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문제 정의
- 일반적으로 약 1년 공용 기간의 포장상태를 가지고 개발 혼합물의 내구적 성능을 판단하기는 어려우나 시험 시공 구간의 교통량을 감안하였을 때는 조기 파손 여부에 대한 판단은 가능하다. 따라서 본 연구에서는 1년이 지난 구간에 대해서 포장상태 조사를 실시하였다. Fig.
- 본 연구에서는 상기와 같은 보강 개념을 적용한 유리 섬유 보강 아스팔트 혼합물을 제작하였다. Fig.
- 섬유를 첨가한 아스팔트 혼합물의 내구성 증진 효과는 선행된 실내시험에서 수행한 바 있으며, 본 연구에서는 이를 검증하기 위하여 실제 도로 현장에 생산 및 시공을 하였으며, 이에 대한 현장 적용성 결과를 제시하였다.
- 여러 논문에서 사용된 아스팔트 혼합물용 보강 섬유는 셀룰로스 섬유, 광물성 섬유, 폴리에스터 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 아라미드 섬유, 유리섬유 등이 있으며, 각 섬유의 특징에 따라 섬유 크기 및 첨가량을 결정하기 위한 연구를 진행하였다.
제안 방법
- 각 시험시공별 사용된 골재 입도는 시공 위치 인접지역의 현장 아스팔트 플랜트에서 조달 가능한 표준 골재 입도를 사용하였다. 1, 2, 4, 5차에서는 표준 골재입도 WC2를, 3차 서울 시내 도로에는 SMA 입도를 적용하였다. Fig.
- 2. 혼합물 생산 시 시공 지역 인근 아스팔트 플랜트를 활용해야 하는 특성상 플랜트 사용 골재(WC2, SMA 입도)를 기준으로 섬유 첨가량을 위한 배합설계를 실시하여 최적 섬유 첨가량을 결정하고 적용하였다. 그 결과, 생산 및 시공에서 유리 섬유 사용에 따른 문제점은 발생되지 않았다.
- 5와 같으며, 각 차수별 적용 개요는 Table 3과 같다. 각 구간별로 유리섬유 보강 아스팔트와 비교를 위해 일반 아스팔트 혼합물과 같이 시공하였다. 다만, 경부고속도로의 경우에는 현장 여건상 유리섬유 보강 아스팔트 혼합물만을 생산하여 적용하였다.
- 각 첨가량에 따라 공시체를 제작하고, 각 시료별 간접인장강도 시험을 거쳐 강도에 따른 최적 유리섬유 첨가량을 결정하였다.
- 간접인장강도 시험은 채취한 혼합물을 사용하여 공시체 제작 후 실시하였다. 간접인장강도 시험은 KS F 2382 규정에 의한 시험 방법으로 수행하였으며, 그 결과는 Table 7과 같이 나타났다.
- 시험 시공 시 적용된 아스팔트 배합설계는 일반 가열 아스팔트 혼합물 배합설계와 동일한 방법을 통해 골재 입도에 따른 최적 아스팔트 함량을 결정하였다. 다만, 최적 유리 섬유량의 결정을 위하여 0.5~2.5% 범위에서 0.5% 간격으로 섬유 첨가량을 선정하였다. 각 첨가량에 따라 공시체를 제작하고, 각 시료별 간접인장강도 시험을 거쳐 강도에 따른 최적 유리섬유 첨가량을 결정하였다.
- 3%로 설계하였다. 또한, 섬유 첨가량에서는 각 차수별로 1.0%~2.5%까지 변화를 주어 반영 하였다.
- 마샬안정도 시험은 현 배합설계에서 사용되는 기준으로 현장에서 채취한 혼합물을 사용하여 공시체 제작 후 실시하였다. 현장 채취된 혼합물은 상대 비교를 위하여 유리섬유가 첨가되지 않은 혼합물과 첨가된 아스팔트 혼합물을 사용하였다.
- 본 연구에서는 시험 시공 시 생산된 모든 혼합물을 채취하여 실험용 공시체를 제작하고, 마샬안정도 시험, 간접인장강도 시험, 동적안정도 시험을 수행하였다.
- 본 연구에서는 유리섬유를 첨가하여 보강한 아스팔트 포장에 대해서 시험 시공을 수행하였으며, 실내시험 및 초기 공용성에 대한 추적조사를 수행하였다. 그 결과, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
- 본 연구에서는 일반적으로 쓰이는 아스팔트 바인더 개질화 방법이 아닌 아스팔트 혼합물 생산 시 섬유를 투입하여 3차원으로 보강하는 내구성 증진 방법을 이용하였다.
- 시험 시공 시 적용된 아스팔트 배합설계는 일반 가열 아스팔트 혼합물 배합설계와 동일한 방법을 통해 골재 입도에 따른 최적 아스팔트 함량을 결정하였다. 다만, 최적 유리 섬유량의 결정을 위하여 0.
- 시험 시공에 대한 초기 공용성을 살펴보기 위하여, 공용 후 약 1년이 지난 1차, 2차 시험 시공 구간에 대해서 자동포장상태 측정 장비를 이용하여 포장상태를 측정하였다. 1차, 2차 시험 시공 구간에 대한 공용기간은 Table 8과 같다.
- 유리섬유 보강 아스팔트 포장의 시공은 일반 가열 아스팔트 포장에 사용되는 다짐 방법과 동일하게 실시하였다. 적용 공법은 5cm 절삭 덧씌우기 방법으로, 기존 보수면을 5cm 두께로 절삭 후 유리섬유 보강 아스팔트 혼합물을 포설하였다.
- 유리섬유 보강 아스팔트 혼합물의 생산은 일반 가열 아스팔트 혼합물의 생산과정과 동일하게 실시하였으며, 골재 투입 후 유리섬유(파분형 유리섬유 : GS, 봉형 유리섬유 : GF)를 투입하는 공정만 추가하였다. 유리섬유는 Fig.
- 유리섬유 보강 아스팔트 포장의 시공은 일반 가열 아스팔트 포장에 사용되는 다짐 방법과 동일하게 실시하였다. 적용 공법은 5cm 절삭 덧씌우기 방법으로, 기존 보수면을 5cm 두께로 절삭 후 유리섬유 보강 아스팔트 혼합물을 포설하였다. 시공 절차는 Fig.
대상 데이터
- 각 시험시공별 사용된 골재 입도는 시공 위치 인접지역의 현장 아스팔트 플랜트에서 조달 가능한 표준 골재 입도를 사용하였다. 1, 2, 4, 5차에서는 표준 골재입도 WC2를, 3차 서울 시내 도로에는 SMA 입도를 적용하였다.
- 본 연구에서 개발된 유리섬유 보강 아스팔트 혼합물의 실용화 및 내구성 검증을 위해서 2014년 말 일반국도 38호선(평택, 안성 지역)에 1, 2차 시험 시공을 시작으로, 2015년에는 서울시, 일반국도, 고속도로에 시공하였다. 각 시험시공별 개략적 위치는 Fig.
- 본 연구에서는 혼합물 생산 시 혼합시간의 최소화와 섬유 뭉침을 해결하기 위하여 특별히 제작된 유리섬유를 사용하였다. 제작된 유리섬유의 특징은 운반 및 생산 시 섬유 뭉침을 최소화하기 위하여 폴리프로필렌 재료로 일정량의 섬유를 코팅하여 골재와 유사한 형태를 갖도록 한 것이 특징이다.
- 마샬안정도 시험은 현 배합설계에서 사용되는 기준으로 현장에서 채취한 혼합물을 사용하여 공시체 제작 후 실시하였다. 현장 채취된 혼합물은 상대 비교를 위하여 유리섬유가 첨가되지 않은 혼합물과 첨가된 아스팔트 혼합물을 사용하였다. 마샬안정도 시험은 KS F 2337 규정에 의한 시험 방법으로 수행하였으며, 그 결과는 Table 6과 같이 나타났다.
이론/모형
- 간접인장강도 시험은 채취한 혼합물을 사용하여 공시체 제작 후 실시하였다. 간접인장강도 시험은 KS F 2382 규정에 의한 시험 방법으로 수행하였으며, 그 결과는 Table 7과 같이 나타났다.
- 현장 채취된 혼합물은 상대 비교를 위하여 유리섬유가 첨가되지 않은 혼합물과 첨가된 아스팔트 혼합물을 사용하였다. 마샬안정도 시험은 KS F 2337 규정에 의한 시험 방법으로 수행하였으며, 그 결과는 Table 6과 같이 나타났다.
성능/효과
- 1. 실제 아스팔트 플랜트에서 생산한 유리 섬유 보강 아스팔트 혼합물의 샘플 채취를 통한 육안 관찰 결과, 대량 생산 시 발생될 수 있는 유리섬유 뭉침 현상의 문제점은 발생되지 않았다.
- 3. 각 시험시공 현장별로 생산된 아스팔트 혼합물을 활용하여 실내 시험한 결과, 유리섬유 보강 아스팔트 혼합물이 일반 가열 아스팔트 혼합물에 비하여 우수한 성능이 발현되었다. 마샬안정도는 약 128%에서 175%까지 증대되었으며, 간접인장강도는 약 115%에서 132%까지 향상되었다.
- 4. 공용 1년이 지난 중교통량이 많은 현장 적용 구간(2개 구간)의 초기 포장상태(균열, 소성변형, 평탄성)를 조사한 결과, 두 구간 모두 양호한 포장상태로 나타났으며, 유리섬유 보강 아스팔트 현장 적용 후의 예기치 않은 조기 파손 문제는 발생되지 않았다.
- 마샬안정도는 약 128%에서 175%까지 증대되었으며, 간접인장강도는 약 115%에서 132%까지 향상되었다. SMA 입도 구간을 대상으로 시험한 동적안정도는 유리섬유 보강 아스팔트 혼합물이 16,180회/mm로 나타나 소성변형 저항성도 높게 평가되었다.
- Table 6의 결과를 살펴보면, 일반 아스팔트 혼합물은 현 마샬안정도 품질 규격인 7,500N 이상으로 나타났으며, 유리섬유로 보강된 혼합물의 경우, 일반 아스팔트 혼합물 대비 127.9%에서 175.6%까지 향상된 결과를 보였다.
- 동적안정도 시험은 SMA 포장 생산 및 시공 지침 내에 포함된 기준으로 SMA 혼합물 품질기준으로 사용되고 있으며, 소성변형 저항성에 대한 기준으로 활용된다. 국내 기준에서의 SMA 동적안정도에 대한 기준은 1mm 변형까지 2,000회 이상을 기준으로 정하고 있으며, SMA 입도 기준으로 시공된 3차(서울) 시공의 혼합물을 대상으로 동적안정도를 시험한 결과 16,180회/mm으로 높게 나타났다.
- 각 시험시공 현장별로 생산된 아스팔트 혼합물을 활용하여 실내 시험한 결과, 유리섬유 보강 아스팔트 혼합물이 일반 가열 아스팔트 혼합물에 비하여 우수한 성능이 발현되었다. 마샬안정도는 약 128%에서 175%까지 증대되었으며, 간접인장강도는 약 115%에서 132%까지 향상되었다. SMA 입도 구간을 대상으로 시험한 동적안정도는 유리섬유 보강 아스팔트 혼합물이 16,180회/mm로 나타나 소성변형 저항성도 높게 평가되었다.
- 본 연구를 통해 유리섬유 보강 아스팔트 혼합물의 현장 적용성을 검토한 결과, 유리섬유를 통한 아스팔트의 물리적 보강이 실내 시험 수준에 그치지 않고, 현장 적용이 가능함을 보여주었다. 현재까지 시공된 구간에 대해서는 향후 지속적인 장기 공용성 조사를 수행하여 내 구성에 대한 현장 검증이 필요할 것으로 판단된다.
후속연구
- 본 연구를 통해 유리섬유 보강 아스팔트 혼합물의 현장 적용성을 검토한 결과, 유리섬유를 통한 아스팔트의 물리적 보강이 실내 시험 수준에 그치지 않고, 현장 적용이 가능함을 보여주었다. 현재까지 시공된 구간에 대해서는 향후 지속적인 장기 공용성 조사를 수행하여 내 구성에 대한 현장 검증이 필요할 것으로 판단된다.
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