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 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.

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.

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.

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 鋪裝道路의 確率論的 表層設計

김광우,연규석,Kim, Gwang-U,Yeon, Gyu-Seok 한국농공학회 1992 韓國農工學會誌 : 전원과 자원 Vol.34 No.1

A prototype probabilistic approach to thickness design for asphalt pavement surface course was developed using first-order second moment probability model. The tensile strain (load effect) developing at the bottom of surface layer due to the wheel load and the critical strain (resistance) of asphalt concrete were used as random variables for pavement reliability analysis. Based on the parameters for load effect and resistance data collected from reference and field, simulated data were generated by Monte Carlo method for reliability evaluation of the pavement for a typical rural highway. Thickness of pavement surface course was defined in terms of target reliability of the pavement, growth factor of traffic, design life of pavement and resistance of the asphalt concrete to be placed on the pavement. According to these rationales, prototype thickness design chrats were sugested through example studies. From these, similar design charts can be developed for many pavements if appropriate data and target reliability are determined.

Warm-mix Asphalt에 대한 국산 용어 생각

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

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.

양생온도 및 시간이 아스팔트 혼합물의 기초특성치 측정에 미치는 영향

김광우,홍상기,오흥락,이순제,Kim, Kwang-Woo,Hong, Sang-Ki,Oh, Heung-Lak,Lee, Soon-Jae 한국도로학회 2002 한국도로포장공학회 논문집 Vol.4 No.4

본 연구에서는 아스팔트 혼합물의 특성을 평가하는 대표적인 방법인 마샬안정도와 간접인장강도 시험시 양생온도와 양생시간 및 시험온도에서의 처리시간이 결과에 미치는 영향을 비교분석 하였다. 마샬안정도 시험은 공시체를 $60^{\circ}C$로 유지되는 수조에 30분 수침 후 수행하지만, 공시체의 양생시간에 관한 기준은 없다. 간접인장강도 시험의 경우는 시험온도는 $25^{\circ}C$라고 정해져 있지만 마샬안정도 시험과 마찬가지로 양생시간에 관한 기준은 없다. 또한 간접인장강도 시험을 하기 전 공시체의 온도를 $25^{\circ}C$로 맞추기 위하여 항온항습기 등과 같은 장치에 일정시간 보관해야 하는데 이것 역시 정해진 규정이 없다. 연구결과, 공시체의 양생온도에 따라 안정도와 간접인장강도 값은 많은 차이를 나타냈다. 따라서, 실험실 온도가 $25^{\circ}C$보다 높거나 낮으면, 혼합물의 양생이 제대로 되지 않아 시험결과의 신뢰성이 떨어질 것이다. 양생온도 변화에 따른 시험값 변화를 최소화하기 위하여. 마샬안정도 시험시 공시체를 $60^{\circ}C$ 수조에 수침해야 하는 시간과 간접인장강도 시험 전 공시체를 $25^{\circ}C$에 보관해야 하는 시간을 제안하였다. This study examines the importance of conditioning temperature and period before measuring fundamental properties of asphalt mixture. Marshall specimens were made and cured in the air for one day and conditioned by submerging at $60^{\circ}C$ water for 30 min before loading. It was observed that if the specimen was cured in a lower (or higher) than normal lab temperature ($25^{\circ}C$) before submerging, the measured values were not consistent. Indirect tensile strength (ITS) was also measured on the specimens cured at different temperatures. Although there is no regulation specifying how long the specimen should be conditioned before testing, it is recommended that the conditioning time be for the specimen to be at $25^{\circ}C$. Test must be conducted for the specimen cured well before conditioning for desired test. If curing temperature was lower or higher than normal, and mixture was not properly cured, then test results would not be reliable. This study showed how long the specimen should be submerged at $60^{\circ}C$ for Marshall test and conditioned at $25^{\circ}C$ for ITS test for the specimens cured in different temperature.