15년 정도의 짧은 역사를 가지고 있는 중온 아스팔트 포장은 국내·외적으로 현재 가장 관심대상이 되는 에너지 절약과 환경보호를 추구하는 도로건설분야의 그린기술이다. 본 연구는 이러한 중온 아스팔트의 물성평가를 아스팔트 덩어리 전체 거동으로 고려한 기존 침입도, 점도, 그리고 수퍼페이브에 의한 아스팔트 시험방식으로부터 벗어나 아스팔트 피막두께에 따른 물성평가로 시각을 바꾸어 새로운 프로토콜을 제시하고 결과분석에 따른 새로운 평가기준제안을 하는 것이 목적이다. 이를 위해 기존에 개발한 DSR Moisture Damage의 실험 및 분석의 기본틀을 ARES장비를 통해 각 피막두께별 물성을 측정하고 분석하였다. 분석결과를 통해 $200{\mu}m$와 $400{\mu}m$ 사이에 물성의 급격한 변화를 볼 수 있는 한계피막두께가 존재하고 또한 가열아스팔트와 중온아스팔트가 가지고 있는 한계피막두께근처에서 발생하는 물성의 급격한 변화가 서로 다르다는 것을 확인할 수 있었다. 이런 결과를 통해 기존 가열 아스팔트와 성질이 다른 중온 아스팔트를 제대로 평가하기 위해서는 $200{\mu}m$와 $400{\mu}m$ 사이 피막두께의 물성평가를 고려해야한다는 것을 제안한다.
15년 정도의 짧은 역사를 가지고 있는 중온 아스팔트 포장은 국내·외적으로 현재 가장 관심대상이 되는 에너지 절약과 환경보호를 추구하는 도로건설분야의 그린기술이다. 본 연구는 이러한 중온 아스팔트의 물성평가를 아스팔트 덩어리 전체 거동으로 고려한 기존 침입도, 점도, 그리고 수퍼페이브에 의한 아스팔트 시험방식으로부터 벗어나 아스팔트 피막두께에 따른 물성평가로 시각을 바꾸어 새로운 프로토콜을 제시하고 결과분석에 따른 새로운 평가기준제안을 하는 것이 목적이다. 이를 위해 기존에 개발한 DSR Moisture Damage의 실험 및 분석의 기본틀을 ARES장비를 통해 각 피막두께별 물성을 측정하고 분석하였다. 분석결과를 통해 $200{\mu}m$와 $400{\mu}m$ 사이에 물성의 급격한 변화를 볼 수 있는 한계피막두께가 존재하고 또한 가열아스팔트와 중온아스팔트가 가지고 있는 한계피막두께근처에서 발생하는 물성의 급격한 변화가 서로 다르다는 것을 확인할 수 있었다. 이런 결과를 통해 기존 가열 아스팔트와 성질이 다른 중온 아스팔트를 제대로 평가하기 위해서는 $200{\mu}m$와 $400{\mu}m$ 사이 피막두께의 물성평가를 고려해야한다는 것을 제안한다.
Warm-Mix Asphalt(WMA) technologies have been developed since 15 years ago, which are internationally and domestically concerned with energy-saving and environmental-friendly technologies in public and private sectors of highway engineering. The performance of asphalt mass is traditionally evaluated ...
Warm-Mix Asphalt(WMA) technologies have been developed since 15 years ago, which are internationally and domestically concerned with energy-saving and environmental-friendly technologies in public and private sectors of highway engineering. The performance of asphalt mass is traditionally evaluated by the penetration, viscosity, or Superpave tests. This research, however, is focused more on the properties depending on asphalt film thicknesses instead of evaluating asphalt mass behaviors by those tests. For this approach, a new testing protocol and analysis method are described by the bonding properties on each film thickness. This testing method and analysis tool are borrowed from those of DSR Moisture Damage test and applied by using ARES. The analysis results indicate that there is a limit film thickness between $200{\mu}m$ and $400{\mu}m$, which causes significant changes of the properties. In addition, the results show that the property changes of Hot-Mix Asphalt(HMA) and WMA on the limit film thickness are also different. Therefore, it is suggested that the properties on thin film thicknesses between $200{\mu}m$ and $400{\mu}m$ should be considered in order to evaluate WMA properly.
Warm-Mix Asphalt(WMA) technologies have been developed since 15 years ago, which are internationally and domestically concerned with energy-saving and environmental-friendly technologies in public and private sectors of highway engineering. The performance of asphalt mass is traditionally evaluated by the penetration, viscosity, or Superpave tests. This research, however, is focused more on the properties depending on asphalt film thicknesses instead of evaluating asphalt mass behaviors by those tests. For this approach, a new testing protocol and analysis method are described by the bonding properties on each film thickness. This testing method and analysis tool are borrowed from those of DSR Moisture Damage test and applied by using ARES. The analysis results indicate that there is a limit film thickness between $200{\mu}m$ and $400{\mu}m$, which causes significant changes of the properties. In addition, the results show that the property changes of Hot-Mix Asphalt(HMA) and WMA on the limit film thickness are also different. Therefore, it is suggested that the properties on thin film thicknesses between $200{\mu}m$ and $400{\mu}m$ should be considered in order to evaluate WMA properly.
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문제 정의
아스팔트의 물성 또한 그러한 변화가 다양한 성질을 가지고 있기에 지금까지 보인 선형점탄성 G*나 85% 선형구간의 한계점인 선형점탄성 G*에서의 전단응력을 보고 분석하는 것만으로 연구한 아스팔트의 물성변화를 알 수 있다고 할 수 없을 것이다. 그러므로 지금부터는 아스팔트의 선형구간으로부터 비선형 구간까지 전체적인 그래프를 보고 비교함으로서 정성적인 분석을 시도하고자 한다.
본 시험은 일반 DSR 장비를 사용해서 정해진 1mm 피막두께에서 물성을 확인하는 방법에서 벗어나 아스팔트 피막두께를 일정하게 변화시키면서 다양한 피막두께에 따른 아스팔트의 물성을 확인할 수 있는 방법이다. 이 시험에서는 피막두께 변화를 줄 때의 가열온도를 60℃ 하나로만 고정하고 90℃ 같은 높은 온도는 사용하지 않았다.
본 실험에서 가장 중요한 특징은 아스팔트의 피막두께를 다양하게 변화시켜가면서 가열 아스팔트와 중온 아스팔트의 역학적 물성차이를 비교하는 것이다. 그리고 한 가지 주의할 점은 본 실험에서 사용하는 역학적인 실험방법은 기존의 SHRP에서 개발한 수퍼페이브 표준 아스팔트의 비파괴 모드와는 다른 파괴모드라는 것이다.
본 연구는 일반 가열 아스팔트보다 낮은 온도에서 생산하고 포설하며 다지는 아스팔트의 성능을 기존 가열 아스팔트 덩어리 물성을 평가하는 것에서 벗어나 새로운 형태의 성능평가 방법을 찾기 위한 노력의 결과이다. 이러한 결과들을 다음과 같이 정리해 볼 수 있다.
상기에 한계두께와 증폭값 사이의 관계에 대한 분석 및 추정을 한다는 내용을 언급한 적이 있다. 여기서 그 증폭값이 한계두께와 어떠한 관계가 있을 수 있는지 분석을 해보고 그 분석한 결과를 통해서 어떠한 추정을 하고자 한다. 우선 PG64-22에서 보이는‘각 피막두께 별 전단응력 값의 차이’를 보면 피막두께 1000~800㎛와 800~600㎛까지 그 전단응력값의 차이가 4,389Pa에서 1,767Pa을 뺀 값인 2,622Pa만큼 증가했고, 800~600㎛로부터 600~400㎛까지 4,014Pa만큼 증가하다가, 600~400㎛로부터 400~200㎛까지 940Pa 만 증가하는 경향을 보이고 있다.
여기서 이전에 고찰한 선형점탄성 G*와 관련해서 전단응력을 포함한 고찰을 다시 해서 정리해보고자 한다. 두 종류의 아스팔트의 피막 두께가 1000㎛, 800㎛600㎛, 400㎛까지 변할 때 PG64-22와 PG64-22+KW3의 선형점탄성 G*는 전혀 다른 증가 경향을 보이는 반면, PG64-22와 PG64-22+KW3의 한계점 전단응력은 둘 다 비슷한 경향을 보인다.
이에 반해 우리나라는 저탄소 중온 아스팔트 포장 공법에 대한 연구를 시작한지 4~5년 정도 되었지만 구미 선진국과는 아직도 약 10년 정도 되는 기술개발경력의 차이를 보이고 있어 원천기술의 국산화 및 표준화를 위한 노력을 하고 있는 중이다. 이러한 노력중의 하나로 본 연구에서는 최근 국내 연구진에 의해 개발된 중온 아스팔트용 첨가제를 사용하여 피막두께가 아스팔트의 접착성능에 미치는 영향을 평가하고자 제안된 실내 시험방법으로 실험 및 분석을 실시하였다.
가설 설정
8) 다른 피막두께를 위한 시험도 위의 과정을 반복한다. 다듬기 위한 피막두께는 결정된 피막두께 +50μm를 사용한다.
이러한 일부 피막두께에서 G*값이 최대가 되는 결과로 판단컨데, 선형점탄성 G*와 관련하여 특정한 물성값을 변화시키는 한계 피막두께가 존재한다는 추정을 할 수 있다. 만약에 이러한 한계 피막두께가 존재한다면 본 실험 결과를 통해 200㎛과 400㎛ 사이에 있을 것으로 가정을 할 수 있다.
이러한 사실에 기초하여 본 논문에서는 한 가지 가정을 하였다. 이 가정은 기존의 수퍼페이브에서 1mm로 고정된 덩어리 유동물성을 위한 피막두께 시험결과와는 달리 피막두께의 변화에 따른 접착면 물성 특이점이 존재한다는 것이다. 이러한 가정을 입증하기 위해 상기에 설명한 DSR Moisture Damage Test와 이 시험 분석 방법을 응용한 시험을 하였다.
제안 방법
7) 10Hz의 진동수와 40℃시험온도에서 Strain Sweep Test를 실시한다.
ARES는 Stress Control 방식으로서 사용할 수 없고 오직 Strain Control 방식으로만 사용할 수 있는 장비이기에 Strain Sweep 시험법으로 실험을 실시하였다. Strain Sweep 시험에서 사용한 증가율은 Linear Ramp방식으로 한 주기당 0.1%씩 증가시켰다. Strain Sweep 시험을 통해 시료에 작은 회전전단응력으로부터 큰 회전전단응력까지 시간 또는 반복 횟수가 늘어감에 따라 점차적으로 증가하고 가해진 반응을 측정한다.
1%씩 증가시켰다. Strain Sweep 시험을 통해 시료에 작은 회전전단응력으로부터 큰 회전전단응력까지 시간 또는 반복 횟수가 늘어감에 따라 점차적으로 증가하고 가해진 반응을 측정한다. 이러한 Strain Sweep 시험을 통해 아스팔트 선형 구간안에서의 거동을 볼 수 있을 뿐만 아니라, 비선형 구간안에서의 거동을 볼 수 있기에 수퍼페이브의 표준 아스팔트 시험법으로 파악할 수 없는 아스팔트의 물성을 구할 수 있다.
, 2008). 본 실내 실험은 DSR Moisture Damage Test를 수정하여 실시하였고, 사용한 시험장비는 기존의 DSR Moisture Damage Test 방법에서 사용한 Paar Physica의 MCR300을 대체하여 Advance Rheometric Expansion System (ARES)장비로 실험을 수행하였다. 본 연구의 실내 실험에서 사용한 ARES는 Rheometric Scientific사의 Strain Control 모드로 작동되는 고분자 재료나 아스팔트 같은 유기물질의 유동학적 물성을 측정하는 장비이다.
본 실험에서 사용한 시험방법은 응력이 아니라 변형률 (Shear Strain)을 점점 높이는 Strain Sweep 시험으로서 높은 응력상태에서는 Stress Sweep 시험보다 훨씬 큰 폭으로 응력을 증가시킨다. 이렇게 증가하는 응력상황에서는 그림 4의 (a)와 같은 일부 제한된 조건(얇은 피막)의 실험을 제외하고는, 그림 4의 (b), (c), (d), (e)등 처럼 그 응력들에 따른 항복곡선이 보이는 구간이 나타난 다음, 아스팔트변형이 소폭 회복하거나 2차 항복곡선 구간이 나타나는 현상이 발생한다.
본 실험에서는 기존 금속 플레이트를 사용하여 가열 아스팔트 PG64-22와 중온 아스팔트 PG64-22+KW3두 종류의 아스팔트를 60℃에서 각 200㎛, 400㎛, 600㎛, 800㎛, 1000㎛ 피막두께로 설치하고, 40℃의 시험온도에서 Strain Sweep을 실시하였다. 표 2는 이러한 시험온도 및 피막두께 변화에 따른 선형점탄성 복소탄성계수(G*), 85% 선형점탄성 G*및 85% 선형점탄성 G*에서의 전단응력을 분석하여 정리한 값이다.
본 연구에서는 중온화 첨가제의 효과를 알아보기 위해 중온화 첨가제를 넣지 않은 대조군과 중온화 첨가제를 넣은 실험군 2종의 아스팔트를 사용하였다. 대조군으로서 아스팔트는 일반 아스팔트(PG64-22)를 사용하였으며, 실험군을 만들기 위해 이 일반 아스팔트에 아스팔트 중량 기준으로 3%를 섞은 저탄소 중온화 첨가제 (KW3)는 폴리에틸렌계 왁스로서 아스팔트에 첨가되어 점도를 감소시키는 특징을 가진다.
그리고 실재 시험 온도는 수퍼페이브의 기준으로 25mm 직경의 시료 사용 시 제안한 가장 낮은 온도인 40℃에서 실시하였다. 이 시험을 통해 피막두께 1mm(1000㎛), 0.8mm(800㎛), 0.6mm(600㎛), 0.4mm(400㎛), 0.2mm(200㎛)까지 5종류의 피막두께별 물성평가 실험을 실시하였다. Strain Sweep 시험을 위한 과정은 다음과 같다.
이 가정은 기존의 수퍼페이브에서 1mm로 고정된 덩어리 유동물성을 위한 피막두께 시험결과와는 달리 피막두께의 변화에 따른 접착면 물성 특이점이 존재한다는 것이다. 이러한 가정을 입증하기 위해 상기에 설명한 DSR Moisture Damage Test와 이 시험 분석 방법을 응용한 시험을 하였다.
이 그래프를 보면 15000Pa의 전단응력값에서부터 PG64-22+KW3가 PG64-22보다 G*값이 떨어지는 것이 나타난다. 이런 현상이 발생한 원인을 살피는 것은 상당히 힘들고, 또한 분석의 간단성을 꾀하기 위해, 피막두께 1000㎛의 그래프에서 선형구간과 비선형구간을 같이 가지고 있는 15000Pa 이후의 그래프 형태가 피막 두께 1000㎛의 일반적인 경향이라고 간주하고 분석을 시작하겠다.
따라서 이를 확인하고 사전시험을 통해 성능을 확인할 수 있는 시험방법이 필요하다. 이를 위해서는 온도 변화와 코팅하는 피막두께를 변화시키면서 중온 아스팔트의 물성을 조사할 수 있는 장비의 선택이 가장 중요한 요소가 되며, 이러한 아스팔트의 물성을 시험하기 위한 장비로서 동적전단유동기(Dynamic Shear Rheometer, DSR)를 선택했다. DSR은 고분자 물질의 점탄성체의 물성을 측정 분석하기 위한 정밀 장비로서, 국제적으로 아스팔트 기본 거동 특성을 파악하는데 사용하고 있다.
대상 데이터
본 연구에서는 중온화 첨가제의 효과를 알아보기 위해 중온화 첨가제를 넣지 않은 대조군과 중온화 첨가제를 넣은 실험군 2종의 아스팔트를 사용하였다. 대조군으로서 아스팔트는 일반 아스팔트(PG64-22)를 사용하였으며, 실험군을 만들기 위해 이 일반 아스팔트에 아스팔트 중량 기준으로 3%를 섞은 저탄소 중온화 첨가제 (KW3)는 폴리에틸렌계 왁스로서 아스팔트에 첨가되어 점도를 감소시키는 특징을 가진다.
일반적으로 폴리에틸렌계 왁스를 제조하는 방법은 다음과 같이 3가지 방법으로 분류할 수 있다. 이 중에서 본 연구에서는 피셔트로프슈법에 의해 제조된 왁스를 중온 첨가제로서 사용하였다.
이론/모형
이러한 파괴모드 실험 방법은 작은 회전전단응력으로부터 큰 회전전단응력까지 점점 응력값을 높이면서 아스팔트의 선형 응답 영역을 확인하는 Stress Sweep 시험과 응력대신 변형률 값이 증가하는 Strain Sweep 시험방법이 있다. ARES는 Stress Control 방식으로서 사용할 수 없고 오직 Strain Control 방식으로만 사용할 수 있는 장비이기에 Strain Sweep 시험법으로 실험을 실시하였다. Strain Sweep 시험에서 사용한 증가율은 Linear Ramp방식으로 한 주기당 0.
본 연구에서는 중온 아스팔트와 골재의 사이의 접착 물성을 측정하기 위해 개발된 DSR Moisture Damage Test의 시험방법을 차용했다(Cho, D.W., Bahia, H. U., 2007; Cho, D.W., 2008). 본 실내 실험은 DSR Moisture Damage Test를 수정하여 실시하였고, 사용한 시험장비는 기존의 DSR Moisture Damage Test 방법에서 사용한 Paar Physica의 MCR300을 대체하여 Advance Rheometric Expansion System (ARES)장비로 실험을 수행하였다.
성능/효과
1. 아스팔트의 피막두께 변화에 따른 영향에서 85% 선형점탄성 G*에서의 전단응력 값은 일반 가열 아스팔트 PG64-22 그리고 중온 아스팔트 PG64-22+KW3 사이에서 별 차이가 없다. 또한 선형점탄성 G*와는 달리 85% 선형점탄성 G*에서의 전단응력 값은 피막두께 변화에 따라 특성적이면서 안정적인 변화 추세를 보여준다.
2. 아스팔트의 피막두께에 따른 전단응력을 관찰한 결과 200㎛와 400㎛ 피막두께 사이에 일반 가열 아스팔트 PG64-22와 중온 아스팔트 PG64-22+KW3의 물성이 변하는 한계 두께가 존재한다는 것을 알 수 있다.
4. 또한 정성적인 분석을 통해본 중온 아스팔트는 1,000㎛에서 400㎛까지의 두께에서는 가열 아스팔트의 보다 낮은 G*값을 보이다가 400㎛에서 200㎛에 이를 때는 역전하는 현상을 보이고 있다. 이는 중온 아스팔트와 가열 아스팔트의 피막두께에 따른 물성변화가 다름을 확인할 수 있는 부분이다.
PG64-22에서는 6%, 14%, 그리고 24%까지 증가하다가 400㎛와 200㎛ 사이에서 약간 감소하는 경향을 보이고 있고, PG64-22+KW3는 5%, 12%, 18%, 그리고 31%까지 계속해서 증가하는 경향을 보이고 있다. 이러한 결과를 가지고 볼 때 피막두께가 얇아지면서 전단 응력의 상대적인 증가폭 또한 대체적으로 증가한다는 것을 확인할 수 있다.
이전에 설명을 했던 것처럼 PG64-22+KW3는 PG64-22 일반 아스팔트에 중온 첨가제인 KW3를 첨가시킨 중온 아스팔트이다. 그러므로 중온 아스팔트 PG64-22+KW3가 일반 아스팔트 PG64-22의 전단응력 값의 차이 경향과 다르게 보이는 것은 KW3의 영향에 의한 것임을 확인할 수 있다.
두 종류의 아스팔트의 피막 두께가 1000㎛, 800㎛600㎛, 400㎛까지 변할 때 PG64-22와 PG64-22+KW3의 선형점탄성 G*는 전혀 다른 증가 경향을 보이는 반면, PG64-22와 PG64-22+KW3의 한계점 전단응력은 둘 다 비슷한 경향을 보인다. 그리고 400㎛이하의 얇은 피막이 되면서부터 PG64-22와 PG64-22+KW3의 선형점탄성 G*는 둘 다 값이 갑작스럽게 떨어지는 비슷한 경향을 보이고 있고 PG64-22와 PG64-22+KW3는 한계점 전단응력의 증가폭이 비슷하던 경향이 바뀌면서 PG64-22는 증가폭이 줄어드는 추세를 그리고 PG64-22+KW3는 증가폭이 늘어나는 추세를 보이고 있다. 이처럼 한계두께로 가정된 피막두께는 아스팔트 피막두께와 아스팔트 성질이 서로 상호 연관되면서 피막두께의 변화에 따라 아스팔트의 물성변화가 급격하게 보이는 하나의 한계점처럼 보인다
본 실험에서 가장 중요한 특징은 아스팔트의 피막두께를 다양하게 변화시켜가면서 가열 아스팔트와 중온 아스팔트의 역학적 물성차이를 비교하는 것이다. 그리고 한 가지 주의할 점은 본 실험에서 사용하는 역학적인 실험방법은 기존의 SHRP에서 개발한 수퍼페이브 표준 아스팔트의 비파괴 모드와는 다른 파괴모드라는 것이다. 이러한 파괴모드 실험 방법은 작은 회전전단응력으로부터 큰 회전전단응력까지 점점 응력값을 높이면서 아스팔트의 선형 응답 영역을 확인하는 Stress Sweep 시험과 응력대신 변형률 값이 증가하는 Strain Sweep 시험방법이 있다.
와 관련해서 전단응력을 포함한 고찰을 다시 해서 정리해보고자 한다. 두 종류의 아스팔트의 피막 두께가 1000㎛, 800㎛600㎛, 400㎛까지 변할 때 PG64-22와 PG64-22+KW3의 선형점탄성 G*는 전혀 다른 증가 경향을 보이는 반면, PG64-22와 PG64-22+KW3의 한계점 전단응력은 둘 다 비슷한 경향을 보인다. 그리고 400㎛이하의 얇은 피막이 되면서부터 PG64-22와 PG64-22+KW3의 선형점탄성 G*는 둘 다 값이 갑작스럽게 떨어지는 비슷한 경향을 보이고 있고 PG64-22와 PG64-22+KW3는 한계점 전단응력의 증가폭이 비슷하던 경향이 바뀌면서 PG64-22는 증가폭이 줄어드는 추세를 그리고 PG64-22+KW3는 증가폭이 늘어나는 추세를 보이고 있다.
이 표에서 선형점탄성 G*값은 최소값 172,420Pa에서부터 최대값 225,220Pa 사이에 분포하고 있다. 선형점탄성 G*값에서 PG64-22 아스팔트는 200㎛ 피막두께에서만 200,000Pa 이하의 값인 184,035Pa의 값이 보이는 반면, PG64-22+KW3의 아스팔트는 400㎛와 1000㎛에서만 200,000Pa이 넘는 값을 나타내어 전체적으로 PG64-22가 PG64-22+KW3보다는 약간 높은 선형점탄성 값을 보이는 경향이 있음을 알 수 있다.
에서의 전단응력 값들이다. 우선 이 전단응력 값들을 분석하면서 관찰된 첫 번째 현상은 일반 아스팔트 PG64-22와 중온 아스팔트 PG64-22+KW3 사이에서 보이는 전단응력 값들이 전반적으로 큰 차이는 없다는 것이다. 이것은 가열 아스팔트 PG64-22와 중온 아스팔트 PG64-22+KW3의 성능이 큰 차이가 나지 않는다는 하나의 증거가 될 수 있다.
PG64-22에서는 6%, 14%, 그리고 24%까지 증가하다가 400㎛와 200㎛ 사이에서 약간 감소하는 경향을 보이고 있고, PG64-22+KW3는 5%, 12%, 18%, 그리고 31%까지 계속해서 증가하는 경향을 보이고 있다. 이러한 결과를 가지고 볼 때 피막두께가 얇아지면서 전단 응력의 상대적인 증가폭 또한 대체적으로 증가한다는 것을 확인할 수 있다.
따라서 본 논문에서 고찰한 여러 가지 가정이나 추정은 본 실험의 사용 재료를 근거로 이루어진 것이다. 이러한 분석을 통해 발견된 중요한 현상은 PG64-22와 PG64-22+KW3 두 가지 아스팔트 모두 400㎛의 피막두께에서 선형점탄성 G*값이 최대가 되고, 200㎛의 피막두께에서는 최소값으로 변화한다는 것이다. 이러한 일부 피막두께에서 G*값이 최대가 되는 결과로 판단컨데, 선형점탄성 G*와 관련하여 특정한 물성값을 변화시키는 한계 피막두께가 존재한다는 추정을 할 수 있다.
피막두께 1000㎛로부터 400㎛까지 그림 5, 그림 6, 그림 7, 그리고 그림 8까지 피막이 얇아지는 동안 PG64-22와 PG64-22+KW3의 전단응력이 증가함에 따라서 보여지는 G*값은 전체적으로 PG64-22가 PG64-22+KW3보다 좀 더 큰 값을 보이고 있고, 또한 PG64-22가 PG64-22+KW3보다 좀 더 넓은 전단응력 범위를 가지고 있는 것으로 보인다. 그러므로 1mm 같은 두꺼운 피막두께를 사용해서 아스팔트 시험을 하게 될 경우 |G*|/sinδ같은 기존의 기준으로는 PG64-22+KW3와 같은 중온 아스팔트의 성능이 떨어져 보이는 것으로 나타나게 된다.
후속연구
3. 그러므로 기존의 1mm 피막두께보다는 400㎛나 200㎛의 피막두께에서 아스팔트와 골재의 접착면 사이의 물성을 측정하면 실제 포장체의 피막두께를 모사 하는 것뿐만 아니라 중온 아스팔트의 성능을 제대로 평가할 수 있는 방법이 될 것이다.
5. 향후 연구과제로서 아스팔트의 피막두께뿐만 아니라 접착하는 골재의 종류와 골재표면 거칠기 및 수직력 (normal force), 그리고 또한 온도변화에 따른 아스팔트와 골재사이 피막 물성의 변화를 추적하는 것이 필요하다.
6. 본 논문에서 수행한 실험은 제한된 시료를 사용하였으므로 상기의 시험 및 평가 프로토콜의 기준에는 일부 재료별로 제한이 있을 수 있다.
이렇게 한계점의 전단응력 값이 증가하는 경향은 선형점탄성 G*에서 보이는 한계 피막두께와는 관계없이 독립적으로 나타나는 값으로 보인다. 그러나 각 한계점의 전단응력 값의 증가폭과 관련한 경향은 한계 피막두께와 관련한 경향을 보여줄 가능성이 있으므로 다음에서 분석한 증가폭에 대한 고찰 결과를 통해 한계 피막두께와 관련한 추정을 기술할 것이다.
가열 아스팔트인 PG64-22에 중온화 유기첨가제인 KW3을 혼입한 중온 아스팔트인 PG64-22+KW3는 PG64-22가 보여주는 두께에 따른 증가 변화 경향과는 다르지만 역시 가정한 한계 피막두께와 관련 있는 400㎛와 200㎛사이에서는 PG64-22처럼 선형점탄성 G*값이 급격하게 감소하는 경향을 보여주고 있다. 본 실험에서는 일반 가열 아스팔트(PG64-22) 한 종류와 여기에 중온화 첨가제를 섞은 중온 아스팔트 (PG64-22+KW3)만을 사용했기에 상기의 시험결과만으로 아스팔트의 일반적인 거동 특성으로 정의하는 것은 한계가 있다. 따라서 본 논문에서 고찰한 여러 가지 가정이나 추정은 본 실험의 사용 재료를 근거로 이루어진 것이다.
측정한 값 중 대표가 되는 값을 가지고 재료 물성을 분석하는 것은 정량적인 방식으로 가장 이해하기 쉽고 명쾌한 방법이 될 수 있겠지만, 재료의 물성변화가 항상 일관적이고 명쾌하게 보이는 것은 아니기에 단지 한 점이나 일부분의 값으로 그 전체를 대표한다고 주장하기가 쉽지 않은 경우가 있다. 아스팔트의 물성 또한 그러한 변화가 다양한 성질을 가지고 있기에 지금까지 보인 선형점탄성 G*나 85% 선형구간의 한계점인 선형점탄성 G*에서의 전단응력을 보고 분석하는 것만으로 연구한 아스팔트의 물성변화를 알 수 있다고 할 수 없을 것이다. 그러므로 지금부터는 아스팔트의 선형구간으로부터 비선형 구간까지 전체적인 그래프를 보고 비교함으로서 정성적인 분석을 시도하고자 한다.
그러나 그림 9와 같은 피막두께 200㎛의 값을 살펴보면, 오히려 중온 아스팔트 PG64-22+KW3가 일반 아스팔트 PG64-22의 G*값보다 좀 더 큰 값을 가지고 있고 전단응력범위 또한 거의 같던지 혹은 약간 더 넓은 범위를 보이고 있는 것으로 나타났다. 이처럼 실제 아스팔트 포장상태와 유사한 조건이 될 수 있는 얇은 피막두께에서는 두꺼운 피막두께와 전혀 다른 물성 결과가 나오기에 기존의 아스팔트 시험방법 대신에 이러한 피막두께를 고려한 새로운 방식의 시험법이 필요할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
아스팔트 포장은 몇 도의 온도에서 영구 변형이나 러팅이 발생하는가?
아스팔트 포장은 40℃보다 높은 온도 영역에서 영구 변형이나 러팅이 발생하는 것으로 알려져 있다. 따라서 아스팔트의 러팅 저항성을 실내에서 평가하기 위한 시험방법이 발전하면서 많은 연구자들은 이의 측정 도구로서 동적전단유동기(Dynamic Shear Rheometer, DSR)를 사용하고 있다.
아스팔트는 어떤 특징이 있는가?
아스팔트는 점탄성 물질이기 때문에 하중의 크기뿐만 아니라 하중 속도 및 온도변화에 민감하다. 이러한 아스팔트 물성을 측정하고 평가할 때 실제 아스팔트 포장체에서 존재하는 마이크론 단위의 아스팔트 피막두께가 아니라 덩어리져 있는 형태의 아스팔트 흐름이나 물성을 측정하는 것이 미국 수퍼페이브의 아스팔트 등급 시험의 주요한 대상이다(Anderson et al.
원천기술의 국산화 및 표준화를 위한 노력으로는 무엇이 있는가?
이에 반해 우리나라는 저탄소 중온 아스팔트 포장 공법에 대한 연구를 시작한지 4~5년 정도 되었지만 구미 선진국과는 아직도 약 10년 정도 되는 기술개발경력의 차이를 보이고 있어 원천기술의 국산화 및 표준화를 위한 노력을 하고 있는 중이다. 이러한 노력중의 하나로 본 연구에서는 최근 국내 연구진에 의해 개발된 중온 아스팔트용 첨가제를 사용하여 피막두께가 아스팔트의 접착성능에 미치는 영향을 평가하고자 제안된 실내 시험방법으로 실험 및 분석을 실시하였다.
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