PURPOSES : The objective of this study is to evaluate the environmental resistance of bio-polymer concrete for use of pavement materials developed for reducing the carbon-dioxide. METHODS : The compression, tension, and bending strength tests were conducted on the bio-polymer concrete specimens with and without environmental conditioning. The specimens were conditioned using the freezing-thaw and accelerated weathering process for long period of time. To assess the resistance against chloride, the chloride ion penetration resistance tests were carried out on the bio-polymer concrete specimens. RESULTS : Test results show that the maximum difference in strength between specimens with and without conditioning is about 2.6MPa indicating that the effect of environmental conditioning on specimen strength is negligible. Based on the chloride ion penetration resistance test, the penetration quantity of electric charge of the specimens is zero and there is no ion penetration within the bio-polymer concrete. CONCLUSIONS : It is found from this study that there is slight change in strength of bio-polymer concretes before and after environmental conditioning process and no chloride ion penetration observed in these specimens. Therefore, the developed bio-polymer concretes can be applied effectively as pavement materials due to the small change of physical properties with environment change.

본 연구에서는 활성 산업부산물을 활용한 탄소흡수용 도로재료 개발 연구의 일환으로 산업부산물인 고로슬래그와 탄소포집 활성화제로 수산화칼슘과 규산나트륨을 사용한 콘크리트의 압축강도 실험을 수행하여 얻어진 결과에 대하여 고찰하였다. 본 실험에서는 탄소포집 활성 고로슬래그 콘크리트의 예비배합으로 다음 표 1과 같은 배합표에 따라 콘크리트 시험체 제작 후 압축강도를 측정하였다. 탄소포집 활성 고로슬래그 콘크리트의 양생온도에 따른 압축강도 실험결과, 양생온도 50℃에서의 28일 압축강도가 최대 약 30MPa 정도의 수준을 나타내었으며, 전반적으로 양생온도가 더 높은 50℃에서 양생 한 시험체의 압축강도가 다소 높은 것으로 나타났다. 또한 탄소포집 활성화제의 첨가량 증가에 따른 압축 강도의 변화폭이 미미한 수준으로 나타났으며, 따라서 추후 실험에서는 배합비, 양생방법 등을 고려한 추가적인 실험이 진행되어져야 할 것으로 판단된다.

전 세계적으로 산업의 고도화로 인하여 환경오염이 급속도로 진행되고 있으며, CO2 발생의 증가로 지 구 온난화 현상이 급속도로 진행되고 있다. 기존의 일반 아스팔트포장은 약 160℃의 고온에서 생산 및 시공되기 때문에 CO2가 크게 발생되며, 시멘트포장 또한 시멘트 생산 시 CO2가 발생되고 있다. 최근 강상판 장대교량(케이블교)의 건설이 증가하고 있으며, 사하중을 절감하기 위한 박층 폴리머 콘크리트가 개발되고 있다. 그러나 폴리머 수지도 석유계 재료로 생산되기 때문에 CO2가 발생되며 석유자원 의 고갈로 인한 폴리머 수지의 가격 상승 등이 문제점으로 부각되고 있다. 이러한 문제점의 대안으로 식물성 수지를 사용한 바이오 폴리머 수지를 개발하는 연구가 지속적으로 수행되고 있다. 그러나 식물성 재 료를 사용하게 되면 기존 석유계 수지에 비하여 강도 및 환경 영향에 대한 물리적 특성이 감소하는 문제 가 발생하여 차량하중의 영향이 작은 주차장, 보도, 자전거 도로 등에 적용되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 기존 석유계수지의 약 30~50%를 식물성 재료로 대체한 도로포장용 바이오 폴리머 수지를 개발하고자 한다. 식물성 재료는 콩유(Soybean Oil), 피마자유(Castor Oil), 야자수유(Palm Oil) 등 그 종류가 다양하지만 폴리올(Polyol)공정을 거치지 않고 생산이 가능한 피마자유를 이용하여 생산비용을 절감하였으며, 환경 영향 저항성과 관련된 시험을 수행하여 도로포장에 대한 적용성을 평가하였다. 식물 성 재료가 약 30% 첨가된 수지(906-3)와 50% 첨가된 수지(2I)를 대상으로 무처리 상태의 강도와 처리 후(동결융해, 자외선)의 강도를 측정하여 비교·평가하고 염화물에 대한 저항성을 시험하였다. 그 결과 기 존 석유계 폴리머 수지에 식물성 재료를 50% 대체하여도 강도변화가 미미한 결과를 도출하여 바이오 폴리머 수지를 도로포장에 적용하여도 문제가 없음을 확인하였다.

PURPOSES : The objectives of this study are to develop the eco-friendly pavement material using polyurethane binder and evaluate mechanical properties of the developed binder and concrete. METHODS : The bending beam test was conducted to select the sample candidates of polyurethane binder based on the bending strength. The characteristics of viscosity, curing time, and temperature change of sample binder was examined on different temperature conditions. The mechanical properties of polyurethane binder was estimated using the dynamic modulus testing. The indirect tensile strength test was conducted on polyurethane binder concrete with different gradation and binder content for evaluating the mechanical properties of concretes. RESULTS : Based on the beading beam test, four different binder samples were prepared for estimate the mechanical properties. The viscosity of polyurethane binder tends to increase with increase of liquid temperature and the hardening phenomenon begins 10 to 15 minutes at room temperature after mixing the resin and hardener. It is observed that the dynamic modulus of binder increases as loading frequency increases and change of modulus is found to be the highest in the PU-2I binder type. The PU-2I binder concretes shows the largest value of indirect tensile strength and indirect tensile energy. CONCLUSIONS : The use of polyurethane binder as pavement materials is capable of increasing the pavement performance and reducing the detrimental environmental effect during the highway construction.

PURPOSES : To investigate the fundamental characteristics of blast-furnace slag mortar that was hardened with activating chemicals to capture and sequester carbon dioxide. METHODS : Various mix proportions were considered to find an appropriate stregnth development in regards with various dosages of activating chemicals, calcium hydroxides and sodium silicates, and curing conditions, air-dried, wet and underwater conditions. Flow characteristics was investigated and setting time of the mortar was measured. At different ages of 3, 7 and 28days, strength development was investigated for all the mix variables. At each age, samples were analyzed with XRD. RESULTS : The measured flow values showed the mortar lost its flowability as the activating chemicals amount increased in the scale of mole concentration. The setting time of the mortar was relatively shorter than OPC mortar but the initial curing condition was important, such as temperature. The amount of activating chemicals was found not to be critical in the sense of setting time. The strength increased with the increased amount of chemicals. The XRD analysis results showed that portlandite peaks reduced and clacite increased as the age increased. This may mean the Ca(OH)2 keeps absorbing CO2 in the air during curing period. CONCLUSIONS : The carbon capturing and sequestering activated blast-furnace slag mortar showed successful strength gain to be used for road system materials and its carbon absorbing property was verified though XRD analysis.

PURPOSES : The objective of this study is to evaluate the effect of physical characteristics of emulsion asphalt and aggregate on performance of chip seal pavements. METHODS : In order to evaluate the performance of chip seal materials, the sweep tests and Vialit Plate Shock tests were conducted on the mixtures with five emulsion asphalt binders and three aggregate types. The sweep tests was intended to investigate the change of bonding properties between emulsion asphalt and aggregate with curing time. The Vialit Plate Shock test was used to evaluate the bonding properties of chip seal materials at low temperatures. RESULTS : Results from sweep tests showed that polymer modified emulsion asphalt can reduce the curing time by 1.5 hour comparing with typical emulsion asphalt. It is also found that the Flakiness Index of aggregates and absorption rate of binder are the major factors affecting the bonding properties of chip seal materials. The Vialit Plate Shock test results showed that the average aggregate loss of CRS-2 is ten times higher than CRS-2P No.2 indicating that the use of polymer additives in emulsion asphalt can improve the performance of chip seal materials in low temperature region. CONCLUSIONS : The use of polymer in emulsion asphalt can decrease the curing time of chip seal materials and increase the bonding properties between aggregates and asphalt binder. It is also concluded that the lower Flakiness Index and absorption rate of aggregates can improve the performance of chip seal pavement.

PURPOSES : The objective of this study is to evaluate the mechanical characteristics of castor oil based bio-polymer concrete for use of ultra thin overlays. METHODS : To evaluate the mechanical properties of bio-polymer concrete, the various laboratory tests including compressive, tensile, and flexural strength, and elongation tests were conducted on bio-polymer concrete specimens in this study. The mechanical characteristics of bio-polymer concretes were examined by changing the content of hardener and polymer binder to determine the optimum content for ultra-thin overlays. The bio-polymer concrete developed in this study was used for field trial test of the ultra-thin bridge deck pavement for verifying the workability and monitoring the long-term performance of materials. RESULTS : Test results showed that tensile and the flexural strength of bio-polymer concretes increase and the elongation of bio-polymer concrete decreases with increase of binder content. A field adhesive strength tests conducted on bridge deck pavement indicates the bio-polymer concrete has more than 2MPa of adhesive strength satisfy with the design criteria. CONCLUSIONS : The bio-polymer concrete with more than 20% content of castor oil was developed for ultra-thin overlays in this study. It is found from this study that the 35% of hardener content is most appropriate for maintaining the strength characteristics and flexibility.

PURPOSES : Recently, the mechanistic-empirical overlay pavement design program that is linked with Korea Pavement Research Program (KPRP) has been developed. This paper focused on establishing the framework and developing the program for the asphalt overlay design over the existing asphalt concrete pavement. METHODS : The overlay pavement design program developed in this study was investigated to assess the sensitivity to various pavement conditions, such as the damage level and thickness of existing layers. In addition, the actual overlay design on currently performing pavement was carried out as a practical example. RESULTS : From the sensitivity analysis, it was found that the thickness and damage level of existing asphalt layer mostly affect the overlay design results. In addition, under the same condition, the overlay pavement would better perform in cold region. From the overlay design with the actual condition, it is noted that the overlay thickness varies depending on the given condition. CONCLUSIONS : Based on various evaluations, it was concluded that the overlay design program developed in this study is a reliable and reasonable tool to be used in the actual pavement design.

현재 도로포장 설계법에 따르면, 동상방지층의 두께는 지역별 온도조건에 따라 결정되는 동결깊이에 의해 결정되며 동상방지층의 지지력은 설계에서 고려되지 않고 있다. 동상방지층을 도로포장체에서 구조층으로 고려할 경우에는 기존 도로포장층의 두께를 감소시킬 수 있으며 보다 경제적인 도로 포장단면을 구성할 수 있다. 본 연구에서는 동상방지층의 지지력을 평가하기 위한 통계적 모형을 개발하였다. 동상방지층의 구조적 역할을 규명하고 동상방지층 구조적 평가 모형 개발을 위하여 2m 이하 저성토부, 절토부 및 절성경계부 등을 구분하여 포장 하부층에서 Falling Weight Deflectormeter(FWD) 시험을 계절별로 수행하였다. 본 시험은 동방방지층의 유무에 따른 지지력 차이를 규명하기 위하여 동방방지층이 있는 구간과 없는 구간으로 구분하여 수행하였다. 본 시험결과, 동상방지층이 설치된 구간에서의 FWD 처짐량이 동상방지층 미설치 구간에 비해 0.4~82.6% 작게 측정되어 동상방지층이 포장체에서 지지력을 검증하였다. 다양한 FWD 처짐지수와 동상방지층 두께와의 상관관계를 조사한 결과, 보조기층 파손지수의 차이값(δBDI)과 동상방지층 두께와의 상관도가 가장 높았다. 본 논문에서는 δBDI값을 선형혼합효과 모형에 적용하여 동상방지층을 구조적으로 평가할 수 있는 모형을 개발하였다.

본 연구에서는 다양한 실내시험을 통하여 국내에서 개발된 에폭시 아스팔트 혼합물의 공용성을 평가하였다. 최대입경 13mm의 밀입도 혼합물을 기초로 하여 아스팔트 바인더의 20% 또는 40%를 국산 및 일본산 에폭시 수지로 치환하여 4종류의 에폭시 아스팔트 혼합물의 배합 설계를 실시하였다. 에폭시 아스팔트의 가사시간이 에폭시 수지가 40% 사용한 경우 3시간, 20% 사용한 경우 6시간 정도임을 확인할 수 있었다. 휠트랙킹 시험, 간접인장 반복시험, 그리고 저온 휨 시험 결과 국산 및 일본산 에폭시 아스팔트 혼합물의 공용성이 일반 아스팔트 혼합물 보다 상당히 우수한 것으로 나타났다. 하지만 일부 에폭시 아스팔트 혼합물에서는 수분손상 가능성을 확인할 수 있었다. 또한 일본산 에폭시 아스팔트 혼합물과 국산 에폭시 아스팔트는 유사한 성능을 나타냈다. 또한 콘크리트 보수재로 개발한 국산 에폭시 아스팔트의 적합성을 평가하기 위하여 추가적으로 열팽창계수, 부착강도, 인장강도를 측정한 결과, 일반 콘크리트와의 부착력은 우수하고 인장강도는 유사한 것으로 나타났으나 열팽창계수는 5배정도 큰 것으로 나타났다.

도로는 다양한 재료와 단면으로 구성된 구조물이기 때문에 계절적 및 재료 물성특성 뿐만 아니라 포장체 각 층의 구조적 적정성 또는 지지력 정도를 파악하는 것이 무엇보다 중요하다. 현재, 기존 동상방지층 설계법에 따르면, 동상방지층은 포장체의 구조적 적정성과는 무관하게 온도조건에 따른 동결깊이에 따라 일률적으로 결정되고 있다. 이러한 동결깊이를 포장구조설계에 적용하다 보니 포장 설계의 부실 내지는 과다설계의 우려가 있다. 이에 본 논문은 2m 이하 저성토부, 절토부 및 절성경계부 등을 구분하여 포장 하부층에서 동상방지층의 구조적 역할을 규명하기 위하여 Falling Weight Deflectormeter(FWD) 시험을 수행하였다. 전국 10개 현장에 대하여 보조기층면에서 FWD 시험을 수행하였다. 각각의 단면은 동방방지층이 있는 구간과 없는 구간으로 구분하여 실험을 수행하였다. 이번 현장 실험을 통하여 동상방지층이 있는 경우가 없는 경우에 비해 처짐량이 작게 측정되어 동상방지층이 포장체에서 구조적 역할을 담당하는 것을 확인 할 수 있었다. 특히 절토부에서 동상방지층이 있는 경우에 처짐량 값이 약 15~55% 정도 감소하며, 절성경계부에서 동상방지층이 있는 경우에 처짐량 값이 약 11~64%, 저성토부의 경우 약 2~38%정도 감소하는 것으로 나타났다. SCI를 이용하여 분석한 결과, 동상방지층의 두께가 전체 포장체의 구조적인 능력에 약 24% 차지하는 것으로 나타났다. 피로수명은 동상방지층이 있는 구간이 없는 구간에 비해 약 2배 높은 결과를 보여 피로균열 저항성을 증진시키는 것으로 나타났다. 이것은 동상방지층이 포장체에서 구조적인 역할을 한다는 의미이다.

포장 공용성 모델은 역학적-경험적 포장설계법에서 포장의 수명을 결정하기 위한 가장 중요한 인자이다. 한국 포장연구 프로그램의 일환으로 한국형 포장설계법이 역학적-경험적 방법에 근거하여 현재 개발중에 있다. 본 연구에서는 포장 공용성모델중 아스팔트 혼합물의 영구변형 예측모델을 삼축압축 반복재하시험을 이용하여 개발하였다. 본 시험은 다양한 아스팔트 혼합물에 대하여 온도와 공극률을 변화시켜 하중재하 횟수에 따른 혼합물의 영구변형 특성을 조사하였으며, 본 시험결과를 이용하여 예측모델의 계수값을 결정하였다. 영구변형 예측모델의 계수값은 포장가속시험결과를 토대로 다양한 혼합물에 대한 시험결과를 이용하여 깊이에 따른 전단응력의 변화를 고려한 통합적인 소성변형 모델계수값을 정하는 것보다 혼합물의 종류에 따른 모델계수를 산정하는 것이 보다 정확한 결과를 예측할 것으로 판단된다.