PURPOSES: The objectives of this study were to develop a new polymer-modified emulsion for application to tack coats and to evaluate its properties by comparing it with other types of asphalt emulsions, with the goal of providing an enhanced tack coat material for use in construction. METHODS: Modif...
PURPOSES: The objectives of this study were to develop a new polymer-modified emulsion for application to tack coats and to evaluate its properties by comparing it with other types of asphalt emulsions, with the goal of providing an enhanced tack coat material for use in construction. METHODS: Modified asphalt binders were developed from using SBS and SBR latex in the laboratory, and their fundamental properties, such as their penetration index and PG grade, were evaluated. Based on the properties, a new tack coat material was developed. To evaluate the newly developed asphalt emulsion, the bonding strength between the two layers of HMA was measured by applying a uniaxial tensile test and shear test. For the tests, a total of four different conditions were applied to the specimens, including the developed asphalt emulsion, latex modified asphalt emulsion, conventional asphalt emulsion, and non-tack coating. RESULTS AND CONCLUSIONS: Overall, the developed asphalt emulsion exhibits the best bonding strength behavior among all of the three types. Also, the two types of polymer-modified emulsions were found to be better for application for use as a tack coat than a conventional emulsion. Especially, at a high temperature ($50^{\circ}C$), the conventional asphalt emulsion no longer acts as a tack coating material. Therefore, the polymer-modified emulsion should be considered for application to tack coat construction during the summer.
PURPOSES: The objectives of this study were to develop a new polymer-modified emulsion for application to tack coats and to evaluate its properties by comparing it with other types of asphalt emulsions, with the goal of providing an enhanced tack coat material for use in construction. METHODS: Modified asphalt binders were developed from using SBS and SBR latex in the laboratory, and their fundamental properties, such as their penetration index and PG grade, were evaluated. Based on the properties, a new tack coat material was developed. To evaluate the newly developed asphalt emulsion, the bonding strength between the two layers of HMA was measured by applying a uniaxial tensile test and shear test. For the tests, a total of four different conditions were applied to the specimens, including the developed asphalt emulsion, latex modified asphalt emulsion, conventional asphalt emulsion, and non-tack coating. RESULTS AND CONCLUSIONS: Overall, the developed asphalt emulsion exhibits the best bonding strength behavior among all of the three types. Also, the two types of polymer-modified emulsions were found to be better for application for use as a tack coat than a conventional emulsion. Especially, at a high temperature ($50^{\circ}C$), the conventional asphalt emulsion no longer acts as a tack coating material. Therefore, the polymer-modified emulsion should be considered for application to tack coat construction during the summer.
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문제 정의
Kuhlmann(1990)은 일축인장에 기초한 직접인장에 의한 부착강도 실험을 제안하였으며 제안된 직접인장 실험은 현장 조건과 유사한 양생환경을 제공할 뿐만 아니라 시편의 파괴가 부착계면 또는 덧씌우기나 보수로 사용된 재료 부분에서 발생하는지를 분명하게 보여주는 장점을 지니고 있다. 따라서 본 연구에서는 택코트의 부착강도 특성을 규명하기 위해 직접인장 실험에 의해 부착강도를 측정하였다.
본 연구에 적용된 인장강도 시험은 택코트 재료의 물리·화학적 특성을 배제한 아스팔트 포장의 기층과 표층 사이의 상대적인 부착에 대한 역학적 특성 평가를 위한 시험이다.
본 연구에서는 SBS(Styrene Butadiene Styrene) 계열과 SBR(Styrene Butadiene Rubber) 계열의 개질 아스팔트 바인더를 개발하여 공용성 등급(PG)과 침입도 시험 등의 품질실험을 통해 2종의 개질 아스팔트 바인더를 선정하였다. 선정된 아스팔트 바인더를 이용하여 개질 유화아스팔트를 개발하였고 상용화된 택코트용 일반 유화아스팔트와 성능을 검증하였다.
본 연구에서는 덧씌우기 포장 및 신규 포장 시공 시 포장층간의 부착성능이 우수하고 수분의 침투를 예방할 수 있는 택코트 재료를 개발하여 그 성능을 평가하고자 한다.
본 연구에서는 택코트용 유화아스팔트 개발을 위해 기존 아스팔트 바인더에 폴리머 첨가제를 투입하여 개질 아스팔트 바인더를 개발하는 과정이 선행되었다. 각각 SBS와 SBR 개질제가 첨가되었으며 첨가비율은 아스팔트 함량의 5% 범위에서 결정되었다.
제안 방법
개질 아스팔트 바인더는 premix type으로 일반 아스팔트 바인더와 개질제를 첨가비율별로 계량하고, 혼합공정별로 투입하여 high shear를 구현할 수 있는 믹서를 사용하여 교반하였다. 제조과정 중 바인더의 물성변화를 막기 위해 혼합온도는 190℃ 이하를 유지해야 한다.
각각 SBS와 SBR 개질제가 첨가되었으며 첨가비율은 아스팔트 함량의 5% 범위에서 결정되었다. 또한 개질 아스팔트 바인더를 사용한 유화아스팔트 제조과정에서 발생되는 고온에서의 점도 상승의 문제는 왁스(wax) 성분을 첨가하여 최소화 하였다. 상기의 과정으로부터 PG 76-22 등급의 개질 아스팔트 바인더를 개발한 후 택코팅용 유화아스팔트를 개발하여 적용하였다.
본 연구에서는 SBS 개질제와 Wax가 첨가된 유화아스팔트 1종을 개발하였고, SBR latex 개질제가 첨가된 유화아스팔트 1종을 제작하여 상용제품인 RSC-4 유화아스팔트와 택코팅을 사용하지 않은 조건 등 네 가지 실험조건을 적용하여 택코트 재료 즉, 유화아스팔트 종류별 접착특성을 평가하였다.
또한 개질 아스팔트 바인더를 사용한 유화아스팔트 제조과정에서 발생되는 고온에서의 점도 상승의 문제는 왁스(wax) 성분을 첨가하여 최소화 하였다. 상기의 과정으로부터 PG 76-22 등급의 개질 아스팔트 바인더를 개발한 후 택코팅용 유화아스팔트를 개발하여 적용하였다.
본 연구에서는 SBS(Styrene Butadiene Styrene) 계열과 SBR(Styrene Butadiene Rubber) 계열의 개질 아스팔트 바인더를 개발하여 공용성 등급(PG)과 침입도 시험 등의 품질실험을 통해 2종의 개질 아스팔트 바인더를 선정하였다. 선정된 아스팔트 바인더를 이용하여 개질 유화아스팔트를 개발하였고 상용화된 택코트용 일반 유화아스팔트와 성능을 검증하였다. Fig.
인장강도시험과 전단시험에 의한 택코팅 재료의 부착 특성을 평가하기 위해 original 조건의 결과가 1일 때 조건별 결과를 비율로 비교하였다. Fig.
전단시험을 위해 30×30×5cm의 슬래브를 제작하여 양생 후 10×10×10cm로 절단하여 실험하였다.
대상 데이터
기본 물성실험을 통해 SBR latex 계열과 왁스를 첨가한 SBS 계열의 개질 아스팔트 바인더 2종이 선정되었다. Table 3과 Table 4는 선정된 개질 아스팔트 바인더의 침입도와 공용성 등급 결과를 보여준다.
가열된 아스팔트와 유화제가 별도로 공급되어 혼합되며 혼합온도는 유화아스팔트의 종류, 등급, residue 함량에 따라 달라진다. 사용되는 아스팔트 바인더의 점도는 170℃에서 200cP 이하이며 온도는 100℃~140℃, 최대 180℃이다. 물의 온도는 유제의 생산 온도가 90℃ 이하인 것을 고려하여 조정한다.
택코팅 재료의 부착특성을 평가하기 위해 인장시험과 전단시험이 수행되었으며, 4가지 다른 조건의 시편 즉, 택코트 비적용, RSC-4적용, latex 개질 유화아스팔트 적용, 개발된 유화아스팔트 적용 등의 시편을 사용하였고 각 조건별로 3개의 시편이 제작되어 실험되었다. 실험결과는 평균값으로 나타내었으며 조건별 시편 사이의 편차를 실험결과 그래프에 나타내었다.
성능/효과
1. 개발된 택코팅 재료(SBS + Wax)는 가장 뛰어난 인장시험에 의한 부착특성을 나타낸다.
2. 개발된 택코팅 재료(SBS + Wax)는 가장 뛰어난 전단시험에 의한 부착특성을 나타낸다.
3. 기존 상용 유화아스팔트 RSC-4 적용 시편과 original 조건 시편의 전단강도 차이가 거의 없었으며 즉, 고온(50℃)에서 기존 상용제품 RSC-4의 적용은 택코팅 재료로써 기능을 하지 못하는 것으로 고려되므로 여름철 택코팅 시공 시 폴리머 개질 유화아스팔트의 사용을 고려해야할 것으로 판단된다.
4. 기존 상용 유화아스팔트와 비교할 때 2종의 폴리머 개질 유화아스팔트(SBS+Wax, SBR Latex) 모두 우수한 부착력 특성(인장, 전단)을 보여준다.
Fig. 8에서 보이듯이 개발된 유화아스팔트, SW를 사용한 시편이 가장 좋은 결과를 나타내며 latex 개질 유화아스팔트를 적용한 시편이 RSC-4 적용 시편과 original 조건 시편 보다 큰 전단강도를 보여준다. 흥미로운 결과는 RSC-4 적용과 original 조건의 전단강도 차이가 거의 없다는 것이며 즉, 고온(50℃)에서 기존 상용제품 RSC-4의 적용은 택코팅 재료로써 기능을 하지 못하는 것으로 판단된다.
Table 4의 결과는 개발된 개질 아스팔트 바인더의 공용성 등급은 PG 76-22임을 확인하였고, 사용된 일반 아스팔트(AP-5)의 PG 등급(PG 64-22)보다 개질 후 등급이 우수함을 보여준다.
인장시험과 전단시험 모두 본 연구에서 개발된 개질 유화아스팔트의 부착특성이 비교된 다른 3가지 조건에 비해 우수하다는 결과를 나타낸다. 또한 두 가지 시험결과는 latex 개질 유화아스팔트의 부착성능이 개발된 개질 유화아스팔트에 비해 약간 부족하지만 기존의 상용 유화아스팔트에 비해 우수함을 보여준다.
그러나 침입도 및 연화점 등의 특성이 일반 아스팔트(AP-5)에 비해 뛰어나지 않은 것으로 알려져 있다. 본 연구에서 선정된 SBS는 분자결합이 linear type으로 Ⅱ형에 포함되며 Ⅰ형의 radial type보다 혼합온도가 낮고 혼합이 용이하며 혼합 후 아스팔트 바인더와의 재료 분리도 낮다.
인장강도 시험과 전단강도 시험을 수행하여 택코팅 재료별 부착특성을 평가하였고 수행된 성능시험을 통해 기존의 택코팅 재료보다 본 연구에서 개발된 택코팅 재료의 성능이 우수함을 확인하였다. 도출된 결론은 다음과 같다.
인장시험과 전단시험 모두 본 연구에서 개발된 개질 유화아스팔트의 부착특성이 비교된 다른 3가지 조건에 비해 우수하다는 결과를 나타낸다. 또한 두 가지 시험결과는 latex 개질 유화아스팔트의 부착성능이 개발된 개질 유화아스팔트에 비해 약간 부족하지만 기존의 상용 유화아스팔트에 비해 우수함을 보여준다.
8에서 보이듯이 개발된 유화아스팔트, SW를 사용한 시편이 가장 좋은 결과를 나타내며 latex 개질 유화아스팔트를 적용한 시편이 RSC-4 적용 시편과 original 조건 시편 보다 큰 전단강도를 보여준다. 흥미로운 결과는 RSC-4 적용과 original 조건의 전단강도 차이가 거의 없다는 것이며 즉, 고온(50℃)에서 기존 상용제품 RSC-4의 적용은 택코팅 재료로써 기능을 하지 못하는 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
택코트란 무엇인가?
장기간의 공용 중 교통하중에 의해 발생되는 균열이나 영구변형 파손과 달리 박리로 인해 야기되는 포트홀 파손은 포장체 내에 수분이 침투하여 포장층 사이의 부착력을 감소시켜 발생하므로 포장의 공용 초기에도 발생할 가능성이 있다. 택코트는 아스팔트 바인더 또는 유화아스팔트를 상대적으로 흡수율이 떨어지는 기존 포장면에 작은 량을 포설하여 기존 포장면과 신규 포장면의 접착력을 강화시키는 공법으로 정의된다(ASTM D8-02 2004). 때문에 적절한 택크트의 시공은 포장층간의 접착력을 확보하여 포트홀 파손의 원인이 되는 수분의 유입을 억제한다.
유화아스팔트의 장점은 무엇인가?
일반적인 택코트 재료는 아스팔트 바인더, 컷백 아스팔트, 유화아스팔트 등이 있으나 현재 환경적인 문제 때문에 컷백 아스팔트는 사용되지 않으며 유화아스팔트가 주로 사용되는 실정이다. 유화아스팔트는 아스팔트 입자가 물에 분산되어있는 형태로 정의될 수 있으며 낮은 점성으로 인해 현장 적용성 및 시공 편리성, 개질제 첨가를 통한 성능 향상이 용이, 친환경 재료 등의 장점으로 사용이 점차 증대되고 있다(Im and Kim 2014).
참고문헌 (11)
ASTM D8-02 (2004), Standard Terminology Relating to Materials for Roads and Pavements. Annual Book of ASTM Standards, Vol. 04-03.
Chaingon, F and J.C. Roffe (2001), Characterization Tests on Bond Coats: Worldwide Study, Impact, Tests, Recommendations. Canadian Technical Asphalt Association, Toronto, Canada.
Hindo, K.R. (1990), In-place Bond Testing and Surface Preparation of Concrete. Concrete International, 12(4), pp. 46-48.
Kuhlmann, L.A. (1990), Test Method for Measuring the Bond Strength of Latex-Modified Concrete and Mortar. ACI Materials Journal, Vol 87, No. 4, pp. 387-394.
Im, J.H. and Y.R. Kim (2014), Evaluation of Asphalt Emulsions Curing and Adhesive Behavior Used in Asphalt Pavement Preservation (Surface Treatments). International Journal of Highway Engineering, Vol. 16, No. 6, pp. 39-50.
Ministry of Land, Infrastructure and Transport (2013), Road Construction Standard Specification.
Ministry of Land, Infrastructure and Transport (2014), 2014 Yearbook of Road Statistics.
Mohammad, L.N., A.E. Mostafa, A. Bae, N. Patel, J. Button, and J.A. Scherocman (2012), Optimization of Tack Coat for HMA Placement. NCHRP Report 712, Transportation Research Board, Washington, DC.
Paul, H.R. and J.A. Scherocman (1998), Friction Testing of Tack Coat Surfaces. Transportation Research Record 1616, Transportation Research Board, National Research Council, Washington, DC, pp. 6-12.
Roffe, J.C. and F. Chaignon (2002), Characterization Tests on Bond Coats: Worldwide Study, Impact, Tests, Recommendations. 3rd International Conference on Bituminous Mixtures and Pavements, Thessaloniki, Greece, pp. 315.
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