PURPOSES : In this study, wasted vinyl aggregate, which possesses better thermal properties than natural aggregate, was used in cement concrete mixture to develop more economical concrete with thermal insulation and freeze prevention effects. METHODS : Slump and air content of the fresh concrete, which substituted its 0%, 5%, and 10% of coarse aggregate with wasted vinyl aggregate, were measured. Compressive strength, Poisson’s ratio, elastic modulus, and splitting tensile strength of hardened concrete were measured by laboratory tests. Thermal properties of concrete such as coefficient of thermal expansion, thermal conductivity, and specific heat were also measured according to replacement ratio of wasted vinyl aggregate. Finally, the thermal insulation and freeze prevention effectiveness of the concrete mixed with wasted vinyl aggregate was confirmed through finite element analysis of road pavement crossing above concrete box culvert made from wasted vinyl aggregate. RESULTS: Even though the physical properties of wasted-vinyl-aggregate concrete such as compressive strength, Poisson°Øs ratio, elastic modulus, and splitting tensile strength were inferior to those of ordinary concrete, they met requirements for structural concrete. The thermal properties of concrete were improved by wasted vinyl aggregate because it decreased thermal conductivity and increased specific heat of the concrete. According to the result of finite element analysis, temperature variation in pavement subgrade was mitigated by box culvert made from wasted-vinyl-aggregate concrete. CONCLUSIONS: Through the laboratory test and finite element analysis of this study, it was concluded that the concrete structures made from wasted vinyl aggregate showed thermal insulation and freeze prevention effects.

종방향 그루빙 공법은 포장의 표면적과 타이어와의 접촉 면적을 넓혀줌으로써, 마찰에너지에 의해 결빙된 구간을 빨리 녹여주고, 차량의 주행성을 증가시키는 역할을 한다. 뿐만 아니라 요철이 있는 노면과 차량간의 충격 에너지, 제설 작업 시 살포된 염화칼슘의 잔류효과로 인하여 해빙 효율을 더 높일 수 있다(노성렬 외 2005; 김광우 외 2003). 본 연구에서는 폐비닐골재 혼합 아스팔트포장에 그루빙 공법을 적용하였을 때, 융설효과가 증진되는지를 확인하기 위한 현장실험을 실시하였다. 시험 시공은 총 4구간(일반 아스팔트, 일반 아스팔트 + 그루빙, 폐비닐골재 혼합 아스팔트, 폐비닐골재 혼합 아스팔트 + 그루빙)을 덧씌우기 형태로 시공하였다. 그루빙 공법은 배수성 향상, 결빙 억제 및 미끄럼 저항성 향상을 위한 설치 규격인 9mm(폭) × 6mm(깊이) × 60mm (간격 : CTC)을 적용하였다. 현장의 기온이 -3℃일 때 4cm 두께로 동일하게 인공눈을 포설하였고, 차량 통과 횟수 20, 100, 200, 400회 간격으로 적설 높이를 측정하여 융설효과를 정량적으로 비교하였다. 현장실험 결과, 융설효과는 그림 1과 같이 폐비닐+그루빙 구간, 폐비닐 구간, 일반+그루빙 구간, 그리고 일반 아스팔트 구간 순으로 뛰어난 것으로 나타났다. 이를 통해 융설효과에 영향을 미치는 폐비닐골재와 그루빙 두 인자를 비교하였을 때, 폐비닐골재의 기여도가 그루빙보다 큰 것으로 파악되었다. 또한 동일한 포장재료가 사용된 경우는 그루빙을 설치하였을 때 융설효과가 더 우수한 것으로 확인되었다. 차량주행횟수에 따른 융설효과를 비교하였을 경우 초기(100회 미만)에는 각 구간별 융설효과가 큰 차이를 보이지 않았지만, 주행횟수가 100회를 초과하면서 차이를 보이기 시작하였으며, 주행횟수가 200회일 때 가장 큰 차이를 보였다. 이는 주행횟수가 적은 초기에는 차량하부의 열과 포장의 마찰에너지가 포장 내부에 축적되는 과정으로, 융설에 미치는 영향이 미비하였지만, 에너지가 축적된 이후(주행횟수 100회 이상)에는 지속적인 차량주행으로 공급된 에너지가 폐비닐골재의 단열 및 보온 효과로 인하여 급격한 융설이 진행된 것으로 판단되었다.

PURPOSES : In this study, various laboratory tests were performed to investigate basic physical properties of the asphalt concrete which uses wasted vinyl aggregates. METHODS : The thermal conductivity, ultrasonic velocity, Marshall stability, flow, indirect tensile strength were measured according to binder content and wasted vinyl aggregate content. An experimental construction was performed to verify construct ability of the asphalt pavement using the wasted vinyl aggregates. RESULTS : The thermal conductivity and ultrasonic velocity decreased showing insulation effect by mixing more wasted vinyl aggregate, whereas stability and flow increased. The void ratio shows similar value regardless of the mixing ratio. The highest indirect tensile strength was measured at 2.5% of wasted vinyl aggregate content. The construct ability was verified by observing the process of mixing, placing, and compaction and the state of the pavement surface. CONCLUSIONS : The basic properties and construct ability of the asphalt concrete using the wasted vinyl aggregates were verified. The temperature according to pavement depth will be measured to verify the insulation effect of the wasted vinyl aggregates. In addition, amount of snowfall, snowmelt area, and ice adhesion strength will be analyzed quantitively.

농촌에서 발생하는 폐비닐(LDPE :Low Density Polyethylene)의 재활용율을 높이기 위해 폐비닐을 흙이 묻은 채로 180~200℃로 녹여 크기 19mm 되는 PE골재를 만들었다. 이 골재를 밀입도 아스팔트콘크리트 배합용 19mm 쇄석골재와 중량비로 0%, 2.5%, 5%, 10%, 15%씩 치환한 아스팔트 혼합물을 만들어 바인더 양 변화에 따른 마샬안정도시험을 실시하는 한편, 동결융해 후 인장강도시험, 동결융해 후 초음파속도시험을 실시하였다. (1) PE골재 혼합률별 마샬안정도시험 결과 : 모든 공시체에서 마샬안정도 최소기준을 만족하였고, PE골재 치환률이 높을수록 안정도가 급격히 커졌다. 흐름치는 PE골재를 치환한 모든 공시체에서 허용기준을 벗어났고, 혼합률이 높을수록 흐름치가 증가하여 소성변형에 다소 취약한 것으로 나타났다. 그러나 안정도와 흐름치를 동시에 고려했을 경우 PE골재를 혼합한 공시체의 안정도가 월등히 큰 것을 감안한다면 안정도 허용기준에 해당하는 소성변형은 크지 않을 것으로 판단되었다. (2) 동결융해 후의 인장강도 시험 결과 :쇄석만의 아스콘에 비해 PE골재 혼합 아스콘 공시체는 동결융해를 급격히 받은 후에도 더 큰 인장강도를 보였다. 단, PE골재를 5% 이상 섞었을 때는 PE골재 혼합율이 늘수록 약간씩 인장강도가 감소하는 경향을 보였다. (3) 동결융해 후 초음파속도 시험 결과: PE골재를 혼합한 아스콘을 도로에 포설 시 겨울철 동결융해의 반복으로 골재 내부의 공극이 감소(단열효과 감소)하는지 알아보기 위해 초음파속도를 측정한 결과 동결융해 반복 후에도 초음파속도는 감소하지 않았다. 즉, 현장에서 동결융해를 받아도 PE골재를 사용한 아스콘은 쇄석골재 사용시보다 단열효과가 큼을 알았다.