본 연구는 원유정제과정에서 발생되는 산업부산물인 유황에 폴리머 성분의 첨가제를 혼입한 개질유황결합재를 사용하여 중온아스팔트 혼합물을 제조하고, 개질유황결합재를 사용한 중온아스팔트 혼합물의 간접인장강도, 수침전후 및 동결융해 전후 인장강도비와 휠트랙킹 시험에 의한 동적안정도 등의 역학 및 내구 특성을 평가하였다. 실험결과, 개질유황 결합재를 사용한 중온아스팔트 혼합물의 수침전후 인장강도비는 0.88로 중온 폼드 개질 아스팔트의 약 1.13배이며, 동결융해 전후의 인장강도비 또한 0.82로 인장강도비 KS 품질기준 값 0.75 이상을 모두 만족하였다. 간접인장강도는 1.60MPa로 KS 품질기준 값 0.80MPa의 2배, 일반가열아스팔트의 1.29MPa과 비교하여 약 1.24배 높은 간접인장강도를 나타내었다. 또한, 휠트랙킹 시험에 의한 동적안정도는 14,075회/mm로 일반가열아스팔트의 약 15배, 중온 폼드 개질 아스팔트의 약 3배로 피로균열 등 소성변형에 대한 저항성이 매우 우수하게 나타났다.
본 연구는 원유정제과정에서 발생되는 산업부산물인 유황에 폴리머 성분의 첨가제를 혼입한 개질유황결합재를 사용하여 중온아스팔트 혼합물을 제조하고, 개질유황결합재를 사용한 중온아스팔트 혼합물의 간접인장강도, 수침전후 및 동결융해 전후 인장강도비와 휠트랙킹 시험에 의한 동적안정도 등의 역학 및 내구 특성을 평가하였다. 실험결과, 개질유황 결합재를 사용한 중온아스팔트 혼합물의 수침전후 인장강도비는 0.88로 중온 폼드 개질 아스팔트의 약 1.13배이며, 동결융해 전후의 인장강도비 또한 0.82로 인장강도비 KS 품질기준 값 0.75 이상을 모두 만족하였다. 간접인장강도는 1.60MPa로 KS 품질기준 값 0.80MPa의 2배, 일반가열아스팔트의 1.29MPa과 비교하여 약 1.24배 높은 간접인장강도를 나타내었다. 또한, 휠트랙킹 시험에 의한 동적안정도는 14,075회/mm로 일반가열아스팔트의 약 15배, 중온 폼드 개질 아스팔트의 약 3배로 피로균열 등 소성변형에 대한 저항성이 매우 우수하게 나타났다.
In this study, the Warm-Mix Asphalt was prepared using a modified Sulfur Binder mixed with an additive of a polymer component in sulfur, which is an industrial by-product generated in the crude oil refining process. The dynamic stability and durability characteristics of the prepared Warm-Mix Asphal...
In this study, the Warm-Mix Asphalt was prepared using a modified Sulfur Binder mixed with an additive of a polymer component in sulfur, which is an industrial by-product generated in the crude oil refining process. The dynamic stability and durability characteristics of the prepared Warm-Mix Asphalt was evaluated by the indirect tensile strength, the tensile strength ratio before and after water immersion and freezing-thawing, and the dynamic stability by wheel tracking test. The Warm-Mix Asphalt Mixtures using Modified Sulfur Binder has a tensile strength ratio before and after water immersion of 0.88, which is about 1.13 times that of the Warm-Mix formed modified Asphalt, and the tensile strength ration before and after freezing-thawing is also 0.82, thus, all tensile strength ratios satisfied the KS quality standard value of 0.75 or more. The indirect tensile strength was 1.6MPa which was twice the KS quality standard value of 0.8MPa, and about 1.24 times higher than that of normal heated asphalt 1.29MPa. In addition, the dynamic stability by the wheel tracking test was 14,075 times/mm, which was about 15 times higher than that of normal heated asphalt and about 3 times higher than that of the Warm-Mix formed modified Asphalt, showing excellent resistance to plastic deformation such as fatigue cracks.
In this study, the Warm-Mix Asphalt was prepared using a modified Sulfur Binder mixed with an additive of a polymer component in sulfur, which is an industrial by-product generated in the crude oil refining process. The dynamic stability and durability characteristics of the prepared Warm-Mix Asphalt was evaluated by the indirect tensile strength, the tensile strength ratio before and after water immersion and freezing-thawing, and the dynamic stability by wheel tracking test. The Warm-Mix Asphalt Mixtures using Modified Sulfur Binder has a tensile strength ratio before and after water immersion of 0.88, which is about 1.13 times that of the Warm-Mix formed modified Asphalt, and the tensile strength ration before and after freezing-thawing is also 0.82, thus, all tensile strength ratios satisfied the KS quality standard value of 0.75 or more. The indirect tensile strength was 1.6MPa which was twice the KS quality standard value of 0.8MPa, and about 1.24 times higher than that of normal heated asphalt 1.29MPa. In addition, the dynamic stability by the wheel tracking test was 14,075 times/mm, which was about 15 times higher than that of normal heated asphalt and about 3 times higher than that of the Warm-Mix formed modified Asphalt, showing excellent resistance to plastic deformation such as fatigue cracks.
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문제 정의
본 연구는 개질유황결합재를 사용한 현장 플랜트 믹스형(Plant mix type) 중온 아스팔트 혼합물의 특성을 검토한 것으로 시험에 사용한 개질유황결합재(Thiomer)의 특성은 다음과 같다.
본 연구에서는 석유제품 생산 시 원유의 정제과정에서 발생되는 산업부산물인 유황에 폴리머 성분의 첨가제를 혼입하여 개질유황결합재를 사용하여 중온아스팔트 혼합물을 제조하였으며 이에 대한 특성을 검토하였다. 개질유황결합재를 사용한 중온아스팔트 혼합물의 특성은 유해물질, 악취물질 등의 환경성 분석과 안정도, 흐름값, 공극률 및 포화도 등의 기초특성 평가 후 중온아스팔트 혼합물의 간접인장강도, 수침전후 및 동결융해 전후 인장강도비와 휠트랙킹 시험에 의한 동적안정도 등의 역학 및 내구 특성을 평가하여 기존 기술과의 성능을 비교 검토하였다.
본 연구에서는 원유정제과정에서 발생하는 산업부산물인 유황과 폴리머 성분의 개질제의 중합반응 생성물인 개질유황결합재(Thiomer)를 사용하여 제조한 중온아스팔트 혼합물의 역학 및 내구특성을 검토하였다. 개질유황결합재의 성능은 기존 중온폼드아스팔트 및 일반가열아스팔트와 비교검토 하였으며, 각 혼합물의 배합표는 Table 2와 같다.
제안 방법
개질유황결합재를 사용한 아스팔트 혼합물의 동적안정도는 휠트랙킹 시험에 의한 반복적인 차량하중에 대한 동적안정도 및 소성 변형 저항성을 측정하였으며, 그 결과를 Fig. 10에 나타내었다.
본 연구에서는 석유제품 생산 시 원유의 정제과정에서 발생되는 산업부산물인 유황에 폴리머 성분의 첨가제를 혼입하여 개질유황결합재를 사용하여 중온아스팔트 혼합물을 제조하였으며 이에 대한 특성을 검토하였다. 개질유황결합재를 사용한 중온아스팔트 혼합물의 특성은 유해물질, 악취물질 등의 환경성 분석과 안정도, 흐름값, 공극률 및 포화도 등의 기초특성 평가 후 중온아스팔트 혼합물의 간접인장강도, 수침전후 및 동결융해 전후 인장강도비와 휠트랙킹 시험에 의한 동적안정도 등의 역학 및 내구 특성을 평가하여 기존 기술과의 성능을 비교 검토하였다.
본 연구에서는 원유정제과정에서 발생하는 산업부산물인 유황과 폴리머 성분의 개질제의 중합반응 생성물인 개질유황결합재(Thiomer)를 사용하여 제조한 중온아스팔트 혼합물의 역학 및 내구특성을 검토하였다. 개질유황결합재의 성능은 기존 중온폼드아스팔트 및 일반가열아스팔트와 비교검토 하였으며, 각 혼합물의 배합표는 Table 2와 같다.
본 연구는 원유의 정제과정에서 발생되는 산업부산물인 유황에 폴리머 성분의 첨가제를 혼입하여 개질유황결합재를 사용하여 중온아스팔트 혼합물을 제조하고 그 특성을 검토한 것으로 연구의결론은 다음과 같다.
본 연구에서는 아스팔트 혼합물의 건조상태에서의 간접 인장강도와 수분 포화 및 동결융해 후 상태에서의 간접 인장강도를 측정하였다. Fig.
시험 방법은 공시체를 시험기에 설치하고, 시험 차륜 하중은 686N으로 고정시키고, 총 재하 하중을 접지 면적으로 나눈 접지압이(628±15)kPa이 되도록 유지하여 시험을 실시하였다.
차륜 하중에 의한 공시체의 변형량의 측정은 1분, 5분, 10분, 15분, 30분, 45분, 60분이 경과한 때의 침하 깊이를 측정하고 기록하였다. 동적안정도(DS: Dynamic Stability)는 공시체의 표면으로부터 1mm 변형하는 데 소요되는 시험 차륜의 통과 횟수로서 식 (3)으로 계산하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 플랜트 배합 방식에 의해 개질유황결합재를 AP의 일부와 치환함으로서 별도의 추가첨가제의 투입 없이도 품질이 우수하고 일반 가열 아스팔트 혼합물보다 낮은 온도에서 생산 및 현장다짐이 가능한 중온 아스팔트 혼합물 제조기술이다. 본 연구의 주원료는 원유의 정제과정에서 발생되는 산업부산물인 유황(Sulfur)으로 원소기호 S, 원자량 : 32.066g/mol, 상온에서 연노란색의 고체 결정이며, 녹는점은 115.21℃이며, Fig. 1에 나타내었다.
이론/모형
간접 인장강도의 측정은 KS F 2382에 준하여 실시하였으며, Fig. 5와 같이 공시체를 온도조절 장치에 보관 후 시험기에 거치시켜 최대 하중이 측정되어 하중이 감소될 때까지 50mm/min의 속도로 재하 하여 식 (1)과 같이 간접인장강도를 계산하였다.
개질유황결합재(Thiomer)를 사용한 중온아스팔트 혼합물의 동적 안정도를 평가하기 위하여 KS F 2374에 준하여 Fig. 6과 같이 시험 차륜 하중을 재하 후 변형량을 측정하였다.
측정항목은 Table 3과 같이 KS 규격의 실험방법에 준하여 간접 인장강도, 수침전후 및 동결융해 전후 인장강도비와 휠트랙킹 시험에 의한 동적안정도 시험을 실시하였다. 또한 각 실험항목별 기준값은 한국아스콘공업협동조합연합회의 단체표준인 SPS-KAI0002-F2349-5687의 가열아스팔트 혼합물에 규정된 값을 기준으로 하였다.
인장강도비의 측정은 KS F 2398에 준하여 실시하였으며, 시험 방법은 건조용 공시체와 동결융해 시험용 공시체를 각각 준비하여 KS F 2382에 따라 간접 인장강도 시험을 실시하여 각각의 인장강도를 측정하였다. 인장강도비는 건조 공시체의 인장강도의 평균값과 동결융해 공시체의 인장강도의 평균값을 이용하여 식 (2)로 계산 하였다.
측정항목은 Table 3과 같이 KS 규격의 실험방법에 준하여 간접 인장강도, 수침전후 및 동결융해 전후 인장강도비와 휠트랙킹 시험에 의한 동적안정도 시험을 실시하였다. 또한 각 실험항목별 기준값은 한국아스콘공업협동조합연합회의 단체표준인 SPS-KAI0002-F2349-5687의 가열아스팔트 혼합물에 규정된 값을 기준으로 하였다.
성능/효과
1. 개질유황결합재를 사용한 중온아스팔트의 간접인장강도는 1.60MPa로 중온폼드아스팔트 1.64MPa와 유사하며 일반가열 아스팔트1.29MPa보다 약 1.25배 높게 나타났다.
2. 개질유황결합재를 사용한 아스팔트 혼합물의 수침전후 인장강 도비는 일반가열 아스팔트의 0.83보다 높은 0.88로 나타났으며, 중온폼드 아스팔트의 0.78과 비교하여 약 13%정도 개선된 인장강도비를 나타내어 수침에 대한 내구성 등이 우수한 것으로 나타났다.
3. 동결융해전후 인장강도비는 개질유황결합재를 사용한 중온아스팔트가 0.82, 일반가열 아스팔트는 0.78로 SPS-KAI0002-F2349-5687의 기준값 0.75 이상을 만족하고 있으나, 개질유황결합재를 사용한 중온아스팔트가 약 0.04 높게 나타나 최근 수분침투와 동결융해 등에 의한 포트 홀 등에 대한 저항성이 우수할 것으로 판단된다.
4. 개질유황결합재를 사용한 중온아스팔트의 동적 안정도는 14,075회/mm로 중온폼드 아스팔트 4,981회/mm의 약 3배, 일반가열 아스팔트 995회/mm의 약 15배로 높은 동적안정도를나타내어 아스팔트의 소성변형 등에 대한 저항성이 우수할 것으로 판단된다.
Fig. 10에서 개질유황결합재를 사용한 중온아스팔트의 동적 안정도는 14,075회/mm, 중온폼드 아스팔트 4,981회/mm, 일반가열 아스팔트 995회/mm로 모두 SPS-KAI0002-F2349-5687의 품질 기준값 750 이상을 만족하는 것으로 나타났다. 그러나 개질유황 결합재의 사용은 중온폼드 아스팔트의 약 3배, 일반가열 아스팔트의 약 15배 수준으로 높은 동적안정도를 나타내어 아스팔트의 소성변형 등에 대한 저항성이 우수할 것으로 판단된다.
Fig. 8과 같이 개질유황결합재를 사용한 아스팔트 혼합물의 수침전후 인장강도비는 일반가열 아스팔트의 0.83보다 높은 0.88로 나타났으며, 중온폼드 아스팔트의 0.78과 비교하여 약 13%정도 개선된 인장강도비를 나타내어 수침에 대한 내구성 등이 우수한 것으로 나타났다.
10에서 개질유황결합재를 사용한 중온아스팔트의 동적 안정도는 14,075회/mm, 중온폼드 아스팔트 4,981회/mm, 일반가열 아스팔트 995회/mm로 모두 SPS-KAI0002-F2349-5687의 품질 기준값 750 이상을 만족하는 것으로 나타났다. 그러나 개질유황 결합재의 사용은 중온폼드 아스팔트의 약 3배, 일반가열 아스팔트의 약 15배 수준으로 높은 동적안정도를 나타내어 아스팔트의 소성변형 등에 대한 저항성이 우수할 것으로 판단된다.
82보다는 낮게 나타났다. 이와 같이 개질유황결합재는 수침전후 및 동결 융해 전후 인장강도비가 일반아스팔트보다 높아 최근 수분침투와 동결융해 등에 의한 포트 홀 등에 대한 저항성이 우수할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
중온아스팔트 포장이란 무엇인가?
중온아스팔트 포장은 첨가제나 특수기술 등을 사용하여 가열아스팔트와 비교하여 생산 및 시공과정에서 작업성과 현장다짐도 확보 등에 필요한 온도를 약 30℃정도 저감시킬 수 있는 도로포장 공법이다(Kim et al. 2008; Kim et al.
최근 중온, 상온 등의 개질 아스팔트의 적용이 증가하게 된 배경은 무엇인가?
국내에서 아스팔트 혼합물에서 개질 아스팔트의 적용은 97년 이후 SBS개질 아스팔트가 생산되기 시작하여 중온, 상온 아스팔트 등에 대한 기술연구가 진행되면서 최근 들어 시장에 공급되기 시작하였으나, 일반 아스팔트 대비 고가의 가격, 초기 아스콘 생산 및 시공과정에서의 시행착오로 인한 공용성능 확보 미흡, 발주처의 보수적인 접근, 개질 업체 간 과도한 판매 경쟁으로 안정적인 포장기술 및 표준화된 기준 확보 미흡 등의 사유로 수요확산이 활성화되지 못하고 있었다 (Park 2010). 그러나 최근 들어 자동차 수요의 증가, 교통체증, 중차량 증가 등 도로 위 하중의 계속적인 증가와 지구온난화 등으로 도로 위 온도 역시 증가되면서 일반 아스팔트로는 품질적인 한계를 보이면서 중온, 상온 등의 개질 아스팔트의 적용은 증가하고 있는 추세이다(Ahmed et al. 2013).
개질유황결합재를 제조하기 위한 개질제로 주로 사용되는 것은 무엇인가?
개질유황결합재는 이중 자켓구조로 된 반응기로부터 120∼140℃ 의 온도에서 유황(Sulfur) 라디칼과 개질제(hydrocarbon)의 DielsAlder 반응기반 ROMP(Ring-Open Material Polymerization) 반응을 통해 제조할 수 있다. 개질제로는 Cyclic Aliphatic 구조를지닌 DCPD(Dicyclopentadiene)와 ENB(5-ethylidene–2-norbornene) 가 주로 사용되며, 액상의 사이클로펜타디엔 dimer는 상온에서 연속적으로 monomer로 de-polymerize되는데 이 반응은 유황의 존재하에 120℃에서 140℃로 온도가 상승할 때 매우 가속화 된다. 개질유황결합재의 중합 반응 메카니즘은 다음 Table 1과 같다.
참고문헌 (10)
Ahmed, T.A., Hajj, E.Y., Sebaaly, P.E., Majerus, N. (2013). Influence of aggregate source and warm-mix technologies on the mechanical properties of asphalt mixtures, Advances in Civil Engineering Materials, 2(1), 400-417.
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