PURPOSES : The adhesive bonding strength of the grid between asphalt pavements is critical in pavement performance. The study is to compare and evaluate the interlayered bonding strength of asphalt mixture specimens with fiber-glass grid (FG) reinforcement and different tack coating materials based on the test results of the shear bonding test. METHODS : Asphalt mixtures were molded with FG reinforcement using various tack coating materials namely RSC4 and D/B coat. The adhesive shear-bond strength was measured by inducing a monotonic shear loadnig rate of 5 mm/min at 20℃. RESULTS : As expected, the asphalt mixture with non-reinforced FG exhibited the highest adhesive shear-bond strength, followed by that of the FG with D/B coating. The ranking order of superiority is as follows: Control (RSC4) > D/B+FG > RSC4+FG. CONCLUSIONS : The results of this experimental study indicate that FG with RSC4 and D/B tack coats can be successfully used in asphalt concrete overlay construction with superior field performance. Based on the test results and literature review, the field bonding strength should exceed 300kPa in grid reinforced asphalt pavement.

PURPOSES: The objective of this study is to evaluate the physical properties of recycled asphalt mixtures reinforced with glass fiber. METHODS: Firstly, mixing design was conducted on recycled asphalt mixture for use of 50% recycled aggregate. Various laboratory tests were performed on four types of recycled asphalt mixtures with different glass fiber content to evaluate the physical properties. The laboratory tests include indirect tensile strength test, dynamic modulus test, Hamburg wheel tracking test and tensile-strength ratio to evaluate cracks, rutting and moisture resistance of mixtures. RESULTS: The indirect tensile strength of fiber reinforced glass increased about 139.4%. As a result of comparing the master curves obtained by the dynamic modulus test, the elasticity was low in the low temperature region and high in the high temperature region when the glass fiber was reinforced. The glass fiber contents of PEGS 0.3%, Micro PPGF 0.1% and Macro PPGF 0.3% showed the highest moisture resistance and rutting resistance. CONCLUSIONS : The test results show that use of glass fiber reinforcement can increase the resistance to cracking, rutting, and moisture damage of asphalt mixtures. It is also necessary to validate the long-term performance of recycled asphalt mixtures with glass fiber using full scale pavement testing and field trial construction.

PURPOSES: This study evaluated the field applicability and laboratory performance of glass fiber-reinforced asphalt (GFRA) mixtures. METHODS : The general hot-mix asphalt (HMA) and GFRA mixtures were paved in five sites, including three national highways, one express highway, and an arterial road, to evaluate field applicability and durability. The plant mixing and construction method for the GFRA were similar to those for the general HMA. The lab performances of the field samples were relatively compared through the mechanical measures from the Marshall stability, indirect tensile strength, and dynamic stability. The field performance was surveyed after a year. RESULTS : The lab tests verified the superior lab performances of the GFRA compared to the general HMA. The Marshall stability of the GFRA increased for about 128% of the general HMA. The indirect tensile strength of the GFRA was 115% greater than that of the general HMA. The dynamic stability of the GFRA resulted in 16,180 reps/mm, which indicated that high rut resistance may be expected. No noticeable defects, such as cracks or deformation, were observed for the GFRA sections after a year. CONCLUSIONS: The lab tests and field survey for the five GFRA sites resulted in superior performances compared to the general HMA. The relatively low-cost GFRA, which required no pre-processing procedures, such as polymer modification, may be a promising alternative to the polymer-modified asphalt mixtures. The long-term performance will be verified by the superior field durability of the GFRA in the near future.

중국 연길은 경제가 발전하면서 물류의 원동력인 중차량이 많이 증가하고 있는 실정이므로, 2000년 이 후 부터는 일반 아스팔트 보다는 고내구성의 재료인 개질 아스팔트(Polymer Modified Asphalt, PMA), 보강아스팔트, 구스 아스팔트, 및 반강성 포장 등을 많이 적용하고 있으나, 값비싼 초기 비용 대비 장기 공용 성능 확보에 많은 어려움을 느끼고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 중국의 환경 및 교통 하중 조건에 대한 자료 및 아스팔트 포장 재료 품질규격, 시공기준을 고려한 현지화 기술 개발을 통한 도로 포 장의 파손 문제해결과 유지보수 비용 절감을 위한 대응 방안이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 중국 연길의 현지 적용을 위하여 연변 창운 도로 보수 회사의 도움으로 구간 선정 및 품 질 관리, 시험 시공에 필요한 재료 및 건설 장비를 제공 받았으며, 국내 이에스지산업(주)의 협조를 받아 유리섬유 그리드 보강재(ESGRID)를 깔고 그 위에 유리섬유 보강 혼합물(Fiber)을 시공하였다. 콜드빈 배 합으로 10-25(mm) 골재 22%, 10-15(mm) 골재 26%, 3-10(mm) 골재 23%, 0-5(mm) 골재 26%, 채움 재 1.5%, 플라스틱 코팅 유리섬유(Polyprophelene-Coated-Glass Fibe: PPGF 10mm 장섬유 0.5%), 및 플라스틱 코팅 유리섬유 파분 골재(Polyprophelene-Coated-Glass Fiber Scraps: PPGS 1.0%) 등을 사용하였으며, 아스팔트 함량은 4.0%를 적용하였다. 공사 설계도면에는 기층 5cm, 표층 4cm로 되어 있 었으나, 최종으로 표층을 5cm하는 것으로 진행을 하였다. 2015년 12월에 추적 조사를 실시한 결과 보강 재(ESGRID)와 유리섬유 보강 아스팔트 혼합물 공법을 적용한 구간은 문제가 발생하지 않았으나, 일반 아 스팔트 혼합물 포장 구간은 시공 후 약 2개월이 지났음에도 불구하고 차량 바퀴통과 방향으로 골재 탈리 현상이 발생하였다. 이로 인하여 보강재(ESGRID)와 유리섬유 보강 혼합물을 동시에 사용하여 현지 도로 조건에 적합한 적정 기술이라고 할 수 있다. 또한 가격적인 문제와 환경에 대한 대책을 마련하고 관련 시 험을 진행한다면 해외 진출에 많은 도움이 될 것으로 판단된다.

도로포장은 구조 및 재료 조건과 더불어 환경 및 교통하중 조건에 영향을 받아 러팅(Rutting), 피로균 열, 반사균열, 온도균열 등의 파손을 일으켜 설계수명에 도달하기 이전에 유지보수를 실시해야 하는 경우 가 자주 발생한다. 이러한 유지보수를 실시하는데 있어 기존의 파손된 도로 포장위에 아스팔트 덧씌우기 를 하는 방법이 있으며, 지난 2006년에는 탄소섬유와 유리섬유를 격자망으로 직조한 섬유보강재를 이용 한 아스팔트 덧씌우기 공법이 개발되어 2014년 기준 시공연장이 250km에 달한다. 최근 국･내외에서는 섬유보강재를 이용한 유지보수 방법의 효과를 확인하기 위한 연구가 활발히 진행되었다. 권세용 외(2005) 는 섬유보강 아스팔트 혼합물의 균열저항성 연구를 통해 덧씌우기 층의 층간 섬유 부착력은 아스팔트의 휨 강성 및 균열 저항성에 큰 영향을 끼친다는 연구결과를 보였다. 박상구 외(2010)는 이러한 섬유보강 아스팔트 포장의 부착 전단강도를 증가시키고 장기 공용성을 향상시키기 위해서는 시공시 표층 아스팔트 의 다짐 온도가 저하되지 않도록 노면절삭에서 표층 아스팔트 타설과 다짐까지의 작업을 연속적으로 수행 해야 한다는 연구결과를 보였다. 국내에서는 비교적 최근 섬유그리드 보강 아스팔트포장의 시공이 이루어졌기 때문에 초기의 거동 및 성능에 대한 검증은 이루어졌지만 일반 아스팔트포장의 거동 및 성능과의 장기적인 비교 분석이 아직까지 제대로 이루어지지 않은 실정이다. 본 연구의 목적은 장기공용성 조사를 위해 시공완료 후 5~8년이 경과된 구간의 아스팔트 덧씌우기 포장 의 거동과 공용성에 미치는 섬유그리드의 효과를 확인하는데 있다. 노후된 일반국도 아스팔트포장의 섬유그 리드 보강 아스팔트로 덧씌운 구간과 일반 아스팔트로 덧씌운 구간의 현황조사를 실시하였으며, 이들 구간 의 PMS자료와 노면촬영사진을 분석하여 파손현황을 비교하고, 현장에서 채취한 코어에 대해 실내실험을 실시하여 파괴에너지, 부착전단강도 등의 데이터를 획득하였다. 실험 분석 결과를 구조해석의 입력값으로 활용하여 섬유그리드 포장과 일반 아스팔트포장의 러팅, 피로균열 해석을 통해 거동을 비교하였다.

아스팔트 덧씌우기는 어느 정도 파손이 진행된 아스팔트 포장이나 시멘트 콘크리트 포장 위에 아스팔 트 혼합물을 포설하는 포장 보수 공법으로 지난 2006년에는 탄소섬유와 유리섬유를 느슨한 격자막 형태 로 직조한 토목섬유 보강재를 노면에 부착하여 아스팔트 포장체의 균열저항성을 증진시킬 수 있는 섬유그 리드 보강 덧씌우기 공법이 개발되어 현재까지 136km의 달하는 구간에 시공되었다. 그에 따라 최근 국내 에서는 섬유그리드 보강 덧씌우기 포장의 효과를 확인하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 김광우 외 (1999)는 아스팔트 콘크리트 덧씌우기에서 야기되는 반사균열에 대한 저항성 향상을 위한 연구를 통해 유 리섬유 그리드로 보강된 아스팔트 혼합물이 반사균열 저지에 효과적이라는 연구결과를 보였다. 도영수 외 (2005)도 아스팔트 덧씌우기 포장에 나타나는 반사균열 제어를 목적으로 시멘트 콘크리트 포장과 아스팔 트 덧씌우기 포장 경계면에 보강재의 부착 방법을 달리하여 실내실험을 진행하였으며, 불포화 폴리에스터 수지 부착이 가장 효과인 것을 확인했다. 또한 박상구 외(2010)는 이러한 섬유보강 아스팔트 포장 부착의 전단강도를 개선하여 섬유보강 아스팔트 포장의 성능을 극대화하기 위한 연구를 진행하여 현장에서 지켜 야 할 만한 규정을 제안하였다. 국내에서의 섬유그리드 보강 덧씌우기 포장공법은 비교적 최신의 기술이기 때문에 일반 아스팔트 덧씌 우기 포장공법과의 장기적인 공용성 비교가 제대로 이루어지지 않은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 섬 유그리드 보강 덧씌우기 포장 공법의 장기공용성 조사를 위해 재령 8년이 된 국내 고속도로 콘크리트 포 장의 PMS 데이터를 확보하여 추적조사와 구조해석을 실시하였다. 결과 분석을 통해 기존 콘크리트 포장을 섬유그리드로 보강하고 덧씌웠을 때가 그렇지 않은 경우보다 수명이 증진되는 것으로 나타났으며, 섬유그리드가 반사균열에 저항하는 것을 확인하였다.

PURPOSES : In this study, a fracture-based finite element (FE) model is proposed to evaluate the fracture behavior of fiber-reinforced asphalt (FRA) concrete under various interface conditions. METHODS: A fracture-based FE model was developed to simulate a double-edge notched tension (DENT) test. A cohesive zone model (CZM) and linear viscoelastic model were implemented to model the fracture behavior and viscous behavior of the FRA concrete, respectively. Three models were developed to characterize the behavior of interfacial bonding between the fiber reinforcement and surrounding materials. In the first model, the fracture property of the asphalt concrete was modified to study the effect of fiber reinforcement. In the second model, spring elements were used to simulated the fiber reinforcement. In the third method, bar and spring elements, based on a nonlinear bond-slip model, were used to simulate the fiber reinforcement and interfacial bonding conditions. The performance of the FRA in resisting crack development under various interfacial conditions was evaluated. RESULTS : The elastic modulus of the fibers was not sensitive to the behavior of the FRA in the DENT test before crack initiation. After crack development, the fracture resistance of the FRA was found to have enhanced considerably as the elastic modulus of the fibers increased from 450 MPa to 900 MPa. When the adhesion between the fibers and asphalt concrete was sufficiently high, the fiber reinforcement was effective. It means that the interfacial bonding conditions affect the fracture resistance of the FRA significantly. CONCLUSIONS: The bar/spring element models were more effective in representing the local behavior of the fibers and interfacial bonding than the fracture energy approach. The reinforcement effect is more significant after crack initiation, as the fibers can be pulled out sufficiently. Both the elastic modulus of the fiber reinforcement and the interfacial bonding were significant in controlling crack development in the FRA.

아스팔트 포장도로의 공용수명을 연장하기 위해 다양한 방법이 소개되었으며, 대표적인 방법으로 화학 적 개질제를 이용하는 방법과 격자형태의 토목섬유를 이용하는 방법이 있다. 화학적 개질제를 이용하는 방법은 아스팔트 바인더에 석유계(SBS 또는 SBR) 폴리머 입자를 중합하여 아스팔트 바인더의 점도를 증 대시킨 방법이다. 이 방법은 고온에서 아스팔트 혼합물의 소성변형 저항성에 유리한 효과를 나타내기도 하지만, 과다한 비용, 품질관리의 어려움, 혼합물 생산 온도 증가에 따른 에너지 비용 증대, 탄소 이중결 합 (C=C) 존재로 산소와의 반응성이 커서 고분자 망상구조를 조기에 상실하여 연화점이 낮아지는 점, 및 저온에서 재료의 취성증대로 인한 균열 가능성 문제 등을 단점으로 제기할 수 있다. 또 다른 예로써 격자 형태의 토목섬유를 이용하는 방법은 하부층으로부터의 반사균열 저항에 유리한 효과를 나타내지만, 시공 과정이 복잡하여 공사기간이 길어지고, 공사비가 상승하며, 또한 상부 표면으로부터 3-5㎝ 표층 내부에 서 가장 큰 집중응력 또는 전단변형이 발생하는 경우에는 이에 대해 대응할 수 없다는 맹점이 있다. 최근 합성 또는 비합성 섬유를 활용하여 가열 아스팔트 혼합물의 인성 증대를 통해 소성변형 또는 균열 등에 대한 저항성능을 향상시키기 위한 연구가 활발하게 수행되고 있다. 미국의 경우, 열가소성 또는 열 경화성 섬유를 동시에 혼입하여, 열가소성 섬유와 아스팔트 바인더의 바람직한 상용성으로 작업성 개선 및 열경화성 섬유의 인성증대 특성을 활용하여 아스팔트 바인더의 고분자 개질 없이도 그에 상응하는 개 선된 물리적 성능을 발현하는 섬유보강 혼합물을 개발하여 적용하고 있다. 그러나, 상기와 같은 섬유를 아스팔트 혼합물에 적용할 경우, 혼합물 생산시 섬유의 효과적인 분산을 해결해야하는 최우선 과제로 판 단할 수 있다. 본 연구에서는 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 경제적이면서 우수한 물리적인 특성을 가지는 75μm이하의 미세 유리섬유 파분을 펠렛 또는 입자 형태로 한 석분 치환용 보강재와 여러 가닥의 유리섬유를 폴리프로필렌과 같은 수지재로 코팅하여 다발형으로 만든 섬유 보강재를 혼합한 구성 으로 이루어져, 비중이 일반 골재와 유사하게 되어, 간편하게 현장 플랜트에서 투입이 가능하다. 가열 아스팔트 혼합물 내에서 섬유의 뭉침 현상이 없는 유리섬유 복합 보강재료와 이를 이용한 가열 아 스팔트 혼합물의 Hamburg Wheel 시험 및 간접인장강도 시험결과, 유리섬유 치환·보강 혼합물의 경우, 20,000회 재하동안 평균 3.5mm의 매우 작은 변형을 나타낸 반면, 일반 혼합물의 경우, 5,000회 이전에 파괴되었으며, 간접인장강도의 경우, 건조 및 동결융해 시편 모두에서 유리섬유 보강 시편이 2배 이상의 향상된 강도 증진 효과를 나타내어, 유리섬유 보강 아스팔트 혼합물의 현장 적용시, 우수한 공용수명 증 진 효과를 기대한다.

섬유를 아스팔트포장에 적용하여 공용수명을 증진시키고 균열을 최소화하려는 노력은 1960년대부터 이루어져왔다. 1980년대에는 도로포장의 영구변형과 반사균열을 억제하기 위하여 처음으로 강섬유를 적용하였다. 이후에도 다양한 섬유를 아스팔트 혼합물에 배합하여 강성을 증진시키고 균열을 저감하려는 노력은 계속되었다. 하지만, 섬유보강을 아스팔트 층 내에 그리드타입으로 적용하려는 시도는 없었다. 본 연구는 유리섬유, 폴리에스테르섬유, 탄소섬유 등을 그리드타입으로 아스팔트재료 내에 하나의 층으로 삽입하여 강성과 균열저항성을 증진시키고자 한 연구이다. <그림 1>에서 보여지듯이 섬유보강층을 아스팔트 층내에 삽입하여 4점 휨인성 실험을 실시하고 소형포장가속시험기(MMLS3, 3rd-Scale Model Mobile Load Simulator)를 사용하여 수분저항성을 확인하였다. 본 연구에서는 단섬유를 골재, 아스팔트와 배합하는 혼합방식이 아닌 각각의 역학적 특성을 보존하고 아스팔트의 공용수명을 증진시키기 위한 연구이다. 실내실험 중에서 4점 휨인성 실험을 통하여 균열저항성을 비교 검토하였고 소형포장가속시험기(MMLS3)를 통하여 포장체 공용성을 확인하였다. 또한, 스위스 연방재료연구소(EMPA)에서 개발한 중공축 전단실험(CAST, Co-Axial Shear Test)을 통하여 탄성특성 및 FEM 모델링을 수행하였다. 본 연구는 실내 및 소형포장가속시험기를 바탕으로 현장의 시공법을 개발하기 위한 기초연구로 수행하였으며 이후 현장시험을 바탕으로 시공성을 검토하였다. 향후 다양한 섬유와 보강방법을 개발하여 공용수명을 증진하고 균열 및 수분저항성을 증진시키는 섬유보강 아스팔트에 대한 연구가 지속적으로 수행될 예정이다.

섬유보강 아스팔트 포장은 신설뿐만 아니라 유지보수를 위한 덧씌우기에도 적용 가능한 포장 유형이다. 섬유보강재를 아스팔트 층 사이에 설치하여 하부 층에 이미 발생된 균열을 정지시키거나 지연시키고 러팅을 저감할 수 있다. 본 연구에서는 섬유보강 아스팔트 포장과 일반 또는 개질 아스팔트 포장의 공용성을 비교하기 위하여 균열율, 러팅, 종단평탄성, 그리고 처짐을 조사하였다. 현장조건에 근거하여 11개 구간을 비교에 적합한 구간, 비교에 제약이 있는 구간, 그리고 비교가 곤란한 구간의 세 가지 그룹으로 나누어 조사하였으며 측정된 자료는 통계적으로 분석되었다. 섬유보강 아스팔트 포장은 일반 또는 개질 아스팔트 포장에 비해 러팅 저항성이 크고 종단평탄성이 증진되는 효과가 있었다. 하지만, 처짐은 유사했으며 조사된 구간의 공용기간이 짧아 균열에 대한 저항성은 비교할 수 없었다.

본 연구에서는 국내 LTPP 구간에서 수행된 FWD 시험의 결과를 바탕으로 섬유보강, 폴리머 개질, 일반 아스팔트 포장의 구조적 성능을 비교 평가하였다. FWD 시험 결과, 표층 하단부의 인장변형량이 섬유보강 아스팔트는 29%, 폴리머 개질 아스팔트는 21% 저감되는 것을 확인하였다. 또한 FWD 처짐량을 역산하여 각 층의 탄성계수를 추정한 후 이를 바탕으로 AASHTO 설계방법, 구조적 해석 방법 및 생애주기비용분석을 통해 섬유보강 및 폴리머 개질 아스팔트 포장의 비용 효과를 분석하였다. 분석 결과, 섬유보강은 약 5cm, 폴리머 개질은 약 3cm의 아스팔트 층 두께 감소 효과를 보여주었다. 그러나 섬유보강 및 폴리머 개질 아스팔트의 고가격으로 인하여 전체 시공재료비는 일반 아스팔트 포장에 비해 상승하는 결과를 보여주었다. 생애주기비용 결과는 초기 공사비는 섬유보강 및 폴리머 개질 아스팔트 포장이 높지만, 유지관리비용 및 사용자비용은 감소하는 것으로 나타났다.

국내 LTPP(Long Term Pavement Performance) 연구에서 섬유보강 아스팔트 포장의 성능을 평가하기 위해, 국도 1호선 구간에 일반 아스팔트 포장과 섬유보강 아스팔트 포장을 각각 시공하였으며, 각각의 단면에 포장체 구조적 거동을 측정할 수 있는 계측센서를 매설하였다. 본 연구에서는 국내 LTPP구간에서 수행된 차량재하시험과 FWD시험의 결과를 바탕으로 섬유보강 아스팔트 포장의 구조적 성능을 평가하였다. 본 연구결과, 차량재하시험에서 섬유보강재를 사용할 경우 표층하단부의 변형률이 크게 저감되는 것을 확인하였다. 또한 일반 아스팔트 포장보다 응력중립축이 상승하여 일반 아스팔트포장은 중간층 하단에서 압축변형이 발생하는 반면에, 섬유보강 아스팔트포장은 중간층 하단에서 인장변형이 발생하였다. 반면 기층 하단부에서의 인장변형률은 두 포장형식 모두 큰 차이를 나타내지 않았다. FWD 시험에서도 섬유보강재를 사용할 경우 약 24% 정도 표면 처짐 량이 저감되는 것을 확인하였다. 이와 같은 결과를 종합하여 볼 때, 섬유보강 아스팔트 포장이 소성변형에 대한 저항성을 증진시킬 수 있다고 판단되며, 향후에 포장상태조사를 통해 장기포장공용성에 대한 연구가 수반되어야 할 것이다.

상온아스팔트 혼합물은 생산공정이나 시공 중에 naphtha나 kerosene을 사용하는 컷백 아스팔트와 같이 환경오염물질을 생성하지 않고 골재와 아스팔트 바인더를 가열하지 않기 때문에 가열아스팔트 혼합물에 비하여 환경친화적이며 경제적이다. 그러나 일반적으로 상온아스팔트 혼합물은 가열아스팔트 혼합물에 비해 내구성이나 수분민감성에서 미흡한 점이 많다. 본 연구에서는 상온아스팔트의 수분민감성과 내구성을 증진시킬 수 있는 섬유보강 상온아스팔트 혼합물(FEAM)에 대한 평가를 하였다. 최적 유화아스팔트량(OEC), 최적함수량(OWC) 그리고 최적 섬유보강제 첨가량(OFC)를 결정하기 위해서 마샬배합설계를 수정 개발하였다. 최적의 섬유보강 상온아스팔트 혼합물과 일반 상온아스팔트 혼합물을 제작하여 마샬안정도 시험, 간접인장강도 시험 및 회복탄성계수 시험을 실시하였고 그 결과를 가열아스팔트 혼합물의 결과와 비교하였다. 결과로 FEAM과 EAM 모두 마샬배합설계 기준으로 중간 교통량에 충분한 것으로 판명되었다. 또한 섬유보강에 의하여 일반 상온아스팔트 혼합물의 수분민감성과 내구성이 증진하는 효과도 얻을 수 있는 것으로 판명되었다