Recently, there is an increasing the pavement distresses such as rutting with an increase in heavy vehicles on the road in Mongolia. Rutting is the longitudinal depression in the wheel path in asphalt pavements and it causes a hydroplaning and severe safety concern for users. This study aims to develop paving material that can prevent rutting on the road pavement by improving the durability of the asphalt mixture in Mongolia. Therefore, this study was carried out using the technique of reinforcing the material by adding fibers to conventional asphalt mixture. Fibers have been used to reinforce various materials for many decades in various parts of the world. It is generally understood that asphalt is strong in compression and weak in tension. Adding fibers with high tensile strength can help increase the strength of a mixture[1]. A mixture of glass fibers was used in this study to evaluate the performance characteristics. In coordination with the City of Ulaanbaatar, The test section selected in this study was Peace Avenue in Ulaanbaatar. The test section was a bus lane with severe rutting by heavy vehicles. The designated road test section performed cutting and overlay using five asphalt mixtures: Glass Fiber-reinforced Asphalt, Hot Mix Asphalt(10mm, 19mm), Polymer Modify Asphalt(2 types). The performance survey was conducted after the summer. As a result, No noticeable cracks were observed in glass-reinforced mixture section and the rut-depth of the glass-reinforced mixture is lower than other mixtures[2].

Recently, Cambodia has been investing a lot of money in the construction and maintenance of roads, which are social infrastructures. However, damage to the existing pavement is accelerating due to the old age of the road pavement, poor drainage facilities and increase in heavy traffic. To solve this problem, a fundamental solution such as a high-performance asphalt mixture is required to extend the life of road pavement. In this study, a high performance glass fiber reinforced asphalt mixture developed in Korea was applied to Cambodia. Prior to field application, Marshall stability tests were performed on glass fiber reinforced asphalt mixtures, SBS modified asphalt mixtures and asphalt mixtures commonly used in Cambodia. The Marshall stability test showed that the glass fiber reinforced asphalt mixture and the SBS modified asphalt mixture had the same strength (about 1.3 times higher strength than the usual asphalt mixture). In addition, the test construction was carried out on the National Highway 2 of Cambodia for the evaluation of the performance of the three mixtures. In the future, the long-term performance evaluation of each mixture will be conducted through follow-up survey of the test construction area.

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.

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.

본 연구는 다기능 복합 도로포장의 기층인 섬유보강 아스팔트 혼합물의 물성 정량화를 위한 동탄성계수 (Dynamic Modulus)평가이다. 아스팔트 혼합물의 동탄성계수는 포장체의 내구성 및 공용성을 평가하는데 매우 중요한 지표이다. 미국의 AASHTO 2002 설계법(Design Guide2002) 및 한국형 포장설계법(KPRP)에서도 아스팔트 포장체의 가장 중요한 물성중 하나를 동탄성계수로 정의하였고, 이를 아스팔트 포장의 설계 및 해석에 이용하고 있다. 동탄성계수는 다양한 온도 조건, 하중재하주기를 이용하여 다양한 교통조건을 구현할 수 있으며, 특히 아스팔트 혼합물의 점탄성적인 특성을 잘 묘사할 수 있는 물성치 평가 방법이다. 본 연구를 통해 얻어진 섬유보강 아스팔트 혼합물의 동탄성계수 값은 복합 도로포장 시스템 개발의 현장 적용을 위한 설계 프로그램의 입력 변수로 사용하는 것에 목적이 있다. 동탄성계수의 평가를 위해 기층용 Corse입도를 사용하였고, 실험장비는 EN Standards Tester를 이용하였다. 기층용 Coarse입도에 보강섬유 의 양을 0%~0.5%까지 0.1%씩 혼입하여 실험을 진행하였으며, 실험 온도는 –5℃, 5℃, 10℃, 20℃, 30℃, 40℃의 6개 온도에서 각각 진행하였으며, 공시체의 파손가능성을 줄이기 위하여 낮은 온도부터 높은 온도 순서로 실험을 수행하였다. 또한 각 온도별 25Hz, 10Hz, 5Hz, 1Hz, 0.5Hz, 0.1Hz의 하중재하 주기에서 동탄성계수를 측정하였으며, 실험을 통해 얻어진 동탄성계수의 값을 설계의 입력 변수로 사용하기 위해서는 마스터곡선(Master Curve)을 작성해야하는데, 실험으로 결정된 동탄성계수는 실험온도 및 주파수의 조합에 따라 각각 얻을 수 있었으며, 이것을 하중시간과 온도의 중첩(Time-Temperature Superposition Principle)원리를 적용하기 위해 각각의 실험에서 측정된 값을 이용하여 Sigmoidal Function 방정식을 만족하는 입력변수를 결정하였고, 전이함수(Shift factor)를 이용하여 마스터곡선을 작성하였다. FRA혼합물의 동탄성계수 평가 시험 결과, 각각의 온도와 재하하중별로 작성된 마스터곡선을 통해 기층용 Coarse입도에서 0%의 보강섬유 함유량과 0.1~0.5%까지의 보강섬유 함유량에 대한 고온영역과 저 온영역에서의 FRA혼합물의 특성을 확인할 수 있었다.

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.

최근 도로포장에 수분이 많이 침투한 상태에서 중차량 교통량의 증가로 아스팔트 포장에 파손이 증대되어 그 중 하나인 포트홀이 많이 발생한다. 이에 따라 도로안전운전에 심각한 장애가 되며 교통사고가 빈번하게 발생하여 기준에 미달하는 자재 사용으로 도로의 조기 파손을 불러온다는 지적이 제기되고 있다. 다양한 포트홀 보수 방법이 사용되고 있지만, 보수 후 포트홀 발생 부위에 적절하지 않은 보수 방법으로 인하여 다시 포트홀이 발생되고 있으며, 그로 인한 잦은 재보수로 유지 보수 비용역시 증가되고 있는 실정이다. 이에 따라 본 연구에서는 아스팔트 혼합물의 내구성을 증진하여 도로포장에 발생하는 포트홀을 방지할 수 있는 포장 재료를 개발하는데 목적이 있다. 산업 부산물인 유리섬유 파분을 이용하여 골재형태로 제조한 석분대체용 유리 파분 골재와 유리섬유를 이용하여 실내 실험에서 검증된 유리 섬유 혼합물을 현장 적용성을 평가 하였다. 실내 배합설계를 통하여 최적 보강 섬유량을 결정하였으며, 유리 섬유 보강 아스팔트 혼합물의 적정 생산 온도 및 다짐 횟수를 결정해 현장 적용을 실시하였다. 수원 국토 관리 사무소 관내 국도 38호선에 2회에 걸쳐 시험 포장을 진행하였고, 총 500m 구간 중 100m에 적용하였으며, 현장 적용도를 비교 평가하기 위해 1차 시험 포장의 경우 전체 생산 혼합물량 대비 유리 보강 섬유량 1.3%(유리 장섬유 펠렛 0.66%+ 리사이클 펠렛 0.66%), 2차 시험 포장의 경우 유리 보강 섬유량 1.0%(유리 장섬유 펠렛 0.5%+ 리사이클 펠렛 0.5%)로 각각 다른 보강 섬유량을 결정하여 생산하였다.

발전한 경제만큼 안전하고 편안한 이동과 여가생활을 위해 자동차 및 도로의 보급이 확대 되고 있다. 이로 인해 폐자동차의 발생율도 높아지고, 도로 포장층이 받는 부담도 커지고 있는 실정이다. 폐차과정에서 발생하는 폐기물 중 일부는 재활용이 가능하지만 수지, 섬유, 고무 등의 자동차 파쇄 잔재물(ARS)은 재활용할 방법이 마땅치 않아 2차적인 환경오염의 원인이 되어 사회적인 문제를 발생시키게 된다. 또한 도로 포장층이 받는 증가된 하중으로 포장층의 파손 발생이 운전자들의 안전을 위협하고 있다. 따라서 본 연구에서는 도로의 피로수명 연장과 파쇄 잔재물의 재활용률을 높이기 위해 파쇄 잔재물을 활용한 섬유보강 아스팔트 콘크리트에 대해 고려하였다. 폐카펫에서 추출한 나일론을 개질재로서 아스팔트 콘크리트 포장 성능에 미치는 영향을 평가 하였다. 4점 휨 피로시험을 통해 일반 아스팔트 대비 피로수명이 10%향상되었음을 확인 하였으며, 이를 통해 경제성 분석을 실시한 결과 35년간 약 5억 원의 유지보수비용 절감을 기대 할 수 있다. 폐나일론 섬유 보강 아스팔트는 친환경적 공법으로 유지보수 비용 절감과 폐자재 사용으로 환경처리비용의 이점을 가지며, 도로수명 연장으로 운전자에게 안정감과 편안함으로 경제적, 사회적 효과를 기대 할 수 있다.