로 사용재료에 대한 점착력 특성을 파악하는 작업이 반드시 필요하다. 본 연 구에서는 아스팔트 포장시공에 많이 사용되는 3가지 종류의 아스팔트 바인더(PG58-22, PG64-22, PG76-22)를 선정해서 동적수침시험(Dynamic Immersion Test)과 바인더 점착력 시험(Bitumen Bond Strength, BBS Test)을 수행하여 각 아스팔트 바인더의 점착력을 평가하였다. 동적수침시험은 EN 12697-11 기준에 의해 수행되었으며, 주관적인 결과분석방법(육안평가)의 개선을 위해 DIA(Digital Image Analysis)를 통해 객관적인 평가를 수행하였다. 각 시편은 기존에 적용되던 육안조사와 무게변화 의 방법을 수행하는 동시에 객관적인 평가를 위해 Mesh Analysis 방법을 적용하였다. 각 시편을 동일한 조건에서 스캔하여 얻어진 이미지 파일을 총 400(20×20)개의 mesh로 나뉘어 각 cell에 대한 피복율을 5 단계의 가중치를 적용하여 계산하였다(Equation 1). Mesh Analysis의 결과를 적용하여 얻어진 기준값 (Threshold Value) 36을 기준으로 DIA를 수행하여 최종 점착력을 비교 ․ 분석하였다. Fig. 1은 동적수침 시험과 BBS Test로 얻어지는 수분민감성과 상온에서의 점착력결과를 나타낸 것이다. 본 연구에서는 DIT의 각 평가 방법을 비교하였고, 그 결과를 BBS 시험과 비교하여 아스팔트 바인더의 점착력을 평가하였으며, 도출된 결론은 다음과 같다. 기존의 DIT 육안평가 방법은 평가자 간의 차이가 크 기 때문에 주관적인 결과를 도출할 가능성이 있으며, DIA를 이용하여 보다 객관적인 평가를 수행할 수 있 을 것으로 판단된다. BBS 시험결과 PG등급이 높을수록 상온에서의 점착력이 좋다는 것을 확인할 수 있 었고, DIT 시험결과 또한 동일한 경향을 보이는 것으로 나타났다.

Digital Image Analysis를 이용한 동적수침시험 평가방법의 개선 연구

손정탄,이진욱,임정혁 한국도로학회 2016 한국도로학회 학술발표회 논문집 Vol.2016 No.06

현재 아스팔트 포장 분야는 최근의 이상기후(집중호우 및 폭설)로 인하여 수분으로 인한 파손(점착력 약화로 인한 박리 및 포트홀)이 증가하고 있는 실정이다. 이에 국토교통부에서는 『아스팔트 혼합물 생산 및 시공 지침(2014)』의 재료 선정 과정에서 동적수침 시험을 통하여 피복잔류율이 50% 미만이면 박리방 지 재료를 사용토록 규정하고 있다. EN 12697-11에 규정되어있는 동적수침 시험은 골재와 아스팔트 사 이의 박리 저항성 평가하고 이 결과를 통해 아스팔트 혼합물의 수분 저항성을 평가하는 시험법으로, 피복 잔류율 평가는 검사자의 주관적인 육안 평가를 통해 이루어지기 때문에 시험결과의 객관성 및 신뢰성이 부족하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 동적수침시험의 객관성 및 신뢰성 향상을 위하여, Digital Image Analysis(DIA)를 도입하였으며, Mesh Analysis를 통하여 DIA의 기준값을 선정하였다. Mesh Analysis 를 위하여 시험 후 건조된 시료를 동일한 조건에서 스캔하여 총 400(20×20) 개의 mesh로 나누어 각 셀 에 대한 피복율을 육안조사를 통하여 총 5 단계의 가중치를 적용하여 계산하였다. DIA는 이미지 파일을 화소(Pixel) 값을 기반으로 처리하는 기법으로, Mesh Analysis에 이용된 25비트 컬러 이미지 파일을 그 레이 이미지(화소값 0(검정색)~255(흰색))로 변환한 후 기준값을 바탕으로 변환된 흑백의 이미지를 이용 하여 피복율을 계산하는 분석방법이다. 보다 객관적인 피복율 비교를 위하여 BBS 시험을 수행하여 얻어 진 점착력을 피복율과 비교하였다. Fig. 1(a)는 피복율과 점착력의 비교결과, Fig. 1(b)는 AP-3를 기준으 로 계산된 피복율과 점착력의 재료에 따른 변동비율 결과를 보여준다. Fig. 1에서 육안평가 결과의 경향은 다른 평가방법과 다른 경향을 나타냈으며 즉, 육안평가는 시료 종 류에 따른 피복율 경향 파악에는 적합한 방법이 될 수는 있으나, 객관적인 피복율 평가에는 미흡한 것으 로 판단된다. 반면에 DIA는 Mesh Analysis 및 BBS 결과와 비교적 유사한 경향을 보였으며, 동적수침시 험의 피복율 평가에 DIA를 적용하는 것은 결과의 신뢰성 및 객관성 측면에서 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다.

ABS Test를 활용한 아스팔트 바인더의 수분처리 조건에 따른 점착특성 평가

손정탄,양성린,이석근,임정혁 한국도로학회 2017 한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집 Vol.2017 No.03

Digital Image Analysis를 이용한 동적수침시험 평가방법의 개선 연구

손정탄,이진욱,이석근,황성도,임정혁 한국도로학회 2016 한국도로학회논문집 Vol.18 No.4

PURPOSES : The objective of this study was to evaluate the results of the dynamic immersion test (DIT) through digital image analysis (DIA). METHODS : The asphalt binder retained post DIT was inspected visually by more than three investigators. However, because visual observations can be subjective, depending on the inspector’s skills and knowledge, DIA was also performed. The threshold value for the DIA was determined by a mesh analysis, in which the digital image to be analyzed is divided into very small meshes. In addition, the bitumen bond strength (BBS) test was also performed to the compare the visual results with the mechanical values. RESULTS AND CONCLUSIONS : Depending on the materials used, various methods can be used to predict the behavior of retained asphalt. However, the increasing ratio in the trend of retained asphalt shows different behaviors among the evaluation methods. In this study, the results of the visual observations were significantly different from those of the DIA, the mesh analysis, and the BBS tests. Thus, DIA is an appropriate method for evaluating the results of the DIT. However, in order to use this technique in the field, it is necessary to determine a more reasonable threshold value by performing DIA on various materials.

ABS Test를 이용한 아스팔트 혼합물의 수분에 의한 점착특성 평가

손정탄,양성린,신오철,이석근,임정혁 한국도로학회 2017 한국도로학회논문집 Vol.19 No.2

PURPOSES:The objectives of this study are to evaluate moisture sensitivity of various asphalt mixtures and to suggest an alternate method for the dynamic immersion test, which is used to determine the application of anti-stripping agent, by analyzing bond strength.METHODS:The bond strength of various asphalt mixtures such as hot mix asphalt, warm mix asphalt, and polymer-modified asphalt was evaluated by the ABS test. In order to characterize moisture sensitivity at different temperatures of the mixtures, the ABS test was conducted at -10°C, 5°C, 20°C, 40°C, and 54°C under both dry and wet conditions. The concept of the bond strength ratio was applied for objective moisture sensitivity analysis. Moreover, the bond strength characteristic was compared to the dynamic immersion test to suggest an alternate method to determine the application of anti-stripping agent.RESULTS AND CONCLUSIONS :Overall, the polymer-modified asphalt demonstrates the highest bond strength characteristic regardless of moisture condition and temperature. The bond strength characteristic displays a highly reliable linear relationship from 5°C to 40°C, and the relationship could be used to predict bond strength at any intermediate temperature. Based on the analysis of bond strength and retained asphalt ratio, the bond strength value of 1254 kPa could be applied as a criterion for anti-stripping agent.

도심형 급속경화 포장 접착층 재료 개발을 위한 기초 연구

손정탄(Son, Jung Tan),김영민(Kim, Yeong Min) 대한토목학회 2019 대한토목학회 학술대회 Vol.2019 No.10

Asphalt Bond Strength를 이용한 아스팔트 포장의 수분민감도 평가

손재원,손정탄 한국도로학회 2017 한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집 Vol.2017 No.10

최근 여름철 집중호우 및 폭염지속, 겨울철 폭설 등 이상기후 와 2000년대 들어 버스전용차선이 본격적으로 시행되고 차량하중의 중량화로 인한 직․간접적인 요인으로 인하여 도로파손이 가속화 되고 있다. 서울특별시의 포트홀(Pothole) 발생 현황을 살펴보면 2006년도에는 3만 8천 건에서 2010년도에는 7만 7천 건으로 두 배 이상 급증하였다(서울연구원 2012). 수분손상(Moisture Damage)및 박리(Stripping)현상은 강수에 의한 수분의 침투로 아스팔트 피막과 골재사이의 접착력을 약화시키고 이는 도로의 강성과 내구성의 손실로 도로파손이 빈번히 발생하게 되며 도로자체의 구조적 문제적인 문제까지 야기시키게 된다. 제안된 문제들의 해결을 위한 첫 걸음으로 아스팔트 혼합물의 수분에 대한 저항성을 객관적으로 보다 손쉽게 평가할 수 있는 실험법이 필요한 실정이다. 이에 본 연구에서는 AASHTO TP – 91에 규정되어 있는 ABS(Asphalt Bond Strength) Test를 이용하여 수분 손상에 따른 골재와 아스팔트 바인더와의 접착 특성을 평가하고 이를 AASHTO T 283에서 제시하고 있는 아스팔트 혼합물의 수분민감도 평가 방법인 인장강도 비(Tensile Strength Ratio, TSR) 시험 방법과 비교 평가하여 수분 손상에 따른 골재와 아스팔트 바인더와의 접착 특성이 아스팔트 혼합물의 강도 특성에 미치는 영향을 평가하였다. 상기 그림에서와 같이 아스팔트 점착 강도 시험은 간단한 시험시편 제작과 시험조건으로 손쉽게 수분 손상을 평가할 수 있으며, 분석방법 역시 골재와 아스팔트 바인더 사이에서의 강도 변화를 직접적으로 측정할 수 있어 실험 결과에 대한 신뢰성이 높은 장점을 가진다. 수분 손상에 따른 골재와 아스팔트 바인더의 점착력 변화와 아스팔트 혼합물의 강도 변화를 비교 평가한 결과, 두 평가방법이 상호간의 상당히 높은 상관관계를 나타내었으며, 골재와 아스팔트 바인더와의 점착력을 이용하여 아스팔트 혼합물의 수분 손상 대한 평가 기준 제시(품질기준)가 가능할 것으로 판단된다. 다만, 본 연구에서는 재료의 품질 특성 평가만을 수행하였기 때문에 수분 손상에 대한 아스팔트 혼합물의 구조적 특성 등을 평가하여 실제 포장의 공용수명에 미치는 영향 등에 대하여 추가적인 연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다.

상온 재활용 아스팔트 혼합물의 적정 유화아스팔트 함량 선정 연구

양성린,손정탄,이강훈 한국도로학회 2018 한국도로학회논문집 Vol.20 No.1

PURPOSES: The purpose of this study is to evaluate the mechanical properties of a cold-recycling asphalt mixture used as a base layer and to determine the optimum emulsified-asphalt content for ensuring the mixture’s performance. METHODS: The physical properties (storage stability, mixability, and workability) of three types of asphalt emulsion (CMS-1h, CSS-1h, and CSS-1hp) were evaluated using the rotational viscosity test. Asphalt emulsion residues, prepared according to the ASTM D 7497-09 standard, were evaluated for their rheological properties, including the G*/sinδand the dynamic shear modulus (|G*|). In addition, the Marshall stability, indirect tensile strength, and tensile-strength ratio (TSR) were evaluated for the cold-recycling asphalt mixtures fabricated according to the type and contents of the emulsified asphalt. RESULTS: The CSS-1hp was found to be superior to the other two types in terms of storage stability, mixability, and workability, and its G*/sinδ value at high temperatures was higher than that of the other two types. From the dynamic shear modulus test, the CSS-1hp was also found to be superior to the other two types, with respect to low-temperature cracking and rutting resistance. The mixture test indicated that the indirect tensile strength and TSR increased with the increasing emulsified-asphalt content. However, the mixtures with one-percent emulsified-asphalt content did not meet the national specification in terms of the aggregate coverage (over 50%) and the indirect tensile strength (more than 0.4 MPa). CONCLUSIONS : The emulsified-asphalt performance varied greatly, depending on the type of base material and modifying additives; therefore, it is considered that this will have a great effect on the performance of the cold-recycling asphalt pavement. As the emulsified-asphalt content increased, the strength change was significant. Therefore, it is desirable to apply the strength properties as a factor for determining the optimum emulsified-asphalt content in the mix design. The 1% emulsified-asphalt content did not satisfy the strength and aggregate coverage criteria suggested by national standards. Therefore, the minimum emulsified-asphalt content should be specified to secure the performance.

중온 현장 표층 재활용 아스팔트 포장 장비의 개발

정규동,권수안,손정탄,한영남 한국도로학회 2019 한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집 Vol.2019 No.09

재활용 아스팔트 혼합물의 점도를 이용한 배합설계 연구

정규동,권수안,이문섭,손정탄 한국도로학회 2017 한국도로학회 학술대회 발표논문 초록집 Vol.2017 No.10

국내 법적 기준에 따라 2016년부터 거의 모든 도로 포장에 아스팔트 혼합물 물량의 40% 이상을 재활용 아스팔트 혼합물로 사용하게 되었다. 이에 따라 폐아스팔트 콘크리트를 이용한 재활용 아스팔트 혼합물의 품질확보가 중요한 이슈로 부각되고 있다. 아스팔트 콘크리트 포장은 아스팔트 플랜트에서 아스팔트 혼합물이 생산되어 현장에 시공된 후 공용 중에 환경하중, 교통하중 등에 의하여 물성이 변화되고, 누적된 피로에 의해 결국은 파손에 이르게 된다. 이에 따라 도로에서 발생된 폐아스팔트 콘크리트는 아스팔트 혼합물 생산시의 품질, 공용기간, 환경하중이나 교통하중 등에 따라 노화정도가 다르며 물성이 다양하다. 그러므로 폐아스팔트 콘크리트를 이용한 아스팔트 콘크리트 순환골재(이후 순환골재라고 함)의 품질은 폐아스팔트 콘크리트 발생 당시의 물성과 밀링 방법, 순환골재 생산과정에서의 파쇄 및 선별 방법 등에 따라 영향을 받아 변동된다. 따라서 재활용 아스팔트 포장의 조기 균열 등의 문제가 발생하지 않기 위해서는 배합설계시 순환골재의 물성에 따라 노화된 아스팔트를 회복시켜 줄 수 있는 재생 첨가제 등의 적합한 함량을 결정하고, 생산된 아스팔트 혼합물에 포함된 아스팔트의 점도 회복이 중요하다. 본 연구의 목적은 재활용 아스팔트 혼합물 배합설계시 아스팔트 점도를 회복시키기 위한 설계 방안을 제시하는 것이다. 국내 기준에서 재활용 아스팔트 혼합물에서 추출한 아스팔트의 점도는 5,000 Poise 이하이어야 한다. 이에 따라 국내에서는 혼합물 생산 및 운반의 단기노화 과정에서의 점도변화를 감안하여 대부분 설계점도를 2,000 Poise로 설정하고 배합설계를 수행한다. 그런데, 해외 연구 결과 재생 첨가제의 특성에 따라 단기노화 과정에서의 점도 변화율이 다른 것으로 나타났다. 이에 따라 본 연구에서는 혼합 전의 설계점도, RFTO 단기 노화 후의 점도, 제작된 아스팔트 혼합물에서 추출된 아스팔트 점도 등을 비교하여 적합한 배합설계 방안을 검토하였다