Kim, Injoong
(Department of Civil Engineering, Korea National University of Transportation)
,
Kim, Kyeongjin
(Department of Civil Engineering, Korea National University of Transportation)
,
Lee, Seungyong
(Department of Civil Engineering, Korea National University of Transportation)
본 논문은 GMA(SIS, Stylene Isoprene Stylene) 고분자계 수지를 기반으로 제조된 아스팔트 바인더를 사용하여 플랜트에서 제조하는 혼합물로 방수기능을 갖도록 성능을 개선한 신개념의 불투수성 아스팔트 포장의 연구를 위해 수행하였다. GMA 고분자 수지 기반의 아스팔트는 유연성과 탄성을 바탕으로 중차량의 충격에 의한 영향을 받지 않으며, 우수 시에 포트 홀의 발생과 소성변형 등 여름철 온도 변화에도 안정적이다. 새롭게 제안된 열가소성폴리머를 사용한 아스팔트 포장재료는 방수기능은 물론 역학적 특성을 검증하기 위해 KS기준과 ASTM기준에 맞게 안정도, 흐름값, 공극률, 동적 안정도, 인장강도비, 미끄럼 저항성 실험을 하여 역학적 특성을 분석 하였다.
본 논문은 GMA(SIS, Stylene Isoprene Stylene) 고분자계 수지를 기반으로 제조된 아스팔트 바인더를 사용하여 플랜트에서 제조하는 혼합물로 방수기능을 갖도록 성능을 개선한 신개념의 불투수성 아스팔트 포장의 연구를 위해 수행하였다. GMA 고분자 수지 기반의 아스팔트는 유연성과 탄성을 바탕으로 중차량의 충격에 의한 영향을 받지 않으며, 우수 시에 포트 홀의 발생과 소성변형 등 여름철 온도 변화에도 안정적이다. 새롭게 제안된 열가소성 폴리머를 사용한 아스팔트 포장재료는 방수기능은 물론 역학적 특성을 검증하기 위해 KS기준과 ASTM기준에 맞게 안정도, 흐름값, 공극률, 동적 안정도, 인장강도비, 미끄럼 저항성 실험을 하여 역학적 특성을 분석 하였다.
This paper presents features of impermeable asphalt pavement material that uses thermoplastic GMA-based polymer(SIS, Stylene Isoprene Stylene) to improve the waterproof performance. Furthermore, as part of this study, the aerodynamic characteristics of the asphalt paving materials, using the newly s...
This paper presents features of impermeable asphalt pavement material that uses thermoplastic GMA-based polymer(SIS, Stylene Isoprene Stylene) to improve the waterproof performance. Furthermore, as part of this study, the aerodynamic characteristics of the asphalt paving materials, using the newly suggested thermoplastic polymer, are identified through experiments. In the experiment, the aerodynamic characteristics were analyzed by testing on stability, flow values, porosity, dynamic stability, tensile strength ratio and skid resistance in accordance with KS standard and ASTM standard.
This paper presents features of impermeable asphalt pavement material that uses thermoplastic GMA-based polymer(SIS, Stylene Isoprene Stylene) to improve the waterproof performance. Furthermore, as part of this study, the aerodynamic characteristics of the asphalt paving materials, using the newly suggested thermoplastic polymer, are identified through experiments. In the experiment, the aerodynamic characteristics were analyzed by testing on stability, flow values, porosity, dynamic stability, tensile strength ratio and skid resistance in accordance with KS standard and ASTM standard.
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문제 정의
따라서 기존의 아스팔트 공법에 방수성을 개선한 불투수성 포장 공법으로의 전환을 도모함으로써 친환경적이고, 내구성이 우수한 고성능 불투수성 아스팔트 시공특성을 연구하고자 한다.
제안 방법
현재까지의 교면방수를 위해 대부분의 공법은 별도의 방수층을 시공하는 공정을 수행해야 하는데 본 연구에서는 방수성능을 향상시키기 위하여 고분자계 수지를 기반으로 제조된 불투수성 아스팔트 포장재료를 이용하여 방수기능을 추구하였다. 기존의 개념과는 달리 포장층에 GMA(SIS, Stylene Isoprene Stylene) 고분자계 수지를 기반으로 제조된 아스팔트 바인더 수지로 골재와 골재 간의 부착력과 탄성력을 발휘할 수 있도록 포장층 아스팔트의 공극을 메워 필름막을 형성하게 하였다.
본 연구에서는 GMA 고분자 수지를 기반으로 제조된 아스팔트 바인더와 AP-5를 합성한 아스팔트 바인더를 사용하여 KS F 2349, ASTM D 6931 기준에 맞게 안정도, 흐름값, 공극률, 동적 안정도, 인장강도비, 미끄럼 저항성 실험을 실시하였다.
위에 언급한 소성변형과 온도제어 문제를 보완하고자 미국의 폐타이어 재생고무를 사용한 포장기술 CRM을 도입하였다. 하지만 이 방법은 현장에서 배합을 하여 물성의 문제를 극복한 것은 우수하나, 도로의 장기 사용이 어려운 점은 해결해야 할 문제이다.
현재까지의 교면방수를 위해 대부분의 공법은 별도의 방수층을 시공하는 공정을 수행해야 하는데 본 연구에서는 방수성능을 향상시키기 위하여 고분자계 수지를 기반으로 제조된 불투수성 아스팔트 포장재료를 이용하여 방수기능을 추구하였다. 기존의 개념과는 달리 포장층에 GMA(SIS, Stylene Isoprene Stylene) 고분자계 수지를 기반으로 제조된 아스팔트 바인더 수지로 골재와 골재 간의 부착력과 탄성력을 발휘할 수 있도록 포장층 아스팔트의 공극을 메워 필름막을 형성하게 하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 충북 OO지역에서 생산된 최대치수 13mm 편마암 쇄석 굵은 골재와 5mm 이하 잔골재로 사용하였다.
연구에 사용된 바인더는 자체 개발한 GMA 고분자 수지를 기반으로 제조된 아스팔트 바인더 수지를 합성한 아스팔트를 사용하였다.
이론/모형
미끄럼 저항성은 아스팔트포장 노면의 미끄럼 정도를 측정하는 시험으로, 시험기기의 진자가 공시체를 통과하는 저항성 정도를 통해 측정할 수 있다. 미끄럼 저항성 시험은 KS F 2375 기준에 따라 시험을 실시하였다.
안정도는 마샬 시험 공시체(아스팔트 혼합물)를 세로로 세우고, 1분간 50mm의 속도로 가압하여 공시체가 파괴될 때의 하중이고, 흐름값은 안정도 시험 시 최대 하중(안정도)까지의 변형값이며, 공극률은 다져진 아스팔트 혼합물의 용적 중 공극이 차지하는 용적을 백분율로 나타낸 것이다. 위의 안정도, 흐름값, 공극률 시험은 KS F 2337 기준에 따라 시험을 실시하였다.
인장강도비는 수분에 대한 아스팔트 혼합물의 내구성을 측정하는 시험으로써, 건조 시험용 공시체와 동결융해 시험용 공시체를 수직 파괴가 발생할 때까지 하중을 가하여 건조 상태에서의 아스팔트 혼합물의 간접 인장강도와 수분 포화 후의 간접인장강도 비를 나타낸다. 인장강도비 시험은 ASTM D 6931 기준에 따라 시험을 실시하였다.
동적 안정도는 휠-트래킹 시험으로 아스팔트 혼합물의 압밀, 유동에 대한 저항성을 평가하는 시험으로, 아스팔트 혼합물 표면으로부터 1mm 침하하는데 소요되는 시험 차륜 통과 회수이다. 휠-트래킹 시험은 KS F 2374 기준에 따라 시험을 실시하였다.
성능/효과
1. 안정도는 KS의 기준값인 5000N보다 1.70배 높은 8488N이 나왔다.
2. 흐름값은 35로, KS의 기준값 범위 안에 들어갔다 3. 공극률은 KS의 최소 기준값 3%보다 10배 낮은 0.
2. 흐름값은 35로, KS의 기준값 범위 안에 들어갔다 3. 공극률은 KS의 최소 기준값 3%보다 10배 낮은 0.3%가 나왔다.
4. 동적 안정도는 KS의 최대 기준값인 2000 회/mm보다 1.53배 높은 3052 회/mm로 기준치 이상의 결과를 보였다.
5. 인장강도비는 KS의 기준값 0.80보다 1.13배 높은 0.90으로 나타났다.
6. 미끄럼 저항성은 KS의 기준값 60보다 1.12배 높은 67.33으로 나타났다. 7.
33으로 나타났다. 7. GMA 고분자 수지를 첨가한 아스팔트를 통해 기존 아스팔트의 공용성 등급인 76-22보다 넓은 범위의 82-34의 수치를 얻을 수 있었다.
G*sinδ at 82℃ (Original)과 G*sinδ at 82℃ (after RTFO) 시험결과로 PG 고온 등급은 82로 결정되었고, G*sinδ at 28℃(after PAV), Stiffness at –24℃, m-value at –24℃, m-value at –24℃ 시험결과로 PG 저온 등급은 34로 결정되었다.
Table 4는 마샬 안정도 시험과 흐름값, 공극률의 시험 결과를 나타내는 표로써, 공극률은 KS의 기준값인 5000N보다 1.70배 높은 8488N으로 측정되었고, 흐름값은 35로, KS의 기준값 범위 안에 들어갔으며, 공극률은 KS의 최소 기준값 3%보다 10배 낮은 0.3%가 나왔다.
96배 높아 유연성과 강력한 부착 결합력에 유리하다. 경도는 ASTM D2240의 기준에 따라 실험한 결과로 GMA 고분자수지가 S, P계열 고분자수지보다 2.33~2.58배 낮게 나타났다. 비중은 ASTM D792의 기준에 따라 실험한 결과로 GMA 고분자수지가 S, P계열 고분자수지보다 1.
58배 낮게 나타났다. 비중은 ASTM D792의 기준에 따라 실험한 결과로 GMA 고분자수지가 S, P계열 고분자수지보다 1.02~1.03배 낮게 나타났다.
본 논문의 방수 기능을 갖는 아스팔트는 고분자계 수지인 GMA 고분자 수지를 기반으로 제조된 아스팔트 바인더 수지를 사용하여 플랜트에서 제조하는 혼합물로 시공하는 포장 공법이다. 이 공법은 기존 아스팔트의 공극율(4~7%)이 소성변형에 따른 내구성 향상을 위해 유지되는 공극율의 배합설계였으나 새롭게 개발된 방수 기능을 갖는 아스팔트의 수지 함량(기존 5.7~6.0%)은 7.8~9.4%로 추가 되었다. 혼합물 생산 시 고분자계 수지인 GMA 수지를 기반으로 제조된 아스팔트 바인더 첨가재가 투입되어 골재와 AP5가 혼합되어 방수 기능을 갖는 아스팔트를 생산한다.
이와 같이 GMA 방수톤은 고분자계 열경화성 수지인 열가소성 폴리머(SIS, Styrene Isoprene Styrene)가 혼합되어 고온에서도 충분한 내유동성을 확보할 수 있었으며, SIS(Styrene Isoprene Styrene) 수지의 첨가로 바인더의 점도 증가와 신축성이 향상되어 저온 균열과 피로균열에 대한 저항성이 뛰어남을 알았다. 생산시 충분한 교반을 통해 분산성을 높여 균일한 품질확보가 가능한 것도 장점이다.
후속연구
생산시 충분한 교반을 통해 분산성을 높여 균일한 품질확보가 가능한 것도 장점이다. 또한 바인더 성능의 극대화로 불투수성 아스팔트 포장이 가능하여 콘크리트 포장도로나 교면포장 적용시 별도의 방수공정 없이 본 포장만으로도 충분한 방수효과와 교량 보호 기능을 기대할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
아스팔트 바인더는 무엇을 기반으로 제조되었는가?
본 논문은 GMA(SIS, Stylene Isoprene Stylene) 고분자계 수지를 기반으로 제조된 아스팔트 바인더를 사용하여 플랜트에서 제조하는 혼합물로 방수기능을 갖도록 성능을 개선한 신개념의 불투수성 아스팔트 포장의 연구를 위해 수행하였다. GMA 고분자 수지 기반의 아스팔트는 유연성과 탄성을 바탕으로 중차량의 충격에 의한 영향을 받지 않으며, 우수 시에 포트 홀의 발생과 소성변형 등 여름철 온도 변화에도 안정적이다.
GMA 고분자 수지 기반의 아스팔트는 어떤 특징이 있는가?
본 논문은 GMA(SIS, Stylene Isoprene Stylene) 고분자계 수지를 기반으로 제조된 아스팔트 바인더를 사용하여 플랜트에서 제조하는 혼합물로 방수기능을 갖도록 성능을 개선한 신개념의 불투수성 아스팔트 포장의 연구를 위해 수행하였다. GMA 고분자 수지 기반의 아스팔트는 유연성과 탄성을 바탕으로 중차량의 충격에 의한 영향을 받지 않으며, 우수 시에 포트 홀의 발생과 소성변형 등 여름철 온도 변화에도 안정적이다. 새롭게 제안된 열가소성 폴리머를 사용한 아스팔트 포장재료는 방수기능은 물론 역학적 특성을 검증하기 위해 KS기준과 ASTM기준에 맞게 안정도, 흐름값, 공극률, 동적 안정도, 인장강도비, 미끄럼 저항성 실험을 하여 역학적 특성을 분석 하였다.
참고문헌 (12)
Cha, S. M(2000), Journal of the Korean Society of Pavement Engineers, 2000, V.2, pp.72-78
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Korean Agency for technology and standards, 2014, KS F 2393 Standard test method for rheological properties of asphalt binder using dynamic shear rheometer.
Korean Agency for technology and standards, 2014, KS F 2390 Standard test method for flexural creep stiffness of asphalt binder using bending beam rheometer.
Korean Agency for technology and standards, 2014, KS F 2392 Standard test method for viscosity determination of asphalt binder using rotational viscometer.
Korean Agency for technology and standards, 2007, KS M ISO 2592 Determination of flash and fire points-Cleveland open cup method.
Korean Agency for technology and standards, 2014, KS F 2349 Hot mix asphalt mixture.
Korean Agency for technology and standards, 2001, KS F 2375 Testing method for measuring surface frictional properties using the British Pendulum Tester.
American Society for Testing and Materials, 2007, ASTM D 6931 Test Method for Indirect Tensile (IDT) Strength of Bituminous Mixtures.
Lee Soo Hyung, Yoo In Kyoon, Kim Je Won, 2011, "A Study on the Structural Design of Permeable Asphalt Pavement", Journal of Korean Society of Road Engineers, Vol.13 No. 3, Korean Society of Road Engineers.
Korea Conformity Laboratories(K. C. L.), Test Report(2015. 9, CT14-016937)
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