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문제 정의
- 준고온 아스팔트는 혼합물의 온도 저하가 급격한 한랭지에서도 적용을 시도하여 성공적인 사례가 보고되고 있다(Kristjansdottif, 2006). 본 연구에서는 유럽의 점도 저하 기술, 일본의 기포 첨가제 및 자체 개발된 발포형 첨가제 3 종류의 준고온 첨가제를 사용하여 다짐도를 평가하였다. 다짐도는 시간 경과와 다짐도 관계, 온도 저감과 다짐도 관계 및 밀도 변화에 대하여 시험 분석 비교하였다.
제안 방법
- 감온은 2차에 거쳐 실시하였다. 1차 감온 다짐은 표준다짐온도 보다 30℃ 낮게 실시하였으며 2차 감온은 표준 다짐온도에 비하여 50℃를 낮게 하여 다짐도를 비교하였다. 다짐도 산정은 각 혼합물의 표준온도에서 무첨가 혼합물의 실측밀도와 준고온 혼합물의 실측밀도를 비교하여 다짐도를 산정하였다.
- SMA 혼합물은 표준 공시체를 150℃에서, 준고온 SMA 혼합물은 120℃에서 다짐을 실시하여 밀도 변화를 비교하였다. 그림 10은 SMA 혼합물의 다짐 시험 결과이다.
- 다짐 방법은 첨가제를 혼입하지 않은 일반 아스팔트 혼합물을 표준다짐온도 130℃에서 마샬 다짐을 실시하고 실측밀도를 측정하여 이때의 밀도를 100%로 하였다. 각 준고온 혼합물은 온도를 30℃ 저감하여 100℃의 건조오븐에서 60분, 90분, 120분, 150분 동안 양생 후 마샬 다짐을 실시하였다. 다짐도는 첨가제가 혼입된 혼합물의 실측밀도와 첨가제가 혼입되지 않은 혼합물의 실측밀도로 나누어 산정하였다.
- 각 첨가제 및 혼합물의 다짐 특성을 조사하기 위하여 ① 시간 경과에 따른 다짐도 ② 온도 저감과 다짐도의 관계 ③ 다짐 방법 및 횟수 변화에 따른 밀도 변화에 대하여 시험을 실시하였다. 각 시험에 대한 방법은 다음과 같이 수행하였다.
- 다짐 방법 및 횟수 변화에 따른 밀도 변화시험은 선회다짐 시험기를 사용하여 실시하였다. 시험에 사용한 선회다짐기의 사양은 표 3과 같다.
- 각 시험에 대한 방법은 다음과 같이 수행하였다. 다짐 방법으로는 현재 국내 아스팔트 배합설계 기준으로 되어 있는 마샬 다짐방법을 사용하여 시료를 양면 75회 다짐으로 제작하였다.
- 첨가제의 량을 서로 다르게 한 이유는 첨가제의 종류 및 특성에 따라 사용되는 첨가제량이 서로 다르기 때문이다. 다짐 방법은 첨가제를 혼입하지 않은 일반 아스팔트 혼합물을 표준다짐온도 130℃에서 마샬 다짐을 실시하고 실측밀도를 측정하여 이때의 밀도를 100%로 하였다. 각 준고온 혼합물은 온도를 30℃ 저감하여 100℃의 건조오븐에서 60분, 90분, 120분, 150분 동안 양생 후 마샬 다짐을 실시하였다.
- 1차 감온 다짐은 표준다짐온도 보다 30℃ 낮게 실시하였으며 2차 감온은 표준 다짐온도에 비하여 50℃를 낮게 하여 다짐도를 비교하였다. 다짐도 산정은 각 혼합물의 표준온도에서 무첨가 혼합물의 실측밀도와 준고온 혼합물의 실측밀도를 비교하여 다짐도를 산정하였다.
- 본 연구에서는 유럽의 점도 저하 기술, 일본의 기포 첨가제 및 자체 개발된 발포형 첨가제 3 종류의 준고온 첨가제를 사용하여 다짐도를 평가하였다. 다짐도는 시간 경과와 다짐도 관계, 온도 저감과 다짐도 관계 및 밀도 변화에 대하여 시험 분석 비교하였다. 다짐도 평가에 사용한 혼합물은 일반 아스팔트 혼합물, SBS 고분자 개질 아스팔트 혼합물 및 SMA를 사용하였다.
- 각 준고온 혼합물은 온도를 30℃ 저감하여 100℃의 건조오븐에서 60분, 90분, 120분, 150분 동안 양생 후 마샬 다짐을 실시하였다. 다짐도는 첨가제가 혼입된 혼합물의 실측밀도와 첨가제가 혼입되지 않은 혼합물의 실측밀도로 나누어 산정하였다.
- 온도저감에 따른 다짐도 관계는 일반 아스팔트 혼합물, SBS 고분자 개질 아스팔트 혼합물, SMA 혼합물에 대하여 실시하였다. 혼합물 시험으로부터 결정된 최적 첨가제 함량을 각 아스팔트 혼합물에 혼입하여 표 2에 나타낸 온도별로 온도를 저감하여 온도 저감에 따른 다짐 효과를 비교 분석하였다.
- 다짐도의 향상과 유지는 준고온 첨가제 화학작용으로 아스팔트 내에서 발생한 미세 기포가 혼합물 내에서 베어링으로 작용하기 때문이다. 이러한 메카니즘을 고려하여 다짐 시 골재의 이동이 용이한 니딩(kneading) 다짐을 사용하여 준고온 아스팔트 혼합물의 밀도 변화를 관측하였다.
- 준고온 첨가제의 종류 및 함량을 변화시키고 다짐 온도 변화에 따른 준고온 아스팔트 혼합물의 다짐도를 시험 분석한 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 표준 공시체는 준고온 첨가제가 혼입되지 않은 혼합물로 130℃에서 다짐을 실시하였다. 준고온 혼합물은 100℃에서 다짐을 실시하고 선회 다짐 횟수 변화에 따른 밀도 변화를 측정하였다. 그림 8은 밀도 변화를 선회 다짐 횟수에 따라 도시한 것이다.
- 시간 경과에 따른 다짐도 변화는 밀입도 아스팔트 혼합물에 대하여 다음과 같이 실시하였다. 첨가제 Ⅰ의 경우 아스팔트 바인더 중량의 1.5%, 2.5%, 3.5%, 4.5%를 130℃에서 혼합하였으며 첨가제 II의 경우 바인더 중량의 1.5%, 2.5%, 3.5%, 4.5%를 130℃에서 혼합하였다. 첨가제 III은 3.
- 온도저감에 따른 다짐도 관계는 일반 아스팔트 혼합물, SBS 고분자 개질 아스팔트 혼합물, SMA 혼합물에 대하여 실시하였다. 혼합물 시험으로부터 결정된 최적 첨가제 함량을 각 아스팔트 혼합물에 혼입하여 표 2에 나타낸 온도별로 온도를 저감하여 온도 저감에 따른 다짐 효과를 비교 분석하였다. 감온은 2차에 거쳐 실시하였다.
대상 데이터
- 시험에 사용한 아스팔트 혼합물은 3 종류를 사용하였다. 13mm 일반 밀입도 아스팔트 혼합물(AP-5), 13mm SBS 고분자 개질 아스팔트 혼합물 및 10mm SMA 혼합물을 사용하였다. 혼합물 제조에 사용된 입도분포곡선은 그림 1과 같다.
- 3 종류의 첨가제를 사용하였다. 첨가제 I 은 일본에서 생산된 제품으로 발포제 및 발포 강화제와 수종의 특정 첨가제를 혼합하여 제조되었으며 아스팔트 바인더에 특정한 미세포를 발생토록 한 특징을 가지고 있다.
- 다짐도는 시간 경과와 다짐도 관계, 온도 저감과 다짐도 관계 및 밀도 변화에 대하여 시험 분석 비교하였다. 다짐도 평가에 사용한 혼합물은 일반 아스팔트 혼합물, SBS 고분자 개질 아스팔트 혼합물 및 SMA를 사용하였다.
- 시험에 사용한 아스팔트 혼합물은 3 종류를 사용하였다. 13mm 일반 밀입도 아스팔트 혼합물(AP-5), 13mm SBS 고분자 개질 아스팔트 혼합물 및 10mm SMA 혼합물을 사용하였다.
성능/효과
- 1) 1차에서 온도를 30℃, 2차에서 저감 온도를 50℃로 저감하여 시험한 결과 1차 저감에서는 평균 99.8%의 다짐도를 나타냈으며 2차 저감에서는 99.5%를 나타내서 다짐 온도 저하로 인한 준고온 아스팔트 혼합물의 다짐도 변화가 현저하게 발견되지 않았다.
- 2) 준고온 첨가제의 혼입과 시간 경과의 관계를 분석한 결과 준고온 첨가제가 혼입된 시간으로부터 120분 경과 후에 밀도가 가장 크게 증가하였다. 이는 준고온 첨가제의 혼입 후 방치 시간도 다짐도에 영향을 미치는 중요한 변수라는 것을 나타내는 결과이다.
- 3) 다짐 방법을 선회 다짐으로 실시한 결과 혼합물의 종류에 따라 밀도의 변화가 첨가제의 종류에 따라 서로 다르게 나타났다. 혼합물 중에서는 SMA 혼합물이 표준 공시체에 비하여 밀도가 모두 증가하여 준고온 첨가제의 혼입이 SMA의 다짐도에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 4) 혼합물과 준고온 첨가제는 종류에 따라 밀도의 변화와 다짐곡선의 변화가 서로 다르게 나타나서 혼합물의 종류와 준고온 첨가제의 종류는 서로 영향을 주는 것으로 발견되었다.
- 그림 10은 SMA 혼합물의 다짐 시험 결과이다. SMA 혼합물의 경우 모든 준고온 SMA 혼합물에서 밀도가 증가하는 것으로 나타났다.
- 일반 아스팔트 혼합물의 경우 준고온 첨가제 II가 SBS고분자 개질 아스팔트 혼합물의 경우에는 준고온 첨가제 II와 III이 SMA의 경우에는 모든 준고온 첨가제가 밀도를 향상시키는 것으로 발견되었다. 다짐온도 저하와 다짐도의 관계에서는 1차 저감온도(표준 온도에 비하여 30℃ 저감)에서는 약 99.8%의 다짐도를 2차 저감온도(표준 온도에 비하여 50 ℃)를 저감한 경우에는 다짐도가 99.5%로 나타나서 온도 저감에 따른 다짐도는 크게 변화하지 않아서 준고온 첨가제의 혼입은 다짐 온도가 저하하더라도 다짐도에 크게 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 발견 사항으로는 준고온 첨가제가 각종 아스팔트 혼합물에 혼입될 경우 첨가제에 따라 다짐도와 밀도 변화가 다르게 나타나기 때문에 이러한 상관관계를 고려하여 첨가제 선정 시 고려되어야 할 사항으로 나타났다.
- 혼합물 제조에 사용된 입도분포곡선은 그림 1과 같다. 배합시험 결과 일반 밀입도 아스팔트 혼합물의 최적 아스팔트 비는 5.0%, SBS 고분자 개질 아스팔트 혼합물은 5.8%로 SMA 혼합물은 6.8%로 결정되었다.
- 시간 경과에 따른 다짐도 변화를 측정한 결과 준고온 첨가제의 종류에 따라 서로 다른 경향을 보이는 것으로 발견되었다. 첨가제 I의 경우가 다른 첨가제에 비하여 경과시간 변화와 첨가량 변화에 따라 다짐도의 일정한 변화를 보였으나 다른 첨가제로부터는 일정한 변화가 관찰되지 않았다.
- 일반 아스팔트 혼합물과 유사한 다짐도 저하 경향을 보이고 있으나 SBS 고분자 개질 아스팔트 혼합물이 가장 낮은 다짐도를 보였으나 큰 차이는 발생하지 않았다. 온도 저감을 실시하여 다짐도의 변화를 측정한 결과 첨가제의 종류에 따라 서로 다른 다짐 특성을 보이고 있으며 혼합물의 종류에 따라서도 영향을 받는 것으로 나타났다.
- 혼합물의 제조 시에는 발포 효과 보다는 혼합성을 더욱 향상시켜 포설 시 다짐도를 더욱 향상시킨다. 이 첨가제는 한랭기나 박층포장의 시공 시에 혼합물의 기존 제조온도 보다 10℃에서 4℃ 정도 낮아진 상태에서 시공성 및 다짐성을 확보토록 제조되었으며 포설 시 감온에 의한 이산화탄소의 배출량 및 교통규제시간을 줄이는 효과를 얻을 수 있다. 표 1은 첨가제 Ⅰ에 대한 특징을 요약한 표이고 사진 1은 첨가제 Ⅰ을 보인 것이다.
- 일반 아스팔트 혼합물의 경우 준고온 첨가제 II가 SBS고분자 개질 아스팔트 혼합물의 경우에는 준고온 첨가제 II와 III이 SMA의 경우에는 모든 준고온 첨가제가 밀도를 향상시키는 것으로 발견되었다. 다짐온도 저하와 다짐도의 관계에서는 1차 저감온도(표준 온도에 비하여 30℃ 저감)에서는 약 99.
- 준고온 첨가제가 아스팔트 혼합물에 혼입될 경우 다짐도가 향상되는 것을 일련의 시험으로부터 확인할 수 있었다. 다짐도의 향상과 유지는 준고온 첨가제 화학작용으로 아스팔트 내에서 발생한 미세 기포가 혼합물 내에서 베어링으로 작용하기 때문이다.
- 그림 2, 그림 3 및 그림 4는 밀입도 혼합물에 첨가제 I, II 및 III 이 혼입된 경우 시간 경과에 따른 다짐도의 변화를 도시한 것이다. 첨가제 I의 경우 2.5%가 혼입된 혼합물이 우수한 다짐도를 나타냈으며 경과시간이 120분에서 가장 높은 다짐도를 나타냈으며 2.5% 이외의 함유량에서도 동일한 결과를 보였다. 첨가제 II가 혼입된 경우에도 2.
- 첨가제 I의 경우가 다른 첨가제에 비하여 경과시간 변화와 첨가량 변화에 따라 다짐도의 일정한 변화를 보였으나 다른 첨가제로부터는 일정한 변화가 관찰되지 않았다. 첨가제의 공통적인 특징으로는 첨가량과 다짐을 위한 방치시간은 밀접한 관계가 있으며 120분에서 가장 다짐도가 크게 나타나서 준고온 첨가제 혼입 후 시가의 경과가 주요한 변수로 나타났다.
- 3) 다짐 방법을 선회 다짐으로 실시한 결과 혼합물의 종류에 따라 밀도의 변화가 첨가제의 종류에 따라 서로 다르게 나타났다. 혼합물 중에서는 SMA 혼합물이 표준 공시체에 비하여 밀도가 모두 증가하여 준고온 첨가제의 혼입이 SMA의 다짐도에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
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