SMA 혼합물은 소성변형 저항성이 매우 큰 혼합물로 알려져있다. 하지만 실내 시험에서는 이를 측정할 수 있는 시험법이 아직 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구의 목적은 소성변형에 대하여 높은 저항성을 가지는 SMA 혼합물의 변형강도치와 반복주행시험과의 상관성 분석을 통하여 SMA에 변형강도의 적용성을 고찰하는 것이다. 이를 위해 SMA 혼합물의 배합설계를 거쳐 최적 아스팔트함량의 혼합물에 대하여 변형강도 시험과 반복주행 시험을 수행하였다. 연구결과, 변형강도는 SMA 혼합물의 소성변형 특성을 보이기에는 매우 낮은 수준을 나타냈다. 따라서 김테스트에 의한 변형강도는 간접인장강도나 마샬 안정도와 마찬가지로 SMA 혼합물의 소성변형 저항성을 제대로 반영되지 못하는 것을 확인하였다. 또한 반복주행시험의 결과인 동적안정도나 최종침하깊이도 역시 SMA 혼합물의 소성변형 저항성을 평가하는데 문제가 있는 것으로 나타났다.

본 연구는 아스팔트 혼합물의 소성변형 특성을 비교적 잘 반영하는 변형강도치가 안정적으로 배합설계시 기준강도를 만족할 수 있는 배합강도를 통계적 분석에 의해 제시하기 위하여 이루어졌다. 따라서 실제의 도로 혼합물의 AFA시험과의 변형강도의 상관관계로부터 얻어진 혼합물의 임계치 (일반도로 3MPa, 간선도로 4MPa)와 국내 32개 조합의 아스팔트 혼합물의 변형강도 값을 통해 변동계수(Vc)를 계산하고 이를 이용하여 배합강도를 산정하였다. 공시체를 3개 사용할 경우 직경 100mm 공시체의 일반도로와 간선도로의 혼합물의 배합강도는 3.2MPa와 4.25MPa로 설정되었다. 또한, 이 값은 재하속도 30mm/min의 장비에서 얻어진 값이므로 재하속도가 50mm/min로 고정된 마샬안정도 시험기 사용시에는 더 높은 값인 3.5MPa와4.5MPa이 각각의 기준으로 설정되었다.

본 연구는 아스팔트 혼합물의 변형강도에 대한 적정 하중재하속도를 선정하기 위하여 수행하였다. 이를 위하석 직경(D) 40mm, 하단의 원형 절삭반경(r)을 10.0mm의 하중봉으로 Kim test의 하중재하속도를 분당 10mm, 30mm, 50mm, 70mm로 하여 변형강도를 측정하고 반복주행시험을 수행하여 얻어진 소성변형 특성치와의 상관관계에 대하여 회귀분석을 수행하였다. 하중재하속도별 변형강도 값은 하중재하속도가 증가함에 따라 변형강도도 증가하는 경향을 보였다. 이것은 하중재하속도가 변형강도에 미치는 영향이 큰 요소임을 알 수 있었다. 하중재하속도에 따른 변형강도와 반복주행시험 결과인 최종침하깊이 및 동적안정도와의 상관성 분석을 통해 30mm/min의 하중재하속도가 가장 적합한 것으로 나타났다. 하중 30mm/min 하중재하속도가 불가능한 시험기의 30mm/min 하중재하속도에서의 변형강도는 제안된 환산계수를 적용해야 한다.

본 연구는 도로 상의 눈이나 얼음의 제거에 사용되는 융빙제와 부식방지제 및 저부식성 제설제 그리고 이들의 조합에 대한 성능 및 구조물에 미치는 영향에 대하여 분석하였다. 동결융해 후 무게손실률은 저부식성 제설제가 융빙제와 부식방지제 및 이들의 조합보다 적게 나타났고, 상대동탄성계수 감소는 물, 저부식성 제설제 및 NaCl+JF-1004를 제외하고 융빙제와 부식방지제 및 이들의 조합물들은 동결융해 150사이클 이후에 급격히 떨어지는 것으로 나타났다. 또한 동결융해 후 콘크리트는 물을 제외하고 상당히 심한 표면 손상을 나타냈다. 융빙 효과는 융빙제와 저부식성 제설제 및 부식방지제의 조합하여 사용할 때가 이들 개별적으로 사용될 때보다 우수한 것으로 나타났고, 저부식성 제설제 및 부식방지제의 단독 사용은 초기 융빙 성능 뿐 아니라 지속성도 현저히 낮아 현장 적용에는 문제가 있는 것으로 판단된다. 강재부식시험의 pH는 저부식성 제설제와 NaCl+JF-1004의 pH는 알칼리성을 띠는 반면에 이외의 나머지에서는 중성에서 산성으로 변화해 가고 있는 것으로 나타났고, 염화나트륨의 조합물이 다른 수용액보다 상당히 빠르게 무게감량이 나타나 강재 부식속도가 빠르게 진행되는 것으로 나타났다. 이상으로부터 도로상의 눈이나 얼음의 제거를 위하여 융빙제의 조합물을 사용 시 최대한 도로 포장 및 교량에 손상이 적게 미치는 조성물에 대한 신중한 선택하여 사용해야 할 것이다.

본 연구에서는 아스팔트 혼합물의 변형강도시험에서 하중봉의 치수가 변형강도 특성에 미치는 영향을 평가하였다. 이를 위하여 직경(D) 40mm, 하단의 원형 절삭 반경(r)을 10.0mm와 10.5mm로 제작한 두 개의 하중봉으로 아스팔트 혼합물의 변형강도를 측정하고, 반복주행시험을 수행하여 얻어진 소성변형 특성치와 상관성 분석을 하였다. 또한 하중봉의 원형 절삭반경에 따른 골재치수에 어떠한 영향을 미치는지를 확인하기 위하여 통계 분석을 하였다. 변형강도 값과 변동계수는 r=10mm하중봉을 사용한 것이 더 낮은 것으로 나타났다. 또한 r=10mm 하중봉이 변형강도와 소성변형 특성치와 상관성 분석에서도 더 높은 상관성을 보였다. 골재치수와 원형 절삭반경은 변형강도에 영향을 미치는 것으로 나타났으나 두 변수의 교호작용에서는 골재의 크기가 10mm~19mm내에서는 r에 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 따라서 소성변형과의 상관성이 더 우수하며 변동계수도 낮은 것으로 나타난 D=40mm, r=10.0mm의 하중봉을 사용하는 것이 적합할 것으로 판단되었다.

변형강도(SD)는 고온에서 아스팔트 혼합물의 소성변형특성과 상관관계가 높은 특성이며, APA 시험기는 아스팔트 혼합물의 소성변형저항성 평가에 널리 이용된다. 따라서 SD를 이용한 아스팔트 혼합물의 소성변형저항성 추정에 상응하는 값으로 APA 시험 결과가 사용되었으며 SD와 APA의 상관관계를 설정하기 위하여 많은 데이터가 수집되었다. 아스팔트 공시체를 60℃에 30분간 수침한 후 50mm/min의 하중을 가하여 최대하중 P와 그때의 수직변형 y로 부터 SD를 계산하였다. 같은 혼합물에 대하여 APA 시험도 수행되었다. APA 침하깊이와 SD간의 회귀분석을 수행하여 R2=0.76이 얻어졌다. 이는 변형강도 시험이 아스팔트 혼합물의 고온변형 저항성을 추정 가능한 시험법임을 암시하는 것이다. 또한 회귀분석 모델을 이용하여 특정 등급도로의 표층 및 기층 혼합물 SD의 임계값을 설정할 수 있음을 보였다. 이를 더 정교하게 연구하면 이 임계치는 특정층 포장혼합물의 하한치로 이용될 수 있을 것이다.

본 연구는 산업부산물인 폐타이어인 #30 체를 거의 다 통과한 CRM 입자를 아스팔트 콘크리트 혼합물의 개질재로서 8%, 10%, 12%를 각각 습식 및 건식방법의 CRM 개질아스팔트 혼합물에 대하여 동결융해에 의한 수분취약성 시험을 통하여 동결융해저항성을 평가하였다. 건식 및 습식방법에 의한 CRM 개질아스팔트 혼합물의 배합설계를 통하여 최적아스팔트 함량을 결정하였고. OAC로 제조한 CRM 개질 혼합물은 반복주행시험과 수분취약성시험을 수행하였다. 그 결과, CRM 개질아스팔트 혼합물의 소성변형 저항성은 일반 AP-5 혼합물보다 우수하게 나타났다. 그러나 수분취약성시험에 의한 동결융해 저항성이 상당히 낮게 나타나 동결융해에 의한 수분취약성에 아주 민감한 것으로 나타났다. 반면에, CRM 개질아스팔트 혼합물에 박리저감제의 첨가는 동결융해에 의한 수분취약성에 대한 저항성을 상당히 향상시키는 것으로 나타났다. 따라서 국내에서 CRM 개질아스팔트 혼합물을 사용할 때에는 반드시 수분취약성에 대한 동결융해저항성에 대한 예방책이 제시된 혼합물을 사용될 것이 권장된다.

본 연구는 154℃로 2시간의 단기노화를 거친 혼합물로 제작한 공시체를 110℃에서 24, 48, 72, 96시간 동안 장기노화를 시켜 아스팔트 혼합물의 노화와 소성변형 저항성을 평가하였다. 혼합물의 노화 시간이 증가함에 따라 강성의 증가로 인한 소성변형 저항성이 증가할 것을 고려하여 변형강도를 이용해 단기노화와 장기노화를 거친 공시체에 대해 소성변형특성을 측정하였다. 또한 노화 시간의 증가에 따른 바인더의 노화 정도를 측정하기 위하여 GPC (Gel-permeation chromatograph) 분석을 통하여 대형분자비율(LMS(%))을 측정하였다. 노화 시간이 길어짐에 따라 LMS(%)가 증가하고 혼합물의 변형강도 값이 커지는 것을 확인하였다. 또한 상관성 분석으로부터 LMS(%)와 변형강도가 상관성이 높은 것으로 나타나 이를 통해 혼합물이 노화되면 소성변형 저항성이 증가됨을 확인하였다. 따라서 LMS(%)의 측정으로 아스팔트 혼합물의 바인더 추출 없이도 소성변형특성을 추정 가능함을 확인하였다.

본 논문은 가열 재생아스팔트 혼합물의 공용성능 향상을 위한 혼합방법 개발 연구의 일부분이다. 기존 재생혼합물 혼합방법은 재생혼합물 내에서 기존의 노화된 바인더가 균등히 회생되지 않다는 것을 확인하였다. 따라서 새로이 개발된 혼합방법은 회수 아스팔트 포장의 기존 바인더를 기존 재생 혼합방법보다 회수 아스팔트 포장 재료에 묻어 있는 노화된 바인더를 훨씬 많이 회생시켜 재생 혼합물에서 보다 더 균일한 바인더의 점도상태가 되도록 한다. 본 연구의 목적은 새로이 개발된 혼합 방법으로 제조된 재생아스팔트 혼합물의 피로저항 특성을 평가하는 것이다. 두 종류 골재(편마암, 화강암), RAP 15%, LDPE의 두 가지 첨가량(0, 6%)를 이용하였으며, 혼합방법은 바인더의 불균등 상태를 개선하기 위한 두 가지 방법, 즉 일반적인 기존의 O 방법과 새롭게 개발한 N 방법을 이용하였다. 혼합방법에 따른 피로저항성을 평가하기 위하여 혼합방법에 따라 제작한 재생 혼합물의 피로시험을 수행하였다. 그 결과, 피로수명은 O 방법 혼합물이 가장 길고 그 다음이 N 방법이고 control이 가장 낮았다. 또한 장기노화 후 N 방법 혼합물의 균열에 대한 저항성이 O 방법 혼합물에 비해 상대적으로 높아지고 있음을 알 수 있었다.

본 논문은 KS의 침입도 등급 체계에 대한 통계적 타당성을 검토하였다. 각 등급의 범위는 신뢰구간에 근거하여 설정되어야 하며, 최대한 인접 등급과의 중복을 피하도록 해야 한다. 그러나 통계적 이론에 근거해 검토한 결과 KS 침입도 등급 체계에는 각 등급 사이에 간격(Gap)이 없어서 범위를 벗어나는 것은 바로 다른 바인더의 등급을 침범한다는 점을 알 수 있었다. 따라서 많은 바인더 제품들의 침입도 평균값이 규정한계 내에 있을지라도 인접한 등급과 유사한 특성을 가질 수 있다. 또한 침입도 40-60, 60-80, 80-100과 같이 등급의 범위를 모두 20으로 규정한 것은 통계적 타당성이 없다. KS 침입도 등급은 각 등급 간에 간격이 없기 때문에 생산자는 제품의 품질관리 규정을 만족하기 위하여 ASTM 체계의 제품보다 변동계수를 더 낮게 유지해야 한다. 게다가 침입도평균이 상 하한선 쪽으로 치우친다면 재료의 품질 불확실성 때문에 바인더의 1/2 또는 그 이상이 인접 바인더와 중복된 것이다. 그러므로 KS침입도 등급은 통계적으로 타당토록 바로 수정되어야 한다.

휠트랙킹 시험으로 얻어지는 동적안정도는 아스팔트 혼합물의 소성변형 저항성을 나타내는 기본 척도로서 사용된다. 일반적으로 아스팔트 혼합물의 침하깊이가 클수록 동적안정도는 작고 반면에 침하깊이가 얕을수록 높은 동적안정도를 얻는다. 그러나 기존의 동적안정도의 산출방법은 단지 침하깊이-주기 곡선의 마지막 단계의 기울기에 근거하여 결정하기 때문에 항상 이와 같지는 않다. 특히 초기 단계에 깊게 침하되었어도 마지막 단계에서 완만한 기울기의 곡선을 보이는 혼합물의 동적 안정도는 최종적으로는 침하가 덜 깊으나 점진적으로 균등하게 침하되는 혼합물보다 더 높은 동적안정도가 산출되어 더 좋은 혼합물로 계산되는 모순이 있다. 즉, 기존 방법은 침하깊이-주기 곡선에서 마지막 부분의 기울기보다 완만하면, 최종 침하깊이가 큰 혼합물의 동적안정도가 얕은 혼합물의 동적안정도보다 더 큰 것으로 산출된다. 따라서 합리적인 동적안정도의 산출 방법의 확립이 필요하다. 본 연구에서는 합리적인 동적안정도를 결정하기 위하여 침하깊이의 초기, 중기, 마지막 단계를 고려한 몇 가지의 동적안정도의 산출 방법을 제시하였다. 제시된 새로운 산출 방법이 변형강도와 좋은 상관성 및 아스팔트 혼합물의 소성변형 저항성을 잘 나타냈다. 또한 새로운 방법은 계산이 비교적 쉽고 간단하다.