1. 서 론
현재 국내에서 시행되는 마샬 안정도 시험에서 사용되는 규정 공시체의 높이는 63.5 mm (Korea Standards Association, 2017a)로 규정되어 있다. 마샬시험시 규정된 높이와 다를 시에는 시험하려는 공시체의 높이에 맞는 보정계수를 찾아 곱하여 하중을 수정해야 한다. 이때, 공시체의 높이를 구하는 방법은 공시체를 개략적으로 4등분 한 후에 4개 지점을 측정하여 측정한 결과의 평균을 공시체의 두께(높이)로 정하고 있다(Korea Standards Association, 2017b).
하지만 실제 현장에서 마샬 공시체의 두께를 구할 때 이러한 규정을 잘 지키지 않고 한번 측정한 값을 써서 실험하는 일이 많다. 이러한 방법은 결국 아스팔트 콘크리트 포장의 신뢰성과 시공 품질을 떨어뜨리는 일이기에 자제되어야 하지만, 현장 상황의 특수성을 고려하여 부득이하게 공시체의 높이 값의 범위를 설계 두께의 –5% ~ +10% (Gyeonggi-do, 2020)로 제시하고 있다. 그리고 현재까지 규정에서 제시한 방법으로 왜 시험을 진행하여야 하는지 명확하게 설명한 연구 결과가 나와 있지 않기에 이러한 규정을 지켜야 하는 중요성을 체감하지 못하는 이유도 있다.
따라서 본 연구에서는 마샬 안정도 보정을 위해 필요한 정확한 방법을 기존 마샬 공시체 높이 측정 방법을 기반으로 하여 제시함으로써 실제 현장에서 기존의 방법으로 얻었던 마샬 안정도 값의 정확성을 향상시킬 수 있는 방법을 제시하고자 한다. 제시한 방법을 통해서 측정한 공시체의 높이 값을 기존 규정을 통해 측정한 높이값과 비교하여 각각의 높이 값에 맞는 마샬 안정도 보정계수를 지정하고, 마샬 안정도 값을 측정하는 연구를 진행하여서 현장에서의 공시체 높이 측정을 원래의 규정대로, 혹은 본 논문에서 제안하는 측정 방법으로 진행하였을 때 실제 마샬 안정도 값에 미치는 영향을 알아보고자 한다.
2. 연구방법
2.1 국내 마샬시험 공시체 높이범위 설정
국내 논문 분석을 통해 국내 마샬 안정도 시험 시 주로 사용되는 마샬 공시체의 높이 범위는 약 61.9 mm ~ 65.1 mm 정도이다(Choi et al., 2021). 이 범위 내에서의 공시체 높이에 대한 보정계수 표는 Table 1과 같다.
Table 1.
Calibration factor for height for Marshall stability calculation
Table 1은 KS F 2337 (2017) (이하 KS F 2337)에서 규정한 높이에 대한 보정계수의 값과 기존 보정계수에 직선 보간법을 이용하여 분해능 0.1 mm 단위로 보정계수를 소수점 둘째 자리까지 구하여 좀 더 세밀하게 정리한 값이다.
Table 1에서 KS F 2337에서는 특정 높이의 보정계수에서 ±0.03인 범위를 모두 특정된 높이의 보정계수 값으로 표기하는데, 이때 보정계수가 바뀌는 두께의 차이는 1.6 mm이고, KS F 2367 (2017) (이하 KS F 2367)에서 공시체 두께를 측정할 때 측정 도구의 정밀도는 측정값에서 ±1.3 mm의 범위에 드는 것을 사용한다고 규정되어 있다.
직선 보간법을 이용해 정리한 시트에서는 보정계수가 0.3 mm 단위로 바뀌는 것을 확인하였다.
2.2 본 연구의 측정 방법안 개발 및 적정성 분석
두께(높이)를 다양하게 구하기 위해서 서로 다른 마샬 공시체 7종류를 KS F 2337을 기반으로 제작하였다. KS F 2367에서 규정된 대로 두께를 측정하였고, 각각의 점에서 측정한 두께의 값들을 서로 다른 방법으로 산정하였다. KS F 2367로 측정된 공시체의 높이를 참값으로 지정하고 각 측정 포인트별, 방법별로 서로 비교 분석하였다. KS F 2367에서는 다음 방법으로 측정하도록 제시되어 있다.
1) 측정용 기구는 금속 테이프, 자, 캘리퍼스 등 이 표준에 규정된 두께 측정방법에 적합하도록 제작된 측정 기구를 사용하여야 한다.
2) 측정용 기구는 1.0 mm까지 측정할 수 있어야 한다.
3) 표면이 비교적 수평면을 이루고 있건 또는 각층을 표시하는 경계선이 뚜렷한 공시체는 다음과 같은 방법으로 테이프, 자 또는 캘리퍼스를 측정할 수 있다.
4) 원주 공시체는 개략적으로 4등분하여 4개 지점을 측정한다.
5) 공시체의 양면이 비교적 수평면인 경우, 공시체의 평균 두께는 측정 기구를 사용하여 측정할 수 있으며, 측정 기구의 정밀도는 규정한 방법에 따른 측정값과 ±1.3 mm의 범위 내에 드는 것을 사용하여야 한다.
아래는 Fig. 1에 제시된 방법으로 공시체의 높이를 산정하였고, 각각의 지점에서의 높이는 Fig. 2, Table 2에 기재된 장비를 이용하여 측정하였다. 아래는 본 연구에서 진행한 실험의 방법이다.
1) KS F 2367의 규정대로 공시체를 개략적으로 4등분 한다.
2) Fig. 1에 기시된 방법대로 공시체의 높이를 각각 측정하여 평균값을 구한다.
3) KS F 2367 규정대로 산정한 높이와 2)에서 구한 높이를 비교한다.
Table 2.
Measurement tool overview
| Equipment | CD-15APX / 500-181-30 |
| Permissible values (mm) | -0.03 ~ 0.01 |
| Decomposition Capability (mm) | 0.01 |
| Unit | mm |
Table 3에서의 값을 보면 대부분의 경우 KS F 2367의 방법과 두 점에서 측정한 높이의 평균을 공시체의 높이로 두었을 때의 높이 차이가 한 점에서 측정했을 때의 높이를 공시체의 높이로 두었을 때의 높이 차이보다 더 작다는 결과를 도출하였다.
Table 3.
Marshall specimen’s height measured by a proposed height measurement in study
Table 1의 분석을 통해 알아낸 공시체 높이에 대한 보정계수가 변화하는 최소 단위인 ±0.3 mm 이내의 높이 차이를 만족하는 빈도도 두 점에서 측정하여 공시체 높이의 평균을 산출하는 방법이 더 크다는 것을 확인하였다.
Table 4에서 나온 결과를 통해 마샬 공시체의 높이 차이가 ±1.3 mm 일 때 마샬값의 오차율이 약 3%, ±0.3 mm 일 때 마샬 안정도 값의 오차율이 1% 정도가 되는 것을 확인하였다.
Table 4.
Marshall values from the Marshall stability correction factor organized in Table 1
3. 시험결과 분석
Table 1에서 KS F 2337에서 규정한 마샬 안정도 값을 산정하기 위한 마샬 안정도 보정계수가 변화하는 공시체의 두께 차의 절대값은 1.6 mm이지만, 실제 직선 보간법을 이용하여 구한 마샬 안정도 보정계수는 0.3 mm 간격으로 변화하는 것을 확인하였다. 이를 바탕으로 공시체의 높이를 한 점에서 측정하는 방법, 두 점에서 측정하는 방법으로 구하여 본 시험에서 참값으로 규정한 KS F 2367의 공시체 높이 산출 방법으로 결정한 공시체 높이와 비교하였다. 이때 한 점에서 측정하는 높이보다는 두 점에서 측정하는 높이가 Table 1에서 제시한 보정계수변화의 최소 단위인 ±0.3 mm를 자주 만족한다는 것을 확인하였다. 추가로, Table 4에서 계산한 값을 바탕으로 마샬 공시체의 높이 차이가 ±1.3 mm 일 때, 마샬 안정도 값의 오차율은 약 3%이고, ±0.3 mm일 때, 마샬 안정도 값의 오차율이 약 1%인 정확도를 갖는 것을 도출하였다. 정리하면 최소한 공시체의 두 점에서 측정한 값을 평균하여 공시체의 높이로 두면, 마샬 안정도 값의 오차율이 최대 3% ~ 최소 1% 미만인 정확도를 얻을 수 있다는 것을 확인하였다. 이는 실제 현장에서 마샬 안정도 시험을 할 때 최소 두 점을 측정함으로써 실험실에서 계산한 마샬 안정도 값과 비교했을 때 기존의 방식보다 최소한의 근사치를 산정할 수 있을 것으로 사료된다. 마샬 안정도 값이 아니더라도 공시체의 높이를 사용하는 시험에도 이전보다 정확한 값을 산정하는 데에 도움이 될 것으로 사료된다.
4. 결 론
현장에서 공시체의 높이를 측정하는 데에 있어서 KS F 2367의 규정대로 높이를 측정하는 것이 이상적이나, 만약 측정이 어려울 경우에는 최소한 두 점에서 측정한 값을 공시체의 높이로 측정하는 것이 합리적이라는 것을 다음과 같이 알 수 있었다.
1. 마샬 안정도 값을 계산할 때 필요한 마샬 안정도 보정계수가 ±0.3 mm를 기준으로 변경되는 것을 직선 보간법을 통해 확인하였다.
2. 한 점에서 측정했을 때의 공시체 높이보다 두 점에서 측정했을 때의 공시체 높이가 KS F 2367의 방법으로 측정한 공시체의 높이와 비슷하였다.
3. 공시체의 높이차가 ±1.3 mm일 때 마샬 안정도 값의 정확도는 약 3%이고, 높이 차이가 ±0.3 mm일 때 마샬 안정도 값의 정확도는 약 1%이었다.
4. KS F 2367의 방법과 두 점에서 측정했을 때의 공시체 높이의 차이가 KS F 2367에서 규정한 장비의 최대 오차인 ±1.3 mm를 만족하였다.
5. KS F 2367의 방법과 두 점에서 측정했을 때의 공시체 높이의 차이가 대부분 공시체 보정계수가 변하는 최소 단위인 0.3 mm를 만족하였다.
위의 결과들로 본 연구에서 제안한 신뢰도가 높은 마샬 안정도 값 산정을 위한 공시체의 높이 측정 방법은 기존 규정인 KS F 2367을 충분히 만족한다는 결과를 도출하였다. 그리고 본 제안은 마샬 안정도 값 산정을 위한 공시체 높이 측정뿐만 아니라 공시체 높이 측정이 필요 할 경우에 사용될 수 있다는 결론을 도출하였다. 따라서 본 연구는 아스팔트 콘크리트 포장 시공 품질을 충분히 향상시킬 수 있을 것이라 사료된다.
