2.1 실험계획

본 연구에서는 아스팔트의 결합력을 향상시키고 내구성을 증진하기 위해 양이온 처리된 실리케이트 섬유가 함유된 개질재를 활용한 최적배합비 도출과 이를 적용한 아스팔트 혼합물의 역학적 성능 및 내구성능, 투수성을 검토하고, 현장적용을 실시하여 소음저감 성능에 대한 검토를 실시하고자 하였다.

2.2 사용재료

2.2.1 골재 및 채움재

본 연구에서 사용되는 골재 및 채움재는 국내 H기업에서 사용하는 재료를 사용하였다. 5 mm 골재 및 석분, 채움재를 사용한 합성입도는 현재 국토교통부 ｢아스팔트 콘크리트 포장 시공 지침｣에서 규정된 합성입도의 기준을 적용할 수 없어 H기업에서 제시한 특별 시방서 값을 적용하였으며, 합성입도 산출 결과 Fig. 2에 나타낸 것과 같다.

Fig. 1 Asphalt characteristics test

Fig. 2 Blended aggregate particle distribution

Table 1 Test plan

Test Level	Test Factors	Test Methods
Asphalt binder	Modifier content	KS M 2201
Asphalt mixture design	Asphalt content	KS F 2337 KS F 2446 KS F 2364
Asphalt mixture performance	Optimal asphalt content	SPS-KAI0002-F2349-5687 KS F 2374 KS F 2385 ISO 11819-2

2.3 실험방법

2.3.5 동적안정도

아스팔트 포장체는 회전하는 차륜에 의해 재하되고 포장체의 응력상태는 매우 복잡하며 현장의 아스팔트 도로 포장을 실내시험에서 정확하게 재현시키는 것은 매우 어려운 실정이다. 주로 아스팔트 포장의 거동상태를 상대적 비교를 위한 조사시험은 휠트래킹에 의한 동적안정도 시험이 주로 적용되고 있다.

본 연구에서는 KS F 2374 ｢아스팔트 혼합물의 휠 트래킹 시험방법｣에 준하여 혼합물에 대한 동적안정도를 평가하였다.

Fig. 3 Asphalt mixture characteristics test

3.1 개질재를 혼입 아스팔트의 특성

스트레이트 아스팔트에 CSM 개질재를 8~14% 의 범위에서 2% 씩 증가시켜 특성을 평가한 결과는 Table 5 및 Fig. 6, Fig. 7 에 나타낸 것과 같다.

Fig. 4 Drain test

Fig. 5 Traffic noise test(CPX method)

CSM 개질재의 혼입량이 증가함에 따라 점도, 신도, 연화점 및 침입도는 증가하는 특성을 나타내었으며, 신도의 경우 혼입률 14%의 조건에서 12%의 혼입률 조건 대비 약 160%로 급격하게 증가하는 결과를 나타내었다.

Fig. 6 Modified asphalt viscosity

Fig. 7 Modified asphalt characteristics

혼입률이 증가함에 따라 점도 특성 또한 14%의 조건에서는 12%의 조건 대비 약 170%로 급격하게 증가하는 결과를 나타내었으며, 과도한 점도 발현은 아스팔트 혼합물 배합성 및 균질성을 확보할 수 없어 혼합물의 특성 발현과 작업성에 문제점이 발생할 수 있다. 따라서 CSM 개질재의 혼입 조건 별 아스팔트의 특성을 분석한 결과 본 연구에서는 12%의 혼입 조건을 최적 조건으로 판단되어 개질 아스팔트의 제조 조건은 CSM 12%로 설정하였다. 이에 대한 공용성 등급(PG, Performance Grade)을 평가한 결과 PG 82-22로 나타나 고온 및 저온의 환경에서 높은 저항성을 나타낼 수 있을 것으로 판단된다.

3.2 배합설계 및 결과

CSM 개질 아스팔트를 4.5 ~ 5.5%의 범위에서 0.5%씩 증가시켜 아스팔트 혼합물의 배합설계를 실시하였으며, 그 결과는 Table 6 및 Fig. 8, Fig. 9에 나타낸 것과 같다.

배합설계를 위한 아스팔트 함량에 따른 혼합물의 특성을 분석한 결과 4.5%에서는 마샬안정도 13,950 N으로 아스팔트 함량이 증가함에 따라 마샬안정도는 감소하는 경향을 나타내어 5.5%의 혼입 조건에서는 11,420 N 수준의 마샬안정도를 발현하는 것으로 나타났다. 흐름값의 결과는 마샬안정도와 상반되는 결과로 아스팔트 함량 4.5%수준에서 21(1/100 cm)의 수준을 나타내었으나, 5.5%의 수준에서 약 30(1/100 cm)의 수준으로 증가하는 경향을 나타내었다.

이와 같은 결과는 아스팔트 함량이 증가함에 따라 혼합물이 온도의 영향을 상대적으로 많이 받게 되는 결과로 판단되며, 아스팔트 함량이 혼합물 내 과도할 경우 아스팔트 포장체의 밀림 현상 및 내구성 저하로 공용성을 확보할 수 없는 문제점이 발생하게 된다.

간극률 및 공극률의 특성은 서로 상반되는 결과를 나타내었으며, 아스팔트 함량이 증가할수록 간극률은 감소, 공극률은 증가하는 결과를 나타내었다.

본 연구에서는 아스팔트 혼합물의 안정도 및 흐름값, 간극률 및 공극률의 특성을 고려하여 아스팔트 5.0%의 함량 조건을 최적치로 판단하였으며, 이에 대한 수분저항성 및 동적안정도를 평가하였다.

Fig. 8 Marshall stability and flow according to asphalt content

Fig. 9 VFA and air void according to asphalt content

3.3 수분저항성

배합설계 결과 최적의 조건으로 판단되는 혼합물의 배합 조건에 대하여 수분 저항성을 평가하기 위해 수분처리 전후의 간접인장강도를 측정한 결과는 Table 7에 나타낸 것과 같다. 수분처리를 하지 않은 공시체의 경우 평균 0.86 MPa의 간접인장강도를 나타내었으며, 수분처리 공시체는 0.81 MPa로 TSR은 0.95 수준으로 평가되었다.

국토교통부 ｢아스팔트 콘크리트 포장 시공 지침｣에서는 가열아스팔트 혼합물의 TSR 품질기준치를 0.80이상으로 규정하고 있으며, 본 연구에서 CSM 개질재를 혼입한 아스팔트 혼합물의 수분저항성은 국토교통부에서 규정한 품질기준치 대비 약 118%의 높은 성능을 확보하는 것으로 나타났다.

3.4 동적안정도

최적 아스팔트 함량에 대한 동적안정도를 평가한 결과 Table 8에 나타낸 것과 같다. 평가 결과 평균 11,293 회/mm 수준으로 국토교통부 지침에서 규정하고 있는 동적안정도 수준을 상회하는 것으로 소성변형 저항성을 확보할 수 있는 것으로 평가되었다.

3.5 투수성

본 연구에서 제작된 아스팔트 혼합물에 대한 비배수성능을 검증하고자 배수성 아스팔트 혼합물과 투수성능을 비교평가한 결과 Table 9에 나타낸 것과 같다.

배수성 아스팔트 혼합물과 동일한 시간 동안 투수성능을 측정한 결과 일반적인 배수성 아스팔트 혼합물의 투수계수는 평균 0.08 cm/s 수준으로 측정되었으며, CSM 아스팔트 혼합물은 평균 2.3×10-6으로 평가되어 아스팔트 혼합물의 불투성을 확보하는 것으로 판단된다.

3.6 소음저감성능

CSM 개질 아스팔트 혼합물의 소음저감 성능을 검토하기 위해 세종특별자치시 고운동 일원에 시험 포장을 실시하여 CPX 방법으로 포장 전후에 대한 소음 발생정도를 측정하였으며, 측정 결과는 Fig. 10에 나타낸 것과 같다.

CSM 개질 아스팔트 혼합물을 적용하기 전의 3회 평균 발생 소음은 96.9 dB로 측정되었으며, 적용 후의 발생 소음은 평균 85.9 dB로 약 10 dB의 소음저감 성능을 확보하는 것으로 확인되었다.

배수성 아스팔트 혼합물을 적용할 경우 일반적으로 3~7 dB의 소음저감 성능을 확보하는 것과 비교 할 경우 상당히 높은 소음 저감 성능을 확보할 수 있는 것으로 판단된다^{(Ock et al., 2010)}

Fig. 10 Measurement of traffic noise by CPX method