배수성포장은 다양한 장점을 가지고 있어 점차 보편화되고 있는데, 주요 효과로는 수막현상 최소화, 빗물에 의한 미끄럼저항값을 일정하게 유지하고, 차량과 포장체 사이에서 발생하는 소음을 저감시켜준다. 도로소음 및 수막현상 감소효과에 대한 많은 연구가 수행되었다. 본 연구의 목적은 배수성 포장 표층의 역학적 특성(강도 및 탄성계수)을 평가하는 것이다. 시험에 사용된 시편은 선회다짐기를 이용하여 제작하였다. 배수성포장의 상부표층 및 하부표층용 시편을 실험에 이용하였다. 마샬안정도시험(KS F 2377), 자유단공진주시험(KS F 2730), 일축압축시험(KS F 2314), 슈미트햄머시험 등을 수행하였다. 일축압축강도 및 슈미트햄머를 이용한 강도값을 비교 분석하였다.
배수성포장은 다양한 장점을 가지고 있어 점차 보편화되고 있는데, 주요 효과로는 수막현상 최소화, 빗물에 의한 미끄럼저항값을 일정하게 유지하고, 차량과 포장체 사이에서 발생하는 소음을 저감시켜준다. 도로소음 및 수막현상 감소효과에 대한 많은 연구가 수행되었다. 본 연구의 목적은 배수성 포장 표층의 역학적 특성(강도 및 탄성계수)을 평가하는 것이다. 시험에 사용된 시편은 선회다짐기를 이용하여 제작하였다. 배수성포장의 상부표층 및 하부표층용 시편을 실험에 이용하였다. 마샬안정도시험(KS F 2377), 자유단공진주시험(KS F 2730), 일축압축시험(KS F 2314), 슈미트햄머시험 등을 수행하였다. 일축압축강도 및 슈미트햄머를 이용한 강도값을 비교 분석하였다.
The Porous pavement gains popularity because of several benefits. It is to minimize hydro-planning condition, spraying condition, and splash to increase friction resistance, and decrease noise. Also, other studies showed that it is important to have appropriate porosity to reduce noise and water flu...
The Porous pavement gains popularity because of several benefits. It is to minimize hydro-planning condition, spraying condition, and splash to increase friction resistance, and decrease noise. Also, other studies showed that it is important to have appropriate porosity to reduce noise and water flush. The purpose of this study is an evaluation on the mechanical properties of asphalt pavements for surface course. In this study the specimen was manufactured using the Gyratory compactor in order to compact the strengthened surface course that involved the two-layer pavement. This study is conducted by using Marshall stability test(KS F 2377), Impact resonance test, Schmidt hammer test(KS F 2730), and the Uniaxial compression test(KS F 2314). Using the Uniaxial compression test and Schmidt hammer test, the values of compressive strength and bearing capacity were measured, and the modulus of elasticity for each specimen was respectively measured using the Uniaxial compression test, Impact Resonance test.
The Porous pavement gains popularity because of several benefits. It is to minimize hydro-planning condition, spraying condition, and splash to increase friction resistance, and decrease noise. Also, other studies showed that it is important to have appropriate porosity to reduce noise and water flush. The purpose of this study is an evaluation on the mechanical properties of asphalt pavements for surface course. In this study the specimen was manufactured using the Gyratory compactor in order to compact the strengthened surface course that involved the two-layer pavement. This study is conducted by using Marshall stability test(KS F 2377), Impact resonance test, Schmidt hammer test(KS F 2730), and the Uniaxial compression test(KS F 2314). Using the Uniaxial compression test and Schmidt hammer test, the values of compressive strength and bearing capacity were measured, and the modulus of elasticity for each specimen was respectively measured using the Uniaxial compression test, Impact Resonance test.
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문제 정의
본 연구는 2-Layer 아스팔트 혼합물의 상부표층과 하부표층의 강도 및 탄성계수 특성을 평가하기 위하여 마샬안정도 시험, 자유단 공진주 시험, 슈미트 해머를 이용한 반발경도 시험, 일축압축시험을 실시하였고 다음과 같은 결론을 도출할 수 있었다.
본 연구에서는 표층용 배수성 아스팔트 포장의 상부표층과 하부표층의 역학적인 특성을 평가하는데 목적이 있다. 이를 위해 슈퍼페이브 배합설계를 시행하였고, 이 시편에 대한 기본 물성 시험 실시 후 마샬 안정도 시험에 대한 안정도와 흐름값을 평가하였다.
또한 공극막힘 현상으로 인하여 침투성도 저하되었다. 이에 따라 미국의 많은주에서는 바인더 및 첨가제 종류의 변화를 시도하고 있으며 입도 분포도 굵은 골재의 비율을 높임으로써 OGFC 의 단점을 보완하고자 하였다.
제안 방법
실험용 시편제작을 위하여 135℃온도에서 4시간 동안 단기 산화시킨다. 그 후 직경100mm의 시편을 제작 할 수 있는 몰드를 핫플레이트에 150℃로 40~60동안 가열 시킨 뒤 건조로 안의 배합된 아스팔트 혼합물을 꺼내어 몰드에 넣고 선회다짐기를 이용해 상부표층 30회, 하부표층 50회 다짐을 실시하여 공극률 20%의 시편을 제작하였다(KS F 2377). 배합과 다짐을 통해 만들어진 시편은 공극률을 측정하여 20%에 만족할 때 역학적 실험을 할 수 있도록 절단 작업을 해야한다.
그리고 상부표층과 하부표층의 자유단 공진주 시험을 통해 탄성계수(E)를 측정하였고, 비파괴 시험법인 슈미트해머(Schmidt hammer)를 이용해 반발경도를 측정한 후 강도를 추정하였다. 또한 일축압축시험으로 측정된 압축강도로 탄성계수(E50)를 평가하였다. 마지막으로 각각의 역학적 시험을 통해 얻어진 결과값으로 강도(qu)와 탄성계수 (E50)의 상관관계와 추정식으로 구한 강도와 일축압축강도 시험으로 얻어진 강도와의 상관관계를 분석하였다.
또한 일축압축시험으로 측정된 압축강도로 탄성계수(E50)를 평가하였다. 마지막으로 각각의 역학적 시험을 통해 얻어진 결과값으로 강도(qu)와 탄성계수 (E50)의 상관관계와 추정식으로 구한 강도와 일축압축강도 시험으로 얻어진 강도와의 상관관계를 분석하였다.
아스팔트 함량의 변화에 따라 각각의 손실률을 결정하고 아스팔트 함량과 흐름율과의 관계에서 변곡점을 나타내는 아스팔트 함량을 최적 아스팔트 함량으로 결정하게되는 침강 손실률 시험을 시행하였다. 하부표층의 최적 아스팔트 함량은 5.
자유단 공진주 시험의 구성으로는 응력파 감지에 가속도 계(Accelerometer)를 사용하고, 응력파를 발생시키기 위한 Source로는 쇠구슬(Steel Ball)를 사용하였다. 여기서 발생되는 탄성파를 동적신호분석기(Dynamic Signal Analyzer)에 의해서 Voltage 신호를 획득하고, 실시간 주파수 영역 해석을 수행한다[그림 2]. 이렇게 획득한 신호는 Matlab 프로그램을 사용하여 시간영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변화하는 FFT(Fast Fourier Transform) 처리하여 공진주파수를 취득하였다.
본 연구에서는 표층용 배수성 아스팔트 포장의 상부표층과 하부표층의 역학적인 특성을 평가하는데 목적이 있다. 이를 위해 슈퍼페이브 배합설계를 시행하였고, 이 시편에 대한 기본 물성 시험 실시 후 마샬 안정도 시험에 대한 안정도와 흐름값을 평가하였다. 그리고 상부표층과 하부표층의 자유단 공진주 시험을 통해 탄성계수(E)를 측정하였고, 비파괴 시험법인 슈미트해머(Schmidt hammer)를 이용해 반발경도를 측정한 후 강도를 추정하였다.
일축압축강도(qu)에 영향을 미치는 요인은 흙의 상태, 고화재의 종료, 온도, 흙의 양생기간 등 여러 가지가 있다. 일축 압축 시험기는 변형 제어식 압축 장치, 하중계 및 변위계로 구성되며, 상부표층과 하부표층의 각 시편에 대해 실험을 실시하였다.(KS F 2314) [5]
자유단 공진주 시험은 실험체의 동적특성을 구하기 위해서 충격반향시험을 이용하여 공진주파수를 측정한다. 자유단 공진주 시험의 구성으로는 응력파 감지에 가속도 계(Accelerometer)를 사용하고, 응력파를 발생시키기 위한 Source로는 쇠구슬(Steel Ball)를 사용하였다.
자유단 공진주 시험은 실험체의 동적특성을 구하기 위해서 충격반향시험을 이용하여 공진주파수를 측정한다. 자유단 공진주 시험의 구성으로는 응력파 감지에 가속도 계(Accelerometer)를 사용하고, 응력파를 발생시키기 위한 Source로는 쇠구슬(Steel Ball)를 사용하였다. 여기서 발생되는 탄성파를 동적신호분석기(Dynamic Signal Analyzer)에 의해서 Voltage 신호를 획득하고, 실시간 주파수 영역 해석을 수행한다[그림 2].
상부표층과 하부표층 시편을 각 10개씩 준비하여 시편 1개당 5회 이상의 반복 측정을 실시하여 비슷한 결과값이 나오는 공진주파수를 얻었다. 지지대에 연결은 시편의 1/3의 지점을 맞추어서 지탱하였으며 진자의 운동을 이용하여 쇠구슬로 시편의 중심부를 타격하였다. 쇠구슬은 직경 10 mm의 것을 사용하였다.
최대 공칭치수 13mm인 하부표층 골재의 배합입도 결정은 배수성 아스팔트의 입도기준에 맞추어 배합을 시행하였으며, 공극률 20%로 만들기 위해 반복적 시편제작을 통하였고 표 3에 저소음 아스팔트 혼합물의 입도 범위를나타내었다.
최대공칭치수 13mm의 입도로 제작된 상부표층과 최대공칭치수 19mm의 입도로 제작한 Φ10 × 15 ㎝의 공시체를 슈미트해머를 이용해 수직으로 20회를 타격하여 반발경도를 측정하였다.
대상 데이터
본 본 실험의 아스팔트 바인더 선정은 OO에너지의 슈퍼팔트 포러스를 사용하였다. 사용된 아스팔트 바인더의 물성은 표 1에 나타내었다.
지지대에 연결은 시편의 1/3의 지점을 맞추어서 지탱하였으며 진자의 운동을 이용하여 쇠구슬로 시편의 중심부를 타격하였다. 쇠구슬은 직경 10 mm의 것을 사용하였다.
데이터처리
여기서 발생되는 탄성파를 동적신호분석기(Dynamic Signal Analyzer)에 의해서 Voltage 신호를 획득하고, 실시간 주파수 영역 해석을 수행한다[그림 2]. 이렇게 획득한 신호는 Matlab 프로그램을 사용하여 시간영역의 신호를 주파수 영역의 신호로 변화하는 FFT(Fast Fourier Transform) 처리하여 공진주파수를 취득하였다.
이론/모형
이를 위해 슈퍼페이브 배합설계를 시행하였고, 이 시편에 대한 기본 물성 시험 실시 후 마샬 안정도 시험에 대한 안정도와 흐름값을 평가하였다. 그리고 상부표층과 하부표층의 자유단 공진주 시험을 통해 탄성계수(E)를 측정하였고, 비파괴 시험법인 슈미트해머(Schmidt hammer)를 이용해 반발경도를 측정한 후 강도를 추정하였다. 또한 일축압축시험으로 측정된 압축강도로 탄성계수(E50)를 평가하였다.
이렇게 얻은 반발경도 값에 타격방향(-90°)에 대한 보정을 하여 KS규격에 제시된 식으로부터 압축강도를 추정하였다.
(2) 자유단 공진주 시험으로 상부표층과 하부표층의 강도 값을 얻은 결과 상부표층의 경우 평균9618MPa , 하부표층은 평균 7628MPa 정도로 측정되었다.
(3) 슈미트햄머 시험으로 상부표층과 하부표층의 강도값을 얻은 결과 상부표층의 경우 17.3-18.4MPa, 하부표층의 경우 8.46-9.63MPa 정도로 측정되었다.
(4) 일축압축시험기로 상부표층과 하부표층의 압축강도를 측정해본 결과 상부표층은 평균 4.30MPa, 하부표층은 평균 2.74(MPa)의 값이 나왔다. 이는 하부표층의 경우 상부표층의 공극률보다 높기 때문에 강도의 값이 작게 나왔음을 알 수 있었다.
표 7과 같이 상부표층과 하부표층의 슈미트해머의 반발경도 값을 이용하여 압축강도를 추정해 본 결과 제안식에 대한 값의 평균값의 크기는 비슷하게 나왔음을 알 수 있었다. 또한 하부표층의 추정압축강도보다 상부표층의 추정 압축강도가 더 큼을 알 수가 있었다.
표 4의 상부표층은 일반적인 포장에 비해 안정도와 흐름값이 다소 낮게 나타났고, 표 5의 하부표층 배수성 포장의 다짐횟수, 안정도, 흐름값, 공극률 모두 품질기준에 만족함을 알 수 있었다.
이렇게 얻은 반발경도 값에 타격방향(-90°)에 대한 보정을 하여 KS규격에 제시된 식으로부터 압축강도를 추정하였다. 표 7과 같이 상부표층과 하부표층의 슈미트해머의 반발경도 값을 이용하여 압축강도를 추정해 본 결과 제안식에 대한 값의 평균값의 크기는 비슷하게 나왔음을 알 수 있었다. 또한 하부표층의 추정압축강도보다 상부표층의 추정 압축강도가 더 큼을 알 수가 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
배수성 포장은 어떠한 장점을 가지는가?
일반 밀입도 포장이나 SMA 포장과는 달리 전압 후 약 20%의 공극을 갖는 기능성 특수포장으로서 투수성의 표층 밑에 불투수 층을 설치하여 빗물을 포장의 가장자리로 배수하는 포장이다. 비가 오는 경우에 수막현상의 방지, 마찰저항의 증진, 물 튀김 및 분무현상의 최소화가 가능하며 자동차 바퀴와 포장면 사이에서 발생되는 소음을 저감시키고 야간 대형차의 전조등에 의한 시인성 불량 조건을 개선시킬수 있다[1]. 국내에서는 1999년에 처음 도입하여 현재까지 많은 포장 시공을 하고 있는 추세에 있으며 특히 서울시 및 주요 대도시 등의 주택가를 중심으로 포장을 시공하고 있다.
배수성 포장은 언제 개발되었는가?
배수성 포장은 1950년대 영국에서 개발되어 80년대 초부터 유럽과 미국을 중심으로 개발되었다. 일반 밀입도 포장이나 SMA 포장과는 달리 전압 후 약 20%의 공극을 갖는 기능성 특수포장으로서 투수성의 표층 밑에 불투수 층을 설치하여 빗물을 포장의 가장자리로 배수하는 포장이다.
배수성 포장은 어떠한 포장인가?
배수성 포장은 1950년대 영국에서 개발되어 80년대 초부터 유럽과 미국을 중심으로 개발되었다. 일반 밀입도 포장이나 SMA 포장과는 달리 전압 후 약 20%의 공극을 갖는 기능성 특수포장으로서 투수성의 표층 밑에 불투수 층을 설치하여 빗물을 포장의 가장자리로 배수하는 포장이다. 비가 오는 경우에 수막현상의 방지, 마찰저항의 증진, 물 튀김 및 분무현상의 최소화가 가능하며 자동차 바퀴와 포장면 사이에서 발생되는 소음을 저감시키고 야간 대형차의 전조등에 의한 시인성 불량 조건을 개선시킬수 있다[1].
참고문헌 (9)
No, Seong-Yul (2005), "Desi후 and Construction of Quiet Pavement", Kumi Seokwan
Jeong, Tae-Hyun (2009), "Mix Design and Strength Properites of Quiet Pavement", MS Thesis, Kongju National University
Korean Agency for Technology and Standard (2007), "KS F 2337 "
Korean Agency for Technology and Standard (2008), "KS F 2730"
Korean Agency for Technology and Standard (2001), "KS F 2314"
Korean Roadway Association (2003), "Introduction of Two-Layer Quiet Pavement System of Japan"
Browne, M.J. (2006), "Feasibility of using a gyratory compactor to determine compaction characteristics of soil", Master of Science, Montana State University
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