[논문]다공성 아스팔트혼합물의 내구성 향상을 위한 통계적 분석의 활용

유인균; 이수형; 한대석

doi:10.5762/kais.2020.21.11.283

다공성 아스팔트혼합물의 내구성 향상을 위한 통계적 분석의 활용
Statistical Analysis for Improving Durability of Porous Asphalt Mixtures 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.21 no.11, 2020년, pp.283 - 290

유인균 (한국건설기술연구원 인프라안전연구본부) , 이수형 (한국건설기술연구원 인프라안전연구본부) , 한대석 (한국건설기술연구원 인프라안전연구본부)

초록
AI-Helper

다공성 아스팔트포장은 혼합물 속의 공극으로 인해 수막이 제거되어 교통사고가 현저히 줄고 및 타이어 교통소음이 크게 저감되어 선진외국에서는 많이 이용되고 있으나 국내에서는 다공성 아스팔트포장의 내구성에 대한 우려 때문에 적용이 지연되고 있다. 본 연구에서는 다공성 아스팔트포장에 대한 내구성을 향상시켜 나갈 수 있는 통계적 방안을 찾고자 수행되었다. 다공성 아스팔트 혼합물의 내구성을 나타내는 지표로는 일반적으로 알려져 있는 칸타브로시험으로 선정하였다. 다공성 아스팔트혼합물의 규격에 만족하는 바인더와 골재로 제작된 아스팔트 혼합물에 대하여 칸타브로시험을 실시하였다. 칸타브로실험은 4개 조에 대하여 각 3회 반복 실시하여 각각 칸타브로 손실률을 구하였다. 실험결과 4개 조의 평균값들은 기준값을 모두 만족하는 것으로 나타났다. 그리고 실험결과의 통계적 분석과정인 분산분석을 통해 내구성의 품질에 차이가 있는 실험 조를 정량적으로 구분할 수 있고 이를 통해 문제점을 찾아내어 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한 준공 시에 품질에 따라 페널티나 인센티브를 제공하는 방안도 자발적인 품질개선을 유도할 수 있고 이를 위한 지불계수도 한정된 자료의 통계적 분석을 통해 산정될 수 있음을 확인하였다. 이와 같은 지불계수의 운영을 통해 시공자의 적극적인 품질향상을 유도할 수 있고 또한 품질관리 기준의 적정성 평가를 통해 지속적으로 다공성 아스팔트 혼합물의 내구성을 증진시켜 나갈 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

Porous asphalt pavement is used widely in advanced countries to reduce traffic accidents and noise. On the other hand, it is not applied widely in Korea due to concerns about its durability. This study aims to find a statistical method to improve the durability of porous asphalt pavement. A Cantabro test was selected to test the durability. The Cantabro test was performed on an asphalt mixture made of a binder and aggregate. This test was repeated three times for each of the four groups to obtain the Cantabro loss rate. The average values of each of the four groups satisfied all the reference values. In addition, through an analysis of variance (ANOVA), it was possible to quantitatively classify test groups with differences in durability, thereby finding problems and improving the durability. Furthermore, the Pay Factor method can lead to voluntary improvements in quality, and the Pay factor can be calculated through statistical analysis of limited data. Through the Pay factor, it is possible to induce definite quality improvement of the contractor and continuously improve the durability of the porous asphalt mixture by evaluating the adequacy of the quality standard.

주제어

표/그림 (13)

표 Table 1. Estimation of PWL Using Quality Index Q(Brati[13])
그림 Fig. 1. PWL Considering Criteria(Burati[13])
그림 Fig. 2. LA Abrasion Tester in Constant Temperature Chamber
그림 Fig. 3. Shapes of Specimen Before and After Test
표 Table 2. Aggregate Test Results
표 Table 3. Characters of Asphalt Binder
그림 Fig. 4. Asphat Mixtures after Cantabro Test at -20℃
표 Table 4. Cantabro Test Results at -20℃
표 Table 5. Test Results of Equal Variance for Two Group
표 Table 6. Results of t-Test
표 Table 7. t-Test :Hypothesized Mean Difference
표 Table 8. Q Value with the Criteria of Cantabro Loss(%)
표 Table 9. PWL with the Criteria of Cantabro Loss(%)

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

따라서 본 연구에서는 다공성 아스팔트혼합물의 내구성을 향상시키기 위한 통계적 방안을 찾기 위해 시방규격을 만족하는 특정한 다공성 아스팔트혼합물에 대하여 내구성시험인 칸타브로시험을 시행하였다. 실험결과의 통계적 분석을 통해 다공성 아스팔트혼합물의 내구성을 향상시키기 위한 방안을 검토하고자 한다.
배수성 아스팔트포장의 주요 파손 형태는 골재의 비산이며, 칸타브로시험은 배수성 아스팔트 혼합물에 대한 골재 비산 저항성 평가와 신뢰성을 확보하기 위하여 실시한다.
따라서 본 연구에서는 다공성 아스팔트혼합물의 내구성을 향상시키기 위한 통계적 방안을 찾기 위해 시방규격을 만족하는 특정한 다공성 아스팔트혼합물에 대하여 내구성시험인 칸타브로시험을 시행하였다. 실험결과의 통계적 분석을 통해 다공성 아스팔트혼합물의 내구성을 향상시키기 위한 방안을 검토하고자 한다.

제안 방법

본 연구에서는 다공성 아스팔트혼합물을 제작하고, 다공성 아스팔트혼합물의 골재 탈리나 비산에 대한 내구성 척도인 칸타브로 시험결과에 대한 통계분석을 통해 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 방사형 SBS(Radial SBS) 개질아스팔트와 골재를 사용하여 배합설계를 통해 다공성 아스팔트혼합물을 제작하였다. 실험은 국토부 제정 시방규격, “배수성 아스팔트 혼합물 생산 및 시공 잠정지침(국토해양부, 2011.
9)”에서 제시하고 있는 품질기준을 만족하는 것으로 평가되었다. 이러한 아스팔트 혼합물에 대하여 골재의 비산저항성을 검토하기 위하여 4개의 로트에서 시료를 채취하여 각 3회반복 칸타브로 시험결과를 얻었다. 각 로트의 칸타브로 손실률 평균값들은 칸타브로 손실률 시험기준인 30%이하를 모두 만족하였다.
아스팔트 혼합물의 칸타브로 손실률 시험은 KS F2492(배수성 아스팔트 혼합물의 칸타브로시험 방법)에 따라 수행하였다. 칸타브로시험에서는 -20℃를 유지하기 위해 Fig. 2과 같이 항온 챔버 속에 LA마모시험기를 설치하여 시행하였다. Fig.

데이터처리

둘째, 칸타브로 시험결과에 대해 분산을 고려한 평균의 차이를 분석하는 t-검정을 통해 통계적으로 동일하다고 말할 수 없는 집단을 정량적으로 구별해 내었다. 특히 로트1의 시험결과가 특이성을 보였으며 로트3과의 관계에서 95% 신뢰수준에서 서로 다른 특성이 있음을 확인하였다.
등분산과 이분산으로 나누어 등분산은 Student t-검정을, 이분산은 Welch t-검정을 수행하였다. 신뢰수준은 95%를 설정하였으며 유의수준은 5%로 하였다.
05보다 작아 등분산으로 볼 수 없으며 나머지 세 개의 조합은 서로 등분산으로 볼 수 있다. 모든 집단 사이의 등분산성이 검증되지 않아 평균차이의 검증을 위해 t-검정을 이용한다.
등분산의 검정은 분석하는 두 집단의 분산이 같다고 볼 수 있는가를 검정하는 것이다. 이 검정에는 레빈(Levene)검정이 활용되며 레빈검정에서 등분산성이 확인되면 Student t-검정으로 평균을 검정하고, 이분산이면 Welch t-검정으로 두 집단의 평균을 비교하게 된다.

이론/모형

실험은 국토부 제정 시방규격, “배수성 아스팔트 혼합물 생산 및 시공 잠정지침(국토해양부, 2011.9)”에 따라 실시되었다.
아스팔트 혼합물의 칸타브로 손실률 시험은 KS F2492(배수성 아스팔트 혼합물의 칸타브로시험 방법)에 따라 수행하였다. 칸타브로시험에서는 -20℃를 유지하기 위해 Fig.

성능/효과

특히 로트1의 시험결과가 특이성을 보였으며 로트3과의 관계에서 95% 신뢰수준에서 서로 다른 특성이 있음을 확인하였다. 가설 평균차 분석에 의하면 로트1 시험과 로트3시험 사이의 차이는 평균차이를 0.98로 가정해도 두 그룹 사이의 평균은 95% 신뢰수준에서 서로 다른 것으로 분석되었다.
이러한 아스팔트 혼합물에 대하여 골재의 비산저항성을 검토하기 위하여 4개의 로트에서 시료를 채취하여 각 3회반복 칸타브로 시험결과를 얻었다. 각 로트의 칸타브로 손실률 평균값들은 칸타브로 손실률 시험기준인 30%이하를 모두 만족하였다.
다공성포장의 품질기준을 만족하는 혼합물을 제작하고 시험결과의 분산을 분석해본 결과, 평균만으로는 알 수 없었던 다양한 분석이 가능하여 품질의 향상, 준공검사의 신뢰도 향상 그리고 품질기준의 적합성 등의 평가에 활용될 수 있음을 알 수 있었다.
방사형 SBS 개질아스팔트 혼합물에 대한 품질시험 결과 네 로트 모두 배수성 아스팔트 혼합물 생산 및 시공 잠정지침(국토해양부, 2011.9)에서 요구하는 품질기준을 만족하였다. 특히 칸타브로 손실률(-20℃)은 저온에서의 손실률이 큰 데 비해 본 바인더는 20℃에서의 시험 결과와 큰 차이를 보이지 않아 방사형 SBS 개질아스팔트 혼합물이 저온에서의 골재 탈리 또는 박리에 대한 저항성이 매우 우수한 것으로 판단된다.
본 연구에서의 시험기준과 결과를 가지고 미국에서 적용하고 있는 지불계수를 구하면 모든 로트의 시험에서 100%만족하는 결과를 얻었다. 칸타브로시험 손실률기준을 현재의 30%에서 18%로 내리더라도 모든 로트에서의 시험이 100% PWL을 만족하며, 기준을 17%로 내리면 PWL이 100이하의 값을 갖기 시작한다.
셋째, 준공검사에 사용될 수 있는 미국의 품질지수를 이용하여 칸타브로 시험결과를 분석해 본 결과, 모든 시험결과의 100%가 기준에 만족하는 결과를 얻었다. 현재 30% 이하인 칸타브로 마모시험 손실률 기준이 18%까지 내려가도 100% 기준에 만족하는 것으로 확인되었다.
이것도 로트1에서의 시험결과가 가장 크기 때문이며 로트1에서의 실험 결과가 크게 나온 원인을 규명하여 개선한다면 그 기준을 더 내릴 수 있을 것으로 판단된다. 이 결과를 보면 현재 사용 중인 다공성 아스팔트혼합물의 내구성 기준인 칸타브로 손실률 30%이하는 시험결과와 큰 격차를 보이고 있다. 보통 6시그마운동이 평균의 변동성 1.
현재 30% 이하인 칸타브로 마모시험 손실률 기준이 18%까지 내려가도 100% 기준에 만족하는 것으로 확인되었다. 이번에 시험된 아스팔트 혼합물의 품질은 6시그마 이상으로 품질관리 되고 있는 것으로 확인되었다. 특히나 로트1실험결과가 개선된다면 품질은 더욱 향상될 것으로 판단 된다.
첫째, 방사형 SBS (Radial SBS) 개질아스팔트의 물성 실험결과, 로트4 시험 모두 “배수성 아스팔트 혼합물 생산 및 시공 잠정지침(국토해양부, 2011.9)”에서 제시하고 있는 품질기준을 만족하는 것으로 평가되었다.
신뢰수준은 95%를 설정하였으며 유의수준은 5%로 하였다. 칸타브로 시험결과에 대한 t-검정결과 p-값을 보면 로트1을 포함하는 비교에서는 평균이 서로 다를 확률이 크게 산출되었고 로트1을 제외한 조합에서는 서로의 평균이 근사한 것으로 도출되었다. 특히 로트1과 로트3의 실험결과는 95% 신뢰수준에서 p-값이 0.
본 연구에서의 시험기준과 결과를 가지고 미국에서 적용하고 있는 지불계수를 구하면 모든 로트의 시험에서 100%만족하는 결과를 얻었다. 칸타브로시험 손실률기준을 현재의 30%에서 18%로 내리더라도 모든 로트에서의 시험이 100% PWL을 만족하며, 기준을 17%로 내리면 PWL이 100이하의 값을 갖기 시작한다. 이것도 로트1에서의 시험결과가 가장 크기 때문이며 로트1에서의 실험 결과가 크게 나온 원인을 규명하여 개선한다면 그 기준을 더 내릴 수 있을 것으로 판단된다.
Lee[4] 등은 특정한 개질아스팔트를 사용하여 배수성혼합물을 제작하고 마샬안정도, 자유단 공진주 시험, 일축압축시험, 슈미트햄머 시험 등을 실시하고 이 혼합물이 배수성포장 잠정규격을 만족한다는 결과를 도출하였고, Choi[5] 등은 아크릴 수지로 코팅한 배수성 아스팔트 콘크리트의 특성평가를 통해 배수성 아스팔트혼합물의 내구성을 나타내는 칸타브로시험을 실시하였다. 코팅을 실시하지 않은 일반시편의 손실률이 약 20%인데 비해 코팅 처리한 시편들의 경우 5.9-7.9%로 칸타브로 손실률이 감소하였다고 발표하였다.
둘째, 칸타브로 시험결과에 대해 분산을 고려한 평균의 차이를 분석하는 t-검정을 통해 통계적으로 동일하다고 말할 수 없는 집단을 정량적으로 구별해 내었다. 특히 로트1의 시험결과가 특이성을 보였으며 로트3과의 관계에서 95% 신뢰수준에서 서로 다른 특성이 있음을 확인하였다. 가설 평균차 분석에 의하면 로트1 시험과 로트3시험 사이의 차이는 평균차이를 0.
9)에서 요구하는 품질기준을 만족하였다. 특히 칸타브로 손실률(-20℃)은 저온에서의 손실률이 큰 데 비해 본 바인더는 20℃에서의 시험 결과와 큰 차이를 보이지 않아 방사형 SBS 개질아스팔트 혼합물이 저온에서의 골재 탈리 또는 박리에 대한 저항성이 매우 우수한 것으로 판단된다.
셋째, 준공검사에 사용될 수 있는 미국의 품질지수를 이용하여 칸타브로 시험결과를 분석해 본 결과, 모든 시험결과의 100%가 기준에 만족하는 결과를 얻었다. 현재 30% 이하인 칸타브로 마모시험 손실률 기준이 18%까지 내려가도 100% 기준에 만족하는 것으로 확인되었다. 이번에 시험된 아스팔트 혼합물의 품질은 6시그마 이상으로 품질관리 되고 있는 것으로 확인되었다.

후속연구

칸타브로시험 손실률기준을 현재의 30%에서 18%로 내리더라도 모든 로트에서의 시험이 100% PWL을 만족하며, 기준을 17%로 내리면 PWL이 100이하의 값을 갖기 시작한다. 이것도 로트1에서의 시험결과가 가장 크기 때문이며 로트1에서의 실험 결과가 크게 나온 원인을 규명하여 개선한다면 그 기준을 더 내릴 수 있을 것으로 판단된다. 이 결과를 보면 현재 사용 중인 다공성 아스팔트혼합물의 내구성 기준인 칸타브로 손실률 30%이하는 시험결과와 큰 격차를 보이고 있다.

참고문헌 (13)

MLMA, Ministry of Land and Maritime Affairs, Provisional Guidelines for Producing and Construction of Drainage Asphalt Mixture, September 2011 (in Korean)
J. S. Lee, J. H. Jin, G. T. Cho, W. P. Son, Y. K. Nam, A Study of Mechanical Characteristics of Drainage Asphalt Mixtures, Journal of the Korean Society of Highway Engineers, Annual Conference, 2015 (in Korean)
K. H. Lee, T. H. Jeong, A Study on the Mechanical Properties of Asphalt Mixtures for the Development of Low Noise Pavement, Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 9, No. 1, 2009 (in Korean)
K. H. Lee, S. M. Ham, Strength Characteristics of Mixtures for Drainage Asphalt Surface Layer, Journal of the Korean Academia-Industrial Cooperation Society, Vol. 12, No. 7, 2011
T. J. Choi, H. J. Lee, T. W. Kim, J. H. Song, Evaluation of Characteristics of Drainage Asphalt Pavement Coated by Acrylic Resin, Journal of the Korean Society of Highway Engineers, Vol. 11, No. 2, 2009.6(in Korean)
K. W. Kim, W. H. Lee, J. H. Jeong, and Y. S. Do, A Study on the Problems of KS Asphalt Penetration Standards through Statistical Analysis, Journal of the Korean Society of Highway Engineers, Volume 8, No. 4, December 2006 (in Korean)
J. K. Choi, S. K. Lee, S. M. Kim, S. M. Whang, Comparative Analysis of Probability Theory and PWL Method for Quality Measurement of Asphalt Pavement, Journal of the Korean Society of Highway Engineers Vol. 11, No. 2, June 2009 (in Korean)
S. M. Kim, S. K. Lee, B. K. Seo, Development of Payment Rules for Quality Control and Assurance of Concrete Road Pavement, Proceedings of the Korean Society of Highway Engineers, Volume 10, No. 3, September 2008 (in Korean) DOI: http://dx.doi.org/10.9716/KITS.2011.10.3.179

원문보기 상세보기
J. H. Lee, S. K. Lee, S. M. Kim, S. M. Whang, An Analysis of Evaluation of Quality and Fatigue Life of Test Pavement Section Using Pay Factor, Journal of the Korean Society of Highway Engineers, Vol. 11, No. 4, December 2009 (in Korean) DOI: http://dx.doi.org/10.15207/JKCS.2020.11.4.133

원문보기 상세보기
Korea Expressway Corporation, Statistical Methods of Quality Control for Pavement Construction, technical textbook No. 19, January 1975 ( in Korean)
Korea Expressway Corporation, Quality Control and Assurance of Asphalt Pavement, Technical Textbook No. 34, December 1975 (in Korean)
AASHTO, AASHTO Quality Assurance Guide Specification, American Association of State Highway and Transportation Officials, 1996
Burati, J. L., Weed, R. M., Hughes, C. S., and Hill, H. S., Evaluation of Procedures for Quality Assurance Specifications, Optimal Procedures for Quality Assurance Specifications, Report FHWA-HRT-04-046, Federal Administration, Washington, DC, 2004

저자의 다른 논문 :

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