아스팔트 포장층 분리억제용 역청재료의 부착성능 및 최적함량 평가에 대한 연구 A Study of Evaluation for Optimum Content and Bond Strength Properties of Bituminous Materials applied for preventing Separation of Asphalt Pavement Layers원문보기
OBJECTIVES : Bituminous materials, such as tack coat, are utilized between pavement layers for improving the bond strength in pavement construction sites. The standards regarding the application of bituminous material are not clearly presented in the Korean construction guideline without RS(C)-4. He...
OBJECTIVES : Bituminous materials, such as tack coat, are utilized between pavement layers for improving the bond strength in pavement construction sites. The standards regarding the application of bituminous material are not clearly presented in the Korean construction guideline without RS(C)-4. Hence, the objective of this study is to determine the optimum content of bituminous materials by analyzing interlayer shear strength (ISS) from the direct shear tester, which was developed in this research. The shear strength of tack coat was defined with the sort of bituminous materials. METHODS : The mixtures for the shear test were made using marshall mix design. The specimens were vertically and horizontally separated for the direct shear test. The separated specimens were bonded using bituminous material. The objectives of the experiment are to determine the performance of bond and shear properties resulting from slippage, rutting, shovel, and corrugation of asphalt pavements. A machine based on the Louisiana interlayer shear strength tester (LISST) of NCHRP Report-712 was developed to determine the ISS. The applied types of tack coat were RS(C)-4, AP-3, QRS-4, and BD-coat with contents of $0.3{\ell}/m^2$, $0.45{\ell}/m^2$, $0.6{\ell}/m^2$, and $0.8{\ell}/m^2$, respectively. RESULTS : Table 2 gives the results of the direct shear test using the developed shear machine. The BD-coat type indicated the highest average ISS value compared to the others. Between the surface and binder course, optimum tack coat application rates for AP-3, RS(C)-4, QRS-4, and BD-Coat were $0.6{\ell}/m^2$, $0.3{\ell}/m^2$, $0.6{\ell}/m^2$, and $0.45{\ell}/m^2$, respectively. These optimum contents were determined using the ISS value. CONCLUSIONS : The ISS values of AP-3, RS(C)-4, and QRS-4 showed similar tendencies when ISS increased in the range $0.3{\sim}0.6{\ell}/m^2$, while ISS decreased when the applied rate exceeded $0.6{\ell}/m^2$. Similarly, the highest ISS value of the BD-coat was observed when the applied rate was $0.45{\ell}/m^2$. However, shear strength was similar to the maximum value of ISS when the tack-coat application rate of BD-Coat exceeded $0.45{\ell}/m^2$.
OBJECTIVES : Bituminous materials, such as tack coat, are utilized between pavement layers for improving the bond strength in pavement construction sites. The standards regarding the application of bituminous material are not clearly presented in the Korean construction guideline without RS(C)-4. Hence, the objective of this study is to determine the optimum content of bituminous materials by analyzing interlayer shear strength (ISS) from the direct shear tester, which was developed in this research. The shear strength of tack coat was defined with the sort of bituminous materials. METHODS : The mixtures for the shear test were made using marshall mix design. The specimens were vertically and horizontally separated for the direct shear test. The separated specimens were bonded using bituminous material. The objectives of the experiment are to determine the performance of bond and shear properties resulting from slippage, rutting, shovel, and corrugation of asphalt pavements. A machine based on the Louisiana interlayer shear strength tester (LISST) of NCHRP Report-712 was developed to determine the ISS. The applied types of tack coat were RS(C)-4, AP-3, QRS-4, and BD-coat with contents of $0.3{\ell}/m^2$, $0.45{\ell}/m^2$, $0.6{\ell}/m^2$, and $0.8{\ell}/m^2$, respectively. RESULTS : Table 2 gives the results of the direct shear test using the developed shear machine. The BD-coat type indicated the highest average ISS value compared to the others. Between the surface and binder course, optimum tack coat application rates for AP-3, RS(C)-4, QRS-4, and BD-Coat were $0.6{\ell}/m^2$, $0.3{\ell}/m^2$, $0.6{\ell}/m^2$, and $0.45{\ell}/m^2$, respectively. These optimum contents were determined using the ISS value. CONCLUSIONS : The ISS values of AP-3, RS(C)-4, and QRS-4 showed similar tendencies when ISS increased in the range $0.3{\sim}0.6{\ell}/m^2$, while ISS decreased when the applied rate exceeded $0.6{\ell}/m^2$. Similarly, the highest ISS value of the BD-coat was observed when the applied rate was $0.45{\ell}/m^2$. However, shear strength was similar to the maximum value of ISS when the tack-coat application rate of BD-Coat exceeded $0.45{\ell}/m^2$.
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문제 정의
This study was conducted under research project (Development of Eco-Friendly Pavements to Minimize Greenhouse Gas Emissions) funded by the Ministry of Land, Infrastructure and Transport(MOLIT) and the Korea Agency for Infrastructure Technology Advancement(KAIA). The authors would like to thank the members of research team, MOLIT and KAIA for their guidances and supports throughout the project.
본 연구에서 수행한 전단시험의 목적은 실제 교통환경을 고려하여 유화 아스팔트의 종축 전단 저항력을 평가하는 것과 포장 표층 및 하부층 사이에서 발생할 수 있는 융기 저항성을 평가하는 것이다. 결론적으로 포장의 소성변형 및 피로에 의한 전단 및 부착 성능을 평가할 수 있는 시험이다.
충격다짐의 경우 건설현장의 여건과 부합되지 않지만 아스콘 표층을 설치하는 경우 택코트를 포설하여 양생시킨 후 고열로 포설하기 때문에 현장의 포장공사 환경을 반영한다고 할 수 있다. 그러나 본 연구는 택코트의 순수한 부착성능을 확인하는 것을 목적으로 두고 있기 때문에 기존 연구와 다른 방법으로 연구를 수행했다.
이 시험결과는 포장시험시공의 근거 데이터로 활용되었다. 본 보고서에서는 택코트에 대한 전단, 접착, 밀림 등에 대한 저항성을 평가함으로써 택코트의 기능을 명확하게 평가했다. 그 첫 번째 단계로 LTCQT(Louisiana Tack Coat Quality Tester)장비를 개발해 택코트 재료의 접착성능을 평가했다.
본 연구는 아스팔트 포장도로 건설공사에서 활용되는 유화아스팔트의 접착 및 전단 성능을 평가하기 위해 기존 연구와 차별화되는 새로운 장비를 개발했다. 이 장비는 ISS(Interlayer Shear Strength)를 파악하기 위해 개발되었으며, NCHRP Report 712의 LISST 시험방법에 근간했다.
본 연구에서 수행한 전단시험의 목적은 실제 교통환경을 고려하여 유화 아스팔트의 종축 전단 저항력을 평가하는 것과 포장 표층 및 하부층 사이에서 발생할 수 있는 융기 저항성을 평가하는 것이다. 결론적으로 포장의 소성변형 및 피로에 의한 전단 및 부착 성능을 평가할 수 있는 시험이다.
본 연구에서는 다양한 택코트를 아스팔트 혼합물층에 적용하여 순수하게 역청재료만의 접착면 전단강도(ISS, Interlayer Shear Strength)를 파악하는 것에 목적을 두고 있다. 택코팅의 부착강도를 파악하기 위해 기존 연구에서는 마샬 다짐을 이용하여 혼합물을 제작했다.
본 연구에서는 아스팔트 포장층 사이에 부착강도를 증진시키기 위한 목적으로 적용되는 유화 아스팔트의 종류에 따른 전단강도 및 최적 포설량을 파악하는 것에 그 목적을 두었다. 이러한 본 연구의 목적을 달성하기 위해 특수한 장비를 개발했으며, 이 장비를 이용해 다양한 종류의 택코팅의 전단강도뿐만 아니라 포장 융기에 따른 횡축부착강도를 파악했다.
본 연구에서는 택코트의 종류에 따른 성능을 평가하기 위해 전단시험을 실시했다. 전단시험의 경우 선회다짐 혹은 마샬 혼합물의 전단 성능을 확인하기 위해 아래 Fig.
전단강도 및 간접인장강도시험에 사용될 혼합물은 마샬 다짐시험에 의해 제작되었다. 본 연구에서는 환경부 하와 관련하여 재생 아스팔트를 사용한 가열 아스팔트 (HMA, Hot Mixed Asphalt) 혼합물을 제작하는 과정에서 각 시험을 위해 역청재료가 포설되는 면을 따로 제작한 것이 아니라 택코트 종류에 따른 성능을 평가하기 위해 혼합물을 제작한 뒤, 이 혼합물을 횡방향으로 절단했다. 횡방향 절단은 직접전단시험을 수행하기 위함이며, 본 연구에서 개발한 특수전단시험을 실시하기 위해 높이 15cm, 직경 10cm의 혼합물을 제조했다.
또한, 역청재료의 다양한 택코트 종류 중 일반 AP-3, RS(C)-4, QRS-4 및 BD-Coat에 따른 영향 및 성능을 비교평가했다. 유화 아스팔트의 전단강도를 파악하기 위해 본 연구에서 개발한 특수 전단장비를 활용한 직접전단시험(DST, Direct Shear Test)의 일종인 ISS(Interlayer Shear Strength)를 도출하기 위한 시험을 수행했다. 본 연구에서 수행한 시험은 NCHRP Report 712에 기초한 것이다.
본 연구에서는 아스팔트 포장층 사이에 부착강도를 증진시키기 위한 목적으로 적용되는 유화 아스팔트의 종류에 따른 전단강도 및 최적 포설량을 파악하는 것에 그 목적을 두었다. 이러한 본 연구의 목적을 달성하기 위해 특수한 장비를 개발했으며, 이 장비를 이용해 다양한 종류의 택코팅의 전단강도뿐만 아니라 포장 융기에 따른 횡축부착강도를 파악했다. 이에 대한 본 연구의 결론은 다음과 같다.
이와 관련하여 본 연구에서는 아스팔트 포장 공사의 기준에 맞춘 택코트의 다양한 포설량 및 온도를 적용하여 순수한 택코팅의 전단강도를 파악하는 것에 그 목적이 있다. 또한, 역청재료의 다양한 택코트 종류 중 일반 AP-3, RS(C)-4, QRS-4 및 BD-Coat에 따른 영향 및 성능을 비교평가했다.
그러나 최근 전단강도를 높이기 위해 성능이 증진된 다양한 택코트 종이 개발되고 있는 실정이다. 이와 관련하여 본 장에서는 택코트와 관련하여 진행된 연구사례 및 방법과 건설공사 설계 및 시공에 대해 언급하고자 한다.
제안 방법
7cm 높이의 마샬다짐 공시체를 제작했다. 2단계에 거쳐 공시체를 제작하는 과정에서 1.13의 택코트를 섭씨 10도, 30도의 환경에서 포설하여 시험을 실시했다.
본 보고서에서는 택코트에 대한 전단, 접착, 밀림 등에 대한 저항성을 평가함으로써 택코트의 기능을 명확하게 평가했다. 그 첫 번째 단계로 LTCQT(Louisiana Tack Coat Quality Tester)장비를 개발해 택코트 재료의 접착성능을 평가했다. 두 번째로 LISST(Louisiana Interlayer Shear Strength Tester)를 개발해 포장 적용에 대한 모형을 묘사함으로써 혼합물의 전단에 대한 저항성을 파악했다.
그 첫 번째 단계로 LTCQT(Louisiana Tack Coat Quality Tester)장비를 개발해 택코트 재료의 접착성능을 평가했다. 두 번째로 LISST(Louisiana Interlayer Shear Strength Tester)를 개발해 포장 적용에 대한 모형을 묘사함으로써 혼합물의 전단에 대한 저항성을 파악했다. 이는 결국 포장의 융기 및 밀림 등의 층간 분리현상과 관련된 시험이다.
이와 관련하여 본 연구에서는 아스팔트 포장 공사의 기준에 맞춘 택코트의 다양한 포설량 및 온도를 적용하여 순수한 택코팅의 전단강도를 파악하는 것에 그 목적이 있다. 또한, 역청재료의 다양한 택코트 종류 중 일반 AP-3, RS(C)-4, QRS-4 및 BD-Coat에 따른 영향 및 성능을 비교평가했다. 유화 아스팔트의 전단강도를 파악하기 위해 본 연구에서 개발한 특수 전단장비를 활용한 직접전단시험(DST, Direct Shear Test)의 일종인 ISS(Interlayer Shear Strength)를 도출하기 위한 시험을 수행했다.
상기 보고서에서는 하중을 극한까지 보내면서 항복하는 시점을 파악해 택코트의 전단성능을 파악한다. 본 연구에서 개발한 시험장비 역시 이에 근간해 하중을 적용하는 시험기를 개발했다. Table 2는 본 연구에서 개발한 시험환경에 대한 적용사항이며, Fig.
신설 아스팔트 포장 도로의 표층, 중간층 및 아스팔트 기층의 부착강도를 증진시키기 위한 목적으로 유화아스팔트를 사용한다. 이 뿐만이 아니라 덧씌우기 구간과 같은 구(舊) 포장과 신규(新規) 포장면의 접착을 원활하게 하기 위해 사용되며, 이와 같은 목적으로 교면포장공사에도 활용된다.
다른 한 국내 연구에서는 포설 환경에 따라 부착면에 다른 역청재료를 살포하여 그 영향을 파악하는 것에 중점을 두었다. 이 연구에서는 QRS-4라는 특수한 개질 유화아스팔트를 개발했으며, 접착단면에 AP-3, RS(C)-4 및 QRS-4를 살포함으로써 각 재료의 전단강도성능의 비교 평가를 실시했다. 이 연구의 결론 역시, 경화시간이 길수록 전단강도가 증진되며, QRS-4가 RS(C)-4에 비해 부착성능이 우수한 것으로 결론지었다.
그러나 도로의 포장공사에서 유화 아스팔트 시공은 본선 및 길 어깨부 시공 환경을 제외하고 경사면에 포설하지 않는다는 점과 공시체에 압축하중을 가하여 슬라이딩 현상으로 전단할 경우 재료 마찰에 의해 유화 아스팔트의 순수한 접착성능을 파악하기 어렵다는 단점을 가지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 아스팔트 혼합물을 제작한 뒤 횡적으로 절단하여 유화 아스팔트를 포설했으며, 이로 인해 포장공사의 실제 모형을 구현시켰다. 이 뿐만이 아니라 하부층 제작 후 상부층의 연속 제작 단계에서 마샬다짐으로 인한 하부 아스팔트 혼합물의 파손을 최소화했다.
전단시험은 일반적인 압축시험장비를 사용하여 일정한 압축하중을 가하여 경사진 면에 포설된 유화아스팔트의 부착전단성능을 평가했다.
유화 아스팔트의 적용은‘일반국도 공사 전문시방서(2015)’에 명시한 RS(C)-4를 기준으로 했다. 택코트 포설 온도는 상온으로 적용했으며, 포설량은 0.3ℓ/m2, 0.45ℓ/m2, 0.6ℓ/m2, 0.8ℓ/m2으로 적용했다. 시방서에서 규정한 포설량은 0.
대상 데이터
사용된 역청재료인 AP-3, RS(C)-4, QRS-4 및 BD-Coat는 각각 양생시간을 2시간으로 설정했다. RS(C)-4의 경우 제조 후 60일 이상이 된 것을 사용할 수 없기 때문에 제조 후 60일 이내에 시험을 실시했으며, 불순물의 영향을 최소화하기 위해 유화 아스팔트 포설 시 절단면의 상태를 청결하게 유지했다.
국외의 연구사례로는 NCHRP Report 712에서 선회 다짐에 의해 제작된 혼합물을 절단한 후 택코트를 포설하여 전단시험을 실시했다. 이 시험결과는 포장시험시공의 근거 데이터로 활용되었다. 본 보고서에서는 택코트에 대한 전단, 접착, 밀림 등에 대한 저항성을 평가함으로써 택코트의 기능을 명확하게 평가했다.
기존 연구(한국도로학회, 2002)에서 활용한 시험 방법은 ASTM C 1042에 준하여 아스팔트 혼합물 제조용 몰드를 제작하여 이 몰드를 이용해 공시체를 제작하도록 했다. 제작한 아스팔트 혼합물은 포장공사의 현장여건에 부합되도록 밀입도 가열아스팔트 혼합물(골재입도 : 20mm, OAC : 5.1 %)을 선정했으며, 포장섬유를 설치해 2단계에 걸쳐 실험조건에 맞는 21.7cm 높이의 마샬다짐 공시체를 제작했다. 2단계에 거쳐 공시체를 제작하는 과정에서 1.
본 연구에서는 환경부 하와 관련하여 재생 아스팔트를 사용한 가열 아스팔트 (HMA, Hot Mixed Asphalt) 혼합물을 제작하는 과정에서 각 시험을 위해 역청재료가 포설되는 면을 따로 제작한 것이 아니라 택코트 종류에 따른 성능을 평가하기 위해 혼합물을 제작한 뒤, 이 혼합물을 횡방향으로 절단했다. 횡방향 절단은 직접전단시험을 수행하기 위함이며, 본 연구에서 개발한 특수전단시험을 실시하기 위해 높이 15cm, 직경 10cm의 혼합물을 제조했다.
이론/모형
기존 연구(한국도로학회, 2002)에서 활용한 시험 방법은 ASTM C 1042에 준하여 아스팔트 혼합물 제조용 몰드를 제작하여 이 몰드를 이용해 공시체를 제작하도록 했다. 제작한 아스팔트 혼합물은 포장공사의 현장여건에 부합되도록 밀입도 가열아스팔트 혼합물(골재입도 : 20mm, OAC : 5.
유화 아스팔트의 전단강도를 파악하기 위해 본 연구에서 개발한 특수 전단장비를 활용한 직접전단시험(DST, Direct Shear Test)의 일종인 ISS(Interlayer Shear Strength)를 도출하기 위한 시험을 수행했다. 본 연구에서 수행한 시험은 NCHRP Report 712에 기초한 것이다.
본 연구는 아스팔트 포장도로 건설공사에서 활용되는 유화아스팔트의 접착 및 전단 성능을 평가하기 위해 기존 연구와 차별화되는 새로운 장비를 개발했다. 이 장비는 ISS(Interlayer Shear Strength)를 파악하기 위해 개발되었으며, NCHRP Report 712의 LISST 시험방법에 근간했다.
성능/효과
1. 시험의 평균적인 접착면 전단강도로 보아 BD-Coat가 가장 우수한 성능을 발휘하는 것으로 나타났다.
2. 본 연구에서 묘사한 표층 및 중간층 사이에서 발생하는 전단강도는 택코트를 적용하는 목적 혹은 환경에 따라 그 성능이 달라진다는 것을 감안했을 때, 일반 가열 아스팔트 포장의 표층과 중간층 사이에서는 AP-3, RS(C)-4, QRS-4, BD-Coat의 최적함량은 각각 0.6ℓ/m2, 0.3ℓ/m2, 0.6ℓ/m2, 0.45ℓ/m2으로 파악되었다.
3. AP-3 및 RS(C)-4는 전단강도가 0.3~0.6ℓ/m2 사이에서 증가되나 그 이상이 적용되는 경우 오히려 전단강도가 감소하는 경향을 보였다. QRS-4 역시 0.
택코팅 성능을 파악하기 위해 위 시험방법을 적용한 기존 국내 연구 중 한 연구에서는 시공온도 및 덧씌우기 재료의 영향, 택코트 양생 시간 및 포설 온도에 대한 영향을 파악했다. 그 결과 시공온도가 높아짐(10℃에서 30℃ 범위 내)에 따라 부착강도가 증가했으며, 양생기간(1시간~3시간 범위 내)이 짧은 경우 포설 온도가 높아지더라도 전단강도가 저하되었다는 결론을 내렸다. 또한, 덧씌우기와 신설 포장 환경의 경우 포설온도가 높아진 경우에서 전단강도의 차이를 나타냈으며, 경화시간이 길수록 종방향 균열에 효과적이라 판단했다.
그 결과 시공온도가 높아짐(10℃에서 30℃ 범위 내)에 따라 부착강도가 증가했으며, 양생기간(1시간~3시간 범위 내)이 짧은 경우 포설 온도가 높아지더라도 전단강도가 저하되었다는 결론을 내렸다. 또한, 덧씌우기와 신설 포장 환경의 경우 포설온도가 높아진 경우에서 전단강도의 차이를 나타냈으며, 경화시간이 길수록 종방향 균열에 효과적이라 판단했다.
이 연구에서는 QRS-4라는 특수한 개질 유화아스팔트를 개발했으며, 접착단면에 AP-3, RS(C)-4 및 QRS-4를 살포함으로써 각 재료의 전단강도성능의 비교 평가를 실시했다. 이 연구의 결론 역시, 경화시간이 길수록 전단강도가 증진되며, QRS-4가 RS(C)-4에 비해 부착성능이 우수한 것으로 결론지었다.
후속연구
이 뿐만 아니라 본 연구에서 개발한 시험기는 아스팔트 혼합물의 특성 중 상재교통하중으로 인해 발생할 수 있는 소성변형에 대한 택코트의 접착성을 파악하기 위해 간접인장시험을 실시할 수 있다. Fig.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
택코트의 적용의 역할은?
이 뿐만이 아니라 덧씌우기 구간과 같은 구(舊) 포장과 신규(新規) 포장면의 접착을 원활하게 하기 위해 사용되며, 이와 같은 목적으로 교면포장공사에도 활용된다. 이러한 포장공사에서 택코트의 적용은 도로포장의 파손을 방지함으로써 생애주기를 연장시키는 역할을 한다. 반면, 택코트의 포설 시공이 제대로 이루어지지 않은 경우 추후 다양한 포장 균열을 유발할 수있으며, 밀림(Slippage), 러팅(Rutting), 교통에 따른 쇼빙(Shoving) 및 콜루게이션(Corrugation)에 의한 파손에 취약해지게 된다.
유화아스팔트는 무슨 목적으로 사용하는가?
신설 아스팔트 포장 도로의 표층, 중간층 및 아스팔트기층의 부착강도를 증진시키기 위한 목적으로 유화아스팔트를 사용한다. 이 뿐만이 아니라 덧씌우기 구간과 같은 구(舊) 포장과 신규(新規) 포장면의 접착을 원활하게 하기 위해 사용되며, 이와 같은 목적으로 교면포장공사에도 활용된다.
유화아스팔트는 어디에 사용되는가?
신설 아스팔트 포장 도로의 표층, 중간층 및 아스팔트기층의 부착강도를 증진시키기 위한 목적으로 유화아스팔트를 사용한다. 이 뿐만이 아니라 덧씌우기 구간과 같은 구(舊) 포장과 신규(新規) 포장면의 접착을 원활하게 하기 위해 사용되며, 이와 같은 목적으로 교면포장공사에도 활용된다. 이러한 포장공사에서 택코트의 적용은 도로포장의 파손을 방지함으로써 생애주기를 연장시키는 역할을 한다.
참고문헌 (8)
Dowan Kim, Sungho Mun. (2015) "A Study for Evaluation of Hot Mixed Asphalt Mixtures with Tack-Coat Regarding High-Frequency Dynamic Resistance Performance and Bonding Property", Internaltional Journal of Highway Engineering, Vol. 17, No. 3, pp. 35-47.
Kim, Nak-Suk. (2001) "Evaluation of Slant Shear Strength of Recycled Asphalt Mixture with Different Tack Coat Applications", Journal of the Korean Institute of Resources Recycling, Vol. 10, No. 1, pp. 32-41.
Korea Expressway Corporation. (2012) "Expressway Construction Guide Specification".
Ministry of Construction & Transportation. (2007) "Site Construction Quality Control of Asphalt Pavement".
Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs. (2009) "Asphalt Mixture Production & Construction Guide".
Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs. (2011) "Bridgedecks Surfacing Design & Construction Provisionally Guide".
Ministry of Land, Infrastructure, and Transport. (2014) "Guide for the reduction of pothole in asphalt concrete mixture".
Tae-Soon Park, Nak-Suk Kim. (2002) "Evaluation of Bonding Strength of Non-woven Paving Fabric U sing Different Tack Coats by Slant Shear Test", The Spring 2002 Geosynthetics Conference, pp. 55-68.
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