PURPOSES : Long-life asphalt pavements are used widely in developed countries. In order to be able to devise an effective maintenance strategy for such pavements, in this study, we evaluated the performance of the long-life asphalt pavements constructed along the national highways in South Korea. Further, an economic evaluation of the long-life asphalt pavements was performed based on a life-cycle cost analysis. We aimed to devise a model for evaluating the performance of long-life asphalt pavements using the national highway pavement management system (PMS) database as well as for analyzing the economic feasibility of such pavements, in order to promote their use in South Korea. METHODS : The maintenance history and pavement performance data were obtained from the national highway PMS database. The pavement performances for a total of 292 sections of 10 lanes (5 northbound lanes and 5 eastbound lanes) of national highways were used in this study. Models to predict the performances of hot mix asphalt (HMA) and long-life asphalt pavements under two distinct traffic conditions were developed using a simple regression method. Further, the economic feasibility of long-life asphalt pavements was evaluated using the Korea Pavement Management System (KoPMS). RESULTS : We developed service-life prediction models based on the traffic volume and the equivalent of single-axle load and found that long-life asphalt pavements have service lives 50% longer than those of HMA pavements. Further, the results of the economic analysis showed that long-life asphalt pavements are superior in terms of various economic indexes, including user cost, delay cost, total cost, and user benefits, even though their maintenance cost is higher than that of HMA pavements. A comparison of the economic feasibilities of the various groups showed that group A is superior to HMA pavements in all aspects except in terms of the maintenance criterion (crack 20% or higher) as per the NPV index. However, the long-life asphalt pavements in group B were superior in terms of the maintenance criterion (crack 25% or higher) regardless of the economic feasibility. CONCLUSIONS: The service life of long-life asphalt pavements was found to be approximately 50% longer than that of HMA pavements, regardless of the traffic volume characteristics. The economic feasibility of long-life asphalt pavements was evaluated based on the KoPMS. The results of the economic analysis were the following: long-life asphalt pavements are exceptional in terms of almost all factors, such as user cost, delay cost, total cost, and user benefit; however, the exception is the maintenance cost. Further, the economic feasibility of the long-life asphalt pavements in group B was found to be better than that of the HMA pavements (crack 25% or higher).

PURPOSES: Performance evaluation of four types of asphalt concrete overlays for deteriorated national highways. METHODS : Pavement distress surveys for crack rate and rut depth have been conducted annually using an automated pavement survey vehicle since 2007. Linear and non-linear performance prediction models of the asphalt concrete overlays were developed for 43 sections. The service life of the asphalt overlays was defined as the number of years after which a crack rate of 30% or rut depth of 15mm is observed. RESULTS: The service life of the asphalt overlays was estimated as 17.4 years on an average. In 90.7% of the sections, the service life of the overlays was 15 years or more which is 1.5 times the life of conventional asphalt concrete overlays used in national highways. The performance of the overlays was dependent on the type of asphalt mixture, traffic volume levels, and environmental conditions. CONCLUSIONS : The usage of stone mastic asphalt (SMA) and polymer-modified asphalt (PMA) for the overlays provided good resistance to cracking and rutting development. It is recommended that appropriate asphalt concrete overlays must be applied depending on the type of existing pavement distress.

일반국도의 연장 및 공용기간의 증가로 포장상태가 불량한 구간이 증가하고 이로 인한 유지보수비용이 급 격하고 있다. 제한된 예산으로 일반국도를 효율적으로 관리하기 위하여 포장관리시스템(PMS, Pavement Management System)이 1980년대 말 도입된 이후 현재 한국건설기술연구원에서 국토교통부로부터 위임을 받아 운영 중에 있다. 일반국도 PMS에는 다양한 종류의 유지보수 공법이 적용되고 있다. 1990년대 국내 아 스팔트 포장에서는 소성변형이 급격하게 증가하여 이를 억제하기 위하여 개질 아스팔트를 이용한 장수명 포 장 공법이 1990년대 중반부터 도입되기 시작하였다. 대표적인 장수명 아스팔트 포장 공법으로는 개질아스 팔트 포장(PMA, Polymer Modified Asphalt)과 SMA(Stone Mastic Asphalt)이 있다. 하지만 이러한 장수 명 포장은 일반 아스팔트 포장에 비하여 높은 단가와 현장 공용성 검증 부족으로 일반국도에 활발하게 적용 되고 있지 못하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 일반국도 PMS 데이터베이스를 바탕으로 장수명 아 스팔트 포장의 공용성능을 평가하였다. 일반국도 PMS는 포장상태를 균열률과 소성변형량을 적용하고 있으므로 공용수명을 결정하는 공용성능 인자로 균열률과 소성변형량을 적용하였다. 그림 1은 내유동성 아스팔트 덧씌우기 포장 구간에서 공용기 간에 따른 균열률과 소성변형량의 변화를 나타낸다. 공용수명은 임계 균열률(15%)과 소성변형량(10mm) 을 기준으로 결정하였다. 마지막으로 다양한 조건에 적용된 장수명 아스팔트 포장의 공용수명 영향을 미 치는 인자, 예를 들어 교통량, 환산교통량, 기온 등에 대한 통계분석을 실시하였다. 장수명 아스팔트 포장 의 객관적인 공용성능을 평가하기 위하여 동일한 조건에서 적용된 일반 아스팔트 포장의 공용수명과의 비, 공용성능비를 제안하였다.

1990년대 이후 국내의 산업 발달과 함께 중차량 교통량이 늘어나고 폭염, 폭설, 폭우 등 이상기후 일수 가 증가함에 따라 소성변형으로 인한 포장파손이 급격하게 증가하기 시작하였다. 따라서 일반 아스팔트 포장인 가열아스팔트 포장(HMA, Hot Mix Asphalt)으로는 소성변형의 발생 억제에 한계가 있어 장수명 포장 공법이 90년대 중반부터 도입되기 시작하였으며, 국내에 도입된 장수명 아스팔트포장 공법으로는 개질아스팔트 포장(PMA, Polymer Modified Asphalt), SMA(Stone Mastic Asphalt) 등이 있다. 본 연구에서는 국내 실정에 적합한 장수명 아스팔트포장의 적용 기준을 마련하기 위해 일반국도에서 축적된 PMS DB를 활용하여 장수명 아스팔트포장의 공용성 예측 모형을 만들고, 이를 근거로 장수명 아 스팔트포장의 경제적 효과를 분석하는 방안을 제시하고자 한다. 또한, 현재 공용 중인 일반포장과 장수명 포장의 과거 유지보수 이력자료를 기반으로 프로젝트 수준의 분석과 네트워크 수준의 경제성 분석의 결과 를 검증하고 향후 장수명 포장의 도입을 위한 방안을 모색해 보기로 한다. 먼저 공용성 모형의 개발을 위해 분석 대상 도로구간의 교통량(AADT)의 크기와 중차량의 통행으로 인 한 교통강도(ESAL)를 기반으로 일반 포장과 장수명 포장의 파손예측모형을 개발하였다. 나아가 이용자비 용의 산정을 위해 포장상태의 변화(악화)에 따른 속도의 변화를 고려하기 위해 현장실험을 통해 얻은 포 장상태에 따른 차량의 속도변화 모형을 적용하였다. 생애주기비용분석 기간 동안에 공공기관이 유지보수를 위해 투입된 비용을 관리자 비용(agency cost) 으로 간주하고 이용자 비용(user cost)은 정부에서 발간된 지침(국토교통부, 2013)의 평가 항목 및 산정 방안을 그대로 따르기로 한다. 나아가 본 연구에서 도로유지보수의 우선순위선정은 효율성 지표와 경제성 지표를 함께 도입하였으며, 이용자비용의 증가량(ΔUC)과 장기효율성(long term effectiveness) 지표를 활용하였다. 이용자 비용의 증가량 지표는 해당 도로구간의 유지보수의 시행유무에 따른 효율성을 평가하 는 지표로 유지보수를 시행해야 할 시점에서 유지보수를 하지 않고 1년간 지연(혹은 방치)하여 다음연도 에 유지보수를 하는 경우 증가하게 되는 이용자 비용의 크기를 산정하여 이를 기준으로 증가량이 큰 순서 대로 우선순위를 부여하는 방식이다. 또한 장기효율성 지표를 이용하여 비용대비 교통량의 크기에 따른 포장의 수명의 차이를 고려하는 방안을 제시하였다. 본 연구를 통해 장수명 포장의 장점은 비록 초기공사비용 혹은 유지보수를 위한 재료비가 기존의 포장 공법에 비해 고가이지만 분석기간 동안에 유지보수가 상대적으로 적게 이루어지거나 공용수명이 길어짐 에 따라 유지보수 비용이 절감되고 유지보수로 인한 혼잡비용도 절감되는 효과가 있어 기존 포장공법에 비해 경제성이 우수함을 확인하였다. 개발된 장수명 아스팔트포장의 공용성 모형과 경제성 분석을 위한 방안의 제시를 통해 도로 관리자의 입장에서 장기적인 생애주기 측면에서 장수명 포장의 도입 타당성의 분석이 가능할 것으로 기대된다. 나 아가 향후 국도의 효율적인 유지관리를 위한 보수구간의 산정과 유지보수 예산의 추정 등 의사결정지원을 위한 기초 자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구에서는 포장의 설계수명과 공용년수를 증대시켜 아스팔트 포장의 유지보수비용을 감소시킬 수 있는 장수명 아스팔트 포장 공법을 제안하였다. 이를 위한 고강성 바인더를 개발하여 다양한 실내 물성시험을 수행하였으며 고강성 기층재의 평가를 위해 실내 공용성시험 및 포장가속시험을 실시하여 기존의 일반아스팔트 혼합물과 비교 평가하였다. 그 결과 고강성 기층재는 일반 아스팔트 혼합물에 비해 강성이 증가하였고 수분손상 피로균열 및 소성변형 저항성 등에서 우수한 것으로 평가되었다. 또한, 장수명 아스팔트 포장의 설계를 위해 구조해석을 실시하여 DB를 구축하였으며 이 자료를 이용해 다중회귀분석 프로그램인 SPSS로 포장체 거동모형을 개발하였다. 여기서 개발된 포장체 거동모형과 실내 외 시험결과를 기초로 장수명 아스팔트 포장 설계를 위한 소프트웨어를 개발하였으며 포장의 최적단면 및 구성을 설정하였다. 이렇게 설정된 장수명 포장의 아스팔트 층 단면 두께는 29cm로 이 단면의 경제성을 확인하기 위하여 생애주기 비용분석을 실시하였다. 그 결과 장수명포장이 기존 고속도로(경부)와 초기시공비용이 동일하면서 생애주기 비용측면에서 유리한 것으로 확인되었다.

본 연구에서는 일반 아스팔트 포장에 비해 설계수명을 2배 이상 증대시켜 보수주기를 증진하고 보수비용 및 사용자 비용을 절감할 수 있는 장수명 아스팔트 포장에 대한 포장가속시험 (APT)을 수행하였다 먼저 본 연구에서 개발된 장수명 포장용 고강성기층 혼합물에 대한 기초적인 물성시험을 수행하였다. 포장의 지지력을 비교하고 피로 및 소성변형에 대한 저항성을 평가하기 위하여 일반 및 고강성 기층으로 구성된 총 4개의 시험단면을 건설하였다. 또한 일반 및 고강성 단면은 각각 얇은 단면과 두꺼운 단면으로 구성되었다. 다양한 교통하중에 대한 아스팔트 기층하단의 인장변형률을 측정하였으며 시험결과 고강성 단면의 인장변형이 일반단면에 비해 적게 발생되는 것을 확인하였다. 기층 단면이 얇은 포장단면에 대한 APT 시험결과 윤하중이 180,000회 재하될 때까지 균열은 발생하지 않았다. 기층단면이 두꺼운 포장에 대해 윤하중 90,000회 재하시 일반단면은 5.3mm, 고강성 단면은 3m의 소성변형이 발생하였다. 본 연구에서 개발된 고강성 혼합물은 소성변형 및 피로균열에 대한 저항성이 우수하기 때문에 장수명 포장용 기층재로서 적합한 것으로 판단된다. 또한 다양한 구조해석 결과 일반 혼합물 대신 고강성 혼합물을 사용할 경우 포장의 하중지지력이 증가하기 때문에 아스팔트층의 단면두께를 최소 5cm 이상 줄일 수 있을 것으로 판단된다.

본 연구는 장수명 아스팔트 포장 공법개발 연구의 일환으로 포장수명을 40년이상 지속시킬 수 있는 단면설계를 수행하였다. 본 연구의 목적은 포장체의 장수명화를 위하여 효과적이고 간편하게 포장체의 각층 단면두께 및 탄성계수를 결정하는 절차를 제시함에 있다. 포장체의 유한요소 해석을 통하여 장수명 아스팔트포장의 가상데이터베이스를 구축하였다. 이 가상데이터베이스는 포장체 각 층의 두께, 탄성계수 및 포장체 내의 처짐, 응력 및 변형률을 포함하고있다. 구축된 데이터베이스를 이용하여 포장의 장수명에 필요한 한계변형률을 만족하는 포장의 단면을 제시하였다. 연구결과, 총 아스팔트층의 두께가 410mm보다 큰 경우에는 포장층의 각층의 두께나 재료의 특성과 관계없이 항상 장수명 아스팔트 포장으로 간주할 수 있으나, 250mm보다 작을 경우에는 장수명 아스팔트 포장에서 제외되었다. 총 아스팔트층의 두께가 250mm보다 크고 410mm보다 작은 경우에는 장수명 아스팔트 포장 조건에 만족하기 위한 포장층 두께와 탄성계수값을 결정할 수 있는 절차를 제시하였다.