본 연구의 목적은 장경간 강바닥판 교량의 교면포장 재료로서 에폭시 아스팔트 혼합물을 평가하고, 현장에 적용하는 것에 있다. 에폭시 아스팔트 혼합물의 국내 적용을 위한 골재입도를 제시하였고, 실내 공용성 실험을 수행한 결과 내구성능 면에서 매우 우수함을 알 수 있었다. 또한, 온도에 따른 회복탄성계수와 전단부착강도 시험결과를 활용하여 구조해석을 실시 후 전단응력 검토결과 전단부착강도의 9%로도 충분한 접착 성능을 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 에폭시 아스팔트 교면 포장에 발생하는 인장응력의 경우 중국에 시공되어 검증된 난징대교 실내시험결과와 비교 시 유사하거나 작은 값을 나타내어 충분한 공용 성능을 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 결과적으로 에폭시 아스팔트 혼합물은 일반 아스팔트에 비해 매우 우수한 내구성능을 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 하지만 현장에서 장경간 강바닥판 교량의 교면포장 재료로서 에폭시 아스팔트 혼합물을 적용할 경우 온도와 양생기간에 따른 강도발현에 차이가 있을 수 있으므로 현장 적용 시, 생산 시료로 제작한 혼합물에 대한 평가가 이루어져야 한다.
본 연구의 목적은 장경간 강바닥판 교량의 교면포장 재료로서 에폭시 아스팔트 혼합물을 평가하고, 현장에 적용하는 것에 있다. 에폭시 아스팔트 혼합물의 국내 적용을 위한 골재입도를 제시하였고, 실내 공용성 실험을 수행한 결과 내구성능 면에서 매우 우수함을 알 수 있었다. 또한, 온도에 따른 회복탄성계수와 전단부착강도 시험결과를 활용하여 구조해석을 실시 후 전단응력 검토결과 전단부착강도의 9%로도 충분한 접착 성능을 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 에폭시 아스팔트 교면 포장에 발생하는 인장응력의 경우 중국에 시공되어 검증된 난징대교 실내시험결과와 비교 시 유사하거나 작은 값을 나타내어 충분한 공용 성능을 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 결과적으로 에폭시 아스팔트 혼합물은 일반 아스팔트에 비해 매우 우수한 내구성능을 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 하지만 현장에서 장경간 강바닥판 교량의 교면포장 재료로서 에폭시 아스팔트 혼합물을 적용할 경우 온도와 양생기간에 따른 강도발현에 차이가 있을 수 있으므로 현장 적용 시, 생산 시료로 제작한 혼합물에 대한 평가가 이루어져야 한다.
The main objective of the research is to evaluate the laboratory performances of epoxy asphalt mixtures for long-span steel bridge decks. The aggregate gradations were recommended for field applications. The laboratory performance test results showed that the durability of epoxy asphalt mixtures was...
The main objective of the research is to evaluate the laboratory performances of epoxy asphalt mixtures for long-span steel bridge decks. The aggregate gradations were recommended for field applications. The laboratory performance test results showed that the durability of epoxy asphalt mixtures was more noticeable than that of conventional ones. The structural analysis was conducted using resilient modulus and bond-shear test results. The analysis results revealed that just 9% out of total bond-shear stress was enough for the entire required bond-shear stress in the pavement system. The tensile stresses in the bridge decks were within limits compared to the laboratory test results from the Nanjing Grand Bridge in China. As a result, the laboratory performances of the epoxy asphalt mixtures for long-span steel bridge decks were better than those of conventional asphalt mixtures. However, the laboratory performance tests of epoxy asphalt mixtures for long-span steel bridge decks should be conducted precisely since the strengths of the mixtures are sensitive to the temperatures and curing times.
The main objective of the research is to evaluate the laboratory performances of epoxy asphalt mixtures for long-span steel bridge decks. The aggregate gradations were recommended for field applications. The laboratory performance test results showed that the durability of epoxy asphalt mixtures was more noticeable than that of conventional ones. The structural analysis was conducted using resilient modulus and bond-shear test results. The analysis results revealed that just 9% out of total bond-shear stress was enough for the entire required bond-shear stress in the pavement system. The tensile stresses in the bridge decks were within limits compared to the laboratory test results from the Nanjing Grand Bridge in China. As a result, the laboratory performances of the epoxy asphalt mixtures for long-span steel bridge decks were better than those of conventional asphalt mixtures. However, the laboratory performance tests of epoxy asphalt mixtures for long-span steel bridge decks should be conducted precisely since the strengths of the mixtures are sensitive to the temperatures and curing times.
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문제 정의
교량의 교면포장으로 에폭시 아스팔트 혼합물을 사용한 경우 60℃에서 96시간 양생시키는 것은 사실상 불가능하므로, 실외 양생을 실시하는 현장모사를 통해 발현되는 강도의 경향성을 알아보고자 하였다. 그림 8과 같이 에폭시 아스팔트 혼합물을 하절기에 직사광선에 노출되는 실외에 보관하고 매 시간마다 혼합물의 온도와 그날의 최고, 최저 기온을 기록하고 양생일수에 따른 강도를 측정하여 혼합물 표면의 온도증가와 그에 따른 강도발현과의 관계를 알아보고자 하였다.
에폭시 아스팔트 포장은 주로 미국과 중국 등 국외에서는 시공 경험이 있으나 국내에서의 본격적인 시공 경험이 없기 때문에 에폭시 아스팔트 포장에 적합한 골재 합성입도가 없다. 그러나 국내외 골재의 사정이 각각 다르기 때문에 국외 입도 기준을 그대로 적용 시킬 수 없으므로 본 연구에서는 국내 골재 현황을 고려한 입도를 제시하고자 그림 3과 같이 회피구역을 설정하여 에폭시 아스팔트 포장에 적합한 입도로 배합설계를 하도록 유도하였다. 회피구역은 SUPERPAVE 골재 입도의 회피구역과 비슷한 개념으로 가능한 이를 피해 합성입도를 선정하는 것이다.
교량의 교면포장으로 에폭시 아스팔트 혼합물을 사용한 경우 60℃에서 96시간 양생시키는 것은 사실상 불가능하므로, 실외 양생을 실시하는 현장모사를 통해 발현되는 강도의 경향성을 알아보고자 하였다. 그림 8과 같이 에폭시 아스팔트 혼합물을 하절기에 직사광선에 노출되는 실외에 보관하고 매 시간마다 혼합물의 온도와 그날의 최고, 최저 기온을 기록하고 양생일수에 따른 강도를 측정하여 혼합물 표면의 온도증가와 그에 따른 강도발현과의 관계를 알아보고자 하였다.
접착층의 부착강도를 측정하기 위해 그림 5와 같은 45o의 경사로 전단력을 발생 시켰다. 본 연구에서는 45o의 경사를 주어 수평방향과 수직방향 하중을 동시에 고려하여 공용 중에 교량이 받는 하중을 모사하고자 하였다.
에폭시 아스팔트 바인더를 운송하고 혼합하기 위해 충분한 유동성이 필요하며 시공을 위한 워커빌리티의 확보를 위해서는 바인더의 점도를 관리해야만 한다. 본 연구에서는 SHRP(Strategic Highway Research Program)에서 채택한 회전점도실험을 통해 에폭시 아스팔트의 점도증가 경향을 분석하여 가사시간(작업가능시간)을 알아보고자 하였으며, 측정방법은 AASHTO TP 48(Standard Test Method for Viscosity Determinations of Unfilled Asphalts Using the Brookfield Thermosel Apparatus) 규정에 따라 실험을 수행하였다.
본 연구에서는 에폭시 아스팔트 포장의 실내 공용성 실험과 구조해석을 수행하여 국내 장경간 강바닥판 교량의 교면포장 재료로서 적용성을 평가하고자 하였다. 연구수행에 있어서 선행사례와 연구결과를 바탕으로 검토하였으며, 시공성 분석을 통해 현장 적용성을 평가하였다.
본 연구에서는 장경간 강바닥판 교량의 교면포장 재료로서 에폭시 아스팔트 혼합물을 적용하기 위해 실내 공용성 실험 및 구조해석을 실시하였다. 또한 에폭시 아스팔트 혼합물의 현장 적용을 위한 시공성을 평가하였으며 결과는 다음과 같다.
에폭시 아스팔트 혼합물의 실내 공용성 평가 및 현장 적용을 위하여 에폭시 아스팔트 바인더의 특성을 파악하고, 국내골재 현황에 적합하며 기준 물성을 만족하는 골재입도를 검토 하고자하였다.
제안 방법
1. 에폭시 아스팔트 포장의 국내 적용을 위해 국내 골재 사정을 감안한 새로운 입도를 제시하였다. 본 연구를 통해 제시한 골재입도는 공극률 기준 3% 이하를 만족하도록 하기 위해 회피구역을 제안하였으며, 이를 적용한 에폭시아스팔트 혼합물의 실내 실험 결과 마샬 안정도는 65,916N으로 매우 높은 값을 나타냈고, 간접인장강도의 경우 25℃에서 4.
2. 반응형이며 열경화성 특성을 갖는 에폭시 아스팔트 콘크리트의 현장 적용에는 가사 시간이 중요하며 이를 평가하기 위해 회전점도 실험을 실시하여 점도 증가 경향을 분석하였다. 에폭시 바인더 교반 후 점도 3,000cP 도달 시간은 생산온도 100℃에서 90분, 120℃에서는 68분, 그리고 130℃에서는 58분으로 측정되었다.
3. 장경간 강바닥판 교량에 에폭시 아스팔트 포장의 적용성 평가를 위해 온도에 따른 회복탄성계수와 전단부착강도를 사용하여 구조해석을 실시하였다. 구조해석 결과 접착면에 발생하는 전단 응력이 실험을 통해 측정된 에폭시 아스팔트 바인더 본드 코트의 접착 강도의 9%에 불과하여 충분한 접착강도를 확보할 수 있는 것으로 나타났으며 이는 바인더 내에 적정 비율로 배합된 열경화성 에폭시 수지와 경화제가 고온에서 화학반응을 일으켜 높은 부착력을 발현한 것으로 판단됨으로 강바닥판 교량에 적용시 충분한 공용 성능을 확보할 수 있을 것이다.
골재입도는 본 연구에서 제안한 표 1의 입도를 적용하였다. Huang 등(2003)과 Lou 등(2007)의 연구를 참고하여 바인더의 함량 범위를 6.5%, 7.0%, 7.5%으로 정하였고 기초 물성과 마샬 안정도 실험을 수행하였다.
공시체는 바인더 함량에 따라 제작한 후 양생기간에 따른 강도발현 경향을 알아보기 위해 60℃ 오븐에서 무 양생, 1일, 4일, 7일 양생을 실시한 후, KS F 2337(마샬 시험기를 사용한 역청 혼합물의 소성흐름에 대한 저항력 시험방법)에 따라 공시체를 60℃ 항온수조에서 30분간 수침 후 안정도와 흐름값을 측정하였으며 실험결과는 그림 4와 같다.
수분의 영향 및 동결융해에 대한 반응을 측정하기 위해 수중 진공 포화기를 이용하여, 25℃ 수조에 수침 시킨 후 진공처리(55~80%의 포화)하고 온도 챔버를 이용하여 -18℃에서 16시간 동안 1회 동결시켰다. 동결실험을 마친 시료는 60℃의 항온수조에서 24시간 수침하여 융해를 거쳐 25℃ 수조에 2시간 수침시킨 후 간접인장강도를 구하였다. 실험은 동결융해 처리한 혼합물과 처리하지 않은 혼합물 각각 3회 수행하였다.
본 연구에서는 가사시간을 결정하기 위해 미국의 SUPERPAVE 시방에서 제시한 3,000cP(3Pa.s)를 기준으로 하였다. 3,000cP(3Pa.
이와 같이 에폭시 아스팔트 바인더는 2액형의 반응형 재료로 에폭시와 경화제의 화학적 반응에 의한 경화와 아스팔트 바인더의 온도저하로 인한 경화가 발생한다. 본 연구에서는 경화특성을 알아보고자 에폭시 아스팔트 바인더를 120℃에서 A재와 B재를 혼합하여 80℃, 100℃, 120℃에 보관 후 일정시간이 지나면 경화반응을 정성적으로 평가하였다.
회피구역은 SUPERPAVE 골재 입도의 회피구역과 비슷한 개념으로 가능한 이를 피해 합성입도를 선정하는 것이다. 산지가 다른 굵은골재 2종, 잔골재 4종을 사용하여 배합입도에 대하여 검토하였으며 기준 공극률 3% 이하를 만족시킬 수 있는 표 1과 같은 합성입도를 제시하였다.
수분의 영향 및 동결융해에 대한 반응을 측정하기 위해 수중 진공 포화기를 이용하여, 25℃ 수조에 수침 시킨 후 진공처리(55~80%의 포화)하고 온도 챔버를 이용하여 -18℃에서 16시간 동안 1회 동결시켰다. 동결실험을 마친 시료는 60℃의 항온수조에서 24시간 수침하여 융해를 거쳐 25℃ 수조에 2시간 수침시킨 후 간접인장강도를 구하였다.
에폭시 아스팔트 혼합물의 균열저항성을 평가하고자 하였으며, 본 연구에서 제안한 합성입도에 일반 스트레이트 아스팔트를 사용한 혼합물을 제작하여 비교 분석하였다. 실험온도는 에폭시 아스팔트 혼합물은 0℃, 25℃, 35℃, 45℃, 58℃, 70℃, 일반 스트레이트 아스팔트 혼합물은 0℃, 25℃, 45℃, 70℃ 온도에서 각 온도 별로 3회 수행하였다.
실험은 ACI 503R(Use of Epoxy Compounds with Concrete)에 따라 수행하였으며, 전단부착강도용 시험체는 실제 현장조건과 동일하게 제작하기 위해 강바닥판에 숏블라스트 처리를 한 후 그 위에 본드 코트용 에폭시 아스팔트 바인더를 살포하고 미리 제작된 에폭시 아스팔트 혼합물을 부착시켰다. 접착층의 부착강도를 측정하기 위해 그림 5와 같은 45o의 경사로 전단력을 발생 시켰다.
동결실험을 마친 시료는 60℃의 항온수조에서 24시간 수침하여 융해를 거쳐 25℃ 수조에 2시간 수침시킨 후 간접인장강도를 구하였다. 실험은 동결융해 처리한 혼합물과 처리하지 않은 혼합물 각각 3회 수행하였다.
실험결과는 표 3와 같다. 에폭시 아스팔트 혼합물은 0℃에서 실험기의 최대하중인 10ton을 초과하여 간접인장강도를 구할 수 없었고, 일반 스트레이트 아스팔트 혼합물은 70℃에서 완력으로 손상될 정도로 혼합물의 강도가 저하되어 실험이 불가능 하였으므로 성능을 비교할 수 있는 25℃와 45℃강도를 비교하였다. 비교한 결과 25℃에서 에폭시 아스팔트 혼합물은 4.
에폭시 아스팔트 혼합물을 사용한 교면포장의 교통하중에 대한 거동을 국내 시공 중인 장경간 강바닥판 교량에 적용하여 3차원 유한요소 해석을 통해 분석하고, 유사 해외사례의 실험 및 해석결과와의 비교분석을 통해 공용성능을 평가하고자 하였으며 해석의 물성인자로는 회복탄성계수와 전단 부착강도를 사용하였다. 포장체의 거동분석을 위해서는 구조계의 상세한 모형화가 필요하므로 보강거더 중 강바닥판 의 거동을 대표할 수 있는 부위를 선정하여 부분해석을 수행하였다.
에폭시 아스팔트 혼합물의 균열저항성을 평가하고자 하였으며, 본 연구에서 제안한 합성입도에 일반 스트레이트 아스팔트를 사용한 혼합물을 제작하여 비교 분석하였다. 실험온도는 에폭시 아스팔트 혼합물은 0℃, 25℃, 35℃, 45℃, 58℃, 70℃, 일반 스트레이트 아스팔트 혼합물은 0℃, 25℃, 45℃, 70℃ 온도에서 각 온도 별로 3회 수행하였다.
본 연구에서는 에폭시 아스팔트 포장의 실내 공용성 실험과 구조해석을 수행하여 국내 장경간 강바닥판 교량의 교면포장 재료로서 적용성을 평가하고자 하였다. 연구수행에 있어서 선행사례와 연구결과를 바탕으로 검토하였으며, 시공성 분석을 통해 현장 적용성을 평가하였다.
에폭시 아스팔트 혼합물과 일반 스트레이트 아스팔트 혼합물을 제작하여 ASTM D 4123-82(Standard Test Method for Indirect Tension Test for Resilient Modulus of Bituminous Mixtures)에 따라 실험을 수행하였다. 온도조건은 에폭시 아스팔트 혼합물의 경우 간접인장강도 실험과 동일한 온도에서 실험을 수행하였고, 일반 스트레이트 아스팔트 혼합물은 0℃, 25℃, 45℃ 온도에서 실험을 수행하였다. 재하횟수는 151회, 하중은 간접인장강도의 최대하중의 20%를 재하 하였으며 각 온도에 따라 3회 실험을 수행하였으며 실험결과는 표 5와 같다.
온도조건은 에폭시 아스팔트 혼합물의 경우 간접인장강도 실험과 동일한 온도에서 실험을 수행하였고, 일반 스트레이트 아스팔트 혼합물은 0℃, 25℃, 45℃ 온도에서 실험을 수행하였다. 재하횟수는 151회, 하중은 간접인장강도의 최대하중의 20%를 재하 하였으며 각 온도에 따라 3회 실험을 수행하였으며 실험결과는 표 5와 같다.
전단강도를 구하는 식은 식 (2)와 같으며 결과는 표 6과 같다. 전단부착강도는 17℃에서 14.06MPa, 60℃에서는 2.44MPa을 나타냈으며, 유한요소 해석을 통해 전단응력과 비교하여 공용 성능을 평가하였다.
에폭시 아스팔트 혼합물을 사용한 교면포장의 교통하중에 대한 거동을 국내 시공 중인 장경간 강바닥판 교량에 적용하여 3차원 유한요소 해석을 통해 분석하고, 유사 해외사례의 실험 및 해석결과와의 비교분석을 통해 공용성능을 평가하고자 하였으며 해석의 물성인자로는 회복탄성계수와 전단 부착강도를 사용하였다. 포장체의 거동분석을 위해서는 구조계의 상세한 모형화가 필요하므로 보강거더 중 강바닥판 의 거동을 대표할 수 있는 부위를 선정하여 부분해석을 수행하였다. 이러한 모형화 기법은 중국 난징대교를 비롯한 국내외 장대교량의 포장검토에 적용된바 있는 일반적 형태이다.
포장체의 응력분포는 윤하중으로 인한 강바닥판의 국부거동에 의해 지배되므로 강바닥판 및 포장체에 가장 불리하도록 그림 6과 같이 부분해석모형의 중앙에 DB-24 후륜하중 2개에 해당하는 하중을 접지압으로 재하 하였다. 그림 7은 유한요소 해석 시 하중 재하 단면도이다(단위면적당 하중=0.
하중 속도는 50mm/min의 속도로 재하 하였으며 계절에 따른 교량상판의 온도변화에 대한 접착강도를 평가하기 위해 17℃와 60℃의 온도조건에서 실험을 하였다. 전단강도를 구하는 식은 식 (2)와 같으며 결과는 표 6과 같다.
대상 데이터
배합설계의 목표 공극률은 2% 이하로 결정하였다. 바인더는 A재와 B재를 배합비율에 맞도록 혼합하였고, 굵은 골재는 KS F 2357 기준에 만족하고 편장석 함유율 10% 이하의 화강암 골재를 사용하였으며, 잔골재는 KS F 2357 잔골재 품질기준을 만족하는 부순모래를 사용하였다. 골재입도는 본 연구에서 제안한 표 1의 입도를 적용하였다.
이러한 모형화 기법은 중국 난징대교를 비롯한 국내외 장대교량의 포장검토에 적용된바 있는 일반적 형태이다. 본 연구에서 사용한 부분 해석모형은 폭 3.6m, 길이 3m 제원으로 가로보 2개를 포함하고 있다. 해석 프로그램은 LUSAS Bridge v14.
장경간 강바닥판 장대교량에 대한 해석의 객관화를 위해 동일한 재료로 시공 된 난징 제2, 제3 대교를 비교대상으로 정하였다. 이 대교의 포장층은 1,200만회 이상의 피로시험 결과를 바탕으로 공용수명 5년 이상으로 설계되었다.
데이터처리
6m, 길이 3m 제원으로 가로보 2개를 포함하고 있다. 해석 프로그램은 LUSAS Bridge v14.5를 이용하였으며 유한요소 해석을 위한 모형 적용 변수는 표 7과 같다.
이론/모형
본 연구에서는 잔류인장강도를 측정하기 위해 AASHTO T 283(Standard Method of Test for Resistance of Compacted Moisture Induced Damage)에 따라 잔류인장강도를 측정하여 수분 민감성을 평가하였다. TSR은 높을수록 유리한 것으로 알려져 있으며, NCAT에서는 TSR이 0.
에폭시 아스팔트 혼합물과 일반 스트레이트 아스팔트 혼합물을 제작하여 ASTM D 4123-82(Standard Test Method for Indirect Tension Test for Resilient Modulus of Bituminous Mixtures)에 따라 실험을 수행하였다. 온도조건은 에폭시 아스팔트 혼합물의 경우 간접인장강도 실험과 동일한 온도에서 실험을 수행하였고, 일반 스트레이트 아스팔트 혼합물은 0℃, 25℃, 45℃ 온도에서 실험을 수행하였다.
성능/효과
2배 높게 나타났다. TSR은 0.89로 기준 0.7에 비해 우수한 수분 민감성을 보여 일반 아스팔트 혼합물에 비해 에폭시 아스팔트 혼합물이 내구성능 면에서 매우 우수한 것으로 나타났다. 이는 일반 아스팔트 바인더와 에폭시를 배합하여 아스팔트 혼합물을 열경화성으로 바꾸어 물리 역학적 특성이 향상되었기 때문이다.
장경간 강바닥판 교량에 에폭시 아스팔트 포장의 적용성 평가를 위해 온도에 따른 회복탄성계수와 전단부착강도를 사용하여 구조해석을 실시하였다. 구조해석 결과 접착면에 발생하는 전단 응력이 실험을 통해 측정된 에폭시 아스팔트 바인더 본드 코트의 접착 강도의 9%에 불과하여 충분한 접착강도를 확보할 수 있는 것으로 나타났으며 이는 바인더 내에 적정 비율로 배합된 열경화성 에폭시 수지와 경화제가 고온에서 화학반응을 일으켜 높은 부착력을 발현한 것으로 판단됨으로 강바닥판 교량에 적용시 충분한 공용 성능을 확보할 수 있을 것이다.
에폭시 아스팔트 바인더의 경화반응은 서서히 진행되며 1,000cP는 유동성을 확보하고 있는 단계로 생산과 포설이 이루어지는 점도이다. 그림 2에서 나타나듯이 점도가 1,000cP에 도달하는 시간을 각 온도별로 비교하였을 때 130℃는 43분, 120℃는 49분, 100℃는 50분으로 나타났으며, 온도의 변화에 따른 도달 시간의 차이는 크지 않았으나 1,000cP 도달 이후 온도가 높을수록 급격하게 점도가 증가하는 것으로 보아 경화반응이 본격적으로 시작되면 온도에 민감하게 반응한다는 것을 알 수 있었다.
실험결과 혼합물용 에폭시 아스팔트 바인더는 80℃, 100℃에서 보관시켰을 경우 시간이 지나도 경화반응이 나타나지 않았으나 120℃에서는 60분이 경과하자 경화반응을 보이기 시작하였으며, 90분 이상 양생한 에폭시 아스팔트 바인더를 상온에서 24시간 보관 후 살펴보면 매우 단단한 상태임을 확인할 수 있었다. 또한 본드 코트용 에폭시 아스팔트 바인더는 120℃에서 30분후 경화반응이 나타났으며 상온에서 24시간 경과 후 매우 단단한 상태가 된 것을 확인할 수 있었다.
또한 일반 스트레이트 아스팔트 혼합물은 45℃에서 0.3MPa로 45℃ 이상의 온도에서는 강도를 측정할 수 없었으나, 에폭시 아스팔트 혼합물의 경우 70℃에서도 0.93MPa을 나타내어 일반 스트레이트 아스팔트 혼합물에 비해 저온과 고온에서 균열저항성이 우수한 것으로 나타났다.
마샬 안정도 실험결과 최적아스팔트 함량은 최대 안정도를 나타내는 6.8%로 결정되었고 아스팔트 혼합물의 기초물성과 안정도 및 흐름값은 표 2와 같다.
무 양생, 1일 양생에서는 강도가 약 1.7배~2.0배 증가하였으나, 4일 양생을 실시한 에폭시 아스팔트 혼합물에서는 모든 에폭시 바인더 함량에서 1일 양생에 비해 약 4.1~4.6배 높은 안정도를 나타냈으며, 그 이상 양생기간이 늘어나도 강도 값은 유사하게 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
에폭시 아스팔트 포장의 국내 적용을 위해 국내 골재 사정을 감안한 새로운 입도를 제시하였다. 본 연구를 통해 제시한 골재입도는 공극률 기준 3% 이하를 만족하도록 하기 위해 회피구역을 제안하였으며, 이를 적용한 에폭시아스팔트 혼합물의 실내 실험 결과 마샬 안정도는 65,916N으로 매우 높은 값을 나타냈고, 간접인장강도의 경우 25℃에서 4.63MPa로 일반 아스팔트 혼합물에 비해 3.2배 높게 나타났다. TSR은 0.
본 연구에서 검토한 에폭시 아스팔트 혼합물을 사용한 장경간 강바닥판 교량에 발생하는 최대인장응력은 난징대교의 응력 대비 소폭 적거나 유사한 수준이며, 최대 전단응력이 전단부착강도보다 매우 작은 것으로 나타나 에폭시 아스팔트 혼합물은 장경간 강바닥판 교량의 포장 재료로서 충분한 공용성능 확보가 가능한 것으로 나타났다.
에폭시 아스팔트 혼합물은 0℃에서 실험기의 최대하중인 10ton을 초과하여 간접인장강도를 구할 수 없었고, 일반 스트레이트 아스팔트 혼합물은 70℃에서 완력으로 손상될 정도로 혼합물의 강도가 저하되어 실험이 불가능 하였으므로 성능을 비교할 수 있는 25℃와 45℃강도를 비교하였다. 비교한 결과 25℃에서 에폭시 아스팔트 혼합물은 4.63MPa, 일반 스트레이트 아스팔트 혼합물은 1.45MPa로 약 3.1배, 45℃에서는 각각 2.41MPa과 0.3 MPa로 측정되어 약 8배 정도 크게 측정되어 에폭시 아스팔트 혼합물의 간접인장강도가 뛰어난 것을 확인할 수 있었다. 또한 일반 스트레이트 아스팔트 혼합물은 45℃에서 0.
실험결과 혼합물용 에폭시 아스팔트 바인더는 80℃, 100℃에서 보관시켰을 경우 시간이 지나도 경화반응이 나타나지 않았으나 120℃에서는 60분이 경과하자 경화반응을 보이기 시작하였으며, 90분 이상 양생한 에폭시 아스팔트 바인더를 상온에서 24시간 보관 후 살펴보면 매우 단단한 상태임을 확인할 수 있었다. 또한 본드 코트용 에폭시 아스팔트 바인더는 120℃에서 30분후 경화반응이 나타났으며 상온에서 24시간 경과 후 매우 단단한 상태가 된 것을 확인할 수 있었다.
에폭시 아스팔트 혼합물과 일반 스트레이트 아스팔트 혼합물을 비교하면 0℃에서 에폭시 아스팔트 혼합물이 1.75배 높은 회복탄성계수를 보였으며, 25℃에서는 3배 높은 회복 탄성계수를 보여 차량의 반복하중에 따른 탄성적인 회복력이 강하며 소성변형 및 피로균열에 대한 저항성이 우수한 것으로 나타났다. 측정된 회복탄성계수는 구조해석을 위한 입력값으로 사용되었다.
직사광선에 노출되었으며 일 최고기온이 30℃ 이상인 날을 기준으로 9일이 지난 공시체는 전면 교통 개방 가능 안정도 40,000N 보다 큰 50,930N의 강도를 발현하는 것을 확인할 수 있었으며 실외양생 21일 이후 강도가 더 이상 증가하지 않고 유사하게 측정되는 것을 확인할 수 있었다. 임시 교통 개방 가능 안정도 25,000N 이상과 전면 교통 개방 가능 안정도 40,000N 이상은 중국 난징대교에서의 적용기준과 본 연구에서의 결과를 종합하여 결정하였다. 에폭시 아스팔트 혼합물은 기후조건과 온도에 따라 강도발현에 차이가 발생할 수 있으므로 현장에 시공하였을 경우 생산 시료로 제작한 혼합물을 실외 양생을 실시하여 안정도를 확인하고 교통을 개방하여야 한다.
실험결과는 표 10과 같다. 직사광선에 노출되었으며 일 최고기온이 30℃ 이상인 날을 기준으로 9일이 지난 공시체는 전면 교통 개방 가능 안정도 40,000N 보다 큰 50,930N의 강도를 발현하는 것을 확인할 수 있었으며 실외양생 21일 이후 강도가 더 이상 증가하지 않고 유사하게 측정되는 것을 확인할 수 있었다. 임시 교통 개방 가능 안정도 25,000N 이상과 전면 교통 개방 가능 안정도 40,000N 이상은 중국 난징대교에서의 적용기준과 본 연구에서의 결과를 종합하여 결정하였다.
최적 아스팔트 함량을 적용하여 제조한 에폭시 아스팔트 혼합물을 60℃ 오븐에서 4일 양생시킨 후 마샬 안정도 실험을 수행한 결과 65,916N의 안정도와 흐름값 42(0.1mm)가 측정되었다. 이는 일반 스트레이트 아스팔트 혼합물의 안정도가 약 7,000N~15,000N임을 고려했을 때 4~9배, 국외 선행 연구 결과 40,000N 보다 1.
전단응력에 대한 해석 결과는 표 8과 같다. 포장 체와 바닥강판 사이에 발생하는 58℃의 전단응력과 60℃의 전단부착강도를 비교한 결과 측정된 교축방향 최대 전단응력은 0.2287MPa로 본드 코트용 에폭시 아스팔트 바인더가 갖는 전단부착강도의 약 9%에 해당하는 매우 작은 응력을 나타냈다.
후속연구
에폭시 바인더 교반 후 점도 3,000cP 도달 시간은 생산온도 100℃에서 90분, 120℃에서는 68분, 그리고 130℃에서는 58분으로 측정되었다. 점도 3,000cP는 SUPERPAVE 시방의 바인더 펌핑 및 혼합시 점도임으로 본 가사 시간을 생산 후 최대 포설 가능 시간으로 적용하여도 충분한 다짐 효과를 얻을 수 있으며 이를 기준으로 생산 관리에 적용하여 효과적인 시공이 가능 할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
에폭시 아스팔트 혼합물의 국내 적용을 위해 무엇을 제시하였는가?
본 연구의 목적은 장경간 강바닥판 교량의 교면포장 재료로서 에폭시 아스팔트 혼합물을 평가하고, 현장에 적용하는 것에 있다. 에폭시 아스팔트 혼합물의 국내 적용을 위한 골재입도를 제시하였고, 실내 공용성 실험을 수행한 결과 내구성능 면에서 매우 우수함을 알 수 있었다. 또한, 온도에 따른 회복탄성계수와 전단부착강도 시험결과를 활용하여 구조해석을 실시 후 전단응력 검토결과 전단부착강도의 9%로도 충분한 접착 성능을 확보할 수 있는 것으로 나타났다.
도로포장분야에서 많이 사용되는 교면포장공법에는 무엇이 있는가?
교량설계 및 시공기술이 발전하면서 도로포장분야에서도 교면포장에서 요구되는 조건을 충족시키고자 다양한 방식으로 교면포장공법을 연구 개발하였다. 최근 들어 많이 사용되는 교면포장공법으로는 SB라텍스(Styrene Butadiene Latex)를 콘크리트에 혼합한 LMC 교면포장 공법과 고성능 콘크리트(High Performance Concrete)를 사용한 포장 공법이 있으나, 이런 강성포장공법은 휨 추종성이 작아 강바닥판의 변형에 유연하게 대처하기 힘들고 강바닥판과 강성포장사이의 부착강도가 부족하여 장경간 강바닥판 교량에 적용하기에는 무리가 있다(이광호 등, 2000).
에폭시 아스팔트 교면 포장에 발생하는 인장응력 시험 결과는 어떠한가?
또한, 온도에 따른 회복탄성계수와 전단부착강도 시험결과를 활용하여 구조해석을 실시 후 전단응력 검토결과 전단부착강도의 9%로도 충분한 접착 성능을 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 에폭시 아스팔트 교면 포장에 발생하는 인장응력의 경우 중국에 시공되어 검증된 난징대교 실내시험결과와 비교 시 유사하거나 작은 값을 나타내어 충분한 공용 성능을 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 결과적으로 에폭시 아스팔트 혼합물은 일반 아스팔트에 비해 매우 우수한 내구성능을 확보할 수 있는 것으로 나타났다.
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