수분민감성 관련 소석회 및 박리방지제 첨가 투수성 가열 아스팔트 혼합물의 최적 함량 평가
Evaluation of Optimum Contents of Hydrated-Lime and Anti-Freezing Agent for Low-Noise Porous Asphalt Mixture considering Moisture Resistance
Int. J. Highw. Eng. Vol. 18 No. 6 : 123-130 DECEMBER 2016 https://doi.org/10.7855/IJHE.2016.18.6.123
ABSTRACT
OBJECTIVES :The objective of this research is to determine the moisture resistance of the freeze-thaw process occurring in low-noise porous pavement using either hydrated-lime or anti-freezing agent. Various additives were applied to low-noise porous asphalt, which is actively paved in South Korea, to overcome its disadvantages. Moreover, the optimum contents of hydrated-lime and anti-freezing agent and behavior properties of low-noise porous asphalt layer are determined using dynamic moduli via the freeze-thaw test.
METHODS :The low-noise porous asphalt mixtures were made using gyratory compacters to investigate its properties with either hydrated- lime or anti-freezing agent. To determine the dynamic moduli of each mixture, impact resonance test was conducted. The applied standard for the freeze-thaw test of asphalt mixture is ASTM D 6857. The freeze-thaw and impact resonance tests were performed twice at each stage. The behavior properties were defined using finite element method, which was performed using the dynamic modulus data obtained from the freeze- thaw test and resonance frequencies obtained from non-destructive impact test.
RESULTS :The results show that the coherence and strength of the low-noise porous asphalt mixture decreased continuously with the increase in the temperature of the mixture. The dynamic modulus of the normal low-noise porous asphalt mixture dramatically decreased after one cycle of freezing and thawing stages, which is more than that of other mixtures containing additives. The damage rate was higher when the freeze-thaw test was repeated.
CONCLUSIONS :From the root mean squared error (RMSE) and mean percentage error (MPE) analyses, the addition rates of 1.5%
hydrated-lime and 0.5% anti-freezing agent resulted in the strongest mixture having the highest moisture resistance compared to other specimens with each additive in 1 cycle freeze-thaw test. Moreover, the freeze-thaw resistance significantly improved when a hydrated-lime content of 0.5% was applied for the two cycles of the freeze-thaw test. Hence, the optimum contents of both hydrated-lime and anti-freezing agent are 0.5%.
Keywords
Freeze-Thaw Test, Hydrated-Lime, Low-noise Porous Asphalt Pavement, Frequency Response Function, Dynamic Moduli, Moisture Sensibility, Non-destructive Impact Test, Pavement, Resonance Frequency, Anti-Stripping Agent
Corresponding Author : Sungho Mun, Associate Professor The Road Pavement Research Division, No.43, Seoul National University of Science and Technology, 232, Gongneung-ro, Nowon-gu, Seoul, 01811, Korea
Tel : +82.2.970.9014
E-mail : [email protected]
International Journal of Highway Engineering http://www.ksre.or.kr/
ISSN 1738-7159 (print) ISSN 2287-3678 (Online)
Received Oct. 31. 2016 Revised Nov. 24. 2016 Accepted Nov. 28. 2016 김`도`완 Dowan Kim 정회원·(주)건화 도로공항부 사원 (E-mail : [email protected])
이`상`염 Sangyum Lee 정회원·인덕대학교 건설정보과 조교수 (E-mail : [email protected])
문`성`호 Sungho Mun 정회원·서울과학기술대학교 건설시스템공학과 부교수·교신저자 (E-mail : [email protected])
1. 서론
저소음 배수성 포장은 포장형식의 고유특성 때문에 최 근 도심지와 같은 환경에서 빈번하게 적용되고 있다. 최 근 개발되고 있는 저소음 배수성 포장은 오차를 제외하 고 약 20%의 공극률로 구성되어 포장의 배수기능과 소 음을 저감시키는 기능을 동시에 발현하도록 하고 있다.
저소음 배수성포장은 포장의 표층 및 중간층의 우수를 횡단경사에 따라 배수시설로 유도시키는 역할로 그 기 능을 발휘한다. 이 뿐만이 아니라 일반 밀입도 아스팔트 포장과 차별화되는 공극률을 가지고 있기 때문에 포장 표면과 노면 사이에서 발생하는 마찰소음을 분산시켜 저소음의 성능을 함께 발휘한다. 그러나 이 저소음 배수 성포장은 타 아스팔트 포장형식과 비교해 공극률이 높 아 혼합물 제조 시 몰드 제거과정에서 변형 및 균열이 발생해 형상을 유지하지 못하는 경우가 발생한다. 이는 결국 현장에서 공극률을 유지하지 못할 가능성과 관계 되며, 다량의 수분이 포장 내부에 침투하여 수분과 골재 등의 직접적인 접촉이 발생하고 이로 인해 교통하중에 기인한 포장 파손 및 동결융해로 인해 직₩간접적인 피해 가 발생할 가능성을 가지고 있다. 더욱이, 저소음 배수 성포장은 공극률을 유지하기 위해 잔골재 비율이 타 아 스팔트 포장형식에 비해 적기 때문에 탈리 발생에 취약 하다.
이러한 문제를 해결하기 위해 저소음 배수성포장에 최근 슈퍼팔트의 고등급 바인더를 활용한다. 국내에서 최근 개발된 바인더의 고공용등급은 PG 82-34이다.
서울시에서는‘이 저소음₩배수성 아스팔트 콘크리트 포 장 품질향상 방안 종합보고서(2010.10)’를 통해 PG 82-22를 적용토록 하고 있다. 이 고등급 바인더는 점 도가 높고 소성저항성이 크기 때문에 저소음 배수성 아 스팔트 포장의 단점을 보완할 수 있다.
앞서 설명한 것과 같이 국내에서는 고성능 바인더를 적용함으로써 저소음 배수성 포장의 단점을 보완했으며 이로 인한 저소음 배수성 포장의 결론적 특성은 다음과 같다.
1. 배수능력 향상으로 인한 물고임 현상 완화 2. 수막현상 방지로 인한 포장 안정성 확보 3. 소음 저감으로 인한 방음벽 환산 높이 저감 4. 야간 및 우천 시 난반사율 저감
5. 마찰저항성 증가로 주행안전성 확보
본 연구에서는 고성능 바인더의 적용으로 개선되지
않는 수분저항성 문제를 해결하기 위해 아스팔트 혼합 물에 소석회를 첨가했다.
또한, 본 연구에서는 소석회 및 박리방지제를 첨가한 아스팔트 혼합물의 성능을 평가하기 위해 충격공진시험 을 통해 동탄성계수를 파악했으며, 유한요소해석을 통 해 실제 적용에 앞서 교통하중에 대한 포장체의 성능을 평가했다. 이러한 평가를 통해 소석회 및 박리방지제의 최적 첨가율을 파악했다.
2. 저소음 배수성 아스팔트 포장
저소음 배수성 아스팔트 포장에 대한 국내 시공사례 의 첫 도입은 1996년 경부고속도로의 시험 시공으로부 터 시작되었다. 이후 2002년부터 연구가 수행되어 현 재까지 다양한 개질재를 적용하여 저소음 배수성 아스 팔트 포장의 성능을 개선시키려는 노력이 이어지고 있 다. 최근에는 각 지자체에서 도심지의 국도 및 부체도로 포장에 이 포장형식을 적용하여 주변 주거지역의 소음 을 저감시키려는 노력을 기울이고 있다.
국외에서는 미국, 일본, 유럽 등에서 저소음 배수성 포장에 대한 연구 및 시공사례가 이미 오래 전부터 실시 되어 왔다. 국외에서 개발된 저소음 배수성 포장은 각 국가의 환경 특성에 맞게 개질재를 사용하여 그 성능을 극대화했으며, 그 예로 이탈리아와 프랑스에서는 SBS (Styrene-Butadiene-Styrene) 계열의 아스팔트를 사용해 소성변형 저항성과 장기공용성에 대한 문제를 해결하는 방안을 모색했다. 독일에서는 1984년 국내 조 건을 반영하여 GMA(Grit Mastic Asphalt) 포장형식 을 첫 도입했으나, 최근 폴리머계열 개질재를 첨가하여 그 기능을 상향시키고 있다.
국내에서는 최근 발주된‘서울-세종고속도로 안성- 구리건설공사’의 설계시공 일괄입찰구간의 입찰안내서 에서 소음 저감을 위해 저소음 배수성 포장을 적용하라 는 내용으로 보아 고속도로에서의 저소음 배수성 포장 효과를 중요시하고 있다고 할 수 있다. 또한 각 지자체 에서는 도심지의 민원을 고려해 저소음 배수성 포장의 적용을 점차 증가시키고 있다. 본 장에서는 국내의 저소 음 배수성 포장 현황을 조사하고 연구되는 포장형식의 중요성 및 문제점을 파악하고자 하는 것에 그 목적을 두 고 있다.
2.1. 고속도로 현장의 아스팔트 포장
저소음 배수성 포장 형식은 1996년 경부고속도로에
처음으로 시공되었다. 이후 한국도로공사에서 발간한 설계실무요령(공용중 도로의 저소음₩배수성 포장 적용 방안(한국도로공사 도로처, 2015.08))에 따르면 2015 년까지 총 11건의 시공현황이 존재한다. 시공된 저소음
₩배수성 포장은 일반 저소음₩배수성 포장부터 복층 저 소음 배수성 포장까지 그 형식이 다양하다. 과거 고속도 로에 적용되는 저소음 배수성 포장은 분진 등의 원인으 로 인한 공극막힘 현상이 빈번하게 발생되는 문제가 발 생됐다. 이 뿐만이 아니라 고속주행 및 교통하중으로 인 한 탈리 및 파손현황이 빈번하게 발생되었다.
이 문제를 해결하기 위해 고압살수차 도입, 배수기능 층 홈 및 연속배수시설 설치 등의 시공 및 유지관리의 노력을 기울이며, 2015년에 발간된 설계실무요령(고속 도로 주행안전성 및 쾌적성 향상을 위한 배수성 포장 적 용방안 검토(한국도로공사 설계처, 2015.05))에서‘개 선된 저소음 배수성 포장’의 적용으로 포장의 안정성을 증대시켰다. 아래 Fig. 1는 일반 배수성 포장과 한국도 로공사의 개선된 배수성 포장의 구조적 배수성능을 비 교하여 나타낸 것이다.
이 설계실무요령에 따르면, 소음도는 약 3.4dB(A) 저 감되며, 투수성능은 기존 배수성 포장에 비해 약 10배 가 량 개선된 것으로 나타났다. 이 포장의 가장 큰 특징으로 는 골재를 SMA(Stone Mastic Asphalt) 포장용 골재를 사용함으로써 미끄럼저항성을 함께 증진시키는 역할을 했다. 다만, 연구에 의하면 경제성 분석에서 무근콘크리 트포장, 철근콘크리트포장, SMA, PSMA(Polymer- modified Stone Mastic Asphalt) 포장에 비해 고가인 것으로 나타났다.
2.2. 도심지 내 아스팔트 포장
도심지에서는 노면의 우수 및 도로교통에 대한 소음 은 주변 주거지역의 민원과 밀접한 관계가 있기 때문에 저소음 배수성 아스팔트 포장의 중요성은 고속도로 포 장만큼 크다. 또한 도심지 내에서는 도로교통소음을 제
어하기 위해 방음벽 또는 방음터널과 같은 고가의 부대 시설을 설치해야 하기 때문에 저소음효과로 인한 부대 시설 감축과 관련된 경제성에서도 그 효과를 발휘할 수 있다.
실제 서울시에서는 2010년 저소음 배수성 포장의 확 대 시행을 위한 타당성 조사를 완료함으로써 저소음 배 수성 포장형식 확대 적용을 실현화하고 있다. 본 보고서 (저소음 배수성 포장의 확대 시행을 위한 타당성 조사 완료보고서(서울특별시, 2010. 08))에 따르면 시공 및 유지관리비용은 일반 밀입도 아스콘 포장에 비해 비용 이 고가지만 편익과 관련한 LCC(Life Cycle Cost)분석 결과 단기적 총 비용이 절감되는 효과를 내는 것으로 드 러났다. 아래 Fig. 2는 본 연구에서 실시한 저소음 배수 성 포장에 대한 VE/LCC의 결과를 환경성이 우수한 중 온 아스팔트 포장과 비교한 것이다.
2.3. 기타 연구 사업 아스팔트 포장
국내에서 본격적으로 2002년부터 시작된 저소음 배 수성 포장에 대한 연구는 다양한 개질재의 적용 및 OAC(Optimum Asphalt Content) 파악으로부터 출 발했다. 현재 이러한 연구 성과로 인해 국내에서도 토공 부 포장뿐만 아니라 교면포장 역시 저소음 배수성 포장 의 적용이 가능하게 되었다. 현재까지 개발된 저소음 배 수성 포장에는 SBS, CRM(Crumb Rubber Modified Asphalt), 폴리머 등의 다양한 개질재가 첨가된 저소음 배수성 아스팔트 포장이 개발되었다. 포장에 개질제가 첨가되는 것은 저소음 배수성 포장형식이 가지고 있는 단점을 극복하기 위함이다.
기존 연구에서는 저소음 배수성 포장에 소석회를 첨 가함으로써 수분에 대한 저항성이 증가됨을 입증한 바 있다(비파괴 충격파 시험을 통한 소석회 첨가 투수성 가 열 아스팔트 혼합물의 수분민감성 평가(한국도로학회, 2015.08)).
Fig. 1 Comparison of Porous Pavement (a) Porous Pavement (b) Improved Porous Pavement
Fig. 2 Value Engineering & Life Cycle Cost Analysis (a) Porous Asphalt (b) Warm Mixed Asphalt
3. 소석회 첨가 저소음 배수성 포장 평가
2014년에 서울시에서 발간한 기술정보에 따르면 아 스팔트 포장의 인장강도비(TSR, Tensile Strength Ratio)를 만족하는 충분한 수분저항성을 확보하기 위해 서는 소석회(Hydrated-Lime) 혹은 액상형 박리방지 제(Liquid Anti-Stripping Agent)을 적용하는 것이 바람직하다고 서술하고 있다(서울기술이야기(서울특별 시, 2014.11)).
수분저항성을 평가하는 것은 아스팔트 혼합물의 수분 에 대한 민감성을 단순히 평가할 뿐만 아니라 골재와 바 인더의 결합력을 파악할 수 있기 때문이다. 이 때문에 수분민감성을 파악할 수 있는 동결융해에 대한 동탄성 계수 시험은 본 연구의 핵심사항이 된다. 본 연구에서는 저소음 배수성 포장의 특성을 보완하는 일환으로 서울 시에서 개발한 필렛형(Pellet) 소석회와 액상형 박리방 지제를 첨가한 저소음 배수성 아스팔트 혼합물을 제작 했다. 필렛형 소석회의 경우 첨가될 때 아스팔트 혼합물 에 대한 첨가율이 적용되기 때문에, 소석회를 첨가한 아 스팔트 혼합물의 OAC를 획득한 뒤 본 제작에 들어갔 다. 액상형 박리방지제는 고온으로 녹여진 바인더에 대 한 함량으로 첨가되었다. 더불어, 제작된 아스팔트 혼합 물에 대한 동결융해를 통한 동탄성계수 시험을 실시했다.
이로부터 도출된 동탄성계수를 이용해 포장의 수분민감 성을 파악했으며, 유한요소해석(FEM, Finite Element Method)을 통해 실제 교통하중에 대한 변형 메카니즘 을 확인했다.
3.1. 소석회 첨가 혼합물에 대한 기존 연구 기존 연구(한국형 도로포장 설계 프로그램의 소석회 사용 아스팔트 혼합물 특성 적용(한국도로학회, 2015.08))에서는 소석회 첨가 가열 아스팔트에 대한 비 파괴충격파시험을 통해 각 시편에 대한 동탄성계수를 도출했다. 도출된 동탄성계수는 시간-온도 중첩의 원리 (TTSP, Time-Temperature Superposition Principle)에 의해 Sigmoidal의 마스터커브로 작도된 뒤 , 한 국 형 포 장 설 계 프 로 그 램 (KPRP, Korea Pavement Research Program)의 기본 자료로 활용 되어 횡단을 설계했다. 이때, 1등급 포장설계에서 사용 되는 마스터커브를 해당 시험으로 도출된 자료로 활용 했지만, 한국형 포장설계에서는 단순히 동탄성계수만을 반영할 뿐 소석회 및 박리방지제의 성능을 반영할 수 없 었다.
KPRP 내에서는 횡단포장설계에 대한 영구변형, 피로
균열, 국제평탄성지수(IRI, International Roughness Index)를 평가할 수 밖에 없기 때문에 박리나 탈리에 대한 영향효과를 분석하는 것이 불가능했다. 이와 관 련하여 본 연구에서는 소석회 및 박리방지제를 첨가한 저소음 배수성 혼합물을 제작하여 비파괴 충격파시험 을 통해 동결융해를 거친 공시체의 수분저항성을 파악 했다.
3.2. 충격공진시험을 통한 포장 평가
본 연구에서 활용한 충격공진시험(Impact Resonance Test)은 아래 Fig. 3과 같이 충격해머를 이용하여 공시체 상단을 타격한 뒤, 타격으로 인한 전달파를 하부에 있는 가속도계가 수신하는 방식이다.
이 진동파는 다시 주파수분석을 통해 공진주파수를 탐색하게 되는데, 탐색된 공진주파수에 의해 다음과 같 이 동탄성계수를 구하게 된다(Oyadiji S.O. and Tomlinson G.R., 1985). 본 연구에서는 항온항습기를 이용하여 건조한 상태에서 온도를 0℃에서 40℃까지 올려가며 시험을 실시했다. 또한 주파수분석은 공진주 파수를 명확하게 파악하기 위해 고속푸리에변환분석 (FFT, Fast Fourier Transform)을 적용했다. 아래 Eq. (1)은 비파괴시험의 일종인 충격공진시험으로부터 동탄성계수를 도출하는 함수를 나타낸다.
여기서, 는 동탄성계수 및 각각 제작된 공시 체의 밀도, 길이를 의미한다. 과 는 FFT분석을 통해 도출된 혼합물의 자유도 및 고유진동수를 의미한 다.
Table 1은 본 연구에서 제작한 공시체의 제원을 나타 낸 것이다.
Fig. 3 Test for Non-destructive Test
(a) Specimen (b) Chamber
(1)
본 연구에서는 비파괴시험을 통해 FRF 및 공진주파 수를 파악했으며, Eq (1)을 이용해 각 공시체에 대한 동 탄성계수를 도출했다. 아래. Fig 4는 본 연구에서 수행 한 주파수분석 결과이다.
3.3. 동결융해시험을 통한 수분저항성 평가 본 연구에서는 소석회를 첨가한 저소음 배수성 아스팔 트 혼합물의 수분민감성을 평가하기 위해 ASTM D 6857기준에 의거한 동결융해 시험을 실시했다. 동결융 해시험을 실시하기 전 비파괴시험을 통한 동탄성계수를 파악한 뒤, 이 공시체를 영하 20℃의 냉동고에 24시간 동결시켰다. 동결융해시험에서 가장 중요한 것은 공시체 가 동결융해과정에서 수분에 직접적으로 노출되지 않는
것이다. 이 때문에 파라필름으로 혼합물을 피복 시 소량 의 물을 공급해 준 후 습도를 유지시켰다. 이후 융해과정 에서 항온수조에 16시간 방치함으로써 동결융해의 전 과 정을 마무리했다. 단, 여기서 비파괴시험의 특성을 반영 하기 위해 건조로에서 완전건조시킨 상태에서 다시 충격 공진에 대한 비파괴충격파시험을 실시했다. Fig. 5는 본 연구에서 실시한 시험에 대한 사진을 나타낸다.
4. FEM을 통한 포장 형식 평가
본 연구에서는 동결융해 및 비파괴시험에 의해 도출된 각 혼합물의 구조적 거동 메카니즘을 파악하기 위해 한국 건설기술연구원에서 개발한 KICTPAVE를 활용했다.
KICTPAVE는 아스팔트 및 콘크리트 포장에 대한 구조 적 거동을 평가하기 위해 개발된 유한요소해석 프로그램 으로서 일반화된 맥스웰 모델이 적용되어 있다. 이 모형 의 구성은 4절점의 CAX4모형으로서 외형으로는 일반적 인 2D 단면을 구현하고 있으나, 실제 적용 이론 모형은 실린더 형태의 중심부에 하중이 가해지는 원기둥 모형이 다. 본 연구에서 사용한 KICTPAVE에서 표층 및 중간층 을 제외한 기층 및 보조기층의 두께 및 제원은 한국형포 장설계프로그램에서 제시하는 디폴트 값을 적용했다. 다 음 Fig. 6는 본 연구에서 제시한 KICTPAVE 모형이다.
본 연구에서는 배수성 표층 포장의 하중에 대한 거동 을 파악하기 위해 하부층은 기층, 보조기층, 노상으로 구분하여 각 층의 물성은 변동시키지 않았다. 각 층의 두께 및 푸아송비는 Table 2와 같이 적용했으며, 탄성 계수는 ‘도로포장 구조 설계 해설서(국토해양부, Table 1. Details of Mixtures
Type 1 2 3 4 5 6 7
Additives type(g)
- Lime
(powder)
Antistripping agent (liquid) - 0.5% 1.0% 1.5% 0.25% 0.5% 0.75%
Length
(cm) 14.7 14.7 14.7 14.8 14.8 14.8 14.8 Diameter
(cm) 9.96 9.93 9.94 9.96 9.97 9.97 9.96 Weight
(kg) 2.36 2.37 2.37 2.38 2.36 2.35 2.38
Fig. 4 Step for Finding Resonance Frequencies
Fig. 5 Freezing & Thawing Test
Fig. 6 Finite Element Method of KICTPAVE
2011.12.)’및 한국형포장설계프로그램에 제시된 기본 데이터를 활용했다. 축하중의 경우 AASHTO 기준 혼 합교통량인 18kips의 등가 단축하중 조건을 적용했다.
5. 시험 결과
본 연구에서는 일반 저소음 배수성 아스팔트 혼합물, 소석회 첨가 저소음 배수성 아스팔트 혼합물, 액상형 박 리방지제를 첨가한 저소음 배수성 아스팔트 혼합물의 3 종류 아스팔트 혼합물을 선회다짐을 통해 제작한 후, 이 를 이용해 비파괴충격파시험을 실시했다. 비파괴시험을 실시한 후 동결융해를 통한 수분민감성을 평가하기 위 해 각 혼합물을 동결융해시켜 비파괴충격파시험을 실시 했다. 이로부터 파악된 동탄성계수를 이용하여 수분저 항성을 평가했으며, 유한요소해석을 통해 실제 구조적 거동을 파악했다.
5.1. 혼합물 동탄성계수 평가
비파괴시험은 충격파를 3번 방사시켜 오차를 보정하 는 방법으로 시험의 일관성을 확보하기 위해 FRF (Frequency Response Function)에 대한 일관성함수 인 Coherence를 적용했다.
Fig. 7과 8은 본 연구에서 수행한 FRF 및 Coherence 결과 예시를 나타낸다. 그리고 Fig. 9~11과 같은 결과를 모든 조건에 따라 도출했으며, 이에 대한 공진주파수를 탐 색했다.
이 결과와 위 Eq. (1)을 이용해 아래 Fig. 9~11과 같 이 동결융해를 실시하기 전 및 1, 2차 동결융해를 실시 한 동탄성계수 시험 결과를 도출했다.
Table 2. Details of Layers for FEM
Type Depth(m) Poisson ratio Load
Surface 0.05 0.35
18 kips
Base course 0.15 0.35
Sub-base course 0.30 0.35
Subgrade 2.50 0.40
Fig. 7 FRF Example for Impact Resonance Test
Fig. 8 Coherence Example for Impact Resonance Test
Fig. 9 Dynamic Moduli Rest (0 Cycle Freezing &
Thaw Test)
Fig. 10 Dynamic Moduli Rest (1 Cycle Freezing &
Thaw Test)
Fig. 11 Dynamic Moduli Rest (2 Cycle Freezing &
Thaw Test)
5.2. 혼합물 수분민감성 결과
1차 동결융해에 대한 각 혼합물의 수분민감성 평가는 동결융해를 실시하기 전 동탄성계수와 동결융해 실시 후 동탄성계수를 비교함으로써 수분저항성을 파악하도 록 했다. 2차 동결융해에 대한 시험 결과 역시 1차 및 동결융해 전 동탄성계수의 차이를 비교함으로써 동결융 해 저항성을 파악했다. 이 차이는 3가지 공시체의 동탄 성계수 차이에 대한 RMSE(Root Mean Squared Error) 및 MPE(Mean Percentage Error)를 적용해 동결융해에 가장 큰 저항성을 갖는 소석회 및 박리방지 제 함량을 탐색했다.
아래 Table 3과 4는 본 연구에서 실시한 동결융해 저 항성 평가에 대한 RMSE 및 MPE를 나타낸 것이다.
5.3. FEM을 통한 실제 거동
본 연구에서 파악하고자 하는 것은 표층과 기층 사이 에서 발생하는 응력 및 변형 분포로서, FEM결과 중 표 층과 기층 사이 하중전달 방향에서 수직이 되는 노드와 요소의 응력 및 변형분포를 파악했다. KICTPAVE를 활용한 각 조건 별 유한요소해석 결과는 다음 Fig. 12와 같다.
6. 결론
본 연구에서는 소석회를 첨가한 투수성 아스팔트 혼 합물의 수분민감도를 평가하기 위해 2 Cycle에 걸친 동 결융해시험을 실시하였으며, 이 동결융해시험을 거친 혼합물에 대하여 비파괴충격파 시험을 실시함으로써 피 로거동에 대한 혼합물의 수분민감도를 평가했다. 동탄 성계수를 이용하여 수분민감도를 평가한 본 연구의 결 론은 다음과 같다.
1. RMSE 및 MPE에 기초하여 1차 동결융해시험 결과 로부터 소석회 첨가율이 1.5%인 경우 저항성이 가장 Table 3. Freezing & Thawing Resistance Result
(0 → 1Cycle)
Type RMSE
(Mpa)
Max error (Mpa)
Min error (Mpa)
MPE (%) 1 - 2252.5 - 5845.4 - 625.4 5.0 2 - 1987.0 - 6186.9 - 49.9 4.8 3 - 5932.2 - 6725.0 - 5492.9 12.5 4 - 3961.7 - 8264.6 - 113.2 9.0 5 - 2546.2 - 10244.1 - 5.8 5.8 6 - 1359.8 - 3586.2 - 177.6 2.8 7 - 1453.9 - 3808.8 - 717.4 3.2 Table 4. Freezing & Thawing Resistance Result
(1 → 2Cycle)
Type RMSE
(Mpa)
Max error (Mpa)
Min error (Mpa)
MPE (%) 1 - 6634.2 - 12633.2 - 435.2 16.6 2 - 1295.5 - 4097.9 - 131.7 3.1 3 - 1547.7 - 4434.8 - 31.3 3.2 4 - 673.8 - 1455.2 - 45.6 1.5 5 - 1737.0 - 3490.2 - 479.6 3.9 6 - 1035.3 - 1906.1 - 114.9 2.2 7 - 1523.5 - 4271.2 - 288.2 3.4
(a) Strain (x)
(b) Strain (y)
(c) Stress (theta)
Fig. 12 Finite Element Method Results
큰 것으로 판단했으며, 박리방지제는 0.5% 첨가율인 경우 동결융해에 대한 저항성이 가장 큰 것으로 나타 났다.
2. 2차 동결융해시험 결과 1차 동결융해 시험과 다르게 소석회가 0.5% 첨가된 경우 크게 저항성이 증가됐으 며, 박리방지제는 1차 동결융해시험결과와 같은 0.5% 첨가율인 경우에 동결융해저항성이 크게 나타 났다.
3. 일반 배수성 아스팔트에 비해 소석회를 0.5% 첨가한 경우, 박리방지제를 0.5% 첨가한 경우, 항상 하중에 더 높은 저항성을 갖는 것으로 나타났다.
Acknowledgement
This work was supported by the National Research Foundation of Korea(NRF) grant funded by the Korea government(MSIP) (No.
2011-0030040).
REFERENCES
Jang, Byungkwan, Kim, Dowan and Mun, Sungho, Yang, Sunglin and Jang, Yeongsun. “Study on Dynamic Modulus Change Measurement of Permeable Asphalt Mixtures with Various Porosity using Non-Destructice Impact Wave”, Journal of Korean Society of Road Engineers, 15(3), pp. 65-74. 2013.
Kim, Dowan, Jang, Byungkwan and Mun, Sungho. “Evaluation of the Dynamic Modulus by using the Impact Resonance Testing Method”, Journal of Korean Society of Road Engineers, 16(3), pp. 35-41. 2014.
Kim, Dowan, Kim, Dongho and Mun, Sungho. “Development of the Predicted Model for the HMA Dynamic Modulus by using
the Impact Resonance Testing and Universal Testing Machine”, Journal of Korean Society of Road Engineers, 16(3), pp. 35-41.
2014.
Kim, Dowan, Mun, Sungho, Lee, Sangyum, Taesup. “Application of Hydrated Lime-Modified Asphalt Mixture Properties to Korean Pavement Research Program”, Journal of Korean Society of Road Engineers, 17(4), pp. 66-75. 2015.
Kim, Dowan, Mun, Sungho, Lee, Sangyum, Taesup. “Application of Hydrated Lime-Modified Asphalt Mixture Properties to Korean Pavement Research Program”, Journal of Korean Society of Road Engineers, 17(4), pp. 66-75. 2015.
Korea Expressway Corp. “Review of Application Method of Porous Asphalt Pavement for Improvement of Driving Safety and Comfortability”, 2015.05.
Lee, Sangyum. “Investigation of the Effects of Lime on the Performance of HMA using Advanced Testing and Modeling Techniques”, North Carolina State Univ. Paper of Doctor of Philosophy, 2008.
Lee, Sangyum, Seo, Youngguk and Kim, Y. Richard. “Effect of Hydrated-Lime on Dynamic Modulus of Asphalt-Aggregate Mixtures in the State of North Carolina”, Conference of Korean Society of Civil Engineering 2010.
Mun, Sungho, Kim, Dowan, Jun, Eunbe, Lee, Sangyum and Yoon, Taesup. “Performance Evaluation of Porous Asphalt Mixtures Using Hydrated-Lime”, Journal of Korean Society of Hazard Mitigation, 14(6), pp. 73-82. 2014.
Oyadiji S. O. and Tomlinson G. R. “Determination Of The Complex Moduli Of Viscoelastic Structural Elements By Resonance And Non-Resonance Methods”, Journal of Sound and Vibration, 101(3), pp. 277-298. 1985.
