저탄소 친환경 상온 아스팔트 혼합물에 대한 혼합설계 사례

 

상온 아스팔트 혼합물(WMA)은 대개 가열 아스팔트 혼합물(HMA)(50℉〔28℃〕낮거나 그 이상)의 생산에 사용되는 온도보다 저온에서 생산되는 아스팔트 콘크리트 혼합물을 말한다. WMA의 목적은 유사한 강도, 내구성, 충분히 감소된 생산 온도를 사용하고 있는 HMA같은 성능특성을 가지는 혼합물을 생산하는 것이다. 보다 낮은 온실가스 방출, 낮은 연료소모, 근로자들의 아스팔트 유독가스에 노출 감소 등 감소된 생산온도와 관련된 중요한 환경적 및 건강면의 이점이 있다. 저온생산으로 또한 바인더의 노화가 감소되고, 혼합물 다짐을 위한 추가시간을 제공되고, 추운 날씨에 도로포장 시 개선된 다짐을 허용함으로써 잠재적으로 포장도로의 성능을 향상시킬 수 있다. WMA기술은 온실가스방출감소를 위한 방책으로서 1990년대 후반에 유럽에서 최초로 소개되었다. 이후, 유럽과 미국에서 많은 WMA과정이 발전되었다. NCHRP프로젝트 09-43이 완료되었을 때에, 미국시장에서 대략 20개의 WMA과정이 거래되고 있었다. 이러한 과정에는 화학물질, 왁스, 합성비석첨가물, 플랜트발포시스템, 순차적 혼합처리과정이 포함된다. NCHRP프로젝트 09-43의 목적은 현재 이용할 수 있거나 미래에 사용될 가능성이 있는 광범위한 WMA과정으로 사용될 수 있는 혼합설계 및 분석절차를 개발하는 것이었다. 그 연구는 다음과 같은 사항이 포함된 NCHRP프로젝트 9-43이 진행되는 동안 수행되었다.

 

1. 연구보고서와 진행되고 있는 연구를 근거로 한 준비절차의 개발

2. 준비절차에 대한 중요한 견해를 조사하기 위한 시험 및 분석 첫 단계

(1) 샘플 재가열의 효과 (2) 바인더 등급 선택 (3) WMA과정온도에서 재활용 아 스팔트 포장 혼합물(RAP)과 새로운 바인더의 혼합 (4) WMA에 대한 적합한 단 기 오븐 콘디셔닝 (5) 작업도 측정을 위한 장치들의 평가

3. 첫 단계의 시험 및 분석 결과를 근거로 한 준비절차 수정

4. 수정된 준비절차를 평가하기 위한 두 번째 단계의 시험 및 분석

이 단계의 포함사항 (1) 수정된 준비절차의 엔지니어링 합리성, 민감도, 실용성을 실험할 혼합설계 연구 (2) 그 절차에 유효한 실험용생성 WMA 및 현장생성 WMA의 특성을 이용한 현장적용 연구 (3) 보다 낮은 WMA온도로 혼합물 피로 특성이 개선될지 안 될지를 조사하기 위한 피로연구

5. 두 번째 단계의 시험 및 분석의 결과에 근거한 준비절차의 최종수정

 

NCHRP프로젝트 09-43의 최초 상품은 (1) 중온 아스팔트 혼합물 (WMA)에 대한 특수 혼합물 설계 고려사항 및 방안이라고 제목을 붙인 AASHTO R 35의 부록 초안(이 보고서의 부록 A로서 제시되어 있는) (2) 역학적-경험적 포장설계 법 소프트웨어 (이 보고서의 부록 D로서 제시되어 있는)를 이용한 성능분석용 WMA측정 특성에 대한 표준사례라는 제목의 사례 표준안이다. AASHTO R 35 부록초안에 대한 교육자료 및 주석들은 NCHRP프로젝트 09-43하에서 수행된 연구를 적용 실행하는데 도움이 되도록 개발되었다. 다음은 NCHRP프로젝트 09-43에서 완료된 연구에서 도출된 주요 결론이다:

 

1. 용적특성. 1.0 퍼센트 또는 그 이하의 바인더 흡수율을 가진 가열아스팔트 혼합물에 대해, NCHRP프로젝트 09-43하에서 개발된 절차로 설계된 WMA의 용적특성은 필연적으로 HMA설계에서 얻은 특성들과 같다. 이러한 결론은 승인된 HMA혼합설계로 WMA과정을 대신하는 현 사례를 지지한다. 그러나 WMA의 다짐도, 수분민감도, 소성변형저항성은 HMA의 그것들 보다 크게 다를 수 있다. 이러한 다짐도, 수분민감도, 소성변형저항성 각각은 AASHTO R 35의 부록초안에 포함된 방식으로 직접 평가된다.

2. 바인더 등급 선택. 똑같은 등급의 바인더는 같은 프로젝트 위치를 위해 설계된 WMA 및 HMA 혼합물에 사용되어야 할 것이다. NCHRP프로젝트 09-43하에서 샘플을 뽑고 시험한 프로젝트에서 추출한 회생된 바인더 시험 자료를 보면 지극히 낮은 생산온도에서는 혼합물에서 회생된 바인더의 강도가 현저하게 감소하는 결과를 초래했다고 지적하고 있다. 게다가 WMA생산온도는 저온등급의 바인더에서 최소의 향상결과를 보였다. 그러므로 AASHTO R 35(여기에서 부록 A로서 내포되어 있는)의 부록초안에서는 같은 등급의 바인더는 WMA 및 HMA 양쪽 모두에서 사용되어야 한다고 추천하고 있다. 고온등급 범핑은 AASHTO R35의 부록초안에 포함된 흐름계수 소성변형저항성 요건을 충족시키는 아주 낮은 생산온도의 WMA과정을 위해 필수적일 수 있다.

3. WMA내의 RAP. RAP와 새로운 바인더가 WMA과정 온도에서 혼합된다는 것은 그 혼합물이 충분히 긴 시간동안 높아진 온도에서 지속된다는 사실을 제공했다. 왜냐하면 그 혼합은 시간에 의존하기 때문에 혼합물에 추가된 새로운 바인더가 새로운 쇄석과 RAP를 입는다. 다음에는 높아진 온도에서 저장이 되는 동안 두 개의 바인더가 혼합을 계속한다. 수행된 실험용 혼합물 연구는 다짐온도에서 이루어진 2시간의 컨디셔닝은 그 다짐온도가 “회복된 것으로서” RAP바인더의 고온등급을 초과했을 때 RAP과 새로운 바인더의 상당한 혼합을 초래했다. RAP와 새로운 바인더의 양호한 혼합을 보장하기 위해서 AASHTO R 35의 부록초안에서는 WMA를 위한 계획된 현장다짐온도가 “회복된 것으로서” RAP바인더의 고온등급을 초과한다는 사실을 보여주고 있다.

4. 단기 오븐 컨디셔닝. 단기 오븐 컨디셔닝은 공사 중 발생하는 바인더의 흡수 및 노화의 모의시험을 위한 혼합설계에 포함된다. WMA를 위해 다짐온도에서 2시간의 오븐 컨디셔닝-HMA혼합물 설계를 위해 사용하는-을 하는 것이 적당하다. 그러나 발생하는 바인더 노화의 정도는 275℉(135℃)에서 4시간동안 하는 성능시험에 대한 AASHTO R 30 컨디셔닝을 이용해서 얻었던 것 보다 덜 하다.

5. 코팅, 작업도, 다짐도. 넓은 범위의 WMA과정 이용을 위해 점착성에 근거한 혼합 및 다짐온도는 코팅, 작업도, 다짐도를 조절하기위해 사용될 수 없다. AASHTO R 35 부록초안에서는 실험용으로 준비된 혼합물에 대한 코팅 및 다짐도를 직접 측정한다. 실험용에서 얻은 코팅의 정도는 사용되는 혼합기의 유형에 달려있다.

AASHTO R 35 부록초안에 있는 혼합시간은 철사 거품기가 달린 플래니터리 믹서를 사용하도록 개발되었다. 만약 버킷 믹서가 사용된다면, 적합한 WMA 혼합시간은 AASHTO T 312의 섹션 8.2.1에 명시된 적합한 점착성에 근거한 배합온도에서 여러 가지 혼합시간을 준비했던 HMA혼합물의 코팅을 평가함으로써 세워져야 할 것이다. 여러 작업 장치들이 NCHRP프로젝트 09-43하에서 평가되었다. 혼합을 통해 굴착추나 블래이드를 움직이는 데 필요한 축의 회전력 또는 힘을 측정하는 이러한 장치는 HMA와 WMA의 차이를 측정할 수 있었지만, 단지 온도가 WMA의 다짐범위로 떨어졌을 때에만 가능했다. 이러한 온도에서, 공극의 차이 또한 선회 다짐 표본에서 증명되었다. AASHTO R 35의 부록초안에서는 다짐온도가 WMA과정의 다짐온도 민감도의 특성을 나타내기 위해 54℉(30℃)로 하락되었을 때 92퍼센트 상대밀도에 선회수 변화를 이용한다. 25퍼센트 초과 상승은 WMA가 HMA보다 온도에 더 민감하다는 것을 나타낸다. 이러한 다짐도의 측정은 혼합할 때 다짐온도, WMA과정, RAP의 존재에 민감하다. RAP와 낮은 WMA과정과 다짐온도는 비슷한 HMA혼합물보다 온도변화에 있어서 더 민감한 WMA혼합물을 이끌어 낼 수 있다.

6. 수분민감도. AASHTO T 283에 의해 측정된 수분민감도는 똑같은 쇄석과 바인더를 사용하도록 설계된 WMA와 HMA혼합물이 다를 가능성도 있을 것이다. 항스트립 첨가제가 내포되었던 WMA과정은 NCHRP프로젝트 09-43의 시험 및 분석에 포함되어 있는 일부 혼합물의 인장강도비율을 상승시켰다. 항스트립 첨가제가 들어있는 WMA과정을 이용했던 9개의 WMA과정 가운데 인장강도비율은 그대로 남아있거나 혼합물의 67퍼센트에서 상승을 보였다. 항스트립 첨가제가 없는 과정을 이용해서 생산된 WMA혼합물에서 인장강도비율은 전혀 상승되지 않았고 혼합물의 79퍼센트에서 하락을 보였다. AASHTO R 35 부록초안에는 AASHTO T 283을 이용하고 있는 수분민감도의 평가가 포함되어 있다.

7. 소성변형저항성. AASHTO R 35의 부록초안에는 흐름계수 시험을 이용하는 WMA의 소성변형저항성에 대한 평가를 포함한다. 그 시험은 공사 중 발생하는 바인더 흡수 및 강도를 모의시험하기 위한 다짐온도에서 2시간 동안 단기 조절된 표본에 대해 수행되었다. 왜냐하면 보다 낮은 단기 컨디셔닝 온도가 HMA혼합물과 비교해서 WMA혼합물을 위해 사용되기 때문에, WMA혼합물에서 바인더의 노화상태가 덜 하고, 결과적으로 HMA혼합물과 비교해서 같은 쇄석과 바인더로 생산된 WMA혼합물에 대한 흐름계수가 보다 낮았다. 흐름계수에 대한 현재의 기준과 HMA를 대한 다른 소성변형 시험은 275℉(135℃)에서 4시간 동안의 단기 컨디셔닝에 근거한 것이다. NCHRP프로젝트 09-43하에서 완료되었던 단기 컨디셔닝 연구에서는 이러한 정도의 컨디셔닝은 공사 중이거나 준공시기에 발생하는 강도를 나타낸다는 것을 보여주고 있다. 생산온도를 초과하는 온도에서 WMA혼합물을 조절하는 것은 적절하지 않기 때문에 WMA혼합물의 소성변형저항성 평가기준은

275℉(135℃)에서 4시간 동안 조절된 HMA혼합물에 대해 현재 추천된 것과 비교해 볼 때 감소되었다.

8. 성능평가. NCHRP프로젝트 09-43하에서 완료된 그 연구에서는 같은 쇄석과 바인더에 대해, AASHTO R 35의 부록초안에 따라 설계된 WMA혼합물은 HMA혼합물과 비슷한 특성을 가질 것이다. 용적특성은 필수적으로 같을 것이지만, WMA혼합물의 강도는 이미 건설된 상태에 있는 것에 비해 아마도 더 낮을 것이다. WMA와 HMA의 차이가 비교적 작기 때문에, WMA로 건설된 포장도로의 성능분석은 역학적-경험적 포장설계 법(MEPDG)과 적합한 자료특성(1)을 이용해서 이루어질 수 있다. WMA실험 표본을 만들고 동탄성계수의 마스터 곡선 및 저온탄성과 저온강도 성능을 시험하기 위한 사례표준안이 MEPDG를 이용하고 있는 WMA의 성능분석에 도움이 되도록 발전되었다.

 

NCHRP 09-43하에서 수행된 그 연구는 현재 혼합설계사례에 단지 최소한의 변화만이 WMA혼합물 설계에 필요하다는 것을 보여주었다. HMA와 WMA에 대한 용적특성은 바인더 흡수가 1.0퍼센트 또는 그 이하 일 때 비슷하게 될 것이라 할지라도, WMA혼합물의 다짐도, 수분민감도, 소성변형저항성은 똑같은 쇄석과 바인더로 설계된 HMA혼합물의 다짐도, 수분민감도, 소성변형저항성보다 아마도 다를 것이다. 그러므로 NCHRP 09-43하에서 발전된 WMA혼합물 설계에 대한 절차는 WMA혼합물을 설계할 때 사용되어야 만 할 것이다. AASHTO R 35의 부록초안은 선택을 고려하기 전에 WMA혼합물 설계방식과 기준을 더 심도 있게 다듬기 위한 추가적인 자료를 제공하기 위해 기관과 생산자가 시범적으로 사용해야 할 것이다. 추가적인 평가와 가능한 정련에서 혜택을 볼 수 있는 요소는 과정명시표본제작절차, 코팅, 다짐도, 소성변형저항성 기준을 포함하고 있다. NCHRP프로젝트 09-43이 완성되었을 당시에, NCHRP는 WMA에 대한 두 개의 추가적인 프로젝트를 제작하였다. 그것은 NCHRP프로젝트 09-47 A, “상온 아스팔트 혼합물 기술의 특성 및 성능” 과 NCHRP 09-49, “WMA기술의 성능: 1단계-수분민감도” 이다. NCHRP 09-47은 WMA혼합물의 현장성능평가를 포함할 것이다. 그리고 NCHRP프로젝트 09-49는 WMA의 수분민감도를 자세하게 설명할 것이다. NCHRP프로젝트 09-43의 결과는 현장성능과 수분민감도를 설명하는 이러한 연구에 대한 필요성을 지원한다. 그러나 현재 계획되지 않은 추가연구를 요하는 두 가지 WMA혼합물 설계과정이 있다. 첫째, AASHTO R 35의 부록초안에 있는 WMA 표본제작절차는 대부분의 생산 혼합설계실험에서 더 쉽게 이용할 수 있는 버킷믹서를 내포하기 위해 확대되어야 할 것이다. 둘째, 추가적인 연구에서 WMA와 HMA 양쪽 모두에 동등하게 응용할 수 있는 수분민감도와 소성변형저항성의 평가를 위해 사용하는 표본에 대한 단기 컨디셔닝 절차를 개발할 필요가 있다. 두 단계의 컨디셔닝 과정이 고려되어야만 할 것이다. 첫 번째 단계에서, 그 혼합물은 공사 중에 발생하는 바인더 흡수와 강도를 모의시험 할 다짐온도에서 2시간 동안 조절될 것이다. 두 번째 단계에서, 준공상태에 있는 아스팔트에 짧은 시간동안 모의실험을 하기위해 대표적인 준공 시 고온포장온도에서 연장된 시간동안 더 많이 조절될 것이다. NCHRP프로젝트 09-43하에서 수집된 자료의 분석을 근거로 두 번째 단계가 16시간의 추가적인 컨디셔닝보다 덜 걸릴 것 같다.

 

1. 소개

2. 연구 접근

3. 결과물과 적용

 

4.결론과 추천사항

 

4.1 결론

 

NCHRP 09-43의 목표는 현재 이용할 수 있거나 앞으로 이용될 가능성이 있는 광범위한 WMA과정으로 사용될 수 있는 혼합설계 및 분석절차를 개발하는 것이다. NCHRP프로젝트 09-43하에서 수행되는 그 연구는 다음이 포함되어 있다.

 

1. 조사보고서와 진행 중인 연구의 검토를 근거로 한 준비절차의 개발

2. 중요한 측면의 준비절차를 조사하기 위한 시험 및 분석의 첫 단계

(1) 샘플 재가열의 효과 (2) 바인더 등급 선택 (3) WMA과정 온도에서 RAP와 새로운 바인더의 혼합 (4) WMA에 대한 적합한 단기 오븐 컨디셔닝, (5) 작업도 측정를 위한 장치의 평가

3. 첫 번째 단계의 시험 및 분석 결과에 근거한 준비절차 수정.

4. 수정된 준비절차를 평가한 두 번째 단계의 시험 및 분석. 이 단계에는 (1) 수정된 준비절차의 엔지니어링 합리성, 민감도, 실용성을 실험한 혼합설계 연구. (2) 그 절차에 유효한 실험용 생성 WMA 및 현장생성 WMA의 특성을 이용한 현장적용 연구, (3) 보다 낮은 WMA온도로 혼합물 피로 특성이 개선될 지 안 될지를 조사하기 위한 피로연구가 포함되어 있다.

5. 두 번째 단계의 시험 및 분석의 결과에 근거한 준비절차의 최종수정.

 

NCHRP프로젝트 09-43의 최초 상품은 (1) 상온 아스팔트 혼합물(WMA)에 대한 특수 혼합물 설계 고려사항 및 방안이라고 제목을 붙인 AASHTO R 35의 부록초안과 (2) 역학적-경험적 포장 설계 법 소프트웨어를 이용한 성능분석용 WMA 측정특성에 대한 표준사례라는 제목의 사례표준안이다. AASHTO R 35 부록초안에 대한 교육자료 및 주석들은 NCHRP프로젝트 09-43에서 수행된 연구를 적용 실행하는데 도움이 되도록 개발되었다. AASHTO R 35의 부록초안은 (1) 바인더에 추가된 첨가제, (2) 생산 중 혼합물에 추가된 첨가제, (3) 젖은 쇄석 혼합물, (4) 플랜트거품시스템 등 가장 광범위하게 사용되었던 WMA과정을 설명한다.

다음은 AASHTO R 35의 부록초안에서 설명하고 있는 독특한 측면의 WMA혼합설계이다.

. 과정명시표본제작절차,

. 설계된 생산온도에서 코팅평가,

. 수퍼페이브 선회 다짐기를 이용하여 설계된 현장다짐온도 및 그 이하에서 다짐도 평가,

. 흐름계수 시험을 이용한 소성변형저항성에 대한 검사.

 

WMA에 대한 성능특성 측정을 위한 표준사례에서는 WMA 성능특성표본 준비방법과 MEPDG(1)을 이용해서 분석용 자료특성을 얻기위해 동탄성계수와 저온크리프 컴플라이언스 및 강도 시험수행방법을 설명한다. 이어지는 섹션에서는 NCHRP프로젝트 09-43에서 완료된 명확한 연구결과를 설명한다.

 

4.1.1 용적특성

NCHRP프로젝트 09-43하에서 수행된 연구의 주요결론은 적절하게 설계된 WMA와 HMA혼합물의 용적특성은 매우 비슷하다는 것이었다. 1.0퍼센트 또는 그 이하의 바인더 흡수율을 가진 가열아스팔트 혼합물에 대해, NCHRP프로젝트 09-43에서 개발된 절차에 따라 설계한 WMA의 용적특성은 필연적으로 HMA 설계에서 얻은 특성과 같다. 이러한 결론은 승인된 HMA배합설계로 WMA과정을 대신하는 현 사례를 지지한다. 그러나 WMA의 다짐도, 수분민감도, 소성변형저항성은 HMA의 그것들보다 크게 다를 수 있다. 이들의 각각은 추천된 WMA혼합설계 방식으로 직접 평가된다.

 

4.1.2 바인더 등급 선택

동등한 등급의 바인더는 같은 프로젝트 위치를 위해 설계된 WMA 및 HMA 혼합물에 사용되어야 할 것이다. NCHRP프로젝트09-43의 1단계에서 수행되었던 RTFOT실험이 고온등급의 바인더에 대해 온도에서 큰 효과를 보였다할지라도, 그 프로젝트 2단계에서 샘플을 뽑아 시험했던 프로젝트의 회복바인더 시험자료를 보면 혼합물에서 회생바인더의 강도가 현저하게 감소했음을 나타내고 있었다. WMA생산온도는 RTFOT 실험과 회생바인더 시험 모두에서 저온등급의 바인더는 최소한의 향상을 보였을 뿐이다. 그러므로 AASHTO R 35 부록초안에서는 같은 등급의 바인더는 WMA 및 HMA혼합물 양쪽 모두에서 사용되어야 한다고 추천하고 있다. 고온등급 범핑은 부록초안에 포함된 흐름계수 소성변형저항성 요건을 충족시키는 아주 낮은 생산온도의 WMA과정을 위해 필수적일 수 있다.

 

4.1.3 WMA내의 RAP

RAP와 새로운 바인더가 WMA과정온도에서 혼합된다는 것은 그 혼합물이 충분히 긴 시간동안 높아진 온도에서 지속된다는 사실을 제공했다. 왜냐하면 그 혼합은 시간에 의존하기 때문에 혼합물에 추가된 새로운 바인더가 새로운 쇄석과 RAP를 입는다. 다음에는 높아진 온도에서 저장이 되는 동안 두 개의 바인더가 혼합을 계속한다. 실험실에서 수행된 혼합연구는 다짐온도에서 이루어진 2시간의 컨디셔닝은 그 다짐온도가 “회복된 것으로서” RAP바인더의 고온등급을 초과했을 때 RAP와 새로운 바인더의 상당한 혼합을 초래했다. RAP과 새로운 바인더의 양호한 혼합을 확보하기 위해서 AASHTO R 35의 부록초안에서는 WMA를 위한 설계된 현장다짐온도가 “회복된 것으로서” RAP바인더의 고온등급을 초과한다는 사실을 보여주고 있다.

 

4.1.4 단기 오븐 컨디셔닝

단기 오븐 컨디셔닝은 공사 중 발생하는 바인더의 흡수 및 노화의 모의시험을 위한 혼합설계에 포함된다. WMA를 위해 설계된 현장다짐온도에서 2시간의 오븐 컨디셔닝, HMA혼합물의 설계를 위해 사용된 같은 단기 컨디셔닝을 하는 것이 적당하다.

그러나 발생하는 바인더 노화의 정도는 275℉(135℃)에서 4시간동안 하는 성능시험에 대한 AASHTO R 30 컨디셔닝을 이용해서 얻었던 것 보다 덜 하다.

 

4.1.5 코팅, 작업도, 다짐도

넓은 범위의 WMA과정 이용을 위해 점착성에 근거한 혼합 및 다짐온도는 코팅, 작업도, 다짐도를 조절하기 위해 사용될 수 없다. AASHTO R 35 부록초안에 있는 혼합시간은 철사 거품기가 달린 플래니터리 믹서를 사용하도록 개발되었다. 만약 버킷 믹서가 사용된다면, 적합한 WMA 혼합시간은 AASHTO T 312의 섹션 8.2.1에 명시된 적합한 점착성에 근거한 배합온도에서 여러 가지 혼합시간을 준비했던 HMA혼합물의 코팅을 평가함으로써 세워야 할 것이다. 여러 작업장치들이 NCHRP프로젝트 09-43하에서 평가되었다. 혼합을 통해 굴착추나 블래이드를 움직이는 데 필요한 축의 회전력 또는 힘을 측정하는 이러한 장치는 HMA와 WMA의 차이를 측정할 수 있었지만, 단지 온도가 WMA의 다짐범위로 떨어졌을 때에만 가능했다. 이러한 온도에서, 공극의 차이 또한 선회 다짐 표본에서 증명되었다. AASHTO R 35의 부록초안에서는 다짐온도가 WMA과정의 다짐온도 민감도의 특성을 나타내기 위해 54℉(30℃)로 하락되었을 때 92퍼센트 상대밀도에 선회수 변화를 이용한다. 25퍼센트 초과 상승은 WMA가 HMA보다 온도에 더 민감하다는 것을 나타낸다. 이러한 다짐도의 측정은 혼합할 때 다짐온도, WMA과정, RAP의 존재에 민감하다. RAP와 낮은 WMA과정과 다짐온도는 비슷한 HMA혼합물보다 온도변화에 더 민감한 WMA혼합물을 이끌어낼 수 있다.

 

4.1.6 수분민감도

AASHTO T 283에 의해 측정된 수분민감도는 똑같은 쇄석과 바인더를 사용하도록 설계된 WMA와 HMA혼합물이 다를 가능성도 있을 수 있을 것이다. 항스트립 첨가제가 내포되었던 WM성과정은 NCHRP프로젝트 09-43시험 및 분석에 포함되어 있는 일부 혼합물의 인장강도비율을 상승시켰다. 항스트립 첨가제가 들어 있는 WMA과정을 이용했던 9개의 WMA과정 가운데 인장강도비율은 그대로 남아있거나 혼합물의 67퍼센트에서 상승을 보였다. 항스트립 첨가제가 없는 과정을 이용해서 생산된 WMA혼합물에서 인장강도 비율은 전혀 상승되지 않았고 혼합물의 79퍼센트에서 하락을 보였다. AASHTO R 35 부록초안에는 AASHTO T 283을 이용하고 있는 수분민감도의 평가가 포함되어 있다.

 

4.1.7 소성변형저항성

AASHTO R 35의 부록초안에는 흐름계수 시험을 이용하는 WMA의 소성변형저항성에 대한 평가를 포함한다. 그 시험은 공사 중 발생하는 바인더 흡수 및 강도를 모의시험하기 위한 설계된 현장다짐온도에서 2시간 동안 단기 조절된 표본에 대해 수행되었다. 왜냐하면 보다 낮은 단기 컨디셔닝 온도가 HMA혼합물에 사용되기 보다 WMA혼합물에 사용되기 때문에, WMA혼합물에서 바인더의 노화상태가 덜하고, 결과적으로 HMA혼합물과 비교해서 똑같은 쇄석과 바인더로 생산된 WMA혼합물에 대한 흐름계수가 보다 낮았다. 흐름계수에 대한 현재의 기준과 HMA에 대한 다른 소성변형 시험은 275℉(135℃)에서 4시간 동안의 단기 컨디셔닝에 근거한 것이다.

NCHRP프로젝트 09-43하에서 완료되었던 단기 컨디셔닝 연구에서는 이러한 정도의 컨디셔닝은 공사 중이거나 준공시기에 발생하는 강도를 나타낸다는 것을 보여주고 있다. 생산온도를 초과하는 온도에서 WMA혼합물을 조절하는 것은 적절하지 않기 때문에 WMA혼합물의 소성변형저항성 평가기준은 (275℉(135℃)에서 4시간 동안 조절된)WMA에 대해 현재 추천된 것에서 변화되었다. NCHRP프로젝트 09-13의 분석결과를 근거로, WMA는 두 단계의 노화과정, 즉 (1)시공효과를 모의시험하기 위한 다짐온도에서 2시간 동안의 컨디셔닝과 (2)준공시기의 고온 포장에서 연장된 루즈 믹스 컨디셔닝을 이용함으로써 275℉(135℃)에서 4시간 후 발생하는 대략 같은 수준의 바인더 강도에 도달할 수 있을 것 같다. 연장된 컨디셔닝의 지속시간은 16시간 이하일 것으로 예상된다.

 

4.1.8 성능평가

NCHRP프로젝트 09-43하에서 완료된 그 연구에서는 같은 쇄석과 바인더에 대해, AASHTO R 35의 부록초안에 따라 설계된 WMA혼합물은 HMA혼합물과 비슷한 특성을 가질 것이다. 용적특성은 필수적으로 같을 것이지만, WMA혼합물의 강도는 이미 건설된 상태에 있는 것에 비해 아마도 더 낮을 것이다. WMA와 HMA의 차이가 비교적 작기 때문에, WMA로 시공된 포장도로의 성능분석은 역학적-경험적 포장설계법(MEPDG)과 적합한 자료특성(1)을 이용해서 이루어질 수 있다 WMA시험표본을 만들고 동탄성계수의 마스터 곡선 및 저온 크리프 클아이언스와 강도시험을 하기위한 사례표준안이 MEPDG를 이용하고 있는 WMA의 성능분석에 도움이 되도록 발전되었다.

 

4.2 추천사항

NCHRP프로젝트 09-43하에서 수행된 그 연구는 현재 혼합설계사례에 단지 최소한의 변화만이 WMA혼합물 설계에 필요하다는 것을 보여주었다. HMA와 WMA에 대한 용적특성은 바인더 흡수가 1.0퍼센트 또는 그 이하 일 때 비슷하게 될 것이라 할지라도, WMA혼합물의 다짐도, 수분민감도, 소성변형저항성은 똑같은 쇄석과 바인더로 설계된 HMA혼합물보다 다를 가능성이 있다. 그러므로 NCHRO프로젝트 09-43하에서 발전된 WMA혼합물 설계에 대한 WMA혼합물을 설계할 때 사용되어야 할 것이다. NCHRP프로젝트 09-43하에서 연구된 혼합물에 대해 작업도는 WMA과정과 온도에 민감했고, 특히 RAP가 포함되어 있는 혼합물에 대해 그랬다.

저온 WMA와 RAP의결합은 HMA혼합물보다 더 온도에 민감한 다짐도를 가진 혼합물을 생성했다. AASHTO T 283이 측정한 것으로서 수분민감도는 WMA과정에 항스트립 첨가제가 없다면 HMA혼합물보다 WMA혼합물에서 아마도 더 낮을 것이다.

마지막으로, 매우 낮은 WMA온도에서는 불충분한 소성변형저항성이 있는 혼합물이 나오게 될 수 있다. 이러한 모든 문제는 AASHTO R 35의 부록초안에 포함된 방식을 이용해서 평가할 수 있다. 이러한 추천사항을 실행할 수 있도록 돕기 위해서 상온 아스팔트 혼합에 대한 특수 혼합설계 고려사항 및 방안 이라는 제목의 AASHTO R 35의 부록초안이 WMA와 HMA의 설계 시 차이를 설명하기 위해 개발되었다. 이 부록은 다음을 포함하고 있다:

 

. WMA과정 선택

. 바인더 등급 선택

. WMA안의 RAP

. 과정명시표본제작절차

. 코팅 평가

. 다짐도 평가

. 수분민감도 평가

. 소성변형저항성 평가, 및

. 상세요건에 맞춘 혼합물 조정

 

그 부록초안은 선택을 고려하기 전에 WMA혼합물 설계방식과 기준을 더 심도 있계 다듬기 위한 추가적인 자료를 제공하기 위해 기관과 생산자가 시범적으로 사용해야 할 것이다. 추가적인 평가와 가능한 정련에서 혜택을 볼 수 있는 요소는 과정명시표본제작절차와 코팅, 다짐도, 소성변형저항성 기준을 포함하고 있다. 추가적으로, 기관과 생산자는 거품을 일으키는 WMA혼합물을 설계하기 위해 사용될 수 있는 실험용 거품장비를 개발하는 플랜트거품장비 제조업자를 독려해야 할 것이다.

NCHRP프로젝트 09-43에서 사용된 실험용 거품장비는 WMA가 아닌 실험용 거품안정기초 샘플을 준비하기 위해 설계되었다. 이 장비를 이용한 플랜트거품과정용 WMA혼합물을 설계하는 것은 가능한 일이지만, WMA거품과정을 반복하고 일괄 혼합설계에 사용된 보다 적은 양의 거품아스팔트재료를 생산하기위해 특별히 설계한 장비들은 설계과정을 효율적으로 만드는 데 필요하다.

NCHRP프로젝트 09-43이 완료되었을 당시에 NCHRP는 WMA에 대한 3개의 추가적인 프로젝트를 창안했다. (1) NCHRP 09-47A, “엔지니어링 특성, 방출, 상온 아스팔트 혼합물 기술의 현장성능,” (2) NCHRP 09-49, “WMA기술의 성능: 1단계-수분민감도,” (3) NCHRP 09-49A, “WMA기술의 성능: 2단계-장기현장성능.”

NCHRP프로젝트 09-47A와 09-49A는 WMA혼합물의 현장성능평가를 포함하고, NCHRP프로젝트 09-49는 WMA의 수분민감도를 상세히 설명할 것이다. NCHRP프로젝트 09-43의 결과는 현장성능과 수분민감도를 설명하는 이러한 연구에 대한 필요성을 지지한다. 그러나 현재 계획되지 않은 추가연구를 요하는 두 가지 WMA혼합물 설계과정이 있다. 첫째, 실험용 혼합물에 대한 혼합절차가 표준화되어 있지 않다. HMA설계에서는 혼합을 수동식이나 혼합기로 한다. 두 가지 유형의 혼합기가 사용되는데 플래니터리 믹서와 버킷 믹서이다. 설계기준으로서 실험용 혼합물의 코팅을 사용하기 위해서 혼합기가 사용되어야 하고, 혼합과정이 표준화되어야 한다.

NCHRP프로젝트 09-43이 진행되는 동안 수행된 코팅평가에서 플래니터리 믹서와 버킷 믹서의 효율성에서 중요한 차이가 있다는 것을 알 수 있었다. AASHTO R 35의 부록초안에 포함된 혼합시간은 쇠거품기가 달린 플래니터리 믹서를 근거로 한 것이다. 버킷 믹서는 대부분의 생산혼합설계실험에서 아마도 더 쉽게 이용할 수 있기 때문에, 추가적인 혼합연구가 버킷 믹서를 이용한 WMA표본제작을 위한 혼합시간을 수립하기 위해 수행되어야 할 것이다. 다음에는 AASHTO R 35 부록초안은 버킷 믹서용 혼합시간을 포함하기 위해 수정되어야 할 것이다. 추가적인 연구를 요하는 WMA혼합설계의 두 번째 요소는 수분민감도와 소성변형저항성을 평가하기 위해 이용하는 WMA와 HMA표본 모두에 적용할 수 있는 단기 컨디셔닝 절차의 개발이다. NCHRP프로젝트 09-43하에서 완료된 연구에서는 현장다짐온도에서 2시간의 오븐 컨디셔닝으로 WMA와 HMA혼합물 모두 공사 중 발생하는 바인더 흡수와 강도를 합리적으로 재생산한다는 결론을 얻었다. 현장다짐온도에서 2시간 동안 컨디션한 WMA혼합물은 낮은 컨디셔닝 온도 때문에 마찬가지로 컨디션한 HMA혼합물보다 바인더의 강도가 덜 했다. 수분민감도와 소성변형저항성에 대한 현 평가기준은 노화의 정도가 더 큰 혼합물에 근거했다. 컨디셔닝은 수분민감도 시험을 위한 AASHTO T 283에 원래 명시되어 있었고 140℉(60℃)에서 16시간 컨디셔닝하는 것이다. 추가적으로 대부분의 소성변형기준은 275℉(135℃)에서 4시간 동안의 컨디셔닝에 근거한다. NCHRP프로젝트 09-13하에서 혼합은 275℉(135℃)에서 2시간, 275℉(135℃)에서 4시간, 140℉(60℃)에서 16시간동안 컨디션하는 것을 말한다. 이 자료의 분석에서 NCHRP 09-43연구팀은 140℉(60℃)에서 16시간은

275℉(135℃)에서 4시간보다 다소 더 노화가 된다고 결론을 내렸다. 275℉(135℃)에서 2시간과 4시간의 노화차이는 통계적으로 중요하지 않았다. WMA와 HMA 모두를 모의시험하기 위해서 두 단계의 컨디셔닝 과정이 수분민감도돠 소성변형저항성을 평가하는데 사용하는 표본에 고려되어야 하는 사항이다. 첫 번째 단계에서, 혼합물은 공사 중 발생하는 바인더 흡수와 강도를 모의시험하기 위해 현장다짐온도에서 2시간동안 컨디션하게 될 것이다. 두 번째 단계에서, 혼합물은 준공시 짧은 시간동안 모의시험을 하기 위해 대표적인 준공시 고온 포장에서 연장된 시간동안 더 컨디션하게 될 것이다. 수분민감도와 소성변형저항성을 평가하기 위해 사용된 유일한 표본은 두 번째 컨디셔닝 단계를 받을 것이다. 용적설계는 오로지 첫 번째 단계에만 근거한 것이다. 연장된 컨디셔닝의 온도와 지속기간은 LTPPBind의 온도와 전형적인 실험실 작업시간을 근거해서 선택될 것이다. 아마도, 두 번째 단계는 한밤중에 표본을 컨디셔닝할 때 필요할 것이다. 연장된 컨디셔닝 온도와 시간이 두 단계 과정을 이용해서 컨디션한 HMA가 275℉(135℃)에서 4시간동안 컨디션한 HMA와 비슷한 강도를 가지기 위해서 선택될 것이다.

 

▣ 원문제목 : Mix Design Practices for Warm Mix Asphalt

 

▣ 원문의 주요목차*******************************************************************

？요약

1. 소개

2. 연구 접근

3. 결과물과 적용

4. 추천사항과 결론

？부록