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문제 정의
- 또한 순환골재의 사용량이 재활용 가열아스콘 혼합물(30 wt% 이하)에 비해 68 wt% 이상으로 높다는 장점이 있다[6]. 따라서 본 연구에서는 폐아스팔트를 적정 처리하여 KS F 2572 규격을 만족하는 아스팔트용 순환골재를 회수한 후 신골재와 결합재(binder)인 에멀젼계 재생첨가제, 유화아스팔트 및 채움재인 석회석분을 첨가하여 별도의 가열과정 없이 상온에서 포장시공 및 반복재활용이 가능한 GR F 4026 규격을 만족하는 재활용 상온아스콘 혼합물을 제조하고, 이 혼합물을 이용하여 아스팔트 기층을 포장하는 기술을 개발하고자 한다.
- 0 wt%일 때 최대치를 나타내었다. 또한 재활용 상온아스콘 혼합물에 포함되는 수분의 함량이 결합재의 전단강도에 미치는 영향을 평가하였다. 결합재의 수분함량은 흐름치와 마샬안정도를 고려하여 4.
- 본 연구에서는 기존의 공법과는 다른 상온 성형기술을 개발하고, 결합재(수분+유화아스팔트+에멀젼계 재생첨가제)의 최적의 혼합비율을 설계하여 현장 시공규격에 맞는 재활용 상온아스콘 혼합물을 생산하고자 하였다. 결합재의 최적 혼합비율 결정을 위한 실험 결과 수분함량이 증가함에 따라 재활용 상온아스콘 혼합물의 마샬안정도는 증가하다 감소하였고, 전단강도는 감소하였다.
제안 방법
- 결합재의 성분인 유화아스팔트 = 1.6 wt%와 에멀젼계 재생첨가제 = 0.1 wt%는 일정하게 첨가하여 실험을 수행하였다. 재활용 상온아스콘 혼합물의 기층용의 마샬 시험 기준치는 25 ℃에서 마샬안정도는 3,500 N, 흐름치는 1.
- 결합재의 수분함량은 흐름치와 마샬안정도를 고려하여 4.0∼5.0 wt% 범위로 설정하였다.
- 기준강도는 5000 N 이상에서 시편의 두께차이에 의한 오차를 극복하기 위해 시편두께 오차 ± 0.4 mm범위로 측정을 하여 두께 평균과 흐름치, 마샬안정도의 평균값을 확보하였다.
- 기층용 재활용 상온아스콘 혼합물의 경우 유화아스팔트를 사용하기 때문에 물과 반응하여 강도를 발현시키는 재료의 채움재를 사용하면 안된다[11]. 따라서 본 연구에서는 결합재가 아닌 채움재로써의 역할을 하는 석회석분을 이용하였다. 석회석분은 재활용 상온아스콘 혼합물로 반복 재활용이 가능하고 수분증발에 따른 골재와의 부착력 감소 및 탈락현상이 적다는 장점을 가지고 있다[12].
- 따라서 결합재의 수분 함량이 증가할수록 재활용 상온아스콘 혼합물의 전단강도 특성이 저하됨을 알 수 있었다[15-16]. 따라서 본 연구에서는 마샬안정도와 전단강도 등의 물성을 고려하여 최적 수분함량을 3.0 wt%로 설정하였다.
- 재활용 상온아스콘 혼합물용 결합재의 최적 배합비율은 흐름치와 마샬안정도에 따라 결정된다. 따라서 본 연구에서는 앞서 결정된 결합재의 최적배합비를 이용하여 재활용 상온아스콘 혼합물을 제조한 후 시간 경과에 따른 재활용 상온아스콘 혼합물의 흐름치와 마샬안정도를 측정하여 Figure 8에 나타내었다. 재활용 상온아스콘 혼합물용 결합재의 최적 배합비율은 수분(3.
- 1%)로 증가되었다. 따라서 본 연구에서는 재활용 상온아스콘 혼합물의 마샬안정도와 포화도를 고려하여 재활용 상온아스콘 혼합물용 결합재의 최적 에멀젼계 첨가제 함량을 0.1 wt%로 설정하였다. 재활용 상온아스콘 혼합물에 포함되는 에멀젼계 재생첨가제 함량이 결합재의 전단강도에 미치는 영향을 평가하기 위해 수분과 유화아스팔트를 각각 3.
- 또한 유화아스팔트의 함량에 따른 마샬안정도와 흐름치는 첨가량 0.5∼2.5 wt%의 범위에서 모두 기준에 만족하였고, 공극률은 0.7∼2.5 wt%의 범위에서 만족하였으므로 최적 첨가량은 공통으로 만족된 범위인 0.7∼2.5 wt%의 가운데 지점인 1.6 wt%로 설정하였다.
- 실험에 사용된 시편의 평균두께를 58.3 ± 0.2 mm에서 조절된 상태에서 흐름치와 마샬안정도를 측정하였다.
- 에멀젼계 재생첨가제의 첨가효과를 확인하기 위해 수분과 유화아스팔트를 각각 3.0 wt%와 1.6 wt%로 고정하고 에멀젼계 재생첨가제의 양을 0.0∼0.5 wt%까지 0.1 wt%씩 증가시키면서 흐름치와 마샬안정도를 측정하여 Figure 5에 나타내었다.
- 여기서는 에멀젼계 재생첨가제를 0.1 wt%로 일정하게 첨가하고 유화아스팔트를 1.0∼5.0 wt%까지 변화시키면서 성형된 시편별로 흐름치와 마샬안정도를 측정하여 Figure 3에 나타내었다.
- 유화아스팔트의 첨가량이 부족하면 그 역할이 미미하고, 초과되면 흐름치가 불안정하고 전체적인 물성이 저하되는 현상이 발생되므로 유화아스팔트의 첨가량을 1.0∼5.0 wt% 조절하였다[13].
- 재활용 상온아스콘 혼합물의 흐름치와 마샬안정도는 결합재의 성분인 유화아스팔트의 첨가량과 에멀젼계 재생첨가제의 첨가량에 따라 변화된다. 이 두 가지 성분들의 첨가량에 의해 흐름치와 마샬안정도가 동시변수로 작용하기 때문에 한 성분씩 고정하고 다른 성분의 영향을 시험하였다. 여기서는 에멀젼계 재생첨가제를 0.
- 1 wt%로 설정하였다. 재활용 상온아스콘 혼합물에 포함되는 에멀젼계 재생첨가제 함량이 결합재의 전단강도에 미치는 영향을 평가하기 위해 수분과 유화아스팔트를 각각 3.0 wt%와 1.6 wt%는 일정하게 첨가한 후 에멀젼계 재생첨가제 함량에 따른 전단강도를 평가하였다. 결합재의 유화아스팔트 함량이 증가함에 따라 재활용 상온아스콘 혼합물의 전단강도는 에멀젼계 재생첨가제 함량이 증가함에 따라 0.
- 6 wt%로 설정하였다. 재활용 상온아스콘 혼합물에 포함되는 유화아스팔트 함량이 결합재의 전단강도에 미치는 영향을 평가하기 위해 수분과 에멀젼계 재생첨가제를 각각 3.0 wt%와 0.1 wt%로 일정하게 첨가한 후 수분함량에 따른 전단강도를 평가하였다. 결합재의 유화아스팔트 함량은 최적 첨가량 범위인 1.
- 6 wt%로 설정하였다. 재활용 상온아스콘 혼합물용 결합재의 최적 에멀젼계 첨가제 함량은 재활용 상온아스콘 혼합물의 마샬안정도와 포화도를 고려하여 0.1 wt%로 설정하였다.
대상 데이터
- 또한 재활용 상온아스콘 혼합물의 결합재로는 수분, 유화아스팔트와 에멀젼계 재생첨가제를 혼합하여 사용하였다. 유화아스팔트는 재활용 상온아스콘 혼합물에 있어서 결합재 역할을 하며, 분산용매가 물로 이루어져 젖은 골재와도 함께 사용할 수 있어 수분이 함유된 아스팔트용 순환골재 및 신골재를 별도로 건조시킬 필요가 없다는 장점이 있다.
- 아스팔트용 순환골재는 폐아스팔트를 3단계로 파쇄하여 크기별로 25∼10 mm, 10 mm 이하로 선별하여 사용하였으며, 순환골재 42 wt%와 신골재 55 wt%를 혼합하였다.
데이터처리
- 실험의 정확성을 기하기 위해 동일한 데이터를 3회씩 반복 실험하여 평균값을 대표값으로 사용하였다. 재활용 상온아스콘 혼합물의 흐름치는 에멀젼계 재생첨가제의 함량이 증가함에 따라 0.
성능/효과
- 0 wt% 범위로 설정하였다. 결합재의 수분함량이 증가함에 따라 재활용 상온아스콘 혼합물의 전단강도는 수분함량 2.5 wt% (1.02 MPa), 3.0 wt% (0.87 MPa), 3.5 wt% (0.80 MPa)로 감소하는 경향을 나타내었다. 따라서 결합재의 수분 함량이 증가할수록 재활용 상온아스콘 혼합물의 전단강도 특성이 저하됨을 알 수 있었다[15-16].
- 6 wt%는 일정하게 첨가한 후 에멀젼계 재생첨가제 함량에 따른 전단강도를 평가하였다. 결합재의 유화아스팔트 함량이 증가함에 따라 재활용 상온아스콘 혼합물의 전단강도는 에멀젼계 재생첨가제 함량이 증가함에 따라 0.0 wt% (1.12 MPa), 0.1 wt% (0.85 MPa), 0.2 wt% (0.66 MPa), 0.3 wt% (0.44 MPa), 0.4 wt% (0.40 MPa)로 감소하는 경향을 나타내었다. 따라서 결합재의 에멀젼계 재생첨가제 함량이 증가할수록 재활용 상온아스콘 혼합물의 전단강도 특성이 저하됨을 알 수 있었다.
- 0 wt%로 설정하였다. 결합재의 유화아스팔트 함량이 증가함에 따라 재활용 상온아스콘 혼합물의 전단강도는 유화아스팔트 함량 1.0 wt% (0.92 MPa), 1.6 wt% (0.87 MPa), 2.0 wt% (0.85 MPa)로 감소하는 경향을 나타내었다. 따라서 결합재의 유화아스팔트 함량이 증가할수록 재활용 상온아스콘 혼합물의 전단강도 특성이 저하됨을 알 수 있었다.
- 본 연구에서는 기존의 공법과는 다른 상온 성형기술을 개발하고, 결합재(수분+유화아스팔트+에멀젼계 재생첨가제)의 최적의 혼합비율을 설계하여 현장 시공규격에 맞는 재활용 상온아스콘 혼합물을 생산하고자 하였다. 결합재의 최적 혼합비율 결정을 위한 실험 결과 수분함량이 증가함에 따라 재활용 상온아스콘 혼합물의 마샬안정도는 증가하다 감소하였고, 전단강도는 감소하였다. 두 결과를 토대로 최적 수분함량은 3.
- 40 MPa)로 감소하는 경향을 나타내었다. 따라서 결합재의 에멀젼계 재생첨가제 함량이 증가할수록 재활용 상온아스콘 혼합물의 전단강도 특성이 저하됨을 알 수 있었다.
- 85 MPa)로 감소하는 경향을 나타내었다. 따라서 결합재의 유화아스팔트 함량이 증가할수록 재활용 상온아스콘 혼합물의 전단강도 특성이 저하됨을 알 수 있었다.
- 따라서 유화아스팔트의 함량에 따른 마샬안정도와 흐름치는 첨가량 0.5∼2.5 wt%의 범위에서 모두 기준에 만족하였고, 공극률은 0.7∼2.5 wt%의 범위에서 만족하였으므로 최적 첨가량은 공통으로 만족된 범위인 0.7∼2.5 wt%의 가운데 지점인 1.6 wt%로 설정하였다.
- 0 mm의 범위를 모두 만족하였다. 또한 재활용 상온아스콘 혼합물의 마샬안정도는 에멀젼계 재생첨가제의 함량이 증가함에 따라 0.0 wt% (44,258 N), 0.1 wt% (32,029 N), 0.2 wt% (28,344 N), 0.3 wt% (25,365 N), 0.4 wt% (11,320 N)로 감소되는 것을 확인하였다. 그러나 재활용 상온아스콘 혼합물의 기층용의 마샬시험 기준치인 25 ℃에서 마샬안정도 3,500 N 이상을 모두 나타내었다.
- 4 mm범위로 측정을 하여 두께 평균과 흐름치, 마샬안정도의 평균값을 확보하였다. 수분함량 3.0 wt%일 때 흐름치는 평균 4.77 mm, 마샬안정도는 32,505 N, 수분함량 3.5 wt%일 때 흐름치는 평균4.57 mm, 마샬안정도는 30,223 N, 수분함량 4.0 wt%일 때 흐름치는 평균 4.93 mm, 마샬안정도는 28,030 N, 수분함량 4.5 wt%일 때 흐름치는 평균 4.77 mm, 마샬안정도는 26,757 N, 수분함량 5.0 wt%일 때 흐름치는 평균 4.63 mm, 마샬안정도는 25,143 N으로 나타났다. 흐름치는 수분함량 증가에 따라 증가하다 감소되는 것으로 나타났으며 마샬안정도는 수분함량이 3.
- 2 mm에서 조절된 상태에서 흐름치와 마샬안정도를 측정하였다. 시간이 경과함에 따라 재활용 상온아스콘 혼합물의 마샬안정도는 6 h (8,045 N), 12 h (10,025 N), 18 h (11,240 N), 24 h (18,590 N), 30 h (19,110 N), 36 h (19,610 N)으로 증가됨을 알 수 있었다.
- 실험 결과 유화아스팔트의 함량에 관계없이 모든 시편의 밀도가 2.1∼2.2 g/cm3로 유사하게 측정되었으며, 공극률은 유화아스팔트의 함량이 증가됨에 따라 0.5 wt% (13.2%), 1.0 wt% (11.4%), 1.5 wt% (9.2%), 2.0 wt% (7.7%), 2.5 wt% (7.1%)로 감소됨을 알 수 있었다.
- 실험 결과 유화아스팔트의 함량에 관계없이 모든 시편의 밀도가 2.1∼2.3 g/cm3로 유사하게 측정되었으며, 공극률은 에멀젼계 재생첨가제의 함량이 증가됨에 따라 0.0 wt% (11.0%), 0.1 wt% (8.6%), 0.2 wt% (6.6%), 0.3 wt% (5.2%), 0.4 wt% (4.2%)로 감소됨을 알 수 있었다.
- 에멀젼계 재생첨가제의 첨가량이 0.1 wt%에서 유화아스팔트를 1.0 wt%에서 1.0 wt%씩 증가시킴에 따라 초기 1.0∼3.0 wt% 구간에서는 유화아스팔트 1.0 wt% 증가 시에 흐름치가 10%씩 감소되어 흐름치는 유화아스팔트의 영향을 급격하게 받는 것으로 평가되었다.
- 9 mm)로 증가되었다. 특히 재활용 상온아스콘 혼합물의 흐름치가 첨가량이 작을 때는 크게 증가하다가 첨가량이 증가할수록 감소하는 것을 확인하였다. 그러나 재활용 상온아스콘 혼합물의 기층용의 기준치인 25 ℃에서 흐름치 1.
- 63 mm, 마샬안정도는 25,143 N으로 나타났다. 흐름치는 수분함량 증가에 따라 증가하다 감소되는 것으로 나타났으며 마샬안정도는 수분함량이 3.0 wt%일 때 최대치를 나타내었다. 또한 재활용 상온아스콘 혼합물에 포함되는 수분의 함량이 결합재의 전단강도에 미치는 영향을 평가하였다.
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