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미진 망절
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1 구두발표세션 아스팔트포장 저온에서 콘크리트의간접인장강도와휨강도평가 E valuation of I ndirect Tensile S trength and F lex ural S trength at Low Temperature 김성운 * 박지용 ** 이성진 *** 김광우 **** Sung-U n Kim Ji-Yong Park Sung-Jin L ee Kwang W. Kim 1. 서론준고온아스팔트콘크리트 (warm mix asphalt concrete: ) 에대한다양한연구 개발및현장적용은도로포장분야에서온실가스 (greenhouse gas, CO 2, NO x 등 ) 배출을저감하기위한노력의일환으로세계적으로확산되고있다. 또한, 에대한고온특성을규명하고자하는노력이많은연구자들에의하여진행되고있다. 반면, 는 (hot mix asphalt concrete: ) 에비하여상대적으로낮은온도에서가열되므로골재내에잔류수분이존재할가능성이있으며, 저온에서잔류수분 (residual moisture) 이아스팔트콘크리트의인장강도 (indirect tensile strength: ITS) 와휨강도 (flexural strength: S f) 에미치는영향에대하여연구할필요가있다. 따라서본연구의목적은저온에서 콘크리트의 ITS 와 S f 를측정하여이를 와비교평가하는데있다. 국내에서 는 135 내외의온도에서골재및아스팔트를모두가열하여혼합, 생산하는형식과아스팔트는기존의 160 온도에서가열하고, 골재만을 135 온도로낮추어가열하여혼합, 생산하는형식으로연구가진행되고있다. 본연구에서는현장의여건을충분히고려하여아스팔트의가열온도는 160, 골재의가열온도는 135 로유지하여혼합, 생산하는 제조형식으로수행되었다. 2. 사용재료및방법 2.1 사용재료본연구에서는편마암쇄석을굵은골재및잔골재로, 채움재로석회석분, 아스팔트는 PG64-22 (pen 60~ 80) 등급을사용하였다. Table 1, 2에서사용된재료의물리적특성을나타내었다. 골재의합성입도는국토해양부 WC-6 (13R) 입도및품질기준에의거배합설계를수행하였다. 또한, 준고온화첨가제로 WC (wax compound) 와 Evotherm 을사용하였고, 개질재로는 LDPE, EVA, EPDM, SBS를사용하여 3종, 6종의혼합물을제조하여연구에적용하였다. Table 3은본연구에적용된혼합물의구성을나타낸다. Figure 1, 2는아스팔트를개질하기위해사용된첨가제와개질재를보여준다. * 강원대학교지역건설공학과강사 박사후연구원 ( sungun2001@hanmail.net) ** 강원대학교석재복합건설신소재연구소연구원 ( siskane@naver.com) *** 강원대학교지역건설공학과석사과정 ( bluelif e86@hanmail.net) **** 강원대학교지역건설공학과교수, 교신저자 ( asphaltech@hanmail.net) 제 14 권 ( 통권제 14 집 ) 53

Classification T ab le 1. Prop erties of aggregate and f iller Apparent specific gravity Absorption Ab rasion Flat & elongated particles( % ) Specification >2.5 <3.0 <40 <10 Coarse Agg. 2.62 1.62 32.

Density Flash point Softening (25 ) (15, g/cm 3 (15 viscosity (cst) loss after ) ( ) point. ( ) 5cm/ min) 120 150 180 RTFO 60~80 >1.0 >260 44~52 >100 - - - <0.6 70 1036 338 46.8 150 758 179 61 0.

2 Classification T ab le 1. Prop erties of aggregate and f iller Apparent specific gravity Absorption Ab rasion Flat & elongated particles( % ) Specification >2.5 <3.0 <40 <10 Coarse Agg Fine Agg Mineral Filler T ab le 2. Prop erties of straight asp halt D uctility Kinematic Weight Pen. Density Flash point Softening (25 ) (15, g/cm 3 (15 viscosity (cst) loss after ) ( ) point. ( ) 5cm/ min) RTFO 60~80 >1.0 >260 44~52 > < T ab le 3. Contents (% ) of p olymer modif ier and warm-mix additives b y weight of total b inder Classification LVM SBS Evotherm (e) Wax compound (w) Note CON Control LVM SBS CONe CONw normal LVMe LVMw SBSe SBSw Figure 1. Photograp h showing p olymer modif iers Figure 2. Photograp h showing additives 2.2 시험방법본연구에서는선회다짐기 (superpave gyratory compactor: SGC) 를사용하여공시체제조후국토해양부기준 ( 아스팔트혼합물생산및시공지침, 2009) 에의거최적아스팔트함량 (optimum asphalt content: OAC) 을결정하였다. OAC 로공시체를제조후, 변형강도 (Kim test, deformation strength: S D), ITS (KS F 한국도로학회학술대회논문집

3 2382), 3점 휨 시험 (3 point bending strength)에 의한 휨 강도 (Sf, KS F 2395)를 측정하였다. Figures 3, 4, 5, 6, 7, 8은 배합설계에 사용된 SGC, 변형강도 측정시험기, ITS 시험기, slab 제조용 roller compactor, 3점 휨 시험을 위한 공시체와 시험 장비를 보여준다. Figure 3. Superpave gyratory compactor (SGC) Figure 4. Kim Test setting in a loading frame (φ100mm specimen) Figure 5. Indirect tensile strength tester Figure 7. 3 point bending test specimen 제 14 권 (통권 제 14 집) Figure 6. Roller compactor Figure 8. 3 point bending test set up 55

4 3. 결과및고찰 3.1 배합설계 3종, 6종에대한배합설계결과는 Table 4와같다., 는 5.5~5.9% 사이에서공극률 4% 를만족하는 OAC 가결정되었다. T ab le 4. T he p rop erties of, mixtures at OAC OAC D ensity Air Void VMA VFA Type B inder (g/cm 3 ) normal CON LVM SBS CONe normal CONw LVMe LVMw SBSe SBSw 변형강도 60 고온에서 소성변형 저항성을 평가할 수 있는 변형강도 시험결과 Table 5와 같은 결과가 나타났다. Normal (3.73MPa), normal ( 평균 3.64MPa) 혼합물은 비슷한 수준의 값을 나타내었고, - ( 평균 4.21MPa), - ( 평균 4.25 MPa) 로 유사한 값을 나타내었다. 국토해양부 기준에 의거한 normal 혼합물의 기준 (3.2MPa 이상 ) 과 혼합물 (4.25MPa 이상 ) 기준을 모두 만족하는 것으로 나 타났다. T ab le 5. D ef ormation strength p rop erties at OAC Type Binder OAC Air void S D Mean (MPa) (MPa) Normal CON LVM SBS Normal CONe CONw LVMe LVMw SBSe SBSw S D 3.3 간접인장강도간접인장강도시험결과 일반 (Normal) 혼합물은 -5 에서 4MPa, -15 에서 4.9MPa, -25 에서 3.87Pa 을나타내었다. 혼합물평균은 -5 에서 4. 4MPa, -15 에서 5.15MPa, -25 에서 4. 5MPa 을나타냈으며, 그값은 Normal 보다는다소더높게나타났다 (Table 6). 의경우일반 (Normal) 은 5, -15, -25 에서각각그평균이 4.15, 5, 3.85 MPa 로 Normal 보다다소더높게나타났다. 의경우는각각온도별평균이 4.18, 5, 4.9MPa 로 5, -15에서는약간낮으나가장저온인 25 에서는오히려높았다. 중에서도 LVMw 가가장높았으며 LVMe 는상대적으로가장낮았다. 이를통해 의인장강도가저온하에서 보다취약하지않다는것을알수있었다 한국도로학회학술대회논문집

5 또한온도가 -5 에서 -15 로내려가면서증가하다가, -25 로더내려가면감소하는현상이, 모두나타나 혼합물도시차열수축 (Differential thermal contraction: DTC) 에의해내부손상을받는것으로나타났다. DTC 는주로 15에서 20 사이에발생하므로 25 의값은이미 DTC 손상을받은것으로간주된다. 그럼에도불구하고 25 의 ITS 값이 보다더높다는것은 가저온에서 보다취약하지않다는것을시사한다. T ab le 6. IT S (in MPa) of and mixtures Mixture Normal Normal Temp. ( ) CON LVM SBS mean CONe CONw mean LVMe LVMw SBSe SBSw mean ITS(MPa) CON CONe CONw ITS(MPa) LVM SBS LVMe LVMw SBSe SBSw Temp.( ) Figure 9. Change of tensile strength b y temp erature f or normal mixtures Temp.( ) Figure 10. Change of tensile strength b y temp erature f or mixtures 3.4 휨강도 저온에서 3점 휨 시험을 수행한 결과는 다음의 Table 7과 같다. 휨강도 시험결과 일반 (Normal) 혼 합물은 -5 에서 7.33MPa, -15 에서 7.98MPa, -25 에서 7.09MPa 을 나타내었다. 그리고 혼합 물 평균값은 -5 에서 8.44MPa, -15 에서 8.82MPa, -25 에서 8.24MP 로 일반보다는 다소 높으며, -5 부 터 15 로 낮아질 때 까지는 증가되다가 더 이상 낮아지면 다시 감소하여 ITS 와 같이 DTC 손상을 받는 현상을 보였다. Normal 혼합물은 Normal 보다 더 높은 수준의 강도를 보였고, 의 경우도 보다 더 높은 수준의 휨강도 값을 보여 가 보다 더 저온에서의 강도가 높은 것으로 나타났 다. 특히 DTC 손상을 받는 25 에서 의 강도가 보다 12-13% 이상 높아 가 저온 손상 에 강한것을 알 수있었다. 또한 혼합물의 온도저하에 따른 휨강도변화 경향을 보면 Normal 은 5 에서 가장 높고 온도가 내 려 갈수록 조금씩 낮아지는 반면 는 15 에서 다소 낮아졌다가 25 에서 다시 증가하는 휨강도 값 을 나타내 와 다르고 ITS 와도 다른 경향을 보였다 (Figure 11, 12). 따라서 ITS 와 S f 는 상호간에 큰 상 관성을 보이지 않는다는 것을 알 수 있었다. 이와 같은 현상이 나타나는 이유로는 혼합물 제조시 골 재의 낮은 온도로 인해 단기노화가 덜 된다는 점과 첨가제 사용에 따른 바인더 점도의 저하일 것으로 추정 된다. 제 14 권 ( 통권제 14 집 ) 57

6 T ab le 7. Results of 3 PB test (MPa) f or and mixtures Mixture Temp.( ) Normal Normal CON LVM SBS mean CONe CONw mean LVMe LVMw SBSe SBSw mean Flexural Strength(MPa) CON CONe CONw Flexural strength (MPa) LVM SBS LVMe LVMw SBSe SBSw Tepm.( ) Tepm.( ) Figure 11. Change of f lexural strength b y temp erature f or normal mixtures Figure 12. Change of f lexural strength b y temp erature f or mixtures 4. 결론일반 (Normal) 아스팔트및 바인더로 와 혼합물을배합설계를통하여제조하고결정된최적아스팔트함량 (OAC) 으로원형공시체및빔공시체를제조하여간접인장강도 (ITS) 및 3PB 시험을수행하여휨강도 (S f) 를 5 25 저온에서측정한결과다음과같은결론을도출하였다. 1. Normal 및 수준의 혼합물배합설계는목표로하는온도인 135 에서설계가가능하였고, S D 는 와비교하여일반도로및중차량도로수준에서유사하게나타났으며, 국토해양부품질기준을만족하였다. 2. 는일반과 혼합물모두 -5 에서 -15 로온도가내려가면서 ITS 및 S f 가증가하였고, -15 에서 -25 로내려가면서감소하는경향을나타내시차열수축 (Differential thermal contraction: DTC) 의영향을받은것을알수있었다. 3. 는일반과 혼합물모두경향이달랐다. 특히 DTC 는주로 15 에서 20 사이에발생하여 25 의강도값은이미 DTC 손상을받은것으로간주되는데 혼합물은모두 25 의강도값이같은바인더의 보다높게나타나 DTC 에더강하다는것을알수있었다. 4. 따라서본연구에서비록제한된재료이기는하나사용된재료의시험결과에의하면 혼합물의인장강도와휨강도는 와비교하여저온하에서는취약하지않다는것을확인할수있었다 한국도로학회학술대회논문집

7 감사의 글 본연구는강원대학교석재복합건설신소재연구소의지원과시설을활용하여이루어진것입니다. 참고문헌 1. 국토해양부, 아스팔트혼합물생산및시공지침, 김광우, 연규석, El, Hussein, M., 저온하에서아스팔트콘크리트의역학적특성, 대한토목학회, 제15권제 6호, 김광우, 최선주, 이기호, 도영수, 온도변화에따른아스팔트콘크리트의변형강도와소성변형과의상관성연구, 대한토목학회논문집, 제24권제5D호, Kim, K. W. and El Hussein, H. M., Effect of Differential Contraction on Fracture Toughness of Asphalt Materials at Low Temperatures, J. of AAPT, Kim, K. W. and Hussein, H. M., Variation of Fracture toughness of asphalt concrete under low temperatures, Construction and Building Materials, Vol. 11, Nos 7-8, Kim, K. W., Doh, Y. S. and Amirkhanian, S. N., "Feasibility of deformation strength for estimation of rut resistance of asphalt concrete," Road Materials and Pavement Design, 5(3), Dec. 2004, Kim, H. H., Kim, N. H., Choi, J. S., Doh, Y. S. and Kim, K. W., "Correlation of four rutting test techniques for asphalt concretes, Proceedings, 1 1 th I nternational Symposium for Advanced Technologies in Asphalt Pavements, ATAP 2010, Chuncheon, Korea, , Kim, K. W., J. S. Choi, M. Y. Yoo, H. H. K im, "An Approach to Characteriz ation of High Temperature D eformation R esistance of Asphalt Concretes using S D and FCWT," Proceedings, 11th ISAP, Nagoya, Japan, Kim, K. W., Amirkhanian, S. N., Kim, H. H., Lee, M. S. and Doh, Y. S., "A New Static Strength Test for Characterization of R utting of D ense- graded Asphalt Mixtures," Journal of Testing and Evaluation, 39(1), Jan., 2011, 제 14 권 ( 통권제 14 집 ) 59

Microsoft Word - KSR2014S125

Microsoft Word - KSR2014S125 2014 년도한국철도학회춘계학술대회논문집 KSR2014S125 골재입도변화에따른아스팔트혼합물의강도특성 Evaluation of asphalt mixture strength properties due to aggregates gradation change 이진욱 *, 박지용 **, 양재봉 **, 나일호 ** Jin W. Lee *, Ji Y. Park **,