골재의 다짐모형(Packing Density Model)은 다양한 최적다짐밀도를 통하여 혼합물 내에서 골재의 역 할을 최대화하거나 다른 고가의 재료를 절감하기 위하여 다양한 건설분야에서 연구되고 있다. 다짐밀도모형은 1929년에 Furnas에 의하여 제시된 단순한 모형으로부터, Aim and Goff 모형, Toufar 모형, Linear Packing Density 모형 등 다양한 연구자들에 의하여 그 형태가 제시되고 발전되어 왔으나, 기본 적으로 굵은골재에 잔골재가 포함되는 경우와 잔골재에 굵은골재가 포함되는 경우로 단순화될 수 있으며, 모형의 정밀도를 향상시키거나 물리적 현상을 반영하기 위한 함수 또는 계수의 조합으로 보완되는 것이 일반적이다. 본 연구에서는 다양한 다짐밀도모형을 고찰하여 잔골재와 굵은골재의 부피비에 따른 다짐밀도예측결과 를 평가하였으며, 향후 이산요소법(Discrete Element Method, DEM)을 이용하여 개발될 골재배합설계법에 필요한 변수를 고려한 모형의 형태를 제시하였다. 다짐밀도모형의 재해석을 통하여 확인된 다짐밀도 모형의 주요변수는 개별 골재의 단위중량, 지름 및 개별골재더미의 다짐밀도이며, 다짐의 최적화를 저해하는 Wall Effect와 Loosening Effect를 고려하기 위하여 통계적함수를 적용하거나 다짐에너지를 고려 하기 위한 변수도 조건에 따라 적용될 수 있음을 확인하였다. 또한 대부분의 이론적 다짐밀도모형에서 개별 골재더미의 다짐밀도는 골재 혼합물의 다짐밀도에 큰 영향을 미치는 변수이지만, 그 영향이 작지 않을 것으로 예측되는 개별골재더미 사이의 물리적 상호작용은 대부분의 기존다짐밀도모형에 고려되어 있지 못한 것으로 확인되었다. 이상의 기존 수학적 다짐모형의 검토를 통하여 DEM을 활용하여 개발될 다짐밀도예측모형의 형태를 제안하였다.

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.

마샬배합설계에서 얻어지는 안정도나 흐름은 혼합물의 역학적 특성을 제대로 반영하지 못하며 소성변형과의 상관성이 낮다. 그러므로 안정도나 흐름의 기준을 통과하는 배합으로 제조한 혼합물에서도 소성변형이 많이 발생된다. 따라서 본 연구의 목적은 국내에서 이용되는 마샬 방법과 미국의 수퍼페이브 방법으로 배합설계를 수행하여 각 방법의 혼합물 특성치의 차이점과 문제점을 확인하는데 있다. 이를 위하여 골재 세 종류, 한 종류의 아스팔트(AC 60-80), 두 종류의 골재 입도(19mm, 13mm)를 각각의 배합설계방법에 사용하여 총 12종류의 혼합물을 배합설계를 수행하여 최적아스팔트함량을 결정하였다. 이 결정된 최적아스팔트 함량으로 혼합물을 제조하여 특성치를 비교 분석하였다. 그 결과, 마샬 방법을 통해 결정된 아스팔트 함량이 수퍼페이브 방법에 의 한 함량보다 0.1~0.3% 포인트 정도 높게 나타났다. 이것은 마샬 방법이 수퍼페이브 방법보다 아스팔트 함량을 높게 결정되도록 골재입도가 주어졌기 때문인데 이것이 소성변형에 상대적으로 취약한 직접적인 원인이 되는지는 더 많은 연구가 필요할 것이다.

국내의 각종 시방서 및 지침에 수록되어 있는 기존 마샬 배합설계 방법은 일본 도로공단의 규격을 도입하여 사용한 것이다. 이러한 배합설계 방법은 최근의 도로 포장의 공용성에 많은 문제점을 야기시키는 원인 중의 하나로 인식되어지고 있다 따라서 현재 외국의 배합설계 과정에서 가장 많이 이용되고 있는 용적 개념의 도입을 통해 개선된 마샬 배합설계 방법을 제시하고자 한다. 본 연구를 통해 개선된 배합설계 방법은 공극률 4%에 해당하는 아스팔트 함량을 예비 최적 아스팔트 함량으로 결정한 후 포화도, VMA(골재 간극률), 안정도, 흐름값의 마샬 물성치를 만족하면 이를 최적 아스팔트 함량으로 정하는 방법이다. 이러한 배합설계 방법은 기존 방법에서는 고려하지 않는 VMA 값을 도입하였으며, 현장에서 오차가 많이 발생되는 마샬 안정도 시험을 설계 요소가 아닌 검토 요소로 정함으로써 배합설계의 오류를 줄이는 방법이다. 실내 실험을 통한 기존 방법과 개선 방법의 비교 결과. 공극률을 제외한 최적 아스팔트 함량, 밀도, 안정도, 그리고 흐름값의 마샬 물성치에서는 비슷한 결과값을 나타내었다. 이는 개선 방법을 적용할 때 다른 마샬 물성치들은 큰 변동이 없이 일정한 공극률을 가지는 혼합물 생산이 가능하다는 것을 나타낸다. 따라서 개선된 마샬 배합설계 방법은 현장에서 일정한 공극률(4%)을 가지는 혼합물의 생산을 가능하게 하고, 이는 아스팔트 혼합물의 품질 향상에 큰 도움을 줄 것으로 생각된다.

This study aim is analysis device development for design of experiment with calcium chloride relation used a hardener to search cause of product crack, product reliability improvement building data-base program for computer system of mixture rate, product improvement, and new product development.