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아스팔트 피막두께 변화에 따른 중온 아스팔트의 접착성질에 관한 연구
A Study of Warm-Mix Asphalt's Bonding Properties on the Change of Asphalt Film Thicknesses 원문보기

한국도로학회논문집 = International journal of highway engineering, v.13 no.4 = no.50, 2011년, pp.29 - 40  

유인상 (국토해양부 공무원) ,  조동우 (한국건설기술연구원) ,  황성도 (한국건설기술연구원) ,  이석근 (경희대학교 토목공학과)

초록
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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$$400{\mu}m$ 사이에 물성의 급격한 변화를 볼 수 있는 한계피막두께가 존재하고 또한 가열아스팔트와 중온아스팔트가 가지고 있는 한계피막두께근처에서 발생하는 물성의 급격한 변화가 서로 다르다는 것을 확인할 수 있었다. 이런 결과를 통해 기존 가열 아스팔트와 성질이 다른 중온 아스팔트를 제대로 평가하기 위해서는 $200{\mu}m$$400{\mu}m$ 사이 피막두께의 물성평가를 고려해야한다는 것을 제안한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

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 ...

주제어

AI 본문요약
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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.
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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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참고문헌 (14)

  1. 조동우, 황성도, 임광수(2009). "유럽의 저탄소 중온 아스팔트 포장(WMA)의 기술현황", 한국도로학회지, 제11권 2호, pp.20-25 

  2. Anderson, D. A., Button, J. et al.(1994). "Binder Characterization and Evaluation Volume 3: Physical Characterization." Strategic Highway Research Program, National Research Council, Washington, D.C. 

  3. Bahia, H. U., Hanson, D. I., Zeng, M., Zhai, H., Khatri, M. A. and Anderson, R. M. (2001). "Characterization of modified asphalt binders in superpave mix design." In: National Cooperative Highway Research Program NCHRP Report 459. Transportation Research Board-National Research Council, National Academy Press, Washington DC 

  4. Boldin, M. G., DongrE, R. and D'Angelo, J.(2001). "Proposed refinement to the superpave high temperature specification parameter for performance graded binders", Transportation Research Record, No. 1766, pp.40-46 

  5. Campen, W.H., Smith, J.R., Erickson, L.G.and Mertz, L.R. (1959). "The relationship between voids, surface area, film thickness and stability in bituminous paving mixtures" Proc Assoc Asph Pav Tech, Vol 28, P 149, Proceedings Association of Asphalt Paving Technologists, Seattle 

  6. Chabert, D, Triquigneaux, J-P, and Vaniscote, J-C (1999). "Rheology of elastomer binders and rutting resistance of bituminous mixes." In: Proceedings of the Eurobitume workship 99, European asphalt association, The Netherlands, Paper No.028 

  7. Cho, D.W., Bahia, H. U.(2007). "Effect of Aggregates' Surface and Water on Rheology of Asphalt Films." Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, No 1998, TRB, National Research Council, Washington, D.C., pp.10-17 

  8. Cho, D.W.(2008). "Study of Asphalt-Aggregate Bond in Simple Simulation Using the Dynamic Shear Rheometer" Ph.D Dissertation, University of Wisconsin, Madison, WI 

  9. Philips, M.C., and Robertus, C.(1996). "Binder rheology and asphaltic pavement permanent deformation; the zero-shear viscosity." In: Proceedings of the Eurasphalt & Eurobitume Congress, European Asphalt Association, The Netherlands 

  10. Read, J. and Whiteoak, D.(2003). The Shell Bitumen Handbook, 5th edition, Shell Bitumen 

  11. Rowe, G.M., D'Angelo, J., Sharrock, M.J.(2002). "Use of the zero shear viscosity as a parameter for the high temperature binder specification parameter." 3rd international symposium on binder rheology and pavement performance, San Antonio, TX 

  12. Shenoy, A., Discussion on the paper by Bouldin, M. G., DongrE R, D'Angelo, J. titled (2001) "Proposed refinement to the superpave high temperature specification parameter for performance graded binders." Transportation Research Record, No. 1766, pp.46-47 

  13. Shenoy, A.(2001) "Refinement of the superpave specification parameter for performance grading of asphalt" J. Transportation Eng 127(5), pp357-362 

  14. Stuart, K.D. and Mogawer. W.S.(1997). "Validation of asphalt binder and mixture tests that predict rutting susceptibility using FHWA accelerated loading facility." J Assoc Asphalt Paving Technol 66, pp.109-152 

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