PURPOSES : The purpose of this study is to provide basic data to improve the service life of asphalt pavement using basalt aggregate in Jeju Island by evaluating the performance of asphalt pavement through analysis of material and structural aspects. METHODS : To evaluate the performance of Jeju Island's asphalt pavement, cracks, permanent deformation, and longitudinal roughness were analyzed for the Aejo-ro road, which has high traffic and frequent premature damage. Cores were collected from Aejo-ro sections in good condition and damaged condition, and the physical properties of each layer were compared and analyzed. In addition, plate cores were collected from two sections with severe damage and the cause of pavement damage was analyzed in detail. RESULTS : About 45% of the collected cores suffered damage such as layer separation and damage to the lower layer. The asphalt content of surface layer in the damaged section was found to be 1.1% lower on average than that in the good condition section, and the mix gradations generally satisfied the standards. The density difference between the cores of each layer was found to be quite large, and the air voids was found to be at a high level. CONCLUSIONS : Test results on the cores showed that, considering the high absorption ratio of basalt aggregate, the asphalt content was generally low, and the high air voids of the pavement was believed to have had a significant impact on damage. High air voids in asphalt pavement can be caused by poor mixture itself, poor construction management, or a combination of the two factors. Additionally, the separation of each layer is believed to be the cause of premature failure of asphalt pavement.

도로이용자는 안전하고, 평탄하고 쾌적한 고속도로를 요구하고 있다. 이에 도로관리자는 포장 유지보수 최소화로 막힘없는 고속도로를 구현하고, 고기능성 포장으로 도로이용자에게 쾌적한 주행성과 안정성을 제공하고자 한다. 따라서 도로이용자와 관리자 모두를 충족시키기 위하여 기존의 포장 형식 체계의 장점을 수용하고 단점을 극복할 수 있는 포장형식으로, 콘크리트 포장의 우수한 공용성과 아스팔트 포장의 주행쾌적성 및 기능성을 수용하여 고기능성 장수명 복합포장(Composite pavement) 시스템을 도입하였다. 복합포장은 고내구성 신설 콘크리트 강성기층 위에 고기능성 아스팔트 포장을 시공하여 내구성을 극대화하면서도 최고의 다기능성 포장 표면을 도로이용자에게 제공하는 포장형식이다. 반사균열의 억제가 가능한 연속철근 강성기층과 기층열화 방지와 경계면 부착성능 향상을 위한 불투수 중간층 설치하였다. 표층은 저소음 배수성 아스팔트 포장을 설치하여 우천시에도 미끄럼저항성을 확보할 수 있도록 하였으며, 타이어-노면 마찰 소음 감소로 도로이용자에서 쾌적한 주행성을 제공하였다. 고기능성 장수명 복합포장 구간의 기능성 평가는 복합포장 시공 후 약 1∼3개월 후인 2016년 12월에 1차 조사, 공용 약 6∼8개월인 2017년 5월에 2차 조사를 실시하였다. 시간경과에 따른 비교를 위하여 복합포장(Q-Pave)과 유사한 기간에 시공된 SMA와 종방향타이닝이 설치된 줄눈콘크리트포장(LT)도 함께 조사하였다. 미끄럼저항은 ASTM E 274 방법을 준용하였으며, 타이어-노면 마찰소음은 CPX방법(ISO 11819)을 준용하였다. 미끄럼저항 측정 결과, 그림 1에 나타낸 바와 같이, 아스팔트 포장에서 시공초기 아스팔트 유분으로 인한 초기 미끄럼 저항 값은 상대적으로 떨어지는데 비해 5개월 후의 미끄럼 저항은 평균 6.8이 회복함을 보이고 있다. 타이어-노면 마찰소음 조사결과를 그림2에 나타내었으며, 저소음・배수성(Q-Pave)을 표층으로 한 복합포장의 소음도가 가장 우수하였으며 5개월간 소음 변화량도 미미한 것으로 분석되었다.

아스팔트포장 공학원론(1999)에 의하면“아스팔트 혼합물은 제조와 운반 도중 단기노화(Short-Term Aging: STA)와 시공 후 공용 중에 장기적으로 노화(Long-Term Aging: LTA)가 진행된다. 아스팔트는 혼합물의 제조와 운반 시 아스팔트 바인더가 고온의 골재와 혼합, 운반되는 짧은 시간 동안 얇은 박막 (Thin Film)의 형태로 공기 중에 노출되고 산화와 휘발작용으로 단기간에 급격한 노화가 발생한다. 아스 팔트의 노화로 인한 경화는 교통 개방 후에도 지속적으로 발생하며, 교통 하중에 의한 다짐으로 한계 밀 도에 다다르는 동안 계속해서 진행된다.”고 하였으며 Kim et al(1995, 2009)에 의하면“아스팔트 포장 체 혼합물의 노화 정도는 바인더의 점도 및 혼합물 취성의 증가 정도를 측정하여 노화 전 상태의 혼합물 과 비교함으로써 평가할 수 있다. 즉, 바인더의 침입도(Penetration), 점도(Viscosity), HP-GPC (High performance Gel-Permeation Chromatography) 시험의 대형분자량(Large Molecular Size: LMS)의 비율, DSR(Dynamic Shear Rheometer) 시험의 G*(복합전단계수) 및 sinδ(위상각)를 측정하여 노화 정 도를 추정할 수 있다.”고 하였다. 따라서 본 연구에서는 기 수행된 연구결과“아스팔트 노화지연 방안을 통한 포장 공용성 개선 방안 연구”에 대한 자료의 축적 및 검증을 위하여 공용연수가 다른 아스팔트 포장 에서 혼합물을 채취하여 시험을 실시하였다. 시험결과 그림 4와 같이 기 수행한 결과와 유사한 형태로 공 용연수가 증가함에 따라 대형분자 비율이 증가하는 것으로 분석되었다. 대형분자의 비율이 높아지는 것은 아스팔트 바인더 주요 성분 중 아스팔틴(Asphaltenes) 함량의 급격한 증가를 나타내는 것이며, 아스팔틴 함량의 증가율은 아스팔트가 노화와 밀접한 관련이 있다. 아스팔틴 함량이 증가하면 아스팔트의 안정성이 나빠지고, 이에 따라 점도 증가 및 부착성을 나타내는 신도(ductility)의 감소현상이 나타난다.

점성적 성질을 지닌 아스팔트의 역학적 거동을 예측하기 위한 수학적 구성방정식 (mathmetical constitutive model)은 열민감성, 하중민감도 및 자연치유 효과와 같은 물질적 특징 때문에 세우기 매우 어 렵다. 지난 30년 동안 많은 연구자들이 열역학(thermodynamic)을 기반으로 한 모델을 제안하였지만 아직 까지 아스팔트의 거동을 예측하기 위한 정확한 모델을 연구 중에 있다. 본 연구에서는 이러한 점을 고려하 여 열역학법칙을 따르는 새로운 열탄점소성 등방성 손상 및 자연치유 모델(thermo-elastoviscoplastic isotropic damage-self healing model)을 변형률 에너지와 아레니우스 온도 방정식을 이용하여 제안하고 자 한다. 그 모델의 형태는 다음과 같이 나타낼수 있다. Ψ (ε, σvp, q, dn, T) = {(1-dn) Ψ0(ε)-ε: σvp+Ξ(q,σvp)}θ(T) (1) 여기서, ε는 변형률 에너지 텐셔(total strain tensor,), σvp 는 점소성 이완 응력 텐셔(viscoplastic relaxation stress tensor), q 는 내부변수(internal variable), θ(T) = exp{-δ(1-T/T0)} 는 아레니우스 온도 방정식Arrhenius-type temperature term), T0 는 기준 온도(reference temperature) 이다. 제안된 식과 실험을 통해 얻은 데이터를 이용하여 비교해 본 결과 아래와 같이 손상 및 자연치유 모델 을 사용하였을 경우 일치함을 알 수 있다. 새로운 제안된 초기 변형률 에너지와 아레니우스 온도 방정식을 이용한 열탄점소성 등방성 손상 및 자 연치유 모델을 실험데이터와 비교해 본 결과 그 거동을 예측함을 잘 알 수 있었다. 이렇게 제안된 모델은 두변수 모델의 기초가 될 것으로 예상된다.

도로소음 대책에 있어서 저소음 포장은 음원에 대한 대책방법으로 가장 효과적이며 효율적인 대책방법 의 하나로 주목을 받고 있다. 방음벽 등에 의한 경로대책은 대책지점(수음점)의 위치에 따라 소음저감 효과가 달라지지만 저소음 포장과 같은 음원대책은 대책지점의 위치에 관계없이 일정한 소음저감이 가능하므로 효과적으로 도로소음 저감대책이 가능하다. 이러한 사회적 요구에 따라 최근 여러 업체에서 신기술 공법이라 하여 독자적인 저소음 포장 공법을 제시하고 있으나 이에 대한 합리적인 평가방법이 정립되어 있지 않아 많은 논란이 되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 동일한 교통조건에서의 저소음 포장과 콘크리트 포장에서 발생하는 소음을 동시에 측정하여 비교하고 저소음 포장의 소음저감 특성을 분석하여, 향후 저소음 포장의 감음성능 평가방법 정립에 기초자료가 되도록 하고자 하였다. 저소음포장의 효과를 측정하고 비교, 분석하기 위해서는 비교 대상과 동일한 측정조건을 확보하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 저소음포장이 포설된 도로와 인접하여 콘크리트 포장이 포설된 도로의 갓길에서 동시에 소음을 측정하고 이를 비교하였다. 본 연구에서 분석한 저소음 포장은 2004년, 2005년에 시공 되어 두 현장 모두 현재까지 7년 이상 공용중에 있다. 저소음 포장 구간과 비교 구간인 큰크리트 포장 사이에는 교통이 출입 할 수 있는 IC나 JC가 없어 저소음 포장 구간과 콘크리트 포장 구간은 동일한 교통량이 통행하는 것으로 간주 할 수 있으며 차속이 변화할 수 있는 요인도 없어 동일한 교통조건의 가정에서 저소음 포장과 콘크리트 포장의 발생소음을 비교할 수 있었다. 도로 갓길 1m, 3m, 5m, 7m 높이에서 소음도를 측정하고, 이 가운에 변동이 적은 3m, 5m, 7m 높이에서 측정한 소음도를 평균하여 대표소음도로 하였다. 갓길에서 소음을 측정할 때, 낮은 높이에서 측정한 소음은 마이크로폰 가까이 통과하는 차량의 영향을 많이 받으므로 1m 높이에서 측정한 소음도는 평균 소음도 계산에서 제외하였다. 동일한 현장에 대한 저소음 포장의 소음저감 효과를 CPX 방법으로 평가하고 그 결과를 CPB 방법에 의해 평가한 결과와 비교하였다. CPX 방법에 의해 타어어와 포장의 노면 마찰음만을 측정하기 위해서는 별도의 측정장비가 필요하다. 본 연구에서는 차량에서 발생하는 소음의 영향을 덜 받도록 하기 위하여 트레일러를 별도로 제작하고, 트레일러의 타이어 부근에 마이크로폰을 설치하고 측정한 소음을 분석하였다. SPB 방법의 평가와 동일하게 저소음 포장과 인접한 콘크리트 포장에서 측정한 소음을 비교하여 저감효과를 산정하였다. 저소음 포장의 효과는 평가 높이나 차종, 주행속도 등에 따라 달라짐을 확인하였으며, 일반적인 교통상 황의 공용연수 7년이 경과한 현장에서 콘크리트 포장에 비해 약 6dB 저감이 됨을 확인하였다.

배수성 포장의 장점은 우천시 운전자에게 노면의 배수 기능과 타이어 노면의 마찰저항성과 같은 효과를 증대 시켜 일반 밀입도 아스팔트 혼합물에 비해 타이어 노면 소음을 감소시키는 효과를 제공 해준다. 그러나, 배수성 포장은 공용 후 노면의 공극 막힘 현상 등으로 인하여 주기적인 유지보수 작업이 동반된다. 그러므로 본 연구를 통해 개발된 저소음포장의 공극 형성은 굵은골재의 비율을 높여 공극형성을 직선화하여 투수 및 공극막힘 등을 최소화 하도록 하였다. 본 연구를 통해 개발된 저소음포장인 19mm, 13mm, 10mm, 8mm 저소음포장은 현재 4년이 공용된 상태에서 양호한 포장상태를 보여주며, 특수성능은 신설수준인 투수성능을 유지하고 있으며, 미끄럼 저항성도 만족하는 우수한 공용성을 나타내고 있다.