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문제 정의
- 3%에 달하는 적은 양의 폴리머 섬유 첨가로 가열 아스팔트 혼합물의 피로수명이 일반 혼합물 대비 약 2-3배의 증대 효과를 나타내었다. 또한, 본 연구에서는 폴리머 섬유 보강 아스팔트 혼합물의 정량적 피로수명 평가를 위한 분산에너지 변화를 분석하였다.
- 본 연구는 가열 아스팔트 혼합물 도로 포장(이하, 아스콘 포장)의 소성변형 저감 및 피로수명 증대를 위한 합성 폴리머 섬유 보강 아스팔트 혼합물 (Fiber Reinforced Ahphalt-concrete: FRA) 개발에 관한 것이다. 가열 아스팔트 혼합물은 아스콘 포장의 표층, 중간층, 및 기층 등에 일반적으로 시공된다.
- 본 연구는 아스팔트 바인더의 골재와의 부착강도 및 골재 간 맞물림 효과를 동시에 개선하는 저비용 고효율의 섬유 형태 폴리머 보강 아스팔트 혼합물에 관한 것이며 저비용의 PP 레진(폴리프로필렌: Polyprophlene)과 PET(폴리 에틸렌 테레프탈레이트: Polyethylene terephthalate) 레진을 적정비율로 혼합하여, 개발된 합성 폴리머 섬유(PP+PET Composite)는 고온에서 아스팔트 바인더와의 중합으로 혼합물 인성(Toughness) 및 골재 간 맞물림 효과 증진으로 외부 및 환경 하중 등에 의한 아스콘 포장의 소성변형 및 피로 파손을 최소화 할 수 있다.
- 본 연구는 앞서 언급한 기존 아스콘 포장의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 저비용의 2성분 폴리머(PP+PET) 합성섬유(Bicomponent Fiber Strand)를 일반 역청재에 혼입하여 발현되는 골재간 맞물림 응력 증대, 골재간 브리지 효과(Bridging Effect), 및 아스팔트 바인더의 인성(Toughness) 증대 효과로 아스콘 포장의 소성변형, 피로균열 및 포트 홀 파손등의 문제를 해결하는 것과 함께 시공편리성 및 경제성 등을 확보하는 데 의의가 있다. 상기 목표를 달성하기 위한 열가소성(Thermoplastic) PP+PET 합성 폴리머 섬유 보강 가열 아스팔트 혼합물은 용융점이 서로 다른 PP(Polyprophelene 레진: 약 160-170 ℃) 와 PET(Polyethylene terephthalate 레진: 약 250-260℃)의 합성으로 생산된 그림 2와 같은 형상 및 규격의 섬유로 일반 역청재에 혼입하여 생산한 도로 포장용 혼합물이 상기한 구조적 성능 발휘를 주요 특징으로 한다.
- 국내 콘크리트 포장의 경우에는 일반 섬유보강 콘크리트 구조물과는 달리 고분자 화합물을 이용한 고내구성 콘크리트 도로 포장 재료를 개발하여 시공한 예는 없다. 아스콘 포장의 경우, 상기한 폴리머 섬유 처리 콘크리트 구조물이 갖는 장점을 최대한 도로 포장에 반영하여, 아스콘 포장의 조기 파손을 최소화 하고 공용수명 증대가 가능한 새로운 폴리머 섬유 혼입 가열 아스팔트 혼합물의 제조 및 시공 방법을 개발할 필요성에 본 연구의 의의가 있다.
- 위와 같은 방법을 통해 일정부문의 연성포장의 공용성능 개선효과가 있는 것으로 보고되고는 있으나, 보강 층의 설치위치가 연성 포장체 층바닥에 설치 됨으로써 연성 포장체 내부에서 발생되는 임계변형 즉, 인장변형 또는 전단변형 등에 효과적으로 대응되기가 어렵고, 보강 층의 편평 시공에 따른 주의 및 고비용 또한 상기와 같은 보강 방법의 단점으로 들 수 있다. 이와 같은 보강 방법의 단점을 효과적으로 극복하고, 연성포장 층바닥 보강 이외에 연성포장 층 내부에서 다차원적으로 혼합물 인성(Toughness)을 개선하기 위해서 본 연구에서는 2성분 폴리머 단섬유(Single strand) 보강방법(FRA: Fiber Reinforced Asphalt)을 개발 적용하였다. 본 연구에서 개발한 폴리머 섬유 및 보강방법은 기존의 가열아스팔트 혼합물의 실내 또는 현장 배합절차의 변경이나 섬유 살포를 위한 추가설비 또한 필요치 않으며, 4점 휨 시험 시편 중량의 약 0.
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