<41315F DB1E2C8C4BAAFC8AD5F32C2F7B3E2B5B55FBAB8B0EDBCAD2E687770>

Transcription

1 기후변화에대비한도로포장시공품질관리시스템개발 A 이상기후대비한도로포장의시공품질관리기준 개선및유지보수지침등개발 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준 및유지보수지침개발 A2. 연속철근콘크리트포장 (CRCP) 의품질관리지침개발 A3. 자전거도로포장의단면두께기준및시공품질관리매뉴얼개발 A4. 친환경재생아스팔트포장의시공품질관리지침개발 A5. 중온아스팔트포장의품질기준개선및시공매뉴얼개발

2

3 이상기후대비한도로포장의시공품질관리기준개선및유지보수지침등개발 A1 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 황성도 ( 한국건설기술연구원 )...

4

5 목차 1. 과업의개요 A 연구배경 A 연구목적및범위 A 과업의최종목표 A 차년도연구목표 A 연구결과및성과요약 A 기대효과 A 문헌조사및분석 A 포트홀현상 A 국외포트홀관련시험기준현황 A 아스팔트혼합물수분민감성시험 A 다짐혼합물시험 A 비다짐혼합물시험 A 기후변화가아스팔트포장의포트홀발생에미치는영향분석 A 우리나라의기후변화 A 강수량및대기온도가포트홀발생에미치는영향 A 실내실험 A 시험재료 A 시험재료전처리 A 시험방법 A 이론최대밀도시험 A 겉보기밀도측정방법 A 아스팔트바인더함량측정및입도분석 (KS F 2490) A 수분손상시험 (AASHTO T 283) A 동적수침시험 A1-36 A1-v

6 3.4. 시험결과및분석 A 골재시험결과 A 아스팔트바인더함량및골재입도 A 이론최대밀도결과 A 수분민감성시험용공시체제작 A 수분민감성 A 터프니스지수 A 간접인장강도비와터프니스지수비의비교 A 동적수침시험결과 A 포트홀저감대책및품질기준개선방안 A 포트홀저감대책 A 국내포트홀관련문제점 A 포트홀저감대책 A 품질기준개선방안 A 아스팔트혼합물수분민감성평가시험기준 A 아스팔트포장다짐기준 A 사용재료기준 A 결론 A 참고문헌 A1-75 부록 A1-77 A1-vi

7 표목차 < 표 2.1> 포트홀발생요인 A1-9 < 표 2.2> 미국의각주별아스팔트혼합물의수분민감도시험방법 A1-13 < 표 2.3> 다짐혼합물을이용한수분민감성시험 (Solaimanian et al. 2003) A1-16 < 표 2.4> 비다짐혼합물을이용한수분민감성시험 (Solaimanian et al. 2003) A1-18 < 표 2.5> 수분민감성시험방법비교 A1-19 < 표 2.6> 2009~2011 년서울시월별포트홀발생현황 A1-22 < 표 3.1> 발주처별골재종류선정 A1-28 < 표 3.2> 발주처별골재등급선정 A1-28 < 표 3.3> 2차년도시험에사용된아스팔트혼합물의종류 A1-29 < 표 3.4> 골재편장석율및모래당량시험결과 A1-37 < 표 3.5> 골재입도시험결과 ( 굵은골재 19mm) A1-38 < 표 3.6> 골재입도시험결과 ( 굵은골재 13mm) A1-38 < 표 3.7> 골재입도시험결과 ( 잔골재 ) A1-39 < 표 3.8> 골재등급및골재입도기준적합여부 A1-41 < 표 3.9> 혼합물종류별아스팔트바인더함량결과 A1-41 < 표 3.10> 혼합물종류별이론최대밀도결과 A1-45 < 표 3.11> AASHTO T283 기준의의한 TSR 평가 A1-50 < 표 3.12> 각각의공극률에따른 TSR 평가 A1-51 < 표 3.13> 각각의공극률에따른 TSR, TIR 비교평가 A1-56 < 표 3.14> TSR 과동적수침시험결과비교 A1-60 < 표 4.1> 아스팔트혼합물품질기준 A1-66 < 표 4.2> 인장강도비결과및변동계수 A1-66 < 표 4.3> 공극율에따른인장강도비시험결과 A1-67 A1-vii

8 그림목차 < 그림 2.1> 공동현상에의한포트홀발생단계 A1-10 < 그림 2.2> 배수불량에의한포트홀파손형태 A1-11 < 그림 2.3> 피로균열에의한포트홀파손형태 A1-11 < 그림 2.4> 시공이음부의다짐불량에의한포트홀파손형태 A1-11 < 그림 2.5> 세계홍수빈도통계 A1-20 < 그림 2.6> 평균강수량의변화추세 A1-20 < 그림 2.7> 집중호우발생빈도의변화추세 A1-21 < 그림 2.8> 2010 년도월별포트홀발생건수와강수량의상관관계 A1-23 < 그림 2.9> 2009~2011 년도하절기포트홀발생건수와강수량의상관관계 ( 서울시 ) A1-24 < 그림 2.10> 2009~2011 년도동절기포트홀발생건수와강수량의상관관계 ( 서울시 ) A1-24 < 그림 3.1> 국도사용골재현황 A1-27 < 그림 3.2> 현장생산아스팔트혼합물재포장순서 A1-30 < 그림 3.3> 이론최대밀도시험기 A1-31 < 그림 3.4> 겉보기밀도의측정 A1-32 < 그림 3.5> 아스팔트혼합물가열로장치 A1-35 < 그림 3.6> 수분손상후간접인장강도시험 A1-36 < 그림 3.7> 동적수침시험 A1-36 < 그림 3.8> 골재입도 (19mm) A1-39 < 그림 3.9> 골재입도 (13mm) A1-40 < 그림 3.10> 골재입도 ( 잔골재 ) A1-40 < 그림 3.11> 아스팔트혼합물연소전 후모습 A1-42 < 그림 3.12> 체가름시험후각체에남은골재 A1-42 < 그림 3.13> 골재입도분포결과 (A시료) A1-43 < 그림 3.14> 골재입도분포결과 (B시료) A1-43 < 그림 3.15> 골재입도분포결과 (C시료) A1-44 < 그림 3.16> 골재입도분포결과 (D시료) A1-44 < 그림 3.17> 골재입도분포결과 (E시료 ) A1-45 < 그림 3.18> 간접인장강도결과 (A시료 ) A1-47 < 그림 3.19> 간접인장강도결과 (B시료) A1-47 < 그림 3.20> 간접인장강도결과 (C시료) A1-48 A1-viii

9 < 그림 3.21> 간접인장강도결과 (D시료) A1-48 < 그림 3.22> 간접인장강도결과 (E시료) A1-49 < 그림 3.23> TSR 결과 A1-50 < 그림 3.24> 공극율에따른 TSR 결과 A1-52 < 그림 3.25> 하중-변위곡선으로부터터프니스구하는방법 A1-53 < 그림 3.26> 터프니스지수결과 (A시료) A1-53 < 그림 3.27> 터프니스지수결과 (B시료 ) A1-54 < 그림 3.28> 터프니스지수결과 (C시료 ) A1-54 < 그림 3.29> 터프니스지수결과 (D시료 ) A1-55 < 그림 3.30> 터프니스지수결과 (E시료) A1-55 < 그림 3.31> 간접인장강도비및터프니스지수비결과 (A시료 ) A1-57 < 그림 3.32> 간접인장강도비및터프니스지수비결과 (B시료 ) A1-57 < 그림 3.33> 간접인장강도비및터프니스지수비결과 (C시료) A1-58 < 그림 3.34> 간접인장강도비및터프니스지수비결과 (D시료) A1-58 < 그림 3.35> 간접인장강도비및터프니스지수비결과 (E시료) A1-59 < 그림 3.36> 골재피복한시료동적수침시험후결과 A1-60 < 그림 4.1> 국내포트홀관련문제점 A1-63 A1-ix

10

11 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 1. 과업의개요

12

13 1. 과업의개요 1. 과업의개요 1.1. 연구배경 우리나라의아스팔트포장은 1990년대이후물동량의급증과차량하중의중량화및대형화, 여름철이상고온과집중호우등의대기환경의변화등으로소성변형과균열, 포트홀등다양한형태의도로파손이급격히증가하고있어교통사고유발은물론유지보수로인한막대한비용손실을초래하고있다. 또한부적절한포장재료의사용과품질관리체계미비등은도로의조기파손을더욱가속화시켜도로수명을현저히저하시키고있다. 최근이상기후로인한집중호우의강도와빈도가증가하면서아스팔트포장의포트홀발생이급격히증가하고있다. 서울시의포트홀발생현황을살펴보면 2006년도에는 38,422 건에서 2010년도에는 77,654건으로두배이상급증하였다. 포트홀발생의주요원인으로는강우및강설에의한포장의수분손상이주된원인이다. 하절기에는강수량증가에의한포트홀발생건수가증가하는것으로나타나고, 동절기또한강수량증가및저온현상으로인한포트홀발생건수가증가하는것으로나타나고있다 ( 서울연구원 2012). 따라서아스팔트포장의포트홀방지를위한개선기술의마련이시급한실정이지만지금까지이러한도로포장의포트홀억제를위한국가품질기준및시공공법등의기술개발이미미하여사후긴급보수에만의존하고있는실정이다. 따라서국내에적합한포트홀저감을위한시험방법및품질기준을개발하고시공방법을개선하기위한방안에대한연구가필요하다 연구목적및범위 과업의최종목표 봄철해빙기및여름철집중강우기간에발생하는아스팔트포장의포트홀억제를위한시공 품질관리기준및유지보수지침개발이최종목표이다 차년도연구목표 본과업에서는국내외문헌조사를통하여아스팔트포장에발생하는포트홀의주된요인 을조사하고, 혼합물수분민감성평가시험방법의종류및특징을연구하였다. 그리고, 국 A1-3

14 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 내총 208 개의아스팔트플랜트업체중 15 곳을선정하고골재및혼합물을채취하였으며, 골재특성시험및인장강도비시험등을하였다. 세부적인과업범위는다음과같다. 국내외포트홀관련현황및영향요인조사분석 - 포트홀관련시험기준조사분석 - 국내외아스팔트포장의포트홀발생형태및원인조사 - 포장의포트홀에미치는영향요인분석 국내아스팔트혼합물시료준비및골재품질평가 - 비교용아스팔트혼합물배합설계및실내제작 - 국내아스팔트혼합물및골재샘플채취 - 골재편장석율, 모래당량등품질평가 수분민감성평가및품질기준개발 - 동결융해유무에따른간접인장강도비시험값의평가 - 전국아스팔트혼합물의수분민감성영향요인분석 - 수분민감성시험방법및품질기준제시 1.3. 연구결과및성과요약 1) AASHTO 시험규정에의한인장강도비시험으로혼합물의수분민감성을평가한결과 1 개시료를제외한모든혼합물은 7±1% 의공극률범위에서모두국내시방기준인 TSR 값 75% 이상으로대부분현재기준을만족하는것으로나타났다. 2) 인장강도비는공시체의공극율과밀접한상관성이있으며, 공극률 8% 이상에서는인장강도비의값이급격히낮아지는것으로나타나현행기준을만족하지못하였다. 따라서, 아스팔트포장시공시다짐후공극율이 8% 이상일경우수분에대한저항성에취약해지는것으로평가되었다. 3) 1등급단립도골재이며, 모래당량도가장높은시료로생산한아스팔트혼합물의인장강도비가기준이하인경우가있어골재등급과수분민감성은상관성이낮은것으로평가되었다. 4) 골재에아스팔트를피막하여시험하는동적수침시험결과와인장강도비의상관성이높았으며, 동적수침시험에따른박리율이높은시료의경우인장강도비가기준을통과 A1-4

15 1. 과업의개요 하지못한것으로나타났다. 따라서, 골재의품질평가시박리율에대한기준을도입할필요가있는것으로판단되었다. 5) 인장강도비가강도를이용한평가가기본개념이며, 시험중에소모되는에너지를이용한터프니스지수 (TIR) 를새롭게개발하여평가한결과인장강도비 (TSR) 보다평균 10.47% 로높게나타났으며비슷한추세를보였다 기대효과 가. 기술적측면 - 포트홀발생원인규명및대응방안제시 - 포트홀저감을위한현장밀착형선진도로기술의개발 - 이상기후에따른포장파손저감을위한도로포장시공기술의국가기준제정및보급확대나. 경제, 산업적측면 - 포트홀발생저감에따른유지보수비용저감 - 도로안전향상및운행자편익향상 A1-5

16

17 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 2. 문헌조사

18

19 2. 문헌조사및분석 2. 문헌조사및분석 2.1. 포트홀현상 일반적으로강우또는강설등에의해아스팔트포장내에수분이침투하면골재와아스팔트피막사이의점착력과접착력등이약화되고, 골재에서아스팔트가벗겨지는박리현상이발생한다. 이곳에차량의반복적인하중이작용하면아스팔트포장에는수분손상에의한표면결함등의파손현상이유발되는것으로알려져있다. 아스팔트포장에포트홀이발생하는다양한요인은다음 < 표 2.1> 과같다 (Shamshuddin et al. 2010). < 표 2.1> 포트홀발생요인 구분 요인 배합설계 아스팔트바인더와골재의화학작용바인더함량공극률첨가제 제품생산 200 번체통과한골재의피복률및품질플랜트온도관리골재의과도한수분함량점토유무 시공 시공현장의높은공극률높은투수성혼합물재료분리및온도분리배합설계와다른현장생산 ( 현장가변성 ) 환경 강우량높은지역동결융해주기사막화 ( 증기에의한박리 ) 기타요인 표층배수문제표층하부배수문제중차량의일평균교통량 A1-9

20 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 포트홀의발생원인을살펴보면박리의발생원인과거의유사하다고볼수있다. 따라서박리의발생과포트홀의발생은매우밀접한연관성을가진다. 특히, 해빙기에강우량이높을경우포트홀발생이증가하는데이는포장에공동현상이발생되기때문이다. 공동현상 (cavity) 은교통량에의한전단응력으로아스팔트표층하부에미세한균열이생기고, 포장의상부층에는차량에의해미세한피로균열이발생된다. 이러한균열사이로눈이나비가도로포장면아래노상에침투되면서포트홀이시작된다. 수분이동결융해를거치면서팽창된노상은포장면을위쪽으로밀어올리게되고온도가내려가면서노상은원래위치로회복되지만포장면은부풀어오른상태로남아있게되어여기에서노상과포장면사이에공동이생기게된다. 이공동위로차량이통과하면서포장에균열이발생되고이균열들이포트홀을발생시키게된다. < 발생 1 단계 > < 발생 2 단계 > < 발생 3 단계 > < 발생 4 단계 > < 그림 2.1> 공동현상에의한포트홀발생단계 A1-10

21 2. 문헌조사및분석 < 그림 2.2> 배수불량에의한포트홀파손형태 < 그림 2.3> 피로균열에의한포트홀파손형태 포트홀의발생원인이다양한것처럼실제적으로발생되는포트홀의파손형태도매우다양하다. 따라서포트홀은어떠한원인에의한포장파손이라기보다는여러가지포장파손원인에기인한포장파손의결과물이라고표현할수있다. 특히, 시공시품질관리미비로발생되는포트홀은 < 그림 2.4> 와같이발생된다. < 그림 2.4> 시공이음부의다짐불량에의한포트홀파손형태 A1-11

22 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 아스팔트혼합물의현장포설 다짐시시공이음부에다짐밀도가확보되지않을경우포트홀이발생될수있다. 실제적으로현장조사를통해주행방향시공이음부의다짐불량에대한검증을실시한결과, 종방향조인트의다짐도가차로의다짐도보다현저히낮은것으로파악되었다. 낮은다짐도에서교통하중에의한수압이작용할때펌핑현상이작용하여포장에포트홀파손이발생하였다 국외포트홀관련시험기준현황 미국의연방정부는도로시설이산업전반에미치는영향의중요성을인식하여, 정부의국책과제로장기적인계획하에산 학 연의도로관련기관들이참여한전략적도로연구사업 (SHRP, Strategic Highway Research Program) 과종합육상운송효율화법국책과제프로그램 (ISTEA) 을진행하고있다. 이러한연구결과의도출로미국의포장산업은세계수준의자체기술을보유하게되었으며, 매년막대한정부예산을절감하고있다. 이사업에서본연구개발과제와가장밀접한과업은아스팔트포장을위주로진행되고있는슈퍼페이브프로젝트로써, 골재의화학 물리적특성조사, 아스팔트바인더와의점착력에대한관계, 장기간에걸친점착력유지, 아스팔트혼합물의수분민감성평가분석, 아스팔트혼합물의박리방지첨가제효과 등의다수연구과제들이수행되었다. 이사업을통해도출된성과는국가시방기준으로채택되어사용되고있으며, 이를바탕으로민간에서는첨가제의제품개발등의기업화단계로진입하고있는실정이다. 아스팔트혼합물에대한수분민감성을정확하게정의할수있는시험법은현재까지는개발되지않았다고할수있다. 현재까지의수분민감성을측정하기위한시험법으로는휠트랙킹시험과 AASHOTO T-283에서제시된 Modified Lottman Test가가장효과적인것으로파악되고있다. 또한 Roque(2004) 등에의해발표된 Energy ratio 분석방법에대한연구가추가적으로진행되고있다. < 표 2.2> 는미국의각주별아스팔트혼합물의수분민감도평가현황을요약하였다. 대부분의주에서수분민감도를평가하도록규정되어있으며, 주로배합설계단계에서나품질관리단계에서수행하도록되어있다. 또한수분저항성을높이기위해박리방지제나소석회 (Lime) 을사용하도록규정된주들이많이있다. 주로사용되는시험방법으로는 AASHOTO T-283에서규정된 Modified Lottman Test이며주마다조금씩다른인장강도비 (TSR) 기준을가지고있음을알수있다. A1-12

23 2. 문헌조사및분석 미국주 평가유무 박리방지제사용여부 수분민감도시험방법 AL O TSR 80% 이하이거나육안관찰시박리가발생한경우 Lime 또는 Modified AASHTO T 283 ( 동결과정생략, 노화시간 액상형박리 방지제사용의무화 단축 ) 배합설계과정에서아스팔트 AK O 혼합물에추가할액상형 Static Immersion Test 박리방리제양결정위해실시 배합설계시수분민감도시험 AR O 의무화 ( 아스팔트중량에 % 박리방지제사용 건조상태와수분상태에서마샬안정도 (AHTD Test) 권장 ) AZ O 골재가젖은경우 (MC=4.0%), Lime 또는시멘트사용 Immersion Compression Test (AASHTO T165) CA O Lime 사용 AASHTO T 283 CO O Lime 사용 Modified AASHTO T 283. (original Lottman test) 수분민감도시험실시단계 배합설계, QA/QC 배합설계 배합설계, QA/QC 배합설계 배합설계, QA/QC CT 수퍼패이브배합설계시에만실시 AASHTO T 283 배합설계 DC O 박리방지제사용의무화 ASTM D 4867 배합설계 DE X 박리방지제사용안함 AASHTO T 283 배합설계 FL O < 표 2.2> 미국의각주별아스팔트혼합물의수분민감도시험방법 Lime 또는액상형박리사용 GA O Lime 사용 방지제 Modified AASHTO T 283 (TSR 80% 이상 ) Modified Lottman Test (GDT-66) 배합설계 배합설계, QA/QC HI X 사용안함없음없음 IA O Lime 사용 ID O Lime 사용 IL O 액상형박리방지제, Lime 사용 AASHTO T 283 (TSR=80% 이상 )-동결과정은선택하여사용 AASHTO T 165 (Immersion Compression Test) Modified Lottman Test (TSR=0.75이상) 배합설계, QA 배합설계 배합설계 IN O 액상형박리방지제 AASHTO T 283 ( 동결-융해포함 ) 배합설계 KS O 액상형박리방지제, Lime 사용 Modified Lottman Test 배합설계, QA/QC KY O 액상형박리방지제 ASTM D 4867 수정방법 배합설계 LA O 액상형박리방지제 Modified AASTHO T 283 ( 동결 - 융해포함 ) 배합설계, QA A1-13

24 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 미국주 < 표 2.2> 미국의각주별아스팔트혼합물의수분민감도시험방법 ( 계속 ) 평가유무 박리방지제사용여부 수분민감도시험방법 수분민감도시험실시단계 MA X 사용안함없음없음 MD O 액상형박리방지제 ASTM D 4867 배합설계, QA/QC ME X 사용안함없음없음 MI O 액상형박리방지제 AASTHO T 283 또는 ASTM 배합설계, D 4867 QA/QC MN O 액상형박리방지제 ASTM D 4867 (TSR=75-80%) 배합설계, QA MO O 액상형박리방지제, Lime AASTHO T 283 ( 동결-융해포함 ) 배합설계, QA MS O Lime AASTHO T 283 (Original 배합설계, Lottman Test) QA/QC MT O Lime AASTHO T 283 (Original Lottman Test) 배합설계 NC O 액상형박리방지제, Lime 사용 Modified Lottman Test ( 동결-융해포함안함 ) 배합설계, QA ND X 없음 Modified Lottman Test 배합설계 NE O 액상형박리방지제 AASTHO T 283 (TSR=80% 이상 ) 배합설계, QA NH X 없음없음없음 NJ O 없음 AASTHO T 283 배합설계 NM O Lime AASTHO T 165 배합설계, QA NV O Lime Modified Lottman Test ( 동결-융해포함 ) 배합설계 NY O 액상형박리방지제 AASTHO T 283 배합설계 OH O 액상형박리방지제, Lime AASTHO T 283 ( 공극율, 포화수준수정 ) 배합설계 OK O 액상형박리방지제 AASTHO T 283 (TSR=80% 이상-실내, TSR=75%-현장 ) OHD L-36 (retained 배합설계, QA strength=75%-실내, 현장 ) OR O 액상형박리방지제 AASTHO T 283 배합설계, QA PA O 액상형박리방지제 Modified AASTHO T 283 배합설계 RI O 액상형박리방지제 N/A N/A SC O Lime Modified AASTHO T 283 배합설계, QC A1-14

25 2. 문헌조사및분석 미국주 < 표 2.2> 미국의각주별아스팔트혼합물의수분민감도시험방법 ( 계속 ) 평가유무 박리방지제사용여부 수분민감도시험방법 ASTM D 486 SD O Lime ( 마샬배합설계 ), AASHTO T 283 ( 수퍼패이브배합설계 ) TN O 액상형박리방지제 AASHTO T 283 수분민감도시험실시단계 배합설계, QA 배합설계, QA TX O 액상형박리방지제, Lime Modified AASTHO T 283 (original lottman test) 배합설계, QA UT O Lime AASTHO T 283, Hamburg Wheel test 배합설계 VA O 액상형박리방지제, Lime AASTHO T 283 배합설계 VT O 액상형박리방지제 AASTHO T 283 배합설계 WA O 액상형박리방지제 Modified Lottman Test 배합설계 WI O 액상형박리방지제, Lime ASTM D 4867 (70% 이상, 75 이상박리방지제사용시 ) 배합설계, QA/QC WV O 없음없음없음 2.3. 아스팔트혼합물수분민감성시험 Stuart and Paker(1986) 에의하면실내시험에서합격 불합격의평가기준에따른결과만으로는사용하는아스팔트혼합물의수분민감성에대한정략적인평가를정확히판단할수없다고하였다. 현재까지아스팔트혼합물의수분민감성을예측하기위하여수많은시험방법이개발되었다. 그러나아직어떤시험도다른시험과비교해우월성을입증하지못하였고, 수분에민감한혼합물을정확히찾아내지못하고있다. 이러한이유로는시험실의시험결과와현장의공용성사이에만족할만한관련이없기때문이다. 수분민감성평가방법에는다짐과비다짐아스팔트혼합물을이용하는방법과표준화되지않은시험방법등이있으며이를정리하면다음과같다 다짐혼합물시험 다짐혼합물을이용한수분민감성시험종류는다음 < 표 2.3> 과같고, 이들시험법중 ASTM 또는 AASHTO 시험법에채택된표준화된시험방법의특징을알아보았다. A1-15

26 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 < 표 2.3> 다짐혼합물을이용한수분민감성시험 (Solaimanian et al. 2003) 시험방법 ASTM AASHTO 비고 Moisture Vapor Susceptbility Immersion- Compression Marshal Immersion Freeze/Thaw Pedestal Test Original Lottman Indirect Tension Modified Lottman Indirect Tension Tunnicliff-Root D 4867 ECS with Resilient Modulus Hamburg Wheel Tracking Asphalt Pavement Analyzer California Test 307 Developed in late 1940 's D 1075 T 165 ASTM STP 252 (Goode 1959) T 283 Stuart 1986 Kennedy et al NCHRP Report 246 (Lottman 1982); Transportation Research Record 515 (1974) NCHRP Report 274 (Tunnicliff and Root 1984), Tex 531-C NCHRP Report 274 (Tunnicliff and Root 1984) SHRP-A-403 (Al-Swailmi and Terrel 1994) 1993 Tex-242-F Pavement Technology Inc., Operating Manual ECS/SPT NCHRP 9-34 ( ) Multiple Freeze/Thaw No standard exists 가. Immersion Compression Test Immersion Compression Test( 수침압력시험 ) 는 6개의시편을사용한다. 각시편은지름 100mm 높이 100mm이다. 시편은 2분동안 3000psi(20.7MPa) 에서 double plunger로다지고, 목표공극률은 6% 이다. 6개의시편은두그룹으로나눈다. 첫번째그룹은기준그룹이다. 두번째그룹은 49 에서 96시간또는 60 에서 24시간항온수조에수침시킨다. 시험은 A1-16

27 2. 문헌조사및분석 5.1mm/min(0.2in/min) 의하중속도로 25 에서비구속압축시험을시행한다. 잔류압축강도를구한다. 많은기관에서기준혼합물의강도대비잔류강도를 70% 이상으로규정하고있다 (Roberts et al. 1996). 이방법의문제점으로육안으로공시체의박리가분명히보일때에도잔류강도가 100% 에가깝게나타날때도있다. Stuart는이러한결과를내부간극수압의존재와수분민감성을평가하기에는너무민감하지못하다는점으로지적하고있다. 만족할만한정확도부족이이시험의가장큰문제점이다 (Roberts et al. 1996). 나. Modified Lottman Test 이시험은국제적으로가장폭넓게사용되는수분민감성평가시험방법중하나이며 Kandhal에의해서개발되었고 1985년에 AASHTO에의해서표준시험법으로채택되었다. 이시험은 Tunnicliff and Root 시험과 Lottman 시험의장점을조합한것이다. 여섯개의공시체는 7±1% 의공극률로다진다. 3개의시편씩 2개의그룹으로나누어사용한다. 첫번째그룹은기준그룹이다. 두번째그룹은 55~80% 사이의포화도를가지며 -18 에서 16~18시간동안동결과정을거친다. 동결된시편들은항온수조로옮겨져 60 에서 24시간동안있게된다. 수분손상처리후, 회복탄성계수시험및또는간접인장강도시험을시행한다. 간접인장강도시험은 25 에서 2in/min의하중으로시행한다. 최소허용 TSR 값은 0.7을사용한다 (Roberts et al. 1996). 다. Tunnicliff and Root Conditioning 이시험방법은 NCHRP 274에서 Tunnicliff와 Root에의하여제안되었다. 시험에사용되는여섯개의공시체를 7±1% 의공극률로준비한다. 여섯개의시편은 3개씩 2개그룹으로나눈다. 첫번째그룹은어떠한조건도없는기준그룹이다. 두번째그룹은 5분동안 508mmHg로진공포화한다. 시편에 55~80% 의포화도를주는데 80% 이상포화한공시체는폐기한다. 포화한후두번째그룹의시편들은 60 의항온수조에 24시간동안수침한다. ITS 시험은 25 에서 2in/min의하중속도로시행한다. 허용되는 TSR 값은보통 0.7~ 0.8 이상의간접인장강도비로규정된다 (Tunnicliff et al. 1984). 동결융해의이용은이방법에따른 ASTM D 에서의무사항은아니다. 즉, 동결융해는선택적인사항이다. 가장강조되고있는것은공시체의포화에관한사항이며, 약 24 시간이라는짧은시간동안은수분과관련된영향을받기에는불충분하다는점이지적되고있다. A1-17

28 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 비다짐혼합물시험이시험의가장큰 2가지장점은다짐혼합물시험과비교하면시험장비및절차가단순하고검사비용이저렴하다. 그러나잔골재의박리정도평가가어렵고, 강도분석은평가에포함되지않는다. 비다짐혼합물을이용한수분민감성시험종류는다음 < 표 2.4> 와같고표준화된시험방법의특징을알아보았다. < 표 2.4> 비다짐혼합물을이용한수분민감성시험 (Solaimanian et al. 2003) 시험방법 ASTM AASHTO 비고 Methylene Blue Technical Bulletin 145, International Slurry Seal Association Film Stripping California Test 302 Static Immersion T 182 Dynamic Immersion Chemical Immersion Quick Bottle Boiling D 3625 No standard exists Standard Method TMH1 (Road Research Laboratory 1986, England) Virginia Highway and Transportation Research Council (Maupin 1980) Tex 530-C Kennedy et al Rolling Bottle Isacsson and Jorgensen, Sweden, 1987 Net Adsorption SHRP-A-341 (Curtis et al. 1993) Surface Energy Pneumatic Pull-Off Thelen 1958, HRB Bulletin 192 Cheng et al., AAPT 2002 Youtcheff and Aurilio (1997) 가. Static Immersion Test 이시험은정적수침시험이다. 혼합물을 25 의증류수수조에 16~18 시간수침시킨다. 그후, 물속을통해서관측된골재위에피복된잔류아스팔트비율이 95% 이상또는이하 인지평가한다. 강도분석은포함하지않는다. A1-18

29 2. 문헌조사및분석 나. Boiling Water Test 이시험은혼합물을끓는물에 10분간넣도록규정하고있다. 끓인후혼합물에잔류한아스팔트의피복정도즉, 육안관찰에의한골재의전체아스팔트피복비율을 95% 이상또는이하로측정한다. 일부기관에서는이시험을박리방지제의사용여부를판정하기위하여혼합물의생산기간동안사용한다. 이시험은어떠한강도분석도포함하지않는다. 또한, 잔골재의박리정도를판단하는것은매우어렵다. 앞서조사한수분민감성시험방법을 < 표 2.5> 와같이다짐, 비다짐혼합물로구분하여비교하였다. < 표 2.5> 수분민감성시험방법비교 종류 다짐혼합물시험 Immersion Compression Test (ASTM D 1075, AASHTOT 165) Tunnicliff and Root Conditioning (ASTM D 4867) Modified Lottman Test (AASHTO T 283) 비다짐혼합물시험 Static Immersion Test (AASHTO T 182) Boiling Water Test (ASTM D 3625) 특징 수분손상및동결융해의현장공용성반영가능 역학적시험을통한평가 단기적인수침조건과단일시험물성평가로변별력부족 시험결과와현장공용성사이의관련성부족 시험절차및장비조작이단순함 박리방지제의사용여부등생산관리용으로사용 잔골재의박리정도판단이어렵고교통하중및기후특성은고려하지않음 강도분석은평가에포함하지않음 2.4. 기후변화가아스팔트포장의포트홀발생에미치는영향분석 우리나라의기후변화지구온난화등에의한기후변화는우리나라뿐만아니라전세계적인문제로서 년간전세계홍수피해의통계를분석한결과, 홍수빈도수는 2,887 건, 총사망자는 200,000 명에이르며, 최근기후변화에따른홍수피해규모가점차증가할전망이다. A1-19

30 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 홍수빈도 < 그림 2.5> 세계홍수빈도통계 국내의경우지난 35년간 1,245mm에불과하던연평균강수량이 2000년이후 1,400mm이상으로유지되고 1,500mm가넘는해도있으며, 일일강수량이 80mm이상인폭우빈도도 1970 년대에비하여최근 2배이상증가하는등강우강도증가로인한홍수빈도도늘어나는경향을나타내고있다 (2008년도환경부보도자료 ). < 그림 2.6> 평균강수량의변화추세 A1-20

31 2. 문헌조사및분석 < 그림 2.7> 집중호우발생빈도의변화추세 기후변화로인한강수량증가는종종도심의돌발성집중호우를야기하고있고, 이로이한도로침수또한빈번해지고있으며 2011년도서울시의경우올림픽대로등을포함한 41 개지역에서도로침수가발생하였다. 이러한도로침수로인해부수적으로도로포장의포트홀발생도급격히증가하였다 강수량및대기온도가포트홀발생에미치는영향 본과업에서는강수량과대기온도가포트홀발생에미치는영향을분석하였다. 분석에는 국토부의통계자료미흡으로서울시의자료를사용하였으며, 2009 년부터 2011 년까지매월 발생한포트홀발생건수와강수량및대기온도의상관관계를분석하였다. A1-21

32 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 < 표 2.6> 2009~2011 년서울시월별포트홀발생현황 구분 2009 년 2010 년 2011 년 건수면적 ( m2 ) 건수면적 ( m2 ) 건수면적 ( m2 ) 비고 계 29,294 59,316 77, ,295 52,591 77,702 1 월 1,532 1,366 10,717 7,165 2,149 1,306 2 월 1,998 2,325 10,421 8,169 2,747 3,173 3 월 2,958 5,308 11,165 11,278 4,048 5,408 4 월 2,793 7,142 4,880 9,913 4,009 8,149 5 월 2,836 7,677 4,008 8,074 4,788 9,225 6 월 2,232 7,557 3,369 9,139 7,400 10,058 7 월 6,245 9,561 5,897 13,465 16,623 16,791 8 월 3,678 5,620 9,114 12,053 4,400 5,906 9 월 1,717 5,453 12,211 15,376 2,446 6, 월 1,380 3,138 2,723 9,880 1,378 6, 월 975 2,987 1,617 3,948 1,165 3, 월 950 1,182 1,532 1,835 1,438 1,706 < 그림 2.8> 은 2010 년도포트홀발생건수와월별강수량의관계를도시화한그림이다. 그 림에서보는바와같이포트홀발생은강수량이많은하절기에집중적으로발생됨을알수 있다. A1-22

33 2. 문헌조사및분석 < 그림 2.8> 2010 년도월별포트홀발생건수와강수량의상관관계 < 그림 2.9> 는 < 표 2.5> 의데이터를사용하여하절기 (6월 ~9월 ) 의포트홀발생건수와강수량과의관계를그림으로나타낸것이다. 그림에서처럼강수량이증가함에따라포트홀발생건수도거의선형적으로증가함을알수있고, R 2 값이 0.89로둘간의상관관계가매우높음을알수있다. 상대적으로같은기간에월별평균온도의변화는상대적으로크지않아온도가미치는영향은상대적으로미미하였다. 반면동절기 (1~3월) 의경우에는 < 그림 2.10> 에서보는바와같이강수량뿐만아니라월별대기온도의변동이심한관계로대기온도또한포트홀의발생에미치는영향이크다는것을알수있다. 예를들어강수량이 30mm로동일한경우 2월과 3월에비해 1월달의포트홀발생량이상대적으로훨씬많은것을알수있다. 이는균열및공극으로침투한물이동결되면서포장의손상을가속화시키는때문인것으로판단된다. 이상에서살펴본바와같이하절기에는강수량이, 동절기에는강수량과대기온도가포트홀발생에미치는영향이크다는것을알수있고최근기후변화로인해우리나라도강수량이증가하고있어포트홀발생은과거에비해증가할것으로판단되므로이에대한대책마련이시급함을알수있다. A1-23

34 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 < 그림 2.9> 2009~2011 년도하절기포트홀발생건수와 강수량의상관관계 ( 서울시 ) < 그림 2.10> 2009~2011 년도동절기포트홀발생건수와강수량의 상관관계 ( 서울시 ) A1-24

35 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 3. 실내실험

36

37 3. 실내실험 3. 실내실험 3.1. 시험재료 시험재료는국내에있는소재하고있는다양한플랜트에서생산한아스팔트혼합물을사용하였다. 총 208곳의플랜트업체가운데발주처별 ( 서울청, 원주청, 대전청, 익산청, 부산청 ) 로 3종류씩총 15종류혼합물을선정하였다. < 그림 3.1> 은국도에사용중인아스팔트포장혼합물용골재현황이다. 2등급골재 (51%) 가가장많이사용되고다음으로 1등급골재 (47%) 를사용하는것으로조사되었다. 골재종류로는대부분화강암 (83%) 이며, 석회암, 사암순이였고관련플랜트수량은부산, 대전, 익산, 서울, 원주청순으로조사되었다. 선정된 15곳의암종과골재등급은 < 표 3.1> 과 < 표 3.2> 와같다. < 그림 3.1> 국도사용골재현황 A1-27

38 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 < 표 3.1> 발주처별골재종류선정 발주처암종수량합계 서울청화강암 3 3 원주청 대전청 화강암 2 석회암 1 화강암 2 현무암 익산청화강암 3 3 부산청 화강암 2 사암 1 3 합계 15 < 표 3.2> 발주처별골재등급선정 발주처암종 1 등급 2 등급 3 등급합계 서울청화강암 원주청 대전청 화강암 석회암 화강암 현무암 익산청화강암 부산청 화강암 사암 합계 A1-28

39 3. 실내실험 선정된혼합물 15 곳중에서본 2 차년도과업에서는모두화강암질의 5 종류의혼합물로시 험범위를제한하였다. 시험에사용되는혼합물은모두 19mm 일반밀입도혼합물로서배합 설계결과를 < 표 3.3> 에간략히정리하였다. 플랜트시료 < 표 3.3> 2 차년도시험에사용된아스팔트혼합물의종류 골재등급 마샬다짐횟수 ( 회 ) AP 함량 (%) 목표공극률 (%) 생산지역 A 전라남도 B 경기도 C 경기도 D 충청남도 E 충청남도 3.2. 시험재료전처리 시험에사용될혼합물은생산직후고온의상태에서마대에담아포장하였기때문에식으면서자중때문에뭉쳐져있는상태였고, 입도또한균일하지못하였다. 그러한이유로시료조제방법 KS F 2301의 4등분방법을이용하여다음 < 그림 3.2> 와같이시험전혼합물처리과정을진행하였다. 처리과정을간략히요약하면다음과같다. 1) 각각의종류별혼합물을 100 로 2시간가열한다. 2) 가열된혼합물을코팅종이위에최대한뭉치지않게고르게펼친다. 3) 4등분하여인접하지않은혼합물을채취한다. 4) 깨끗한마대에소량 ( 약 10kg) 으로마대에넣어재포장을완료한다. A1-29

40 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 (a) 혼합물재가열후균일하게펼침 (b) 고르게섞은후등분 (c) 건조후인접하지않은시료채취 (d) 소량으로마대에재포장 < 그림 3.2> 현장생산아스팔트혼합물재포장순서 3.3. 시험방법 이론최대밀도시험 다져진혼합물에공극이없다고가정할때의밀도를이론최대밀도 (Theoretical maximum density : Gmm) 라한다. 이러한이론최대밀도는 2 가지방법으로측정할수있다. 하나는 수중에서다져지지않은아스팔트혼합물을놓고진공을가한후공기를제거하는방법이 A1-30

41 3. 실내실험 고, 다른하나는건조상태에서특수백을사용하여진공을가한후공기를제거하여수중무게를측정하는방법이다. 본과업에서는첫번째방법인수중에서다져지지않은아스팔트혼합물을놓고진공을가한후공기를제거하는방법을사용하였다. < 그림 3.3> 은이론최대밀도시험기를사용하는장면이다. < 그림 3.3> 이론최대밀도시험기 다. 수중에서다져지지않은아스팔트혼합물의이론최대밀도를구하는시험방법은다음과같 1) 용기의순수무게 : 용기의무게는가급적수분이없이건조를시킨상태에서진공용기의뚜껑을포함한무게를기록한다. 2) 물 + 용기의무게측정 : 용기내부에 80% 정도의물을채우고진공펌프를작동시켜진공상태로만든다. 진공상태로만든다음용기의남은공간에물을가득채우고무게를기록한다. 3) 혼합물 + 용기의무게측정 : 건조된진공용기에손으로분리한아스팔트혼합물을용기에넣은후무게를기록한다. 이때혼합물이손으로분리시킬수있을때까지건조로에서가열한후실내온도에서식혀서혼합물을용기에잘게부수어넣는다. 4) 혼합물 + 물 + 용기의무게측정 : 용기에혼합물을넣은후용기의 80% 정도의물을채운후가볍게두드려공기를제거한다. 물이채워진용기를 10분정도진동기를작동시키면서진공펌프를사용해내부의공기를모두제거한다. 진동기가멈춘후저진공 A1-31

42 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 상태를만든다음용기의남은공간에물을가득채우고무게를기록한다. 5) 온도보정 : 이론최대밀도는 25 의수온을기준으로하므로수온이차이가나면수온을기록하여온도보정을한다. 6) 이론최대밀도계산 : 이론최대밀도는다음식을이용하여계산한다. (3.1) 여기서, A = 건조무게, B = 물 + 혼합용기 + 혼합물 (25 에서온도보정 ), C = 물 + 혼합용기 (25 에서온도보정 ) 겉보기밀도측정방법 아스팔트혼합물의실측겉보기밀도는표면건조포화상태조건을만족하게할수있는코어락 (Core-lok) 장비를이용하여겉보기밀도를측정하였다. 이것을이용하여구한값과 KS F 2353의파라핀으로피복한공시체와동일한결과값을나타내는장점을가지고있어본과업에서사용되었다. < 그림 3.4> 는코어락장비를이용한겉보기밀도를측정하는모습이다. < 그림 3.4> 겉보기밀도의측정 A1-32

43 3. 실내실험 코어락장비를이용한겉보기밀도를측정하는방법은다음과같다. 1) 봉투의순수공기중무게측정 : 한개의봉투의무게를재고무게를기록한다. 2) 봉투 + 혼합물의공기중무게측정 : 봉투안에다져진아스팔트혼합물을넣고무게를기록한다. 3) 공기제거 : 시편이들어있는봉투를코어락장비내부에거치시킨후시편의공기를제거하여진공상태로만든다. 4) 봉투 + 혼합물의수중무게측정 : 장비로부터밀폐된시편을조심스럽게꺼낸후수조속으로시편을즉시담든다. 봉투안에공기가들어가게해서는안되며봉투는완전하게물속에잠겨있어야한다. 수중에서무게를측정하고측정한시편을다시꺼내어공시체의공기중무게를다시측정한다. 공시체에물이스며들면안되므로다시측정한무게와처음에측정한무게가같은지확인한다. 5) 온도보정 : 겉보기밀도는 25 의수온을기준으로하므로수온의차이가나면온도보정을실시한다. 6) 겉보기밀도계산 : 겉보기밀도는다음식을이용하여계산한다. (3.2) 여기서, = 겉보기밀도 (g/ cm2 ), B = 공기중시료무게 (g), H = 시료체적 ( cm2 ), = 아스팔트혼합물의부피열팽창평균계수 ( ), E = 물의온도 ( ), I = 물의밀도 (g/ cm2 ) 아스팔트바인더함량측정및입도분석 (KS F 2490) 연소법을이용한아스팔트함량결정방법은 540 의가열로에서혼합물을연소시켜아스 팔트바인더를제거하는시험이다. 아스팔트혼합물을특수제작된가열로를사용하여연소 시킨다. 아스팔트바인더를연소시키기전 후의아스팔트혼합물의질량차이에의하여아스 A1-33

44 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 팔트함량이결정된다. < 그림 3.5> 와같이자동질량측정장치가가열로내부에있는장 비를사용하였다. 연소법의시험절차및방법은다음과같다. 1) 시험시료를준비한다. 2) 시험시료를 ± 의건조로에넣어건조시킨다. 3) 가열로의온도를 ± 로조절한다. 4) 시료바구니와수집팬의질량을 0.1g까지측정하고기록한다. 5) 시료바구니에시료를뭉치지않게담고고르게편다. 6) 시료, 시료바구니, 수집팬의질량을 0.1g 단위까지측정한다. 시료의처음질량을계산하고기록한다. 7) 시료질량을 1분동안 3회연속측정시시료질량의차이가 0.01% 이내일때까지 ± 의가열로에서가열한다. 8) 연소후에 0.1g까지시료의질량을측정하고기록한다. 질량은시험종료즉시가열로의데이터수집시스템에의하여출력이나계기판으로결과를얻을수있다. 9) 가열로의데이터수집시스템은연소후의골재의질량을 0.1g까지자동으로측정및기록할수있어야하고, 혼합물의초기질량으로부터연소에의해손실된질량을시험종료즉시얻을수있다. 10) 정확한아스팔트함량은데이터수집시스템으로부터다음식에의하여자동으로계산된다. (3.3) 여기서, AC = 측정된아스팔트함량 (%), = 연소전보정시료의전체질량, = 연소후보정시료의전체질량, = 보정계수. A1-34

45 3. 실내실험 < 그림 3.5> 아스팔트혼합물가열로장치 수분손상시험 (AASHTO T 283) 수분민감성을평가하기위하여 5종류의아스팔트혼합물을이용하여시험을시행하였다. 아스팔트혼합물의수분민감성을측정하는데는여러종류의시험이있으나국제적으로폭넓게사용되는 AASHTO T 283의규정에따라시험을시행하였다. 마샬다짐기를사용하여공극률 7±1% 가얻어지도록다짐을시행하여시편을제작하였고, 시험방법및절차를요약하면다음과같다. 1) 6개의시편을평균공극률이비슷하게 3개씩 2개조로나눈다. 2) 1개조는수분처리를하지않고건조간접인장강도 (dry strength) 를측정한다. 3) 다른 1개조는먼저부분진공상태에서포화도가 55~80% 이내가되도록포화시킨후 60 의물속에 24시간넣어둔다음다시 25 의물속에 2시간방치하고수침간접인장강도 (wet strength) 를측정한다. 4) 간접인장강도측정시하중의재하속도는 50mm/min이다. 5) 간접인장강도비 (Tensile Strength Ratio, TSR) 는다음과같이정의된다. (3.4) 여기서, = 건조상태의기준공시체의간접인장강도 = 수분상태의조건처리한공시체의간접인장강도 A1-35

46 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 아스팔트혼합물의수분손상에대한저항성은 TSR 값이클수록우수하다고할수있다. < 그림 3.6> 의 (a) 는마샬공시체를수분처리하는과정이고, (b) 는간접인장강도를구하기 위하여지지대에거치하는장면이다. (a) 마샬시편수분처리과정 < 그림 3.6> 수분손상후간접인장강도시험 (b) 간접인장강도시험 동적수침시험 동적수침시험 (DIT) 은다져지지않은혼합물의굵은골재를이용하여박리저항성을평가하기위한실험으로 European Standard EN 에따라수행되었다. 아스팔트로피복된골재를상온에서 24시간동안양생후 < 그림 3.7> 과같이 250mL 유리병에 100mL의증류수를넣고피복된골재 115g을넣은후 25 에서 24시간동안 40rpm으로회전시켰다. < 그림 3.7> 동적수침시험 A1-36

47 3. 실내실험 실험이완료된후에골재는 24시간동안 60 오븐에서건조시킨후초기무게와실험후무게를측정하였다. 박리저항성은골재입자를육안으로조사하고무게비를통한피막정도를비율계산하였다. 동적수침시험은아스팔트플랜트에서채취한아스팔트혼합물을이론최대밀도시료를만들듯이각각의골재로나뉘도록만든후 13mm 체를통과하고 10mm 체에남은아스팔트로코팅된골재를이용한시료와골재에아스팔트를추가하여만든시료등 2 종류로수행하였다 시험결과및분석 골재시험결과 아스팔트혼합물과같이채취한골재에대하여편장석율, 모래당량, 입도등의시험을하였다. 이결과시료채취시해당아스팔트플랜트에서제시한골재등급과달리 < 표 3.4> 와같은결과를얻었다. 모든시료가모래당량이 50% 이상이었으며, D 시료만 1등급단입도골재이었다. < 표 3.4> 골재편장석율및모래당량시험결과 구분 19mm 편장석율 13mm 모래당량계획결과 A 등급 2등급 B 등급 2등급 C 등급 2등급 D 등급 1등급 E 등급 2등급 F 등급 2등급 G 등급 2등급 A1-37

48 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 골재입도시험후골재종류별로구분한결과는 < 표 3.5> ~ < 표 3.7> 과같았다. < 표 3.5> 골재입도시험결과 ( 굵은골재 19mm) 종류 체통과질량백분율 (%) 40mm 30mm 25mm 20mm 13mm 10mm 5mm 2.5mm 0.6mm 0.3 mm 0.15 mm 0.08 mm 최소 최대 A-19mm B-19mm C-19mm D-19mm E-19mm F-19mm G-19mm < 표 3.6> 골재입도시험결과 ( 굵은골재 13mm) 종류 체통과질량백분율 (%) 40mm 30mm 25mm 20mm 13mm 10mm 5mm 2.5mm 0.6mm 0.3 mm 0.15 mm 0.08 mm 최소 최대 A-13mm B-13mm C-13mm D-13mm E-13mm F-13mm G-13mm A1-38

49 3. 실내실험 < 표 3.7> 골재입도시험결과 ( 잔골재 ) 종류 체통과질량백분율 (%) 40mm 30mm 25mm 20mm 13mm 10mm 5mm 2.5mm 0.6mm 0.3 mm 0.15 mm 0.08 mm 최소 최대 A-잔골재 B-잔골재 C-잔골재 D-잔골재 E-잔골재 F-잔골재 G-잔골재 골재입도시험결과를분석하기위해그래프로도시한결과 < 그림 3.8> ~ < 그림 3.10> 과같은 결과를얻었다. < 그림 3.8> 골재입도 (19mm) A1-39

50 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 < 그림 3.9> 골재입도 (13mm) \ < 그림 3.10> 골재입도 ( 잔골재 ) A1-40

51 3. 실내실험 골재시험결과를정리하면 < 표 3.8> 과같이 D 의경우골재품질이 1 등급골재이고, 골재입도도 단립도이었으며, A 는 2 등급골재이며, 단입도골재이었다. < 표 3.8> 골재등급및골재입도기준적합여부 구분 편장석율골재입도계획결과 19mm 13mm 잔골재 A 2등급 2등급 합격 합격 합격 B 1등급 2등급 불합격 합격 합격 C 2등급 2등급 불합격 합격 합격 D 1등급 1등급 합격 합격 합격 E 2등급 2등급 합격 불합격 합격 F 1등급 2등급 불합격 합격 불합격 G 1등급 2등급 불합격 합격 불합격 아스팔트바인더함량및골재입도 5 종류의혼합물의대하여아스팔트바인더함량및골재입도분석을시행하였고, 시험은 2 회씩실시하고그평균값으로사용하였다. 플랜트배합설계와실내시험의바인더함량을계 산하였는데 < 표 3.9> 와같이실내시험값이다소높게나타났다. < 표 3.9> 혼합물종류별아스팔트바인더함량결과 종류 아스팔트바인더함량 (%) 플랜트배합설계 실내시험 오차율 (%) A B C D E 평균오차율은 6.9% 로나타났다. 그원인은고온 (540±5) 에서연소할때아스팔트만타 A1-41

52 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 지않고골재에함유된유기물또는운반과정에서발생하는먼지등이함께연소하기때문에바인더함량이높게측정된것으로판단된다. 또한, 골재의세립분함량이많으면바인더함량이과다하게측정되기도한다. 이를보정하기위해서는골재시료만을추가로연소시켜손실량을보정해야한다. 골재의입도를확인하기위하여아스팔트바인더를태우고남은골재로체가름시험을진행하였다. < 그림 3.11> 은아스팔트혼합물의연소전 후의시료이고, < 그림 3.12> 는체가름후각체에남아있는골재의모습이다. (a) 혼합물연소전 < 그림 3.11> 아스팔트혼합물연소전 후모습 (b) 혼합물연소후 < 그림 3.12> 체가름시험후각체에남은골재 A1-42

53 3. 실내실험 체가름시험을통하여통과중량백분율을구하여골재입도를 < 그림 3.13>~< 그림 3.17> 과같이비교하였다. 혼합물을태울때세립분에함유된유기물성분이함께타기도하여 신뢰성이떨어지는 0.5mm 이하의세립골재는입도곡선에서제외하였다. < 그림 3.13> 골재입도분포결과 (A 시료 ) < 그림 3.14> 골재입도분포결과 (B 시료 ) A1-43

54 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 < 그림 3.15> 골재입도분포결과 (C 시료 ) < 그림 3.16> 골재입도분포결과 (D 시료 ) A1-44

55 3. 실내실험 < 그림 3.17> 골재입도분포결과 (E 시료 ) 체가름시험을시행하여골재입도를분석한결과 A, B, C, D 의혼합물은배합설계의범위 내에있었고평균오차율은 33.4% 로나타났다. 하지만 E 혼합물은하한입도를벗어나는결 과를보였다 이론최대밀도결과 이론최대밀도시험결과평균오차율이 0.7% 로나타났고 < 표 3.10> 과같다. < 표 3.10> 혼합물종류별이론최대밀도결과 종류 플랜트배합설계 이론최대밀도 (Gmm) 실내시험 오차율 (%) A B C D E A1-45

56 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 수분민감성시험용공시체제작 전처리과정을거친현장혼합물시료를사용하여수분민감성시험에사용할마샬공시체를제작하였다. 마샬시험기로다짐을하기에앞서혼합물은 135 o C의오븐에 2시간동안방치한다음다짐을실시하였다. 다짐시험결과는 < 부록 A> 와같다. 표에서보는바와같이 A 및 B 시료의경우에는시험초기목표공극률을확보하기가힘들어시험규정에비해 3배정도많은시편을제작하였다. 이는현장혼합물을시험에사용함으로인해시편과시편간의물성변화가심하여동일한다짐에너지를사용하여도제작된시편의공극률은상당히심한편차를나타내었다. 실내에서시편을제작할경우에는시편마다동일한량의굵은골제및세골재, 세립분이포함되는데반하여현장혼합물은그런조건을충족하지못하기때문에시편간의공극률편차가심한것으로나타났다. 또한본과업에사용된 5종의혼합물은모두배합설계시양면 50회로다짐을실시하였고목표공극률은 4% 이었다. 하지만현장에서수거한혼합물은양면 50회로다짐을실시한경우공시체의공극률이대부분 6% 를상회하는것으로나타났다. 이는플랜트생산시발생한노화와현장혼합물을다시가열하여다지는과정에서발생한노화의영향등으로판단된다 수분민감성 마샬다짐기로공시체를제작하여 60 에서 24시간, 25 에서 2시간동안수침시킨시편과건조상태의시편으로간접인장강도를측정하여각혼합물에대한수분저항성을측정하였다. 공극률변화에따른간접인장강도변화의결과는 < 그림 3.18>~< 그림 3.22> 와같다. < 그림 3.18> 및 < 그림 3.19> 에서보는바와같이공극률이증가할수록전반적으로간접인장강도는감소하는것으로나타났다. 특히공극률이 6~8% 사이일때간접인장강도의변화가심하게발생하였고공극률 8% 이상구간에서는그변화가상대적으로작게나타났다. 공극률이 7~8% 구간에서대부분시편의건조간접인장강도는 1.5MPa 내외인것으로나타났고, E 시료만 1.5% 보다다소낮은값을나타내었다. 수침간접인장강도의경우에는대부분의혼합물이 1.0MPa 내외의값을나타내었으나 A와 D 시료가 1.0MPa 보다다소낮은값을나타내었다. A1-46

57 3. 실내실험 < 그림 3.18> 간접인장강도결과 (A 시료 ) < 그림 3.19> 간접인장강도결과 (B 시료 ) A1-47

58 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 < 그림 3.20> 간접인장강도결과 (C 시료 ) < 그림 3.21> 간접인장강도결과 (D 시료 ) A1-48

59 3. 실내실험 < 그림 3.22> 간접인장강도결과 (E 시료 ) 7±1% 의공극률범위에서간접인장강도시험결과를사용하여평균 TSR 값을산정하고, 국내의시방기준인 75% 를기준으로합격여부를판정하였다. < 표 3.11> 과같이 D 시료를제외한모든혼합물의 TSR 값이 75% 를상회하여합격인것으로나타났다. 그러나 < 표 3.12> 와같이각각의공극률에대한 TSR 값을사용하여평가를실시하면앞서평가한결과와다소다른결과를얻을수있다. A 시료의경우기존의시험기준에의하면합격이지만 < 그림 3.23> 에서보는바와같이공극률 7.56% 이상에서는 TSR 값이현저히떨어져불합격을나타낸다. 현재국내의다짐밀도기준은공극률 8% 이하로규정되어있다. 만약 A 시료를사용할경우다짐도 96%( 공극률기준 8%) 를만조하더라도수분손상이발생할확률이상당히높다. 따라서이러한시료는비록시험기준은만족하더라도현장에서수분손상문제가발생할가능성이높을것으로예상된다. 이와유사한사례는 C 시료에서도발견된다. C 시료의경우시방기준이상다짐이잘되었을경우에는합격이지만시방기준을조금이라도미달할경우수분손상이발생할가능성이크다. 기존의 TSR에의한판정기준은공극률이 6~8% 사이의시편을사용하는데이는모두현장에서다짐이시방기준을충분히충족한다는가정하에서선정된공극률범위이다. 그러나시험결과 6~8% 사이의공극률에서는 TSR의변동폭이상대적으로큰것으로나타났다. 또한국내에서는현장다짐밀도가시방기준을만족하지못하는사례도많이발생하므로공극률기준에대한재검토가필요한것으로판단된다. A1-49

60 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 그리고, 수분처리된시편의간접인장강도자체도중요한의미를내포하고있다. TSR은건조시편대비수침시편의상대강도만을나타내기때문에수침시편자체의강도값또한평가시고려되어야할필요성이있다. 예를들어 E 시료의경우 B와 C 시료에비해수침강도가상대적으로낮지만 TSR 값은 80% 를상회하여합격인것으로나타났다. 따라서수침강도자체에대한시험규정포함여부에대해서도면밀한추가검토가필요한것으로판단된다. < 표 3.11> AASHTO T283 기준의의한 TSR 평가 공극률범위 (%) 혼합물종류 평균 TSR(%) 평가 A 77 합격 B 91 합격 7±1 C 87 합격 D 67 불합격 E 82 합격 < 그림 3.23> TSR 결과 A1-50

61 3. 실내실험 혼합물종류공극률 TSR(%) A B C D E < 표 3.12> 각각의공극률에따른 TSR 평가 TSR 평가 (75% 기준 ) 만족 만족 불만족 불만족 불만족 불만족 불만족 불만족 만족 만족 만족 만족 만족 불만족 불만족 불만족 불만족 만족 만족 불만족 불만족 불만족 불만족 불만족 불만족 만족 만족 만족 만족 만족 A1-51

62 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 TSR 결과에서기준을만족하는 A, B, C, E 시료를이용하여공극율에따른결과의변화를살펴본결과 < 그림 3.25> 와같이공극율 7.5% 이하일경우에는 TSR 값이 77% 이상이지만, 공극율이 8% 이상일경우에는기준을만족하지못하는것으로나타났다. 이러한추세는시공시다짐후에공극율이 8% 이상일경우에는동일한아스팔트혼합물로시공하여도수분민감성이높아포트홀등의파손위험이더욱큰것으로판단할수있다. 따라서, 아스팔트혼합물다짐후의공극율에대한기준이필요할것으로판단된다. < 그림 3.24> 공극율에따른 TSR 결과 터프니스지수 터프니스는균열에대한저항성, 즉변형에너지를흡수할수있는정도를나타내는척도로서혼합물의균열저항성을평가하는대표적인측정값이다. 본과업에서는기존의 TSR이강도에의한수분손상평가지표이기때문에균열에대한저항성을나타내는터프니스를평가지표로사용하기위한방안에대한기초과업를수행하였다. 본과업에서는간접인장강도시험을통하여얻은하중과변위의곡선으로부터터프니스값을계산하였다. < 그림 3.25> 와같이하중과변위곡선에서극한하중과파괴시변위량을적분한면적이터프니스가된다. 터프니스값이클수록균열에대한저항성이우수하다고할수있다. 본과업에서는시험에적용된연직하중과연직변위를사용하여터프니스를산정하였다. A1-52

63 3. 실내실험 하중 (N) 극한하중 터프니스 변위 (m) < 그림 3.25> 하중 - 변위곡선으로부터터프니스구하는방법 < 그림 3.26>~< 그림 3.30> 은간접인장강도시험의하중 - 변위값으로터프니스지수산정 한결과를나타낸다. < 그림 3.26> 터프니스지수결과 (A 시료 ) A1-53

64 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 < 그림 3.27> 터프니스지수결과 (B 시료 ) < 그림 3.28> 터프니스지수결과 (C 시료 ) A1-54

65 3. 실내실험 < 그림 3.29> 터프니스지수결과 (D 시료 ) < 그림 3.30> 터프니스지수결과 (E 시료 ) 간접인장강도비와터프니스지수비의비교 앞서구한터프니스지수를통하여건조터프니스대비수침터프니스의비율로터프니스지수비를계산하여간접인장강도비와비교하였다. 비교결과는 < 표 3.13> 및 < 그림 3.30>~< 그림 3.34> 과같이터프니스지수비의변화는강도비의변화와유사한것으로나타났고강도비의값보다평균 10.47% 높은경향을보였다. A1-55

66 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 < 표 3.13> 각각의공극률에따른 TSR, TIR 비교평가 혼합물종류 공극률 TSR(%) TIR(%) A B C D E A1-56

67 3. 실내실험 < 그림 3.31> 간접인장강도비및터프니스지수비결과 (A 시료 ) < 그림 3.32> 간접인장강도비및터프니스지수비결과 (B 시료 ) A1-57

68 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 < 그림 3.33> 간접인장강도비및터프니스지수비결과 (C 시료 ) < 그림 3.34> 간접인장강도비및터프니스지수비결과 (D 시료 ) A1-58

69 3. 실내실험 < 그림 3.35> 간접인장강도비및터프니스지수비결과 (E 시료 ) 동적수침시험결과 골재에아스팔트를피복하여동적수침시험결과 < 그림 3.36> 과같이시험후 D 시료는거의대부분의아스팔트가벗겨졌으며, B 시료는거의벗겨지지않았다. 육안으로아스팔트피복이벗겨진시료와그렇지않은시료를구분한후중량을측정한결과 < 표 3.14> 의박리율 ( 육안 %) 와같이 B 시료는 0.9%, D 시료는 100% 의값이얻어졌다. 그리고, 수침처리전 후의중량비율을측정한결과박리율 ( 중량 %) 와같이 9.8%~12.1% 이었다. 따라서, 골재의수분민감성은 D 시료가가장민감하고, B 시료가거의영향을받지않는것으로평가되었다. 시험결과를 TSR 시험결과와비교한결과 < 표 3.14> 와같이실험실제작한시료의동적수침시험한결과와비슷한추세가나타났다. 따라서, 아스팔트혼합물의수분민감성은골재의수분민감성과관련성이높고, 이러한특성은동적수침시험으로판별할수있는것으로사료되었다. 또한, 아스팔트플랜트에서채취한아스팔트혼합물을가열하여냉각시키면서낱알로분리하여 13mm ~ 10mm 로체가름한후동적수침시험한결과는골재를이용하여시험한박리율은물론 TSR 결과와큰차이를보여이방법은품질관리에적용이어려운것으로판단되었다. A1-59

70 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 < 그림 3.36> 골재피복한시료동적수침시험후결과 < 표 3.14> TSR 과동적수침시험결과비교 혼합물종류 평균 TSR(%) 실험실제작 ( 골재 + 아스팔트 ) 박리율 ( 중량 %) 박리율 ( 육안 %) 플랜트혼합물박리율 ( 중량 %) B C A D A1-60

71 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 4. 포트홀저감대책및품질기준개선방안

72

73 4. 포트홀저감대칙및품질기준개선방안 4. 포트홀저감대책및품질기준개선방안 4.1. 포트홀저감대책 국내포트홀관련문제점 포트홀은균열발생부나다짐이부족한포장내부에수분이침투하여아스팔트의결합력을저하시켜발생된다. 미국등해외에서는아스팔트혼합물에수분민감도를평가하기위한인장강도비기준과박리방지첨가제사용의무화기준을마련하고있다. 특히, 인장강도비시험 (TSR) 은배합설계시는물론 QC/QA 시에도평가하는경우가많이있다. 국내에서는표층용아스팔트혼합물은 2010년부터인장강도비시험을실시하고있으나, 배합설계시또는반기별 1회이상실시하며, QC/QA에서평가하고있지않으며동결융해여부등의세부기준이없다. 그리고, 박리방지첨가제에대한적용기준은없으며, 인장강도비시험을이용한현장품질관리방법도거의적용되지않고있다. 또한, 균열저감을위한시공방법이소개되어있으나, 현장적용을위한세부적인기준이미비하다. < 그림 4.1> 국내포트홀관련문제점 A1-63

74 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 포트홀저감대책 국내도로에서발생하는포트홀의발생을저감하기위한단기대책은다음과같다. 가. 혼합물운반트럭의적재함전면차단덮개의무화 아스팔트혼합물운반시차가운공기가트럭적재함내부에혼입되지않도록외기와완전히차단되는덮개를계절에관계없이적용하여야한다. 시공전트럭적재함의아스팔트혼합물내 외부의온도차이는포설시국부적인포장밀도의차이를발생시켜포트홀유발원인을제공한다. 나. 인장강도비시험 (TSR) 기준이행철저 표층용아스팔트혼합물공급원승인시인장강도비시험기준 (0.75 이상 ) 만족여부확인을철저히하여야한다. KS F 2349 가열아스팔트혼합물기준개정 ( ) 으로인장강도비 0.75 이상확보가필요하지만현장적용이미진하다. 따라서, 공사기간중 1회이상및반기별 1회이상인장강도비시험을공인품질검사전문기관에시험의뢰하여시험성적서제출을의무화하여야한다. 또한, 아스팔트플랜트에인장강도비시험장비 ( 간접인장강도지그등 ) 확보여부확인및자체품질관리기준으로실시토록이행여부확인하여야한다. 다. 혼합물박리방지를위한소석회사용권장 시공현장여건상환경및골재등의문제로인해인근도로의포트홀발생이다수관측된경우, 소석회를표층용아스팔트혼합물의골재중량비율대비 1~2% ( 채움재일부대체 ) 사용을권장한다. 아스팔트혼합물에소석회를사용하는경우, 수분민감성개선및포트홀저감개선효과를발휘한다. 기존채움재를소석회로대체사용 ( 골재중량비 1%) 할경우, 아스팔트혼합물 1톤당약 807원재료비증가예상된다. ( 소석회 110,000원 /ton, 석회석분 25,000원 /ton) 라. 택코트시공관리철저 포트홀발생이빈번한지역은택코트를반드시시공하여야한다. 포트홀저항성을높여야할경우도로공사표준시방서의택코트생략조항을적용하지않으 A1-64

75 4. 포트홀저감대칙및품질기준개선방안 며, 택코트사용량은시방서에따라결정하되 (0.3~0.6L/ m2 ), 현장시험을통해감독자승인 을받아정확한살포량결정하여야한다. 또한, 택코트시공후수분이건조될때까지차량 통행을금지하여야한다. 마. 시공방법개선방안 표층시공시콜드조인트파손을예방하기위한동시포장 (Echelon Pavement) 을하여야한다. 동시포장 (Echelon Pavement) 은아스팔트페이버 2대및다짐롤러 2세트로 2차선을함께포장하여종방향조인트를핫조인트로시공하는기술이다. 이기술을활용할경우종방향콜드조인트를근본적으로발생시키지않아콜드조인트의다짐불량에따른포장파손을예방할수있다. 동시포장을위해서는아스팔트혼합물의시간당소요량을확보할수있도록아스팔트플랜트 2기또는대용량의아스팔트플랜트에서아스팔트혼합물을공급받을수있어야한다. 만약인근의아스팔트플랜트가 1기일경우아스팔트페이버의속도를아스팔트혼합물의공급량에맞춰일반적인시공속도보다낮은속도를유지하여야하며, 다짐장비의다짐방법도이에맞게시공하여야한다 품질기준개선방안 아스팔트혼합물수분민감성평가시험기준 아스팔트포장의포트홀은아스팔트혼합물의수분민감성과관련이있으며, 해외에서는주로 AASTHO T 283 에따라인장강도비기준을적용하여수분민감성을평가하고있다. 국내의기준을비교한결과 < 표 4.1> 과같이 KS 기준에는인장강도비기준이있으며, 국토해양부지침은수분손상의영향이고려되는도로에사용시적용하도록되어있다. 국내외연구문헌및본연구결과를평가한결과수분민감성을평가하기위한방법으로인장강도비시험기준을적용하는것은적합한것으로사료된다. 그리고, 인장강도비시험기준은국내아스팔트혼합물을이용한인장강도비평가결과대부분현재의기준인 75% 이상인것으로나타나현장적용에문제점이없는것으로나타났다. 따라서, 인장강도비의기준은현재의기준인 75% 이상을적용하되, 집중강우등으로포트홀파손이심각한지역의경우 80% 이상을적용할수도있을것으로판단된다. 인장강도비는시험용공시체의공극율과민감한상관성이있는것으로파악되었으며, 국내기준에서표층용아스팔트혼합물의배합설계시공극율이 4% 이고, 다짐도기준이배합설계시공시체밀도의 96% 이상이므로아스팔트포장의공극율은 4%~8% 범위인것을감안할때인장강도비용공시체의 A1-65

76 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 공극율이 6%~8% 범위는적정한것으로판단된다. 그런데, 6% 이내일경우인장강도비가크게증가되고, 8% 가넘을경우크게낮아지는경향을보이므로시험과정에서공시체제작을적합하게하는것이매우중요한것으로판단된다. 그리고, 공극율이범위이내인경우에도값의편차가 < 표 4.2> 와같이큰것으로나타나서변동계수는최대 40%~5% 까지의차이를보였다. 따라서, 시험결과의변동계수에대한기준을동적안정도시험시의기준인 20% 이하로제시하는것과같은규정이필요할것으로사료된다. 또한, 배합설계를수행하여공극율 4% 가확보될수있는재료배합비율을결정하는것이매우중요하며, 이와같은배합설계를수행하여야현장다짐밀도도적합한공극율을확보할수있다. < 표 4.1> 아스팔트혼합물품질기준 분류 국토해양부시방서 국토해양부지침 KS F 2349 안정도 (N) 5,000(7,350) 이상등 [ 기층용 3500(5000) 이상 ] 5,000(7,350) 이상등 [ 기층용 3500(5000) 이상 ] 5,000(7,500) 이상등 흐름값 (1/10mm) 20-40( 또는15-40) [ 기층용 10-40] 20-40( 또는15-40) [ 기층용 10-40] 20-40( 또는15-40) [ 기층용10-40] 공극률 (%) 3-6 ( 또는 3-5) [ 기층용 4-6] 3-6 ( 또는 3-5) [ 기층용 4-6] 3-6 ( 또는 3-5) [ 기층용 3-8] 포화도 (%) 65-80( 또는70-85) [ 기층용 65-75] 65-80( 또는70-85) [ 기층용 65-75] 65-80( 또는70-85) [ 기층용 60-75] 간극률 (%) 13 이상등 [ 기층용없음 ] 13 이상등 [ 기층용없음 ] 13 이상등 인장강도비 (TSR) ( 잔류안정도 0.75 이상 ) [ 기층용없음 ] (75% 이상 ) [ 기층용없음 ] 75%(0.75) 이상 [ 기층용없음 ] 동적안정도 ( 회 / mm ) 이상등 [ 기층용없음 ] < 표 4.2> 인장강도비결과및변동계수 공극률범위 (%) 혼합물종류 평균 TSR(%) 표준편차 변동계수 A B ±1 C D E A1-66

77 4. 포트홀저감대칙및품질기준개선방안 아스팔트포장다짐기준 공시체의공극율이적정한다짐도가확보된 8% 이내인경우와 8% 를초과했을경우를비교한결과 < 표 4.3> 과같이인장강도가 69%~85% 까지감소되어기준인 75% 이하인것으로나타났다. 따라서, 아스팔트포장의적합한수분저항성을확보하기위해서는적합한다짐도확보가매우중요하며, 공극율이 8% 를초과할경우적합한아스팔트혼합물을사용하여도수분에취약해지는것으로사료된다. 그러므로아스팔트포장의다짐후공극율이 8% 이하인지확인하여야하며, 특히종방향콜드조인트, 횡방향조인트등취약부분도관리하는것이필요하다. < 표 4.3> 공극율에따른인장강도비시험결과 혼합물종류 인장강도비 (%) 공극율 7%~8% 공극율 8%~10% 차이 A 77% 57% 74% B 91% 63% 69% C 87% 74% 85% 사용재료기준 국토해양부에서는최근에아스팔트포장의품질향상을위해골재의편장석율을낮춘 1등급또는 2등급골재를적용하여소성변형등의방지와내구성을향상하도록하고있다. 본연구에서도골재의등급과잔골재의모래당량등의재료의성능이수분민감성에많은영향을미칠것으로예상하였으나현재까지의연구결과수분민감성은아스팔트포장의공극율과는상관성이높지만골재등급과는상관성이낮은것으로나타났다. 그러나, 수분민감성과골재의박리율과는매우높은상관성을보이는것으로나타났다. 즉, 동적수침시험결과박리율이높은골재는인장강도비도낮았다. 따라서, 포트홀의저감을위해서는골재의품질평가시동적수침시험에따른박리율을평가하는것이바람직할것으로판단되었다. 동적수침시험후의박리율기준은현재까지의결과에따르면수침처리후중량변화율을기준으로 11% 이하가적합할것으로판단되지만, 더욱다양한재료를이용한평가후에기준을결정하는것이필요하다. A1-67

78

79 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 5. 결론

80

81 5. 결론 5. 결론 본과업에서는아스팔트플랜트에서생산되는가열아스팔트혼합물및골재를채취하여골재품질, 이론최대밀도시험, 겉보기밀도시험, 아스팔트바인더추출시험등의시험을실시하였고, 간접인장강도시험을통하여혼합물의수분민감성을평가하였다. 본과업을통해얻어진중요한결론은다음과같다. 1) AASHTO 시험규정에의한인장강도비시험으로혼합물의수분민감성을평가한결과 1 개시료를제외한모든혼합물은 7±1% 의공극률범위에서모두국내시방기준인 TSR 값 75% 이상으로대부분현재기준을만족하는것으로나타났다. 2) 인장강도비는공시체의공극율과밀접한상관성이있으며, 공극률 8% 이상에서는인장강도비의값이급격히낮아지는것으로나타나현행기준을만족하지못하였다. 따라서, 아스팔트포장시공시다짐후공극율이 8% 이상일경우수분에대한저항성에취약해지는것으로평가되었다. 3) 1등급단립도골재이며, 모래당량도가장높은시료로생산한아스팔트혼합물의인장강도비가기준이하인경우가있어골재등급과수분민감성은상관성이낮은것으로평가되었다. 4) 골재에아스팔트를피막하여시험하는동적수침시험결과와인장강도비의상관성이높았으며, 동적수침시험에따른박리율이높은시료의경우인장강도비가기준을통과하지못한것으로나타났다. 따라서, 골재의품질평가시동적수침시험후박리율에대한기준을도입할필요가있는것으로판단되었다. 5) 인장강도비가강도를이용한평가가기본개념이며, 시험중에소모되는에너지를이용한터프니스지수 (TIR) 를새롭게개발하여평가한결과인장강도비 (TSR) 보다평균 10.47% 로높게나타났으며비슷한추세를보였다. 6) 본과업에서는 5개혼합물에대한시험결과만을가지고분석한결과이기때문에추후보다많은혼합물에대해다양한시험결과가확보된다면보다신뢰성있는결과를도출할수있을것으로판단된다. A1-71

82

83 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 참고문헌

84

85 6. 참고문헌 참고문헌 1. 기상청 (2010) 이상기후특별보고서 2. 국토해양부 (2009). 아스팔트혼합물생산및시공지침 3. 서울연구원 (2012). 서울시도로포장실태및개선방안 4. 이경하, 강민수 (2009). 아스팔트포장의포트홀저감대책 5. 한국도로포장공학회 (1999). 아스팔트포장공학원론 6. 황성도, 이석근 (2008). 간접인장시험을이용한아스팔트혼합물의실내수분손상특성평가 7. AASHTO T (2007). "Standard Method of Test for Resistance of Compacted Hot Mix Asphalt (HMA) to Moisture-Induced Damage", American Association of State Highway and Transportation Officials. 8. Elizabeth, R. H. and K. Ksaibati. (2002) Evaluation Moisture Susceptibility of Asphalt Mixes", Department Civil and Architectural Engineering of Wyoming 9. Roberts, F., P. Kandhal, E. Brown, D. Lee, and T. Kennedy. (1996) "Hot Mix Asphalt Materials, Mixture Design, Construction", edition. Lanham, Maryland : NAPA Education Foundation. 10. Shamshuddin, M. K. and Abdullah, M. E. and Rhasbudin Shah, S. M. (2010) "The Development of Moisture Sensitivity Test for Compacted Asphalt", International Journal of Integrated Engineering. 11. Tunnicliff, D. and R Root. (1984) "Use of Antistripping Additives in Asphaltic Concrete Mixture", NCHRP Report No Washington D.C : Transportation Research Board, National Research Council. A1-75

86

87 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 부록

88

89 부록 < 부록 A> 다짐횟수별다짐도결과 A1-79

90 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 시편번호 다짐횟수 Bag 무게 건조시편무게 (g) 진공후수중무게 (g) 시료 A 물온도 ( ) Bulk Specific Gravity Gmm 공극률 (%) 평균공극률 (%) 시편번호 다짐횟수 Bag 무게 건조시편무게 (g) 진공후수중무게 (g) 시료 B 물온도 ( ) Bulk Specific Gravity Gmm 공극률 ( %) 평균공극률 (%) A1-80

91 부록 시편번호 다짐횟수 Bag 무게 건조시편무게 (g) 진공후수중무게 (g) 시료 C 물온도 ( ) Bulk Specific Gravity Gmm 공극률 ( %) 평균공극률 (%) A1-81

92 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 시편번호 다짐횟수 Bag 무게 건조시편무게 (g) 진공후수중무게 (g) 시료 D 물온도 ( ) Bulk Specific Gravity Gmm 공극률 ( %) 평균공극률 (%) 시편번호 다짐횟수 Bag 무게 건조시편무게 (g) 진공후수중무게 (g) 시료 E 물온도 ( ) Bulk Specific Gravity Gmm 공극률 ( %) 평균공극률 (%) A1-82

93 부록 < 부록 B> 간접인장강도시험결과값 A1-83

94 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 A 시료 Dry Air void Strength Air void Strength (%) ( Wet ) (%) ( ) Ratio(%) B 시료 Dry Air void Strength (%) ( Wet Air void Strength ) (%) ( ) Ratio(%) C 시료 Dry Air void Strength Air void Strength (%) ( Wet ) (%) ( ) Ratio(%) % % % % % A1-84

95 부록 D 시료 Dry Air void Strength Air void Strength (%) ( Wet ) (%) ( ) Ratio(%) E 시료 Dry Air void Strength Air void Strength (%) ( Wet ) (%) ( ) Ratio(%) % % % % A1-85

96 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 < 부록 C> 터프니스결과값 A1-86

97 부록 A 시료 Dry Air void(%) Toughness (N m) Wet Air void(%) Toughness(N m) Ratio(%) B 시료 Dry Air void(%) Toughness (N m) Wet Air void(%) Toughness(N m) Ratio(%) C 시료 Dry Air Toughness Air Wet void(%) (N m) void(%) Toughness(N m) Ratio(%) A1-87

98 A1. 아스팔트포장의포트홀억제를위한시공품질관리기준및유지보수지침개발 D 시료 Dry Air void(%) Toughness (N m) Wet Air void(%) Toughness(N m) Ratio(%) E 시료 Dry Air Toughness Wet Air void(%) (N m) void(%) Toughness(N m) Ratio(%) % % % % A1-88