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문제 정의
- PE골재를 혼합한 아스콘과 일반 쇄석만으로 만든 아스콘이 겨울철에 동결융해룰 반복해서 받았을 때 어떤 다른 거동을 보이는지 알아보기 위하여 본 시험을 하였다.
- 겨울철 도로 포장면에 내린 눈이나 얼음이 차량 통행으로 다져졌을 때 이를 떼어내는데 필요한 강도를 빙착인장강도 (氷着引張强度)라고 한다. 본 연구에서는 일반 아스콘 포장과 PE골재를 혼합한 아스콘 포장에서 빙착인장강도가 어떻게 다르게 나타나는지 시험하였다. 시험법은 社團法人 日本 道路協會(2008) 제정 빙착인장강도 시험법을 적용하였으며, Fig.
- 이러한 일련의 시험을 통해 PE골재를 겨울철 아스콘 포장에 활용하는 방안을 강구해 보고자 하였다.
- 일반 밀입도 아스콘과 PE골재를 19mm 쇄석과 중량비로 5%, 10%만큼 치환한 아스콘의 단열성을 비교하여 겨울철 도로포장에서 노반이 보유하고 있는 열을 대기 중으로 어느 쪽이 더 빨리 빼앗기는지 알아보고자 하였다.
제안 방법
- 그 후 지그가 부착된 아스콘 공시체를 미리 -5℃로 가동시켜 놓은 냉동챔버 속에 2시간 동안 두어 아스콘 공시체 위에 부직포가 얼어붙게 하였다. 2시간 경과후 인장시험기의 잭(Jack)을 이용하여 지그를 떼어 내면서 전자 계기판에 나타난 최대 인장력을 측정한 후 이 값을 부직포의 면적(78.5cm2 )으로 나누어 빙착인장강도 값을 구하 였다. 빙착인장강도시험은 각 아스콘 공시체에 대하여 3회씩 실시하여 평균값을 취하였다.
- 5mm의 원주형으로 만들었다. PE골재 치환 아스콘은 일반 아스콘의 19mm 쇄석을 19mm PE골재로 중량비 0%, 2.5%, 5%, 10%만큼씩 치환하였다.
- ○○○○ 연구원 구내 실험 부지에 겨울철 융설효과를 알아보기 위하여 아스콘 포장을 시험시공을 하였다. 먼저 쇄석 보조기층을 3.
- 가로 세로 각 30cm에 두께 5cm 규격의 공시체를 일반 밀입도아스콘 및 PE골재 혼합아스콘에 대하여 각각 3개씩제조하였다. 일반 쇄석 및 PE골재를 105~110℃로 항량이될 때까지 건조시킨 후 10초가량 건비빔 한 다음 몰드에 넣고 아스팔트 바인더를 중량비로 4.
- 1)를일반 밀입도 아스팔트콘크리트(아스콘) 배합 시 19mm 쇄석과 몇몇 중량비에 맞게 치환한 후 실내 시험으로서 단열효 과시험, 동결 융해 후 인장강도시험을 하였다. 그리고 일반 밀입도 아스콘 배합재료에 PE골재를 중량비로 2.5% 만큼 추가한 후 빙착인장강도시험(氷着引張强度試驗)을 실시하 였다. 아울러 현장에 일반 밀입도 아스콘 포장과 PE골재를 중량비로 2.
- 농촌 비닐하우스에서 발생한 폐비닐을 아스팔트 포장에 활용할 수 있는지 알아보기 위하여 폐비닐을 용융한 후 19mm 크기의 골재로 만들었다. 이를 밀입도 아스콘에 몇몇 중량 비로 혼합하여 단열효과시험, 동결 융해 후 인장강도시험 및빙착인장강도시험 그리고 현장 밀도시험과 공극률 시험을 실시하였다.
- 본 연구에서는 크기 19mm 되는 단입도 PE골재(Fig. 1)를일반 밀입도 아스팔트콘크리트(아스콘) 배합 시 19mm 쇄석과 몇몇 중량비에 맞게 치환한 후 실내 시험으로서 단열효 과시험, 동결 융해 후 인장강도시험을 하였다. 그리고 일반 밀입도 아스콘 배합재료에 PE골재를 중량비로 2.
- 5cm2 )으로 나누어 빙착인장강도 값을 구하 였다. 빙착인장강도시험은 각 아스콘 공시체에 대하여 3회씩 실시하여 평균값을 취하였다.
- 아스콘 공시체를 오븐에서 꺼내어 13℃에서 30분간 방치 하여 공시체 내부의 열기가 밖으로 빠지게 한 후, 공시체 표면의 온도를 측정하였다. 그 결과 쇄석만으로 만든 공시체 표면의 온도는 27.
- 5% 만큼 추가한 후 빙착인장강도시험(氷着引張强度試驗)을 실시하 였다. 아울러 현장에 일반 밀입도 아스콘 포장과 PE골재를 중량비로 2.5%만큼 추가로 혼합한 아스콘 포장을 포설한후 코어 채취기로 시료를 채취하여 밀도 및 공극률을 비교 하였다.
- 농촌 폐비닐을 건설재료로 재활용하기 위한 연구로서 Kim (2003)은 재활용업체가 물통을 만들기 위하여 용융기에서 흙이 묻은 상태의 폐비닐을 녹인 후 가래떡 모양으로 뽑아 내는 것을 잘라 19mm 크기의 골재(Polyethylene Aggregate; PE골재)로 만들었다. 이 골재에 대해 용출시험, 비중시험, LA마모시험, 직접전단시험을 실시하였다. 그 결과 PE골재에서는 지반오염을 일으킬 수 있는 중금속이 전혀 검출되지 않거나 지정폐기물 기준치 이하였고, 비중은 1.
- 우선 각 공시체를 -18±3℃ 되는 냉동버에 넣고 24시간 냉동시켰다. 이것을 꺼내어 60℃의 항온 수조에 24시간 동안 담갔으며, 공시체를 항온수조에서 꺼내어 25℃의 수조에 2시간 동안 담갔다가 다시 꺼내어 최종적으로 SHIMADZU 만능시험기를 이용하여 할열인장강 도시험(cylinder splitting test)을 하였다. 하중재하속도는 분당 50mm를 유지하였다.
- 농촌 비닐하우스에서 발생한 폐비닐을 아스팔트 포장에 활용할 수 있는지 알아보기 위하여 폐비닐을 용융한 후 19mm 크기의 골재로 만들었다. 이를 밀입도 아스콘에 몇몇 중량 비로 혼합하여 단열효과시험, 동결 융해 후 인장강도시험 및빙착인장강도시험 그리고 현장 밀도시험과 공극률 시험을 실시하였다. 그 결과 다음과 같은 사실들을 알 수 있었다.
- 이어 얼음 담긴 비이커를 아스콘 공시체 위에 올려놓고 얼음이 녹은 모습을 관찰하였다. -0.
- 이어서 PE골재를 혼합한 아스콘을 가로 30cm×세로 30cm×높이 5cm 되는 몰드에 다져 넣은 후 Wheel Tracking 공시체 다짐장비를 이용하여 150℃로 가열하면서 500kg의하중을 작용시켜 15회 다지고, 추가로 1,000kg의 하중을 가하면서 15회 다짐작업을 하였다.
- 먼저 지그에 부착된 부직포를 12℃의 수돗물에 1시간 동안 담가 물을 충분히 흡수하도록 하였다. 이어서 지그를 아스콘 공시체 위에 올려놓고 강구를 25cm의 높이에서 10회자유 낙하시켜 부직포가 아스콘 공시체에 일정한 압력으로 달라붙게 하였다. 그 후 지그가 부착된 아스콘 공시체를 미리 -5℃로 가동시켜 놓은 냉동챔버 속에 2시간 동안 두어 아스콘 공시체 위에 부직포가 얼어붙게 하였다.
- 가로 세로 각 30cm에 두께 5cm 규격의 공시체를 일반 밀입도아스콘 및 PE골재 혼합아스콘에 대하여 각각 3개씩제조하였다. 일반 쇄석 및 PE골재를 105~110℃로 항량이될 때까지 건조시킨 후 10초가량 건비빔 한 다음 몰드에 넣고 아스팔트 바인더를 중량비로 4.5%만큼 투입하였다. 몰드 속의 아스콘을 현장다짐장비와 유사한 방법으로 다지기 위하여 다짐면이 원호로 되어 있는 로울러 콤팩터로 다졌다.
- 지그의 하부에는 직경 10cm, 두께 5mm의 부직포가 강하게 부착되어 있다. 지그의윗부분에 아크릴 파이프를 세우고, 무게 420g의 강구를 25cm의 높이에서 10회 자유 낙하시켜 아스콘 공시체에 부직포를고르게 밀착시킨 후 빙착인장강도 시험을 한다.
- 채취된 코어는 직경 15mm에 길이 10cm였으며, 이 2종류의 코어를 직경 15mm × 길이 7.5cm 되게 다듬은 후밀도(비중) 및 공극률시험을 실시하였다.
대상 데이터
- ○○○○ 연구원 부지 내에 시험시공한 일반 밀입도 아스 콘포장 구간과 밀입도 아스콘에 그 혼합물 중량의 2.5%에해당되는 양만큼 19mm PE골재를 추가로 혼합하여 포설한 PE골재 혼합 아스콘포장 구간에서 공사 후 9개월이 지난시점에 코어 채취기로 core를 각각 3개씩 채취하였다(Fig.12).
- 그 후 RS-3 프라임 코팅재를 뿌려 방수 및 아스팔트의 접착이 원활히 이루어지도록 하였다. 쇄석 보조기층의 다짐과 프라임 코팅재 뿌리기가 끝난 후 16km 떨어진 아스콘 공장에서 미리 제조한 일반 밀입도 아스콘과 19mm PE골재를 중량비로 2.5%만큼 추가로 혼합한 아스콘을 각각 덤프트럭으로 ○○○○ 연구원 실험 부지까지 운반하였다.
- 일반 아스콘 및 PE골재 치환 아스콘 공시체는 각각 직경 101.6mm, 높이 63.5mm의 원주형으로 만들었다. PE골재 치환 아스콘은 일반 아스콘의 19mm 쇄석을 19mm PE골재로 중량비 0%, 2.
이론/모형
- 본 연구에서는 일반 아스콘 포장과 PE골재를 혼합한 아스콘 포장에서 빙착인장강도가 어떻게 다르게 나타나는지 시험하였다. 시험법은 社團法人 日本 道路協會(2008) 제정 빙착인장강도 시험법을 적용하였으며, Fig. 7과 같은 원리의 장비를 사용하였다. 이 시험을 통해 빙착인장강도가 작게 나타날수록 도로 포장면에서의 제설 작업 효율이 높은 것으로 평가하고 있다.
- 시험절차는 KS F 2398 “아스팔트 혼합물의 수분 저항성 시험” 방법을 따랐다.
성능/효과
- (1) PE골재의 혼합률이 증가할수록 아스콘의 단열효과가 증가하였다. 그 까닭은 PE골재가 내부에 공극을 포함하고 있기 때문으로서 겨울철 아스콘 포장에서 외부 찬공기의 차단을 통해 융설효과를 기대할 수 있을 것으로 판단된다.
- (2) 동결융해를 받은 후의 인장강도시험 결과 PE골재를 혼합한 아스콘의 경우 일반 아스콘에 비해 인장강도가 크게 나타나 겨울철 포장표면의 파손이 감소할 수 있을 것으로 판단된다.
- (3) 밀입도 아스콘에 PE골재를 추가할 경우 빙착인장강도값이 작아져 겨울철 아스콘포장 표면에 얼어붙은 얼음이나 눈의 제거가 손쉬워질 것으로 추정되며 따라서 PE 골재를 혼합한 포장에서는 일반 밀입도 아스콘 포장보다 제설작업이 손쉬워질 것으로 판단된다.
- (4) 현장 포설 아스콘 포장에서 시료를 채취하여 밀도시험을 한 결과 일반 밀입도 아스콘이나 PE 골재를 2.5% 추가한 아스콘이나 밀도는 큰 차이가 나지 않았다. 그러나 밀입도 아스콘에 PE골재를 2.
- 그 결과 PE골재에서는 지반오염을 일으킬 수 있는 중금속이 전혀 검출되지 않거나 지정폐기물 기준치 이하였고, 비중은 1.1~1.4, 마모율이 2% 이내로서 매우 단단하였으며, 내부마찰각은 39~42°C 를 보여 건설골재로 사용할 수 있는 것으로 평가되었다.
- 아스콘 공시체를 오븐에서 꺼내어 13℃에서 30분간 방치 하여 공시체 내부의 열기가 밖으로 빠지게 한 후, 공시체 표면의 온도를 측정하였다. 그 결과 쇄석만으로 만든 공시체 표면의 온도는 27.6℃였고, PE골재를 5% 혼합한 공시체 표면의 온도는 29.1℃였으며, PE골재를 10% 혼합한 공시체 표면의 온도는 30.9℃로 나타나 PE골재 혼합율이 높은 아스콘 공시체일수록 높은 온도를 유지하고 있었다(Fig. 2). 즉 PE골재 혼합 아스콘 공시체에서는 PE골재 공극 속에 저장된 열기가 서서히 밖으로 빠져나가는 까닭에 일반 아스콘 공시체에 비하여 상대적으로 높은 온도를 오래 유지하고 있었다.
- 3℃ 되는 대기 중으로 옮겨 다시 1시간을 더 방치한 후 표면온도를 측정하였다. 그결과 쇄석만으로 만든 공시체 표면의 온도는 8.1℃였고, PE 골재를 5% 혼합한 공시체 표면의 온도는 9.0℃였으며, PE 골재를 10% 혼합한 공시체 표면의 온도는 14.0℃로 나타나역시 PE골재 혼합율이 높은 공시체 표면의 온도가 높게 나타났다(Fig. 3).
- 또한 Kim(2015)은 세척한 폐비닐(LDPE)을 1~2mm의크기로 자른 후 아스팔트 바인더(binder)에 섞어 침입도시험, 연화점시험, 인화점시험, 신도시험을 실시하였다. 그결과 아스팔트 바인더에 폐비닐을 섞을 경우 점성이 증가 하고 소성변형에 대한 저항성이 증가하는 것을 확인할 수있었다.
- 그리고 덤프트럭에서 아스콘을 하차한 후, 3.8톤 콤비로 울러를 이용하여 기층용 아스콘(두께 13cm)을 왕복으로 7~8회씩 이동하면서 충분히 다졌다.
- PE골재를 혼합한 아스콘 공시체에서 일반 아스콘 공시체에 비하여 빙착인장강도가 낮게 나타난 이유는 PE골재의 표면이 일반 쇄석 골재의 그것에 비하여 매끄러우므로 공시체 표면에 부착된 얼음이 더 작은 인장강도에서 떨어져 나간 것으로 판단된다. 따라서 PE골재를 혼합한 아스팔트포장 에서는 일반 아스팔트포장에서보다 겨울철 강설 후 얼어붙은 눈이나 얼음조각이 차량 통행 시 쉽게 이탈되고, 제설작 업도 더 쉽게 이루어질 수 있을 것으로 판단된다.
- 실험 부지 현장에서 살펴본 결과 PE골재를 혼합한 아스 콘도 일반 아스콘과 마찬가지로 아스팔트 바인더와 골재 배합이 잘 되어 있었다. 포설작업 시에도 재료의 분리현상이 일어나지 않았다.
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