[논문]간접인장강도 시험을 통한 아스팔트 포장의 지불규정 인자와 피로균열과의 상관관계 분석

이석근; 김성민; 황상민; 이종명

문제 정의

아스팔트포장의 경우 아스팔트함량이 변화에 따라 밀도가 변화하는 등 각 인자가 상호 연관관계를 가진다. 따라서 본 연구에서는 지불규정 인자간의 상호 영향을 최소화하기 위해 총 14종의 시편제작을 제작하였다. 시험시편은 현재 국내에서 가장 일반적으로 사용되고 있는 밀입도 19mm 아스팔트 혼합물로 바인더는 PG58-22를 사용하였으며, 시험온도는 20℃에 대하여 간접인장 피로시험을 수행하였다.
본 연구는 포장 성능 개선을 위한 지불규정(Pay Adjustment)개발을 위한 기준인자 선정에 관한 기초연구로 수행되었다. 지불규정은 밀도와 평탄성 등과 같은 지불규정 인자의 측정값에 따라 통계적 품질측정 방법인 PWL에 따른 지불계수 (Pay Factor)를 이용해 공사비를 차등 지급하기 때문에 지불규정 인자의 편차에 따른 실제 포장의 공용성 변화를 공학적으로 증명해야 할 필요가 있다.
본 연구에서는 지불규정 인자가 실제 피로균열에 미치는 영향을 검토하였다. 그 결과는 아스팔트 함량, 입도, 밀도에 따라 피로파괴의 경향이 뚜렷이 나타났으며 본 연구에서 얻어진 결론을 정리하면 다음과 같다.

가설 설정

시편이 선형 점탄성 범위내에 존재할 경우에는 포아송비가 일정하지만 선형 점탄성 범위를 벗어날 경우에는 시편에 발생하는 손상에 의해 포아송비가 증가하게 된다. 그러나 포아송비를 정확히 실험을 통하여 실측하기는 굉장히 어렵기 때문에 본 연구에서는 포아송비를 0.35로 가정하여 강성을 계산하였다.

제안 방법

#8번체 통과율을 기준으로 한 골재 입도별 통과 백분율에 따라 흐름값, 공극률, 포화도, 골재 간극률, 안정도를 각각 측정하여 최적 아스팔트 함량을 와 같이 결정하였다.
현재 국내의 이론 최대 밀도 비의 기준은 하한한계는 92%로 정의하고 있으며 과 다짐을 방지하기 위해 상한한계를 96%로 정의한다. 따라서 밀도의 편차를 2%로 고정하여 이론 최대 밀도 비 98%, 96%, 94%, 92%, 90%의 변수로 공시체를 제작했다.
또한 각 인자별 편차에 따른 피로균열의 상관관계를 보다 정학하게 파악하기 위해 시험변수에 미세한 편차를 설정하였다.
아스팔트 함량의 경우 함량 변화에 따른 피로균열 발생 경향을 보이기 위해 아스팔트 함량변수의 편차를 1%로 하여 총 4종류의 공시체를 제작했으며 공극률을 고정하였다. 또한 공극률을 구속함으로 인해 발생할 수 있는 과다짐의 영향을 평가하기 위해 표준입도를 사용한 시편도 제작했다.
아스팔트 혼합물의 피로수명을 평가하는 가장 일반적인 방법은 혼합물에 대해 피로시험을 수행하여 얻어진 데이터로부터 강성(stiffness)을 계산하고 이를 통해 시편의 강성이 초기 강성의 50% 도달했을 때까지 시편에 가해진 하중재하회수를 피로수명으로 결정하는 방식, 그리고 하중재하회수에 따른 변형률 진폭의 변화를 그래프로 그린 다음 최소 곡률반경이 되는 지점의 하중재하회수를 피로수명으로 결정하는 방식이라 정의하고 있다(SHRP-A-404). 본 연구에서는 시편의 강성이 초기 강성의 50%에 도달할 때까지 적용된 하중재하횟수를 피로수명으로 결정하였다.
아스팔트 함량 변수는 과다짐에 의한 영향을 구별하기 위해 공극률 구속 시편과 불구속 시편으로 나누어 실험을 진행했다. 실험을 진행한 모든 시편이 혼합물의 강성이 하중재하 횟수가 증가함에 따라 감소함을 보였으며 공극률을 구속시킨 아스팔트 함량변수의 경우 <그림 1>과 같이 함량이 증가함에 따라 강성과 피로수명이 줄어들어 기존의 실험결과와 상반된 결과를 나타내었다.
아스팔트 함량의 경우 함량 변화에 따른 피로균열 발생 경향을 보이기 위해 아스팔트 함량변수의 편차를 1%로 하여 총 4종류의 공시체를 제작했으며 공극률을 고정하였다. 또한 공극률을 구속함으로 인해 발생할 수 있는 과다짐의 영향을 평가하기 위해 표준입도를 사용한 시편도 제작했다.
지불규정은 밀도와 평탄성 등과 같은 지불규정 인자의 측정값에 따라 통계적 품질측정 방법인 PWL에 따른 지불계수 (Pay Factor)를 이용해 공사비를 차등 지급하기 때문에 지불규정 인자의 편차에 따른 실제 포장의 공용성 변화를 공학적으로 증명해야 할 필요가 있다. 이를 위해 지불규정에 적합한 공용성 모형 선정에 앞서 지불규정인자와 피로균열과의 상관관계를 검증하기 위해 간접인장강도 시험을 진행하였다. 포장 성능에 직접적 영향을 미치는 밀도와 아스팔트 함량, 입도와 현행 준공검사 기준인 두께와 평탄성을 국내 지불규정 기준인자로 선택했으며 이 중 아스팔트 함량, 밀도, 입도를 변수로 설정하였다.
입도는 #8 통과율을 기준으로 32%, 35%, 50%, 53% 총 4개의 공시체를 제작하였다. 표준입도곡선의 상한값과 하한값에 해당하는 35%와 50%와 표준입도에 해당하는 40%, 시방한계를 벗어난 32%, 53%에 해당하는 시편을 제작해 시험을 수행하였다.
지불규정 인자간의 상호 영향을 최소화하기 위해 모든 다양한 시험시편을 제작해 시험을 진행했다. 예를 들어 아스팔트 함량의 경우 공극률을 4%로 구속한 시편과 공극률을 구속하지 않은 시편을 제작해 시험을 진행했으며 <표 3>과 같이 각 인자별 시험 변수와 편차를 설정하였다.
이를 위해 지불규정에 적합한 공용성 모형 선정에 앞서 지불규정인자와 피로균열과의 상관관계를 검증하기 위해 간접인장강도 시험을 진행하였다. 포장 성능에 직접적 영향을 미치는 밀도와 아스팔트 함량, 입도와 현행 준공검사 기준인 두께와 평탄성을 국내 지불규정 기준인자로 선택했으며 이 중 아스팔트 함량, 밀도, 입도를 변수로 설정하였다. 아스팔트포장의 경우 아스팔트함량이 변화에 따라 밀도가 변화하는 등 각 인자가 상호 연관관계를 가진다.
표준입도(#8번체 통과율 40%)에 대해 배합설계를 실시하였고, 입도 변수 조정을 위해 #8번체 통과율 32%, 35%, 50%, 53%에 해당하는 배합설계를 수행하였다. 각 입도별 통과백분율은 <표 1>과 같다.
입도는 #8 통과율을 기준으로 32%, 35%, 50%, 53% 총 4개의 공시체를 제작하였다. 표준입도곡선의 상한값과 하한값에 해당하는 35%와 50%와 표준입도에 해당하는 40%, 시방한계를 벗어난 32%, 53%에 해당하는 시편을 제작해 시험을 수행하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 시험 장치는 상부재하방식의 INSTRON사의 Servo-Hydraulic closed-loop 시스템이며, 모든 시험은 간접인장 방식에 의해 수행되었다. 변위측정은 RDP Electronic사의 LVDT를 사용하였다. 각 센서에서 발생하는 데이터의 동기화를 위하여 National Instruments사의 데이터 수집카드(16bit), 데이터 수집장비(SCXI섀시) 및 모듈, LabVIEW 프로그램을 사용하였다.
본 연구에서는 국내에서 가장 많이 이용되는 화강암 종류의 골재를 이용하였다. 선회다짐기를 사용해 시험시편의 공극률을 조정하였으나 배합설계의 경우 본 연구의 결과가 국내 실제 공사에 적용될 것을 고려하여 현재 현장에서 가장 많이 사용하고 있는 마샬배합설계에 따라 진행하였다.
따라서 본 연구에서는 지불규정 인자간의 상호 영향을 최소화하기 위해 총 14종의 시편제작을 제작하였다. 시험시편은 현재 국내에서 가장 일반적으로 사용되고 있는 밀입도 19mm 아스팔트 혼합물로 바인더는 PG58-22를 사용하였으며, 시험온도는 20℃에 대하여 간접인장 피로시험을 수행하였다.

데이터처리

변위측정은 RDP Electronic사의 LVDT를 사용하였다. 각 센서에서 발생하는 데이터의 동기화를 위하여 National Instruments사의 데이터 수집카드(16bit), 데이터 수집장비(SCXI섀시) 및 모듈, LabVIEW 프로그램을 사용하였다.

이론/모형

밀도 변수는 일반적인 마샬다짐도를 사용하지 않고 이론 최대 밀도 비를 사용했다. 하지만 마샬다짐도는 실험실의 마샬시험 값과 현장의 겉보기 비중의 비로써 실제 밀도와 관련된 아스팔트 포장의 품질을 대표하기엔 어렵다는 문제점이 존재한다(국토해양부, 2006).
본 연구에서 사용된 시험 장치는 상부재하방식의 INSTRON사의 Servo-Hydraulic closed-loop 시스템이며, 모든 시험은 간접인장 방식에 의해 수행되었다. 변위측정은 RDP Electronic사의 LVDT를 사용하였다.
본 연구에서는 국내에서 가장 많이 이용되는 화강암 종류의 골재를 이용하였다. 선회다짐기를 사용해 시험시편의 공극률을 조정하였으나 배합설계의 경우 본 연구의 결과가 국내 실제 공사에 적용될 것을 고려하여 현재 현장에서 가장 많이 사용하고 있는 마샬배합설계에 따라 진행하였다.

성능/효과

(1) 아스팔트 함량은 공극률 구속여부와 상관없이 함량이 증가함에 따라 피로수명이 감소함을 보였다.
(2) 밀도의 경우 밀도가 감소함에 따라 강성과 피로수명이 줄어들어 기존의 실험결과들과 잘 일치하였다. 밀도의 경우에도 98%에서 현저히 높은 피로수명이 보였는데, 이 또한 과다짐으로 인한 영향으로 보인다.
(3) 입도의 경우 #8번체 통과율 40%의 피로수명이 가장 높게 나타났고, 표준입도곡선의 상한값과 하한값에 해당하는 35%와 50%가 시방한계를 벗어난 32%, 53%에 비하여 강성과 피로수명이 높게 나타났는데, 이를 통해 상한값과 하한값을 초과했을 때 피로균열에 취약해진다는 사실을 알 수 있다.
1. 지불규정인자의 편차에 따라 피로수명은 일정한 경향을 보이며 감소했다
2. 피로시험을 수행한 결과, 아스팔트 함량의 경우 함량이 증가함에 따라 강성과 피로수명이 줄어들어 기존의 실험결과와 상반된 결과를 나타내었다.
밀도변수는 다짐횟수를 조정하여 시편을 제작해 실험을 수행했으며 최초 피로시험을 수행한 밀도 변수의 경우 과 같이 밀도 증가함에 따라 강성과 피로수명이 줄어드는 결과를 나타내었다.
실험을 진행한 모든 시편이 혼합물의 강성이 하중재하 횟수가 증가함에 따라 감소함을 보였으며 공극률을 구속시킨 아스팔트 함량변수의 경우 과 같이 함량이 증가함에 따라 강성과 피로수명이 줄어들어 기존의 실험결과와 상반된 결과를 나타내었다.

후속연구

4. 향 후 다양한 온도와 하중레벨에서 빔피로시험과 함께 추가적인 시험을 수행하여 피로수명 예측모형을 통해 변수에 따른 피로공용성 검증이 필요할 것으로 판단된다.
이와 관련 간접인장시험을 이용한 아스팔트 혼합물의 피로 해석(이현종 외, 1999)에 관한 연구결과 역시 아스팔트 함량에 따른 피로경향이 기존의 아스팔트 함량이 증가할수록 피로수명이 줄어든다는 기존의 실험과 다른 결과를 보였다. 따라서 다양한 하중조건과 온도조건 및 아스팔트 함량변수의 편차 조정 등을 통해 아스팔트 함량과 피로경향과의 연관성에 관한 추가 연구가 필요하다고 판단된다.

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

[국내논문] 간접인장강도 시험을 통한 아스팔트 포장의 지불규정 인자와 피로균열과의 상관관계 분석
Correlation Analysis Between Pay Adjustment Factors of Asphalt Pavement and Fatigue Cracking using Indirect Tensile Test 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

이론/모형

성능/효과

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

[국내논문] 간접인장강도 시험을 통한 아스팔트 포장의 지불규정 인자와 피로균열과의 상관관계 분석 Correlation Analysis Between Pay Adjustment Factors of Asphalt Pavement and Fatigue Cracking using Indirect Tensile Test 원문보기

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

데이터처리

이론/모형

성능/효과

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

[국내논문] 간접인장강도 시험을 통한 아스팔트 포장의 지불규정 인자와 피로균열과의 상관관계 분석
Correlation Analysis Between Pay Adjustment Factors of Asphalt Pavement and Fatigue Cracking using Indirect Tensile Test 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper