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문제 정의
- 여기서, 굵은골재와 잔골재의 입형은 골재의 높은 내부마찰각과 소성변형에 대한 저항성을 보장하기 위한 것이다. 또한, 혼합물 내에 세장 편평한 입자가 함유될 경우 아스팔트 포장의 시 공중과 시공후 교통하중에 의해 입자가 부수어 지기 때문에 골재와 골재간의 접촉력이 상실되어 소성변형의 원인이 되기 때문이다.
- 그림 2는 현재 시험중인 결과의 일부이다. 현재 연구중에 있는 자료를 일부 발췌하여 잔골재 의 입형이 소성변형에 미치는 영향을 시험 분석한 자료이다. NAA(National Aggregate Association) 흐름시험 (flow test) 값의 변화가 소성변형 저항성에 미치는 영향을 직접 알아보기 위해 크 리프시험을 실시한 결과이다.
제안 방법
- 시험실시 전에 공시체를 2시간 동안 온도 양생실에서 양 생하여 공시체의 온도가 전체적으로 평행이 되 도록 하였다. 공시체에 MOkPa의 수직하중을 3, 600초 동안 하중을 재하하고 이후 4, 500초까지 하중을 풀어 이때 발생한 영구변형량을 측정하였다. 시험 결과 NAA값이 클수록 영구변형이 작게 나타나서 잔골재의 입형이 소성변형에 미치는 영향은 매우 큰 것으로 나타났다.
- 본고에서는 아스팔트 소성변형으로 인한 유지 보수 비용 및 안전관련 문제점, 소성변형 영향 인자, 소성변형 방지대책, 국내 설계기준의 문제 점, 마샬시험 장치의 문제점을 조사한 결과로서 1999년 11월 및 12월 대한토목학회지에 투고한 내용과 2000년 3월 건자재시험 연구소 주최 아 스콘 품질관리 기술교육에서 강의한 내용을 바탕으로 그 이후에 새로이 조사된 내용을 정리하여 서술하였다.
- 상기의 안정도 헤드가 안정도 및 흐름치값에 미치는 영향을 시험하기 위해서 아스팔트 함량4.5%, 5%, 5.5% 시편을 각각 5개씩 제작하여 안정도 시험을 실시하여 비교하였다. 비교 결과 국내에서 사용하고 있는 세 종류의 대표적인 안 정도 헤드의 상하부의 내경, 내부지름, 높이 및 시료 설치 후 상 하부의 이격거리를 측정한 결과 세 종류의 안정도헤드 모두 역시 각각 다르 게 측정되었다.
- 크리프시험은 60℃ 에서 비구속반복시 험으로 실시하였다. 시험실시 전에 공시체를 2시간 동안 온도 양생실에서 양 생하여 공시체의 온도가 전체적으로 평행이 되 도록 하였다. 공시체에 MOkPa의 수직하중을 3, 600초 동안 하중을 재하하고 이후 4, 500초까지 하중을 풀어 이때 발생한 영구변형량을 측정하였다.
- 이 연구에 의하면 현재 국내에 활발하게 연 구, 배합시험 및 품질시험을 수행하고 있는 대 학실험실 2개소, 연구소 2개소, 관련기관 2개소 및 서울, 경기지역의 플랜트를 방문하여 다짐장 비의 규격(해머의 무게, 해머의 자유낙하고, 안 정도 헤드) 다짐받침대의 크기, 받침목의 종류 와 크기, 바닥판(supporting floor), 기초판의 설 치방법을 조사하였으며, 다짐해머의 타격시 시 료에 가해지는 다짐에너지를 즉정하기 위해서 다짐판과 기초 바닥판에 전달되는 가속도를 가 속도계(accelometer)를 부착하여 측정하였다. 조 사된 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 이러한 사실은 미국 의 신도로연구계획에서도 강조되고 있으며, 많은 포장전문가들에 의해 확인된 바 있다. 특히, 국내의 암석의 성질상 편평 세장한 골재가 많은 비율을 차지하고 있기 때문에 이에 대한 적절한 조치가 필요하다 골재 선정시험은 일치성질과 근원성질의 두 가지 영역으로 나누어 평가하도 록 한다.
- 현재 국내에서 사용되고 있는 안정도 헤드중 대표적인 3가지의 안정도 헤드를 수집하여 헤드 의 규격, 상부 및 하부 궁형의 이격거리, 시편의 안정도 및 흐름치를 측정 비교하였다. 수집된 안정도 헤드의 종류는 다음과 같다.
이론/모형
- 이때 공극의 양이 크면 클수록 모가 난 골재의 양이 많아진 다. 이 시험법은 "NAA(National Aggregate Association) 흐름시험(flow test)" 이라고도 불리 우는데 이 시험은 AASHTO TP 33 A 방법 "다지지 않은 잔골재의 공극률 시험법”의 규정 에 맞추어 실행하여야 한다. 실린더 내부 골재 의 다지지 않은 공극의 양은 다음 식으로 계산 된다.
성능/효과
- Zube는 밀입도 아스팔트 혼합물이 대략 8% 의 공극률에서 매우 투수성이 높아짐을 밝힌 바 있다. 8% 이하의 공극률에서는 투수성이 문제가 되지 않으나 공극률이 8% 이상일 경우 투수 성이 급격히 증가함을 알 수 있다. Brown, Collins, Brownfield도 조지아주의 재료 분리된 혼합물에 대한 연구에서 아스팔트 혼합물의 공 극률이 대략 8% 이하일 때 불투수성이라는 것 응 밝혔다.
- Santucci 등은 아스팔트 시멘트의 잔류침입도가 아스팔트 포장의 공극률 에 영향을 받는다는 것을 밝혔다. 공극률이 8% 를 초과함에 따라 아스팔트 시멘트의 침입도의 손실이 급격히 증가한다는 것을 보여준다. 따라서 밀입도 아스팔트 혼합물이 공극률 8% 이하 에서 시공된다면 균열과 라벨링을 조기에 유발 케 하는 빠른 경화를 방지하고 양호한 공용성과 를 보이게 된다.
- 그림 6은 세 종류의 안정도 헤드를 사용하여 동일한 조건에서 측정한 안정도 시험결과이다. 국 내산 안정도를 사용한 시험결과가 가장 크게 나 타났으며 자동 안정도헤드의 안정도 값이 가장 작게 나타났다. 안정도 값이 다르게 나타나는 이유는 안정도 헤드의 규격차이에서 발생되는 것으로 예상된다.
- 5% 시편을 각각 5개씩 제작하여 안정도 시험을 실시하여 비교하였다. 비교 결과 국내에서 사용하고 있는 세 종류의 대표적인 안 정도 헤드의 상하부의 내경, 내부지름, 높이 및 시료 설치 후 상 하부의 이격거리를 측정한 결과 세 종류의 안정도헤드 모두 역시 각각 다르 게 측정되었다.그림 6은 세 종류의 안정도 헤드를 사용하여 동일한 조건에서 측정한 안정도 시험결과이다.
- 공시체에 MOkPa의 수직하중을 3, 600초 동안 하중을 재하하고 이후 4, 500초까지 하중을 풀어 이때 발생한 영구변형량을 측정하였다. 시험 결과 NAA값이 클수록 영구변형이 작게 나타나서 잔골재의 입형이 소성변형에 미치는 영향은 매우 큰 것으로 나타났다.
- 따라서 밀입도 아스팔트 혼합물이 공극률 8% 이하 에서 시공된다면 균열과 라벨링을 조기에 유발 케 하는 빠른 경화를 방지하고 양호한 공용성과 를 보이게 된다. 이와 같은 연구결과로부터 밀 입도 아스팔트 혼합물은 8% 이하의 초기 공극 률을 갖도록 시공하여야 하며, 교통개방후 최종 공극률이 3% 이상 되어야 한다는 결론을 얻을 수 있다. 이러한 제한 조건을 만족시키고 양호 한 골재와 아스팔트 시멘트를 사용한다면 좋은 공용성과를 기대할 수 있을 것이다.
- 안정도 값이 다르게 나타나는 이유는 안정도 헤드의 규격차이에서 발생되는 것으로 예상된다. 자동용 안정도 헤드의 경우 상부 안정도 헤드가 시료 전체를 고르게 누르고 있어서 안정도 값이 작게 나타나고 있으며 국산 안정도 헤드는 헤드의 규격이 적절하지 못하여 시료 표면에 안정도 헤드가 닿지 않고 시료의 좌우 양편에 닿고 있어서 안정도 헤드가 시료면 에 전체적으로 닿을 때까지는 가해지는 압력의 상승과 시간이 소요됨으로서 안정도 값이 측정 되는 것으로 밝혀졌다. 한편, 외국산 안정도 헤 드는 자동에 비하여 헤드 상부가 시료에 닿는 면적이 자동에 비하여 작고, 국내산에 비하여 크기 때문에 중간값을 보이고 있다.
- 표 2는 다짐장치의 제원을 조사한 결과이다. 조사 결과에 의하면 강판의 두께는 모두 일정하였으나, 받침목의 높이는 외국산 제품의 경우 425mm에서 457mm로 차이가 있었으며 국산제 품은 440mm 에서 450mm로 측정되었다. 특히, 일부 국내 제품은 속이 비어있는 받침목을 사용한 다짐기도 있어서 타격시 발생하는 타격에너 지의 흡수와 반동의 발생으로 인하여 다짐시에 혼합물에 전달되는 에너지에 크게 영향을 미칠 것으로 예상된다.
후속연구
- 각 다짐기 마다 무게 낙하높이 목재의 재질 이 서로 달라서 측정된 가속도를 근거로 어떠한 다짐기가 올바른 형식을 가지고 있는지 쉽게 결 론을 낼 수 없는 실정이다. 그러나 한가지 분명 한 사실은 본 연구에서 도출된 것처럼 국내의 마샬다짐장치는 가까운 시일 내에 규격의 재조 사, 다짐기의 기초설치 조건의 명시, 안정도 헤 드의 규격 재정비 등 여러 분야에서 국가적인 정비가 실시되어야 한다.
- 본고에서는 언급하지 않았지만 아스팔트 혼합 물은 시험실에서의 배합설계, 플랜트제조, 시공 의 세 단계를 거치기 때문에 이 세 단계가 모두 일치되었을 때 소성변형이 최소로 발생하는 우수한 품질을 갖춘 아스팔트 포장이 탄생하게 된다. 시간과 연구 여건이 허락되는대로 국내 플 랜트의 현황과 시공상에서 발생할 수 있는 상황 및 문제점에 대해서도 연구검토하여 본 학회지 를 통하여 투고할 예정이다.
- 이와 같은 연구결과로부터 밀 입도 아스팔트 혼합물은 8% 이하의 초기 공극 률을 갖도록 시공하여야 하며, 교통개방후 최종 공극률이 3% 이상 되어야 한다는 결론을 얻을 수 있다. 이러한 제한 조건을 만족시키고 양호 한 골재와 아스팔트 시멘트를 사용한다면 좋은 공용성과를 기대할 수 있을 것이다.
- 다져진 아 스팔트 혼합물 내에 골재표면에 코팅된 아스팔 트와 공기가 차지하고 있는 공간을 골재간극률 이라고 부르고, VMA로 표시한다. 현재 국내규 정에도 VMA에 대한 규정이 언급되어 있으나, 체적구성 비율개념이 도입된 배합설계를 도입함 으로써 소성변형과 관련된 문제점을 최소화 할 수 있을 것이다. 많은 경우에 있어서 배합설계 시 가장 어려운 부분은 골재내의 최소 VMA를 결정하는 것이다.
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