무기질 첨가제가 상온 재활용 아스팔트 혼합물의 공용성에 미치는 영향 분석 = A Study on the Effects of Inorganic Additives for the Cold Recycling Asphalt Mixtures

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study evaluated the performance of recycled asphalt mixture using reclaimed asphalt pavement(RAP). Using two types of inorganic additive the durability, rutting resistance and asphalt behavior of cold recycling asphalt were compared with conventional hot mix asphalt mixture(HMA). The curing method and period of the cold recycling asphalt mixture were also evaluated by indirect tensile strength and toughness testing. Moreover, Indirect tensile strength and failure strain were conducted to determine the optimum ratio of inorganic additives for cold recycling asphalt mixture. This study showed the results of laboratory performance tests of cold recycling asphalt additives developed in this study. Laboratory tests for the mixes include air void determination, indirect tensile strength, IDT dynamic modulus, moisture susceptibility, wheel tracking and IDT fatigue tests. based on the result of the air void test, cold recycling asphalt were found to have more air void content than the conventional hot mix asphalt, due to the evaporation of because water and emulsified asphalt from the cold recycling asphalt mixture. Compared to the conventional hot mix asphalt, cold recycling asphalts consisting of inorganic additives a or b performed lower in the Indirect tensile strength and toughness test. However, the results of the performance tests showed that the resistance of the cold recycling asphalt mixture against moisture and rutting were better than those of the conventional hot mix asphalt mixture. In addition, dynamic modulus test results showed that the modulus of the cold recycling asphalt (with inorganic additive A) was higher than those of the conventional hot mix asphalt at high temperatures. The cold recycling asphalt mixture was found to have higher fatigue life at lower strain applications. Therefore, recycled cold asphalt pavements are recommend for low volume roads. Lastly, field or accelerated pavement test validation of the proposed mixture is recommended for further studies.

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 무기질 첨가제가 상온 재활용 아스팔트 혼합물의 공용성에 미치는 영향에 대한 연구를 수행하였다. 아스팔트 순환골재와 굵은골재, 무기질첨가제, 유화 아스팔트를 사용하여 혼합물을 제작하였다. 물리 역학적 특성 시험에 앞서 무기질 첨가제의 강도 발현을 위한 최적 구성 비율을 결정하고 국내외 문헌에 제시된 양생방법을 참고하여 장시간이 소요되는 양생방법을 변경하였다.
최종적으로 결정된 무기질 첨가제 2가지와 양생방법을 적용하여 상온 재활용 아스팔트 혼합물을 제작하였다. 제작시 사용된 골재의 비율은 아스팔트 순환골재 80%, 굵은골재 17%, 무기질 첨가제 3%이며, 비교를 위해 일반 가열 아스팔트 혼합물에 대하여 비교평가 하였다. 물리 역학적 특성 평가를 위한 시험은 공극률, 간접인장강도, 인장강도비, 휠트래킹, 동탄성계수, 간접인장 피로시험을 실시하였다.
상온 재활용 아스팔트 혼합물은 물과 유화아스팔트를 투입하여 제작하고 양생과정에서 수분이 증발되어 공극률이 증가하는 경향을 나타낸다. 이를 확인하기 위하여 첨가제별 공극률 시험 결과 국토교통부 지침의 제시된 품질기준인 9∼14%를 만족하는 것으로 확인되었으나 일반 가열 아스팔트 혼합물 대비 공극률이 높은 것을 알 수 있다.
간접인장강도의 경우 품질기준 0.4MPa를 만족하지만 일반 가열 아스팔트 혼합물 대비 무기질 첨가제 A와 B는 각각 65.7%, 78.1%로 나타났고 간접인장강도 결과를 바탕으로 터프니스를 산정한 결과 무기질 첨가제 B가 조금 높으나 온실가스 저감 측면까지 고려하면 무기질 첨가제 A의 성능이 떨어지지 않는다고 판단하였다. 혼합물의 수분의 대한 저항성을 평가를 위한 인장강도비 시험 결과는 무기질 첨가제를 사용한 상온 재활용 아스팔트는 각각 0.96을 상회하는 것으로 나타났다.
휠트래킹 시험의 경우 상온 재활용 아스팔트 혼합물은 약 10분까지 급격하게 변형량이 증가하는 경향을 보이고 이후 60분까지 일정하게 변형량이 증가하였다. 또한 상온 재활용 아스팔트는 일반 가열 아스팔트에 비해 동적안정도가 약 3.4배로 평가되었다.
아스팔트 혼합물의 점탄성 특성을 판단하기 위하여 동탄성계수 시험을 실시한 결과 상온 재활용 아스팔트 혼합물은 일반 가열 아스팔트 혼합물에 비해 고온에서의 감온성이 낮아 동탄성계수가 크게 나타났으며, 이러한 물리적 특성에 의해 상온 재활용 아스팔트 혼합물의 소성변형에 대한 저항성이 높은 것으로 판단되었다. 또한 무기질 첨가제 B를 사용한 상온 재활용 아스팔트 혼합물의 동탄성계수 시험 결과 무기질 첨가제 A에 비해 보다 탄성거동을 보이고 온도에 의한 영향이 적은 것으로 평가되었다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 1.1 연구 배경 및 목적 1
• 1.2 연구 내용 및 범위 4
• 1.2.1 연구 내용 4
• 1.2.2 연구 범위 5
• 제2장 이론적 배경 및 현황 6
• 2.1 건설폐기물 관련 기준 6
• 2.1.1 건설폐기물의 정의 및 관련 법률 6
• 2.1.2 아스팔트 순환골재 인증 및 품질기준 7
• 2.2 폐아스팔트 콘크리트 재활용 현황 9
• 2.2.1 국내 건설폐기물 발생현황 9 2.2.2 국내 건설폐기물 처리현황 10
• 2.2.3 국내 폐아스팔트 콘크리트 처리 현황 11
• 2.2.4 해외 폐아스팔트 콘크리트 처리 현황 13
• 2.3 국내외 상온 재활용 아스팔트 연구 동향 16
• 2.3.1 국내 상온 재활용 아스팔트 연구 동향 15 2.3.2 해외 상온 재활용 아스팔트 연구 동향 16
• 2.3.3 국내외 연구동향 정리 17
• 2.4 상온 재활용 아스팔트 혼합물의 품질 기준 19
• 2.4.1 국내 상온 재활용 아스팔트 혼합물 품질 기준 20 2.4.2 해외 상온 재활용 아스팔트 혼합물 품질 기준 20
• 제3 장 사용 재료 및 시험 방법 23
• 3.1 사용 재료 23
• 3.1.1 골재 23
• 3.1.2 무기질 첨가제 26
• 3.1.3 유화아스팔트 28
• 3.1.4 물 31
• 3.2 시험 방법 32
• 3.2.1 상온 재활용 아스팔트 혼합물 및 시편 제작 32 3.2.2 이론최대밀도 시험 35
• 3.2.3 겉보기밀도 시험 37
• 3.2.4 공극률 38
• 3.2.5 간접인장강도 시험 39
• 3.2.6 수분저항성 시험(TSR) 40
• 3.2.7 휠트래킹 시험 42
• 3.2.8 동탄성계수 시험(Dynamic modulus test) 44
• 3.2.9 간접인장 피로시험 47
• 제4 장 상온 재활용 아스팔트의 물리 역학적 특성 평가 49
• 4.1 상온 재활용 아스팔트의 물성에 영향을 미치는 요소 결정 49
• 4.1.1 상온 재활용 아스팔트 혼합물의 배합비율 결정 49
• 4.1.2 무기질 첨가제의 구성 비율 결정 51
• 4.1.3 양생방법에 따른 강도변화 55
• 4.2 시험 결과 및 분석 58
• 4.2.1 공극률 59
• 4.2.2 간접인장강도 59 4.2.3 터프니스(Toughness) 61
• 4.2.4 수분저항성 62
• 4.2.5 동탄성계수 65
• 4.2.6 동탄성계수 67
• 4.2.7 간접인장 피로시험 70
• 제5장 결론 73
• 참 고 문 헌 76
• Abstract 81
• 부 록 83