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SUMMARY

목차

CONTENTS 41

제1장 서론 45

제1절 과업의 배경 및 필요성 45

제2절 장수명 공법의 개요 46

제3절 장수명 아스팔트 포장의 기대효과 및 적용분야 49

제4절 연차(단계)별 연구목표 및 내용 52

제5절 3차년도 연구 내용 및 추진계획 52

1. 연구목표 52

2. 연구내용 및 범위 53

3. 연구추진계획 및 일정 54

제2장 국내ㆍ외 기술개발 현황 55

제1절 국내기술동향 55

1. 국내 기술동향 요약 55

2. 특수 및 개질 아스팔트 개발에 대한 연구 56

3. 아스팔트포장의 설계기법 개발에 대한 연구 57

4. 포장의 장기 공용성 평가에 대한 연구 58

제2절 국외기술동향 59

1. 국외 기술동향 요약 59

2. 장수명 포장공법 설계개념 연구 60

3. 중간층용 고강성 아스팔트 혼합물 개발분야 61

4. 장수명 포장 설계법 개발 분야 62

5. 미국의 시공사례 및 연구개발현황 분석 63

제3절 기술동향 분석 결론 64

1. 국내ㆍ외 기술수준의 개념적 비교표 65

2. 본 연구의 실용화 가능성 65

제4절 연구개발과제 및 대상기술의 중복성 66

제5절 타 산업 및 국내외 연계ㆍ협력 가능성 67

제3장 연구개발수행 내용 및 결과 68

제1절 실내 시험을 통한 공용성 평가 68

1. 고강성 아스팔트 바인더 개발 및 실내시험 68

2. 고강성 아스팔트 혼합물 개발을 위한 예비 물성 시험 84

3. 실내 공용성 시험 및 포장가속시험을 위한 배합설계 104

4. 역학적 물성 및 실내 공용성 시험 111

제2절 포장가속시험을 통한 공용성 평가 134

1. 포장가속시험기 134

2. APT를 사용한 공용성 시험 154

제3절 수치해석을 이용한 분석 평가 201

1. 소성변형과 단면두께 및 재료물성과의 상관 관계규명 201

2. 유한요소해석을 통한 Top-Down 균열의 발생 메커니즘 분석 209

3. 포장단면 두께와 물성에 따른 균열진전 깊이 분석 251

4. 장수명 포장 설계 단면(안) 개발 262

제4절 장수명 포장의 설계프로그램 개발 및 최적단면 구성 제시 295

1. 설계 개요 295

2. 설계입력변수 및 가정사항 296

3. 장수명 아스팔트 포장 설계 프로그램 요약 303

4. 장수명 아스팔트 포장의 최적 단면구성 제시 312

제5절 현장 시험시공을 통한 공용성 평가 322

1. 현장 시험시공의 목적 322

2. 시험도로 포장 단면 설계 322

3. 계측방법 및 특징 324

4. 시험시공 절차 333

5. 시험시공 계측 결과 338

6. 고강성 혼합물 포장공사 지침서 347

제6절 경제성 분석 348

1. 경제성 분석 개념 348

2. 장수명포장의 LCC항목의 개념과 기본가정 352

3. 일반 포장과 장수명 포장의 LCC 산정의 입력변수 365

4. 생애주기비용 비교 및 결과 384

5. 장수명 포장 설계 단면 개발에 따른 LCC 비용 분석 394

제4장 연구개발목표 달성도 및 관련분야에의 기여도 398

제1절 연구개발 목표 398

1. 연구개발 목표 398

2. 연구개발결과 평가의 착안점 399

제2절 연구수행 내용 및 결과 400

1. 1차년도 연구개발결과 요약 400

2. 2차년도 연구개발결과 요약 406

3. 3차년도 연구개발결과 요약 410

제3절 연구목표의 달성도 412

1. 연구개발 수행 진도율 412

2. 연구개발 목표의 달성도 415

제4절 관련분야에의 기여도 417

1. 기술 및 경제ㆍ산업적 기여도 417

2. 관련 후속 연구개발의 전망 418

제5장 연구개발결과의 활용계획 419

제1절 연구결과의 활용방안 및 기대효과 419

1. 활용방안 419

2. 기대효과 420

3. 관련 후속연구개발의 전망 421

제2절 연구성과 및 활용계획 421

1. 연구결과 요약 421

2. 활용계획 423

제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 425

제1절 장수명 포장 설계개념 분석 425

제2절 장수명 포장의 시공사례 분석 428

1. 영국의 시공사례 428

2. 미국의 각 주별 시공사례 428

3. 포장 설계단면 두께 비교 438

제3절 장수명 포장을 위한 재료물성 439

제4절 역학적-경험적 설계 기법들의 비교 분석 440

1. 영국 440

2. 프랑스 449

3. 설계단면 분석 462

4. 피로균열 및 노상의 소성변형 억제를 위한 응력/변형률 기준 설정 463

제5절 장수명 아스팔트 포장 단면결정(안)의 검증 및 보완을 위한 해외기술정보 465

제6절 LCPC에서 수행된 아스팔트 표층의 소성변형 조사 482

제7절 LCPC 원형 시험트랙을 이용한 아스팔트 혼합물의 피로연구 489

부록 A:아스팔트 바인더의 점탄성 물성시험 495

부록 B:수분손상 시험 결과 502

부록 C:휠트래킹 시험 결과 505

부록 D:피로 시험 결과 507

부록 E:정적변형률과 온도 510

부록 F:DCP 측정 512

부록 G:기층단면 운행 횟수별 온도 514

부록 H:기층단면 운행 횟수별 소성 변형량 517

부록 I:Pavement Dynamic Cone Penetrometer(PDCP) 519

부록 J:고강성 아스팔트 혼합물 포장공사 527

제7장 참고문헌 553

판권지 561

표목차

표 1.4.1. 연차별 연구목표 및 내용 52

표 1.5.1. 3차년도 연구내용 및 범위 53

표 1.5.2. 3차년도 세부 추진계획 및 방법 54

표 3.1.1. 성분과 성상관계 70

표 3.1.2. 침입도에 의한 분류 73

표 3.1.3. 점도에 의한 분류 73

표 3.1.4. 공용성 등급 평가시험결과 75

표 3.1.5. 유럽의 고강성 아스팔트 물성 83

표 3.1.6. 아스팔트 바인더 의 물성 평가 결과 84

표 3.1.7. 영국 기층용 입도 86

표 3.1.8. 마샬 배합설계를 위한 시편준비계획 및 최적 아스팔트 함량 89

표 3.1.9. 동탄성계수 시험항목 및 시험조건 93

표 3.1.10. 포아송비 계산을 위한 계수값 94

표 3.1.11. 시편 중앙에서의 수평 변형률 계산을 위한 계수값 95

표 3.1.12. 동탄성 계수 측정값 비교 103

표 3.1.13. 국내 기층용 입도(BB-3) 분포 105

표 3.1.14. Cold Bin의 통과중량백분율 107

표 3.1.15. Hot Bin의 입도분포 109

표 3.1.16. 합성입도와 추출입도의 비교 110

표 3.1.17. 마샬 배합설계를 위한 시편준비계획 및 최적 아스팔트 함량 111

표 3.1.18. 코어시편의 두께 및 공극율 114

표 3.1.19. 실내 공용성 시험 계획 115

표 3.1.20. 하중주파수 및 결과측정범위 119

표 3.1.21. Sigmodal Function을 이용한 마스터커브의 파라미터 121

표 3.1.22. 수분손상 시험결과 126

표 3.1.23. 동적안정도 비교 (윤하중 통과 회수 20000회) 128

표 3.1.24. 각 혼합물에 대한 회귀분석 결과(휴지기 없음) 132

표 3.1.25. 각 혼합물에 대한 회귀분석 결과(휴지기) 132

표 3.2.1. 모형 포장가속시험기와 Full-scale APT의 제원 비교 138

표 3.2.2. 포장가속시험동 제원 139

표 3.2.3. HY-APT제원 140

표 3.2.4. 본 연구와 프랑스 LCPC의 비교 153

표 3.2.5. APT 시험 조건 156

표 3.2.6. PI 지수 163

표 3.2.7. 레이저 프로필러미터(Laser Profilometer) 제원 176

표 3.2.8. 일반 9.4㎝, 고강성 8.3㎝ 단면의 윤하중별 변형률 187

표 3.2.9. 일반 26.8㎝, 고강성 21.5㎝ 단면의 윤하중별 변형률 188

표 3.2.10. 포장가속시험시의 하중 제원 189

표 3.2.11. 실내시험에 수행된 동탄성계수 193

표 3.2.12. 실내시험과 포장가속시험의 탄성계수 비교 198

표 3.2.13. 포장가속시험의 피로수명(얇은 단면) 199

표 3.2.14. 포장가속시험의 피로수명(두꺼운 단면) 199

표 3.3.1. 피로균열 조사를 위해 선택된 단면 208

표 3.3.2. 각 지역 기층의 피로수명 비교 209

표 3.3.3. Top-down 균열관련 해외 연구 비교 215

표 3.3.4. 우리나라 고속도로포장의 표준 포장단면 217

표 3.3.5. 아스팔트 콘크리트 포장구조체 하부온도에 따른 탄성계수 산정 221

표 3.3.6. Top-down 균열해석 입력 물성 226

표 3.3.7. 2차원 유한요소망 폭에 따른 처짐 상대오차율 229

표 3.3.8. 실제 접지하중 적용시 계절별 표층 표면의 최대인장응력(바퀴하중 외측) 235

표 3.3.9. 실제 접지하중 적용시 계절별 표층 표면의 최대인장응력 분포(바퀴하중 내측) 236

표 3.3.10. 등분포하중 적용시 계절별 표층 표면의 최대인장응력 분포(바퀴궤적 외측) 239

표 3.3.11. 표층부의 최대인장응력 위치 (Svasdisant, 2002) 244

표 3.3.12. 실제 접지하중 적용시 표층과 기층의 탄성계수비에 따른 인장응력(바퀴하중 외측) 245

표 3.3.13. 아스팔트층 두께와 탄성계수비에 따른 최대인장응력(Svasdisant, 2002) 248

표 3.3.14. 실제하중 적용시 탄성계수비(E1/E2)에 따른 표층의 인장응력(바퀴하중 외측, E3=700) 248

표 3.3.15. 실제하중 적용시 탄성계수비(E1/E2)에 따른 표층의 인장응력(바퀴하중 외측, E3=1000㎫) 249

표 3.3.16. 균열진전깊이 해석에 적용된 각 층별 물성 252

표 3.3.17. 표층 표면의 최대응력지점에서의 깊이별 인장응력 분포(E3=294.2㎫) 254

표 3.3.18. 표층 표면의 최대응력지점에서의 깊이별 인장응력 분포(E3=700㎫) 255

표 3.3.19. 표층 표면의 최대응력지점에서의 깊이별 인장변형률 분포(E3=294.2㎫) 258

표 3.3.20. 표층 표면의 최대응력지점에서의 깊이별 인장변형률 분포(E3=700㎫) 259

표 3.3.21. 기층 두께의 민감도 분석에 사용된 대표값 263

표 3.3.22. 기층 두께의 인장변형률 대한 민감도 분석결과 263

표 3.3.23. 기층 두께의 민감도 분석에 시용된 대표값 264

표 3.3.24. 기층 두께의 인장변형률에 대한 민감도 분석결과 264

표 3.3.25. 기층 두께의 압축변형률에 대한 민감도 분석결과 266

표 3.3.26. 보조기층 두께의 압축변형률에 대한 민감도 분석결과 266

표 3.3.27. 기층 탄성계수의 민감도 분석에 사용된 대표값 267

표 3.3.28. 기층 탄성계수의 인장변형률 대한 민감도 분석결과 267

표 3.3.29. 보조기층 탄성계수의 민감도 분석에 사용된 대표값 268

표 3.3.30. 기층 탄성계수의 인장변형률에 대한 민감도 분석결과 268

표 3.3.31. 기층 탄성계수의 압축변형률에 대한 민감도 분석결과 269

표 3.3.32. 보조기층 탄성계수의 압축변형률에 대한 민감도 분석결과 269

표 3.3.33. εt에 대한 포장수명 271

표 3.3.34. εc에 대한 포장수명 273

표 3.3.35. 데이터 베이스 구축에 사용된 입력변수값 범위 276

표 3.3.36. H2의 변화에 사용된 입력값 285

표 3.3.37. H2의 변화에 사용된 입력값 286

표 3.3.38. H3의 변화에 사용된 입력값 287

표 3.3.39. 노상의 변화에 사용된 입력변수값 범위 288

표 3.3.40. 회귀분석 통계량(인장변형률 예측 모델) 290

표 3.3.41. 회귀분석 통계량(압축변형률 예측 모델) 292

표 3.4.1. 설계등급별 도로종류 및 물성 정량화 296

표 3.4.2. 설계등급별 아스팔트 표층 재료 297

표 3.4.3. 설계등급별 아스팔트 기층 탄성계수 산정 방법 298

표 3.4.4. 설계등급별 입상층 탄성계수 산정 방법 299

표 3.4.5. 포장두께에 따른 보조기층의 체적응력 300

표 3.4.6. 포장두께에 따른 노상의 체적응력과 축차응력 301

표 3.4.7. 포장체 거동 모형과 변형률 제한기준 302

표 3.4.8. 교통량에 따른 포장재료 321

표 3.5.1. 시험시공 단면 비교 323

표 3.5.2. 관입깊이에 따른 표준단위중량과 전하중의 값 327

표 3.5.3. 평판재하시험 결과의 비교 341

표 3.5.4. 현장 CBR 시험 결과의 비교 342

표 3.5.5. 콘 관입 시험 결과와 CBR 시험결과의 비교 344

표 3.5.6. FWD 측정 결과와 CBR 측정 결과의 비교 345

표 3.5.7. 변형률계의 초기계측값 346

표 3.6.1. LCC 분석 모형 354

표 3.6.2. 물가 상승률과 이자율을 이용한 실질 할인율 산출 362

표 3.6.3. 연구 선정 대상구간의 개요 365

표 3.6.4. 교통량 변동 (시간별 분포) 366

표 3.6.5. 차종별 교통량 366

표 3.6.6. 아스팔트 혼합물 가격 비교(현장도착도 기준) 371

표 3.6.7. 연토별 국도 현황 및 보수비용 372

표 3.6.8. 아스팔트포장도로의 연간 보수비 373

표 3.6.9. 대상구간의 사용자 비용 374

표 3.6.10. 차량 1대당 시간지연비용 산출내역 375

표 3.6.11. 차종별 운전사의 시간당 인건비 377

표 3.6.12. 시간당 고정비 산출내역서 377

표 3.6.13. 승용차와 버스의 속도별 연료소모량 379

표 3.6.14. 화물차의 속도별 연료소모량 379

표 3.6.15. 차량속도별 연료소모량의 계수 380

표 3.6.16. 혼잡비용 산출시 차량 운행 속도 381

표 3.6.17. 차종별 연료소모량과 차량운행비용 381

표 3.6.18. 차량운행 비용의 가중평균 산정 382

표 3.6.19. 사용자 비용 382

표 3.6.20. 잔존가치비용 산출 (대안 1, 2의 경우 모두 포함) 383

표 3.6.21. 장수명 포장 총 두께 25㎝의 LCC 계산 및 비교(대안 1, 연구분석기간 40년) 384

표 3.6.22. 장수명 포장 총 두께 22㎝의 LCC 계산 및 비교(대안 1, 연구분석기간 40년) 385

표 3.6.23. 장수명 포장 총 두께 20㎝의 LCC 계산 및 비교(대안 1, 연구분석기간 40년) 385

표 3.6.24. 장수명 포장 총 두께 25㎝의 LCC 계산 및 비교(대안 2, 연구분석기간 40년) 388

표 3.6.25. 장수명 포장 총 두께 22㎝의 LCC 계산 및 비교(대안 2, 연구분석기간 40년) 388

표 3.6.26. 장수명 포장 총 두께 20㎝의 LCC 계산 및 비교(대안 2, 연구분석기간 40년) 389

표 3.6.27. 장수명 포장 총 두께 25㎝의 LCC 계산 및 비교(대안 2, 연구분석기간 30년) 391

표 3.6.28. 장수명 포장 총 두께 22㎝의 LCC 계산 및 비교(대안 2, 연구분석기간 30년) 391

표 3.6.29. 장수명 포장 총 두께 25㎝의 LCC 계산 및 비교(대안 2, 연구분석기간 30년) 392

표 3.6.30. 장수명 포장의 초기시공비 비교 395

표 3.6.31. 생애주기비용 분석 결과 397

표 6.1.1. 각국의 장수명 포장의 개념별 분류 427

표 6.2.1. I-710의 재료 431

표 6.2.2. 일리노이주의 장수명 포장 432

표 6.2.3. 워싱턴주 포장에 대한 기본개념 432

표 6.2.4. 위스콘신주에 시공되어진 시험도로 세부정보 434

표 6.2.5. 위스콘신 주의 장수명 포장 시험 단면 챠트 434

표 6.2.6. 텍사스주의 장수명 포장 세부 정보 436

표 6.2.7. 미시간주의 장수명 포장 설계 도표 437

표 6.3.1. 장수명 포장 기층용 재료의 물성 비교 439

표 6.4.1. 프랑스의 고강성 기층재와 영국의 개질재와의 강도 비교 445

표 6.4.2. 30℃에서의 반복 하중 Creep 시험에서 측정된 영구 변형률 446

표 6.4.3. 재료에 따른 상대 강성계수 M과 아스팔트층 두께 449

표 6.4.4. 교통량에 따른 등급 분류 452

표 6.4.5. 일반적인 포장의 보수주기 454

표 6.4.6. 탄성계수에 따른 표층의 등급 분류 456

표 6.4.7. 탄성계수에 의한 기초의 등급 분류 456

표 6.4.8. 입상재료의 최소다짐기준 457

표 6.4.9. 입상재료의 탄성계수 값 457

표 6.4.10. 역청재료의 실내시험 결과 459

표 6.4.11. 실내 시험에 의한 제한 변형률 461

표 6.4.12. 변형률에 따른 각층의 두께 기준 461

표 6.4.13. 국내 대표적 고속도로의 단면설계 463

표 6.5.1. 각 지역의 제원 466

표 6.5.2. IH 35 in Waco의 아스팔트 바인더와 골재의 특성 468

표 6.5.3. IH 35 South of Cotulla의 아스팔트 바인더와 골재의 특성 469

표 6.5.4. 각 혼합물에 대한 배합온도 469

표 6.5.5. 기층에서의 DCP 실험결과(1) 475

표 6.5.6. 기층에서의 DCP 실험결과(2) 476

표 6.5.7. IH35-Waco 기층 South Section에서 행해진 FWD 실험결과(1) 477

표 6.5.8. IH35-Waco 기층 South Section에서 행해진 FWD 실험결과(2) 477

표 6.5.9. IH35-Waco 4 inch Superpave의 South Section에서 행해진 FWD 실험결과 478

표 6.5.10. IH35-Waco 2 inch HDSMA의 South Section에서 행해진 FWD 실험결과 479

표 6.5.11. US281 PHARR의 FWD 실험결과 480

표 6.6.1. 반경 17.5m의 단일경로에 대한 소성변형 485

표 6.6.2. 202,000회 하중 재하후의 소성변형 487

표 6.7.1. 단면 구성 재료 489

표 6.7.2. 각 단면의 바인더 함량 489

표 6.7.3. 시험 조건 490

표 6.7.4. 영점(Zero Point)에서의 측정값 491

표 6.7.5. 하중 횟수에 따른 처짐값 (20℃) 492

그림목차

그림 1.2.1. 기존 아스팔트포장의 일반적인 파손 메카니즘 47

그림 1.2.2. 장수명 포장의 피로저항 개념 47

그림 1.2.3. 장수명 아스팔트 포장의 단면구성 49

그림 1.3.1. 연구과제의 중요성 51

그림 3.1.1. 아스팔트 분자 유형 69

그림 3.1.2. 아스팔트 분류체계도 71

그림 3.1.3. 아스팔트 제조공정도 72

그림 3.1.4. 3종류 점도 분류 아스팔트의 온도별 컨시스턴시 변화 74

그림 3.1.5. 아스팔트 산화공정 77

그림 3.1.6. 저비점 증류 방법 공정도 78

그림 3.1.7. SBS의 구조 80

그림 3.1.8. Base 아스팔트의 화학성분 81

그림 3.1.9. SBS 개질아스팔트 제조 공정 82

그림 3.1.10. 국내 기층용 골재 입도와 DBM 입도 분포 비교 87

그림 3.1.11. 합성골재의 목표입도와 실제입도 88

그림 3.1.12. 시편을 시험장비에 거치한 광경 91

그림 3.1.13. 시편에 게이지 포인터를 설치하는 방법 91

그림 3.1.14. 동탄성계수 하중재하 형태 92

그림 3.1.15. 동탄성계수 시험 및 해석 절차 96

그림 3.1.16. 동탄성계수 시험 데이터 수집 프로그램 97

그림 3.1.17. 측정한 데이터와 커브 핏팅을 거친 후의 변형률 데이터 비교 97

그림 3.1.18. 동탄성계수 데이터의 해석 프로그램 98

그림 3.1.19. Shape parameter의 정의 99

그림 3.1.20. 동탄성계수 측정 시험 결과 (영국 기층용 입도+일반 아스팔트 바인더) 100

그림 3.1.21. 동탄성계수 측정 시험 결과 (영국 기층용 입도+고강성 아스팔트바인더) 101

그림 3.1.22. 동탄성계수 측정 시험 결과 (수정입도+고강성 아스팔트바인더) 101

그림 3.1.23. Shift Factor 102

그림 3.1.24. Master Curve(Reference Temperature 15℃) 103

그림 3.1.25. 국내 및 영국의 기층 입도 비교 105

그림 3.1.26. Cold Bin의 입도 분포 107

그림 3.1.27. Cold Bin 합성입도 108

그림 3.1.28. Hot Bin 합성입도 109

그림 3.1.29. 합성입도와 추출입도의 비교 110

그림 3.1.30. 단면 두께 300㎜의 일반 혼합물의 코어 시편 113

그림 3.1.31. 단면 두께 250㎜의 고강성 혼합물의 코어 시편 113

그림 3.1.32. 휠트래킹 시험기 116

그림 3.1.33. 피로시험의 하중재하 형태 119

그림 3.1.34. 동탄성계수 측정 시험 결과(국내 기층용 입도+일반 아스팔트 바인더) 120

그림 3.1.35. 동탄성계수 측정 시험 결과(국내 기층용 입도+고강성 아스팔트 바인더) 120

그림 3.1.36. Shift Factor 121

그림 3.1.37. 동탄성계수의 개념 122

그림 3.1.38. Master Curve(Dynamic Modulus, 1E*1) 123

그림 3.1.39. Master Curve(Storage Modulus, E') 123

그림 3.1.40. Master Curve (1E*1, E') 124

그림 3.1.41. Black Space 125

그림 3.1.42. 수분손상 시험 시편 126

그림 3.1.43. 휠트래킹 시험 측정 결과 (일반 혼합물) 127

그림 3.1.44. 휠트래킹 시험 측정 결과 (고강성 혼합물) 127

그림 3.1.45. 휠트래킹 시험 측정 결과 비교(평균) 128

그림 3.1.46. 휠트래킹 시험 시편 단면 비교 129

그림 3.1.47. 피로시험의 하중재하 형태(휴지기 없음) 130

그림 3.1.48. 피로수명 비교(휴지기 없음) 131

그림 3.1.49. 피로수명 비교(휴지기) 132

그림 3.2.1. 모형포장가속시험기 135

그림 3.2.2. Full-Scale APT동 136

그림 3.2.3. 포장가속시험기 카트(APT-Cart) 137

그림 3.2.4. 포장가속시험동 전경 139

그림 3.2.5. HY-APT의 형태 140

그림 3.2.6. HY-APT의 주행 장치 141

그림 3.2.7. 가열 장치(Heating system) 143

그림 3.2.8. 조종실 (Control Room) 143

그림 3.2.9. 영국의 APT, CAPTIF 144

그림 3.2.10. 영국의 APT, PTF 145

그림 3.2.11. 일본의 APT, ALES 145

그림 3.2.12. 호주의 APT, ALF 146

그림 3.2.13. 네덜란드의 APT, LINTRACK 147

그림 3.2.14. 남아프리카공화국의 APT, HVS 147

그림 3.2.15. 미국의 APT, TxMLS 148

그림 3.2.16. 스페인의 APT, CEDEX 149

그림 3.2.17. 포장 단면 구성 155

그림 3.2.18. 포장 층별 구성 155

그림 3.2.19. 자갈층 포설 작업 157

그림 3.2.20. 부직포 시공 157

그림 3.2.21. 노체 및 노상 다짐작업 158

그림 3.2.22. 현장 들밀도 시험 158

그림 3.2.23. 현장 들밀도 시험 위치 159

그림 3.2.24. 살수 작업 159

그림 3.2.25. 보조기층의 포설 및 다짐 160

그림 3.2.26. 동적콘관입(DCP) 시험 161

그림 3.2.27. CBR과 DCP와의 상관관계 도표 161

그림 3.2.28. 동적콘관입(DCP)시험 타격위치 162

그림 3.2.29. 보조기층 레벨 측정 위치 164

그림 3.2.30. 보조기층의 레벨 측정 값 164

그림 3.2.31. 프라임 코팅 장비 및 시공 165

그림 3.2.32. 아스팔트 포설 작업 165

그림 3.2.33. 단면 시공 순서 166

그림 3.2.34. 다짐 작업 167

그림 3.2.35. 택코팅 (Tack Coating) 167

그림 3.2.36. 혼합물 온도 측정 167

그림 3.2.37. 레벨 측정(기층) 168

그림 3.2.38. 코어링(Coring) 위치 168

그림 3.2.39. 계측 위치도 169

그림 3.2.40. 변형률계(Strain Gauge) 매설 위치 170

그림 3.2.41. 주름관 매설 작업 170

그림 3.2.42. 변형률계(Strain Gauge) 보호 작업 171

그림 3.2.43. 철제광 고정 작업 171

그림 3.2.44. 철제관 제거 작업 172

그림 3.2.45. 변형률계(Strain Gauge) 거치 172

그림 3.2.46. 온도계 매설을 위한 코어링 173

그림 3.2.47. 단면별 온도계(Thermocouple) 설치 위치 174

그림 3.2.48. 온도계(Thermocouple) 매설 및 계측 175

그림 3.2.49. 레이저 프로필러미터(Laser Profilometer) 176

그림 3.2.50. 소성변형 계측 위치 177

그림 3.2.51. 고무판 매설 위치 178

그림 3.2.52. 고무판 설치 작업 178

그림 3.2.53. 일반 9.4㎝ 단면의 계측지점에 대한 누적횟수별 온도 (℃) 179

그림 3.2.54. 고강성 8.3㎝ 단면의 계측지점에 대한 누적횟수별 온도 (℃) 180

그림 3.2.55. 일반 26.8㎝ 단면의 계측지점에 대한 누적횟수별 온도 (℃) 181

그림 3.2.56. 고강성 21.5㎝ 단면의 계측지점에 대한 누적횟수별 온도 (℃) 181

그림 3.2.57. 일반 9.4㎝와 고강성 8.3㎝ 단면의 누적횟수에 대한 소성변형 (APT, 윤하중 7.1ton) 182

그림 3.2.58. 일반 26.8㎝와 고강성 21.5㎝ 단면의 누적횟수에 대한 소성변형 (APT, 윤하중 6.2ton) 183

그림 3.2.59. APT와 휠트래킹의 누적횟수에 대한 소성변형(일반 26.8㎝, 고강성 21.5㎝, 윤하중 6.2ton) 184

그림 3.2.60. APT의 누적횟수 90,000회에 따른 소성변형(일반 26.8㎝, 고강성 21.5㎝) 184

그림 3.2.61. APT와 누적횟수 130,000회에 따른 피로균열(일반 9.4㎝, 고강성 8.3㎝, 윤하중=7.1ton) 185

그림 3.2.62. 일반 9.4㎝, 고강성 8.3㎝ 단면의 윤하중별 변형률 187

그림 3.2.63. 일반 26.8㎝, 고강성 21.5㎝ 단면의 윤하중별 변형률 188

그림 3.2.64. 포장가속시험 단면 깊이별 온도분포의 일례 190

그림 3.2.65. 포장 깊이별 동탄성계수 산정위치 190

그림 3.2.66. 깊이별 하중주파수 및 동탄성계수값 191

그림 3.2.67. 장수명 아스팔트 포장 단면과 입력 물성 194

그림 3.2.68. APT 시험단면의 변형률계 매설 위치 195

그림 3.2.69. 포장가속시험과 다층탄성 해석의 인장변형율 결과 비교(다층탄성해석시 기층의 탄성계수를 |E*| 적용)(이미지참조) 195

그림 3.2.70. 포장가속시험을 통하여 추정된 탄성계수 197

그림 3.2.71. 실내시험과 포장가속시험의 탄성계수 비교 198

그림 3.2.72. 포장가속시험의 피로수명 예측 200

그림 3.3.1. 장수명 아스팔트 포장 단면과 입력물성 202

그림 3.3.2. 아스팔트포장 기층의 단면 두께 변화에 따른 전단응력변화 203

그림 3.3.3. 단면두께와 소성변형 발생과의 상관관계 204

그림 3.3.4. 소성변형에 저항하기 위한 포장의 최소 두께 비교 205

그림 3.3.5. 소성변형의 발생률과 포장 두께와의 관계 205

그림 3.3.6. 아스팔트포장 기층의 재료변화에 따른 전단응력변화(기층 10㎝) 206

그림 3.3.7. 아스팔트포장 기층의 재료변화에 따른 전단응력변화(기층 20㎝) 207

그림 3.3.8. 아스팔트포장 기층의 재료변화에 따른 전단응력변화(기층 30㎝) 207

그림 3.3.9. Top-down 균열이 진행된 아스팔트 포장 210

그림 3.3.10. Top-down 균열이 진행된 아스팔트 포장의 코어시료 210

그림 3.3.11(a) Top-down 균열의 초기 단계 211

그림 3.3.11(b) Top-down 균열의 중간단계 211

그림 3.3.11(c) Top-down 균열의 최종 단계 212

그림 3.3.12. 여름철 포장하부 온도 (1996년 7월 24일) 218

그림 3.3.13. 겨울철 포장하부 온도 (1998년 12월 23일) 219

그림 3.3.14. 25℃에서 DSR실험 Master Curve 222

그림 3.3.15. 시간경과에 따른 Stiffness 변화 223

그림 3.3.16. Goodyear 11R22.5 타이어의 프린트 (하중=26kN, 접지압=720㎪) 224

그림 3.3.17. 측정된 Goodyear 11R22.5 타이어의 접지압 분포. (하중=26kN, 접지압=720㎪) 224

그림 3.3.18. Goodyear 11R22.5 타이어의 단순화 한 접지압 분포 (하중=26kN, 접지압=720㎪) 225

그림 3.3.19. 2차원 유한요소망 폭에 따른 처짐 상대오차율 230

그림 3.3.20. 최적화된 2차원 유한요소망 (기층 30㎝) 230

그림 3.3.21. 최적화 된 2차원 유한요소망 (기층 10㎝) 231

그림 3.3.22. 3차원 유한요소망 232

그림 3.3.23. 차량방향 바퀴궤적 부분 명칭 234

그림 3.3.24. 실제 접지하중 적용시 계절별 표층 표면의 최대인장응력(AC기층 30㎝) 236

그림 3.3.25. 실제 접지하중 적용시 계절별 표층 표면의 최대인장응력(AC기층 10㎝) 237

그림 3.3.26. 실제 접지하중과 등분포하중 적용시 계절별 표층 표면의 최대인장응력 분포 239

그림 3.3.27. 실제 접지하중 적용시 표층 표면의 최대인장응력 분포지점(여름철, 전체평면도) 241

그림 3.3.28. 실제 접지하중 적용시 표층 표면의 최대인장응력 분포지점(겨울철, 전체평면도) 242

그림 3.3.29. 실제 접지하중 적용시 표층 표면에 발생하는 인장 및 압축응력 분포(겨울철) 242

그림 3.3.30. 실제 접지하중 적용시 표층 표면의 최대인장응력 분포지점(여름철, 3차원 모델링) 243

그림 3.3.31. 실제 접지하중 적용시 표층 표면의 최대인장응력 분포지점(여름철, 부분평면도) 243

그림 3.3.32. 실제 접지하중 적용시 탄성계수비에 따른 표층 표면의 최대인장응력 분포 (AC기층 30㎝) 246

그림 3.3.33. 실제 접지하중 적용시 탄성계수비에 따른 표층 표면의 최대인장응력 분포 (AC기층 10㎝) 246

그림 3.3.34. 보조기층 탄성계수 변화에 따른 인장응력 분포(바퀴하중 외측) 249

그림 3.3.35. 표층 표면의 최대인장응력지점에서 깊이별 인장응력 분포(AC기층 30㎝, E3=294.2) 256

그림 3.3.36. 표층 표면의 최대인장응력지점에서 깊이별 인장응력 분포(AC기층 10㎝, E3=294.2) 256

그림 3.3.37. 표층 표면의 최대인장응력지점에서 깊이별 인장응력 분포(AC기층 30㎝, E3=700) 257

그림 3.3.38. 표층 표면의 최대인장응력지점에서 깊이별 인장응력 분포(AC기층 10㎝, E3=700) 257

그림 3.3.39. 표층 표면의 최대 인장응력지점에서 깊이별 인장변형율 분포(AC기층 30㎝, E3=294.2㎫) 260

그림 3.3.40. 표층 표면의 최대 인장응력지점에서 깊이별 인장변형율 분포(AC기층 30㎝, E3=294.2㎫) 260

그림 3.3.41. 표층 표면의 최대 인장응력지점에서 깊이별 인장변형율 분포(AC기층 30㎝, E3=700㎫) 261

그림 3.3.42. 표층 표면의 최대 인장응력지점에서 깊이별 인장변형율 분포(AC기층 10㎝, E3=294.2㎫) 261

그림 3.3.43. 장수명 아스팔트 포장의 표준단면 262

그림 3.3.44. 기층과 보조기층 두께에 대한 인장변형률의 민감도 265

그림 3.3.45. 기층과 보조기층 두께에 대한 압축변형률의 민감도 266

그림 3.3.46. 기층과 보조기층 탄성계수에 대한 인장변형률의 민감도 268

그림 3.3.47. 기층과 보조기층의 탄성계수에 대한 압축변형률의 민감도 270

그림 3.3.48. 각층 두께와 탄성계수의 εt에 대한 포장수명 272

그림 3.3.49. 각층 두께와 탄성계수의 εc에 대한 포장수명 273

그림 3.3.50. 데이터 구축에 사용된 ILLIPAVE 프로그램 275

그림 3.3.51. 장수명 아스팔트 포장 단면 개요도 276

그림 3.3.52. 아스팔트층 총두께와 인장변형률과의 관계 277

그림 3.3.53. 아스팔트층 총두께와 압축변형률과의 관계 278

그림 3.3.54. 아스팔트층 총두께와 압축변형률과의 관계(인장변형율 70με이하 단면) 279

그림 3.3.55. 기층 두께와 인장변형률과의 관계 280

그림 3.3.56. 중간층 탄성계수와 인장변형률과의 관계 281

그림 3.3.57. 보조기층 두께와 인장변형률과의 관계 282

그림 3.3.58. 보조기층 탄성계수와 인장변형률과의 관계 282

그림 3.3.59. 노상 탄성계수와 인장변형률과의 관계 283

그림 3.3.60. H₃에 따른 H₂와 인장변형률과의 관계 285

그림 3.3.61. E₂에 따른 H₂와 인장변형률과의 관계 286

그림 3.3.62. E₃에 따른 H₃와 인장변형률과의 관계 288

그림 3.3.63. E₄에 따른 최대, 최소 인장변형률값의 변화 289

그림 3.3.64. 계산된 인장변형률값과 회귀식으로 구한 인장변형률값의 비교 291

그림 3.3.65. 계산된 압축변형률값과 회귀식으로 구한 압축변형률값의 비교 294

그림 3.4.1. 장수명 아스팔트 포장의 설계 순서도 295

그림 3.4.2. LCCA 흐름도 303

그림 3.4.3. 장수명 포장 설계 프로그램의 초기화면 304

그림 3.4.4. 설계등급 선택 화면 305

그림 3.4.5. 포장 두께 입력 화면 306

그림 3.4.6. 포장의 혼합물 종류 선택 화면 307

그림 3.4.7. 포장의 탄성계수 입력 화면 307

그림 3.4.8. 기층의 탄성계수 산정 화면 308

그림 3.4.9. 보조기층의 탄성계수 산정 화면 308

그림 3.4.10. 노상의 탄성계수 산정 화면 309

그림 3.4.11. 포장 공용성 제한 기준 입력 화면 310

그림 3.4.12. 포장공용성 모델 입력 화면(인장변형률) 311

그림 3.4.13. 포장공용성 모델 입력 화면(압축변형률) 311

그림 3.4.14. 장수명 포장 설계의 결과 출력 화면 312

그림 3.4.15. 일반 아스팔트 기층재의 두께 결정 314

그림 3.4.16. 고강성 아스팔트 기층재의 두께 결정 314

그림 3.4.17. 장수명 아스팔트 포장의 표층 두께와 전단 응력의 관계 316

그림 3.4.18. 장수명 아스팔트 포장의 표층 두께와 인장변형률의 관계 317

그림 3.4.19. 영국의 장수명 포장 단면 설계 318

그림 3.4.20. 국내 장수명 포장의 단면 설계 319

그림 3.4.21. 장수명 아스팔트 단면 설계 비교 320

그림 3.4.22. 최적의 포장재 설정을 위한 영역 분할 321

그림 3.5.1. 시험시공 계획 단면 323

그림 3.5.2. 동적콘관입시험기 개략도 328

그림 3.5.3. 변형률계 매설형상(Mound 방법) 330

그림 3.5.4. 온도계 매설형상 332

그림 3.5.5. 프라임 코팅 시공 334

그림 3.5.6. 변형률계 위치 교정 작업 335

그림 3.5.7. 변형률계 고정을 위한 아스팔트 프라이머 도포 335

그림 3.5.8. 아스팔트 피니셔 포설 및 전압 336

그림 3.5.9. 아스팔트 기층 다짐 작업 337

그림 3.5.10. 혼합물 온도 측정 337

그림 3.5.11. 계측기 매설 위치 및 계측 위치 338

그림 3.5.12. 노상에서의 평판재하시험 장면 339

그림 3.5.13. 평판재하시험 결과(노상) 340

그림 3.5.14. 평판재하시험 결과(보조기층) 340

그림 3.5.15. 현장 CBR 시험 장면 342

그림 3.5.16. 콘 관입 시험 장면 343

그림 3.5.17. FWD 계측 장면 346

그림 3.6.1. 도로제원 LCC의 경과년수에 따른 지출 353

그림 3.6.2. LCC 비용 항목 354

그림 3.6.3. 사용자 비용 항목 357

그림 3.6.4. 시간에 따른 현재의 비용가치와 할인율과의 관계(간계) 361

그림 3.6.5. 일반포장과 장수명포장의 단면 367

그림 3.6.6. 일반포장과 장수명포장의 보수주기 (대안 1) 368

그림 3.6.7. 일반포장의 보수주기 (대안 2) 369

그림 3.6.8. 장수명포장의 보수주기 (대안 2) 370

그림 3.6.9. 차종별 속도와 연료소모량의 관계 380

그림 3.6.10. 총 두께(25㎝, 22㎝, 20㎝)에 대한 최적 보수주기(대안 1, 분석기간 40년) 386

그림 3.6.11. 총 두께(25㎝, 22㎝, 20㎝)에 대한 최적 보수주기(대안 2, 분석기간 40년) 389

그림 3.6.12. 총 두께(25㎝, 22㎝, 20㎝)에 대한 최적 보수주기(대안 2, 분석기간 30년) 392

그림 3.6.13. 장수명 포장 비교 394

그림 3.6.14. 기존 포장과 장수명 포장의 단면 396

그림 3.6.15. 일반 포장과 장수명 포장의 보수주기 396

그림 6.2.1. 캘리포니아 710번 고속도로의 설계 개념 429

그림 6.2.2. 혼합물 설계를 위한 흐름도 430

그림 6.2.3. 캘리포니아주의 포장 단면 430

그림 6.2.4. 텍사스 주의 장수명 포장 435

그림 6.2.5. 미국 각주와 영국의 포장 두께 비교 438

그림 6.4.1. 양생 현상의 모사 440

그림 6.4.2. K0값의(이미지참조) 추정 441

그림 6.4.3. CBR값에 따른 Capping layer와 subbase의 관계 443

그림 6.4.4. 일반적인 영국의 표층 444

그림 6.4.5. 얇은 표층 사용 444

그림 6.4.6. 기층재료 비교를 위한 영국의 시험 단면 444

그림 6.4.7. 시험 재료들의 탄성계수 비교 446

그림 6.4.8. 프랑스의 고강성 기층재와 영국 개질 DBM의 피로 저항성 비교 447

그림 6.4.9. 각각의 기층재에 따른 설계 곡선 447

그림 6.4.10. 상대 강성계수 M에 따른 재료별 아스팔트층의 두께 비교 449

그림 6.4.11. 프랑스의 대표적인 포장 단면 450

그림 6.4.12. 프랑스에서 구분하여 사용되는 포장의 종류별 분류 451

그림 6.4.13. 프랑스 도로 설계의 일반적인 방법 453

그림 6.4.14. 일반적인 표층 두께 결정 챠트 455

그림 6.4.15. 프랑스 포장 설계 단면 예 462

그림 6.4.16. 각국의 포장설계법에 의한 AC층 두께 비교 463

그림 6.5.1. IH-35 in Waco의 단면구성 466

그림 6.5.2. IH-35 South of Cotulla의 단면구성 467

그림 6.5.3. IH-35 North of Cotulla의 단면구성 467

그림 6.5.4. US 281의 단면구성 468

그림 6.5.5. Texas주 IH35-Waco 고속도로의 위치 470

그림 6.5.6. IH35-Waco의 포장 단면 구성 471

그림 6.5.7. IH35 시공현장 모습 472

그림 6.5.8. 6 inch Flexible Base 상부의 South Section에서 행해진 실험 472

그림 6.5.9. 6 inch Flexible Base 상부의 Center Section에서 행해진 실험 472

그림 6.5.10. 4 inch Superpave 상부의 South, North Section에서 행해진 실험 472

그림 6.5.11. 10 inch SFHMA 상부의 South Section에서 행해진 실험 473

그림 6.5.12. 3 inch SFHMA 상부의 South, Center, North Section에서 행해진 실험 473

그림 6.5.13. 2 inch HDHMA 상부의 South, Center, North Section에서 행해진 실험 473

그림 6.5.14. South Section에서의 실험의 위치 474

그림 6.5.15. Middle(Center) Section에서의 실험의 위치 474

그림 6.5.16. North Section에서의 실험의 위치 475

그림 6.5.17. FWD 처짐값 (IH35-Waco) 481

그림 6.5.18. FWD 처짐값 (US281) 481

그림 6.6.1. 포장단면 구성 483

그림 6.6.2. 토사의 함량에 따른 소성변형 483

그림 6.6.3. 바인더 특성에 따른 소성변형 484

그림 6.6.4. 정적 크립 시험 결과 (Shell Method) 484

그림 6.6.5. 동적 크립 시험 결과 (Shell Method) 485

그림 6.6.6. 시험 온도 (대기) 486

그림 6.6.7. 4개의 단면에서의 소성변형 결과 (Wide Single Wheel, r=16.5m, v=40㎞/hr) 486

그림 6.6.8. 50/70 바인더 단면의 소성변형 488

그림 6.7.1. 입상재료의 입도곡선 489

그림 6.7.2. 실험 재료 및 단면 490

그림 6.7.3. 하중 횟수에 따른 처짐값 (20℃) 493

그림 6.7.4. 균열 494