[표지]
요약문
Executive Summary
목차
제1장 서론 18
1. 연구개요 20
1.1. 연구 필요성 20
1.2. 연구목표 20
1.3. 국내외 현황 23
2. 연구체계 24
2.1. 로드맵 24
2.2. 추진체계 25
3. 연구 추진성과 25
3.1. 1차년도 대표성과 25
3.2. 2차년도 대표성과 26
3.3. 3차년도 대표성과 28
3.4. 4차년도 대표성과 29
3.5. 5차년도 대표성과 32
3.6. 정량적 성과 37
4. 기대효과 38
4.1. 기술적 측면 38
4.2. 경제·산업적 측면 39
4.3. 사회적 측면 39
4.4. 활용방안 39
4.5. 성과확산 계획 40
제2장 포장 단면 설계시스템 개발 방안 42
1. 개요 44
2. 현 아스팔트 설계법(Hot Mix Asphalt) 44
2.1. 역학적-경험적 설계 46
2.2. 한국형 포장 설계법의 입력변수 조사 52
2.3. 구조 해석 모형 59
2.4. 파손 예측 모형 64
2.5. 공용성 평가 및 생애주기비용 분석 66
2.6. 중온아스팔트 혼합물에 대한 설계법의 적용 가능성 67
제3장 장·단기 포장 공용성 평가 방법 70
1. 포장 가속기시험(HAPT) 개요 72
1.1. 일반 사항 72
1.2. HAPT(Hanyang Accelerated Pavement Tester) 개요 74
1.3. 실험 계획 77
1.4. 시공중 계측 79
1.5. 하중재하 중 계측 및 제어 87
1.6. 하중재하 완료 후 관측 91
2. Model Mobile Load Simulator (MMLS3) 개요 92
2.1. 일반 사항 92
2.2. 실험 변수 93
3. 실내 역학적 특성 평가 방안 97
4. 시험시공을 통한 시험포장 구간 현장 모니터링 101
4.1. 시험포장 구간 차량 조사 101
4.2. 현장 시험 포장 구간 육안조사 103
제4장 중온 아스팔트 혼합물에 대한 실내 공용성 평가 104
1. 개요 106
2. 중온 아스팔트 혼합물의 배합설계 및 시편 제작 107
2.1. 개발 중온 아스팔트 혼합물의 배합설계 107
2.2. 실내 공용성 평가를 위한 시험시편의 공극률 선정 및 시편 준비 109
3. 중온 아스팔트 혼합물에 대한 실내 역학적 특성 평가 113
3.1. 수분저항성 특성 평가 113
3.2. 선형 점탄성 특성 평가 118
3.3. 피로균열 저항성 평가 132
3.4. 소성변형 저항성 평가 138
4. LEADCAP 중온화 첨가제 함량 저감에 따른 공용성 평가 145
4.1. 개요 145
4.2. LEADCAP 중온화 첨가제 저감에 따른 실내 공용성 평가 147
5. 국외 신뢰기관에서의 공용성 평가 156
5.1. LEADCAP 실내 공용성 평가 156
5.2. 액상형 중온화 첨가제에 대한 실내 공용성 평가 173
5.3. RAPCAP 재생 중온화 첨가제에 대한 공용성 평가 175
6. 포장가속시험기를 이용한 공용성 평가 176
6.1. 포장가속시험기(HAPT)를 활용한 공용성 평가 176
6.2. 소형 포장 가속시험기(MMLS3)를 활용한 공용성능 평가 185
제5장 시험포장 구간 현장 공용성 모니터링 190
1. 시험시공 구간 현황 192
1.1. 개요 192
1.2. 시험시공 구간 모니터링 실시 194
1.3. 포장평가 조사 장비(Pavement Evaluation Surveyor: PES) 195
2. 현장 시험 포장 구간 모니터링 결과 200
2.1. 2011년 이전 구간에 대한 현장 조사 200
2.2. 2011년 이후 시공 구간에 대한 현장 조사 206
제6장 중온 아스팔트 포장의 설계시스템 개발 216
1. 중온 아스팔트 혼합물의 공용성 D/B 구축 및 설계시스템 모형에 따른 보정계수 평가 218
1.1. 개요 218
1.2. 새로운 아스팔트 혼합물 도입절차 219
1.3. 중온 아스팔트 혼합물의 공용성 데이터베이스 구축 221
2. 중온 아스팔트 포장의 한국형 포장설계법 적용 227
제7장 결론 232
참고문헌 236
부록 A : RAPCAP 재활용 중온 아스팔트 혼합물 공용성 평가와 미국내 유사한 중온 아스팔트 혼합물과의 비교 연구 239
부록 B : 고점도 중온 아스팔트 첨가제의 미국내 적용성 및 성능 평가 292
서지자료 331
Bibliographic Data 332
판권기 333
표 1.1. 연차별 연구 목표 및 주요 성과 22
표 1.2. 중온 아스팔트 포장 구간 현장공용성 조사결과 35
표 2.1. 도로등급별 요구되는 물성 및 교통하중 정보 52
표 2.2. 포장의 온도예측 입·출력값 53
표 2.3. 년간 강수량에 따른 예측식의 계수 55
표 2.4. 포장의 함수비 변화예측 입·출력값 55
표 2.5. 아스팔트 혼합물의 탄성계수에 대한 입·출력값 56
표 2.6. 아스팔트 포장 입상재료의 탄성계수에 대한 입·출력값 59
표 2.7. 아스팔트 콘크리트 포장의 구조해석 모형의 입·출력값 61
표 2.8. 구조해석위치 계산식 62
표 2.9. 아스팔트 콘크리트 포장의 피로 모형의 입·출력값 65
표 3.1. HAPT 제원 76
표 3.2. 측정 및 수집 Data(HAPT) 76
표 4.1. 실내 공용성 평가 항목 및 역학적 특성 106
표 4.2. 각 혼합물에 대한 배합설계 결과 109
표 4.3. 19mm 밀입도 혼합물의 피로균열 실험 결과 135
표 4.4. 피로균열 저항성 평가 실험 결과 137
표 4.5. 현재까지 개발된 중온 아스팔트 포장 기술 145
표 4.6. 각 혼합물 별 인장강도 및 TSR 시험 결과 150
표 4.7. 혼합물의 배합 설계 결과 158
표 4.8. 3-D 다층 점탄성 포장 시뮬레이션 입력 조건 165
표 4.8. 재료별 하중재하에 따른 소성변형 발생량 178
표 5.1. 시험포장 구간 현황 및 개요 193
표 5.2. 격자망 크기에 대한 정확성 검토 198
표 5.3. 시험포장구간의 노면포장 상태 201
표 5.4. 육안 조사 구간 개요 206
표 5.5. 시험포장구간의 노면포장 상태 분석 결과(2011년 비교) 208
표 6.1. 표층용 아스팔트 혼합물의 현장배합 오차범위 220
표 6.2. 기층용 아스팔트 혼합물의 현장배합 오차범위 220
표 6.3. 중온 아스팔트 혼합물의 공용성 데이터베이스 정보 222
표 6.4. 한국형 포장설계법 입력변수 228
표 6.5. 한국형 포장설계법의 모형으로 변환한 동탄성계수 계수 229
그림 1.1. 3세세부의 전체 기술로드맵 24
그림 1.2. 3세세부의 5차년도 기술로드맵 25
그림 1.3. 1차년도 대표성과 26
그림 1.4. 실내 소형 포장가속시험기를 이용한 공용성 평가 27
그림 1.5. 실내 대형 포장가속시험기를 이용한 공용성 평가 27
그림 1.6. 수퍼페이브 배합설계 및 실내 공용성 평가 28
그림 1.7. 중온 아스팔트 포장에 대한 구조해석을 통한 평가 29
그림 1.8. 동탄성계수 마스터곡선 및 TRLPD 실험결과 30
그림 1.9. 개선 전과 후의 박리 육안 평가 30
그림 1.10. Digital Imaging Analysis 분석 31
그림 1.11. RAPCAP 중온 아스팔트 혼합물의 동탄성계수 32
그림 1.12. HiPERCAP 중온 아스팔트 혼합물의 동탄성계수 33
그림 1.13. 소형 포장가속시험기 시험 결과 34
그림 1.14. 38호선 구간의 균열(좌)와 26호선 구간의 포트홀(우) 35
그림 1.15. Triaxial Stress Sweep Test (TSS)를 이용한 소성변형 평가 36
그림 1.16. 시험시공 혼합물을 이용한 휠트랙킹 시험결과 36
그림 2.1. 역학적-경험적 설계법 기본모형(안) 48
그림 2.2. 시간별 손상도 계산 50
그림 2.3. 1일 손상도 계산 50
그림 2.4. 전체 누적 손상도 계산 51
그림 2.5. 포장의 온도예측 순서도 54
그림 2.6. 년간 강수량에 따른 계절별 함수비의 변화 55
그림 2.7. 아스팔트 혼합물의 탄성계수 결정 순서도 57
그림 2.8. 설계속도별 포장층 깊이에 따른 하중재하주기의 변화 57
그림 2.9. 아스팔트 포장 입상재료의 탄성계수 결정 순서도 58
그림 2.10. 주프로그램과 부프로그램의 관계도 60
그림 2.11. 포장의 구조해석 위치 61
그림 2.12. 아스팔트 혼합물층의 깊이에 온도 변화 63
그림 2.13. 아스팔트 혼합물층의 세부단면 64
그림 2.14. 포장 전체의 세부단면 64
그림 2.15. 아스팔트 콘크리트 포장의 피로손상계산 순서도 65
그림 2.16. LCCA 흐름도 67
그림 3.1. 공용성 평가 방법 및 신뢰도 74
그림 3.2. HAPT(Hanyang Accelerated Pavement Tester) 75
그림 3.3. 포장가속시험 Layout 78
그림 3.4. 포장구조(제1안) 78
그림 3.5. 포장구조(제2안) 78
그림 3.6. Nuclear Density Gauge을 이용한 Density 측정 79
그림 3.7. DCP 80
그림 3.8. LFWD 80
그림 3.9. 평판재하 시험 80
그림 3.10. Level 측정 81
그림 3.11. 아스팔트 표면 다짐 밀도 측정 82
그림 3.12. 아스팔트 혼합물 온도 측정(Therma-camera) 83
그림 3.13. Core Sampling 84
그림 3.14. 실내시험(IPC UTM-25 실험장비, 동탄성계수 측정) 84
그림 3.15. FWD Test 84
그림 3.16. BPT(British Pendulum Tester) 85
그림 3.17. Micro Texture 85
그림 3.18. 습도계 매설 86
그림 3.19. Strain Gauge 매설 86
그림 3.20. Thermocouple 매설 87
그림 3.21. HAPT Wandering 제어 센서 87
그림 3.22. HAPT Heating System 88
그림 3.23. Data Logger(TDS-303) 89
그림 3.24. 변형률 측정(DC-104R) 89
그림 3.25. Laser Profilemeter 90
그림 3.26. 표면 Rutting 측정 결과 90
그림 3.27. 균열 발생 노면 촬영 90
그림 3.28. 균열 진전도 91
그림 3.29. 아스팔트 층의 Trench Cut 91
그림 3.30. MMLS3 전경; (a) 조감도 (b) 전체 사진 및 타이어 93
그림 3.31. MMLS3와 Environmental Chamber 93
그림 3.32. Field test 전경 94
그림 3.33. 실내 MMLS3용 슬래브 제작 현장 95
그림 3.34. MMLS3 하중 전경 95
그림 3.35. 실외 MMLS3용 수분 민감도 측정 전경 96
그림 3.36. MMLS3 를 이용한 소성변형 테스트 베드 96
그림 3.37. 인장 실험에 사용된 MTS 기계 100
그림 3.38. 삼축압축실험 장비 100
그림 3.39. 포장노면 조사 장비 101
그림 4.1. 실내 공용성 평가 항목 및 역학적 특성 107
그림 4.2. LEADCAP, ENOVA, RAPCAP 적용 골재 합성입도 108
그림 4.3. SMACAP, HiPERCAP 적용 골재 합성입도 108
그림 4.4. 공극률과 혼합물 양과의 상관관계(수분저항성 평가 시편) 110
그림 4.5. 시험 시편 절단 111
그림 4.6. 시험 시편 코어링 111
그림 4.7. 시험 시편 제작 상세도 111
그림 4.8. 공극률과 혼합물 양과의 상관관계(실내 역학적 특성 평가 시편) 112
그림 4.9. 코어락 장비를 이용한 밀도측정 112
그림 4.10. LEADCAP 중온 아스팔트 혼합물의 TSR 시험 결과 114
그림 4.11. SMA 혼합물의 수분민감도 평가 실험 결과 115
그림 4.12. ENOVA 중온 아스팔트 혼합물의 TSR 시험 결과(개선 전) 115
그림 4.13. 인장강도 시험 후 박리 발생 여부평가(개선 전) 116
그림 4.14. ENOVA 중온 아스팔트 혼합물의 TSR 시험 결과(개선 후) 117
그림 4.15. 인장강도 시험 후 박리 발생 여부평가(개선 후) 117
그림 4.16. RAPCAP 중온화 첨가제에 대한 TSR 결과 118
그림 4.17. 반복하중 재하시 혼합물의 변형특성 119
그림 4.18. MTS 장비 전경 120
그림 4.19. 동탄성계수 실험 개략도 120
그림 4.20. 일반밀입도 저탄소 중온 혼합물의 동탄성계수 실험결과 125
그림 4.21. SMA 중온아스팔트 혼합물의 동탄성계수 실험결과 126
그림 4.22. 동탄성계수마스터커브(semi-log scale: 상온 & 저온) 127
그림 4.23. 동탄성계수 마스터커브(log-log scale: 고온) 127
그림 4.24. 위상각 마스터커브 128
그림 4.25. 전이함수(shift factor) 128
그림 4.26. 동탄성계수 마스터커브(semi-log scale: 상온 & 저온) 129
그림 4.27. 동탄성계수 마스터커브(log-log scale: 고온) 129
그림 4.28. 위상각 마스터커브 130
그림 4.29. 전이함수(shift factor) 130
그림 4.30. 동탄성계수 마스터커브(semi-log scale: 상온 & 저온) 131
그림 4.31. 동탄성계수 마스터커브(log-log scale : 고온) 131
그림 4.32. 위상각 마스터커브 132
그림 4.33. 전이함수(shift factor) 132
그림 4.34. 직접 인장 반복 피로 시험 134
그림 4.35. 하중 재하에 따른 동탄성계수 및 위상각 변화 곡선 134
그림 4.36. 일반밀입도 저탄소 중온 혼합물의 피로균열 공용성 실험결과 136
그림 4.37. SMA 혼합물의 피로균열 공용성 실험 결과 136
그림 4.38. 개선된 액상형 중온 아스팔트 혼합물의 피로균열 저항성 실험 결과 138
그림 4.39. 전형적인 TRLPD 실험결과 140
그림 4.40. 일반밀입도 저탄소 중온 혼합물의 TRLPD 실험결과 142
그림 4.41. SMA 혼합물의 소성변형 공용성 실험 결과 143
그림 4.42. 반복하중 횟수에 따른 소성변형률 144
그림 4.43. 반복하중 횟수에 따른 소성변형률/회복변형률 144
그림 4.44. 유럽지역 왁스 가격 동향 146
그림 4.45. 표층용 아스팔트 혼합물의 수분 민감도 평가 148
그림 4.46. 기층용 아스팔트 혼합물의 수분 민감도 평가(1차) 149
그림 4.47. 동탄성계수 마스터 커브(semi-log): 저온 151
그림 4.48. 동탄성계수 마스터 커브(log-log): 고온 152
그림 4.49. 위상각 마스터 커브 152
그림 4.50. Shift Factor(기준온도: 5℃) 153
그림 4.51. 피로균열 저항성 평가 결과 154
그림 4.52. 반복 하중 횟수에 따른 소성변형률 155
그림 4.53. 반복 하중 횟수에 따른 소성변형률/회복변형률 155
그림 4.54. LEADCAP 중온아스팔트 첨가제 157
그림 4.55. 골재 합성 입도 158
그림 4.56. 피로균열 예측을 위한 역학적 실험 방법 159
그림 4.57. 피로균열 재료 실험 결과: Mix A> Mix B 160
그림 4.58. 포장구조를 고려한 피로균열 재료 실험 결과: Mix B>Mix A 161
그림 4.59. 수분 손상과 손상되지 않는 시편의 동탄성계수 마스터 곡선(세미-로그 스케일) 162
그림 4.60. 수분 손상과 손상되지 않는 시편의 동탄성계수 마스터 곡선(로그-로그 스케일) 163
그림 4.61. 수분 손상과 손상되지 않는 시편의 위상각 마스터 곡선(로그-로그 스케일) 164
그림 4.62. 3-D 다층 점탄성 포장 시뮬레이션을 이용한 변형률 예측 흐름도 165
그림 4.63. 시뮬레이션을 위한 4인치 포장의 기하학 구조 166
그림 4.64. 3-D 다층 점탄성 포장 Transverse Strain 시뮬레이션 결과 167
그림 4.65. Pseudo Stiffness와 손상과의 특성 곡선 169
그림 4.66. 수분처리로 손상된 일반아스팔트 혼합물의 피로균열 실험 후의 표면 170
그림 4.67. 수분처리로 손상된 KW6-5 (4.5%) 혼합물의 피로균열 실험 후의 표면 170
그림 4.68. 수분처리로 손상된 KW6-8 (4.3%) 혼합물의 피로균열 실험 후의 표면 170
그림 4.69. 수분처리로 손상된 KW6-8 (4.9%) 혼합물의 피로균열 실험 후의 표면 171
그림 4.70. LEADCAP 첨가제가 피로균열 공용성과 수분민감성에 미치는 영향 172
그림 4.71. 아스팔트 함량이 피로균열 공용성과 수분민감성에 미치는 영향 172
그림 4.72. HAPT 177
그림 4.73. 포장가속시험기 시험체 단면 177
그림 4.75. 피로균열구간 측면도 178
그림 4.76. 간접인장강도 실험 전경 180
그림 4.77. HAPT 코어 시편의 동탄성계수 마스터곡선 182
그림 4.78. HAPT 코어 시편의 위상각 마스터곡선 183
그림 4.79. 간접인장 피로균열 실험시 파괴 기준 184
그림 4.80. HAPT 코어 시편의 피로균열 시험결과 184
그림 4.81. MMLS3 와 Environmental chamber 185
그림 4.82. MMLS3 시험용 공시체의 Schematic Diagram 186
그림 4.83. MMLS3 전경 및 테스트 베드 187
그림 4.84. 소형포장가속시험기 시험 결과 188
그림 5.1. 국내 시험 시공 적용 현황 192
그림 5.2. 현장 시험시공 구간 단면도 194
그림 5.3. 포장노면 조사 장비 195
그림 5.4. PES 전경 196
그림 5.5. PES 균열조사 196
그림 5.6. 프로그램을 이용한 결함별 파손량 정량화(Pavement analyzer) 197
그림 5.7. 균열 분석 방법 198
그림 5.8. 소성변형 조사(PES) 200
그림 5.9. 무릉-사북 시험포장 구간(WMA) 203
그림 5.10. 무릉-사북 시험포장 구간(HMA) 204
그림 5.11. 이양-능주 시험포장 구간 205
그림 5.12. 시험시공 구간도 및 포장 결함 상태 209
그림 5.13. 왜관-석적 시험포장 구간 현장 육안 조사 210
그림 5.14. 신령~고노 시험포장 구간 현장 육안 조사 211
그림 5.15. 진천IC~금왕 시험시공 구간 현장 육안 조사 212
그림 5.16. 이양~능주 시험포장 구간 현장 육안 조사 213
그림 5.17. 장계~안의 시험포장 구간 현장 육안 조사 215
그림 6.1. 새로운 아스팔트 혼합물의 도입 절차 219
그림 6.2. 혼합물 기본 정보 223
그림 6.3. 혼합물 공용성 실내실험 유무 223
그림 6.4. 혼합물별 입도 및 배합설계 결과 224
그림 6.5. 혼합물별 동탄성계수 실험결과 224
그림 6.6. 혼합물별 동탄성계수 분석결과 225
그림 6.7. 그래프에 의한 동탄성계수 비교 225
그림 6.8. TRLPD 실험결과 226
그림 6.9. 그래프에 의한 TRLPD 비교 226
그림 6.10. TRLPD 결과를 이용한 소성변형 모형 보정 227
그림 6.11. 한국형 포장설계법을 이용한 피로균열 공용성 평가 229
그림 6.12. 한국형 포장설계법을 이용한 영구변형 공용성 평가 230
그림 6.13. 한국형 포장설계법을 이용한 평탄성지수 공용성 평가 230