[논문]석탄회 기반 채움재를 활용한 아스팔트 콘크리트의 공학적 특성

김영욱; 박근배; 우양이; 문보경

doi:10.14190/jrcr.2017.5.3.305

[국내논문] 석탄회 기반 채움재를 활용한 아스팔트 콘크리트의 공학적 특성
Characteristics of Asphalt Concrete Utilizing Coal Ash Based Filler 원문보기

Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute = 한국건설순환자원학회 논문집, v.5 no.3, 2017년, pp.305 - 312

김영욱 ((재)한국건설생활환경시험연구원) , 박근배 ((주)에프원테크) , 우양이 ((주)에프원테크) , 문보경 (한국서부발전주식회사)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 국내 화력발전소에서 발생되고 있는 산업부산물을 활용하여 아스팔트 콘크리트용 채움재를 개발 및 혼합물에 적용하여 함량에 따른 특성 및 소성변형 저항성에 미치는 영향을 관찰하였다. 실험결과 석탄회 기반 채움재를 사용할 경우 최적아스팔트함량(OAC)는 기존 채움재 대비 0.1% 낮은 값을 나타내었다. 도출된 최적아스팔트함량에서 채움재 함량에 따른 간접인장강도 및 인장강도비 측정 결과 함량 증가에 따라 높은 성능을 발현하였고, 2.0% 이상의 함량에서 국내 단체표준 품질관리 기준 각 0.8 이상과 0.75 이상을 만족하는 결과를 얻을 수 있었다. 동적안정도는 채움재 2.5%의 함량에서 가장 높은 저항성을 나타내었으며, 함량이 2.5%를 넘어설 때 오히려 성능발현이 저하되는 결과를 나타내었다. 과도한 채움재의 혼입은 상대적으로 아스팔트 함량이 감소되기 때문에 취성파괴를 유발할 수 있으므로 최적의 채움재/아스팔트 의 비율을 찾아 적용하는 방안이 필요할 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents a laboratory investigation into the effects of fillers using industrial by-product such as coal ash, IGCC slag on properties of hot-mixed asphalt concrete variation with filler content. For comparison, existing mixture with lime and dust have also been considered. Marshall and flow test has been considered for the purpose of mix design as well as evaluation of mixture. Other performance tests such as indirect tensile strength test, tensile strength ratio(moisture susceptibility), dynamic stability have also been carried out variation with filler content. It is observed that the mixes with industrial by-product exhibit conform with quality standard. Therefore, it has been recommended to utilize industrial by-product based on fly ash wherever available, not only reducing the produce cost but also partly solve the industrial by-product utilization and disposal problem.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 본 연구에서는 발전 부산물의 활용방안 증대를 위한 연구의 일환으로서 석탄회를 기반으로 한 채움재의 아스팔트 콘크리트에 대한 적용성을 검토하고자 하였다. 이를 위하여 채움재 종류 및 혼입조건에 따른 아스팔트 콘크리트의 공학적 특성을 검토하였다.
따라서 본 연구에서는 발전 부산물의 활용방안 증대를 위한 연구의 일환으로서 석탄회를 기반으로 한 채움재의 아스팔트 콘크리트에 대한 적용성을 검토하고자 하였다. 이를 위하여 채움재 종류 및 혼입조건에 따른 아스팔트 콘크리트의 공학적 특성을 검토하였다.
본 연구에서는 석탄회를 아스팔트 콘크리트용 채움재로 활용하기 위한 연구의 일환으로서 채움재 및 AP의 혼입조건에 따른 아스팔트 콘크리트의 품질특성을 기존 채움재와 비교 검토하였다. 본연구의 실험계획은 Table 1에 나타낸 것과 같이 1 Series에서는 채움재 종류(석탄회 기반 채움재, 기존 채움재)별에 따른 최적 아스팔트 함량(OAC) 결정을 위한 특성요인을 분석하였으며, 2 Series에서는 1 Series에서 도출된 OAC를 토대로 하여 채움재 종류 및 혼입량 변화에 따른 아스팔트 혼합물의 소성변형 및 균열 저항성 등의 공학적 특성을 검토하였다.
본 연구에서는 국내 화력발전소에서 발생되고 있는 산업부산물을 활용하여 아스팔트 콘크리트용 채움재를 개발 및 혼합물에 적용하여 함량에 따른 특성 및 소성변형 저항성에 미치는 영향을 관찰하였다. 실험결과 석탄회 기반 채움재를 사용할 경우 최적아스팔트함량(OAC)는 기존 채움재 대비 0.

제안 방법

본 연구에서는 석탄회를 아스팔트 콘크리트용 채움재로 활용하기 위한 연구의 일환으로서 채움재 및 AP의 혼입조건에 따른 아스팔트 콘크리트의 품질특성을 기존 채움재와 비교 검토하였다. 본연구의 실험계획은 Table 1에 나타낸 것과 같이 1 Series에서는 채움재 종류(석탄회 기반 채움재, 기존 채움재)별에 따른 최적 아스팔트 함량(OAC) 결정을 위한 특성요인을 분석하였으며, 2 Series에서는 1 Series에서 도출된 OAC를 토대로 하여 채움재 종류 및 혼입량 변화에 따른 아스팔트 혼합물의 소성변형 및 균열 저항성 등의 공학적 특성을 검토하였다.
아스팔트 함량에 따른 혼합물의 특성 검토를 위하여 석탄회 기반 채움재(이하 CAF) 및 기존 채움재(석회석분:회수더스트= 7:3, 이하 LF)를 각각 2.5%, 2.8% 혼입하고, 아스팔트 혼합물의 공극률이 4%가 되도록 배합설계를 수행하여 시험편을 제작하였다.
석탄회 기반 채움재의 아스팔트 혼합물에 대한 적용가능성 및 최적 혼입량 도출을 위하여 본 연구에서 도출된 OAC를 기준으로 채움재 종류(2수준) 및 혼입량(5수준) 변화에 따른 혼합물의 특성을 분석하였다. 아스팔트 콘크리트에서 채움재의 역할은 단순히 공극을 채워주는 효과 외에 미세균열에 대한 저항성 증가와 피로 균열에 대한 저항성을 증가시켜주는 효과가 있는 것으로 보고되고 있으며(Rahman et al.
국내 화력발전소에서 발생되는 석탄회 기반 채움재를 아스팔트 콘크리트에 적용하여 채움재 및 AP 혼입률에 따른 품질특성을 기존 채움재와 비교 검토하였으며, 요인별 아스팔트 콘크리트의 소성변형 저항성 및 균열저항성에 미치는 영향을 분석한 결과는 다음과 같다.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 아스팔트(AP)는 밀도 1.039g/cm³의 S사 AP-5를 사용하였으며 특성은 Table 2와 같다. 사용된 골재로는 표층용 아스팔트 콘크리트의 적용을 고려하여 Gmax 13mm, 절건밀도 2.
039g/cm³의 S사 AP-5를 사용하였으며 특성은 Table 2와 같다. 사용된 골재로는 표층용 아스팔트 콘크리트의 적용을 고려하여 Gmax 13mm, 절건밀도 2.66g/cm³의 부순골재를 사용하였고, 잔골재는 최대치수 5mm, 절건밀도 2.65g/cm³의 입도 No.4의 부순골재를 사용하였으며, 특성은 Table 3과 같다. 석탄회 기반 채움재에 사용된 Fly ash와 IGCC슬래그의 미세입자 구조는 Fig.
본 연구에서 적용한 석탄회 기반 채움재는 해외 연구동향 및 선행연구를 토대로 Fly ash(PC 보일러 : 55%, CFB 보일러 : 25%), 고로슬래그 미분말(10%), IGCC 미분말(10%)로 구성된 것을 사용하였으며, 기존 채움재를 석탄회 기반 채움재와 성능 비교검토를 위하여 석회석분과 더스트의 혼힙비율이 7:3인 것을 사용하였다.

이론/모형

아스팔트 콘크리트 혼합물의 특성 및 배합설계의 적정성을 평가하기 위하여 Marshall 안정도 및 흐름값을 KS F 2337 ｢마샬 시험기를 사용한 아스팔트 혼합물의 마샬 안정도 및 흐름값 시험방법｣에 준하여 측정하였으며, 제작 시험편 및 시험전경은 Fig. 2와 같다.
석탄회 기반 채움재를 활용한 아스팔트 콘크리트의 균열저항성을 평가를 위하여 KS F 2382｢아스팔트 혼합물의 간접 인장강도시험방법｣에 준하여 측정하였으며, 제작 시험편 및 시험전경은 Fig. 3과 같다.
아스팔트 혼합물의 수분에 대한 내구성을 평가하기 위하여KSF 2398｢아스팔트 혼합물의 수분저항성 시험방법｣에 준하여 인장강도비를 평가하였으며, 시험전경은 Fig. 4와 같다.
반복적인 차륜 하중에 대한 아스팔트 콘크리트의 소성변형 저항성을 평가하기 위하여 KS F 2374 ｢아스팔트 혼합물의 휠 트래킹 시험방법｣에 준하여 동적안정도를 평가하였으며, 시험전경은 Fig. 5에 나타낸 것과 같다.

성능/효과

현재 표층용 아스팔트 혼합물에 대한 품질기준은 단체표준인 SPS-KAI0002-F2349-5687 “가열 아스팔트 혼합물”에 규정되어있으며, 상기 표준에서는 표층용 혼합물에 대한 공극률은 3~6%, 포화도는 65~80%로 규정하고 있다. 따라서 본 연구의 석탄회 기반 채움재를 활용한 혼합물의 경우는 AP 함량이 5.0~6.0%일 경우 상기 품질기준을 충족시키는 것으로 나타났다.
이상으로 석탄회 기반 채움재를 활용한 아스팔트 콘크리트의 최적 아스팔트 함량 결정을 위한 분석 결과 아스팔트 혼합물 관련 단체표준(SPS)에서 규정하고 있는 품질기준를 충족시키고, 동시에 본 연구의 배합설계 시 목표기준을 충족시키는 OAC는 CAF의 경우는 5.7%인 것으로 도출되었으며, LF의 경우는 5.8%인 것으로 도출되었다.
또한 채움재 종류별에 따른 특성은 LF의 경우가 CAF에 비하여 다소 우수한 안정도를 발현하는 것으로 나타났으나 그 차이는 크지 않았으며, CAF 함량 2.5%에서는 LF 대비 대등한 수준의 안정도를 확보할 수 있는 것으로 나타났다.
이를 살펴보면 모든 채움재 종류에서 공극률과 포화도는 반비례적 상관성을 나타내 채움재 혼입률이 증가함에 따라 공극률은 감소하고 포화도는 증가하는 것으로 나타났으며 채움재 종류별에 따른 영향은 미미한 수준이었다. 그리고 현재 관련 표준에서 규정하고 있는 공극률 및 포화도에 대한 품질기준치를 동시에 만족시키는 채움재 함량은 1.
채움재 종류별에 따른 특성을 분석한 결과 CAF가 LF에 비하여 약 5.6% 정도 낮은 간접인장강도 특성을 나타내었으나, 이는 LF의 경우 석회석분의 비중이 채움재에서 70%를 차지하고 있어, 석회석분에 의한 박리방지효과와 아스팔트의 강성을 증가시키는 효과로 인해 상대적으로 높은 강도 값을 나타내는 것으로 판단된다. 하지만 CAF의 경우에서도 혼입율 2.
측정결과를 검토해보면 CAF를 사용할 경우 LF보다 약 5% 정도의 낮은 인장강도비를 나타내었으나, CAF함량 2.0%에서는 국내 단체표준(SPS)의 품질관리 기준 0.75 이상을 만족하는 것으로 나타났다.
모든 채움재의 종류에서 채움재 함량이 증가함에 따라 동적안정도 값이 증가하여 CAF의 경우 2.5%, LF의 경우 2.0%에서 가장 우수한 동적안정도 값을 나타내었다. 또한 CAF의 경우 LF 대비 채움재 함량 2.
0%에서 가장 우수한 동적안정도 값을 나타내었다. 또한 CAF의 경우 LF 대비 채움재 함량 2.5%에서 약 13% 낮은 성능을 발현하였으나, 혼입률 1.0% 이상에서 국내 단체표준(SPS)의 품질관리 기준 750회/mm 이상을 충족하여 소성변형에 대한 저항성을 확보할 수 있는 것으로 나타났다.
1. 아스팔트 함량 변화에 따른 안정도, 흐름값, 공극률 및 포화도를 검토한 결과 모든 채움재에서 AP 함량이 증가함에 따라 안정도 및 흐름값이 증가하는 경향을 나타내었으며, 공극률과 포화도는 반비례적인 상관성을 나타내었다. 또한 채움재 종류별에 따른 최적아스팔트함량(OAC)을 분석한 결과 CAF와 LF의 경우 각각 5.
2. 채움재 함량 변화에 따른 안정도, 흐름값, 공극률 및 포화도를 검토한 결과 LF의 경우가 CAF에 비하여 다소 우수한 안정도를 발현하는 것으로 나타났으나 그 차이는 크지 않았으며, CAF 함량 2.5%에서는 LF 대비 대등한 수준의 안정도를 확보하는 것으로 나타났다. 흐름시험 결과에서는 CAF 함량 1.
5%에서는 LF 대비 대등한 수준의 안정도를 확보하는 것으로 나타났다. 흐름시험 결과에서는 CAF 함량 1.5% 이상에서는 단체표준 기준치를 충족하였으며 채움재 함량이 증가함에 따라 흐름시험 값이 증가하는 경향을 나타내었으며, 공극률과 포화도를 동시에 만족시키는 채움재 함량은 1.5~2.5%인 것으로 확인되었다.
3. CAF의 함량 변화에 따라 균열저항성 및 수분저항성에 미치는 영향을 분석한 결과, LF 대비 간접인장강도의 경우 5.6%, 인장강도비의 경우 5% 낮은 성능을 발현하는 것으로 나타났으나, CAF 혼입률 2.0% 이상에서 국토부(아스팔트 생산 및 시공지침) 및 단체표준(SPS)의 품질관리 기준을 충족하는 것으로 나타났다.
4. 차륜하중에 대한 저항성을 검토한 결과 모든 채움재에서 혼입률이 증가함에 따라 최적 채움재 함량까지 증가한 후 감소하는 경향성을 나타내었으며, CAF의 경우 혼입률 1.0% 이상에서 국내 단체표준(SPS)의 품질관리 기준을 충족하여 소성변형에 대한 저항성을 확보할 수 있었다.
5. 본 연구에서 석탄회 기반 채움재(CAF)를 적용한 아스팔트 콘크리트의 공학적 특성, 균열 저항성 및 소성변형 저항성을 측정한 결과, 최적의 아스팔트 함량(5.7%) 및 채움재 함량(2.5%)에서 가장 우수한 성능을 발현하였으며, 현재 단체표준 및 국토교통부 지침서에서 규정하고 있는 품질기준을 충족시키는 것으로나타나, 본 연구에 대한 석탄회 기반 채움재가 아스팔트 혼합물용 사용재로로서의 적용가능성을 확인할 수 있었다.
본 연구에서는 국내 화력발전소에서 발생되고 있는 산업부산물을 활용하여 아스팔트 콘크리트용 채움재를 개발 및 혼합물에 적용하여 함량에 따른 특성 및 소성변형 저항성에 미치는 영향을 관찰하였다. 실험결과 석탄회 기반 채움재를 사용할 경우 최적아스팔트함량(OAC)는 기존 채움재 대비 0.1% 낮은 값을 나타내었다. 도출된 최적아스팔트함량에서 채움재 함량에 따른 간접인장강도 및 인장강도비 측정 결과 함량 증가에 따라 높은 성능을 발현하였고, 2.
1% 낮은 값을 나타내었다. 도출된 최적아스팔트함량에서 채움재 함량에 따른 간접인장강도 및 인장강도비 측정 결과 함량 증가에 따라 높은 성능을 발현하였고, 2.0% 이상의 함량에서 국내 단체표준 품질관리 기준 각 0.8 이상과 0.75 이상을 만족하는 결과를 얻을 수 있었다. 동적안정도는 채움재 2.
8% 까지는 안정도가 증가하는 경향을 나타냈다. 그리고 채움재 종류별에 따라 최대 안정도를 나타내는 AP함량이 다소 상이한 결과를 나타냈으나 그 차이는 미미한 수준 이었으며, 모든 채움재 종류에서 AP 함량이 4.5% 이상일 경우 현재 관련 표준에서 규정하고 있는 안정도의 품질기준치(5,000N 이상)를 충족시키는 것으로 나타났다.

후속연구

또한 산업통상자원부의 ｢제7차 전력수급계획｣에 따르면 장기적으로는 석탄화력발전의 비중을 점진적으로 감축할 계획에 있으나, 2029년까지는 신규건설이 확정된 발전설비에 한하여 계속적인 증설을 계획하고 있다. 따라서 향후 화력발전소에서 발생되는부산물량은 일정기간 증가할 것으로 예상되며, 기존 회처리장의 만지시기 도래 등으로 인하여 발전 부산물의 유효활용방안 확대가 필요한 시점이다.
5%를 넘어설 때 오히려 성능발현이 저하되는 결과를 나타내었다. 과도한 채움재의 혼입은 상대적으로 아스팔트 함량이 감소되기 때문에 취성파괴를 유발할 수 있으므로 최적의 채움재/아스팔트 의 비율을 찾아 적용하는 방안이 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	공극률이란 무엇인가?	공극률은 다져진 아스팔트 혼합물의 용적 중 공극이 차지하는 용적을 백분율로 나타낸 것으로서 포화도와는 반비례적 상관성을 나타낸다. 본 실험결과 AP 함량이 증가함에 따라 모든 채움재 종류에서 공극률은 감소(Bang et al.
	아스팔트 콘크리트용 채움재의 일반적인 역할은 무엇인가?	석탄회를 아스팔트 콘크리트용 채움재로 활용하기 위해서는 경제적이면서 일정 수준이상의 품질성능을 확보하여야만 한다. 일반적으로 아스팔트 콘크리트용 채움재의 역할은 혼합물의 공극을 채우는 효과와 최적 아스팔트함량(Optimum Asphalt Content, OAC)의 저감, 아스팔트와 골재의 부착력을 증대 시켜 상대적으로 적은 양의 아스팔트를 사용하여 견고한 혼합물을 형성하는 것으로 알려져 있다(Zulkati et al.2011).
	화력 발전소에서 발생되는 부산물량은 일정기간 증가할 것으로 예상되는 이유는 무엇인가?	또한 산업통상자원부의 ｢제7차 전력수급계획｣에 따르면 장기적으로는 석탄화력발전의 비중을 점진적으로 감축할 계획에 있으나, 2029년까지는 신규건설이 확정된 발전설비에 한하여 계속적인 증설을 계획하고 있다. 따라서 향후 화력발전소에서 발생되는부산물량은 일정기간 증가할 것으로 예상되며, 기존 회처리장의 만지시기 도래 등으로 인하여 발전 부산물의 유효활용방안 확대가 필요한 시점이다.

참고문헌 (12)

Bang, J.W., Kim, Y.Y. (2016). Mechanical properties of an open graded asphalt for semi-rigid pavement, Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute, 4(1), 68-75 [in Korean].

원문보기 상세보기
Hafeez, I., Kamal, M. (2010). Effects of mineral filler to polymer modified bitumen ratio on the design properties of hot mix asphalt and its performance, Mehran University Research Journal of Engineering & Technology, 29(4), 581-588.
Harris, B.M., Stuart, K.D. (1995). Analysis of mineral fillers and mastics used in stone matrix asphalt, Journal of Association of Asphalt Paving Technologists, 64, 54-95.
Huang, B., Shu, X., Chen, Z. (2007). Effects of mineral fillers on hot-mix asphalt laboratory-measured properties, International Journal of Pavement Engineering, 8(1), 1-9.

상세보기
Kar, D., Panda, M., Giri, J.P. (2014). Influence of fly-ash as a filler in bituminous mixes, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 9(6), 895-900.
Ministry of Land, Infrastructure and Transport. (2015). Guidelines of Asphalt Mixture of Production and Construction [In Korean].
Ministry of Trade, Industry and Energy. (2015). Basic Plan for Electricity Supply and Demand 7th [In Korean].
Mistry, R., Roy, T.K. (2016). Effect of using fly ash as alternative filler in hot mix asphalt, Perspectives in Science, 8, 307-309.

상세보기
Nathen, A.H. (2013). The effect of filler type and content on hot asphalt concrete mixtures properties, AL-Rafidain Engineering, 21(6), 88-100.
Rahman, M.N., Sobhan, M.A. (2013). Use of non-conventional fillers on asphalt-concrete mixture, International Journal of Innovation and Applied Studies, 3(4), 1101-1109.
SPS-KAI0002-F2349-5687 (2015). Hot Mix Asphalt Mixture [In Korean].
Zulkati, A., Diew, W.Y., Delai, D.S. (2011). Effects of fillers on properties of asphalt-concrete mixture, Journal of Transportation Engineering, ASCE. 138(7), 902-910.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증