PURPOSES: Using recyclable materials in asphalt pavement industry is one of the essential tasks not only for saving construction budgets but also for mitigating environmental pollutions. Over the past decades, several efforts have been made by road maintenance agencies to incorporate various recyclable materials into virgin asphalt paving mixtures. As a result, reclaimed asphalt pavement (RAP), which consists of old pavement material was selected as one of most widely used recyclable materials. In this paper, the effects of using different amounts of single-recycled RAP (SRRAP) and double-recycled RAP (DRRAP) on the low-temperature characteristics of asphalt mixtures were investigated. METHODS: To evaluate the low-temperature characteristics of SRRAP and DRRAP mixtures, two experiments, the bending beam mixture creep test and semicircular bending fracture test were performed. The experimental parameters: creep stiffness, m-value, thermal stress, critical cracking temperature, fracture energy, and fracture toughness were computed then compared. RESULTS : RAP mixtures (SRRAP or DRRAP) showed lower mechanical performance compared with conventional asphalt mixtures. The differences became distinct with increased RAP addition. However, the performance differences between SRRAP and DRRAP mixtures were not significant in all cases, which indicate the possible application of re-recycling technology (DRRAP) in the asphalt pavement industry. CONCLUSIONS : The addition of RAP to virgin asphalt can mitigate low-temperature performance despite the improvement in fracture performance observed in some cases. Therefore, using RAP (SRRAP or DRRAP) mixtures on inter or sublayer construction, but not on the surface layer, is recommended. Moreover, the possibility of applying double-recycling technology in asphalt pavement industry can be introduced in this study because not significant performance differences were found between SRRAP and DRRAP mixtures especially at low temperature.

PURPOSES: Using recycled asphalt materials (called Reclaimed Asphalt Pavement: RAP) from existing asphalt pavement layers in newly constructed asphalt pavement is an essential option not only for lowering the construction budget but also for mitigating environmental pollution for society. For this reason, many pavement agencies in South Korea, the USA, and Canada have observed the effect of RAP on conventional asphalt pavement to evaluate and set proper material specifications and addable amounts. In this paper, effect of recyclable material on low-temperature performance of asphalt materials was investigated with two different mechanical tests. Among the recyclable material sources, RAP and Taconite Aggregate (TA), which is mainly produced in northern Minnesota (USA), were considered. METHODS : To evaluate the low-temperature mechanical performance of a RAP mixture, two different experimental tests (In-Direct Tensile (IDT) low temperature creep test and Semi-Circular Bending (SCB) test) were considered. The mechanical parameters creep-stiffness, relaxation modulus, fracture energy, and fracture toughness were computed then compared. RESULTS: More brittle characteristics were observed with RAP-added asphalt mixtures compared to the conventional asphalt mixtures, as expected. However, the differences of computed mechanical performances were not significantly distinct for RAP mixtures compared to conventional mixtures when the RAP proportion was around 20%, and with the addition of TA up to 20%. CONCLUSIONS : It can be concluded that up to 20% of RAP addition (along with TA up to 20%) in a virgin asphalt mixture does not provide significant performance reduction. This addable proportion can be viewed as a successful minimum level when considering the addition of RAP to hot-mix asphalt (HMA). Moreover, applying TA with RAP could offer a successful alternative for asphalt recycling and the materials industry.

PURPOSES : Thermal cracking (also called low-temperature cracking) is a serious stress for asphalt pavement, especially in eastern South Korea, the northern USA, and Canada. Thermal cracking occurs when the level of thermal stress exceeds the corresponding level of low temperature strength of the given asphalt materials. Therefore, computation of thermal stress is a key factor for understanding, quantifying, and evaluating the level of low-temperature cracking resistance of asphalt pavement. In this paper, two different approaches for computing thermal stress on asphalt binder were introduced: Hopkins and Hamming’s algorithm (1967) and the application of a simple power-law function. All the computed results were compared visually; then the findings and recommendations were discussed. METHODS: Thermal stress of the tested asphalt binder was computed based on the methodology introduced in previous literatures related to viscoelastic theory. To perform the numerical analysis, MATLABTM 2D matrix-correlation and Microsoft Excel visual basic code were developed and used for the function fitting and value-minimization processes, respectively. RESULTS : Different results from thermal stress were observed with application of different computation approaches. This variation of the data trends could be recognized not only visually but also statistically. CONCLUSIONS: It can be concluded that these two different computation approaches can successfully provide upper and lower limits (i.e. boundaries) for thermal stress prediction of a given asphalt binder. Based on these findings, more reliable and reasonable thermal stress results could be provided and finally, better pavement performance predictions could also be expected.

표층용 아스팔트 혼합물은 공극률 4%로 다져졌을 때 가장 우수한 공용성을 발휘하는 것으로 알려져 있어 밀입도 아스팔트 혼합물은 배합설계시 4%의 공극률이 얻어지는 아스팔트 함량을 최적아스팔트 함량(optimum asphalt content: OAC)으로 결정한다. 그리고 현장에서는 이 밀도의 96% 이상의 다짐도가 얻어지도록 공극률 6∼7%로 다짐한다. 하지만 이 경우 아스팔트 포장으로의 수분 침투방지를 보장할 수 없어 교량포장의 경우 상판에 방수 처리를 하도록 요구하고 있다. 따라서 아스팔트 포장의 공극률을 0%에 가깝도록 다짐하면서도 공용성을 잘 유지할 수 있다면 방수 처리공정을 생략할 수 있고 포장의 수명도 보장 할 수 있어 일거양득일 것이다. 이에 공극률이 0에 가까우면서도 아스팔트 포장으로서의 특성을 유지할 수 있도록 하기 위해서는 바인더특성을 강화하고 그에 맞도록 골재 입도를 조정하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 이렇게 공극률이 0에 가깝도록 개발된 무공극 아스팔트 콘크리트의 중요특성 중 하나인 휨 모드에서의 저온특성으로 유사파괴인성(pseudo fracture toughness: PFT)을 구하여 비교평가 하였다. 이를 위해 보 공시체를 제조하고 영하의 저온에서 3점 휨 시험을 통해 얻어진 하중-처짐 곡선에서 PFT를 구하고 이를 일반 13mm 밀입도 아스팔트(dense-graded asphalt: DGA) 혼합물을 비롯한 개질 SMA 혼합물 등과 비교하였다. 그 결과 무공극 아스팔트 혼합물의 유사파괴인성이 DGA의 4배 이상이 되는 등 가장 우수한 것을 확인 하였다. 이는 고성능의 바인더(PG 82-34)와 그에 맞는 입도조정 때문에 저온 하에서 가장 우수한 파괴인성을 보인 것으로 추정된다. 따라서 큰 균열저항성이 요구되며 방수가 필요한 교면포장 등에 사용할 경우 우수한 성능을 발휘 할 수 있을 것으로 판단된다.

고속도로를 주행하다보면 빈번하게 터널 및 교량을 통과하게 되는데 특히 운전자는 교량통과 시 교량 접속부에서 승차감이 나빠지는 경험을 자주하곤 한다. 이는 교량 뒷채움부의 다짐불량 등으로 인해 접속 슬래브의 침하에 기인한 것으로 본 연구에서는 현재 공용중인 고속도로에서 접속슬래브 부근의 실제 도로 프로파일을 그림 1(좌측)과 같이 Walking Profiler를 이용하여 측정하였으며 그림 1(우측)는 실제 프로파 일을 보여주고 있다. 측정결과 그림 2와 같이 접속슬래브 부근에서는 크게 8가지 형태로 분류할 수 있었 으며 대부분의 처짐 형태는 d와 e의 형태처럼 접속이나 완충슬래브에서 본선 슬래브까지 처지는 경우가 약 80% 이상을 차지하였으며, 접속슬래브와 완충슬래브만 국부적으로 처진 형태는 약 8.5% 정도 분포하 였다. 또한 접속슬래브 부근에서 처짐만 발생되는 것이 아니라 g와 h의 형태처럼 융기가 발생되는 구간도 존재하는 것으로 조사되었다.

변근주 외(1988)는 도로포장의 하부는 공용기간이 경과함에 따라 지지력이 약해지거나 공동이 발생하 면서 품질이 저하되며, 이로 인해 국부적인 균열 및 침하가 발생하여 포장의 수명이 저하된다고 하였다. 국내 도로 하부구조의 지지력 측정방법은 대표적으로 다짐도를 측정하는 현장밀도 시험, 하중 지지력을 확인하는 평판재하 시험, 동적 콘 관입시험, 소형 충격 재하시험 등을 이용하고 있다. 이러한 방법들은 포 장체가 포설되기 전에 수행하는 방법으로 포장체가 시공된 후에는 포장 하부의 지지력을 측정하는데 어려 움이 따른다. 따라서 본 연구에서는 현재 공용중인 노선에서 하중을 자유낙하시켜 그 때의 충격하중에 의 해 발생되는 처짐량을 측정하여 포장하부의 지지력을 산출할 수 있는 포장구조지지력 장비(Falling Weight Deflectometer, 이하 FWD)를 이용하여 접속슬래브, 완충슬래브, 본선의 구조지지력을 측정하였 다. 본 연구에서는 지지력 측정을 위하여 사용한 장비 및 측정위치는 그림 1과 같다. 콘크리트포장에서의 구조적 상태를 평가하는 동적지지력에 대한 분석결과는 접속, 완충, 본선구간에 대한 동적 지지력 평균은 각각 531.6, 801.6, 460.5(pci)으로 완충 슬래브 구간에서 가장 큰 값이 분석되 었으며 본선구간에서 가장 작은 동적지지력 값이 도출되었다. 아스팔트포장에서 수집된 FWD 자료 41개 구간에서 대하여 접속, 완충, 본선 구간에서의 보조기층과 하부층의 구조적상태를 분석한 결과는 접속 < 완충 < 본선구간 순으로 나타나지만 측정된 구간 모두 50㎛ 미만으로 구조적 상태는 ʻ상ʼ으로 분석되었다.

고속도로의 접속슬래브의 경우 공용기간이 경화함에 따라 지지력이 약해지는 원인이 다양하게 있겠지만 특히 교량 뒷채움부의 다짐불량 및 우수침투로 인한 세립분의 유실로 인한 공동부가 발생하고 이는 접속슬 래브의 처짐을 유발하여 평탄성 및 운전자의 주행성을 불량하게 한다. 따라서 본 연구에서는 접속슬래브의 현장육안조사를 실시한 후 공동이 의심되는 지역에 대하여 코어를 채취한 후 그림 1(b)와 같이 내시경 장 비를 이용하여 포장체 내부 및 하단부까지 공동의 유무를 확인하였다. 이 방법은 교통을 차단해야 하고 시 간을 요하는 단점이 있으나 포장하부의 공동부를 직접 확인할 수 있으며 추후 유지보수 수행에 있어서 공 동부의 규모, 위치, 및 범위 등을 비교적 정확하게 파악할 수 있어 보수방법 선정과 물량산출에 효과적이 라 할 수 있다. 그림 2는 접속슬래브 하부 공동발생 위치 및 공동발생구간 내부 상태를 보여주고 있다.

실제 주행 시 운전자가 느끼는 승차감을 평가하기 위하여 Das등(1999)은 접속부 부등침하량이나 접근 경사 대신 IRI를 평가에 사용하였다. 측정방법은 그림 1과 같이 차량으로 조사하는 방법과 도보로 측정하 는 방법이 있다. 현재 국도 및 고속도로의 경우에는 차량을 이용하여 전구간을 조사하고 있으며 차량을 이용한 조사방법은 교통차단을 하지 않고 빠른시간에 조사를 할 수 있다는 장점이 있으나 단구간 토목구 조물인 접속슬래브 구간의 경우는 국부적인 처짐이나 단차가 발생하는 곳에서는 현실을 반영하는 데는 어 려움이 따른다. 또한 포장유지관리 시스템(Pavement Management System, 이하 PMS) 상의 분석자료 는 프로그램 알고리즘 상 교량과 접속슬래브 조인트가 포함된 10m 구간의 자료는 교량으로 편입되게 되 어 있고, 단위 구간이 100m를 평균한 자료여서 실제 접속슬래브 IRI 값이라고 하기에는 한계가 따른다. 따라서 본 연구에서는 접속슬래브 부근(이하 접속부)의 국부적인 처짐이나 단차를 정밀측정 할수 있는 도 보식 측정장비인 Walking Profiler을 이용하여 접속부 평탄성을 조사하였다. 그림 2는 단구간에서 PMS 자료와 Walking Profiler의 편차를 보여주고 있다.

PURPOSES: The performance of tack coat, commonly used for layer interface bonding, is affected by application rate and curing time. In this study, bonding strength tests were performed according to the application rate and curing time of asphalt emulsion. Based on finding from this study, optimum application rates and curing times are proposed. METHODS: In order to investigate bonding characteristic of asphalt emulsion, tests were performed on both asphalt concrete pavement and portland concrete pavement. Also, asphalt emulsions were tested at the application rate of 0, 0.2, 0.4, 0.6, and 0.8l/m2 and at the curing time of 0, 0.5, 1, 2, and 24 hours. Pull-off test and shear bonding strength test, which commonly used for bonding strength measurement of asphalt emulsion, were adopted for this study. To assess field performance under different testing condition, asphalt emulsions were applied to in-service pavement. Throughout coefficient of determination analysis between material index properties from asphalt emulsion and mechanical response from bonding strength tests, performance correlativity was analyzed. RESULTS: Test results show that optimum application rate for asphalt overlay on asphalt concrete pavement (AOA) and asphalt overlay on concrete pavement (AOC) was 0.4~0.5l/m2 and 0.3~0.5l/m2, respectively. According to the curing time increment, tensile strength and shear strength of AOC were increased to 22~44% and 20~39%, respectively. AOA case also show strength increment in tensile strength (42%) and shear strength (9%). We tested the applicability of tack coat materials at the field sites, and our findings demonstrated that the bonding (for D and E) and rapid curing (for B, C, and D, E) performances were superior than others. Among material index properties, there was a high correlation between penetration ratio and bonding strength test result. CONCLUSIONS : Result show that interlayer bonding strength was affected by asphalt emulsion type, application rate and curing time. AOC required slightly higher application (0.1l/m2) than AOA. Both AOA and AOC cases show higher strength at longer curing time. Up to 2hours of curing, rapid strength increments were observed, but strength increment ratio was decreased after 2hours of curing. From the observed correlation between penetration ratio and bonding strength, it is expected that penetration ratio can be used as one of important factors affecting bonding strength analysis.

아스팔트 바인더 Stiffness와 혼합물의 변형강도 및 동적크리프 특성과의 상관성 분석을 토대로 혼합물의 소성변형 저항성 (내변형성) 추정을 위한 Kim test의 적용성을 고찰하였다. 본 연구는 골재 2종류, AC 60-80 및 이를 개질한 총 8종류의 바인더로 총 16가지 혼합물을 제조하였다. DSR로 각 바인더의 G*/sineδ를 측정하였으며 Kim test의 변형강도와 동적크리프 시험의 최종변위(FD)와 동적안정도(DS)를 각 혼합물로부터 측정하였다. 바인더의 G*/sineδ와 소성변형 관련 3가지 특성(SD. FD, DS)과의 상관성 분석 결과 G*/sineδ와 SD와 상관성이 가장 높은 것으로 나타났다 (R2=0.88) 이는 혼합물에 내재해 있는 내변형성의 차이를 Kim test가 더 잘 구분해 낼 수 있음을 의미한다. 또한 DS와 SD의 회귀분석 결과, R2이 약 0.84 이상을 보여 변형강도는 동적크리프 시험의 동적안정도와 좋은 상관성을 가짐을 확인하였다. 따라서 본 연구를 통하여 아스팔트 혼합물의 내변형성 평가시 Kim test의 활용 가능성이 매우 높음을 확인하였다.

본 연구는 재활용 아스팔트 혼합물의 역학적 특성과 재생혼합물 내 바인더의 대형분자(Large molecular size : LMS)와의 상관성을 조사하였다. 재생 혼합물은 여러 가지 혼합 방법으로 제작하여 역학적 강도 시험을 수행하였고 재생혼합물 내의 RAP 굵은골재(R), 매트릭스(M) 및 신규 굵은골재(V) 시료에 코팅된 바인더의 노화 상태를 gel-permeation chromatography(GPC)를 통해 조사하였다. 재생혼합물 내 바인더의 노화상태 분석을 위한 혼합물 제조에는 원형골재 (13mm 강자갈)가 굵은골재로 사용되었다. GPC를 통한 재생혼합물 내 바인더의 노화상태를 분석한 결과 신 구 바인더의 노화 정도에 차이를 확인했으며, 혼합 방법에 따라 재생혼합물의 바인더 노화 상태가 서로 상이함을 확인하였다. 역학적 강도 특성과 R, M, V시료의 LMS에 대한 상관성분석결과 재생혼합물의 역학적 특성이 혼합물 내의 재료 중 어느 특정 재료의 바인더 LMS와 더 밀접한 상관관계를 보였다. 또한 LMS가 어느 정도 증가될 때까지는 강도특성이 향상되나 LMS가 보다 더 커지면 강도성능이 저하되는 경향을 보여 혼합물 제조시 제대로 회복되지 못한 노화된 아스팔트가 향후 노화가 더욱 진행되면 재생혼합물의 강도 성능이 저하될 것으로 판단되었다.