| 연구개발개요 |
아스팔트 혼합물의 강도관련 특성치로 가장 널리 사용되는 것은 마샬 안정도이다. 이것은 50년 전에 개발된 마샬시험법에서 혼합물을 다진 후 그것의 견고성(integrity)를 측정하기 위해 사용되는 것으로 배합설계에서도 중요한 항목으로 적용된다. 시험방법이 비교적 쉽고 간편하여 전 세계적으로 널리 사용되나 근간의 많은 연구에서는 안정도가 아스팔트 혼합물의 공용성과 상관성이 없음을 지적하고 있다. 즉, 배합설계에서 제시된 기준치보다 월등히 높은 안정도를 가진 혼합물에서 소성변형이 심하게 발생하는 등 아무런 상관성이 없어 안정도의 무용론이 제기되고 있으며 대체 특성치의 개발이 필요한 시점에 와있다. 개선된 시험법으로 회복탄성계수(resilient modulus: MR) 시험 등 여러 방법 들이 개발되고 있지만 여러 가지 이유로 실용성이 낮은 실정이다. 기존 아스팔트 혼합물의 소성변형 저항성 평가방법으로는 반복주행 (Wheel tracking: WT)시험, 회복탄성계수 (resilient modulus: MR) 시험, 동적 크리프 (dynamic creep) 시험, 삼축 동적압축 시험 등이 있다. 하지만 이들은 대부분 동적 재하시험이고 장비가 고가이며, 시험방법이 비교적 어렵고 미숙련자의 경우 작은 환경변화에도 결과의 변동성이 크게 나타나게 되며 해석도 어려워 실용성이 떨어진다. 이중에서 가장 널리 사용되는 것이 반복주행시험으로 왕복 윤하중에 의해 슬래브 공시체에 발생하는 침하정도를 측정한다. 이는 상대적으로 이해가 쉽고 비교적 공용성과 상관성이 높아 많이 사용되기는 하나 여전히 슬래브 공시체 제조용 다짐기와 반복주행 시험기의 구비는 부담스럽고 시간도 어느 정도 걸리는 번거로운 시험이다. 게다가 시험 결과가 배합설계 등에도 반영되지 못하므로 단순히 재료의 상대 비교용으로 이용되고 있어 보다 간편하고 실용성 있는 시험법의 개발이 꼭 필요하다. 따라서 새로운 시험법은 비교적 이해가 쉽고, 장비가 간편하며 시험결과가 현장 공용성과 상관성이 높도록 현장 상태를 최대한 모사하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 이러한 조건을 만족하는 변형강도(Strength against deformation: SD) 측정방법을 개발 실용화하기 위한 연구를 수행하고자 한다. 이 변형강도는 지난 약 3년간 수행되어온 기초 연구에서 고온의 아스팔트 혼합물의 소성변형 특성과 상관성이 매우 높은 것으로 나타나고 있다. 즉, 이 시험법은 60oC에서 직경 100㎜의 마샬형 공시체 (또는150㎜)를 다짐방향으로 놓고 하중봉으로 수직정하중을 공시체 중앙부에만 가해 파괴하중과 그때의 변형 값으로부터 강도를 계산하는 것이다. 공시체의 거동은 초기 침하와 수평 전단변형에 이은 파괴로 이어지며 계산에는 파괴시점에서의 변형의 함수로 변하는 단면적이 사용된다. 그간의 연구는 주로 실내에서 여러 가지 혼합물을 사용하여 WT 시험과 변형강도의 상관성을 분석하는 것이었고 혼합물에 따라 R2가 0.95이상으로 높은 상관관계를 확인할 수 이었다. 따라서 본 연구에서는 이의 실용화를 실현하기 위해 기존의 주요시험법과의 상관성 분석, 현장에서의 공용성과의 상관성 분석을 통한 타당성 입증과 구체적인 시험 방법 및 적용기준의 정립 등에 관한 연구를 수행하는 것이다.
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| 최종목표 |
본 연구의 최종 목표는 아스팔트 혼합물의 변형강도 측정법을 개발하고 이 시험법의 타당성을 현장 공용성과의 상관성 평가를 통하여 표준화된 소성변형 추정방법을 제시하는 것이다. 1차년도의 목표는 기존의 연구에서 제시된 하중봉의 직경(3cm와 4cm)에 따른 골재치수별 영향분석, 최적 재하 속도의 선정, APA 시험과의 상관성 분석, 모형주행 시험용 시험피트설치, 시험피트에 약식 시험포장 포설에 의한 현장공용성과 상관성 평가 가능성 추정 및 2-3차 년도에 평가할 시험포장 포설이다. 2차년도의 목표는 변형강도 측정을 위한 혼합물의 최적 수침시간의 결정, 회복탄성계수(MR) 및 동적크리프 시험 결과와 변형강도의 상관성 분석, 시험 피트 포장 및 모형주행에 의한 공용성과 변형강도의 상관성 분석, 시험포장 및 국내외 일반 포장(Rutting 지역 및 정상지역)의 현장 공용성과의 상관성 분석이다. 3차년도 목표는 SMA 등 특수 포장의 현장 공용성과의 상관성 분석, 현장공용성과의 상관성 종합 평가, 배합설계에의 적용방안 제시 및 품질관리용 코어 시험에 대한 기준 정립, 표준시험법 제시, 시험기 표준제원 제시이다.이와 같은 연구 목표에 따라 본 연구가 완수되면 얻어지는 최종 성과물은 다양한 아스팔트 혼합물의 소성변형 특성을 간편히 측정할 수 있는 한 차원 높은 시험 기법이 개발되는 것이다. 시험 기법에 포함되는 내용은 공시체의 준비부터 변형강도의 계산까지 실제 시험 방법, 시험결과의 적용 및 범위 제시를 포함한다. 그리고 이 과정에서 시험 장치가 제작되어 사용되며 그 과정에 제원이 설정되지만 이는 최종 목표가 아니고 연구수행과정에서 이루어지는 사항이다. 기타 이 시험결과를 응용하여 발생할 수 있는 사항들은 본 연구의 범위에 포함되지 않는다.
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| 연구내용 및 범위 |
1차년도의 연구는 다음과 같다. -. 기존의 연구에서 최적 규격으로 제시된 직경 D=3cm, 하단절삭반경 r=0.75cm 하중봉 3(0.75)와 직경 D=4cm, 하단절삭반경 r=1.0cm 하중봉 4(1.0)가 10㎜, 13㎜, 19㎜등 굵은골재 최대치수의 차이가 결과에 어떤 영향을 미치는지 평가.- 최적 재하 속도의 선정을 위한 속도변수를 10㎜/min 부터 50㎜/min까지 5단계로 변화시켜가며 제어 시험 - APA 시험과의 상관성 분석을 위해 직경 150㎜ 공시체로 혼합물을 제조하여 시험 - 모형주행 시험용 시험피트설치하고 section 별로 각기 다른 혼합물을 포설하고 주행시험을 수행한다. 포설 전 혼합물의 SD값을 측정하고 주행 시험 후 궤적(Wheelpath)과 그 외의 위치에서 코어를 채취하여 SD를 측정하여 혼합물별 소성변형 특성에 따른 상관관계를 분석한다. - 2-3차 년도에 평가할 시험포장 포설. 2차년도 연구는 다음과 같이 수행한다..- 수침시간을 30, 35, 40, 45분 등으로 변화시켜가며 SD 시험을 수행하여 그 차이가 Wheel tracking 결과의 상관성에 어떤 영향을 보이는지 분석하여 최적 수침시간을 선정한다.- 실내 아스팔트 혼합물특성 시험으로 잘 알려진 회복탄성계수(MR)와 동일 반복하중에 의해 증가되는 creep 변형을 측정하는 동적크리프(Dynamic creep: DC) 시험을 측정한다. - 1차 년도에 이어 2차 년도에도 시험피트 4 section에 시험포장을 수행하고 모형주행시험기에 의한 주행을 통한 재료의 공용성과 SD의 상관성을 분석한다.- 시험포장 지역의 포장 노면상태 분석과 코어채취, 코어에 대한 SD의 측정을 통해 공용성과 SD의 상관성을 분석한다. - 시험포장이 아닌 일반 도로포장 중에서 포장의 이력을 확인할 수 있는 지역을 선정하여 정상지역과 소성변형 발생지역에서 노면상태를 조사하고 각각 코어를 채취한 후 그 코어로부터 SD를 측정하여 소성변형과의 상관성을 분석한다3차년도는 다음의 연구를 수행한다.- SMA는 소성변형에 강한 대표적인 아스팔트 포장이다. 이는 일반아스팔트 혼합물과 비교하여 안정도나 간접인장강도 등이 별로 좋지 않게 나타나도 소성변형에 대한 저항성은 대단히 좋게 나타난다. 따라서 SMA는 정하중으로 그 특성을 측정할 수 있는 방법이 특별히 없으므로 사전 평가가 어렵다. 하지만 기존 연구에서의 실내시험 결과는 SMA가 밀입도 혼합물들보다 비교적 높은 SD를 나타냈고, 같은 SMA 중에서도 높은 SD를 보이는 SMA 혼합물이 소성변형에도 더 강하여 비교적 양호한 상관관계를 보였다. 따라서 본 연구에서는 이에 대한 현장 공용성과의 상관성을 확인하기위해 시험피트에 SMA를 포설하고 이의 현장성능과 SD의 상관관계를 분석하여 공용성과의 상관관계를 최종 확인한다.- 시험포장 및 일반지역의 포장 노면상태 분석과 코어채취, 코어에 대한 SD의 측정을 통해 공용성과 SD의 상관성을 분석한다. - 일반 혼합물과 SMA의 공용성과 SD의 상관성을 종합적으로 분석하여 소성변형 저항성을 근거로 SD 기준치를 도로 등급별로 설정하는 방안을 제시한다. - SD를 배합설계에 적용하기 위하여 이를 변수로 포함시킨 배합설계를 밀입도, Superpave 입도, SMA 등으로 수행하여 배합설계의 변수로 사용하기 위한 방안을 제시한다.S- D의 기준치가 설정되면 이를 현장 품질관리시험시의 기준치로 적용하기 위한 연구를 수행하여 표준방법으로 사용하기 위한 방안을 제시한다. - 본 연구의 마무리 단계로서 이제까지의 연구를 종합하여 변형강도 측정을 위한 표준시험법제시, 시험장치 표준사양을 제시한다.
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