본 연구에서는 항온기 내의 원통형 아스팔트 혼합물 시편에 대하여 이산요소법(Discrete Element Method, DEM)을 이용한 열전도 모사연구를 수행하였다. 이를 위하여 기존 연구를 통하여 얻어진 분석적 해(Analytical Solution)를 이용한 아스팔트 혼합물 시편의 온도변화 예측결과를 이용하였으며, 이를 이 산요소법에서 얻어지는 온도의 변화와 비교하였다. 이산요소법은 개별 입자의 동적 운동을 모사하는데 적 합하여, 시간단위의 해석시간이 요구되는 열전달 해석에는 적용이 사실상 불가능하다. 그러나 본 연구에 서는 열전달 해석에 요구되는 열전달 계수에 상사적 개념을 적용하여 결과에 오차가 발생하지 않는 한도 에서 입자의 크기를 증대시켰으며, 이에 적정한 열전달 계수, 열용량 등의 계수를 조정할 수 있는 열역학 적인 근거를 확립하였다. 개별요소법을 이용한 열전달 해석은 열역학적 물성이 서로 다른 입자들을 이용 하여 무작위적으로 혼합된 입자 혼합물의 온도변화를 해석하는데 유용하게 적용될 수 있으며, 시간이나 온도의 변화에 따라서 상(Phase)가 변화하는 재료에 대하여 이를 미시적으로 고려할 수 있는 기반으로 활 용될 수 있기 때문에 큰 의미가 있다. 본 연구에서는 기존의 연구에서 결정된 열역학적 물성을 이산요소해석 소프트웨어에 적용하여 온도의 변화를 예측하였으며, 이들 예측값은 실측값 및 분석적 해에서 도출된 외부 및 내부의 온도변화와 매우 근접하는 것으로 나타났다. 운동하는 입자와 외부 유체와의 열전달에 적용하기 위해서는 보다 정밀한 상 사적 이론(Similarity Principle)과 열역학적 물성의 결정이 필요하겠으나, 본 연구에서는 역학기반의 이 산요소 압자의 크기와 물성의 결정방법을 제시하였으며, 이는 향후 확장된 연구범위에 적용할 수 있다.

PURPOSES : The applicability of the mechanics-based similarity concept (suggested by Feng et al.) for determining scaled variables, including length and load, via laboratory-scale tests and discrete element analysis, was evaluated. METHODS: Several studies on the similarity concept were reviewed. The exact scaling approach, a similarity concept described by Feng, was applied in order to determine an analytical solution of a free-falling ball. This solution can be considered one of the simplest conditions for discrete element analysis. RESULTS : The results revealed that 1) the exact scaling approach can be used to determine the scale of variables in laboratory tests and numerical analysis, 2) applying only a scale factor, via the exact scaling approach, is inadequate for the error-free replacement of small particles by large ones during discrete element analysis, 3) the level of continuity of flowable materials such as SCC and cement mortar seems to be an important criterion for evaluating the applicability of the similarity concept, and 4) additional conditions, such as the kinetics of particle, contact model, and geometry, must be taken into consideration to achieve the maximum radius of replacement particles during discrete element analysis. CONCLUSIONS : The concept of similarity is a convenient tool to evaluate the correspondence of scaled laboratory test or numerical analysis to physical condition. However, to achieve excellent correspondence, additional factors, such as the kinetics of particles, contact model, and geometry, must be taken into consideration.

목 적 : 신생아 혹은 미숙아의 뇌 MRI 검사 시 임상에서는 성인과 동일한 protocol을 사용하여 검사하고 있다. 하지만 신생아의 뇌는 성인과 달리 수초화가 완성되지 않아 물의 함량은 많고 단백질과 지질의 함량은 적어 각 조직의 T1 값이 성인보다 길다. 따라서 신생아의 뇌 특성을 고려한 최적의 T1 강조영상을 얻기 위해서는 기존에 적용되는 성인 TR: 450ms와 다른 적절한 TR 값이 요구된다. 이에 본 연구에서는 신생아 뇌 MRI 검사 시 진단가치 높은 T1 강조영상을 획득할 수 있는 최적의 TR 값을 찾고자 하였다. 대상 및 방법 : 신생아 중환자실에 입원한 생후 3개월 미만의 신생아 혹은 미숙아 총 10명(남6명, 여4명)을 대상으로 2014년 10월부터 2015년 1월까지 검사를 진행하였다. 장비는 1.5T Avanto (SIEMENS, Germany), MR Diagnostics Incubator System과 신생아 전용 Head coil인 LMT coil을 사용하였다. 대상 신생아에서 모든 parameters는 동일하게 하고, 조직 간의 T1 회복시간 차이에 큰 영향을 미치는 TR 값만을 450, 900, 1200, 1500 으로 달리하여 각각의 영상들을 얻었다. 영상분석방법은 정성적 분석과 정량적 분석으로 하였다. 정성적 분석을 위해 영상의학과 소아판독 전문의 2명과 방사선사 3명이 촬영한 영상에 대해 백질(white matter)과 회백질(gray matter)의 구별정도, 병변의 식별정도, Artifact, 전체적인 image quality에 관해 5 point scale (0=very poor, 1=poor, 2=fair, 3=good, 4=excellent)로 평가하였으며, 정량적 분석으로 신생아의 백질과 회백질 그리고 background의 신호강도(Signal intensity: SI)를 측정하여 신호 대 잡음비(signal to noise ratio: SNR)와 대조도 대 잡음비(contrast to noise ratio: CNR)를 계산해 비교분석 하였다. 통계적 분석을 위해서 SPSS 22.0(SPSS Incorporated, Chicago, IL, USA) 프로그램을 사용하였다. 결 과 : 본 실험에서 450, 900, 1200, 1500 TR 값으로 얻어진 영상들의 결과이다. 각 TR에 따른 백질과 회백질의 평균 SNR은 12.81/15.06, 23.58/27.39, 28.16/32.32, 35.52/40.26 이다. 각 영상들의 백질과 회백질 평균 CNR은 0.225, 0.371, 0.391, 0.454 이다. 정성적 분석으로 각 영상들의 평균값은 1.4±0.66, 2.56±0.49, 2.88±0.55, 3.46±0.49 이다. 통계분석은 Kruskal-Wallis 검정과 Mann-Whitney의 U 검정을 이용한 사후검정에서 근사유의확률 0.000~0.005로서 통계적으로 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났다. 결 론 : 일반적인 검사방법인 성인 protocol의 TR 값을 신생아 뇌 MRI 촬영 시 적용하여 T1 강조영상을 얻을 경우, 신호 대 잡음비(SNR)와 대조도 대 잡음비(CNR)가 감소해 해부학적 분별력과 병변의 식별능력이 저하되는 문제점이 있었다. 하지만, 신생아 뇌의 특성을 고려하여 기존의 TR 값보다 2배 이상의 값을 선택하여 영상을 얻는다면 기존보다 향상된 SNR과 CNR을 가진 영상으로 신생아의 뇌 질환을 진단하는데 유용할 것으로 사료된다.

PURPOSES : A finite difference model considering snow melting process on porous asphalt pavement was derived on the basis of heat transfer and mass transfer theories. The derived model can be applied to predict the region where black-ice develops, as well as to predict temperature profile of pavement systems where a de-icing system is installed. In addition, the model can be used to determined the minimum energy required to melt the ice formed on the pavement. METHODS : The snow on the porous asphalt pavement, whose porosity must be considered in thermal analysis, is divided into several layers such as dry snow layer, saturated snow layer, water+pavement surface, pavement surface, and sublayer. The mass balance and heat balance equations are derived to describe conductive, convective, radiative, and latent transfer of heat and mass in each layer. The finite differential method is used to implement the derived equations, boundary conditions, and the testing method to determine the thermal properties are suggested for each layer. RESULTS: The finite differential equations that describe the icing and deicing on pavements are derived, and we have presented them in our work. The framework to develop a temperature-forecasting model is successfully created. CONCLUSIONS : We conclude by successfully creating framework for the finite difference model based on the heat and mass transfer theories. To complete implementation, laboratory tests required to be performed.

아스팔트 혼합물은 플랜트에서 가열, 이송, 혼합, 배출 등의 여러 가지 공정을 거쳐 생산되며, 생산된 아스팔트 혼합물은 현장으로 이송되어 포설 및 다짐의 과정을 거쳐 아스팔트 포장으로 적용된다. 이와 같 이 다양한 외부 환경에 노출된 아스팔트 혼합물의 생산 및 적용 공정은 최종 생산품이 실내에서 완성되어 재료의 균질성이 확보되는 일반적인 산업분야와는 확연히 다른데, 이러한 요인에 의하여 아스팔트 혼합물 의 생산 및 포설, 다짐 공정을 현장에서 정량적으로 모니터링하고 개선하여 재료의 잠재적인 성능을 최대 한 활용하는데 한계가 있다. 이와 같은 한계를 극복하기 위한 대안을 제시하기 위한 방법으로는 재료의 동적 거동 및 여건을 모사할 수 있는 이산요소법(Discrete Element Method, DEM)을 고려할 수 있다. 재 료가 다른 재료와 접촉할 때의 부착을 포함한 동적 거동의 특성은 이산요소법에서 접촉모형(Contact Model)을 이용하여 표현되는데, 아스팔트 혼합물과 같이 혼합재료의 가시적 구분이 가능한 재료의 생산 및 포설, 다짐까지의 공정을 모두 모니터링 하여 재료의 성능을 확보하기 위해서는 시간 또는 온도 변화 에 따른 굵은 골재, 잔골재, 아스팔트 바인더의 물성 등 개별요소의 물성을 각각 측정하여 혼합물 전체의 성능을 예측하는, 실용적 측면에서의 다상 모사(Multiphase Simulation) 기법에 적용하기 쉬운 접촉모형 을 결정하는 것이 합리적이다. 이러한 기법을 활용하면 생산과 포설 단계에서의 도로포장 재료의 동적 거 동을 분석하여 시설 및 과정을 최적화 할 수 있을 뿐만 아니라, 이미 포설되어 차량이 운행 중인 도로의 파손에 대한 초기 생산 조건의 영향을 확인할 수 있기 때문이다. 따라서 본 연구에서는 골재의 탄성계수와 바인더의 시간 및 온도 종속적인 부착성 점소탄성 특성을 반 영할 수 있는 정교한 접촉모형을 개발을 위하여, 해석적 방법으로 정해가 유도될 수 있는 비교적 단순한 점탄성 모형과 선형 부착모형을 이산요소법의 부착모형으로 개발 및 적용하고 이에 대한 가능성을 검증하 고자 하였다.

생산 및 시공과정에서의 유동적 특성을 갖는 일반 시멘트 콘크리트나 자가다짐 콘크리트(Self Compacting Concrete, SCC)의 작업성 또는 성형성을 평가하기 위해서 일반적으로 슬럼프 실험이 수행 되는데, 시멘트 페이스트에는 작은 콘을 이용한 미니 슬럼프 실험을 수행할 수 있으며, 시멘트 콘크리트 에 대해서는 일반적인 슬럼프 실험을 수행할 수 있다. 2000년대 전후 이들 실험이 실제 재료의 유동적인 특성을 반영하여 재료의 특성을 나타낼 수 있는지에 연구가 일본과 유럽을 중심으로 수행된 바 있는데, 이들 연구에서는 슬럼프나 퍼진정도가 실제 재료의 유동에 영향을 미치는 역학적인 인자들인 점도와 항복 응력과 관련이 있음을 분석적 해(Analytical Solution)을 도출함으로서 어느 정도 규명되었다. 이는 경험 적 실험방법의 이론적 규명으로 현장에서 수행되는 슬럼프 실험의 타당성을 확인하는데 큰 의미를 갖는다 고 할 수 있으나, 이들 역학적 물성이 슬럼프 뿐만이 아닌 V funnel 실험이나 L-Box 실험과 같은 다른 실험조건 및 SCC의 최종목적이 될 수 있는 복잡한 구조에서의 유동을 예측하는데 적용될 수 있는지에 대 해서는 답이 될 수 없다. 한편 재료의 이동특성을 분석하거나 다짐의 최적화를 연구하는 산업 또는 연구 분야에서는 운동하는 입자의 거동이나 상호작용을 반복적으로 모사할 수 있는 수치해석적 방법인 개별요소법(Discrete Element Method, DEM)이 점차 확대되어 활용되고 있는데, 이러한 이산요소법의 장점은 접촉모형과 골 재모사 방법의 개선을 통하여 복잡한 구조에서의 입자를 포함하는 SCC와 같은 유동성 재료의 거동을 모 사할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 본 연구에서는 역학적인 인자들을 이용하여 시멘트 혼합물의 거동을 모사하기 위하여 사용될 수 있는 이산요소법을 적용하여 시멘트 혼합물의 거동을 모사하고자 하였으며, 유럽과 일본에서 제시된 분석적 해를 활용하여 이를 검증하고자 하였다.

아스팔트 혼합물의 파손에 대한 저항성은 시공 시의 포설 및 다짐조건에 의하여 많은 영향을 받는 것은 잘 알려져 있는 사실이다. 국내외 아스팔트 도로포장 관련 시방서에서는 아스팔트 혼합물의 생산온도와 포설온도를 결정할 때 시공성과 관련있는 재료의 점도특성을 기준으로 활용하는 동시에, 최소한의 혼합물 의 품질을 확보하기 위하여 혼합물의 물성과 별개로 최저 시공 온도를 규정하기도 한다. 한편 시공현장에 서는 포설시의 아스팔트 혼합물의 온도 규정을 만족하는 아스팔트 혼합물을 공급하기 위하여, 현장여건에 따라 아스팔트 혼합물의 생산온도를 경험적으로 조절하는 것이 일반적이다. 그러나 포설시의 아스팔트 혼 합물의 온도가 동일할 경우일지라도, 아스팔트 혼합물의 온도가 감소하는 정도는 기존 층의 물성 및 온 도, 대기온도, 태양의 복사열 및 바람의 속력 등 여러 가지 외적 변수에 의하여 크게 변화할 수 있다. 만 약 이들 외적 변수의 영향이 아스팔트의 생산온도 만큼 큰 영향을 미칠 수 있다면, 동일한 재료를 동일한 온도에서 생산하여 시공했을 경우에도 대기 및 경계조건에 따라 다짐순서 및 시간이 조정되어야 동등한 품질의 도로포장을 시공할 수 있는 것은 자명한 사실이다. 본 연구에서는 아스팔트 포장의 품질향상을 위하여, 아스팔트 혼합물의 포설시의 대기온도 및 바람의 속력에 따른 혼합물의 온도변화를 정량적으로 평가하고 이들의 시공에서의 고려 필요성을 수치해석적으 로 확인하고자 하였으며, 대기조건이 고려되어야 할 필요성이 있음을 확인하였으며, 대기온도가 10℃ 정 도 낮은 온도조건에서는 풍속에 따라 혼합물을 20℃ 상승시켜야 하는 것을 확인하였다. 다음 <그림 1>은 대기조건에 따른 혼합물의 온도변화를 나타내고 있다.

PURPOSES: Evaluation of the wind speed effect on the temperature drop of an asphalt mixture during construction, by using the transient heat transfer theory and dominant convective heat transfer coefficient model. METHODS: Finite difference method (FDM) is used to solve the transient heat transfer difference equation numerically for various wind speeds and initial temperature conditions. The Blasius convective heat transfer coefficient model is adapted to account for the effect of wind speed in the temperature predictions of the asphalt mixture, and the Beaufort number is used to select a reasonable wind speed for the analysis. As a function of time and depth, the temperature of the pavement structure is predicted and analyzed for the given initial conditions. RESULTS : The effect of wind speed on the temperature drop of asphalt mixture is found to be significant. It seems that wind speed is another parameter to be accounted for in the construction specifications for obtaining a better quality of the asphalt mixture. CONCLUSIONS: It is concluded that wind speed has a significant effect on the temperature drop of the asphalt layer. Although additional field observations have to be made to reflect the effect of wind speed on the construction specifications, it appears that wind speed is a dominant variable to be considered, in addition to the atmospheric temperature.

PURPOSES: Implementation and verification of the simple linear cohesive viscoelastic contact model that can be used to simulate dynamic behavior of sticky aggregates. METHODS: The differential equations were derived and the initial conditions were determined to simulate a free falling ball with a sticky surface from a ground. To describe this behavior, a combination of linear contact model and a cohesive contact model was used. The general solution for the differential equation was used to verify the implemented linear cohesive viscoelastic API model in the DEM. Sensitivity analysis was also performed using the derived analytical solutions for several combinations of damping coefficients and cohesive coefficients. RESULTS : The numerical solution obtained using the DEM showed good agreement with the analytical solution for two extreme conditions. It was observed that the linear cohesive model can be successfully implemented with a linear spring in the DEM API for dynamic analysis of the aggregates. CONCLUSIONS: It can be concluded that the derived closed form solutions are applicable for the analysis of the rebounding behavior of sticky particles, and for verification of the implemented API model in the DEM. The assumption of underdamped condition for the viscous behavior of the particles seems to be reasonable. Several factors have to be additionally identified in order to develop an enhanced contact model for an asphalt mixture.

아스팔트 혼합물의 시공 초기의 품질은 온도, 다짐도, 수분함량 및 각 재료의 특성 등 다양한 인자의 의하여 영향을 받는다. 특히 아스팔트 혼합물에 사용되는 골재의 수분함량은 아스팔트 혼합물의 품질과 관련이 있을 뿐만 아니라, 아스팔트 플랜트의 생산속도 및 에너지 소요와 직접적인 관련이 있는 매우 중 요한 인자이다. 또한 유럽이나 미국 등 지에서는 아스팔트 플랜트에서의 에너지 효율을 향상시키기고 환 경에 대한 영향을 감소시키기 위한 움직임이 확산되어 규정에 반영되고 있어, 아스팔트 플랜트에서의 상 당부분의 에너지 소요 및 환경에 대한 영향을 미치는 골재 드라이어의 효율성 및 최적화가 관심이 될 가 능성이 많다. 그러나 국내외에서 드라이어 내에서의 골재의 이동과 가열에 따른 수분의 변화를 평가하기 위한 연구는 연구 대상의 복합적 거동 및 복합성 때문에 활발하지 않다. 일부 농산물의 건조에 대한 열역 학적 연구가 이와 유사한 목적으로 이루어진바 있으며, 골재 드라이이어에 대한 연구는 프랑스 및 미국 등에서 홍보를 위한 목적으로 제한적으로 이루어지고 있다. 본 연구에서는 아스팔트 혼합물을 생산하는 플랜트 내에서의 골재 건조를 위한 드라이어의 효율성을 평가하기 위하여 DEM을 이용하여 골재의 드라이어 내에서의 지속시간 및 속도를 평가하였으며, 이를 위 하여 골재 입자의 마찰력 계수 및 탄성계수를 기존 연구결과 및 문헌에서 결정하였다. 다음 <그림 1>은 이에 대한 일부 결과를 나타내고 있다.

아스팔트 포장의 수명을 최대화하기 위해서는 온도에 따라 달라지는 역학적 물성의 변화와 열역학적 특성이 생산, 시공 및 공용에 관련된 시방에 적절히 고려되어야 한다. 현재 시방 및 재료평가에는 아스팔 트 바인더 및 혼합물의 온도에 영향을 받는 역학적 물성을 반영하기 위하여 점도계, 동전단레오미터 및 동탄성계수, 피로 및 러팅 등의 실험 방법이 활용되고 있다. 그러나 이러한 역학적 물성 평가 방법들은 아 스팔트 혼합물의 시공성 및 거동을 설명하기 위하여 활용될 수는 있으나, 생산 및 현장에서의 포설 및 다 짐 또는 공용 상태에서의 대기 온도 조건에 따른 시공성의 변화 및 시공성의 변화에 따른 재료의 성능 변 화를 직접적으로 설명하지는 못한다. 최근 사회적 문제가 되고 있는 포트홀 등을 포함한 아스팔트 포장의 파손이 재료의 생산 및 시공과정에서 적절하지 못한 관리에서 기인한 것을 고려할 때, 포장 혼합물의 온 도에 따른 열역학적 특성을 규명하고 합리적인 근거에 의하여 생산 및 시공에 관련된 시방에 포함하는 과 정은 도로포장의 수명을 증대시킬 수 있다는 점에서 의미가 크다

본 연구에서는 골재 다짐과 혼합물 모사를 위한 이산요소법에서의 골재 입자 모형화 방법을 다양한 실 험을 통하여 검토하였다. 일반적으로 골재의 동적거동을 모사하기 위한 골재 모형화 방법은 다면체, 겹쳐 진 구형, 구형입자 등을 이용하여 수행하지만 이들 입자를 이용한 수치해석적 모사방법이 다양한 실내 실 험결과에서 만족하는지에 대한 연구는 수행되지 못했다. 그러나 특정 실험조건을 만족하는 입자 모형화 방법을 선정하여 개별 조건에 대한 정확성을 향상시키는 것도 한 가지 방법이 될 수 있지만, 다양한 실험 조건을 모두 만족시키는 입자 모형화 방법을 찾는 것은 동적인 골재의 거동을 평가하기 위해서 매우 중요 하다고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 19mm, 13mm, 10mm 골재에 대한 형상적 특성을 정량화하고 이들의 대푯값에 대응하는 입자의 부피를 결정하는 지난 연구결과를 반영하였으며, 이를 골재 입형실험, 슬럼프 실험에 적용하여 골재의 낙하시간, 높이, 퍼진정도, 무게 등 다양한 평가기준을 설정하여 입형 모 형의 결정방법을 평가하였다. 다음 그림 1은 19mm 골재에 대한 입형 결정방법에 대하여 정지마찰력과 회 전마찰력을 변화시키면서 측정된 이산요소법에서의 낙하시간 결과와 실내실험을 통하여 결정된 낙하시간 의 비교를 나타내고 있다.

PURPOSES: Evaluation of thermal conductivity and convection properties of asphalt mixture by using thermodynamics. METHODS: In this research, temperature prediction model based on thermodynamics is derived for asphalt mixture in transient state and it is verified with laboratory test results. RESULTS: The derived temperature prediction model shows good agreement with laboratory test results. CONCLUSIONS: It is concluded that the derived model based on thermodynamics and thermal properties in the literature are good enough to capture temperature variation in laboratory test. The approach based on thermodynamics can be applied to more complex temperature simulations.

PURPOSES: Evaluation of input parameters determination procedure for dynamic analysis of aggregates in DEM. METHODS: In this research, the aggregate slump test and angularity test were performed as fundamental laboratory tests to determine input parameters of spherical particles in DEM. The heights spreads, weights of the simple tests were measured and used to calibrate rolling and static friction coefficients of particles. RESULTS : The DEM simulations with calibrated parameters showed good agreement with the laboratory test results for given dynamic condition. CONCLUSIONS: It is concluded that the employed calibration method can be applicable to determine rolling friction coefficient of DEM simulation for given dynamic conditions. However, further research is necessary to connect the result to the behavior of aggregate in packing and mixing process and to refine static friction coefficient.

PURPOSES : Determination of particle packing model variables that can be used for formulation of new DEM based particle packing model by examining existing particle packing models METHODS : Existing particle packing models are thoroughly examined by analytical reformulation and sensitivity analysis in order to set up DEM based new particle packing model and to determine its variables. All model equations considered in this examination are represented with consistent expressions and are compared to each others to find mathematical and conceptual similarity in expressions. RESULTS : From the examination of existing models, it is observed that the models are very similar in their shapes although the derivation of the models may be different. As well, it is observed that variables used in some existing models are comprehensive enough to estimate particle packing but not applicable to DEM simulation. CONCLUSIONS : A set of variables that can be used in DEM based particle packing model is determined.

PURPOSES: Simulation of aggregate slump test using equivalent sphere particle in DEM and its validity evaluation against lab aggregate slump test METHODS : In this research, aggregate slump tests are performed and compared with DEM simulation. To utilize spheric particles in YADE, equivalent sphere diameter concept is applied. As verification measures, the volume in slump cone filled with aggregate is used and it is compared with volume in slump cone filled with equivalent sphere particle. Slump height and diameter are also used to evaluate the suggested numerical method with equivalent concept RESULTS : Simulation test results show good agrement with lab test results in terms of loose packing volume, height and diameter of slumped particle clump. CONCLUSIONS : It is concluded that numerical simulation using DEM is applicable to evaluate the effect of aggregate morphological property in loose packing and optimum gradation determination based on the aggregate slump test simulation result.

골재의 다짐모형(Packing Density Model)은 다양한 최적다짐밀도를 통하여 혼합물 내에서 골재의 역 할을 최대화하거나 다른 고가의 재료를 절감하기 위하여 다양한 건설분야에서 연구되고 있다. 다짐밀도모형은 1929년에 Furnas에 의하여 제시된 단순한 모형으로부터, Aim and Goff 모형, Toufar 모형, Linear Packing Density 모형 등 다양한 연구자들에 의하여 그 형태가 제시되고 발전되어 왔으나, 기본 적으로 굵은골재에 잔골재가 포함되는 경우와 잔골재에 굵은골재가 포함되는 경우로 단순화될 수 있으며, 모형의 정밀도를 향상시키거나 물리적 현상을 반영하기 위한 함수 또는 계수의 조합으로 보완되는 것이 일반적이다. 본 연구에서는 다양한 다짐밀도모형을 고찰하여 잔골재와 굵은골재의 부피비에 따른 다짐밀도예측결과 를 평가하였으며, 향후 이산요소법(Discrete Element Method, DEM)을 이용하여 개발될 골재배합설계법에 필요한 변수를 고려한 모형의 형태를 제시하였다. 다짐밀도모형의 재해석을 통하여 확인된 다짐밀도 모형의 주요변수는 개별 골재의 단위중량, 지름 및 개별골재더미의 다짐밀도이며, 다짐의 최적화를 저해하는 Wall Effect와 Loosening Effect를 고려하기 위하여 통계적함수를 적용하거나 다짐에너지를 고려 하기 위한 변수도 조건에 따라 적용될 수 있음을 확인하였다. 또한 대부분의 이론적 다짐밀도모형에서 개별 골재더미의 다짐밀도는 골재 혼합물의 다짐밀도에 큰 영향을 미치는 변수이지만, 그 영향이 작지 않을 것으로 예측되는 개별골재더미 사이의 물리적 상호작용은 대부분의 기존다짐밀도모형에 고려되어 있지 못한 것으로 확인되었다. 이상의 기존 수학적 다짐모형의 검토를 통하여 DEM을 활용하여 개발될 다짐밀도예측모형의 형태를 제안하였다.

본 연구는 다기능 복합 도로포장의 기층인 섬유보강 아스팔트 혼합물의 물성 정량화를 위한 동탄성계수 (Dynamic Modulus)평가이다. 아스팔트 혼합물의 동탄성계수는 포장체의 내구성 및 공용성을 평가하는데 매우 중요한 지표이다. 미국의 AASHTO 2002 설계법(Design Guide2002) 및 한국형 포장설계법(KPRP)에서도 아스팔트 포장체의 가장 중요한 물성중 하나를 동탄성계수로 정의하였고, 이를 아스팔트 포장의 설계 및 해석에 이용하고 있다. 동탄성계수는 다양한 온도 조건, 하중재하주기를 이용하여 다양한 교통조건을 구현할 수 있으며, 특히 아스팔트 혼합물의 점탄성적인 특성을 잘 묘사할 수 있는 물성치 평가 방법이다. 본 연구를 통해 얻어진 섬유보강 아스팔트 혼합물의 동탄성계수 값은 복합 도로포장 시스템 개발의 현장 적용을 위한 설계 프로그램의 입력 변수로 사용하는 것에 목적이 있다. 동탄성계수의 평가를 위해 기층용 Corse입도를 사용하였고, 실험장비는 EN Standards Tester를 이용하였다. 기층용 Coarse입도에 보강섬유 의 양을 0%~0.5%까지 0.1%씩 혼입하여 실험을 진행하였으며, 실험 온도는 –5℃, 5℃, 10℃, 20℃, 30℃, 40℃의 6개 온도에서 각각 진행하였으며, 공시체의 파손가능성을 줄이기 위하여 낮은 온도부터 높은 온도 순서로 실험을 수행하였다. 또한 각 온도별 25Hz, 10Hz, 5Hz, 1Hz, 0.5Hz, 0.1Hz의 하중재하 주기에서 동탄성계수를 측정하였으며, 실험을 통해 얻어진 동탄성계수의 값을 설계의 입력 변수로 사용하기 위해서는 마스터곡선(Master Curve)을 작성해야하는데, 실험으로 결정된 동탄성계수는 실험온도 및 주파수의 조합에 따라 각각 얻을 수 있었으며, 이것을 하중시간과 온도의 중첩(Time-Temperature Superposition Principle)원리를 적용하기 위해 각각의 실험에서 측정된 값을 이용하여 Sigmoidal Function 방정식을 만족하는 입력변수를 결정하였고, 전이함수(Shift factor)를 이용하여 마스터곡선을 작성하였다. FRA혼합물의 동탄성계수 평가 시험 결과, 각각의 온도와 재하하중별로 작성된 마스터곡선을 통해 기층용 Coarse입도에서 0%의 보강섬유 함유량과 0.1~0.5%까지의 보강섬유 함유량에 대한 고온영역과 저 온영역에서의 FRA혼합물의 특성을 확인할 수 있었다.

굵은골재의 입자 특성은 골재혼합물의 다짐도, 아스팔트 콘크리트 또는 시멘트 콘크리트 혼합물의 역 학적 특성에 큰 영향을 미치는 중요한 인자이다. 도로포장 재료로서 골재의 특성을 최대한 활용하기 위한 골재의 최적배합설계를 결정하기 위해서는 다양한 골재의 단위중량, 크기뿐만 아니라 역학적으로 설명될 수 있는 형상적 특성이 정량화할 필요가 있는데, 이를 위하여 사용되는 다짐밀도실험은 많은양의 실내실험을 요구하는 단점이 있다. 이산요소법 또는 개별요소법(Discrete Element Method, DEM)은 유한요소법(Finite Element Mehtod, FEM)과는 달리 이산되어 있는 재료의 거동을 수치적인 방법으로 모사할 수 있는 장점이 있으며, 이를 활용한 연구가 다양한 분야에서 이루어지고 있다. 그러나 아스팔트 혼합물에 관련된 분야에서는 골재자체의 특성이나 다짐밀도를 분석하기 위한 연구보다는 혼합물의 피로특성을 분 석하는 연구를 중심으로 이루어져 골재다짐에 관련된 연구는 많이 진행되지 못하였다. 본 연구에서는 골재의 형상적 특성을 반영한 역학적 물성을 정량화하고자 이미지 분석(Image Analysis)결과, 골재자체의 단위중량 및 무게 등의 기초물성 실험결과, 상용 DEM 소프트웨어, 문헌에서 확인된 역학적 인자 및 등가구형지름(Equivalent Sphere Diamter) 개념을 이용하여 골재슬럼프 실험에 서의 골재의 거동을 시뮬레이션하였으며, 높이 및 퍼진 골재의 지름을 기준으로 시뮬레이션 실험과 실제 실험결과와 유사한 것을 확인하였다. 본 연구의 결과는 x-ray CT 등을 이용한 향후 3D 골재형상 이미지 또는 혼합물 속의 골재의 분포 등을 이용한 골재다짐밀도 모형과 Flow Modeling Software 등과의 coupling을 통하여 시멘트 콘크리트의 배합설계법개발에 적용되기 위하여 지속적으로 수행될 예정이다.

PURPOSES: To characterize the aging effect on asphalt binder, dynamic shear modulus mastercurve of two typical asphalt binders are developed. METHODS: To develop dynamic shear modulus mastercurve, dynamic shear modulus at high temperature and creep stiffness at low temperature are measured by temperature sweep test and bending beam rheometer test, respectively. RESULTS: It is observed that the aging effect on asphalt binder can be clearly observed from dynamic shear modulus mastercurve and the mastercurve can be utilized to predict behavior of asphalt binder at wide range of temperature. CONCLUSIONS: It is confirmed that SBS 5% modified binder has more desirable mechanical property at low and high temperature as a pavement material comparing to PG64-22 binder and the mastercurve is an effective tool to evaluate the property of asphalt binder.