교통량이 증가하고 교량과 같은 특수구조물에 아스팔트 포장이 시공되는 사례가 증가함에 따라 일반적으로 사용되는 아스팔트보다 높은 성능을 가진 아스팔트에 대한 수요가 증가하고 있다. 일반 아스팔트 혼합물은 내구연한이 지나면 재생첨가제 등을 사용하여 다 시 도로포장재료로서 재활용할 수 있는 방안이 마련되어 있으나, 개질 아스팔트가 사용된 폐아스팔트 혼합물은 매립재로 사용하는 것 이외에는 별다른 대안이 없는 실정이다. 이에 본 연구에서는 국토부 지침에 규정된 재활용 아스팔트 혼합물 배합설계법을 적용하여 개질 폐아스팔트 혼합물을 재활용할 수 있는지를 검토해보고자 하였다. 이를 위해 개질 아스팔트를 활용하여 혼합물을 제작하였으며, 현장에서 수거되는 폐아스팔트 혼합물의 노화상태를 모사하기 위해 AASHTO R 30을 참고하여 강제 노화를 실시하였다. 노화 및 추출 과정에서 아스팔트의 물성 변화를 확인하기 위해 절대점도, DSR, MSCR 시험을 실시하였다. 시험결과, 추출 후 바인더의 절대점도는 감소하였으나 G*(복합전단계수)와 δ(위상각)은 증가하는 경향을 보였다. 소성변형 저항성을 확인하기 위해 MSCR(다중 응력 크리프 및 회복) 시험을 실시한 결과,  이 2배 가까이 증가하여 소성변형 저항성이 감소한 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 추출시 사용 되는 용매가 개질첨가제를 추출하지 못하여 기인한 결과로 판단된다. 따라서 개질 폐아스팔트 혼합물을 재활용하기 위해서는 기존과 는 다른 별도의 배합설계법이 개발되어야 할 것으로 판단되었다.

PURPOSES : The aim of this study is to investigate the enhancement of performance and the mix design method for asphalt mixtures utilizing ferronickel slag, an industrial by-product METHODS : To enhance the performance of FNS asphalt, waste tire powder (CR) was incorporated, and the characteristics of FNS asphalt aggregate, along with the impact of CR, were evaluated through the mix design process. RESULTS : CR is found to be suitable with a size of 30 mesh, and the optimal usage amount is determined to be 1±0.1% of the mixture weight, considering dense grade asphalt mixture. Volumetric design considering the swelling characteristics of CR is necessary, and a mixing design with a consistent tendency can be achieved only when an appropriate VMA is secured. CONCLUSIONS : The mix design for FNS-R asphalt mixture requires an increase of approximately 1% in VMA compared to conventional dense-graded asphalt mixtures to accommodate the swelling of CR. Additionally, FNS-R asphalt exhibits improved resistance to rutting comparable to modified asphalt and meets quality standards, including stripping resistance.

PURPOSES: This paper presents a mix design method for using steel slag as an aggregate for asphalt mixtures. METHODS: Steel slag has a different density and absorption rate than natural aggregates. The asphalt content was calculated according to the steel slag characteristics, and the formula for aggregate-gradation correction was presented. RESULTS: The asphalt mix was designed using the proposed equations. Using the proposed mix design method, it was possible to design the asphalt mixture according to the target-usage amount of the recycled aggregate. CONCLUSIONS: The suggested method can be used for asphalt mix design using aggregates with different densities and absorption rates. It is expected to contribute to quality improvement by ensuring accurate calculation of mixing ratios for steel slag asphalt mixtures.

국내 법적 기준에 따라 2016년부터 거의 모든 도로 포장에 아스팔트 혼합물 물량의 40% 이상을 재활용 아스팔트 혼합물로 사용하게 되었다. 이에 따라 폐아스팔트 콘크리트를 이용한 재활용 아스팔트 혼합물의 품질확보가 중요한 이슈로 부각되고 있다. 아스팔트 콘크리트 포장은 아스팔트 플랜트에서 아스팔트 혼합물이 생산되어 현장에 시공된 후 공용 중에 환경하중, 교통하중 등에 의하여 물성이 변화되고, 누적된 피로에 의해 결국은 파손에 이르게 된다. 이에 따라 도로에서 발생된 폐아스팔트 콘크리트는 아스팔트 혼합물 생산시의 품질, 공용기간, 환경하중이나 교통하중 등에 따라 노화정도가 다르며 물성이 다양하다. 그러므로 폐아스팔트 콘크리트를 이용한 아스팔트 콘크리트 순환골재(이후 순환골재라고 함)의 품질은 폐아스팔트 콘크리트 발생 당시의 물성과 밀링 방법, 순환골재 생산과정에서의 파쇄 및 선별 방법 등에 따라 영향을 받아 변동된다. 따라서 재활용 아스팔트 포장의 조기 균열 등의 문제가 발생하지 않기 위해서는 배합설계시 순환골재의 물성에 따라 노화된 아스팔트를 회복시켜 줄 수 있는 재생 첨가제 등의 적합한 함량을 결정하고, 생산된 아스팔트 혼합물에 포함된 아스팔트의 점도 회복이 중요하다. 본 연구의 목적은 재활용 아스팔트 혼합물 배합설계시 아스팔트 점도를 회복시키기 위한 설계 방안을 제시하는 것이다. 국내 기준에서 재활용 아스팔트 혼합물에서 추출한 아스팔트의 점도는 5,000 Poise 이하이어야 한다. 이에 따라 국내에서는 혼합물 생산 및 운반의 단기노화 과정에서의 점도변화를 감안하여 대부분 설계점도를 2,000 Poise로 설정하고 배합설계를 수행한다. 그런데, 해외 연구 결과 재생 첨가제의 특성에 따라 단기노화 과정에서의 점도 변화율이 다른 것으로 나타났다. 이에 따라 본 연구에서는 혼합 전의 설계점도, RFTO 단기 노화 후의 점도, 제작된 아스팔트 혼합물에서 추출된 아스팔트 점도 등을 비교하여 적합한 배합설계 방안을 검토하였다

고속도로의 품질 보증을 위해 사용되는 시방서에는 크게 두 가지 종류 1) 방법론적 시방서와 2) 공용성 시방서가 있다. 방법론적 시방서는 목표 공용성 달성을 위해 필요한 방법의 기준과 기준의 목표치를 설정 하여 합격/불합격을 결정하는 반면, 공용성 시방서는 어떤 방법을 이용하든 최종 결과물의 품질을 평가하 여 Incentive/Dis-Incentive를 결정하는 방법이다. 방법론적 시방서는 경제적으로 방법의 기준을 맞추기 위해 노력하지만, 공용성 시방서는 시공업체들의 자체 연구를 통한 품질 향상을 기대할 수 있다. 미국의 경우 공용성 시방서는 2012년 오바마 대통령이 최종 사인한 법안인 MAP-21 (Moving Ahead for Progress in the 21st Century Act)에 의해 법적 근거를 마련하였고, 미국 몇몇 주들(뉴저지, 캘리포니 아, 텍사스, 루이지에나 등)에서 이미 사용하고 있다. 공용성 시방서를 실질적으로 고속도로 현장에 적용하기 위해 요구되어지는 것은 누가나 쉽고 빠르게 공용성 평가할 수 있는 툴을 만드는 것이다. 간단한 시험을 통해 재료의 기본 물성치를 측정하고, 측정된 값을 역학적 재료 모델과 구조해석 프로그램의 입력 값으로 사용하여 공용성을 평가함으로써 어떻게 재료 를 개발해야 하는지와 품질 관리를 할수 있을 것인가에 대한 가이드라인도 할 수 있다. 본 연구에서는 아 스팔트 재료의 피로균열과 소성변형의 공용성을 평가하기 위해 NCHRP 9-19와 9-29을 통해 개발된 간 단한 시험 장비인 Asphalt Mixture Performance Tester (AMPT)와 FHWA Hot Mix Asphalt Performance-Related Specification Based on Viscoelastoplastic Continuum Damage Models를 통 해 개발된 모델들과 3D FEM 구조해석 프로그램을 이용하였다. 개발된 모델과 구조해석 프로그램은 미 국, 캐나다, 브라질, 중국, 한국 등의 시험도로를 통해 검증되었다. 공용성 시방서를 현장에 적용하기 위하여 아스팔트 혼합물의 주요 부피 특성들 (Design VMA, Design Air Void, Density)과 공용성과의 관계를 배합 설계 단계에서 파악하였다. 이 관계를 파악하는 것을 공용 성에 근거한 배합 설계라고 하며, 현장에서 역학적 시험 없이 기존의 품질 보증 시방서에서 수행하던 부 피 특성을 측정하는 것으로 공용성을 예측할 수 있다. 골재의 입도가 공용성에 미치는 영향을 분석하기 위하여 Bailey Method를 사용하였다. Bailey Method는 골재의 Packing Principle을 이용하여 골재 입 도에 따른 VMA를 예측함으로써 배합설계의 시행착오를 줄일 수 있다. 12.5mm Superpave 고온 아스팔트 혼합물의 공용성에 근거한 배합 설계 결과, 아스팔트 혼합물의 골재 입도를 간접적으로 표현하는 Design VMA가 부피 특성들 (Volumetrics) 중 피로균열과 소성변형 공용성에 미치는 영향이 가장 큰 것으로 나타났다. Design VMA가 1% 증가할 때, 피로 균열이 73% 감소하고 소성변 형이 32% 증가하였다. 반면, Design Air Void가 1% 증가할 때, 피로균열이 40% 증가하고 소성변형이 22% 감소하였다. 마지막으로 In-Place Air Void (다짐도)가 1% 증가할 때 피로균열이 19% 증가하고 소성변형 또한 10% 증가 하였다. 공용성에 근거한 배합 설계는 Pay Factor와 Incentive/Dis-Incentive 산출에 사용 될 수 있으며 현장에서 아스팔트 혼합물의 부피 특성들을 어떻게 조정해야 하는 가이드라인을 제시 할 수 있다. 마지막으로 공용성에 근거한 배합 설계를 두 개의 아스팔트 층에 적용하여 피로균열과 소성변형의 공 용성이 최적화 될 수 있는 각층의 배합 설계 기준들을 제시하였다. 본 연구에서 소개된 공용성에 근거한 배 합설계 방법은 아스팔트 혼합물의 부피 특성을 공용성에 근거하여 어떻게 조정해야 하는지를 다양한 아스팔 트 포장의 구조에 맞게 제시한다. 추후 아스팔트 덧씌우기 (혹은 복합 포장) 공법과 포장의 두께를 산정할 때 근거자료로 활용할 수 있다.

선회다짐기를 이용하여 아스팔트 혼합물의 배합설계를 하는 경우 선회다짐기의 설계 다짐횟수가 필요하다. 본 연구는 이러한 선회다짐기의 설계 다짐횟수를 결정하는데 그 목적이 있다. 선회다짐횟수의 선정을 위하여 세 가지 방법을 이용하였다. 첫 번째 방법은 Marshall 다짐기로 75회 다짐된 혼합물의 밀도와 동일한 밀도를 주는 선회다짐횟수를 선정하는 것이며, 두 번째 방법은 Marshall 다짐기로 75회 다짐된 혼합물의 변형강도와 동일한 변형강도를 주는 선회다짐횟수를 선정하는 것이다. 세 번째 방법은 선회다짐횟수에 따른 공극률을 측정하여 공극률 4%에 해당하는 다짐횟수를 찾아 결정하는 방법이다. 실내 실험을 위해 총 10가지 종류의 아스팔트 혼합물(1가지 골재×10가지 입도×1가지 아스팔트 바인더)이 제작되었다. 세 가지 방법을 종합한 결과, 아스팔트 혼합물의 배합설계를 위한 설계 선회다짐횟수는 100회로 결정되었다. 이러한 결과는 외국에서 사용되고 있는 설계 선회다짐횟수와 유사한 경향을 보이는 결과로, 향후 국내에서 선회다짐기를 이용한 아스팔트 혼합물의 배합설계가 이루어질 경우 적용이 가능할 것으로 판단된다.

현재의 마샬 배합설계는 공극률, VFA. VMA와 함께 가열 아스팔트 혼합물의 현장 공용성과 관련이 적은 안정도와 흐름값을 포함하고 있다. 게다가, 안정도와 흐름값은 거의 대부분 기준값에 만족하며. 최적 아스팔트 함량(OAC)은 공극률, VFA, VMA와 같은 용적특성에 의해 결정되고 있다. 그러므로 많은 연구자들은 현장 공용성과 관계를 가지는 혼합물을 만들기 위하여 안정도와 흐름값을 대신할 수 있는 역학적 특성에 관심을 가지고 있다. 본 연구에서는 마샬 배합설계방법의 안정도와 흐름값을 대신하여 역학적 특성과 관련있는 변형강도(SD)와 파괴에너지(FE)를 도입하는 배합설계를 제안할 것이다. Kim test로부터 소성변형 저항성과 상관성이 높은 변형강도(SD)와, 간접인장시험으로부터 피로균열을 모사하는 파괴에너지 (FE)를 도입하였다. 현재의 배합설계방법과 제안한 배합설계 방법을 비교하기 위하여 4가지 아스팔트 흔합물을 사용하였다. 제안한 배합설계가 현재의 배합설계방법에 비해 OAC결정에 역학적 특성이 반영되는 결과를 볼 수 있었다.