저온 개선 고점도 개질 아스팔트를 이용한 교면 포장용 배수성 아스팔트 혼합물의 성능 평가
Performance Evaluation of Porous Asphalt Mixture for Bridge Deck Pavement using Polymer Modified Asphalt with Improved Low-Temperature Characteristics
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Abstract
본 연구의 목적은 배수성포장에서 균열 및 포트홀 등의 조기파손과 같은 문제점을 해결하고 교면포장용으로서 배수성 아스팔트 포장의 장기공용성을 확보할 수 있도록 개발된 혼합물의 공용성능을 평가하는 것이다. 배수성 혼합물은 아스팔트의 저온 성능을 개선한 고점도 개질 아스팔트(PG 88-28)를 사용하여 개발되었으며 배수성혼합물의 공용성을 평가하기 위해 수분 저항성 시험, 동적 안정도 시험, 함부르크 휠 트래킹 시험, 4점 반복 빔 피로 시험을 수행하였다. 본 연구에서 개발한 배수성 아스팔트 혼합물의 성능은 국토교통부의 품질기준을 만족하고 공용성능에서도 기존 혼합물과 비교하여 우수한 성능을 나타내는 것으로 파악되었으며, 특히 피로균열 및 소성변형에 대한 저항성이 우수하여 다양한 도로 포장 현장에 적용이 가능할 것으로 판단된다.
Trans Abstract
This study aimed to evaluate the performance of the developed mixture to solve problems such as early deterioration (cracks and potholes) in porous pavements. The mixture was developed to ensure the long-term performance of porous asphalt pavements for bridge deck pavements. A porous mixture was developed using polymer-modified asphalt (PG 88-28) with improved low-temperature characteristics. To evaluate the performance of the developed porous asphalt mixture, a moisture resistance, dynamic stability, Hamburg wheel tracking, and 4-point repeated beam fatigue tests were performed. It was found that the performance of the porous asphalt mixture developed in this study satisfied the quality standards of the Ministry of Land, Infrastructure, and Transport and showed superior performance compared with the existing porous mixture. In particular, it has excellent resistance to fatigue cracking and rutting, thus it is judged that it can be applied to various road pavement fields.
1. 서 론
최근 도로포장 기술은 시설물 관리 중심에서 이용자의 승차감과 소음 저감 등을 고려한 사용성 중심의 쾌적한 주행 환경 제공으로 변화하고 있으며, 이러한 변화에 따라 고성능의 저소음 배수성 아스팔트 포장을 적용하고 있다.
배수성 아스팔트 포장은 1950년대 영국에서 개발되어 1980년대 유럽과 미국을 중심으로 개발되었다. 일반적인 아스팔트 포장과는 달리 다짐 후 약 20% 내외의 공극을 갖는 기능성 특수포장으로 투수성의 표층 밑에 불투수층을 시공하여 빗물을 포장의 가장자리로 배수하는 포장공법이다. 물에 의해 발생할 수 있는 수막현상, 마찰력 감소, 물 튀김 현상을 최소화할 수 있으며 자동차 바퀴와 포장면 사이에서 발생하는 소음을 저감시킬 수 있으므로 국내의 경우 토공부의 포장 공법으로서 주로 사용되고 있으나, 생태 도로의 건설 및 도심지 확장 등에 따라 교량 등 구조물을 대상으로 한 포장 공법으로도 적용이 확대될 것으로 예상되므로 교면 포장용 배수성 아스팔트 혼합물에 관한 연구가 필요한 상황이다.
그러나 배수성 아스팔트 포장이 가지고 있는 여러 가지의 기능적인 장점에도 불구하고 배수성 포장에서 균열 및 탈리, 포트홀 등의 조기 파손이 발생하는 등 도로 유지관리 측면에서의 다양한 문제점을 발생시키고 있다. 특히 배수성 아스팔트 포장을 교면포장으로 사용할 경우 일반 토공부에 비해 더 열악한 조건에서 공용되기 때문에 공용 중의 파손 현상이 더 빈번할 것으로 판단된다.
본 논문에서는 배수성 포장의 이러한 문제점을 개선하고 교면 포장용으로서 배수성 아스팔트 포장의 장기 공용성을 확보할 수 있도록 개발된 혼합물의 공용성능 평가를 통해 현장적용성을 제시하고자 한다. 이를 위해 개발된 고점도 아스팔트를 사용한 배수성 아스팔트 혼합물의 수분 저항성 시험, 동적 안정도 시험, 함부르크 휠 트래킹 시험, 4점 반복 빔 피로 시험을 수행하여 개발된 배수성 아스팔트 포장의 현장적용성을 평가하였다.
2. 시험시편 제작 및 공용성 평가 방법
배수성 아스팔트 혼합물의 내구성 증진과 기능성을 유지하고자 변형에 대한 저항성을 강화한 저온 물성 증진 고점도 개질 아스팔트(PG 88-28)를 개발하고 이를 사용한 다공성의 배수성 아스팔트 혼합물을 개발하였다. 이를 위해 저온 물성 증진 고점도 개질 아스팔트를 개발하였으며 이를 기존 개질 아스팔트 제품과 비교하고 평가를 수행하였다.
본 연구는 Kim et al. (2021)이 수행한 교면 포장용 배수성 아스팔트 혼합물의 실내 공용 특성에 관한 비교 연구의 후속연구로, 본 연구에서 사용한 고점도 개질 아스팔트는 고온 성능을 향상시키기 위하여 합성고무 기반의 개질 첨가제를 적용하였다. 분자량이 100,000 g/mol 수준의 SBS (Styrene- Butadiene-Styrene)로서 Styrene 함량은 30% 정도이다. 개질 첨가제의 혼입 과정에서 아스팔트와의 혼합 과정에서 용융속도를 감소시키기 위해 분자구조는 선형타입(Linear type)으로 선정하였으며, 개질 첨가제의 비율은 6~8% (중량비)를 적용하였다. 또한 고점도 개질 아스팔트의 접착력 및 유연성(부착 및 저온 성능)을 향상시키기 위하여 고점도 액상 형태의 폴리이소부틸렌(Polyisobutylene, PIB) 성분을 적용하여 저온 성능을 개선한 고점도 개질 아스팔트(PG 88-28)를 개발하여 혼합물을 제작하였다. 본 연구에서 개발된 배수성 혼합물은 콘크리트 교량은 물론 구스 혼합물 등의 방수층을 적절히 적용할 경우 강교에도 적용이 가능할 것으로 판단된다.
2종의(기존 및 개발) 개질 아스팔트를 사용한 배수성 아스팔트 혼합물에 대한 배합설계 및 품질기준 시험을 실시하였으며, 본 연구에서 개발한 배수성 아스팔트 혼합물이 골재의 비산저항성에서 국내의 배수성 아스팔트 입도와 기존 개질 아스팔트를 적용한 기존 배수성 아스팔트 혼합물에 비해 우수하고, 혼합물에 대한 배수 성능을 알아보기 위해 투수계수를 측정한 결과, 2종의(기존 및 개발) 배수성 아스팔트 혼합물은 모두 국토교통부의 품질기준을 만족하는 것으로 파악되었으며, 약 6%의 공극률 차이에도 투수계수의 차이는 크지 않은 것으로 나타났다(Kim et al., 2021).
본 연구에서는 2종의(기존 및 개발) 배수성 아스팔트 혼합물의 공용성능을 검증하기 위해 실내 시험을 실시하여 비교 평가하였다. 고온 챔버의 휠트래킹 시험과 함부르크 휠트래킹 시험을 수행하여 배수성 아스팔트 혼합물의 소성변형 저항 특성을 평가하였으며, 빔 피로 시험을 통해 피로 저항성을 검증하였다. 이와 함께 우수 유입에 따른 수분 저항성을 평가하기 위해 간접인장강도비(TSR) 시험을 수행하였다.
이러한 다양한 품질기준 시험과 공용 성능 평가를 통해 본 연구에서 개발한 고점도 개질 아스팔트를 사용한 다용도의 저소음 배수성 아스팔트 혼합물의 현장 적용성을 검증하고자 한다.
2.1 시험시편 제작
본 연구에서 시험시편 제작에 사용되는 배수성 아스팔트 혼합물은 기계식 혼합을 진행하여 직경 101.6 mm 높이 70 mm의 원통형 공시체를 제작하였으며, 제작된 공시체를 수분저항성 시험 등에 사용하였다. 동적안정도 시험에 사용한 공시체는 300 × 300 × 50 mm 크기의 슬래브 공시체로 제작하였으며, 함부르크 휠 트래킹 시험용 공시체의 크기는 AASHTO T 324의 규정에 따라 Superpave Gyratory Compactor (SGC)를 이용하여 이론최대밀도를 기준으로 공시체의 부피를 계산하여 직경 150 mm, 높이 95 mm의 시험 공시체를 제작하였다. 또한 4점 반복 빔 피로 시험용 공시체는 ASTM D7460-10 규정에 따라 380 × 63 × 50 mm의 크기로 제작하였다.
2.2 실내 공용성 시험 방법
본 연구에서는 개발된 배수성혼합물의 공용성을 평가하기 위해 수분 저항성 시험, 동적 안정도 시험, 함부르크 휠 트래킹 시험, 4점 반복 빔 피로 시험을 진행하였다.
2.2.1 수분 저항성 시험(KS F 2398, 2022)
아스팔트 포장에서 수분이 파손의 원인이 되는 경우가 빈번하게 발생하고 있다. 이는 아스팔트의 골재 피막 박리에 기인한 것으로 이러한 현상은 아스팔트 층의 하부에서 상부로 진전된다. 이 현상이 심하게 발생되면 포장의 지지력 감소 및 소성변형이 발생되며, 국부적인 포트홀 발생을 유발하기도 한다. 따라서 본 연구에서는 수분에 대한 저항성을 평가하기 위해 기존 개질 아스팔트(PG 82-22)와 개발된 고점도 개질 아스팔트(PG 88-28)를 사용한 각 배수성 아스팔트 혼합물의 공시체에 대한 수분 저항성을 시험을 실시하였다. 시험은 국토교통부 아스팔트 콘크리트 포장 시공 지침(MOLIT, 2017)에 제시되어 있는 배수성 아스팔트 혼합물의 인장강도비 시험방법에 따라 수행하였다.
각 배수성 아스팔트 혼합물은 마샬 다짐기를 사용하여 공극률 14 ± 1%가 얻어지도록 다짐을 실시하여 6개의 공시체를 제작하였으며, 시험방법 및 절차를 간단하게 요약하면 다음과 같다.
① 최소 6개의 다짐 공시체를 제작하여야 하며, 평균 공극률이 비슷하게 3개씩 2개조로 구분한다. 1개조의 경우 건조상태에서 KS F 2382에 따라 간접인장강도 시험을 수행한다. 나머지 1개조는 진공 장비를 이용하여 88 ± 2 kPa 범위의 진공을 10분 동안 가하여 공시체를 포화시킨다. 포화 후 60 °C의 항온 수조에 24 ± 1시간 동안 수침한다.
② 수침된 공시체를 –18 ± 3 °C의 온도로 16시간 이상 냉각한다. 동결이 끝난 공시체를 60 ± 1 °C의 항온수조에 24 ± 1시간 수침시킨 후 25 ± 0.5 °C의 항온수조에 2 ± 0.5시간동안 넣어둔다.
③ 공시체를 25 ± 0.5 °C의 항온수조에서 꺼내 표면의 수분은 수건으로 닦은 후 간접인장강도 시험을 수행한다. 간접인장강도비(Tensile Strength Ratio, TSR)는 Eq. (1)과 같다.
2.2.2 동적 안정도 시험(KS F 2374, 2022)
동적 안정도 시험은 내유동성이 요구되는 도로의 아스팔트 혼합물의 배합설계 및 품질 관리 과정에서 필요한 소성변형 저항성을 평가하기 위한 시험이다. 아스팔트 포장은 콘크리트 포장과는 달리 여름철과 같은 고온의 조건에서 차량의 축하중이 통과함에 따라 전단변형에 의한 소성변형이 발생된다. 이러한 현상을 실험실에서 묘사하기 위해 반복적인 윤하중을 이용하여 소성변형에 대한 저항성을 동적안정도와 변형률을 사용하여 평가하는 시험방법이다. 본 연구에서는 KS F 2374에 따라 아래와 같은 방법으로 시험을 진행하였다.
① 시험을 시작하기 약 5시간 전 시편이 담긴 몰드를 항온조에 넣어 60 ± 0.5 °C로 양생한다. 양생시킨 공시체를 휠 트래킹 시험기에 설치하고 시험기 내부 온도와 공시체의 표면온도를 기록한다. 시험 윤하중은 686 N으로 고정시켜 시험을 실시하며, 접지압을 628 ± 15 kPa로 유지한다.
② 공시체 표면이 시험 온도와 동일해지고 온도가 안정된 후 시험을 실시하며, 시험 중 발생한 변형량을 측정하며 변형량-시간 곡선 이용하여, Eq. (2)로 변형속도를 구한다.
여기서, RD : 변형속도(mm/min), d60: 60분에서의 변형량(mm), d45: 45분에서의 변형량(mm).
③ 휠 트래킹 시험 결과를 통하여 Eq. (3)을 통해 동적안정도(Dynamic Stability, DS)를 산정한다.
여기서, DS : 동적 안정도(회/mm), d1: t1 (일반적으로 45분)에서의 변형량(mm), d2: t2 (일반적으로 60분)에서의 변형량(mm).
2.2.3 함부르크 휠 트래킹 시험(AASHTO T 324, 2022)
함부르크 휠 트래킹 시험은 아스팔트 혼합물의 소성변형 저항성과 수분민감도를 동시에 측정할 수 있는 시험으로 50 °C의 고온에 다짐된 시편을 침수시켜 705 ± 4.5 N의 차륜하중을 반복 재하하여, 매회 침하량을 측정하는 시험법이다. 미국의 주 교통국에서는 20,000회의 차륜하중을 재하하며, 박리가 발생하는 지점이 최소 10,000회 이후 발생하고 20,000회에서의 침하량이 20 mm를 초과하지 않는 아스팔트 혼합물을 사용하도록 규정하고 있다. 수분민감도의 경우, Fig. 1과 같이 함부르크 휠 트래킹 시험 시 침하량 기울기가 급변하는 지점을 박리 발생점(Stripping Point)으로 규정하며 박리가 발생하는 지점이 늦게 발생할수록 수분민감도가 우수한 아스팔트 혼합물로 평가한다.
Example of Analysis of Hamburg Wheel Tracking Test Results
2.2.4 4점 반복 빔 피로 시험
반복 빔 피로 시험은 아스팔트 혼합물의 피로에 대한 손상을 확인하기 위하여 수행되는 시험으로서 하버사인(Haver-sine) 유형의 반복 하중을 빔 시편에 가해 하중에 의해 발생되는 변형률과 응력 등을 측정하여 혼합물의 피로 손상을 평가한다. 본 연구에서는 변형률 제어조건으로 시험을 실시하였으며, 배수성 아스팔트 혼합물의 종류 및 공시체의 특성에 따라 재하되는 하중의 크기가 달라진다. 하중 재하속도(Frequency)의 경우 10 Hz를 기준으로 진행하였으며 다음과 같은 방법으로 시험을 진행하였다.
① 목표 온도에서 제조된 아스팔트 혼합물을 380 mm × 300 mm × 50 mm의 사각 슬래브에 타설하여 공시체를 제조한다. 제조한 아스팔트 혼합물을 24시간 이상 양생시킨 후 380 mm × 63 mm × 50 mm가 되도록 공시체를 절단한다.
② 절단된 공시체의 중앙(190 mm)에 변위를 측정하기 위해 게이지 포인터를 부착시킨다. 4점 반복 빔 피로 시험 장치에 거치한 후, 20 ± 0.5 °C의 온도 조건에서 2시간 이상 유지시킨 후 빔 피로 시험을 실시한다.
4점 반복 빔 피로 시험은 20 °C에서 실시하며 시험을 실시하는 동안 정밀한 온도조절을 위해 온도조절 챔버를 사용한다. 하중은 10 Hz의 주기를 갖는 하버사인(haver-sine) 하중을 일정하게 시편에 가하며, 이때 3가지의 하중단계에서 시험을 실시한다. 각 하중별 최소 2회 이상 시험을 실시하며, 하중재하는 공시체의 4 등분 지점 중 중앙의 2곳에 하중을 가하는 4점 빔 피로 시험 방식을 이용하였다.
인장변형률-응력 관계로부터 초기 50싸이클(Cycle)에서 초기 강성(Stiffness)값을 산정하고 초기 강성 대비 시편의 강성이 50% 이상 감소하였을 때 시험을 중단하며 그때까지 재하된 하중횟수를 피로수명으로 규정한다. Eqs. (4), (5), (6)을 사용하여 하중 재하 주기마다 값을 계산한다.
여기서, P : 재하하중(N), L : 바깥쪽 클램프 사이의 거리(mm), b : 공시체의 평균너비(mm), h : 공시체의 평균높이(mm).
여기서, δ: 공시체 중앙에서의 최대처짐(mm), L : 바깥쪽 클램프 사이의 거리(mm), a : 안쪽 클램프 사이의 거리(mm), h : 공시체의 평균높이(mm).
여기서, σt: 최대인장응력, εt: 최대인장변형률.
3. 공용성 시험 결과
3.1 수분 저항성 시험 결과
마샬 공시체를 제작하여 60 °C에서 24 ± 0.5시간 수침 후, -18 °C에서 16시간 이상 동결을 진행한 공시체를 60 °C에서 24 ± 0.5시간, 25 °C에서 2시간 수침한 공시체와 건조된 상태의 공시체에 대해 간접인장강도로 시험에 실시하여 배수성 아스팔트 혼합물의 수분 저항성을 측정하였다. Table 1은 간접인장강도비를 나타낸 결과이다.
Tensile Strength Ratio by Indirect Tensile Strength Test
Table 1에서 보는 바와 같이 기존 배수성 아스팔트 혼합물과 개발 배수성 아스팔트 혼합물 공시체의 건조 시험결과는 각각 0.740 MPa과 0.645 MPa 이며 동결융해 1회를 진행한 공시체의 시험 결과는 각각 0.497 MPa과 0.550 MPa으로 나타났다. 위의 값을 이용하여 각 배수성 아스팔트 혼합물별 인장강도비를 산정한 결과, 각각 67.2%와 85.3%로서 기존 배수성 아스팔트 혼합물의 TSR 결과는 국토교통부 품질기준인 85%를 만족하지 못하였으며, 개발 배수성 아스팔트 혼합물은 85.3%로서 만족하는 것으로 나타났다. 비록 Kim et al. (2010)의 연구에서 제시한 인장강도비보다는 낮게 나타났으나, 국토교통부 품질기준인 85% 이상인 값을 나타내었으며 기존 제품인 67.2%에 비하면 수분저항성이 상당히 개선된 것으로 나타나 배수성 혼합물로서의 활용이 가능할 것으로 판단된다.
저온 물성을 개선한 개발 배수성 아스팔트 혼합물은 골재의 피막 부착력과 골재간의 점착력이 향상되어 수분에 대한 저항 성능이 우수한 것으로 파악되었다.
3.2 동적 안정도 결과
휠 트래킹 시험은 여름철과 같은 고온의 공용온도 조건에서 실제 차량이 통과함에 따라 발생되는 소성변형을 실내에서 모사하여 평가하는 시험으로서 윤하중의 반복주행으로 인한 소성변형 깊이의 변화를 측정하고, 시간-변형량 결과를 이용한 변형속도(RD)로 동적안정도를 산정할 수 있다. 소성변형에 대한 공용성을 분석하기 위해 기존 배수성 아스팔트 혼합물과 개발 배수성 아스팔트 혼합물에 대하여 휠 트래킹 시험을 실시하였다. Table 2는 동적안정도 결과이다.
Dynamic Stability Results for Each Porous Asphalt Mixture
Table 2에서 보는 바와 같이, 2종의 배수성 아스팔트 혼합물은 표층의 배수성 아스팔트 혼합물의 동적 안정도 기준치인 3,000 (회/mm)을 만족하였으며, 개발 배수성 아스팔트 혼합물이 기존 혼합물과 비교하여 동적 안정도가 약 10% 높은 것으로 나타났다. 이러한 결과에 따라 개발 배수성 아스팔트 혼합물은 중차량 하중에 의한 소성변형에 대한 저항성이 기존 혼합물에 비해 개선된 것으로 판단된다.
3.3 함부르크 휠 트래킹 시험 결과
Fig. 2는 2종의 배수성 아스팔트 혼합물에 대한 함부르크 휠 트래킹 시험 결과를 나타낸다. 배수성 아스팔트 혼합물은 박리가 발생되는 변곡점(Inversion Point)이 나타나지 않은 것으로 파악되었다. 시험 결과, 2종의 배수성 아스팔트 혼합물은 수분에 대한 저항성은 동등하거나 유사한 것으로 파악되었다. 또한 아스팔트 혼합물의 소성변형 파손과 관련된 하중횟수에 따른 변형량에서는 10,000회까지 유사하게 나타났으며, 이후 상대적으로 개발 배수성 아스팔트 혼합물의 변형 발생이 기존 혼합물에 비해 우수한 특성을 보여 소성변형 저항성이 개선된 것으로 파악되었다. 이는 개발 배수성 아스팔트 혼합물에 적용한 고점도 개발 아스팔트의 고온 등급이 상대적으로 기존 혼합물의 개질 아스팔트에 비해 한 등급이 높아서 소성변형 저항성이 상대적으로 우수한 결과로 나타난 것으로 판단된다. 따라서 개발 배수성 아스팔트 혼합물은 수분저항성과 변형저항성 등에서 우수한 시험결과를 나타내어 포트홀 및 소성변형 파손 등에서 우수한 공용성능을 발휘할 것으로 판단된다.
Hamburg Wheel Tracking Test Results
3.4 4점 반복 빔 피로 시험 결과
배수성 아스팔트 혼합물의 피로수명을 비교하기 위하여, 20 °C 조건에서 본 시험을 실시하였으며, 2종의 배수성 아스팔트 혼합물에 대해 3개의 다른 하중단계(Load level)별로 피로 시험을 실시하였다. 2종의 배수성 아스팔트 혼합물은 강성이 50% 이하가 되어도 완만하게 강성이 감소된다. 이는 비교적 일반적인 아스팔트 혼합물에 비해 균열 발생을 억제하는 것으로 해석되는 결과로서, 사용하는 아스팔트의 강성 특성과 저온 특성이 피로에 의한 균열 발생과 파괴 현상을 저감하는 효과가 있는 것으로 판단할 수 있다.
아스팔트 혼합물의 피로 거동을 모사하는 방법 중 본 연구에서는 변형률에 기초한 피로 시험을 수행하였으며, 이러한 시험방식으로 잘 알려져 있는 경험적 접근방식을 적용하여 시험결과를 분석하였다(KICT 2010-124, 2010).
기존 배수성 아스팔트 혼합물과 개발 배수성 아스팔트 혼합물에 대하여 3가지 하중단계에 대한 변형률을 적용하여 피로 시험을 진행하였으며, Eq. (7)과 같은 일반적인 피로수명 모델식을 사용하여 회귀분석을 실시하였다. Fig. 3은 피로 파괴시 개발된 배수성 아스팔트 혼합물과 기존의 일반 배수성 아스팔트 혼합물의 하중 재하 횟수를 나타낸다.
Fatigue Life Comparison of Porous Asphalt Mixtures
여기서, Nf: 아스팔트 혼합물의 피로수명, ε0: 초기 인장 변형률, a, b : 회기분석을 통하여 얻어지는 ε 상수.
본 연구에서는 기존 배수성 아스팔트 혼합물과 개발 배수성 아스팔트 혼합물에 대하여 다양한 진폭의 변형률을 적용하여 피로 시험을 수행하고 시험결과를 비교하였다. 기존 배수성 아스팔트 혼합물의 파괴가 발생할 때까지(아스팔트 혼합물의 초기 강성이 50% 감소되었을 때) 가해진 하중재하 횟수를 Table 3에 정리하였다.
Number of Loads at Failure based on the Stiffness Reduction Method
2종의 배수성 아스팔트 혼합물에 대한 Low-Level에서는 기존 및 개발 배수성 아스팔트 혼합물의 하중재하 횟수는 각각 129,201회와 269,001회인 것으로 나타났다. Medium- Level에서 2종의 배수성 아스팔트 혼합물별로 하중재하 횟수는 각각 41,001과 89,001회일 때 초기 강성의 50%로 감소하였다. High-Level에서는 2종의 배수성 아스팔트 혼합물별 하중재하 횟수가 각각 10,401와 26,801회 일 때 초기강성의 50%로 감소하였다.
본 연구에 개발한 고점도 개질 아스팔트를 사용한 배수성 아스팔트 혼합물이 기존의 개질 아스팔트를 사용한 혼합물에 비해 약 2배 이상의 피로 수명을 확보하는 것으로 판단된다.
4. 결 론
본 논문에서는 배수성 아스팔트 포장이 교면포장으로 사용될 경우 발생될 수 있는 문제점을 해결하기 위해 배수성 아스팔트 혼합물의 변형에 대한 저항성을 강화한 저온 물성 증진 고점도 개질 아스팔트를 개발하고 이를 사용한 배수성 아스팔트 혼합물을 개발하여 기존 배수성 개질 아스팔트 혼합물과 공용성능을 비교하고 평가하였다. 그 결과, 개발한 배수성 아스팔트 혼합물의 성능은 국토교통부의 품질기준을 만족하고 공용성능에서도 기존 혼합물과 비교하여 우수한 성능을 나타내는 것으로 파악되었다. 특히 피로균열 및 소성변형에 대한 저항성이 우수하여 다양한 도로 포장 현장에 적용이 가능할 것으로 판단되며, 그 결과를 간략하게 정리하면 다음과 같다.
2종의 배수성 아스팔트 혼합물에 대한 수분 손상 정도를 평가하기 위해 동결융해에 의한 간접인장강도비 시험을 실시하였다. 이러한 시험 결과, 본 연구에서 개발한 배수성 아스팔트 혼합물은 국토교통부의 기준인 85%를 만족하는 결과를 보였으나 기존 혼합물은 기준을 통과하지 못했다. 이는 개발한 배수성 아스팔트 혼합물이 저온 물성을 개선한 고점도 개질 아스팔트를 사용하고 목표 공극률도 14% 정도로 설계하여 수분저항성이 향상된 결과로 판단된다.
소성변형에 의한 동적안정도 시험 결과, 2종의 배수성 아스팔트 혼합물은 품질기준인 3,000 (회/mm)를 만족하는 것으로 나타났다. 특히 본 연구에서 개발한 배수성 아스팔트 혼합물이 기존 혼합물에 비해 약 10% 높은 동적안정도 값을 나타내어 소성변형에 대한 저항성이 우수한 것으로 나타났다. 이는 상대적으로 높은 고온 등급의 고점도 개질 아스팔트를 사용하여 나타난 결과로 판단된다.
수분 손상 및 소성변형에 대한 저항성을 평가하기 위한 함부르크 휠 트래킹 시험 결과, 2종의 배수성 아스팔트 혼합물은 골재와의 박리가 발생되는 변곡점이 발생하지 않아 수분 손상에 대한 저항성이 우수한 것으로 파악되었다. 또한 20,000회 이상의 하중 조건에서 본 연구에서 개발한 배수성 아스팔트 혼합물이 기존 혼합물에 비해 낮은 변형량을 나타내어 소성변형에 대한 저항성이 우수한 것으로 파악되었다. 이는 2항에 언급한 바와 같이 고온 등급이 높은 고점도 개질 아스팔트를 사용한 결과로 나타난 것으로 판단된다.
4점 빔 피로 시험에 의한 피로 시험 결과, 본 연구에서 개발한 배수성 아스팔트 혼합물이 기존 혼합물에 비해 2배 이상의 하중횟수를 나타내어 우수한 균열 저항성을 가지는 것으로 파악되었다. 이는 개발한 배수성 아스팔트 혼합물에 고온 및 저온 등급에서 1 등급 높은 고점도 개질 아스팔트를 사용하고 골재입도 개선에 따른 공극률을 낮게 설계하여 피로 파손에 대한 저항성을 향상시킨 결과로 나타낸 것으로 파악된다.