본 연구는 국내 현장실정에 적절한 아스팔트 혼합물의 실내노화방법을 개발하기 위한 연구이다. 강제공기순환식 오븐에서 154℃ 2시간의 단기노화를 거친 혼합물로 제작한 공시체를 110℃에서 24, 48, 72, 96시간 동안 장기노화를 시켰다. 또한 노화시간의 증가에 따라 아스팔트 바인더의 노화정도를 측정하기 위하여 GPC 분석을 수행하였다. 본 연구를 통해 노화시간이 길어짐에 따라 대형분자양이 증가하는 것을 확인하였고, 이에 대한 분석으로부터 적절한 인공노화시간의 추정이 가능함을 알 수 있었다. 본 연구에서 수행된 단기노화방법은 다소 과다하나 이를 RTFO와 유사한 수준으로 처리한다면 110℃로 약 48시간 이상 노화를 시키면 PAV 처리와 유사한 수준의 혼합물 노화가능성이 있음을 확인하였다.

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.

최근 아스팔트 혼합물의 VMA 혹은 그 외 다른 체적요소의 기준값을 대체하기 위해 유효아스팔트 함량(film thickness)에 대해 논의되어 왔다. 이들 중 일부는 유효 아스팔트 함량의 기준값을 제안하였으며, 일부는 새로운 개념 또는 계산 방법을 포함하는 새로운 모델을 즉, 인덱스 모델(index model) 또는 가상 모델(virtual model)을 소개하였다. 각각의 모델은 아스팔트혼합물의 체적특성을 설명하는데 있어서 형상, 크기 등 골재의 체적특성을 정량화하는 방법을 이용한다. 본 연구에서는 인덱스 모델과 가상 모델의 장점을 결합한 개선된 가상 모델 (modified virtual model)을 제안하였다. 개선된 가상 모델을 기존의 두 가지 모델과 비교평가하기 위하여 DASR 개념에 근거하여 제작된 총 8개의 혼합물을 대상으로 IDT 시험과 APA 시험을 수행하였다. 시험 결과, 아스팔트 혼합물의 공용성과 유효 아스팔트 함량의 관계를 계산함에 있어서 본 연구에서 제안된 가상 모델은 기존의 모델들에 비해 더 적절함을 알 수 있었다.

본 연구에서는 원유 정제과정에서 발생되는 산업부산물인 황을 주성분으로 폴리머 성분의 첨가제를 혼합하여 개발된 개질 첨가제인 SPC(Sulfur Polymer Cement;가칭)를 비율별 (0%, 10%, 30%, 50%)로 첨가하여 개질 아스팔트 바인더 및 혼합물의 실내 물성 평가를 수행하였다. 개질 아스팔트 바인더의 특성을 평가하기 위해 수퍼페이브 바인더 시험법을 이용하여 아스팔트 바인더의 PG(Performance Grade) 등급을 분류하고 온도에 따른 특성을 파악하였다. 또한 개질 아스팔트 혼합물의 피로균열 및 저온균열 특성을 평가하기 위해 10℃ 및 -10℃에서 간접인장실험(Indirect Tensile Test)을 수행하였으며, 소성변형에 대한 저항성을 평가하기 위해 휠트랙킹 실험을 수행하였다. 실험 결과, 개질 첨가제인 SPC의 첨가 비율이 증가할수록 소성 변형에 대한 저항성이 증가하는 것으로 나타났으며, 저온 균열 저항성을 증가시킬 수 있는 잠재성을 보여주었다. 그러나 피로균열 SPC는 피로균열 저항성 향상에는 큰 효과가 없는 것으로 나타났다.

Field or laboratory wheel tracking tests have been employed for the evaluation of the rutting potential of asphalt paving mixtures. Compared to field tests, laboratory wheel tracking tests are much less expensive and more manageable for most road projects. However, most test laboratories are not equipped to perform such tests because there does not exist any standard test procedure, and the required equipment is rather expensive. Futhermore, the size of test specimens and the relatively large quantity of test mixture required present difficulties for laboratory specimen mixing and compaction. This paper describes a project conducted to study the feasibility of replacing wheel tracking testsby a repeated-load creep test for rutting potential evaluation. Comparisons were made between the results of the two tests for different test temperatures, loading speeds and applied pressures. Three types of asphalt mixtures were studied in the test program. Favorable conclusions concerning the use of the repeated-load test for rutting potential evaluation were drawn based on the findings of the experimental test results. The correlation between the two types of tests was found to be good for all threeasphalt mixtures. Adopting the repeated-load creep test would lead to cost savings since it employs standard test equipment already available in most laboratories. It would also result in substantial time savings due to the much smaller quantity of mix needed, and the ease in specimen preparation.

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.

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.

아스팔트 포장에서 소성변형은 교통하중에 의해 발생하는 가장 심각한 파손중의 하나이다. 현재 개발중인 한국형 포장 설계법은 역학적-경험적 설계법으로 다양한 포장 파손 예측모델을 필요로 한다. 이 연구는 포장설계시 아스팔트층에서 발생하는 소성 변형량을 예측할 수 있는 모델을 개발하여 포장의 공용성을 규명하고자 하였다. 본 논문은 아스팔트 혼합물의 소성변형에 영향을 미치는 인자를 규명하고, 소성변형 예측 모델을 개발하고자 한다. 이를 위하여 3단계 온도, 공극률을 조합한 19mm 밀입도 혼합물에 대하여 삼축압축 반복재하시험을 수행하였다. 그 결과 혼합물의 온도와 공극률이 소성변형 예측 모델 계수에 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 이에 근거하여 19mm밀입도 아스팔트 혼합물에 대한 소성변형 예측식을 다중 회귀분석을 통하여 개발하였으며, 개발된 모델을 검증하였다.

본 연구는 판유리 등의 생산 기초 원료인 소다회 (Na2CO3) 생산 과정에서 발생되는 산업 부산물인 부산석회를 아스팔트 혼합물의 채움재로서 재활용 가능성을 검토하여 부산석회의 실질적인 활용 방안을 제시하고자 한다. 이를 위하여 부산석회를 기존의 석회석분 채움재에서 중량 대비 25%, 50%, 75%, 100%로 대체하여 제조한 아스팔트 혼합물에 대해 간접인장강도 시험, 회복탄성계수 시험, 수분 민감성 시험, 반복하중 간접인장 시험, 휠트래킹 시험을 실시하여 부산석회의 채움재 활용 가능성을 파악하였다. 또한 기존 석회석분 채움재를 사용한 아스팔트 혼합물과 소석회 (Hydrated Lime)를 사용한 아스팔트 혼합물의 공학적 특성을 비교 분석하여 부산석회를 재활용한 아스팔트 혼합물의 성능 증진 효과를 평가하고 본 기술의 실용화 가능성을 판단하였다.

반복적인 교통하중은 아스팔트 포장에 손상을 누적시키는 반면, 휴식기 동안 아스팔트 혼합물에는 축적된 손상의 회복현상이 지속적으로 일어난다. 이러한 손상회복 현상은 아스팔트 포장의 피로수명을 증가시킨다. 본 연구에서는 간접인장시험을 이용하여 아스팔트 혼합물의 손상회복특성을 측정할 수 있는 시험방법을 개발하고, 이를 통해 일단 아스팔트와 개질 아스팔트를 포함하는 총 네 가지 아스팔트 혼합물의 손상회복특성을 평가하였다. 본 연구에서 개발한 손상회복시험은 반복재하시험과 일련의 MR시험으로 구성된다. 반복재하시험과 MR 시험 동안 회복변형 (resilient deformation)을 측정하고 응력과 변형률을 이용하여 DCSE (Dissipated Creep Strain Energy)를 구하고 이를 통해 아스팔트 혼합물의 손상회복특성을 평가할 수 있는 파라메터로서 DCSE/DCSEapplied를 이용한 정규화된 손상회복속도 (normalized healing rate)를 제안하였다. 실험결과, 아스팔트 혼합물의 손상회복속도는 온도가 증가함에 따라 지수 함수적으로 증가함을 알 수 있었으며, 아스팔트 혼합물의 손상회복특성은 폴리머 개질과 같은 아스팔트 바인더의 특성보다는 아스팔트 함량과 같은 혼합물의 구조적인 특성에 더 많은 영향을 받음을 알 수 있었다.

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.