가열아스팔트혼합물배합설계이론및시험방법 1 배합설계이론및실험방법 2013 KICT 정규동 Note. 배합설계개요 Note.

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민현 경
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1 가열아스팔트혼합물배합설계이론및시험방법 1 배합설계이론및실험방법 2013 KICT 정규동 배합설계개요

2 가열아스팔트혼합물배합설계이론및시험방법 2 배합설계 포장에서소요의성질을얻을수있도록재료를선정하고사용비율을정하는것골재와아스팔트의경제적인혼합방법및입도를결정하고, 목표성능을얻을수있도록아스팔트함량을결정하는것 Selection of Mixture Selection of Materials 배합설계순서포장에적합한아스팔트혼합물종류와사용하는재료선정 [Laboratory Mix Design] 최적의최적입도및아스팔트함량을결정 [Aggregate Flow Test] 플랜트골재의분당유출량산정 [Job Mix Design] 플랜트에서생산한핫빈골재를이용하여최종배합비율결정 Laboratory Mix Design Aggregate Flow Test Job Mix Design 혼합물종류선정 l 최대골재크기 표층 < 중간층 < 기층포장층두께의 50% 이하골재크기가클경우소성변형저항성증가하지만, 균열저항성은낮아짐 l 잔골재율 잔골재율이높을경우내마모율과균열저항성이높지만소성변형저항성이낮아짐 l 소성변형저항성증가 l 마찰저항성증가 l 골재의표면적과부피증가로아스팔트함량감소 l 강도증가 l 도로소음감소 최대골재크기 l 아스팔트함량증가에따른균열 저항성증가 커질경우장점 작아질경우장점 l 재료분리현상감소 l 주행평탄성향상 l 타이어마모감소

혼합물종류선정 실내배합설계순서 재료선정및시험 재료품질기준적합 골재배합비율및합성입도결정 부적합 추정아스팔트함량결정 공시체제작 ( 계량

3 가열아스팔트혼합물배합설계이론및시험방법 3 실내배합설계 l실내배합설계순서 l혼합물종류선정 l주요시험장비와재료의시험항목 l골재합성입도결정 l추정아스팔트함량결정 l혼합및다짐 l밀도측정및안정도시험 l시험결과분석 l시험결과도표 l최적아스팔트함량결정 혼합물종류선정 실내배합설계순서 재료선정및시험 재료품질기준적합 골재배합비율및합성입도결정 부적합 추정아스팔트함량결정 공시체제작 ( 계량 혼합 단기노화 다짐 ) 체적특성및변형강도 ( 마샬안정도 ) 시험 이론최대밀도시험 최적아스팔트함량결정 품질확인시험 혼합물품질기준 부적합 적합 콜드빈배합설계완료

4 가열아스팔트혼합물배합설계이론및시험방법 4 아스팔트혼합물종류선정 l 최대골재크기 표층 < 중간층 < 기층포장층두께의 50% 이하골재크기가클경우소성변형저항성증가하지만, 균열저항성은낮아짐 l 잔골재율 잔골재율이높을경우내마모율과균열저항성이높지만소성변형저항성이낮아짐 l 소성변형저항성증가 l 마찰저항성증가 l 골재의표면적과부피증가로아스팔트함량감소 l 강도증가 l 도로소음감소 최대골재크기 l 아스팔트함량증가에따른균열 저항성증가 커질경우장점 작아질경우장점 l 재료분리현상감소 l 주행평탄성향상 l 타이어마모감소 골재합성입도 Percent Passing Design Aggregate Structure Sieve Size (mm) Raised to 0.45 Power % weight of material DP(Dust Proportion) = 0.6 < % weight of effective < 1.6 asphalt binder

골재시험은 105 오븐으로골재를충분히건조한후에상온으로냉각하여수행함 골재체가름기 l 디지털식버니어캘리퍼스 (15cm) 등을이용하여체눈의가로또는세로크기와망굵기가체크 기가기준에적합여부확인 호칭 (mm) 50 40 30 25

5 가열아스팔트혼합물배합설계이론및시험방법 5 주요시험장비와재료의시험항목 공시체제작용시험장비 재료시험 l 주요장비 마샬다짐기, 공시체추출기열풍건조기, 기계믹서기전자식저울, 체가름시험기 l 보조기구 가열판, 적외선온도계몰드, 밑판, 칼라, 몰드용깔데기시료팬, 용기, 보울스페튤라, 혼합용스푼, 손삽 l 골재선정및물성시험 골재입도골재및채움재비중 l 아스팔트바인더선정및시험 아스팔트침입도시험 ( 품질확인 ) 동점도시험 ( 혼합및다짐온도설정 ) ü 골재시험은 105 오븐으로골재를충분히건조한후에상온으로냉각하여수행함 골재체가름기 l 디지털식버니어캘리퍼스 (15cm) 등을이용하여체눈의가로또는세로크기와망굵기가체크 기가기준에적합여부확인 호칭 (mm) 기준 (mm) 측정 ( 최대 ) 측정 ( 최소 )

6 가열아스팔트혼합물배합설계이론및시험방법 6 골재합성입도결정 l 골재의사용비율을조합하여규정된입도범위에적합한합성입도설정 l 골재합성방법일반적으로컴퓨터프로그램으로사용비율을조절하여합성입도를결정함밀립도아스팔트혼합물은최대밀도입도 (Fuller 입도 ) 에가깝게아래로구부러진활이나 S 자형태로합성입도를결정함소성변형저항성을높이려면 5mm체이하를입도기준하한에가깝게하여비율을낮추는것이좋음골재의편장석율이높을경우최대밀도입도와많이벗어날경우에는적합한공극율을얻을수없는경우가있음. 이경우에는최대밀도입도에가깝게골재의합성입도를결정함 골재합성입도결정 ( 예시 ) 통과중량백분율 (%) WC-3(20) 입도 최대밀도입도 (Fuller 입도 ) = *( 각체크기 / 최대골재크기 ) 체크기 (mm) 통 과 질 량 백 구분 25 mm 20 mm 13 mm 10 mm 5 mm 2.5 mm 기준 분 0.60mm 10~ mm 0.08 mm 굵은골재 잔골 6호 7호 재입도 (20~10) (13~15) No. 1 채움재 WC-3 23% 36% 37% 3.5% 90~ 72~90 56~80 35~65 23~49 율 0.30mm 5~19 3~13 2~ 합성입도

가열아스팔트혼합물배합설계이론및시험방법 7 추정아스팔트함량결정 l 추정아스팔트함량의결정은 5 종류의아스팔트함량으로배합설계하기위해중 간의아스팔트함량을정하는것임. l 추정식에골재합성입도에따른값을입력하여결정함. 기본식 결정예 l P b = 0.035a+0.045b+X c+f lp b : 전체혼합물중량에대한추정아스팔트의비율 (%) la : 2.5 mm (No.

7 가열아스팔트혼합물배합설계이론및시험방법 7 추정아스팔트함량결정 l 추정아스팔트함량의결정은 5 종류의아스팔트함량으로배합설계하기위해중 간의아스팔트함량을정하는것임. l 추정식에골재합성입도에따른값을입력하여결정함. 기본식 결정예 l P b = 0.035a+0.045b+X c+f lp b : 전체혼합물중량에대한추정아스팔트의비율 (%) la : 2.5 mm (No.8) 체에남은골재의중량비 (%) lb : 2.5 mm체를통과하고 0.8 mm체에남은골재의중량비 (%) lc : 0.08 mm (No.200) 체를통과한골재 ( 채움재 ) 의중량비 (%) lx : c 값이 11~15% 일경우 0.15 사용 c 값이 6~10% 일경우 0.18 사용 c 값이 5% 이하일경우 0.20 사용 lf : 0~2% 로서자료가없을경우비중이 2.6~2.7 인보통골재는 0.7~1% 사용. l 위에사용되는 % 는모두정수를사용함. l a = (-35) = 65% l b = (35-5.3) = 30% l c = 5% l X = 0.2 l F = 0.85 l P b =0.035* *30+0.2* =5.5% 시료혼합및다짐온도결정 구분 동점도 (cst, mm2 /s) 최소 190 혼합온도 ( ) 기준 170 최대 150 최소 310 다짐온도 ( ) 기준 280 최대 250

가열아스팔트혼합물배합설계이론및시험방법 8 시료혼합및다짐온도결정 구분 동점도 (cst, mm2 /s) 목표온도 ( ) 혼합용 온도 ( ) 최소 190 156 기준 170 160 최대 150 164 다짐용 온도 ( ) 최소 310 142 기준 280 144 최대 250 148

5mm에근접한양으로정하여계량함 l 골재는혼합온도보다 28 이상넘지않계최소 4시간가열하고, 아스팔트는최대 1시간가열한후혼합함 l 몰드에혼합물을넣을경우에는재료분리가생기지않도록깔대기를이용하여일시에쏟아부음 l 혼합물은양면다짐하며, 하룻밤지난후에탈형함 재료 공시체중량 (g) 종류배합율

8 가열아스팔트혼합물배합설계이론및시험방법 8 시료혼합및다짐온도결정 구분 동점도 (cst, mm2 /s) 목표온도 ( ) 혼합용 온도 ( ) 최소 기준 최대 다짐용 온도 ( ) 최소 기준 최대 골재계량및공시체제작 l 공시체의재료중량은다짐후공시체의높이가 63.5mm에근접한양으로정하여계량함 l 골재는혼합온도보다 28 이상넘지않계최소 4시간가열하고, 아스팔트는최대 1시간가열한후혼합함 l 몰드에혼합물을넣을경우에는재료분리가생기지않도록깔대기를이용하여일시에쏟아부음 l 혼합물은양면다짐하며, 하룻밤지난후에탈형함 재료 공시체중량 (g) 종류배합율 4.5% 5.0% 5.5% 6.0% 6.5% 20 mm mm 잔골재 채움재골재량 , , , , ,128 몰드에혼합물을넣음 아스팔트량 혼합물무게 - 1,200 1,200 1,200 1,200 1,200

9 가열아스팔트혼합물배합설계이론및시험방법 9 마샬다짐기및선회다짐기 Gyratory Compactor l 다짐해머 4.536kg, 다짐높이 mm, 다짐속도 65±5 회 / 분 l 304.8mm 304.8mm 25.4 mm 의철재받침대밑에 mm 의통나무받침대, 그밑에 20cm 두께의콘크리트받침대, 1cm 고무판 Pressure 600 kpa Ø150 mm gyrations /min 골재계량및공시체제작

울에물을채우지않은상태에서진공을시작한후기준기압이상이되었을때, 감압밸브를잠그고, 압력이감소하는지확인 이론최대밀도시험

10 가열아스팔트혼합물배합설계이론및시험방법 10 이론최대밀도시험기 l 아스팔트혼합물의공극이전혀없는상태의밀도를측정하는장비 l 잔류압력은 97kPa 이상이어야하며, 진동기는혼합물내부의공기를충분히제거 l 밀폐여부확인 : 울에물을채우지않은상태에서진공을시작한후기준기압이상이되었을때, 감압밸브를잠그고, 압력이감소하는지확인 이론최대밀도시험 l 혼합물을완전히다져서공극이전혀없을경우를가정한밀도 l 이론최대밀도측정용아스팔트혼합물을추정아스팔트함량으로별도로제작함 l 3 회측정후평균취함

종의아스팔트함량에대한이론최대밀도 l Pmm = 전체다지지않은혼합물의중량에대한퍼센트 (%) = l Pb = 혼합물의전체중량에대한아스팔트함량 (%) l Ps =

11 가열아스팔트혼합물배합설계이론및시험방법 11 이론최대밀도의계산방법 l 추정아스팔트함량 1 종을시험에의해이론최대밀도구하고, 아래의식에따라다른아스팔트함량의이론최대밀도를계산함 G mm Pmm = Ps Pb + G G se b l Gse = 골재의유효비중 l Gmm = 실측으로구한 1 종의아스팔트함량에대한이론최대밀도 l Pmm = 전체다지지않은혼합물의중량에대한퍼센트 (%) = l Pb = 혼합물의전체중량에대한아스팔트함량 (%) l Ps = 혼합물의전체중량에대한골재함량 (%) l Gb = 아스팔트의비중 G se P = P G mm mm mm - Pb P - G b b 공시체겉보기밀도측정 l 공시체내부에공극을포함한상태의밀도 l 제작한각각의공시체의겉보기밀도측정

8mm/ 분의속도로하중을재하하여측정함 변형강도시험법 3500 3000 P P(N) 2500 2000 1500 0 60 o C 물에 30

12 가열아스팔트혼합물배합설계이론및시험방법 12 마샬안정도시험 l 가혹한온도조건인 60 의공시체가소성흐름에저항할수있는최대저항력과이때까지의변형값 l 공시체높이측정후에 60 수조에 30 분간수침후 50.8mm/ 분의속도로하중을재하하여측정함 변형강도시험법 P P(N) o C 물에 30 분간수침후하중재하 à 속도 = 20mm/min 최대하중 (P), 침하깊이 (y) à S D 계산 4P S D = p [ D - 2( r - 2ry - y 2 ] y y(mm)

13 가열아스팔트혼합물배합설계이론및시험방법 13 변경강도시험기기준 간접인장강도 (ITS) l 아스팔트콘크리트의인장강도를직접인장상태로측정이어려워쪼개듯이간접적으로인장강도를측정 l 상하하중바를이용하여 50mm/min의정하중을가해 25C에서파괴시하중 (P) 를이용하여 ITS를계산 P l ITS =2P/(3.142xDxt) P=1,000kgf = 9,810N 두께 t= 6.3cm 수직변형

가열아스팔트혼합물배합설계이론및시험방법 14 아스팔트혼합물의체적개념 V mb V a VMA Air V b V ba VFA Asphalt Absorbed Asphalt V Volume 1

m Maximum Solid Agg Particle 시험결과분석 각공시체의밀도, 공극률등의체적특성, 공시체높이에따라계산아스팔트함량을 x축, 특성값을 y축으로도표를작성하여분석 AP 함량

457 2.439 2.421 2.407 아스팔트용적 (%) 10.05 11.36 12.55 13.77 14.92 공극률 (%) 7.70 5.47 3.53 3.18 2.

14 가열아스팔트혼합물배합설계이론및시험방법 14 아스팔트혼합물의체적개념 V mb V a VMA Air V b V ba VFA Asphalt Absorbed Asphalt V Volume 1 st suffix b Binder s Stone a Air m Mix V mm V se V sb Aggregate 2 nd suffix b Bulk e Effective a Absorb m Maximum Solid Agg Particle 시험결과분석 각공시체의밀도, 공극률등의체적특성, 공시체높이에따라계산아스팔트함량을 x축, 특성값을 y축으로도표를작성하여분석 AP 함량 (%) 특성치 겉보기밀도 (g/cm 3 ) 이론최대밀도 (g/cm 3 ) 아스팔트용적 (%) 공극률 (%) VMA(%) 포화도 (%) 변형강도 (kpa) ,424 3,897 4,049 3,754

15 가열아스팔트혼합물배합설계이론및시험방법 15 시험결과분석 Sd V a 4 % asphalt % asphalt VMA % asphalt VFA DP % asphalt % asphalt 최적아스팔트함량결정 최적아스팔트함량은공극률이 4% ( 기층은 5%) 일경우아스팔트함량을예비아스팔트함량으로결정다른특성값이예비아스팔트함량에서기준을만족하는지검토기준값을만족할경우에는예비아스팔트함량을최적아스팔트함량으로결정기준을만족시키지못할경우에예비아스팔트함량을재조정하거나재배합설계함 혼합물특성 기준범위 최적아스팔트함량에해당하는값 공극률 (%) 검토 변형강도 (MPa) 3.2 이상 3.8 합격 포화도 (%) 65~80 76 합격 VMA(%) 13 이상 * 16.5 합격 최적아스팔트함량 (%) 5.3

16 가열아스팔트혼합물배합설계이론및시험방법 16 휠트랙킹시험 l 아스팔트포장에실재차량이주행하며변형하는포장상태를모사한시험임. l 포장의소성변형에대한저항성을측정하는대표적인시험임

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 **,