KR101513067B1

KR101513067B1 - 비파괴 동탄성 계수 측정장치 및 이를 이용한 동탄성 계수 측정방법

Info

Publication number: KR101513067B1
Application number: KR1020140009851A
Authority: KR
Inventors: 문성호
Original assignee: 서울과학기술대학교 산학협력단
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2015-04-22

Abstract

본 발명은 아스팔트 혼합물의 동탄성 계수(Dynamic Modulus)를 측정하기 위한 비파괴 동탄성 계수 측정장치 및 이를 이용한 동탄성 계수 측정방법에 관한 것이다.

Description

비파괴 동탄성 계수 측정장치 및 이를 이용한 동탄성 계수 측정방법{APPARATUS AND METHOD FOR NONDESTRUCTIVE FOR MEASURING THE DYNAMIC MODULUS}

최근 기후변화 및 다양한 영향으로 인해 도로 및 주변 환경에 대한 피해가 점차 증가하고 있다. 이와 관련하여 전 세계적으로 발생하는 아스팔트 도로의 피해를 줄이기 위한 노력이 급격하게 이루어지고 있다. 그 중 아스팔트 포장 내의 포트홀이나 싱크홀, 균열 등은 포장의 성분에 따른 강도의 원인으로 발생하기도 한다.

아스팔트 혼합물에 대한 강도를 예측하고 그 성능을 파악하기 위해서 일반적으로 동탄성계수를 사용하며 동탄성계수가 높을수록 포장체의 강도는 크다고 판단한다. 아스팔트 혼합물에 대한 강도를 측정하는 경우 점탄성체라는 특성을 가지고 있기 때문에 온도 및 하중재하속도, 간격이 매우 중요한 요소로 작용한다. 이러한 요소들을 충족시켜 주기 위해 국내에서는 고가의 장비를 구축하여 이에 의존하고 있다.

현재 아스팔트 혼합물의 동탄성계수를 구함에 있어 공신력을 가지는 것에는 MTS 장비가 있다.

상기 MTS 장비의 경우, 동탄성계수의 실험결과에 대한 공신력과, 하나의 장비를 통해 다양한 시험체의 성능을 확인할 수 있다는 장점을 갖는 반면, 상기가 고가이며, 시험체에 직접적인 응력을 가하기 때문에 시험체의 파괴로 인해 하나의 시험체에 대한 반복 시험수행이 불가능하다는 단점이 있다. 그리고 이와 같은 맥락에서 시험체의 반복적 수행에 따른 인력 및 시험수행과정의 시간적 소모가 크다는 단점이 있다.

오야디지 S. O.i, 톰린슨 G. R. (1985), 공진과 비공진에 대한 점탄성 구조요소의 복소 동탄성계수의 결정[Oyadij S. O.i and Tomlinson G. R. (1985), Determination Of The Complex Moduli Of Viscoelastic Structural Elements By Resonance And Non-Resonance Methods] 권기철, 이재환(2007)" 아스팔트 콘크리트 탄성계수 결정을 위한 충격공진시험 영향요소 평가", 한국도로학회 논문집, 한국도로학회, 제 9권, 2호, pp. 89-99. 이관호, 조경래, 비영식, 송용선(2008)"아스팔트 바인더의 노화특성을 고려한 동탄성계수 평가", 한국방재학회논문집, 한국방재학회, 제8권, 3호, pp. 51-58. 하이동 쿼이(2009)."점탄성 파괴역학을 이용한 아스팔트 포장의 Top-down 균열 모델."석사학위논문, 세종대학교[Haidong Kuai(2009)."Top-down cracking model of asphalt pavements based on a viscoelastic fracture mechanics theory."] 박상민(2008)."고무상물질의 열에 대한 치수안정성 측정 시험법.(Test method for measuring dimensional stability of rubbery materials upon heating.)"석사학위논문, 전남대학교 왕 산(2010). "주파수 영역에서 퓨리에 변환을 사용한 초고해상도 이미지복원 알고리즘."[Wang Shan(2010). "A super resolution image reconstruction approach in frequency domain based on discrete Fourier transform."] 석사학위논문, 울산대학교 이경하, 박은용, 조성환(2006) "아스팔트 혼합물의 수분 민감특성 연구"한국도로학회 논문집. 송재혁(2010)". 아스팔트 포장상태 평가 및 생애주기비용을 고려한 보수공법 연구 ", 석사학위논문, 세종대학교. 데이비드 로이랑스(2000). "점탄성공학."캠브릿지 메사추세츠 주 공과대학교 물성물리학, 재료역학과, MA 02139 [David Roylance(2000). "ENGINEERING VISCOELASTOCITY." Department of Materials Science and Engineering Massachusetts Institute of Technology Cambridge, MA 02139]

상기한 바와 같이, 본 발명은 아스팔트 혼합물의 동탄성계수를 측정하기 위해 비파괴충격파 시험법(Non-Destructive Impact Wave Testing or Impact Resonance Testing, IRT)을 도입하고, 이로 인해 보다 저렴하고 빠른 동탄성계수를 도출해 낼 수 있는 비파괴 동탄성 계수 측정장치 및 이를 이용한 동탄성 계수 측정방법을 제공하고자 하는 것을 발명의 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여,

본 발명은 고리형 고정 부재를 이용하여 공중에 고정 설치하는 원기둥 형상의 아스팔트 공시체와,

상기 아스팔트 공시체의 일측면을 향하여 경사지게 설치되어 쇠구슬의 자유낙하를 유도하는 파이프 형상의 슬라이딩관과,

상기 슬라이딩관을 통과하여 자유낙하 하면서 상기 아스팔트 공시체의 일측면을 타격하는 쇠구슬과,

상기 아스팔트 공시체의 일측면을 타격한 후 지면으로 낙하하는 쇠구슬을 수집하는 쇠구슬 리시버와,

상기 아스팔트 공시체의 양측면에 부착하여, 상기 쇠구슬의 일측면 타격에 의해 측정되는 양측면에서의 아날로그 신호(Signal)를 신호변환기로 전송하는 가속도계와,

상기 가속도계로부터 전송된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 신호변환기와,

상기 신호변환기를 통해 변환된 디지털 신호의 주파수를 분석하고, 분석한 공진 주파수를 화면상으로 출력하여 주는 컴퓨터를 포함하여 이루어지는 비파괴 동탄성 계수 측정장치를 제공한다.

그리고 상기 비파괴 동탄성 계수 측정장치를 이용한 비파괴 동탄성 계수 측정방법으로서,

높이 17.8㎝, 지름 15㎝의 원기둥 모양의 공시체를 제작한 후, 코어링을 통해 높이 15㎝, 지름 10㎝의 원기둥 모양의 아스팔트 공시체로 제작하는 단계(S10)와,

상기 아스팔트 공시체를 고리형 고정 부재를 이용하여 항온항습기 내의 공중에 고정설치하는 단계(S20)와,

상기 아스팔트 공시체의 양측면에 가속도계를 부착하되, 쇠구슬이 타격되는 일측면은 쇠구슬이 타격하는 중앙으로부터 1~2cm 떨어진 지점에 부착하는 단계(S30)와,

상기 가속도계를 신호변환기에 연결하고, 상기 신호변환기는 다시 컴퓨터와 연결하는 단계(S40)와,

상기 항온항습기 내의 온도를 측정하고자 하는 온도로 설정한 후 8시간 동안 유지하여 아스팔트 공시체 내·외부의 온도를 일정하게 유지하도록 하는 단계(S50)와,

상기 아스팔트 공시체의 측면으로부터 이격되어 설치된 슬라이딩관을 통해 공급되는 쇠구슬을 자유낙하시켜, 상기 아스팔트 공시체의 일측면을 타격하는 단계(S60)와,

상기 쇠구슬의 타격에 의해 발생한 아날로그 신호를 상기 아스팔트 공시체의 양 측면에 설치된 가속도계에 의하여 측정하는 단계(S70)와,

상기 가속도계에 의해 측정된 아날로그 신호를 신호변환기로 전송하고, 상기 신혼변환기에서 디지털신호로 변환하는 단계(S80)와,

상기 항온항습기 내에서 상기 S50단계에서부터 상기 S80단계까지 온도를 5℃단위로 변경하면서 반복측정하는 단계(S90)와,

상기 단계(S90)를 통해 수집된 디지털 신호를 컴퓨터를 통해 주파수 분석을 수행하는 단계(S100)를 포함하여 이루어지는 비파괴 동탄성 계수 측정방법을 제공한다.

본 발명에 따른 동탄성계수 측정장치 및 이를 이용한 동탄성계수 측정방법은 기존에 행해지던 방법과 달리 아스팔트 공시체를 파괴하지 않고 동탄성계수를 측정할 수 있기 때문에 아스팔트 공시체 제조에 따른 제작 시간, 인력 및 비용을 최소화할 수 있어 매우 경제적이면서 효율적이다.

또한 본 발명에 따른 동탄성계수 측정장치를 통한 동탄성계수 측정방법은 아스팔트 혼합물의 점탄성적인 성질을 그대로 표현할 수 있다는 장점을 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 비파괴 동탄성 계수 측정장치의 전체 구성을 보인 도면.
도 2는 본 발명에 따른 아스팔트 공시체의 코어링 전(a), 후(b)의 사진.
도 3은 본 발명에 따른 아스팔트 공시체의 단면도.
도 4는 인풋(Input) 가속도계에서의 충격하중 신호를 보인 그래프.
도 5는 인풋(Input) 가속도계에서의 물결을 이루는 잡음 신호를 보인 그래프.
도 6은 아웃풋(Output) 가속도계에서의 충격하중 신호를 보인 그래프.
도 7은 아웃풋(Output) 가속도계에서의 물결을 이루는 잡음 신호를 보인 그래프.
도 8은 공시체의 인풋(Input) 가속도계로부터 획득된 가중함수(Rectangular Weighting Function)를 보인 그래프.
도 9는 공시체의 아웃풋(Output) 가속도계로부터 획득된 지수 가중함수(Exponential Weighting Function)를 보인 그래프.
도 10은 5℃에서 인풋(Input) 및 아웃풋(Output) 신호에 기초한 주파수응답함수(FRF)를 보인 그래프.
도 11은 5℃에서 인풋(Input) 및 아웃풋(Output) 신호에 기초한 기여함수(Coherence)를 보인 그래프.
도 12는 10℃에서 인풋(Input) 및 아웃풋(Output) 신호에 기초한 주파수응답함수(FRF)를 보인 그래프.
도 13은 10℃에서 인풋(Input) 및 아웃풋(Output) 신호에 기초한 기여함수(Coherence)를 보인 그래프.
도 14는 15℃에서 인풋(Input) 및 아웃풋(Output) 신호에 기초한 주파수응답함수(FRF)를 보인 그래프.
도 15는 15℃에서 인풋(Input) 및 아웃풋(Output) 신호에 기초한 기여함수(Coherence)를 보인 그래프.
도 16은 20℃에서 인풋(Input) 및 아웃풋(Output) 신호에 기초한 주파수응답함수(FRF)를 보인 그래프.
도 17은 20℃에서 인풋(Input) 및 아웃풋(Output) 신호에 기초한 기여함수(Coherence)를 보인 그래프.
도 18은 25℃에서 인풋(Input) 및 아웃풋(Output) 신호에 기초한 주파수응답함수(FRF)를 보인 그래프.
도 19는 25℃에서 인풋(Input) 및 아웃풋(Output) 신호에 기초한 기여함수(Coherence)를 보인 그래프.
도 20은 30℃에서 인풋(Input) 및 아웃풋(Output) 신호에 기초한 주파수응답함수(FRF)를 보인 그래프.
도 21은 30℃에서 인풋(Input) 및 아웃풋(Output) 신호에 기초한 기여함수(Coherence)를 보인 그래프.
도 22는 35℃에서 인풋(Input) 및 아웃풋(Output) 신호에 기초한 주파수응답함수(FRF)를 보인 그래프.
도 23은 35℃에서 인풋(Input) 및 아웃풋(Output) 신호에 기초한 기여함수(Coherence)를 보인 그래프.
도 24는 40℃에서 인풋(Input) 및 아웃풋(Output) 신호에 기초한 주파수응답함수(FRF)를 보인 그래프.
도 25는 40℃에서 인풋(Input) 및 아웃풋(Output) 신호에 기초한 기여함수(Coherence)를 보인 그래프.
도 26은 45℃에서 인풋(Input) 및 아웃풋(Output) 신호에 기초한 주파수응답함수(FRF)를 보인 그래프.
도 27은 45℃에서 인풋(Input) 및 아웃풋(Output) 신호에 기초한 기여함수(Coherence)를 보인 그래프.
도 28은 50℃에서 인풋(Input) 및 아웃풋(Output) 신호에 기초한 주파수응답함수(FRF)를 보인 그래프.
도 29는 50℃에서 인풋(Input) 및 아웃풋(Output) 신호에 기초한 기여함수(Coherence)를 보인 그래프.
도 30은 비파괴 충격파를 이용한 아스팔트 혼합물의 선형 동탄성 계수(Liner Dynamic Modulus) 산정 그래프.
(동결 전(a)과 동결 후(b))
도 31은 비파괴 충격파를 이용한 아스팔트 혼합물의 동탄성 계수(Dynamic Modulus) 산정 그래프.
도 32는 동탄성 계수의 상관도(Correlation Diagram for the Dynamic Modulus)
도 33은 MTS 장비를 이용한 공극률 별 공시체의 동탄성계수의 마스터커브(semi-log scale)를 보인 그래프.
도 34는 MTS 장비를 이용한 공극률 별 공시체의 동탄성계수의 마스터커브(log-log scale)를 보인 그래프.
도 35는 MTS 장비를 이용한 공극률 별 공시체의 위상각 마스터커브를 보인 그래프.
도 36은 MTS 장비를 이용한 공극률 별 공시체의 전이함수(Shift Factor)를 보인 그래프.
도 37은 본 발명의 IRT 시험법에 의한 공극률에 따른 동탄성계수 값을 나타낸 그래프.
도 38은 본 발명의 IRT 시험법에서 도출된 기여함수에 대한 그래프(공극률 10%의 공시체).
도 39는 본 발명의 IRT 시험법에서 도출된 기여함수에 대한 그래프(공극률 15%의 공시체)
도 40은 본 발명의 IRT 시험법에서 도출된 기여함수에 대한 그래프(공극률 20%의 공시체)

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 비파괴 동탄성 계수 측정장치(1)는 고리형 고정 부재(101)를 이용하여 공중에 고정 설치하는 원기둥 형상의 아스팔트 공시체(10)와,

상기 아스팔트 공시체(10)의 일측면을 향하여 경사지게 설치되어 쇠구슬의 자유낙하를 유도하는 파이프 형상의 슬라이딩관(20)과,

상기 슬라이딩관(20)을 통과하여 자유낙하 하면서 상기 아스팔트 공시체(10)의 일측면을 타격하는 쇠구슬(30)과,

상기 아스팔트 공시체(10)의 일측면을 타격한 후 지면으로 낙하하는 쇠구슬(30)을 수집하는 쇠구슬 리시버(40)와,

상기 아스팔트 공시체(10)의 양측면에 부착하여, 상기 쇠구슬(30)의 일측면 타격에 의해 측정되는 양측면에서의 아날로그 신호(Signal)를 신호변환기로 전송하는 가속도계(50)와,

상기 가속도계(50)로부터 전송된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 신호변환기(Bruel & Kjaer, Type 3050-A-040)(60)와,

상기 신호변환기(60)를 통해 변환된 디지털 신호의 주파수를 분석하고, 분석한 공진 주파수를 화면상으로 출력하여 주는 컴퓨터(70)를 포함하여 이루어진다.

본 발명은 충격공진실험(Impact Resonance Testing; IRT)으로서, 아스팔트 공시체(10)를 쇠구슬로 타격하는 비파괴 실험(Non-Destructive Testing)에 관한 것이다.

본 발명은 선형점탄성 공시체에 대한 동탄성계수를 구하고자 하며, 이는 재료의 물리성을 표현하는 지표로서 동탄성계수를 사용하기 때문이다.

현재 국내에서 선형점탄성 공시체의 동탄성계수를 결정하기 위해 MTS 장비(MTS 810)를 가장 많이 사용하고 있다. 상기 MTS 장비는 일축압축/인장시험 방법을 사용하는 파괴시험으로 분류되는 것으로서, 이와 같은 파괴시험은 재료를 한번 시험할 때마다 파괴하므로 공시체를 시험할 때마다 다시 제작하여야 하는 단점이 있다.

결국 이러한 단점은 공시체의 재제작에 따른 시간, 인력, 금전적 소비로 이어지게 된다.

본 발명은 이와 같은 기존에 일반적으로 사용되던 MTS 장비를 사용함으로써 발생하게 되는 문제점을 해소할 수 있도록 하는 것으로서, 기존 MTS 장비에 의한 시험은 공시체에 실제 외력을 가하여 동탄성계수를 측정하기 때문에 역학적으로 후크의 법칙인 응력과 변형률의 관계에 의존하게 되나, 본 발명의 경우 외력에 대한 주파수를 이용하여 디지털신호처리기(Digital Signal Processing, DSP)를 활용하는 방법이 적용된다.

본 발명에 따른 IRT시험은 와이어에 감긴 아스팔트 공시체(10)를 횡 방향으로 공중에 고정 설치한 후, 64g의 쇠구슬을 자유낙하시켜 상기 아스팔트 공시체(10)의 일 단면을 타격한다. 이때 외력에 대한 신호를 측정하기 위하여, 상기 아스팔트 공시체(10)의 양 단면 가속도계가 부착되어야 한다.

상기 가속도계는 통상적으로 사용되는 것이면 그 종류에 제한을 두지 않는다. 구체적인 예로는 B&K사의 Accerlerometer-Types 4516을 사용한다.

상기 쇠구슬에 의해 공시체에 가해지는 충격 당시의 신호는 충격을 받은 면의 반대쪽 면까지 전달되어 상기 가속도계에 의해 양방향으로 처리하게 된다.

상기 가속도계를 통한 신호처리는 본 발명에 있어 중요 부분에 해당하며, 이는 IRT 시험에서는 공진주파수를 이용하여 동탄성계수를 결정하기 때문이다.

이와 같이 가속도계(50)를 통해 받아들인 신호는 펄스장비인 신호변환기(60)를 통해 디지털신호로 변환되며, 변환된 디지털신호는 주파수 분석을 통해(FFT or 1/24 OCT analysis) 주파수별 응답신호를 수령하게 된다. 결국 이러한 주파수 응답신호를 통해 아스팔트 공시체(10)에 대한 공진주파수를 확인할 수 있게 된다.

상기 공진주파수는 다시 Wave Equation에서부터 유도되어진 기존 연구(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.)의 결론으로부터 다시 동탄성계수가 결정된다.

그리고, 도 1에 도시된 비파괴 동탄성 계수 측정장치를 이용한 동탄성 계수 측정방법은 높이 17.8㎝, 지름 15㎝의 원기둥 모양의 공시체를 제작한 후, 코어링을 통해 높이 15㎝, 지름 10㎝의 원기둥 모양의 아스팔트 공시체로 제작하는 단계(S10)와,

상기 단계(S90)를 통해 수집된 디지털 신호를 컴퓨터를 통해 주파수 분석을 수행하는 단계(S100)를 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 비파괴 동탄성 계수 측정장치 및 동탄성 계수 측정방법에 대해 보다 구체적인 내용을 도면과 함께 살펴보고자 한다.

아스팔트 공시체 제작

아스팔트 포장체는 골재 배열에 따라 기본적인 물성에 차이가 난다. 아스팔트 다짐 방법 중 마샬다짐은 기본적으로 충격하중을 이용하여 아스팔트 공시체를 다지는 방법으로 골재가 파손되어 현장에서 사용되는 롤러다짐의 포설 방법과는 다르다. 따라서 본 발명에서는 현장상황과 가장 유사한 공시체를 만들기 위하여 선회다짐기를 이용한 아스팔트 공시체를 제작한다.

상기 아스팔트 공시체의 구체적인 예로는 아래의 표 1과 같다.

아래의 표 1에 제시된 바와 같이, 골재는 치수에 따라 둥근 아스팔트 골재와 체가름 시험을 통한 골재로 나뉜다. 그리고 상기 결합제는 바인더와 골재 사이의 결합을 잘 부착시키기 위해 첨가하는 것으로서, 구체적인 예로는 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS) 블록 공중합체를 들 수 있다.

상기 바인더는 그 종류가 다양하나 본 발명에서는 표 1에 제시된 PG등급의 바인더를 사용한다. 또한 상기 첨가제는 필요에 따라 그 종류를 다양하게 하여 첨가할 수 있으며, 본 발명에서는 소석회 또는 고무 중에서 선택하여 사용한다.

아스팔트 콘크리트 배합예

배합예
타입(Type)	비율(중량%)
지름 19mm의 Stone Mastic Asphalt 골재(둥근)	3.8
지름 13mm의 Stone Mastic Asphalt 골재(둥근)	34.7
지름 10mm의 Stone Mastic Asphalt 골재(둥근)	43.73
8번 체를 통과한 골재(모난)	1.42
16번 체를 통과한 골재(모난)	2.86
30번 체를 통과한 골재(모난)	2.37
50번 체를 통과한 골재(모난)	0.96
100번 체를 통과한 골재(모난)	0.96
200번 체를 통과한 골재(모난)	0.96
결합제	3.46
PG등급이 76-22인 바인더	4.2
첨가제	0.58

본 발명에서는 상기 표 1에 제시된 배합예에 따라 골재를 배합하고 선회다짐기(Gyratory Compactor)를 이용하여 높이 17.8㎝, 지름 15㎝의 아스팔트 공시체(10)를 제작하되, 공극별 동탄성계수를 비교하기 위하여 공극률을 10%, 15%, 20%로 조정하여 공시체를 제작한다. 이때 공시체는 크기가 같기 때문에 공시체의 무게는 공극률에 따라 달라진다.

완성된 공시체는 다짐이나 보관 시 조건에 따라 표면에서 목표와는 상이한 물성을 가질 수 있으며, 또한 표면이 고르지 못한 경우가 발생할 수 있다. 따라서 이러한 불안정요소를 보완하기 위하여 코어링을 하여 최종적으로 시험에 사용될 공시체를 높이 15㎝, 지름 10㎝의 원기둥모양으로 제작한다.

상기 코어링은 하지 않는 것이 시편 제작에 있어 훨씬 간편하나, 도 1에서 확인되는 바와 같이, 코어링을 하지 않은 경우(도 1의 (a))와 코어링을 한 경우(도 1의 (b))와 비교하여 보면 코어링을 하지 않을 경우에는 표면이 거칠고, 아스팔트 공시체(10)의 표면과 내부의 밀도차가 발생하게 된다. 또한 동탄성계수 측정시 반복 측정으로 아스팔트 공시체(10) 표면에 이탈현상이 발생하는 문제가 발생하게 된다.

따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 높이 17.8㎝, 지름 15㎝로 제작된 아스팔트 공시체(10)를 높이 15㎝, 지름 10㎝로 코어링하는 것이 바람직하며, 이로 인해 골재의 입도가 가장 고르게 분포되어있는 부분을 이용하여 비파괴충격파를 이용한 동탄성계수를 측정함에 있어 정확성을 기할 수 있다.

본 발명에서는 이와 같은 아스팔트 공시체(10) 제작과정을 거쳐 제작된 공극률 14.71%의 아스팔트 공시체를 이용하여 비파괴 충격파 실험을 수행한다.

다음의 표 2는 실험을 위해 제작한 아스팔트 공시체(10)의 제원을 나타낸다.

아스팔트 공시체 (10) 제원

높이(cm)	직경(cm)	부피(㎤)	건조 중량(g)	공극률(%)
15	10	1181.740	2496.5	14.71

상기 표 2에 제시된 바와 같이, 공극률 14.71%의 아스팔트 공시체(10)를 이용하며, 5℃, 10℃, 15℃, 20℃ 25℃, 30℃, 35℃, 40℃, 45℃, 50℃의 각 온도별 공진 주파수(Resonance Frequency)를 측정한다. 이때 상기 각 온도는 항온항습기에 8시간씩 보관하여 내·외부 온도를 맞춘다.

상기 아스팔트 공시체(10)는 도 3 및 도 4에서 확인되는 바와 같이, 고리형 고정 부재(101)를 이용하여 자유경계조건(Free-Free)으로 공중에 매단다.

상기 고리형 고정 부재(101)의 구체적인 예로는 와이어(wire) 끈을 사용한다.

상기 아스팔트 공시체(10)의 쇠구슬에 의해 타격되는 면에 설치되는 가속도계를 '인풋(Input) 가속도계'라 하고, 상기 쇠구슬이 직접적으로 타격하지 않는 반대의 면에 설치되는 가속도계를 '아웃풋(Output) 가속도계'라 한다.

즉, 본 발명에서는 비파괴 충격파를 이용하여 동적 탄성계수를 측정하기 위해, 가속도계(Accerlerometer-Types 4516)를 인풋(Input)과 아웃풋(Output) 용으로 각 1개씩 총 2개를 사용한다.

그리고 상기 인풋(Input) 가속도계를 아스팔트 공시체(10)의 일측면에 부착하되, 공시체의 중앙부분은 쇠구슬에 의해 타격되는 부분이므로 이를 피해 중심에서 1~2cm 떨어진 지점에 부착한다.

이외에 상기 공시체의 온도를 측정하기 위한 온도계를 사용한다.

상기 인풋(Input) 가속도계가 부착되어 있는 아스팔트 공시체의 일측면으로 쇠구슬(30)이 자유낙하 하여 중앙부를 타격하게 되면, 인풋(Input) 가속도계와 아웃풋(Output) 가속도계에서 가속도를 측정하게 된다.

이때 주파수의 측정은 인풋(Input) 가속도계와 아웃풋(Output) 가속도계로 입력된 신호를 취합하여 이루어진다.

아스팔트 공시체는 항온 수조에 넣었을 때, 밀입도 포장 공시체와는 다르게 즉시 포화가 가능하다. 따라서 본 발명에서는 25±1℃의 항온 수조에 각 아스팔트 공시체를 1시간 가량 모든 기포가 제거되도록 물속에 충분히 포화시킨다.

아스팔트 공시체는 밀입도 포장에 비해 공시체 내부 공극의 크다. 따라서 동결이 되어 내부 공극에 물이 팽창하여도 밀입도 포장에 비해 균열에 대한 동탄성계수 측정 시 실험값이 미미하게 나타나게 된다. 따라서 본 발명에서는 KS F2398보다 낮은 온도인 -20±1℃의 항온항습기에 24시간 동안 동결시킨다.

동결 후 60±1℃의 항온수조에 동결된 공시체를 다시 24시간 동안 융해시키고 다시 25±1℃로 설정한 항온항습기에 공시체가 충분히 마를 때까지 약 24시간 방치한다. 그 후 공시체의 동결 전과 후의 동탄성계수 측정값을 비교하기 위하여 앞서 실험했던 방법을 토대로 반복 실험을 한다.

비파괴 충격파를 이용한 동적탄성계수의 결정

기존의 만능시험기는 다양한 주파수 및 온도별 Sinusoidal 형태의 압축하중에 따른 변형 값을 측정하여 동탄성계수를 측정하였다. 이와 같은 기존의 만능시험기를 이용할 경우, 복잡한 시험과정과 더불어 요구되는 시간이 많이 걸리는 문제점이 있었다.

하지만 본 발명에서 사용하는 비파괴 충격파 실험법은 우수한 반복성과 간편한 실험절차 및 적은 비용으로 동탄성계수의 측정이 가능하다.

본 발명에서는 도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이 비파괴 충격파를 이용하여 온도 및 충격파의 주파수별로 가속도 값을 측정하고, 시편의 온도에 따른 가속도 값은 시편을 항온항습기에서 넣어 두어 일정하게 원하는 온도에 도달하였을 때 그 시편을 꺼낸 후 공중에 매달아 쇠구슬을 이용하여 충격을 가해 그에 따른 양측면의 가속도 값을 측정한다.

즉, 양측면의 가속도계로부터 체적파(Body Wave)의 일종인 P파의 전달속도를 구한다. 이에 대한 이론은 기존의 연구(S. O. Oyadiji등; 1985)에서 비롯된 것이다. 기존 연구에 따르면, 공시체에 가해지는 외력으로 인한 전달파는 P파로 인식한다. 사실 공시체 내에 전달되는 파는 다방향으로 전파되고 공시체를 고정시켜 놓은 물질에도 전파될 수 있다. 이러한 파동의 회절이나 중첩은 P파로 가정함으로 인하여 고려되지 않는다.

이 이론에 의한 탄성계수 결정 공식은 다음의 식 (1)과 같다.

여기서,

는 탄성계수,

는 공시체의 밀도,

는 각 온도별 주파수,

은 공시체의 길이 그리고

은 자유도의 수이다. 즉, 실험을 통해 측정한 값인 전달속도 및 밀도를 이용하여 탄성계수를 구할 수 있다.

신호( Signal ) 비교 분석

비파괴 충격파 시험은 시편의 한쪽 부분에 충격하중(Impulse)를 재하하고 이때의 신호(Signal)를 시편의 반대쪽에서 측정하여 공진주파수(Resonance Frequency)와 감쇠비(Damping Ratio)를 측정하여야 한다.

따라서 본 발명에서는 시간함수(Time Function), 시간가중함수(Time Weighting Function), 간섭함수(Coherence Function), 주파수응답함수(Frequency Response Function)의 신호(Signal)를 비교 분석한다.

< 시간함수(Time Function)와 시간가중함수(Time Weighting Function) >

본 발명의 실험방법은 비파괴 충격파를 이용한 임펄스 가진(Impulse Excitation)으로 매우 짧은 시간 동안 가해지는 충격 하중이다.

따라서 Input과 Output의 시간함수는 도 5 내지 도 8에 나타낸 바와 같이, 매우 짧은 시간에 복잡한 잡음(Noise)을 갖게 된다. 또한 임펄스 가진(Impulse Excitation)에 대한 Input Data는 쇠구슬을 굴려 충격하중을 가한 것을 묘사하기 위하여, 도 9에 제시된 바와 같이, Rectangular Weighting Function으로 실험의 조건을 유지하였으며, Output Data는 시편의 한쪽에 임펄스 가진(Impulse Excitation)후 반대쪽에 하중이 전달되는 모습을 묘사하기 위하여, 도 10에 제시된 바와 같이, Exponential Weighting Function으로 실험을 한다.

< 간섭함수(Coherence Function)와 주파수응답함수(Frequency Response Function) >

비파괴 충격파를 이용한 실험에서 쇠구슬 직경, 타격 및 신호측정 위치, 시편거치조건, 신호획득 속도 등은 시편의 물성을 변화시키지 않는 시험조건이며 실험온도는 아스팔트 콘크리트 시편 자체의 물성을 변화시키는 조건이다.

본 발명의 실험방법으로 측정한 공진주파수(Resonance Frequency)는 아스팔트 콘크리트의 온도에 가장 민감하게 반응하며, 비파괴충격파를 이용한 동탄성계수를 구하기 위해 가장 중요한 Parameter라고 할 수 있다.

공진주파수(Resonance Frequency)는 주파수 응답함수(FRF)의 가장 꼭대기(Peak) 지점을 측정하여 구할 수 있다. 공진주파수(Resonance Frequency)를 측정한 후, 앞서 언급한 식(1),

를 사용하여 탄성계수 E를 간단하게 구할 수 있다.

각각의 Input과 Output의 Accelerometer에서 구해진 온도별 주파수 응답함수(Freqeuncy Response Function)는 도 11 내지 도 30과 같다. 가속도계(Accelerometer)를 이용한 주파수응답함수(FRF)의 측정은 진동시험 중에 하나이며, 신호들은 여러 형태의 잡음(noise)를 포함한다. 따라서 기여도 함수를 이용하여 실험의 신뢰도를 파악해야만 한다. 기여도 함수(

)는 다음과 같이 정의된다.

여기서,

는 입력에 대한 파워 스펙트럼 밀도이며,

는 출력에 대한 파워 스펙트럽 밀도,

는 입·출력에 대한 상호 스펙트럼밀도 함수이다. 즉, 실험 시 입력(Input)신호와 출력(Output)신호의 상호 연관성을 나타내는 기여함수(Coherence Function)을 측정하여 실험의 신뢰도를 높인다.

기여도함수는 항상 0에서 1의 값을 가지며 실험의 일관성이 유지되었다면, 식(2)의 기여도함수는 1의 값을 가진다. 하지만 실험과정에 있어서 잡음(noise)이 포함된다면 기여도함수는 1을 나타낼 수 없다. 본 발명에서는 실험의 신뢰도를 측정하기 위해 도 11 내지 도 30과 같이 각 온도별 5℃, 10℃, 15℃, 20℃, 25℃, 30℃, 35℃, 40℃, 45℃, 50℃의 주파수 응답함수(FRF)와 기여도함수를 측정한다.

상기 기여도함수는 전체적으로 1에 가까운 값을 나타내지만, 주파수응답함수(FRF)의 Peak 지점 부분에서는 반공진 지점이 되므로 기여도함수가 갑작스럽게 떨어지는 것을 알 수 있다.

각 온도에서의 피크 포인트 주파수

온도	Hz
온도	Normal	First Freezing
5℃	5170	5026
10℃	5090	4922
15℃	5074	4678
20℃	4942	4352
25℃	4270	3880
30℃	4306	4040
35℃	4334	3966
40℃	2986	3878
45℃	3916	3614
50℃	2534	3078

비파괴 충격파를 이용한 동적탄성계수 산정

동탄성계수는 사용된 골재의 입도, 아스팔트 바인더에 따라서 변화하며, 다양한 온도조건, 하중, 속도를 이용하여 다양한 재료의 성질을 묘사할 수 있는 물성치 평가방법이다.

진동학의 기초이론에 따르면 질량과 스프링으로 이루어진 진동계의 고유 원 진동수는 바로

이며, 질량(

)과 스프링의 특성(

)에 따라 고유 진동수 값이 변화됨을 알 수 있다. 이것은 다음의 식과 같이 표현된다.

여기서,

는 스프링 상수,

은 공시체의 질량이다.

식(3)을 살펴보면, 동일한 스프링(

값이 일정하다)에서 질량이 증대되면 고유 진동수는 작아지고, 반면에 질량이 줄어들면 커지게 됨을 알 수 있다. 마찬가지로 동일한 질량에서 스프링의 특성에 따라서 진동계의 고유 진동수도 변화된다.

스프링이 딱딱해지면(

값이 커지면) 고유 진동수는 커지고, 부드러워지면(

값이 줄어든다) 고유 진동수는 작아지게 된다. 위의 실험에서 공시체의 질량은 일정하며, 스프링 상수인 값은 온도에 따라 변화한다고 할 수 있다.

즉, 일반적으로 온도가 높아질수록 아스팔트 혼합물은 점탄성의 성질에 따라 부드러워지고 스프링상수 값은 줄어들게 되어 고유진동수는 감소하고, 온도가 낮아질수록 딱딱해지고 스프링상수 값은 증가하게 되어 고유진동수가 증가한다. 앞서 말한, 식(1)을 이용하여 동결 전과 후의 동탄성계수를 구한 결과, 표 4와 같은 값이 나온다. 이것을 다시 그려보면 도 31과 같다.

동결 전과 후의 아스팔트 혼합물의 동탄성 계수

온도	kPa
온도	동결 전	동결 후
5℃	21013	19859
10℃	20368	19046
15℃	20240	17204
20℃	19201	14890
25℃	14334	11835
30℃	14577	12831
35℃	14767	12366
40℃	7009	11823
45℃	12056	10268
50℃	5048	7448

일반적으로 온도가 높아짐에 따라 동탄성계수는 감소하는 성향을 보여야 하지만, 동결 전의 공시체는 온도 25℃와 35℃구간 그리고 40℃와 45℃에서 상승하는 경향을 보이며, 동결 후의 공시체는 온도 25℃와 30℃구간에서 약간 증가한다. 이는 공시체 내부 온도와 상대습도에 대한 실험적인 오차로 판단된다.

동결 전·후의 동탄성계수 비교

도 32의 결과를 보면 대부분의 동결 전 동탄성계수가 동결 후 동탄성계수보다 크게 측정되었음을 알 수 있다. 하지만 40℃와 50℃의 측정 결과에서 동결 후의 동탄성 계수가 동결 전의 동탄성계수보다 크다는 것을 알 수 있다. 이러한 동탄성계수의 동결 전과 후의 전체적 차이를 규명하기 위하여 RMSE(Root Mean Square Error)분석을 실시하였다. 각 온도마다 다른 동탄성계수의 RMSE 오차의 크기는 다음 식(5)에 의해 정의된다.

여기서,

는 해당 온도를 의미하는 섭씨(℃)온도단위를 의미한다. 따라서

의 함수를 1에서 10까지 합한다는 것은 5℃단위로 5℃부터 50℃까지의 동탄성계수를 합한다는 것을 의미한다. 또한

는 전체 실험온도의 수이며 동결 전·후 각 10회를 실시하였으므로 10이다.

와

는 각각 동결 전과 동결 후의 동탄성계수를 의미한다.

다음 표 5는 각 온도에서의 동결 전과 후의 동탄성계수 차이 및 RMSE값을 나타낸다. 대부분 동결 전의 동탄성계수가 동결 후의 동탄성계수보다 더 큰 것으로 판단되며 40℃와 50℃에서 동결후의 동탄성계수가 동결 전의 동탄성계수보다 큰 것과 상관없이 전체적 RMSE분석에 의한 결과는 2794.07kPa차이를 보였다.

RMSE분석은 단지 두 관계에 대한 전체적인 오차의 크기를 나타낼 뿐, 어느 정도의 관계를 갖는지를 나타내지 않는다. 따라서 동결전과 동결후의 동탄성계수 크기의 관계를 규명하기 위해 MPE(Mean Percentage Error)분석과 상관관계분석(Correlation Analysis)을 실시하였다.

RMSE 분석결과

Temp	kPa
Temp	동탄성 계수의 차이 (The difference of Dynamic Modulus)	RMSE
5℃	1154.3	2794.07
10℃	1322.38
15℃	3036.09
20℃	4311.02
25℃	2498.89
30℃	1745.36
35℃	2401.33
40℃	-4813.6
45℃	1787.83
50℃	-2400.2

MPE분석은 RMSE분석과 마찬가지로 두 관계의 오차에 대한 정도를 규명할 수 있다. 이는 두 관계의 오차율을 확률적으로 표현가능하다. 이는 다음과 같은 식(6)으로 표현이 가능하다.

여기서,

와

은 동결 전과 후에 관계없이 한 온도에서의 동탄성계수 중 큰 값과 작은 값을 의미한다.

합의 표현이 RMSE방법과 일치한다.

또한, 마찬가지로

는 온도 독립변수의 수 10을 의미한다.

만약 두 관계가 일치하는 경우 MPE값은 0을 나타낸다.

MPE에서 가장 중요한 것은 기준 동탄성계수를 동결 전의 동탄성계수로 설정하였다.

따라서 기준 값보다 하락한 경우(동결 전 동탄성계수보다 동결 후 동탄성계 수가 작은 경우) 음의 값을 갖게 되고 그 역의 관계에서는 양의 값을 갖게 된다. 그 결과 두 관계의 차이율은 다음 표 6과 같다.

이 결과, 동결 전·후의 동탄성계수의 차이가 가장 크게 발생되는 부분은 40℃인 경우이며, 동결 전의 동탄성계수 기준으로 약 3.7%만큼의 차이를 보였다.

MPE는 동결전 동탄성계수를 기준으로 할 때, 차이율을 규명하였지만 동결 전과 후의 전체적 동탄성계수의 상관관계를 규명했다고 볼 수 없다. 따라서 두 관계를 규명하기 위하여 상관관계분석을 실시하였다. 상관관계 분석은 대게 회귀분석에서 회귀방정식에 대한 검증으로 사용하나 본 발명에서는 동탄성계수에 대한 두 관계를 규명하기 위하여 사용되었다.

MPE 분석결과

온도	비율(%)
온도	동탄성 계수의 차이율(The percentage difference of Dynamic Modulus)	MPE
5℃	-5.493	-3.6997
10℃	-6.4922
15℃	-15
20℃	-22.452
25℃	-17.433
30℃	-11.973
35℃	-16.261
40℃	40.7124
45℃	-14.829
50℃	32.224

다음 도 32의 동탄성계수 상관도(Correlation Diagram for the Dynamic Modulus)에서 동결 전과 동결 후의 탄성계수 관계가 직선적이라고 판단할 수 있다.

따라서, Pearson의 단순상관계수(

, Simple Correlation Coefficient)를 구한다. Pearson의 단순 상관계수는 다음의 식(7)로부터 구할 수 있다.

여기서,

와

는 동결 전 동탄성계수의 크기 및 평균 크기이며,

와

는 동결 후 동탄성계수의 크기 및 평균크기를 의미한다. S는 각 표본에 대한 표준편차이며, 합의 표현은 RMSE방법과 일치한다. 그 결과 Pearson의 단순상관계수에 의한 상관도는 89.59%이다.

이하에서는 아스팔트 혼합물의 동탄성 계수를 구함에 있어 공신력을 가지고 있는 MTS장비에 의한 결과와 본 발명의 IRT 시험법에 의한 결과를 비교하여 살펴보도록 한다.

상기 MTS 장비를 통한 동탄성 계수의 측정과, IRT 시스템에 의한 동탄성 계수의 측정은 상기 표 1의 배합예에 따라 제작된 동일한 공시체를 이용하여 측정한다.

도 33~36은 MTS 810 System을 이용한 공극률 별 공시체의 동탄성계수의 마스터커브(Master Curve), 위상각 마스터커브, 전이함수(Shift Factor)를 나타낸 것이다.

상기 공시체의 동탄성계수 마스터커브를 결정하기 위한 기존 온도(Standard Temperature)는 5℃로 설정하였으며 도 33은 semi-log 스케일로 표현한 그래프이며, 도 34는 log-log 스케일의 표현 결과이다. 그리고 이 둘의 구분은 저온과 고온에서의 결과를 관측하기 위한 것이다.

도 37은 본 발명의 IRT 시험법에 의한 공극률에 따른 동탄성계수의 값을 나타낸 그래프이며,

상기 도 37의 결과는 상기 식 (1)에 의하여 결정된 값이며, IRT 시험법에서 도출되어진 기여함수에 대한 그래프는 도 38과 같다. 도 38에 제시된 기여함수의 그래프 중첩으로 인하여 구분이 어려울 수도 있으나, 도 38을 통해 보이고자 하는 것은 본 발명에서 사용된 공진주파수 영역대의 신뢰성이 높다는 것을 보이고자 함이다.

다음의 표 7 및 8은 MTS 시스템에 의한 동탄성 계수 및 IRT 시스템에 의한 동탄성계수를 나타낸 것이다. 여기에서 IRT 시험결과에 공진주파수와 상기 도 38의 CF결과를 비교해 보면 IRT 시험의 공진주파수는 신뢰성을 확보하였다고 판단할 수 있다. 여기서 DM은 동탄성계수(MPa)를 의미하며, RF는 공진주파수(Resonance Frequency, Hz)를 의미한다.

동탄성 계수 시험결과( Dynamic Modulus Results ( MTS ))

10% 공극률의 공시체(10% Porous SMA)
Temp(℃)	5.3	20.1	40.1	53.7
Freq(Hz)	DM	DM	DM	DM
20	15124.1	7953.8	4097.0	2005.5
10	14262.3	8956.2	3399.0	1686.9
5	13534.1	7844.1	2839.3	1368.2
1	11191.1	5703.6	1841.5	969.1
0.5	10092.7	4834.9	1561.4	858.4
0.1	8013.6	3330.6	1189.8	652.3
15% 공극률의 공시체(15% Porous SMA)
Temp(℃)	5.2	19.2	39.1	63.6
Freq(Hz)	DM	DM	DM	DM
20	19868.8	11696.3	3773.3	1971.0
10	18223.5	10456.5	3224.0	1632.7
5	16713.3	8991.3	2653.9	1307.2
1	13636.4	6255.7	1675.4	838.68
0.5	12120.7	5058.3	1364.2	727.5
0.1	9373.2	3275.3	909.8	552.4
20% 공극률의 공시체(20% Porous SMA)
Temp(℃)	4.7	19.7	39.2	54.4
Freq(Hz)	DM	DM	DM	DM
20	8226.8	4677.0	1646.3	797.1
10	7709.3	4063.3	1357.3	664.2
5	7100.1	3414.4	1135.8	545.8
1	5792.5	2256.5	719.4	384.0
0.5	5188.8	1844.9	593.1	338.6
0.1	4038.0	1181.8	431.3	280.2

동탄성 계수 시험결과( Dynamic Modulus Results ( IRT ))

10% 공극률의 공시체(10% Porous SMA)
Temp(℃)	5	15	20	35	45
RF(Hz)	5636	5496	4644	3844	2790
DM	24922	23700	16921	11594	10765
15% 공극률의 공시체(15% Porous SMA)
Temp(℃)	5	15	20	35	45
RF(Hz)	5026	4678	4352	3966	3860
DM	21014	20241	19201	14767	12056
20% 공극률의 공시체(20% Porous SMA)
Temp(℃)	5	15	20	35	45
RF(Hz)	5250	4722	4514	3760	3234
DM	21420	17328	15835	10987	13115

두 가지 시험방법으로 결정되어진 동탄성계수 결과값을 비교하기 위해서 공신력이 입증된 MTS결과를 기준으로 하였다.

또한 MTS에 의한 결과는 주파수 별 동탄성계수의 값을 제시하였으며, IRT시험에 의한 결과는 온도에 따른 동탄성계수의 값을 제시하였기 때문에 기본 조건은 온도에 초점을 맞추도록 한다.

그 이유는 IRT시험의 공진주파수는 CF에 의하여 신뢰성을 구축해 놓은 상태여서 주파수 별 동탄성계수를 구하는 것에 있어서 신뢰성을 잃게 되기 때문이다.

온도는 두 시험의 조건온도가 상이하며 예측 값을 사용할 경우 오차를 포함하기 때문에 이를 최소화하기 위하여 5℃, 20℃의 3가지 공시체에 대해서 비교를 실시한 후, 실제 오차율이 어느 정도인지 파악하고자 한다(회귀분석을 활용하여 오차를 보정하더라도 온도와 주파수에 대한 보정을 두 차례 실시할 경우 동탄성계수 값 비교 시 큰 오차를 갖을 수 있기 때문에 동등한 온도조건에서의 오차 비교 실시).

오차율의 크기를 구하기 위하여 MTS 810 시스템에 의한 결과를 기준으로 오차율과 RMSE(Root Mean Squared Error), 두 가지를 동시에 구하였다. 오차를 구하는 것에 있어서 온도나 주파수의 구별은 두지 않았으며 측정되어진 동탄성계수 값에만 의존하였다.

오차율을 계산한 결과, 최소 5%에서 최대 8%의 오차율을 보였으며 오차의 값은 최소 1,200MPa에서 최대 2,400MPa까지 발생하였다.

따라서, 본 발명에 따른 IRT시험법에 의해 도출된 동탄성 계수값과 MTS를 이용한 DMT 시험의 동탄성 계수값을 비교한 결과, 공신력이 있다고 평가되는 MTS에 의한 DMT 결과와 최대 8%의 오차를 갖는다는 결론을 확인하였다. 그리고 RMSE의 경우 2,000MPa 오차가 있으며 RMSE오차는 온도가 높아짐에 따라서 줄어드는 양상을 보였다.

본 발명에 따른 동탄성계수 측정방법은 공시체를 파괴하지 않고 동탄성계수를 측정할 수 있기 때문에 공시체를 제작하기 위한 시간적, 물적 자원의 낭비를 줄여주기 때문에 동탄성계수를 효율적으로 할 수 있어 산업상 이용가능성이 크다.

1: 비파괴 동탄성 계수 측정장치
10: 아스팔트 공시체
20: 슬라이딩관
30: 쇠구슬
40: 가속도계
50: 쇠구슬 리시버
60: 신호분석기
70: 컴퓨터

Claims

고리형 고정 부재(101)를 이용하여 공중에 고정 설치하는 원기둥 형상의 아스팔트 공시체(10)와,
상기 아스팔트 공시체(10)의 일측면을 향하여 경사지게 설치되어 쇠구슬의 자유낙하를 유도하는 파이프 형상의 슬라이딩관(20)과,
상기 슬라이딩관(20)을 통과하여 자유낙하 하면서 상기 아스팔트 공시체(10)의 일측면을 타격하는 쇠구슬(30)과,
상기 아스팔트 공시체(10)의 일측면을 타격한 후 지면으로 낙하하는 쇠구슬(30)을 수집하는 쇠구슬 리시버(40)와,
상기 아스팔트 공시체(10)의 양측면에 부착하여, 상기 쇠구슬(30)의 일측면 타격에 의해 측정되는 양측면에서의 아날로그 신호(Signal)를 신호변환기로 전송하는 가속도계(50)와,
상기 가속도계(50)로부터 전송된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 신호변환기(60)와,
상기 신호변환기(60)를 통해 변환된 디지털 신호의 주파수를 분석하고, 분석한 공진 주파수를 화면상으로 출력하여 주는 컴퓨터(70)를 포함하여 이루어지는 것임을 특징으로 하는 비파괴 동탄성 계수 측정장치.
청구항 1에 있어서,
아스팔트 공시체(10)는 선회다짐기(Gyratory Compactor)를 이용하여 높이 17.8㎝, 지름 15㎝의 원기둥 모양의 아스팔트 공시체를 제작하되, 공극률을 10, 15, 20%로 조정하여 아스팔트 공시체를 제작한 후,
코어링을 통해 높이 15㎝, 지름 10㎝의 원기둥 모양의 아스팔트 공시체로 제작된 것임을 특징으로 하는 비파괴 동탄성 계수 측정장치.
높이 17.8㎝, 지름 15㎝의 원기둥 모양의 공시체를 제작한 후, 코어링을 통해 높이 15㎝, 지름 10㎝의 원기둥 모양의 아스팔트 공시체(10)로 제작하는 단계(S10)와,
상기 아스팔트 공시체(10)를 고리형 고정 부재(101)를 이용하여 항온항습기 내의 공중에 고정설치하는 단계(S20)와,
상기 아스팔트 공시체의 양측면에 가속도계(50)를 부착하되, 쇠구슬이 타격되는 일측면은 쇠구슬이 타격하는 중앙으로부터 1~2cm 떨어진 지점에 부착하는 단계(S30)와,
상기 가속도계(50)를 신호변환기(60)에 연결하고, 상기 신호변환기(60)는 다시 컴퓨터(70)와 연결하는 단계(S40)와,
상기 항온항습기 내의 온도를 측정하고자 하는 온도로 설정한 후 8시간 동안 유지하여 아스팔트 공시체(10) 내·외부의 온도를 일정하게 유지하도록 하는 단계(S50)와,
상기 아스팔트 공시체(10)의 측면으로부터 이격되어 설치된 슬라이딩관(20)을 통해 공급되는 쇠구슬을 자유낙하시켜, 상기 아스팔트 공시체(10)의 일측면을 타격하는 단계(S60)와,
상기 쇠구슬의 타격에 의해 발생한 아날로그 신호를 상기 아스팔트 공시체(10)의 양 측면에 설치된 가속도계(50)에 의하여 측정하는 단계(S70)와,
상기 가속도계(50)에 의해 측정된 아날로그 신호를 신호변환기(60)로 전송하고, 상기 신호변환기(60)에서 디지털신호로 변환하는 단계(S80)와,
상기 항온항습기 내에서 상기 S50단계에서부터 상기 S80단계까지 온도를 5℃단위로 변경하면서 반복측정하는 단계(S90)와,
상기 단계(S90)를 통해 수집된 디지털 신호를 컴퓨터(70)를 통해 주파수 분석을 수행하는 단계(S100)를 포함하여 이루어지는 것임을 특징으로 하는 비파괴 동탄성 계수 측정방법.