[논문]최대입경, 공극률, 그리고 온도가 다공성 아스팔트 혼합물의 내구성에 미치는 영향분석

유인균; 이수형; 박기수

doi:10.5762/kais.2020.21.12.227

최대입경, 공극률, 그리고 온도가 다공성 아스팔트 혼합물의 내구성에 미치는 영향분석
Analysis of the Effect of Maximum Aggregate, Porosity, and Temperature on Durability of Porous Asphalt Mixtures 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.21 no.12, 2020년, pp.227 - 233

유인균 (한국건설기술연구원 인프라안전연구본부) , 이수형 (한국건설기술연구원 인프라안전연구본부) , 박기수 (한국건설기술연구원 인프라안전연구본부)

초록
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다공성 아스팔트 혼합물을 이용한 도로포장은 수막현상의 저감으로 교통사고가 줄고 교통소음을 획기적으로 줄이는 등 다양한 기능을 갖기 때문에 수요는 점점 늘어가고 있다. 그러나 다공성 아스팔트 혼합물은 혼합물 속에 20%정도의 공극을 포함하고 있기 때문에 골재의 탈리 등 내구성에 대한 우려 때문에 적용이 지연되고 있다. 따라서 다공성 아스팔트혼합물의 내구성을 증진시키기 위한 방법에 대한 연구가 필요한 상황이다. 본 연구의 목적은 다공성 아스팔트 혼합물의 최대입경, 온도 그리고 공극률이 혼합물의 내구성에 미치는 영향을 평가하는 것이다. 이를 위해 다공성 아스팔트혼합물의 내구성 척도를 칸타브로 손실률로 설정하고 공극률이 20%로 동일하고 최대입경이 13mm, 10mm, 8mm인 혼합물에 대하여 상온과 저온에서 칸타브로 시험을 실시하였다. 그리고 최대입경 10mm인 동일한 재료로 공극이 20%와 22%인 혼합물에 대하여 칸타브로 시험을 실시하였다. 실험결과 공극률은 20%로 동일하고 최대입경의 변화가 있는 경우 내구성의 척도인 칸타브로 손실률에서는 차이를 보이지 않았다. 그러나 실험온도에 대해서는 상온과 저온에서 분명한 차이를 보였다. 그리고 공극률의 변화에 대해서는 20%와 22% 사이에 2% 차이 이지만 내구성에서는 분명한 차이를 보였다. 본 연구의 결과는 예상되었던 결과이기는 하지만 시험과 통계적 분석에 의해 정량적으로 제시되었다는 데 의의가 있다. 또한 앞으로 다공성 아스팔트 혼합물을 위한 고점도 아스팔트 바인더를 포함한 다공성 아스팔트 혼합물의 내구성에 미치는 요소들이 정량적으로 평가되어 내구성을 향상시켜 나가는데 기여할 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The demand for porous asphalt mixtures is increasing because it has a range of functions, such as reducing traffic accidents and traffic noise. On the other hand, its application is delayed due to concerns about durability. This study examined the effects of the maximum aggregate size, temperature, and porosity of an asphalt mixture on the durability. To this end, the durability measure was set to the Cantabro loss rate. Mixtures having the same porosity of 20% and the maximum aggregate diameters of 13 mm, 10 mm, and 8 mm were tested at 20℃ and -20℃. Mixtures containing 20% and 22% voids with the same material having the same diameter were tested. With 20% porosity, there was no significant difference in durability when there was a change in the maximum aggregate size. There was a significant difference between 20℃ and -20℃, but no significant difference in durability when there was a 2% difference between 20% and 22%. The significance of this study is that the durability was presented quantitatively by tests and statistical analysis. This research will help improve the durability of porous asphalt mixtures by evaluating the factors affecting the durability quantitatively.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1. Aggregate Gradations for Asphalt Mixtures
표 Table 1. Characters of Asphalt Binder
표 Table 2. Properties of Asphalt Mixtures
그림 Fig. 2. LA Abrasion Tester in Constant Temperature Chamber
그림 Fig. 3. Shapes of Specimen Before and After Test
표 Table 3. Results of Cantabro Test for Asphalt Mixtures
표 Table 4. Summary of Fit for Maximum Size and Temperature
표 Table 5. ANOVA for Maximum Size and Temperature
표 Table 6. Summary of Fit for Air voids and Temperature

AI 본문요약
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문제 정의

정도 저감되는 것을 확인하였다. 이 논문은 배수성 포장이 실제로 다양한 기능을 발현하는 가를 확인한 논문으로서 의미가 있다. Lee[3] 등은 국내 고점도 아스팔트 바인더에 대하여 현장을 효율적으로 모사하는 선회 다짐기로 시편을 제작하고 마샬안정도, 회복탄성계수, 간접인장강도, 소성변형특성 평가를 통해 배수성 아스팔트를 위한 혼합물의 구조성능은 충분히 만족한다고 보고하였다.
Lee[3] 등은 국내 고점도 아스팔트 바인더에 대하여 현장을 효율적으로 모사하는 선회 다짐기로 시편을 제작하고 마샬안정도, 회복탄성계수, 간접인장강도, 소성변형특성 평가를 통해 배수성 아스팔트를 위한 혼합물의 구조성능은 충분히 만족한다고 보고하였다. 이 논문은 새로운 아스팔트 바인더가 개발되었을때 배수성 아스팔트 바인더로서의 적용성을 평가하였다. Choi[4] 등은 아크릴 수지로 코팅한 배수성 아스팔트 콘크리트의 특성평가를 통해 배수성 아스팔트혼합물의 내구성을 나타내는 칸타브로 시험을 실시하였다.

제안 방법

그리고 동일한 조건에서 공극률을 20%와 22% 혼합물에 대한 실험도 수행하였다. 본 연구를 통해 얻은 결론은 다음과 같다.
여기서는 공극률은 동일하게 하고 굵은 골재의 최대입경을 다르게 하는 경우, 이들은 탈리 저항성에 서로 다른 결과를 나타내는지, 차이가 없는 결과를 나타내는지 검증하게 된다. 또한 실험온도, 20℃와 -20℃에서의 결과가 통계적으로 의미 있는 차이를 나타내는가를 검증하고 또한 공극률 20%와 22%에서의 결과가 통계적으로 의미 있는 차이를 나타내는가를 검증하기로 한다.
본 연구에서는 동일한 배수성 아스팔트 바인더를 이용하고 20%의 공극을 갖고 굵은 골재의 최대입경을 8mm, 10mm, 13mm로 변화를 주고, 실험온도 20℃와 -20℃ 에서 골재 탈리에 대한 저항실험으로 칸타브로시험을 시행하였다. 그리고 동일한 조건에서 공극률을 20%와 22% 혼합물에 대한 실험도 수행하였다.
평가하는 시험이다. 시험방법으로는 마샬 시편을 시험온도에서 20시간이상 양생한 후에 LA마모시험기에 넣고 30-33rpm의 속도로 300회 회전을 적용한다. 다음식(1)을 이용하여 칸타브로 손실률을 계산한다.
실험계획으로는 동일한 20% 공극률의 아스팔트 혼합물이지만 굵은 골재의 최대입경을 8mm, 10mm, 13mm 세 가지로 변화시키는 실험과 골재의 최대입경 10mm를 동일하게 하고 공극률을 20%와 22%로 변화시키는 실험을 계획하였으며 각 혼합물의 배합설계 특성은 Table 2와 같고 골재의 입도곡선은 Fig. 1과 같다.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 아스팔트 바인더는 국토부 배수성 아스팔트 혼합물 생산 및 시공지침에 제시된 바인더 등급인 PG 82-22을 사용하였으며 구체적인 내용은 Table 1과 같다.

데이터처리

근간으로 한다. 비교 대상이 두 개인 경우에는 t-test를 이용하고 비교 대상이 두 개 이상이거나 변수 가두 개 이상인 경우에는 분산분석인 ANOVA를 이용한다. 분산을 고려한 평균의 비교를 통해 두 종류의 실험값이 통계적으로 동일하다고 말할 수 없거나 통계적으로 다르다고 말할 수 없음을 증명하게 된다.
실험결과에 대한 통계적 분석은 분산을 고려한 평균의 비교를 근간으로 한다. 비교 대상이 두 개인 경우에는 t-test를 이용하고 비교 대상이 두 개 이상이거나 변수 가두 개 이상인 경우에는 분산분석인 ANOVA를 이용한다.
다르므로 직관적으로 판단하기 어렵다. 이러한 평균의 차이를 통계적으로 분석하는 것을 분산분석 (Analysis of Variance; ANOVA)이라한다.

이론/모형

시험법은 KS F 2492 배수성 아스팔트 혼합물의 칸타브로 시험방법(KS, [14])으로 규정되어 있고 20℃와 -2 0℃에서 시험하도록 규정하고 있다. Fig.

성능/효과

넷째, 동일한 아스팔트 바인더 사용하고 동일한 굵은 골재의 최대치수를 사용하고 공극률을 20%와 22%로 변화를 준 혼합물에 대해 칸타브로 손실률은 유의한 변화를 보이지 않았다. 칸타브로 시험은 공극률 2%의 차이를 구분할 만큼 민감한 시험법은 아닌 것으로 판단된다.
따라서 95% 신뢰도 수준에서 굵은 골재의 최대입경 차이는 다공성 아스팔트 혼합물의 칸타브로 손실률에 영향을 준다고 말할 수 없다. 둘째, 동일한 아스팔트 바인더를 이용하고 공극률을 20%로 유지하면서 굵은 골재의 최대입경에 변화를 준다 하더라도 실험온도 차이 20℃와 -20℃에서의 차이는 신뢰도 수준 99.9% 이상에서 유의한 차이를 보였다. 추운 기후의 지역에서는 다공성 아스팔트포장의 탈리에 대해서 유념할 필요가 있다.
셋째, 아스팔트 혼합물의 최대입경과 실험온도에 대한 교호작용에 대해서 서로 교호작용이 있는 것으로 나타났다. 즉, 실험온도의 변화에 따라 칸타브로 손실률의 최대값과 최소값을 갖는 최대입경 혼합물이 다르다는 것을 의미한다.
시도하였다. 소성변형에 대한 저항성은 8mm 혼합물이 가장 크게 평가되었으며 10mm도 8mm와 비슷하나 13mm와 19mm는 현격하게 차이가 나는 것으로 평가되었다. 미끄럼저항도 8mm와 10mm에서 크게 평가되었으며 13mm와 19mm에서 상대적으로 작게 평가되었다.
05 이상이므로 95%의 신뢰도 수준에서 의미 있는 결과를 얻지 못했다. 즉, 공극률의 2% 변화에도 칸타브로 손실률의 평균값은 차이가 없고, 온도와 공극률 두 변수 사이의 교호작용은 없는 것으로 나타났다.
즉, 실험온도의 변화에 따라 칸타브로 손실률의 최대값과 최소값을 갖는 최대입경 혼합물이 다르다는 것을 의미한다. 즉, 저온에서는 8mm최대입경 혼합물의 칸타브로 손실률이 가장 적었고 상온에서는 13mm 최대입경혼합물의 손실률이 가장 적은 것으로 나타났다. 기후에 따라서 아스팔트 혼합물의 최대입경을 달리하는 것도 검토해 볼 수 있다.
첫째, 굵은 골재의 최대입경이 8mm, 10mm, 13mm 인 다공성 아스팔트 혼합물에 대하여 실시한 칸타브로 시험결과, 최대입경의 변화는 칸타브로 손실률 결과에 유의한 차이를 보이지 않았다. 따라서 95% 신뢰도 수준에서 굵은 골재의 최대입경 차이는 다공성 아스팔트 혼합물의 칸타브로 손실률에 영향을 준다고 말할 수 없다.
Choi[4] 등은 아크릴 수지로 코팅한 배수성 아스팔트 콘크리트의 특성평가를 통해 배수성 아스팔트혼합물의 내구성을 나타내는 칸타브로 시험을 실시하였다. 코팅을 실시하지 않은 일반시편의 손실률이 약 20%인데 비해 코팅 처리한 시편들의 경우 5.9-7.9%로 칸타브로 손실률이 감소하였다고 발표하였다. 배수성 아스팔트 혼합물의 내구성인 칸타브로 시험을 실시하여 두 가지 바인더의 특성이 내구성에 미치는 영향을 정량적으로 평가한 연구로서 의미가 있다.
미끄럼저항도 8mm와 10mm에서 크게 평가되었으며 13mm와 19mm에서 상대적으로 작게 평가되었다. 타이어와 노면의 마찰 소음에 대해서도 최대입경이 작을수록 소음저감 효과가 있는 것으로 나타났다. 이 논문은 배수성포장에서 최대입경의 변화가 다양한 기능에 미치는 영향을 평가한 의미 있는 논문이지만 통계적으로 검증되지 않았다는 문제점이 있다.

후속연구

타이어와 노면의 마찰 소음에 대해서도 최대입경이 작을수록 소음저감 효과가 있는 것으로 나타났다. 이 논문은 배수성포장에서 최대입경의 변화가 다양한 기능에 미치는 영향을 평가한 의미 있는 논문이지만 통계적으로 검증되지 않았다는 문제점이 있다.
분석이 지속적으로 수행될 필요가 있다. 이제는 외국에서 들여온 아스팔트 혼합물의 기준을 만족하는지 확인하는 연구가 아니라 실질적으로 다공성 아스팔트 혼합물의 성능을 개선하는 방향으로 연구가 진행되어야 한다.

참고문헌 (14)

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T. J. Choi, H. J. Lee, T. W. Kim, J. H. Song, Characterization of Porous Asphalt Concrete Coated with MMA Resin, Journal of the Korean Society of Highway Engineers, Vol. 11, No. 2, pp.111-120, Jun. 2009 (in Korean)
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KS F 2492, Standard test method for Cantabro test for porous asphalt mixtures, 2017.8

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].

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