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문제 정의
- 이에 본 장에서는 고분자 개질재인 SBS(Styrene-Butadiene-Styrene Block Copolymer)를 사용한 고탄성/고강도 개질아스팔트를 소개하며, 이들의 실내 성능평가를 통하여 기능성 측면에서 일반아스팔트 (AP-5) 및 SBS 개질아스팔트(PG 76-22) 대비 성능을 소개하고자 한다.
제안 방법
- 380-6mm(1) -50-6mm(h) -63-6mm(w) 크기로 공시체를 설단한 후, 변형률 제어 방식으로 실험을 실시하였다. 13mm 밀입도 혼합물은 20C 하에서 500microstrain의 변형률을 1.75mm 샌드입도 혼합물은 15C 하에서 2,000microstrain의 변형률을 적용하였다. 기본적인 실험방법은 AASHTO TP 8에 의거하여진행하였으며, 장비의 모습은 그림 2와 같다.
- 실시하였다. 380-6mm(1) -50-6mm(h) -63-6mm(w) 크기로 공시체를 설단한 후, 변형률 제어 방식으로 실험을 실시하였다. 13mm 밀입도 혼합물은 20C 하에서 500microstrain의 변형률을 1.
- 소성변형 저항성 실험과 피로균열 저항성 실험을 실시하였다. 각 공시체는 배합설계시 결정된 최적 아스팔트 함량과 선정된 골재 합성입도에 근거하여 13mm 밀입도 혼합물은 약 7.0%를-, 4.75mm 샌드입도 혼합물은 약 3.0%의 공극률을 갖도록 제작하였다. 각 공시체의 실험 방법은 다음과 같다.
- 각 아스팔트 바인더 종류별로 높이 6cm인 공시체를 제작하여 2회 반복 실험을 실시하였으며, 각각의 평균 침하량 결과는 그림 3과 같다. 13mm 밀입도를 적용한 고강도 SBS 개질아스팔트 혼합물과 PG 76-22 의 SBS 개질아스팔트는 20,000회의 차륜 통과후에 각각 1.
- 소성변형 저항성 실험과 피로균열 저항성 실험을 실시하였다. 각 공시체는 배합설계시 결정된 최적 아스팔트 함량과 선정된 골재 합성입도에 근거하여 13mm 밀입도 혼합물은 약 7.
- 소성변형 저항성 실험은 Hamburg Wheel Tracking 장비를 사용하여 실시하였다. 실험 공시체는 제작후상온에서 24시간 양생시킨 후, 실험 개시 전 5시간 동안 50C하에서 수침 양생시켰다.
- 피로균열 저항성 실험은 4짐 하중 재하방식의 피로시험 장비를 사용하여 실시하였다. 380-6mm(1) -50-6mm(h) -63-6mm(w) 크기로 공시체를 설단한 후, 변형률 제어 방식으로 실험을 실시하였다.
- 현장에서의 모습을 모사하기 위하여 하부용 공시체 제작 및 택코팅후 상부층을 다져 총 높이 8cm의 공시체를 제작하여 2회 반복 실험을 실시하였으며, 각각의 평균 침하량 결과는 그림 5와 같다. 4.
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 아스팔트는 일반아스팔트(AP-5), PG 76~22 규격에 해당하는 SBS 개질아스팔트, 반사균열 억제를 위한 SAMI (Stress Absorbing Membrane Interlayer) 포장 및 교면 포장 적용용 고탄성 개질아스팔트, 균열 및 변형에 강한 고강도 개질아스팔트로써 총 4종의 아스팔트 혼합물에 대하여 평가하였으며 각각의 아스팔트 바인더 품질 규격은 표 1~4와 같다.
- 적용 골재는 충청남도의 석회암 골재를 사용하였으며, 각 혼합물 종류에 따라 13mm 밀입도와 4.75mm 샌드입도를 적용하였다. 골재 합성입도 결과는 표 5~6과 같다.
이론/모형
- 75mm 샌드입도 혼합물은 15C 하에서 2,000microstrain의 변형률을 적용하였다. 기본적인 실험방법은 AASHTO TP 8에 의거하여진행하였으며, 장비의 모습은 그림 2와 같다.
성능/효과
- (1) 일반아스팔트 혼합물 대비 기능성 SBS 개질아스팔트 혼합물의 소성변형 저항성능은 월등히 우수한것으로 나타남. 특히 차륜 반복 주행에 따른 수분 침투에 저항성능이 우수하여, 박리현상으로 인한추가적인 변형이 발생하지 않은 것으로 나타남.
- (2) 13mm 밀입도 적용시 일반아스팔트 혼합물 대비 기능성 SBS 개질아스팔트 혼합물의 피로균열 저항성능이 최소 5배 이상 우수한 것으로 나타남.
- (3) 4.75mm 샌드입도를 적용한 고탄성 SBS 개질아스팔트 혼합물의 경우 가혹한 온도 및 하중조건 하에서 일반 개질아스팔트 및 일반아스팔트 대비 높은 균열 저항성능을 보여 반사균열 또는 진동이 많은 교면포장에서 발생하는 균열 등의 억제를 위한 포장층으로의 성능이 우수할 것으로 판단됨.
- 침하량 결과는 그림 3과 같다. 13mm 밀입도를 적용한 고강도 SBS 개질아스팔트 혼합물과 PG 76-22 의 SBS 개질아스팔트는 20,000회의 차륜 통과후에 각각 1.8mm와 5.7mm의 침하량을 나타낸 반면, 13mm 밀입도를 적용한 일반아스팔트 혼합물과 4.75mm 샌드입도를 적용한 고탄성 SBS 개질아스팔트 혼합물은 각각 5,701회와 4,589회의 차륜 통과후에 20mm의 최대 침하량에 도달하여 시험이 종료되었다.
- 제작하여 2회 반복 실험을 실시하였으며, 각각의 평균 침하량 결과는 그림 5와 같다. 4.75mm 샌드입도의 고탄성 SBS 개질아스팔트를 하부층으로 가진 고강도 SBS 개질아스팔트 혼합물은 20,000회의 차륜통과후에 1.8mm의 침하량을 나타내어 소성변형 저항성능이 가장 우수한 것으로 나타난 반면, 상/하부층 모두를 일반아스팔트 혼합물을 적용한 경우는 약 14,000회의 차륜 통과후 20.0mm 이상의 침하량을 나타내었을 뿐 아니라 박리 현상 역시 발생하여 가장 열악한 결과를 나타내었다.
- 75mm 샌드입도 혼합물의 살험 결과는 그림 7 과 같다. AASHTO TP 8에서 규정된 온도 및 변형률에 비하여 매우 가흑한 조건에서 수행한 실험 결과 고탄성 SBS 개질아스팔트의 피로수명은 100,000회 이상을 보인 반면, PG 76-22의 SBS 개질아스팔트와 일반 아스팔트는 각각 3, 620회와 1,175회의 피로수명을 보여 가혹한 하중하에서는 피로균열 저항성능이 다소 부족한 것으로 나타났다.
- 침하가 급격하게 이루어진 것으로 나타났다. 또한 표 7에서 보이는 바와 같이 5,000회 주행시 일반 아스팔트 공시체는 17.7mm의 침하량을 보인 반면, PG 76-22 SBS 개질아스팔트와 고강도 SBS 개질아스팔트는 각각 1.7mm 및 1.0mm를 보여 약 10~18배 이상의 소성변형 저항성을 보이는 것으로 나타났다.
- 또한 표 8에서 보이는 바와 같이 14, 000회 주행시 일반-일반아스팔트 공시체는 20.0mm의 최종 침하량을 보인 반면, 일반아스팔트 - PG 76-22 SBS 개질아스괄트와 고탄성 - 고강도 SBS 개질아스팔트는 각각 4.6mm 및 1.4mm를 보여 상부층에 SBS 개질아스팔트 적용시 일반아스팔트 포장 대비 약 4~14배 이상의 소성변형 저항성을 보이는 것으로 나타났다.
- 2(TC하에서 500microstrain의 변형률을 적용한 13mm 밀입도 혼합물의 실험 결과는 그림 6과 같다. 모든 개질아스갈트는 300,000회 이상의 피로수명을 보였으나, 일반아스팔트는 59, 300회의 피로수명을 보여 개질 아스팔트의 피로수명은 일반아스팔트 대비 최소 5배 이상의 수명을 갖는 것으로 나타났다.
- 본 실험의 실험한 결과는 세로축을 소성변형의 깊이로, 가로축을 주행 횟수로 표시하여 그래프를 그리고 초기 의 기 울기를 크리프 기 울기 (creep slope)로, 변곡점을 스트리핑 변곡점 (stripping infection point) 으로 말기의 기울기를 스트리핑 기울기로 표시하며 이들은 각각 아스팔트 혼합물의 하중 재하 횟수에 따른 변형 특성을 표시하게 된다.
- 나타남. 특히 차륜 반복 주행에 따른 수분 침투에 저항성능이 우수하여, 박리현상으로 인한추가적인 변형이 발생하지 않은 것으로 나타남.
후속연구
- (4) 추후 다양한 소성변형 및 피로균열, 반사균열 시험을 통한 실내실험 및 시험포장 등을 통하여 현장공용성능을 파악하는 것이 필요함.
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