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문제 정의
- 앞 절에서 언급한 것과 같이 현장 다짐밀도 장비에 대한 타당성 평가방법으로는 Student t-test 분석방법보다는 상관계수(Coefficient of correlation)를 이용한 평가방법이 정밀하다는 것을 알 수 있었다. 따라서 본 연구에서는 상관계수를 이용하여 여러 현장에서 측정된 현장 다짐밀도와 실측 밀도의 상관성을 조사하였으며 이를 통하여 현장 다짐밀도 측정장비의 타당성을 조사하였다. Table 4는 G현장 구간에 따른 혼합물 종류와 현장 밀도측정 값 및 실측 밀도측정 값을 나타낸다.
- 본 연구에서는 아스팔트 포장의 품질관리 기술지원 사례에서 비파괴 현장다짐밀도 측정장비인 PQI (Pavement Quality Indicator)를 이용한 현장 다짐밀도 측정장비로 측정된 밀도 값이 얼마만큼의 타당성 및 신뢰성을 확보하고 있는지를 검토하고, 또한 현장에서 측정된 실측밀도를 비교·평가하고자 한다.
가설 설정
- 4. 현장 밀도를 측정하기 전에 반드시 측정장비에 대한 보정절차를 수행하는 것이 현장 밀도에 대한 신뢰도를 증가시킬 것이다.
제안 방법
- 28로 나타났다. PQI 장비를 이용하여 측정된 밀도를 보정하기 위해 표준시료를 5번 측정 후, 평균값을 적용하여 보정계수를 결정하였으며 이 보정계수는 현장에서 측정된 밀도 값에 적용되었다. 이 연구에서는 PQI 밀도 값과 실내에서 측정된 밀도 값 사이의 통계학적 상관관계가 전혀 없는 것으로 나타났다.
- 본 연구에서는 아스팔트 포장의 품질관리 기술지원 사례에서 비파괴 현장다짐밀도 측정장비인 PQI (Pavement Quality Indicator)를 이용한 현장 다짐밀도 측정장비로 측정된 밀도 값이 얼마만큼의 타당성 및 신뢰성을 확보하고 있는지를 검토하고, 또한 현장에서 측정된 실측밀도를 비교·평가하고자 한다. 검토 방법으로는 시험포장구간을 선정하여 각 층별로 현장 밀도 측정장비를 이용한 밀도 값과 측정구간에서의 실측 밀도값을 측정하여 통계분석을 실시하고, 현장에 포설되는 기층과 중간층의 밀도측정 값에 대한 신뢰도를 평가함으로써 품질관리에 사용되는 현장밀도 측정장비에 대한 타당성을 검토하였다.
- 본 연구에서는 아스팔트 포장의 시공 후 품질관리를 위해 비파괴 현장 다짐밀도 측정장비인 PQI(Pavement Quality Indicator)를 이용한 현장 다짐밀도 측정장비로 측정된 밀도 값이 얼마만큼의 타당성 및 신뢰성을 확보하고 있는지를 검토하고, 또한 현장에서 측정된 실측 밀도를 비교·평가하였다. 검토방법으로는 시험포장 구간을 선정하여 각 층별로 현장 밀도 측정장비를 이용한 밀도 값과 측정구간에서의 실측 밀도 값을 측정하여 통계분석을 실시하였고, 현장에 포설되는 기층과 중간층의 밀도측정 값에 대한 신뢰도를 평가함으로써 품질관리에 사용되는 현장 밀도 측정장비에 대한 타당성을 검토하였다. 본 연구를 통해 얻어진 결론은 다음과 같다.
- 그러므로 본 연구에서는 다양한 다짐밀도를 갖는 여러 포장 구간에서 현장과 실험실 다짐밀도를 측정하여 비교·분석하였다.
- 또한, 비교·평가를 기초로 하여 덧씌우기를 포함하여 시험포장 구간의 밀도를 측정하였다.
- 본 연구에서는 아스팔트 포장의 시공 후 품질관리를 위해 비파괴 현장 다짐밀도 측정장비인 PQI(Pavement Quality Indicator)를 이용한 현장 다짐밀도 측정장비로 측정된 밀도 값이 얼마만큼의 타당성 및 신뢰성을 확보하고 있는지를 검토하고, 또한 현장에서 측정된 실측 밀도를 비교·평가하였다.
- Nuclear density gauge의 경우 정확성은 Non-nuclear density gauge에 비해 높지만 방사능 관련 자격증 소지자의 필요, 방사능 유출의 위험성, 장비사용자의 방사능 유출에 대한 정기적인 검사 등 갖춰져야 할 부가적인 부분이 많은 단점을 안고 있다. 상기의 문헌조사 및 각 장비의 장단점을 비교한 결과, 본 연구에서는 PQI 장비를 이용하여 다짐밀도 평가를 진행하였다.
- 미국 일리노이 대학에서는 Non-nuclear 현장 다짐밀도 측정장비의 초기 모델인 PQI 100과 최신 모델인 PQI 300을 실내 코어 시편을 이용하여 비교·평가하였으며, 또한 nuclear 밀도 측정장비와 비교·평가를 실시하여 그 결과들을 논문으로 발표하였다(1999~2000). 이 두 가지 연구에서 연구원들은 다양한 아스팔트 혼합물의 재료, 포장 표층의 수분상태, 장비와 포장 사이의 공극 크기에 따른 밀도변화 등을 측정하였다. 특히 Harrel and Buttlar(1999)는 PQI model 100 장비가 표면의 수분상태, 온도, 공극의 크기에 민감하게 반응하는 것을 발견하였으며 PQI model 100 장비가 nuclear 밀도 측정장비와 일치되지 않는 것으로 결론지었다.
- 현장 다짐밀도 측정은 시공현장에서 비파괴 현장 다짐밀도 측정장비인 PQI를 이용하여 측정한 후 측정지점에서 코어를 채취하여 실내 시험에서 실측 밀도를 측정하였다. 측정지점은 아스팔트 포장 시험시공구간 중 Wheel path 구간에서 측정되었다.
- 본 연구에 적용된 시험시공 현장은 경북 경주시 부근이며 총 A와 B 두 구간에서 진행되었다. 현장 밀도측정과 코어 채취는 각 시험시공구간에서 기층과 중간층 모두에서 진행되었으며, 전체 시험시공구간은 각 9개의 작은 구간으로 나뉘었고 다짐횟수를 조절하여 각각 다른 도로포장의 밀도를 구현하였다. 그러므로 본 연구에서는 다양한 다짐밀도를 갖는 여러 포장 구간에서 현장과 실험실 다짐밀도를 측정하여 비교·분석하였다.
- 현장에서 PQI 300 및 PaveTrackerTM 2701을 이용하여 밀도를 측정한 후, 두 가지 밀도 측정결과 값과 현장에서 채취한 코어의 밀도 값을 비교·평가하였다.
- 현장에서 측정된 밀도 값의 신뢰성을 검증하기 위해 실제 현장 시공을 하였고, 현장 밀도가 실측된 구간에서 코어를 채취하여 실험실 밀도를 측정 비교·분석 하였다.
대상 데이터
- 현장에서 측정된 밀도 값의 신뢰성을 검증하기 위해 실제 현장 시공을 하였고, 현장 밀도가 실측된 구간에서 코어를 채취하여 실험실 밀도를 측정 비교·분석 하였다. 본 연구에 적용된 시험시공 현장은 경북 경주시 부근이며 총 A와 B 두 구간에서 진행되었다. 현장 밀도측정과 코어 채취는 각 시험시공구간에서 기층과 중간층 모두에서 진행되었으며, 전체 시험시공구간은 각 9개의 작은 구간으로 나뉘었고 다짐횟수를 조절하여 각각 다른 도로포장의 밀도를 구현하였다.
- 현장 다짐밀도 측정은 시공현장에서 비파괴 현장 다짐밀도 측정장비인 PQI를 이용하여 측정한 후 측정지점에서 코어를 채취하여 실내 시험에서 실측 밀도를 측정하였다. 측정지점은 아스팔트 포장 시험시공구간 중 Wheel path 구간에서 측정되었다. Fig.
데이터처리
- Student t-test는 표본 평균과 모집단 편균의 차이를 표본의 표준편차(standard deviation, 이하 S)로 나누어 구하게 되며, 본 연구에서는 표본 평균은 실험실 실측 밀도이며 모집단은 현장 측정밀도로 정의하여 결과를 분석하였다. 이 방법은 측정된 현장 밀도와 실험실 실측 밀도 사이의 차이 값에 대한 평균 값을 나타낸다.
- 그러나 현장에서 측정된 밀도 값과 실내 실측 밀도 값은 거의 대부분 일치하지 않은 경향을 나타내고 있다. 따라서 현장 밀도 값과 실내 실측 밀도 값 사이의 신뢰성을 평가하기 위해 student t-test 분석방법과 상관계수(coefficient of correlation) 분석 방법을 이용하였다.
성능/효과
- 1. 현장 다짐밀도 측정장비를 이용한 신뢰도를 평가하는 방법으로는 Student t-test 분석방법보다는 상관계수(Coefficient of correlation)에 의한 분석방법을 이용하는 것이 더 정확한 것으로 판단되었다.
- 2. 또한 실제 현장 시험 포장에서 측정된 현장 밀도와 실측 밀도와의 상관계수 R 값이 매우 낮은 것으로 나타났으며 이에 따른 신뢰구간 역시 0.5를 넘지 못하는 경우가 대부분인 것으로 나타났다. 이는 현장 밀도를 측정하기 전에 혼합물 종류에 따른 측정장비의 보정을 수행하지 못한 결과로 판단된다.
- 3. 혼합물 종류(중간층, 기층)에 따른 밀도의 상관계수 R 값은 상대적으로 굵은골재가 포함되어 있는 기층이 더 높은 것으로 나타났으며 이는 혼합물에 포함되어 있는 골재의 공칭최대치수가 밀도측정에 있어서 상당한 영향을 미치는 것으로 판단된다.
- Henault(2001)은 AASHTO T-166에 이용된 10개의 과제로부터 현장시료의 실내 분석결과와 nuclear 밀도 측정결과를 비교·분석함으로써 PQI Model 300의 현장공용성을 평가하였다. PQI 장비를 이용한 밀도 결과와 실내 밀도 측정결과와의 상관관계를 평가하였으며 평균 상관계수(R2)가 0.28로 나타났다. PQI 장비를 이용하여 측정된 밀도를 보정하기 위해 표준시료를 5번 측정 후, 평균값을 적용하여 보정계수를 결정하였으며 이 보정계수는 현장에서 측정된 밀도 값에 적용되었다.
- Hausman and Buttlar(2000)의 연구에서는 수분과 온도에 의한 밀도의 변동성을 보정하기 위해 개발된 PQI model 300은 초기 모델보다 기능이 떨어지는 것을 알 수 있었다. 그러나 이 연구의 연구진들 또한 AASHTO T-166 측정과는 상호 상관관계가 없는 것으로 결론지었다. 또한, 표면공극이 Model 300에 미치는 영향을 조사하기 위해 채움재를 사용하여 공극을 감소시켜 실험한 결과, 밀도에 대한 변동성이 크게 향상되지 않는다고 보고하였다.
- Table 3과 같이 동일한 현장에서 측정된 현장 밀도는 장비에 따라 그 신뢰구간이 매우 큰 차이를 나타냄을 알 수 있었다. 다시 말해서, PQI_1의 경우 실측 밀도와 비교해 볼 때 상관계수의 신뢰구간이 0.47~0 사이에 있는 것으로 나타났으며, PQI_2의 경우에는 0.88~0.69로 다소 높은 신뢰구간을 나타내는 것을 알 수 있었다. 그러나 두 경우 모두 신뢰구간의 범위가 광범위하다는 것을 알 수 있었으며 이는 측정 횟수에 따른 결과라 판단된다.
- 반면 PQI-2의 경우 선형의 경향을 보이지만 평균값은 실험실 실측 밀도보다 280kg/m3 낮은 결과를 나타낸다. 다시 말해서, 측정장비의 측정 값이 산발적으로 경향이 없는 결과를 보일지라도 평균 값이 실험실 실측 밀도와의 차이가 적다면 t-test 결과 값이 매우 작게 나타나며 통계학적으로 신뢰도가 높다는 결론을 얻게 되지만, 이 결론은 잘못된 것으로 판단할 수 있다.
- 시험포장 구간에서 측정된 밀도는 측정기 하나만이 실내에서 측정된 밀도와 95%의 신뢰성을 가지는 것으로 평가되었다. 또한, 동일한 PQI 장비를 이용하여 측정된 코어들은 거의 동일한 측정결과를 나타내는 것으로 평가하였으며 PQI 장비와 코어의 분산은 88%로 나타났다. 또한 PQI 측정값이 nuclear 측정 값에 비해 약 5% 증가된 값을 보여줌을 보고하였으며, 품질관리에 있어서 non-nuclear 측정기의 사용이 가능함을 보고하였다.
- 이는 아스팔트 혼합물의 수분상태와 온도가 일정한 상태를 유지하였기 때문인 것으로 판단된다. 또한, 밀도 측정장비의 초기화 과정에서 아스팔트 혼합물이 내포하고 있는 수분상태와 온도를 변화시켜야 한다는 것을 보여주었다. 따라서 현장 밀도측정기를 사용할 경우 반드시 실내 시험을 거쳐 현장에 적용하여야 한다고 보고하였다.
- 본 연구에서도 실제 시험 포장에서 측정된 밀도와 실험실에서 측정된 밀도 값을 비교·분석한 결과 잘못된 결론에 도달하게 되는 것을 확인하였다.
- 또한, 비교·평가를 기초로 하여 덧씌우기를 포함하여 시험포장 구간의 밀도를 측정하였다. 시험포장 구간에서 측정된 밀도는 측정기 하나만이 실내에서 측정된 밀도와 95%의 신뢰성을 가지는 것으로 평가되었다. 또한, 동일한 PQI 장비를 이용하여 측정된 코어들은 거의 동일한 측정결과를 나타내는 것으로 평가하였으며 PQI 장비와 코어의 분산은 88%로 나타났다.
- 앞 절에서 언급한 것과 같이 현장 다짐밀도 장비에 대한 타당성 평가방법으로는 Student t-test 분석방법보다는 상관계수(Coefficient of correlation)를 이용한 평가방법이 정밀하다는 것을 알 수 있었다. 따라서 본 연구에서는 상관계수를 이용하여 여러 현장에서 측정된 현장 다짐밀도와 실측 밀도의 상관성을 조사하였으며 이를 통하여 현장 다짐밀도 측정장비의 타당성을 조사하였다.
- PQI 장비를 이용하여 측정된 밀도를 보정하기 위해 표준시료를 5번 측정 후, 평균값을 적용하여 보정계수를 결정하였으며 이 보정계수는 현장에서 측정된 밀도 값에 적용되었다. 이 연구에서는 PQI 밀도 값과 실내에서 측정된 밀도 값 사이의 통계학적 상관관계가 전혀 없는 것으로 나타났다. 아스팔트 도로 포장 시공 시 일정한 품질의 아스팔트 혼합물을 이용하여 일관성 있는 도로 포장을 목표로 시공하였더라도, 실질적인 다짐밀도의 오차는 밀도 측정방법 및 기술 사이에서 임의로 발생하게 된다.
- 이러한 오차를 줄이기 위해서는 각각의 프로젝트별 측정되는 밀도의 상관관계를 찾는 것이 더 바람직하다. 즉, 평균 상관관계(R2)를 이용하여 보정계수를 측정하여 실제 밀도 결과 값의 보정이 필요하다는 결론을 도출하였다.
- 현장 다짐밀도 측정장비를 평가한 문헌을 고찰한 결과 nuclear density gauge가 non-nuclear density gauge에 비해 조금 더 높은 정확도를 보인는 것으로 나타났으며, non-nuclear density gauge의 경우 측정 시 수분에 의한 영향도가 큰 것으로 보고되었다. 또한 non-nuclear density gauge의 경우 측정 전 지속적인 보정을 반드시 거쳐야 한다.
- 현장 측정에서 PQI와 Pave Tracker™의 경우 측정 전 지속적인 보정 없이 측정된 결과들이 nuclear density gauge의 밀도 측정 값과 차이가 났으며, 제조사에서 제안한 방법에 의해 지속적인 보정 후 측정한 결과 PaveTracker™은 현장 코어밀도와 nuclear density gauge의 밀도 값과 잘 일치되지 않았으며, PQI의 경우 nuclear density gauge보다 코어밀도의 측정결과 값과 더 가깝게 일치되었다.
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