PURPOSES : This study was performed to evaluate the short-term aging (SA) protocols of the normal hot-mix asphalt (HMA) mixture, to explore problems, and to suggest proper procedures based on fundamental principles of SA in terms of the SA temperature (T) and length of time (Lt) in existing specifications in several countries including Korea. METHODS : As the SA in our lab is a simulation of field SA, which is an inevitable procedure occurring naturally in the current field practice, major SA guidelines of foreign countries and Korea were reviewed to investigate problems that showed discrepancies with field practice. The aging quantity (Aq) model was introduced as a function of T and Lt, based on the correlation with absolute viscosity (AV) to estimate Aq by T and Lt. The normal SA (NSA) was suggested through an example procedure inducing binder aging level similar to the RTFOtreated binder AV or Aq. Based on the NSA Aq level, lower, proper, or higher SA conditions were discovered from the existing SA guidelines. RESULTS : As Aq has excellent correlation with AV, the proper T and Lt for NSA as an example was suggested based on the AV of RTFOtreated binder to induce an Aq range of 19,000-25,000 min.℃. It was found that there were several problems in the existing guidelines in USA and Korea. These included lower T, shorter or longer Lt, and air blowing or stirring the mix during SA, which were not matched with the practical condition of loaded HMA mixtures that were short-term aged under hot temperatures in trucks. CONCLUSIONS : It was concluded that there are several problems in the current SA guidelines, which do not provide proper HMA temperature to mixtures for proper (modal) length of time. Therefore, these guidelines should be reevaluated carefully and revised based on the fundamental field SA principle. The NSA condition should be suggested using proper HMA T and modal Lt for better simulation of field SA practice.

PURPOSES: The objective of this study was to investigate the effect of short-term aging level on the moisture resistance of a dense-graded asphalt mixture by measuring its deformation strength ratio (SDR). METHODS : Three short-term aging (STA) durations (1, 2, and 4 h) at two different temperatures (160℃ and 180℃) were used for the normal dense-graded hot-mix asphalt (HMA) mixtures prepared using PG 64-22 asphalt and 13mm aggregate with and without hydrated lime (HL). The specimens were prepared using a gyratory compactor, after each STA, to achieve a WC-1 gradation as defined by the Korean guide. The SDR was measured after freezing-and-thawing (F-T) conditioning, and submerging the specimen into water at 60℃ for 72 h. RESULTS: The results indicated that the moisture resistance decreased with the increase in STA duration. After STA at 160℃ and 180℃, the SDR values, measured after F-T treatment, or after submerging into 60℃ water for 72 h, decreased with the increase in STA duration. However, when HL was used in the same asphalt mixtures, the SDR improved, for identical STA conditions. Therefore, the moisture resistance of the asphalt mixture was affected by the short-term aging duration, and decreased with the increase in aging duration. However, HL effectively retarded aging, and the moisture resistance, as indicated by the SDR, improved in the HL-added mixes, which had aged lesser than the normal mixes. CONCLUSIONS : It was concluded that the moisture resistance of the asphalt mixture decreased with the increase in aging level, and hydrated lime was effective in preventing the degradation of the moisture resistance by reducing the age-hardening of the binder. However, since this study used a limited range of materials, further studies using more materials are required to reach a more generalized conclusion.

아스팔트 혼합물은 덤프트럭으로 운반․대기 중 단기노화(short-term aging: STA) 되므로 모든 현장혼합물은 STA후 포설된다. 따라서 실험실에서 현장에 포장된 아스팔트 혼합물의 각종 특성을 추정하려면 같은 재료로 반드시 STA 처리 후 공시체를 제조해야한다. 이것이 실험실 혼합물을 STA 처리하는 근본적인 이유이며, 실험실 STA 방법은 현장상태를 최대한 근사하게 모사(simulation) 토록 규정되어져야 한다. 그러나 국내는 물론 외국 기준도 이러한 근본적인 원리를 제대로 준수 하지 못하고 있어 기준에 제시된 대로 STA를 수행해서는 현장에 포장된 아스팔트 혼합물의 특성을 추정할 수 없다. 이를 해결하기 위한 한 가지 방법의 한 방법은 노화량(aging quantity: AQ) 모델링을 통하여 혼합물의 노화도를 추정하는 것이다. 밀입도 혼합물의 AQ 모델은 기존의 연구에 의하여 지수함수 식으로    와 같이 제시되었다. 하지만 SMA 혼합물은 바인더 함량이 높고 섬유제 등이 사용되어 밀입도와 다르므로 본 연구에서는 SMA에 대한 AQ 모델식을 개발하고 이로부터 단기노화 온도와 시간에 따른 노화도를 추정하는 연구를 수행하였다. 그러므로 본 연구의 목적은 SMA 혼합물의 단기노화도를 추정하기 위하여 기 개발된 AQ 모델을 SMA 혼합물에 적용하여 필요한 보정을 통해 SMA 혼합물의 AQ 모델로 노화도를 추정하는 방안을 제시하는 것이다. 노화도는 아스팔트 노화의 척도로는 가장 많이 쓰이는 절대점도(absolute viscosity: AV)를 이용하였으며 SMA 혼합물을 대상으로 하여 SMA 노화도 정립에 필요한 기초자료를 제시코자 한다.

PURPOSES: This study aims to show the difference of the binder aging level in the hot-mix asphalt (HMA) mixture after short-term aging (SA) under different aging conditions, such as mixture temperature and duration in hour. METHODS: Three SA times (i.e., 1 h, 2 h, and 4 h) at two temperatures (i.e., 160℃ and 180℃) were used for the normal mixtures prepared using a PG64-22 asphalt. The field long-term aging (LA) was simulated by applying the same LA procedure (65 h at 110℃) to all compacted specimens, prepared at the air void of 7% using each SA-treated mixture, in a convection oven. The binder aging level was measured in terms of large molecular size by gel-permeation chromatography (GPC) from the mixture and the absolute viscosity (AV) from the recovered binder. The aging levels were evaluated using those two properties after SA and LA, and then compared based on the normal SA (NSA) mixture (1 h at 160℃). The service life reduction caused by SA in various conditions was estimated based on the aging level of the field cores from different locations in various service lives. RESULTS: The results of the laboratory evaluation indicated that the binder of the mixture, which was treated at longer SA time and higher temperature, showed a significantly higher aging level than the NSA mixture. The binder aging level from a longer time, such as 2 h and 4 h SA, or at a higher temperature (180℃), were estimated to be similar to that of the mixtures, which had already been in field service for several years. CONCLUSIONS : The HMA mixture should be produced at a moderate temperature, such as 160℃, and placed within a limited hauling and queuing time to avoid a significant short-term aging of the binder before placement in the field pavement. The SA for a longer time at a higher temperature than the NSA condition was found to be detrimental to the service life of the asphalt pavement.

아스팔트는 잘 알려진 대로 골재와 혼합되고 아스팔트 포장으로 포설되어 공용되면서 2단계의 노화 (aging) 과정을 거친다. 첫째는 혼합물의 제조와 운반 및 포설 전까지 급속도로 일어나는 단기노화 (short-term aging) 과정이고 둘째는 이어지는 공용과정에서 시간이 지남에 따라 서서히 발생하는 장기 노화(long-term aging)과정이다. 이 두 과정은 연결되어 있으나 그 진행속도가 다르다. 국내의 경우 신 규바인더의 절대점도(absolute viscosity)가 약 1,800~2,000 poise인 60-80 아스팔트를 사용할 경우 단 기노화과정이 끝나면 약 5,000±1,000poise 정도로 높아진다. 그리고 이 혼합물의 포설되어 5~6년 정도 가 지나면 약 10,000±2,000poise 정도로 높아진다. 대게 이 정도의 노화가 바인더를 RTFO→PAV 처리 하여 얻어지는 점도이다. 이 상태에서 다시 5~6년이 지나면 아스팔트의 점도는 약 100,000poise 전후로 급속히 높아진다. 따라서 혼합물이 비벼지면서부터 단기노화를 거쳐 5∼6년 까지를 아스팔트 장기노화의 1단계, 그 이후를 2단계로 구분할 수 있다. 즉, 장기노화 1단계 까지는 점도 상 신규바인더의 약 5배, 그 리고 2단계는 신규바인더의 50배(1단계의 약 10배)의 노화가 진행 된다. 따라서 이의 예측 모델을 추정하 는 것은 쉬운 일이 아니다. 따라서 본 연구의 목적은 아스팔트 노화를 이와 같이 두 단계로 구분하여 각각 의 추정 가능 모델을 연구하는 것이다. 이를 위해서 아스팔트의 각종 특성인 stiffness (G*/sin δ), DSR pass/fail 온도, 침입도 등을 구하고 이들의 상관관계를 구하며, 노화아스팔트의 노화시간과의 상관관계 를 구하여 그 변화 양상을 보여준다. 그리고 노화 특성 지수로 가장 널리 사용되는 절대점도를 이용하여 2 단계별로 노화예측모델을 연구하고, 이 두 모델을 합성 도식화하여 제시함으로써 아스팔트의 노화에 따 른 점도 변화를 개념적으로 이해할 수 있도록 할 것이다.

아스팔트 포장체내의 아스팔트 노화 (Aging)는 제조 및 운반 중 단기간에 일어나는 단기노화 (Short-term aging: STA)와 장기간에 걸쳐 공용중 일어나는 장기노화로 구분된다. 그 중에서도 단기노화 는 짧은 시간에 노화가 이루어지며, 포설 후 일어나는 장기노화 보다 매우 빠르게 진행 된다. 따라서 단기 노화 기간에 노화가 적게 발생되도록 조치를 취하는 것은 아스팔트 포장의 장기 공용성 확보에 중요하다. 단기노화 과정은 고온의 골재와 바인더의 접촉 시부터 시작되며 트럭에 적재되어 포설 전까지 고온상 태로 유지되는 동안에 진행된다. 일반 아스팔트 혼합물에서 중량으로 바인더는 5% 전후이므로 혼합물의 온도는 전체의 95% 가량을 차지하는 골재온도에 좌우된다. 그러므로 골재온도는 혼합물 온도를 좌우하므 로 과다 단기노화의 주원인이라 할 수 있다. 하지만 이러한 단기노화 온도의 중요성에 대한 심도 있는 연 구는 드문 실정이다. 가열아스팔트 (Hot-mix asphalt: HMA) 혼합물은 작업성 확보를 위해 계절에 따라 생산온도에 차이가 나는데 이는 단기노화에 영향을 미칠 것이다. 아스팔트 혼합물은 포설 전 어떤 수준이든 노화 되며 공용 시작과 함께 그 노화수준으로부터 장기노화가 시작된다. 포설 전 아스팔트가 많이 노화되면 그 포장은 높 은 초기 노화수준으로 인해 빨리 기(성)능이 취약해지므로 기대수명이 짧아질 것이다. 이에 대비해 현장 에서 노화 수준을 낮추는 조치를 얻기 위하여 실험실 혼합물의 인공노화를 통해 노화차이를 구명할 필요 가 있다. 단기노화는 포장공정에서 피할 수 없는 한 과정이므로 실험실 혼합물에 대한 단기노화는 현장혼합물이 포설되기 전 노화과정을 모사하여 공시체 다짐 전에 일시적으로 처리하는 공정이다. 국내의 가열아스팔트 (Hot-mix asphalt: HMA) 혼합물의 단기노화 방법은 일반혼합물의 경우 160℃ 1 시간으로 규정되어 있 다. 하지만 이는 표준 방법이고 이와 다른 온도에서의 단기노화가 어떤 차이를 가져오는지를 본 연구에서 조사하고자 하였다. 따라서 본 연구의 목적은 다양한 온도에서 단기노화 HMA 혼합물의 노화 상태를 평가하여 온도에 따른 노화도 차이의 심각성을 평가하는 것이다. 본 연구를 통해 온도에 다른 HMA 혼합물의 노화차이가 확인 된다면 이를 근거로 현장 혼합물 골재온도의 적정수준을 제시하는 기초를 마련할 수 있을 것이다. 혼합물 내 바인더의 노화 상태를 직접 분석하기 위하여 Gel-permeation chromatography (GPC) 기법 을 이용하였다. GPC에서 얻어진 대형분자 (large molecular size: LMS) 비율(%)은 절대점도 (Absolute viscosity: AVS)와 매우 높은 상관관계 (R2 > 0.9)를 보인다. 그리고 절대점도는 아스팔트의 노화기준으로 가장 널리 적용되므로 본 연구에서도 LMS로부터 AVS를 추정하여 노화도 분석에 사용하였다.

바인더의 노화로 인한 성능변화는 침입도 또는 점도시험을 실시하여 판정하여왔다. 기존의 시험방법으로 아스팔트 바인더의 점탄성 특성과 실제거동을 평가할 수 없기 때문에 새로운 분석방법이 요구되어 왔다. 본 연구에서는 기존시험 방법을 사용하여 침입도지수와 잔류침입도를 판정하였고, 양방향 반복회전 모드와 일방향 반복회전 모드 시험을 실시하여 단기 노화된 아스팔트 바인더의 유변학적 특성을 분석하였다. 시험결과 단기 노화된 아스팔트 바인더는 시험주기(frequency) 즉, 차량속도의 변화에 따라 서로 다른 복합계수와 위상각을 나타냈으며 단기 노화 전후의 크리프 컴플라이언스 및 전단점도 시험결과에도 영향을 미치는 것으로 나타나서 포장 설계시 이러한 특성이 고려되어야 한다.