KR20020011948A - 실내 포장 파손 촉진 장비 - Google Patents

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Abstract

HEART Wheel Load Simulator(HWLS)는 아스팔트 콘크리트의 러팅(Rutting) 저항성을 평가하기 위한 장비로서 아스팔트 포장파손의 중요한 원인으로 판단되는 러팅을 실내 실험장비를 통하여 실제 현장에서 발생할 러팅을 예측하는 장비이다.
현재까지 국내의 경우 외국의 장비를 수입하여 실험을 실시하였으나 기존 장비의 경우 실제 현장을 모사하기에 어려운 점이 있다. 러팅의 원인으로는 전단파괴에 의한 러팅과 하부층의 압축변형에 의한 것으로 분리할 수 있으나 기존의 장비는 하부층의 압축변형에 의한 러팅을 모사할 수 없으며 일정한 패턴의 윤하중을 재하하므로 전단파손을 촉진시킬 우려가 있다.
HWLS는 이러한 단점을 보완하기 위해 아스팔트의 러팅저항성 실험시 포장 하부층을 모사할 수 있도록 공시체 두께를 5~70cm로 조절할 수 있도록 하였으며 실제 포장체에 재하되는 바퀴의 위치를 모사하기 위해 윤하중을 프로그램상에서 실험자가 원하는 위치에 재하하여 최대한 실제와 유사한 상태로 실험을 실시할 수 있도록 하였다. 이는 기존의 장비가 아스팔트 포장의 러팅 저항성을 순위로 평가하는데 비해 보다 정량적인 아스팔트 포장 평가를 실시하여 실제 포장의 공용성을 평가하는데 큰 이익을 가져올 것으로 판단된다.

Description

실내 포장 파손 촉진 장비{HEART Wheel Load Simulator}
아스팔트 포장은 국내 포장 도로의 90%를 차지하고 있으며 이중 70%가 러팅에 의한 파손으로 반복적인 투자가 지속되고 있으며 따라서 아스팔트 혼합물의 러팅 저항성의 평가는 매우 중요하다.
HWLS는 아스팔트 포장의 러팅 저항성을 평가하기 위한 장비로서 국내의 경우 외국에서 수입된 장비와 실험기준을 가지고 국내 아스팔트 포장을 평가하였다. 하지만 아스팔트의 특성상 환경에 따른 물리적 특성의 변화로 선진국에서는 각국의 실정에 맞는 러팅 평가 장비를 개발하였다. 이에 국내 실정에 적합하고 실제 포장을 모사할 수 있는 장비를 개발이 시급한 실정이다.
국내에서 사용중인 러팅 평가 장비인 휠트랙킹 장비는 아스팔트 포장의 표층만을 300mm*300mm*50mm공시체로 제작하여 일정한 하중으로 정해진 회수를 왕복운동하여 아스팔트의 침하량 동정안정도 등으로 산출하여 아스팔트 혼합물을 평가하였다. 이와 같은 장비는 하중재하를 추방식으로 실시하므로 하중의 변화가 어려우며 원운동을 직선운동으로 변화하는 과정에서의 비현실적인 요소가 존재하여 실제 포장을 모사할 수 없었다. 또한 포장 하부구조를 모사할 수 없어 기층, 보조기층, 노상등의 물리적 특성에 따른 러팅의 저항성은 평가할 수 없는 문제점이 있다. 또한 현실에서는 불가능한 일정한 바퀴의 위치로 하중을 재하하고 왕복하중에 의한 재하방식 역시 불합리하다.
실제 포장과 유사한 구성을 가진 공시체를 제작하여 보다 현실적인 아스팔트 포장의 러팅 저항성을 측정하며 다양한 하중하에서 실험을 실시할 수 있도록 하중재하를 실험자의 편의에 따라 조절할 수 있도록 한다.
실제도로에서 바퀴에 의한 하중은 일정한 위치에 재하되지 않으며 이는 기존의 휠트랙킹 장비의 큰 단점 중의 하나였다. 이를 개선하여 이전에 연구된 바퀴의 위치를 입력하거나 표준정규분포를 이용하여 바퀴재하 위치를 포텐샤메터를 통해 제어하고 이를 난수를 생성하여 불규칙적인 순서로 실험자가 주어진 회수만큼 재하할 수 있도록 한다.
실제도로와 유사한 포장구조를 평가를 위해 지그의 높이를 50~700mm까지 조절하여 노상, 기층, 보조기층을 모사할 수 있도록 하였으며 지그의 크기를 가로, 세로 600*600으로 확대하여 상사의 비율을 조절하였다.
기존의 시험기기는 단륜으로 실험을 하였으나 본 장비는 단륜 및 복륜의 실험이 가능하도록 개선하였고 휠 트랙킹 장비는 일정 위치에서의 처짐만을 측정하였으나 포텐샤메터를 이용한 위치제어로 원하는 위치에서의 처짐량 측정과 AD를이용하여 2개의 변형율 측정기, 1개의 토압계, 간극수압의 실험이 가능하도록 하였다.
도 1은 하부구조 실험시 지그의 단면과 바퀴의 단면도이며 도 2는 바퀴의 주행위치 제어를 위한 포텐샤메터이다. 도3은 실제 하부구조를 모사하고 실험을 실시한 후 지그의 앞부분을 제거하여 포장 하부구조 단면을 나타낸 사진이다.
HWLS는 유압으로 시험 장비를 운용하고 공기압을 통하여 하중을 재하하여 아스팔트의 러팅 저항성을 평가하고 콘크리트 포장등을 평가할 수 있는 장비와 이를 제어하는 프로그램으로 나눌 수 있다.
장비는 0~60℃까지 온도가 제어될 수 있는 환경 챔버로 제작되어 있으며 설정온도에 따라 항온을 유지할 수 있다. 포장 하부 구조 모사와 바퀴하중 이동등의 기본적인 장비의 움직임은 유압을 이용하며 하중재하는 공기압으로 재하하여 약 15~1000kg까지 재하할 할 수 있다. 바퀴의 주행방향과 횡방향 위치 제어를 위해 바퀴를 주행하는 메인 실린더와 실험판에 포텐샤메터를 설치한다.
포장 하부 구조 모사를 위한 지그는 알루미늄으로 제작되었으며 50mm 5개, 100, 200, 300mm 각 1개로 제작되어 원하는 높이로 조절할 수 있도록 하였다. 최소 50mm에서 700mm까지 실험이 가능하도록 제작되었다.
기존장비의 처짐량을 측정하는 LVDT뿐만 아니라 변형율 게이지, 토압계매립이 가능하여 변형-응력관계를 살펴볼 수 있고, 이는 포장 해석을 위한 각종 정보를 제공하게 된다. 이와 같은 데이터는 AD 보드를 통하여 컴퓨터로 입력되며 실험자가 컴퓨터에 입력되는 자료를 통해 분석할 수 있도록 한다.
기존 장비와의 실험 결과를 비교할 수 있도록 국내 적용되는 휠트랙킹 시료규격으로도 제작과 실험이 가능하도록 제작되었다. 또한 기존의 장비는 시료의 제작과 실험이 분리되어있었으나 HWLS는 공시체의 제작과 실험을 동시에 실시할 수 있도록 선형 하중재하 다짐방식(Linear Kneading Compact)으로 시료의 다짐을 실시한다.
현재까지 아스팔트 러팅저항성은 실제도로에서 발생하는 정도를 예측하기보다는 여러가지 아스팔트 배합중 러팅에 저항성이 우수한 아스팔트를 예측 선택하는데 주로 사용되었으나 HWLS는 다양한 실험하중과 현실과 유사한 포장 모사, 하중재하등이 가능하여 아스팔트 배합의 순위를 책정하는 기존의 실험에 비해 실제 포장 되었을 경우 발생하는 러팅의 양을 예측하는데 정확한 자료를 제공할 수 있으며 아스팔트 포장 뿐만 아니라 콘크리트 포장등 다양한 포장의 거동을 분석하여 포장 해석을 위한 정보를 편리하게 제공할 것이다.
또한 수입에 의존하던 휠트랙킹 장비의 기능을 모두 갖춘 새로운 개념의 실험장비의 개발로 국가경쟁력 향상에 크게 이바지 할 것이다.

Claims (1)

  1. 포장 하부 구조 모사가 가능하고 윤하중이 정규분포 또는 산포도등의 위치에 따라 제어가 가능한 러팅 저항 측정 및 포장 평가 장비
    상기 장비를 기존 실험 및 하중 이동 실험으로 제어가 가능하도록 구성된 프로그램
    실내 포장 파손 촉진 장비중 포장하부구조 모사 항목
KR1020010056671A 2001-09-14 2001-09-14 실내 포장 파손 촉진 장비 KR20020011948A (ko)

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