KR102170361B1 - 고탄소성 아스팔트 콘크리트 조성물 및 이의 시공방법 - Google Patents

고탄소성 아스팔트 콘크리트 조성물 및 이의 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개질아스팔트 바인더, 골재 및 혼합물용 채움재를 포함하며, 상기 개질아스팔트 바인더는 EVA-AR 0.5 내지 2.5 wt%, SBS (styrene-butadiene-styrene) 0.5 내지 2.5 wt%, LDPE (low-density polyethylene) 1.5 내지 4.5 wt% 및 잔부의 아스팔트를 포함하고, 선택적으로 SIS (styrene-isoprene-styrene)를 1.5 내지 4.5 wt% 포함하는 것을 특징으로 하는 개질아스팔트 혼합물로서, 시가지 도로, 국도, 고속도로 등 중 차량 도로 및 교량 등에 포설하여, 고온에서 강한 탄성 유지로 소성변형에 강하고 저온에서 소성역의 유지로 균열에 강한 아스팔트 콘크리트 포장에 적용되기 적합한 효과를 제공한다.

Description

고탄소성 아스팔트 콘크리트 조성물 및 이의 시공방법{super elasto-plasticity asphalt concrete composition and construction method of using the same}
본 발명은 개질아스팔트 혼합물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량 도로나 교량에 시공되기 적합한 개질아스팔트 혼합물 및 이를 이용한 고탄소성 아스팔트 콘크리트의 시공방법에 관한 것이다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다.
개질 아스팔트는 내구성 향상을 위해 아스팔트의 성질을 개선한 것으로 개질방식 또는 생산방식에 따라 분류할 수 있다. 개질 방식에 따른 분류로는 고분자 개질아스팔트, 첨가성 개질 아스팔트 및 화학촉매제 아스팔트 등으로 구분될 수 있고, 생산 방식에 따른 분류로는 사전배합(Pre-Mix), 현장배합(Plant-Mix) 등으로 구분될 수 있다.
아스팔트 콘크리트 포장은 시멘트 콘크리트 포장에 비하여 탄성계수가 10% 수준으로 유연성을 가지며 우수한 승차감, 우수한 제빙성능, 보수의 용이성 등의 특성으로 세계적으로 90% 이상의 도로에 사용되는 포장공법이다.
국내 도로포장에 약 90%를 차지하고 있는 아스팔트 콘크리트 포장의 파손형태는 소성변형에 의한 파손이 약 57%, 균열 등의 탄성적 파손이 약 39%로 나타나고 있다.
또한, 교통량의 증가와 차량의 대형화로 인한 도로의 파손과 노화 아스팔트 성능 개선의 필요성으로 인하여 다양한 개질아스팔트 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 일반 아스팔트에 개질 성분들을 첨가하고 골재의 입도 및 최대 치수 등을 조정하여 고온에서 강한 탄성 유지로 소성변형에 강하고, 저온에서 소성역의 유지로 균열에 강한 고탄소성 아스팔트(Super Elasto-plastic Asphalt: SEPA) 혼합물 및 이를 이용하여 포장된 아스팔트 콘크리트를 제공하는데 목적이 있다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 개질아스팔트 바인더, 골재 및 혼합물용 채움재를 포함하며, 상기 개질아스팔트 바인더는 EVA 계열 접착성 수지 0.5 내지 2.5 wt%, SBS (styrene- butadiene-styrene) 0.5 내지 2.5 wt%, LDPE (low-density polyethylene) 1.5 내지 4.5 wt% 및 잔부의 아스팔트를 포함하고, 선택적으로 SIS(styrene- isoprene-styrene)를 1.5 내지 4.5 wt% 포함하는 것을 특징으로 하는 개질아스팔트 혼합물을 제공한다.
또한 상기 골재는 최대 치수 13mm 이하의 굵은 골재 및 2.5mm 이하의 잔골재를 포함하고, 상기 개질아스팔트 혼합물 전체 중량에 대하여 90 내지 95wt% 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 혼합물용 채움재는 석회석분, 소석회 및 회수더스트로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하고, 상기 개질아스팔트 혼합물 전체 중량에 대하여 1.0 내지 4.0 wt% 포함하되 소석회를 1.0wt% 이상 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기 개질아스팔트 혼합물을 가열 혼합하고 다짐하여 제조된 고탄소성 아스팔트 콘크리트를 제공한다.
또한 상기 아스팔트 콘크리트는 PG76-22 등급 이상, 변형강도(Deformation strength: SD)가 4.25 MPa 이상, 간접인장강도(Indirect tensile strength: ITS)가 0.8MPa 이상, 수분저항성(Tensile strength ratio: TSR)이 0.8% 이상, 동적안정도(Dynamic stability: DS)가 3000pass/mm 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 개질아스팔트 혼합물은 변형강도, 간접인장강도 등 강도 면에서 충분한 값과 우수한 수분 저항성 및 소성변형 저항성을 보여, 시가지 도로, 국도, 고속도로 등 중 차량 도로 및 교량 등에 아스팔트 콘크리트 시공 시 고 내구성 유지로 포장수명을 연장 효과를 제공한다.
또한 표층용 도로포장 아스팔트 혼합물로 국토부 기준의 WC1~WC6과 그와 유사한 아스팔트 포장에 적용이 가능하고, 특히 PG82-28 등급의 개질아스팔트 혼합물의 경우 겨울철 매우 추운지역 (북한 지역 포함), 고지대 도로포장 및 고가교량 포장 등에 적용 시 균열 등에 강한 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 SEPA 혼합물을 이용하여 제조된 고탄소성 아스팔트 콘크리트의 고속도로 및 교량 시공 이미지를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 고탄소성 아스팔트 콘크리트의 변형강도 측정장비 및 방법을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 고탄소성 아스팔트 콘크리트의 간접인장강도 측정장비를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 고탄소성 아스팔트 콘크리트의 소성변형 저항성 측정장비를 나타낸 것이다.
본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 또한 본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 사용된 것은 아니다.
이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시 예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다.
한편, 본 발명의 여러 가지 실시 예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시 예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 및 이에 따른 효과를 설명하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 개질아스팔트 혼합물은 개질아스팔트 바인더, 골재 및 혼합물용 채움재를 포함하여, 아스팔트 콘크리트 시공 시 바인더 등급이 PG76-22 이상, 변형강도(SD)가 4.25 MPa 이상(국토부 도로 표층용 기준), 간접인장강도(ITS)가 0.8MPa 이상, 수분저항성(TSR)이 0.8% 이상(국토부 도로 표층용 기준), 동적안정도(DS)가 3000pass/mm 이상(도로공사 기준)으로 시가지 도로, 국도, 고속도로 등 중 차량 도로 및 교량 등에 적합하게 사용될 수 있다.
아스팔트의 등급은 PG XX-YY로 표현되며, XX는 고온등급으로 아스팔트 포장의 최고온도, -YY는 저온등급으로 아스팔트 포장의 최저온도 개념이다. 따라서, XX는 고온에서의 소성변형에 대한 저항성을 나타내며, -YY는 저온에서의 균열에 대한 저항성을 나타낸다.
상기 개질아스팔트 바인더는 Ethylene Vinyl Acetate 계열 접착성 수지(이하, EVA-AR 이라 한다.) 0.5 내지 2.5 wt%, SBS (styrene-butadiene-styrene) 0.5 내지 2.5 wt%, LDPE (low-density polyethylene) 1.5 내지 4.5 wt% 및 잔부의 아스팔트를 포함하고, 선택적으로 SIS(styrene-isoprene-styrene)를 1.5 내지 4.5 wt%, 석회석분, 소석회(Hydrated lime: HL), 회수더스트 등의 바인더용 채움재를 1.0 내지 2.0 wt%, 자동차 엔진오일, 윤활유, 콤프레샤오일, 선박엔진오일 등의 산업용 오일을 0.5 내지 2.0 wt% 더 포함한다.
여기에서 상기 아스팔트는 PG64-22 등급의 일반 아스팔트를 사용하며, 인조고무와 에틸렌 재료의 결합향상을 위해서 SBS와 함께 일반 LDPE 외에 변성 PE인 EVA-AR을 사용한다. 또한 PG82-22 등급 이상이 요구되는 경우, 상기 개질아스팔트 바인더에 SIS (styrene-isoprene-styrene)를 1.5 내지 4.5 wt% 더 포함한다.
상기 EVA-AR은 하기와 같은 물성 및 특성을 갖는 것을 사용한다.
Figure 112020107507747-pat00012
상기 바인더용 채움재는 바람직하게는 수분에 대한 민감성을 감소시켜 아스팔트와 골재의 박리를 저감시키고, 아스팔트의 산화를 감소시켜 노화를 낮추며, 아스팔트의 강성을 다소 증가시켜 소성변형을 낮추고, 미세균열의 진전속도를 감소시켜 균열 저항성을 증가시키는 측면에서 소석회를 사용하는 것이 좋다.
상기 산업용 오일은 통상 80-120℃에서 융점을 가져 융점이상에서는 급격히 점도가 감소하므로 중온바인더 역할을 도와준다.
각 성분의 함량에 따른 성능을 비교하여 성능과 경제성을 고려할 때, 바람직하게는 개질아스팔트 바인더 전체 중량에 대하여 EVA-AR 0.5 내지 2.5 wt%, SBS 0.5 내지 2.5 wt%, LDPE 3.5 내지 4.5 wt%, 바인더용 채움재 1.0 내지 2.0 wt% 및 잔부의 아스팔트를 포함하는 것이 좋고, 더욱 바람직하게는 개질아스팔트 바인더 전체 중량에 대하여 EVA-AR 0.5 내지 1.5 wt%, SBS 1.5 내지 2.5 wt%, LDPE 3.5 내지 4.5 wt% 및 잔부의 아스팔트를 포함하는 것이 좋다. 이 경우 PG76-22 등급의 아스팔트 콘크리트를 제공할 수 있다.
PG82-22 등급의 아스팔트 콘크리트를 제공하기 위해서는 개질아스팔트 바인더 전체 중량에 대하여 SIS 1.5 내지 2.5 wt%, SBS 1.5 내지 2.5 wt%, EVA-AR 1.5 내지 2.5 wt%, LDPE 3.5 내지 4.5 wt% 및 잔부의 아스팔트를 포함하는 것이 좋고, PG82-28 등급의 아스팔트 콘크리트를 제공하기 위해서는 개질아스팔트 바인더 전체 중량에 대하여 SIS 3.5 내지 4.5 wt%, SBS 1.5 내지 2.5 wt%, EVA-AR 1.5 내지 2.5 wt%, LDPE 3.5 내지 4.5 wt% 및 잔부의 아스팔트를 포함하는 것이 좋으며, PG88-28 등급의 아스팔트 콘크리트를 제공하기 위해서는 개질아스팔트 바인더 전체 중량에 대하여 SIS 3.5 내지 4.5 wt%, SBS 1.5 내지 2.5 wt%, EVA-AR 2.5 내지 3.5 wt%, LDPE 4.5 내지 5.5 wt% 및 잔부의 아스팔트를 포함하는 것이 좋다.
상기 골재는 최대 치수 13mm 이하의 굵은 골재 및 2.5mm 이하의 잔골재를 포함한다. 상기 골재는 상기 개질아스팔트 혼합물 전체 중량에 대하여 90 내지 95wt% 포함된다.
상기 혼합물용 채움재는 석회석분, 소석회 및 회수더스트로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하며, 상기 개질아스팔트 혼합물 전체 중량에 대하여 1.0 내지 4.0 wt% 포함하되, 소석회를 1.0 wt% 이상 포함한다.
본 발명에 따른 개질 아스팔트 혼합물은 PG76-22 등급의 경우 상기 개질 아스팔트 바인더와 골재 및 혼합물용 채움재를 170 내지 190℃로 가열 혼합(Hot-mix)하여 170 내지 180℃에서 50 내지 70분 단기노화(Short-term aging: STA) 후 선회다짐기(Gyratory compactor)로 100 회 다짐하여 아스팔트 콘크리트로 제조된다.
PG82-22 등급 이상의 경우 상기 개질 아스팔트 바인더와 골재 및 혼합물용 채움재를 180 내지 190℃로 가열 혼합(Hot-mix)하여 175 내지 185℃에서 50 내지 70분 단기노화(Short-term aging: STA) 후 선회다짐기(Gyratory compactor)로 100 회 다짐하여 아스팔트 콘크리트로 제조된다.
상기 개질 아스팔트 혼합물을 이용하여 시공하는 구체적인 방법은 시공하고자 하는 대상면을 정리하는 정리단계, 상기 개질 아스팔트 혼합물을 혼합하는 혼합단계, 상기 혼합된 세립 개질 아스팔트 혼합물을 170 내지 190℃로 가열 혼합(Hot-mix)하여 서로 완전히 혼합하는 가열혼합단계, 상기 가열혼합단계가 종료된 조성물을 상기 정리된 대상면에 포설하는 포설단계, 선회다짐기(Gyratory compactor)로 100회 다짐하는 다짐단계 및 상기 다짐단계가 종료된 후 양생하는 양생단계를 포함한다.
도 1에 본 발명에 따른 SEPA 혼합물을 이용하여 제조된 고탄소성 아스팔트 콘크리트의 고속도로 및 교량 시공 이미지를 나타내었다.
실시예
일반 아스팔트(PG64-22)를 사용하여 하기 표 1에 나타낸 것과 같은 배합으로 개질 아스팔트 바인더를 제조하였다.
SIS가 포함되지 않은 경우 제조된 개질 아스팔트 바인더와 골재 및 혼합물용 채움재를 180℃로 가열 혼합(Hot-mix)하여 175℃에서 1시간 단기노화(Short-term aging: STA) 후 선회다짐기(Gyratory compactor)로 100회 다짐하여 아스팔트 콘크리트 공시체를 제조하였다.
SIS가 포함된 경우 개질 아스팔트 바인더와 골재 및 혼합물용 채움재를 185℃로 가열 혼합하여 180℃에서 1시간 단기노화 후 선회다짐기로 100회 다짐하여 아스팔트 콘크리트 공시체를 제조하였다. 혼합물 제조 시에는 소석회를 넣고 대응하는 양의 filler를 제외하고 넣었다.
제조된 공시체의 성능등급 측정결과를 하기 표 1에 나타내었다. 해당 등급과 상위 등급의 중간 값에 대한 편차(고온등급: 저온등급= 6: 4 가중치 적용)의 합이 가장 적은 순서로 최적 함량 순위를 결정하였다.
Binder
designation		 Polymer (wt %) HL
(wt%)		 Performance grade (℃) Priority
SIS SBS EV LDPE High Temp. Low Temp. PG
S0114 0 1 1 4 1 76.5 -14.1 76-22 5
S0124 0 1 2 4 1 78.5 -14.5 76-22 2
S0214 0 2 1 4 1 78.9 -15.2 76-22 1
S0223 0 2 2 3 1 78.1 -15.6 76-22 3
S0224 0 2 2 4 1 80.2 -14.2 76-22 4
S2222 2 2 2 2 2 83.1 -15.5 82-22 2
S2224 2 2 2 4 2 84.8 -15.6 82-22 1
S4222 4 2 2 2 2 83.8 -18.5 82-28 2
S4224 4 2 2 4 2 87.6 -19.1 82-28 1
S4234 4 2 3 4 2 90.1 -18.8 88-28 2
S4235 4 2 3 5 2 91 -19.5 88-28 1
상기 표 1에 나타낸 것과 같이 PG76-22 등급에 해당하는 시료의 경우 개질아스팔트 바인더 전체 중량에 대하여 SBS 0.5 내지 2.5 wt%, EVA-AR 0.5 내지 2.5 wt%, LDPE 3.5 내지 4.5 wt%를 포함하고, SEPA 혼합물 전체 중량에 대하여 HL를 0.5 내지 1.5 wt% 포함하는 S0124, S0214 시료가 PG 등급을 안정적으로 만족하면서도 경제성도 만족시키는 것을 확인할 수 있으며, 특히 개질아스팔트 바인더 전체 중량에 대하여 SBS 1.5 내지 2.5 wt%, EVA-AR 0.5 내지 1.5 wt%, LDPE 3.5 내지 4.5 wt%를 포함하고, SEPA 혼합물 전체 중량에 대하여 HL를 0.5 내지 1.5 wt% 포함하는 S0214 시료가 가장 최적의 함량인 것을 확인하였다.
PG82-22 등급에 해당하는 시료의 경우 개질아스팔트 바인더 전체 중량에 대하여 SIS 1.5 내지 2.5 wt%, SBS 1.5 내지 2.5 wt%, EVA-AR 1.5 내지 2.5 wt%, LDPE 3.5 내지 4.5 wt%를 포함하고, SEPA 혼합물 전체 중량에 대하여 HL를 1.5 내지 2.5 wt% 포함하는 S2224 시료가 PG 등급을 안정적으로 만족하면서도 경제성도 만족시키는 것을 확인할 수 있다.
PG82-28 등급에 해당하는 시료의 경우 개질아스팔트 바인더 전체 중량에 대하여 SIS 3.5 내지 4.5 wt%, SBS 1.5 내지 2.5 wt%, EVA-AR 1.5 내지 2.5 wt%, LDPE 3.5 내지 4.5 wt%를 포함하고, SEPA 혼합물 전체 중량에 대하여 HL를 1.5 내지 2.5 wt% 포함하는 S4224 시료가 PG 등급을 안정적으로 만족하면서도 경제성도 만족시키는 것을 확인할 수 있다.
PG88-28 등급에 해당하는 시료의 경우 개질아스팔트 바인더 전체 중량에 대하여 SIS 3.5 내지 4.5 wt%, SBS 1.5 내지 2.5 wt%, EVA-AR 2.5 내지 3.5 wt%, LDPE 4.5 내지 5.5 wt%를 포함하고, SEPA 혼합물 전체 중량에 대하여 HL를 1.5 내지 2.5 wt% 포함하는 S4235 시료가 PG 등급을 안정적으로 만족하면서도 경제성도 만족시키는 것을 확인할 수 있다.
실험예
(1) 변형강도(deformation strength: SD) 측정
변형강도(SD)는 아스팔트 콘크리트에 발생하는 소성변형에 대한 저항성을 간단하게 측정할 수 있도록 개발된 시험방법이다. SD 시험은 배합설계를 통해 결정된 최적아스팔트 함량으로 제조된 공극률 4ㅁ0.5%의 시험용 공시체를 60℃물에 30분간 수침하여 내부까지 60℃가 되게 한 후 시험하며 이 시험법을 Kim Test라 한다. 이 시험방법은 수년간의 연구를 통하여 공용중인 도로포장에서 발생하는 소성변형 특성과 상관성이 매우 높음이 검증되었으며, 국토교통부 아스팔트 혼합물 배합설계 기준으로 포함되었다(국토교통부 2017).
SD는 하절기 한낮의 아스팔트 포장체 온도와 유사한 60℃로 가열된 공시체에 수직으로 하중을 30㎜/min로 가하여 얻은 하중-변형 곡선에서 최대 하중 (P)과 이때 표면으로부터 눌려 들어간 수직변형 (
Figure 112020066349048-pat00002
)을 읽어 [식 1]에 대입하여 계산한다. 도 2에 나타낸 것과 같이 장비를 이용하여 수직 정 하중을 가하여(도 2, (a)) 최대하중과 이때의 수직변위를 곡선으로부터 얻으며(도 2, (b)), 한 종류의 혼합물 당 3개 평균값을 강도 치로 사용하였다.
[식 1]
Figure 112020066349048-pat00003
(여기서, SD= 변형강도 (MPa), P= 최대하중(N),
Figure 112020066349048-pat00004
= 최대하중에서 수직 변형 값(㎜)이다.)
(2) 간접인장강도 (indirect tensile strength: ITS) 측정
인장강도는 아스팔트 포장의 균열발생을 예측하기 위해 널리 사용되는 특성치이다. 파괴 전 높은 인장응력에 견딜 수 있는 혼합물은 그렇지 못한 혼합물보다 균열에 대한 저항성이 우수할 것이다.
여기서는 직경 100㎜ 공시체로 간접인장강도 측정을 위해 공극률 4ㅁ0.5% 공시체를 표준시험온도인 25℃ 항온조에 4시간 넣었다가 꺼내어 도 3에 나타난 것과 같은 방식으로 50㎜/min 속도로 하중을 가하여 얻어진 최대 하중(P)을 [식 2]에 대입하여 구했다.
[식 2]
Figure 112020066349048-pat00005
(여기서, ITS= 간접인장강도(MPa), P=최대하중(N), D=공시체직경(㎜), t=공시체 두께(㎜)이다.)
(3) 수분저항성(TSR) 측정
아스팔트 혼합물은 물에 의해서 박리가 발생하기 쉽다. 특히, 국내 경우 친수성 (hydrophilic) 골재인 화강암이 도로포장용 골재로 많이 사용되어 장마철과 동절기 융해 시 박리(stripping)와 부분적인 파손(porthole 등)이 우려된다(김광우 2015). 따라서 개발된 SEPA 혼합물에 대하여 수분에 대한 저항성을 측정하였다.
일반적으로 널리 사용되는 수분저항성 평가방법으로 TSR 방법이 있다 (KS F 2398). 이 방법은 시험용 공시체의 공극률을 조정하여 목표공극률 7 ㅁ0.5%이 되도록 다짐하고 수분저항 특성치를 측정하였다.
SEPA 혼합물의 공극률 7ㅁ0.5%인 원형 공시체를 2조 제조하였다. 제조한 두 조의 공시체 중 한 조는 25℃에서 건조(Dry) 처리하고, 다른 한 조는 60℃ 수조에서 24시간 수침(Wet) 처리한 후, 시험 전 25℃에서 최소 2시간 처리한 후 간접인장강도 시험을 수행하였다. 건조 및 습윤 상태의 간접인장강도를 측정하고, [식 3]에 적용하여 인장강도 비를 구하였다.
[식 3]
Figure 112020066349048-pat00006
(여기서, TSR =인장강도 비, ITSwet = 24시간 60℃ 수침처리 후 간접인장강도 (MPa), ITSDry = 건조 (무처리) 공시체 간접인장강도 (MPa)이다.)
(4) 소성변형 저항성 측정
아스팔트 콘크리트의 소성변형 저항성을 측정하기 위하여 Wheel tracking (WT) 시험(도 4)으로 침하깊이 (Rut)와 동적안정도 (Dynamic stability: DS)를 측정하였다.
WT 시험은 차량의 반복 윤하중(repeated wheel load)에 의해 골이 생기듯 발생되는 소성변형 저항성을 평가는 시험으로 KS F 2374에 규정하고 있다. 공시체는 300ㅧ300ㅧ50㎜ 슬래브를 제조하고, 60℃ 온도에서 6시간 이상 보관한 후 재하 윤하중 686ㅁ10N (70kg)을 통과횟수 42ㅁ1회/min로 60분 동안 2,520회 통과시켰고, 시간 (통과횟수)에 따른 공시체 침하량을 측정·기록하였다. 바퀴는 지름 200㎜, 폭 50㎜이고 1회 왕복거리 (stroke)는 230㎜이다. 왕복주행 시험 후 45분과 60분 사이의 침하량 (rut depth)을 분석하여 [식 4]에 의하여 DS를 계산하였다.
[식 4]
Figure 112020066349048-pat00007
(여기서, DS = dynamic stability (mm/passes), d1 = t1 (45분)에서의 변형량 (㎜), d2 = t2 (60분)에서의 변형량 (mm), c = 보정계수 (1.0)이다.)
(5) 측정 결과
상기 시료 중 PG76-22 등급 우선 순위 1 및 2인 S0124, S0214 시료, PG82-22 등급 우선 순위 1인 S2224 시료, PG 82-28 등급 우선 순위 1인 S4224 시료에 대하여 상기 방법으로 측정한 변형강도(SD), 간접인장강도(ITS), 수분저항성(TSR), 소성변형 저항성(WT) 측정 결과를 하기 표 2에 나타내었다. PG88-28 등급에 해당하는 시료의 경우 우리나라의 일반적인 도로 및 교량용으로 사용되기에는 오버 스펙(고온 82 이상)에 해당하여 측정에서 제외하였다.
국토부 지침의 공극률(Air void ratio) 3-5%, 변형강도 (SD) 4.25MPa 이상, VFA 65-80%, VMA 14% 이상의 기준을 만족하는 최적 아스팔트 함량(OAC)을 결정하였다.
Designation PG76-22 PG82-22 PG82-28
S0124 S0214 S2224 S4224
Short-term aging (℃) 175 175 180 180
OAC (%) 4.7 4.8 5.0 5.1
Air Void (%) 3.9 4.1 4.2 4.3
SD (MPa) 5.25 5.29 6.25 6.59
ITS (MPa) 0.91 1.09 1.02 1.01
TSR (%) 0.88 0.92 0.91 0.89
WT Rut (㎜) 3.2 3.0 1.5 2.0
DS (pass/㎜) 4,415 4,510 6,880 7,208
상기 표 2에 나타난 것과 같이 PG76-22를 사용한 두 혼합물은 변형강도에서 국토부 기준 중차량 도로 표층용 아스팔트 혼합물의 기준 SD≥4.25MPa을 충분히 넘는 5MPa 이상이며, ITS도 모두 0.9MPa을 넘는 것을 확인하였다. 또한 수분저항성에서도 평균 0.9로 국토부 기준인 0.8을 넘어 박리에 안전하며, DS는 도로공사 기준인 3,000pass/mm를 크게 넘어 소성변형에 강함을 알 수 있었다. 따라서 이 아스팔트는 중차량 도로의 표층 포장에 충분히 우수한 성능을 보일 것으로 사료된다.
또한 PG82-22와 PG82-28을 사용한 혼합물은 변형강도에서 국토부 기준 중차량 도로 표층용 아스팔트 혼합물의 기준인 SD≥ 4.25MPa을 충분히 넘으며, ITS도 모두 1.0MPa을 넘는 것을 확인하였다. 또한 수분저항성에서도 평균 0.9로 국토부 기준인 0.8을 넘어 박리에 안전하며, DS는 도로공사 기준이 3,000pass/mm을 두 배 이상 넘어 소성변형에 강함을 알 수 있다. 따라서 이 아스팔트는 중차량 도로의 표층 포장은 물론 교량에도 충분히 우수한 성능을 보일 것으로 사료된다. 특히 PG82-28 개질아스팔트를 사용한 혼합물의 경우 겨울철 -28℃ 까지도 취성이 발생되지 않아 균열에 안전하므로 겨울철 -25℃ 이하로 내려가는 고지대 도로포장 및 포장체가 동절기 장시간 동결상태로 유지되는 고가교량 포장 등에 적용시 균열 등 파손에 유리할 것이다.
전술한 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 개질아스팔트 바인더, 골재 및 혼합물용 채움재를 포함하는 개질아스팔트 혼합물로 형성되는 PG76-22 등급의 아스팔트 콘크리트이며,
    상기 개질아스팔트 바인더는 EVA 계열 접착성 수지(Ethylene Vinyl Acetate-Adhesive Resin) 0.5 내지 1.5 wt%, SBS (styrene-butadiene-styrene) 1.5 내지 2.5 wt%, LDPE (low-density polyethylene) 3.5 내지 4.5 wt% 및 잔부의 아스팔트를 포함하고,
    상기 혼합물용 채움재로 소석회를 상기 개질아스팔트 혼합물 전체 중량에 대하여 0.5 내지 1.5wt% 포함하며,
    상기 골재를 상기 개질아스팔트 혼합물 전체 중량에 대하여 90 내지 95wt% 포함하고,
    상기 EVA 계열 접착성 수지는 190℃에서 용융지수(ASTM D1238)가 2~3 g/10min 이고, 밀도(ASTM D1505)가 0.94 g/cm3 이며, 항복점 응력(ASTM D638)이 96 kgf/cm2 이고, 연신율(ASTM D638)이 500% 이상이며, 굴곡 탄성율(ASTM D790)이 3200 kgf/cm2 이고, 23℃에서 Izod 충격강도(ASTM D256)가 57 kgf·cm/cm 이며, 경도(ASTM D2240)가 41 Shore D 이고, Vicat 연화점(ASTM D1525)이 75 ℃ 이며, 접착강도(ASTM D903)이 6 kgf/cm2 인 것을 사용하며,
    상기 아스팔트 콘크리트는 상기 개질 아스팔트 바인더와 골재 및 혼합물용 채움재를 170 내지 190℃로 가열 혼합(Hot-mix)하여 170 내지 180℃에서 50 내지 70분 단기노화(Short-term aging: STA) 후 선회다짐기(Gyratory compactor)로 100 회 다짐하여 얻어지며,
    상기 아스팔트 콘크리트는 수침처리 전·후 인장강도비(tensile strength ratio: TSR)가 0.9 이상인 것을 특징으로 하는 아스팔트 콘크리트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 골재는 최대 치수 13mm 이하의 굵은 골재 및 2.5mm 이하의 잔골재를 포함하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 콘크리트.
  3. 개질아스팔트 바인더, 골재 및 혼합물용 채움재를 포함하는 개질아스팔트 혼합물로 형성되는 PG82-22 등급의 아스팔트 콘크리트이며,
    상기 개질아스팔트 바인더는 EVA 계열 접착성 수지(Ethylene Vinyl Acetate-Adhesive Resin) 1.5 내지 2.5 wt%, SBS (styrene-butadiene-styrene) 1.5 내지 2.5 wt%, LDPE (low-density polyethylene) 3.5 내지 4.5 wt%, SIS(styrene-isoprene-styrene)를 1.5 내지 2.5 wt% 및 잔부의 아스팔트를 포함하고,
    상기 혼합물용 채움재로 소석회를 상기 개질아스팔트 혼합물 전체 중량에 대하여 1.5 내지 2.5wt% 포함하며,
    상기 골재를 상기 개질아스팔트 혼합물 전체 중량에 대하여 90 내지 95wt% 포함하고,
    상기 EVA 계열 접착성 수지는 190℃에서 용융지수(ASTM D1238)가 2~3 g/10min 이고, 밀도(ASTM D1505)가 0.94 g/cm3 이며, 항복점 응력(ASTM D638)이 96 kgf/cm2 이고, 연신율(ASTM D638)이 500% 이상이며, 굴곡 탄성율(ASTM D790)이 3200 kgf/cm2 이고, 23℃에서 Izod 충격강도(ASTM D256)가 57 kgf·cm/cm 이며, 경도(ASTM D2240)가 41 Shore D 이고, Vicat 연화점(ASTM D1525)이 75 ℃ 이며, 접착강도(ASTM D903)이 6 kgf/cm2 인 것을 사용하며,
    상기 아스팔트 콘크리트는 상기 개질 아스팔트 바인더와 골재 및 혼합물용 채움재를 180 내지 190℃로 가열 혼합(Hot-mix)하여 175 내지 185℃에서 50 내지 70분 단기노화(Short-term aging: STA) 후 선회다짐기(Gyratory compactor)로 100 회 다짐하여 얻어지며,
    상기 아스팔트 콘크리트는 수침처리 전·후 인장강도비(tensile strength ratio: TSR)가 0.9 이상인 것을 특징으로 하는 아스팔트 콘크리트.
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