Technical Notes

Journal of the Korean Asphalt Institute. 18 July 2022. 46-62
https://doi.org/10.22702/jkai.2022.12.1.5

ABSTRACT


MAIN

  • 1. 서 론

  •   1.1 개요

  •   1.2 캄보디아 도로 포장 현황

  • 2. 실험계획 및 방법

  •   2.1 실험 계획

  •   2.2 실험방법

  • 3. 실험결과

  •   3.1 현장 코어공시체 두께 및 밀도

  •   3.2 추출 아스팔트의 점도 및 공용특성

  •   3.3 강도특성 및 소성변형 저항성

  •   3.4 수분저항성

  •   3.5 실험결과 종합고찰

  • 4. 결 론

1. 서 론

1.1 개요

앙코르왓(Ankor Wat)과 킬링필드로 잘 알려진 캄보디아는 인도차이나 반도 동남부에 위치한 나라로서 베트남, 라오스 및 태국과 국경을 접하고 있다. 면적은 약 18만 km2로 한국의 1.8배에 해당하며, 인구는 약 1,648만 명(2019년)으로 인구 밀도는 낮은 편이다.

최근 한국의 도로건설 시장이 점진적으로 감소되면서 동남아시아, 특히 캄보디아의 도로부문 SOC사업에 대한 관심이 증가하고 있다. 따라서 본 연구에서는 캄보디아와 한국의 아스팔트 도로 포장의 물성에 대한 상대적인 비교 및 평가를 통해 캄보디아 진출 기업들의 도로 포장설계, 품질 및 유지보수 관리 등 향후 효율적인 관리를 위한 기초 자료로 활용하고자 한다.

1.2 캄보디아 도로 포장 현황

캄보디아의 도로망은 1990년대 후반부터 국제 원조기관의 유・무상 지원을 통해 도로 체계가 갖춰지기 시작했으며, 현재는 약 3만 9천 km의 도로가 건설되어 있다. 캄보디아의 도로는 베트남과 태국을 연결 동서연결로(국도 1, 5, 6, 7, 8호선)와 남북지방 및 라오스·베트남·태국의 남부해안지역을 연결하는 남북연결로(국도 2, 3, 4호선)로 크게 2개의 노선대로 구분할 수 있다.

캄보디아의 주 간선도로(1~8호선)는 대부분 간이 아스팔트 포장(Double bituminous surface treatment, DBST)으로 시공되어 과적차량에 의한 도로 파손이 크게 증가하고 있다. DBST 포장의 파손원인 중에 가장 큰 이유는 우기 또는 집중호우로 파손이 발생되고 있으며, 이에 캄보디아 정부는 향후 주 간선도로 전 구간 및 주요 보조 간선도로에 아스팔트 포장을 적극 검토하고 있으며, 과적차량 단속을 위한 검문소 설치도 지속적으로 진행하고 있다.

캄보디아 도로에 적용된 포장은 가장 대표적으로 시공되고 있는 간이 아스팔트 포장(DBST)과 일반 아스팔트 포장(Asphalt concrete, AC), 지역의 특성 재료를 사용한 홍토 흙 포장(Laterite Road), 일반 흙 포장(Normal Road)과 같은 비포장 도로 등 크게 세 가지로 분류할 수 있다. Fig. 1은 캄보디아의 대표적인 도로 포장을 나타내었다.

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Fig. 1.

Typical types of road pavement in Cambodia

Fig. 2는 캄보디아 도로에 적용된 포장의 종류를 나타낸 것으로, 주요 국도는 DBST 포장 62%, AC 포장 23%, 홍토(Laterite) 흙 포장 13%, 일반(Normal) 흙 포장 2%로 구성되어 있다. 또한 기타 국도는 홍토(Laterite) 흙 포장 63%, DBST 포장 19%, 일반 흙 포장 17%, AC 포장 1%로 구성되어 있으나, 주도에서는 홍토(Laterite) 61.5%, 일반 흙 포장 37%로 대부분을 차지하고 있으며 DBST 포장은 1.5% 로 구성되어 있음을 알 수 있다.

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Fig. 2.

Types of pavement applied to Cambodian roads

2. 실험계획 및 방법

2.1 실험 계획

본 연구는 해외 시범사업 기반 품질관리 사례를 통해 캄보디아 아스팔트 도로 포장상태를 검토하기 위한 것으로 한국 시험방법과 품질기준을 적용하여 상대비교 및 평가를 진행하였다. 아스팔트 도로 포장상태 평가를 위한 장소는 캄보디아와 베트남 국경 근처의 국도 21호선(55 km) 구간에 최근 시공된 아스팔트 포장을 선정한 후 총 29개 위치에서 코어 시료를 채취하여 포장 재료의 품질상태를 확인하였다. 국도 21호선(55 km) 아스팔트 포장구간 및 코어 채취 지점은 Fig. 3과 같다.

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Fig. 3.

National highway 21 (55 km) core collection point

포장상태 평가는 코어 샘플링을 위해 H사, D사가 참여한 두 팀으로 구성하였다. Table 1에서와 같이 Team 1은 전문 연구인력 1인, 장비 기술자 2인, 운전자 1인, 연구보조원 2인 그리고 Team 2는 감독관 1인, 연구보조원 2인으로 구성하여 현장에서 코어 샘플링을 실시한 후 아스팔트 포장(HMA)을 이용하여 보수하였다.

Table 1.

Team of test

Team 1 Team 2
∙ Sampling core ∙ Backfilling the hole with hot mix asphalt (HMA)
∙ Laboratory technician : 1
∙ Equipment operator : 2
∙ Driver : 1
∙ Unskilled worker : 2
∙ Coring machine : 1
∙ Foreman : 1
∙ Unskilled worker : 2


캄보디아 아스팔트 포장상태를 평가하기 위하여 아스팔트 바인더와 혼합물에 대한 특성을 분석하였다. 현장 코어 시료에서 추출한 아스팔트 바인더는 침입도(Penetration), DSR(RTFO, PAV)과 BBR 분석을 통한 바인더 공용성 등급(PG)를 평가하였고, 복소점도를 분석하여 아스팔트 바인더의 탄소성 점도특성을 평가하였다. 또한 포장구간에서 채취한 코어 공시체는 표층과 기층으로 구분하여 두께 및 밀도를 측정하였으며, 구분된 코어 공시체를 사용하여 역학성능인 변형강도(Deformation Strength, SD), 마샬 안정도(Marshall Stability, MS) 및 흐름값(Flow), 수침잔류안정도(MSR), 간접인장강도(Indirect Tensile Strength, ITS), 터프니스(Toughness, FE), 인장강도비(Tensile Strength Ratio, TSR) 등의 실험을 진행하였다.

본 연구에서 추출 아스팔트 바인더와 코어 공시체를 사용하여 수행한 실험항목은 Table 2와 같다.

Table 2.

Test item

Test Item Samples
아스팔트
바인더
침입도, DSR (RTFO, PAV), BBR 1 EA
복소점도 1 EA
코어
공시체
두께 29 EA × 2
밀도 29 EA × 2
변형강도(SD) 3 EA × 2
마샬 안정도(MS) 및 흐름값 3 EA × 2
수침잔류안정도(MSR) 3 EA × 2
간접인장강도(ITS) 3 EA × 2
터프니스(FE) 3 EA × 2
인장강도비(TSR) 3 EA × 2
추출 후 침입도 n = 2 (표층 & 기층)

2.2 실험방법

2.2.1 추출 바인더의 공용성 등급 및 점도

아스팔트 바인더(Pen.60~80, PG64-22)의 결합재로서의 점도특성, 거동 및 품질성능을 발휘하고 유지할 수 있는지에 대한 검토를 위하여 회전형 레올로지 시험기(Rotational Rheometer)를 사용한 복소점도(Complex viscosity)를 측정하여 분석할 수 있다. 또한 아스팔트 바인더의 PG 등급 평가를 위해 추출 아스팔트 시료를 단기노화(RTFO : Rolling thin film oven) 및 장기노화(Pressure aging vessel, PAV) 조건에서 동적 전단 유동(Dynamic shear rheometer, DSR) 및 저온 휨(Bending beam rheometer, BBR) 분석을 통해 아스팔트 공용성 등급(PG)을 평가할 수 있다. DSR 분석(KS F 2393, 2014)을 통해 복합전단계수(Complex shear modulus: G*) 및 위상각(Phase angle: δ)을 측정하여 바인더의 점성 및 탄성 거동 특성을 분석할 수 있다. G*와 δ의 두 가지 특성을 반영한 값이 G*/sinδ이며 G*/sinδ는 바인더의 점탄성 특성을 나타내며, 일반적으로 탄성이 강한 바인더는 G*/sinδ의 값이 크고 점성이 강한 바인더는 작은 값을 갖는다. G*/sinδ는 포장의 공용온도에서 바인더의 Stiffness를 나타내므로 Rutting factor로 불리며 아스팔트 바인더의 공용성 등급을 평가하는데 사용된다. Fig. 4Fig. 5는 아스팔트 바인더의 특성을 평가하기 우한 분석 장비를 나타내었다.

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Fig. 4.

Complex viscosity test

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Fig. 5.

Binder PG test

2.2.2 변형강도(SD) 및 마샬 안정도(MS)

변형강도(SD) 시험방법은 공시체 제조 시 다짐 방향과 파괴 시험 시의 하중재하 방향이 동일하며, 축방향 압축및 전단에 대한 저항이 고려되어 아스팔트 혼합물의 소성변형에 대한 저항성을 보다 객관적으로 평가할 수 있다(KICT, 2014). 아스팔트 포장 시공 지침(MOLIT, 2017)에는 마샬 안정도(MS)와 변형강도(SD) 기준을 병행하여 적용할 수 있도록 하고 있다. Fig. 6은 변형강도(SD) 시험전경이다.

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Fig. 6.

Deformation strength (SD) test

아스팔트 혼합물의 변형강도(SD) 시험은 국토교통부 아스팔트 콘크리트 포장 시공지침 부속서 IV-5에 따라 수행하였으며, 60°C의 공시체에 하중을 가하여 얻은 하중-변형 곡선에서 최대하중과 표면으로부터의 수직변형을 통해 얻을 수 있다. 변형강도(SD)의 산정식은 식 (1)과 같다.

(1)
SD=0.32P(10+20y-y2)2

여기서, P = 최대하중(N), y = 최대하중에서 수진변형(mm)

마샬 안정도(MS) 시험은 가열아스팔트 혼합물의 배합설계와 품질관리를 목적으로 하며 국내에서 널리 사용되고 있는 가장 기본적인 아스팔트 혼합물의 물성을 측정할 수 있는 시험방법이다. 60°C의 온도조건에서 공시체가 소성흐름에 저항할 수 있는 최대 저항력과 변형값을 측정하는 시험이다. Fig. 7은 마샬 안정도(MS) 시험전경이다. 실험은 공시체의 길이측정 후 60°C 수조에 30분간 수침한 뒤 30초 이내에 50.0 mm/분의 속도로 하중을 재하하여 측정하였다(Choi et al., 2016).

마샬 안정도(MS) 시험을 통해 공시체 파괴 시 최대하중(마샬 안정도)과 최대하중 시 변형값(1/100 cm)인 흐름값(Flow) 측정이 가능하다(Jung et al., 2019).

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Fig. 7.

Marshall stability (MS) test

2.2.3 수침 잔류 안정도

수침잔류안정도는 상온 아스팔트 혼합물을 사용하여 보수해야 할 곳이 대부분 웅덩이와 같은 형태로 파손된 곳이기 때문에 이를 감안할 때 수분의 영향을 많이 받고 있다. 따라서 아스팔트 포장의 포트홀 저항성을 평가하기 위해서는 상대적으로 장시간 수침을 진행하여 수분저항성을 고려하여야 한다(Shim et al., 2012). 아스팔트 바인더의 함량 및 골재 입도 분포도가 적정한 공시체를 (25 ± 1)°C 항온 수조에서 48시간 수침 후 마샬 안정도(N) 시험방법에 따라 시험하고 수침 후 잔류 안정도는 다음 식 (2)와 같다(KS F 2369, 2016).

(2)
잔류안정도(%)=20에서48시간수안정도(N)음안정도(N)

최근에는 간접인장강도를 통한 인장강도비(TSR)을 측정하여 0.75 이상(동결융해조건)의 품질기준을 규정하고 있지만 기존에는 마샬안정도를 사용한 수침잔류안정도를 분석하여 통상 75% 이상을 품질기준으로 규정하였다. 수침잔류안정도 75% 이상의 기준은 가열 아스팔트 혼합물의 기준에서 유래한 것으로 본 연구에서는 KS F 2369에서 제시한 방법을 사용하여 수침잔류안정도를 평가하였다.

2.2.4 간접인장강도(ITS) 및 터프니스(FE) 시험

간접인장강도(ITS) 시험은 25°C의 직경 100 mm의 공시체의 상하 중심에 50 mm/min의 하중을 가하는 시험으로 아스팔트 혼합물의 간접인장강도 시험 방법(KS F 2382)에 의하여 수행되었다. 다음 Fig. 8은 간접인장강도(ITS) 시험을 나타내었으며, 간접인장강도(ITS)의 산정식은 식 (3)과 같다(KS F 2382, 2013).

(3)
ITS=2PπDt

여기서, P = 최대하중(N), D = 공시체 직경(mm), t = 공시체 두께(mm)

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Fig. 8.

Indirect tensile strength (ITS) test

또한, 간접인장강도 시험으로부터 얻어진 하중-변위 곡선으로부터 터프니스의 산출이 가능하다. 파괴 시 변위량은 재하하중이 최대치에 이르는 시점을 말하며, 터프니스는 혼합물의 균열저항성을 평가하는데 대표적인 측정값이다(GR F 4005, 2016). 터프니스(FE)는 재하하중이 최대치에 이르는 곡선하의 면적으로 나타내며 산정식은 다음 식 (4)와 같다.

(4)
FE=23Pδ

여기서, P = 최대하중(N), δ = 최대하중일 때의 수직변위(mm)

2.2.5 인장강도비(TSR) 시험

아스팔트 혼합물의 수분에 대한 영향을 평가하기 위한 방법으로 간접인장강도(ITS) 시험방법을 통한 인장강도비(TSR)를 활용하여 평가하고 있다(KS F 2398, 2017). 인장강도비(TSR) 시험은 건조 상태에서의 간접인장강도와 수분 포화 동결융해 상태에서의 간접인장강도를 측정하여 인장강도비(TSR)를 산출한다. 아스팔트혼합물은 물과 접촉함에 따라 역학적 특성이 떨어지며, 이는 아스팔트 바인더 피막이 골재로부터 벗겨지거나 떨어져 나가는 박리현상에 주로 기인한다. 본 연구에서 적용한 동결융해 방법은 「국토교통부 아스팔트 콘크리트포장 시공지침 부속서 IV-6」에 따라 수행하였다. Fig. 9는 인장강도비 시험전경이고, 인장강도비는 식 (5)와 같이 산출할 수 있다.

(5)
TSR=StmStd

여기서, Stm = 수분처리 공시체의 간접인장강도(MPa), Std = 무처리 공시체의 간접인장강도(MPa)

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Fig. 9.

Tensile strength ratio (TSR) test

3. 실험결과

3.1 현장 코어공시체 두께 및 밀도

Table 3은 캄보디아 아스팔트 포장구간 총 29개 지점에서 채취한 현장 코어 공시체의 두께 및 밀도를 분석한 결과를 나타내었다.

Table 3에서와 같이 표층의 경우 두께는 2.2~5.9 cm 범위로 약 4.2 cm의 평균값을 나타내었으며, 표준편차가 약 0.98로 다소 변동 폭이 크게 측정되었다. 현장 코어 공시체의 밀도는 2.224~2.466 kg/m3으로 측정되었다. 약 2.36 kg/m3의 평균값을 나타내었으며 표준편차가 약 0.053 kg/m3으로 모든 구간에서 대체로 유사하게 측정되었다. Fig. 10에서 보는바와 같이 표층과 기층의 절단면은 현장 포장시공의 상태가 반영된 것으로 A : 양호, B : 보통, C : 불량으로 구분하였다.

기층의 경우에는 두께 3~8.3 cm로 측정되었다. 약 4.6 cm의 평균값을 보였으며 표준편차가 약 1.18로 나타나 표층보다 변동 폭이 상대적으로 크게 측정되었다. 밀도는 2.279~2.442 kg/m3으로 측정되었으며 약 2.385 kg/m3의 평균값을 나타내었으며 표준편차가 약 0.041 kg/m3으로 표층과 마찬가지로 모든 구간에서 대체로 유사하게 측정되었다. 절단면 역시 상태에 따라 A : 양호, B : 보통, C : 불량으로 구분한 결과 표층과 유사하게 나타났다. 절단면 B등급 이하의 경우 현장 시공상태 불량 등으로 절단면 상태가 불량하여 두께 및 밀도를 측정하지 못하는 공시체가 나타났다.

Table 3은 본 연구에서 실시한 29개 구간에서 샘플링한 코어 공시체별 두께 및 밀도와 절단면 상태를 구분하여 나타내었으며, Fig. 10은 A~C로 구분한 코어 공시체의 단면형상을 보여주고 있다.

Table 3.

Core specimen thickness and density

구분 표층 기층
두께(cm) 밀도(kg/m3) 비고 두께(cm) 밀도(kg/m3) 비고
Broken Sample 5.0 2.224 B 측정불가
Broken 3.9 2.372 C 4.0 2.372 C
C-01 4.7 2.296 B 측정불가
C-02 3.2 2.350 B 8.3 2.408 B
C-04 3.8 2.319 A 5.3 2.410 A
C-05 3.6 2.348 A 5.1 2.335 A
C-06 3.7 2.391 A 4.4 2.432 A
C-07 5.6 2.321 B 측정불가
C-09 4.9 2.312 B 측정불가
C-10 3.8 2.352 B 측정불가
C-12 5.2 2.368 A 3.8 2.367 B
C-14 5.1 2.396 A 3.5 2.433 A
C-15 3.2 2.315 A 3.1 2.426 A
C-16 2.2 2.352 A 4.5 2.377 A
C-20 3.1 2.340 B 5.3 2.406 B
C-21 2.9 2.421 A 4.4 2.384 A
C-22 3.8 2.382 A 5.4 2.418 A
C-23 4.4 2.245 B 4.5 2.315 B
C-24 5.9 2.433 A 3.3 2.386 A
C-25 4.5 2.367 A 5.9 2.279 A
C-26 3.0 2.321 A 3.6 2.414 A
C-27 5.3 2.466 C 4.8 2.335 C
C-28 5.5 2.435 B 3.0 2.409 B
C-29 5.6 2.374 B 3.0 2.415 B
C-30 4.0 2.367 A 4.5 2.384 A
C-31 3.3 2.392 A 6.0 2.342 A
C-32 3.3 2.390 A 5.1 2.442 A
C-33 4.7 2.425 A 4.4 2.368 A
C-34 3.5 2.354 A 4.5 2.393 A

※ 절단부 A : 양호, B : 보통, C : 불량

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Fig. 10.

Cut A, B, C grades

3.2 추출 아스팔트의 점도 및 공용특성

현장 코어 공시체에서 추출한 아스팔트 바인더 시료를 사용하여 침입도, 아스팔트 공용성 등급(PG) 시험을 진행한 결과는 Table 4와 같다.

Table 4.

Extracted asphalt binder compatibility grade

Type
Items
Unit Binder
Cambodia Korea
Performance Grade (PG) - 70-22 64-22
Penetration (25°C/50 g/5 sec/0.1 mm) kPa 41 64
DSR RTFO G* / sinδ kPa 4.39 (75°C) 2.28 (64°C)
PAV G* × sinδ kPa 2,520 (28°C) 3,030 (25°C)
BBR PAV Stiffness MPa 186 (-13°C) 202 (-14°C)
m value - 0.32 0.31

Table 4에서와 같이 캄보디아 아스팔트 포장구간에서 채취한 현장 코어 공시체에서 추출한 아스팔트 바인더의 침입도와 단기노화 및 장기노화 조건에서의 DSR, BBR을 분석한 결과 한국의 아스팔트 바인더(PG64-22) 대비 PG70 등급을 만족하는 것으로 평가되었다. 기후조건 등 도로 포장 시공이 한국과 상이하여 다소 개질성의 바인더임을 확인하였으며, 추출 아스팔트 바인더의 품질성능 대비 바인더로서의 품질기준을 만족하는 제품으로 현장 시공상의 문제는 없을 것으로 판단된다. 또한 추출한 아스팔트 바인더의 점탄성 거동특성을 평가하기 위한 복소점도 분석결과 및 아스팔트 바인더 시료를 Figs. 11, 12, 13, 14에 나타내었다. 한국의 아스팔트 바인더(PG64-22) 대비 온도변화에 따른 점도가 100°C 기준 추출 아스팔트 바인더가 4배, 160°C 기준 2배 이상 상대적으로 높음을 확인할 수 있다.

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Fig. 11.

Complex viscosity (Cambodia extracted asphalt)

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Fig. 12.

Complex viscosity (Korea asphalt, PG64-22)

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Fig. 13.

Cambodia asphalt

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Fig. 14.

Korea (PG64-22)

3.3 강도특성 및 소성변형 저항성

변형강도(SD) 시험은 코어공시체 C-04, 22, 30을 이용하여 표층(WC)과 기층(BB)에서 각각 진행하였다.

표층에서는 최대하중이 1,605~3,280 N으로 측정되었으며, 최대하중에서 수직변형은 0.44~2.5 mm로 나타나 각각 측정된 최대하중과 수직변형 값을 식 (1)의 산정식을 통해 변형강도(SD)를 산출했다. 표층에서의 변형강도는 평균 3.6으로 측정되었다. 기층에서는 최대하중이 1,940~2,165 N으로 측정되었으며, 최대하중에서 수직변형은 1.34~4.60 mm로 나타나 각각 측정된 최대하중과 수직변형 값을 식 (1)의 산정식을 통해 변형강도(SD)를 산출했다. 기층에서의 변형강도는 평균 2.62로 측정되었다.

기층보다 표층에서 다소 높은 변형강도를 보이는 것으로 나타났다. Table 5는 각각 표층과 기층에서의 최대하중 및 수직변형과 변형강도이다.

Table 5.

Deformation strength (SD) result

Type WC BB
P(N) y (mm) SD P(N) y (mm) SD
C-04 3,280 1.69 4.33 2,165 1.34 3.08
C-22 1,605 0.44 3.07 1,940 1.38 2.73
C-30 2,905 2.51 3.41 2,160 4.60 2.04
Ave. 3.60 2.62

마샬안정도(MS) 시험은 코어공시체 C-02, 21, 23을 이용하여 표층(WC)과 기층(BB)에서 각각 진행하였다. 표층에서는 최대하중이 1,930~4,510 N으로 측정되었으며, 흐름값은 22.97~49.29로 나타나 평균 마샬안정도(MS)가 8,782로 측정되었다. 기층에서는 최대하중이 3,135~7,865N으로 측정되었으며, 흐름값은 49.12~62.02로 나타나 평균 마샬안정도(MS)가 5,688로 측정되었다.

표층이 기층보다 높은 최대하중을 보였지만 흐름값 역시 상대적으로 크게 나타나 결과적으로 마샬안정도가 다소 작게 측정되었다. Table 6은 각각 표층과 기층에서의 마샬안정도 시험결과이다.

Table 6.

Marshall stability (MS) result

Type WC BB
P(N) 1/100 mm MS P(N) 1/100 mm MS
C-02 1,930 22.97 7,289 7,865 58 4,822
C-21 2,350 49.29 10,264 3,135 49.12 6,269
C-23 4,510 46.41 8,794 3,190 62.02 5,975
Ave. 8,782 39 depth mod. 5,688 56 depth mod.

간접인장강도(ITS) 시험은 코어공시체 C-25, 27, 29를 이용하여 표층(WC)과 기층(BB)에서 각각 진행하였으며, 간접인장강도 시험을 통해 얻어진 하중-변위곡선을 통해 터프니스(FE)를 산출했다.

표층에서는 최대하중 10,410~12,400 N으로 측정되었으며, 식 (3) 산정식에 의해 간접인장강도는 1.171~1.487 MPa로 나타나, 평균 1.37 MPa을 보였다. 간접인장강도의 하중-변위곡선을 식 (4) 산정식을 적용하여 터프니스를 산출한 결과 10,495~18,173 N・mm로 나타나 평균 13,334 N・mm로 측정되었다. 기층에서는 최대하중 4,000~12,250 N으로 측정되었으며, 식 (3) 산정식에 의해 간접인장강도는 0.803~1.303 MPa로 나타나, 평균 0.98 MPa을 보였다. 간접인장강도의 하중-변위곡선을 식 (4) 산정식을 적용하여 터프니스를 산출한 결과 4,431~13,219 N・mm로 나타나 평균 7,786 N・mm로 측정되었다.

기층보다 표층에서 다소 높은 간접인장강도와 터프니스를 보이는 것으로 나타났다. Table 7은 각각 표층과 기층에서의 최대하중 및 수직변형과 변형강도이다.

Table 7.

Indirect tensile strength (ITS) result

Type WC BB
P (N) FE ITS P (N) FE ITS
C-25 10,615 11,333 1.487 12,250 13,219 1.303
C-27 12,400 18,173 1.461 6,070 5,708 0.803
C-29 10,410 10,495 1.171 4,000 4,431 0.829
Ave. 13,334 1.370 7,786 0.98

3.4 수분저항성

수분에 대한 저항성능을 확인하기 위해 마샬안정도(MS)기반의 수침잔류안정도(Marshall strength ratio, MSR)시험과 인장강도(ITS) 기반의 인장강도비(Tensile strength ratio, TSR)시험을 실시하여 평가하였다. 수침잔류안정도(MSR) 시험은 코어 공시체 C-05, 15, 16을 이용하여 표층(WC)과 기층(BB)에서 각각 진행하였다.

표층에서 48시간 동안 수침된 공시체의 최대하중은 1,430~2,280 N으로 측정되었으며, 안정도는 7,075~10,661로 나타나 식 (2)의 산정식을 통해 수침잔류안정도를 평가하였으며, 평균 수침잔류안정도는 104%로 나타났다. 기층에서 48시간 동안 수침된 공시체의 최대하중은 1,770~3,590 N으로 측정되었으며, 안정도는 5,236~6,924로 나타나 식 (2)의 산정식을 통해 수침잔류안정도를 평가하였으며, 평균 수침잔류안정도는 기층과 마찬가지로 104%로 나타났다.

기층과 표층의 수침잔류안정도는 모두 75% 이상으로 측정되어 충분한 수분에 대한 내구성을 확보할 것으로 보인다. Table 8은 각각 표층과 기층에서의 수침잔류안정도 시험결과이다.

Table 8.

Marshall strength ratio (MSR) result

Type WC BB
P (N) MS P (N) MS
C-05 2,280 7,075 3,590 5,236
C-15 2,790 10,661 1,770 6,924
C-16 1,430 9,629 3,070 5,624
Ave. 104 depth mod. 104 depth mod.

또한 인장강도비(TSR) 시험은 코어공시체 C-06, 24, 34를 KS F 2398에 의거 수분 포화 동결융해 상태로 한 뒤, 표층(WC)과 기층(BB)에서 각각 진행하였다.

표층에서는 수분처리된 공시체의 최대하중은 5,215~13,910 N으로 측정되었다. 측정된 수분처리 공시체의 간접인장강도와 무처리 공시체의 간접인장강도를 식 (5)의 산정식에 의해 평가하였으며, 인장강도비 측정 결과 0.84로 나타났다. 기층은 수분처리된 공시체의 최대하중이 2,160~7,705 N으로 측정되었다. 측정된 수분처리 공시체의 간접인장강도와 무처리 공시체의 간접인장강도를 식 (5)의 산정식에 의해 평가하였으며, 인장강도비 측정 결과 0.83으로 나타났다.

표층과 기층은 유사한 인장강도비가 나타났으며 Table 9는 표층과 기층에서의 인장강도비 시험결과을 나타내었다.

Table 9.

Tensile strength ratio (TSR) result

Type WC BB
P (N) ITS (W) TSR P (N) ITS (W) TSR
C-06 6,005 1.029 7,705 1.102
C-24 13,910 1.488 2,160 0.417
C-34 5,215 0.927 6,565 0.923
Ave. 1.15 0.84 0.81 0.83

3.5 실험결과 종합고찰

본 연구에서는 캄보디아 21번 국도에서 코어링 샘플 채취한 총 29개의 코어 공시체를 각각 표층과 기층으로 구분하여 한국의 KS 규정에 따라 강도특성 및 소성변형 저항성, 수분저항성을 분석하여 캄보디아의 아스팔트 포장 재료에 대한 특성을 평가하였다.

코어 공시체를 사용한 분석결과를 아스팔트 콘크리트 포장 시공 지침(MOLIT, 2017)에서 제시한 품질기준에 따라 포장관련 성능평가를 실시한 결과를 Table 10에 나타내었다.

표층의 경우 변형강도 외 분석항목에서 한국의 품질기준을 만족하는 것으로 나타나 표층으로서의 아스팔트 포장 내구성은 전반적으로 만족함을 확인하였다. 그러나 기층의 경우 품질기준에 미달하거나 품질기준을 약간 상회하는 결과가 나타나 기층으로서의 내구성 평가는 추가적인 검토 및 평가를 통해 신중하게 이루어져야함을 알 수 있었다.

Table 10.

Comparison of asphalt pavement quality standards

실험명칭 WC
국내기준 결과 비고
변형강도(MPa) 4.25 이상 3.60 비만족
마샬안정도(N) 7,500 이상 8,782 만족
흐름값(1/100 cm) 20~40 39 만족
잔류인장강도(%) 75 이상 104 만족
간접인장강도(MPa) 0.80 이상 1.37 만족
터프니스(N・mm) 8,000 이상 13,334 만족
인장강도비(TSR) 0.80 이상 0.84 만족
실험명칭 BB
국내기준 결과 비고
변형강도(MPa) 3.2 이상 2.62 비만족
마샬안정도(N) 5,000 이상 5,688 만족
흐름값(1/100 cm) 10~40 56 비만족
잔류인장강도(%) 75 이상 104 만족
간접인장강도(MPa) 0.60 이상 0.98 만족
터프니스(N・mm) 6,000 이상 7,786 만족
인장강도비(TSR) - 0.83 -

※ 아스팔트 콘크리트 포장 시공 지침(MOLIT, 2017)

4. 결 론

본 연구는 캄보디아 아스팔트 포장 도로인 국도 21호선에서 코어 시료를 채취하여 한국의 품질기준에 따라 캄보디아와 한국의 아스팔트 도로 포장의 물성에 대한 상대적인 비교 및 평가를 실시하였다. 캄보디아 아스팔트 포장상태를 평가하기 위하여 아스팔트 바인더와 혼합물에 대한 특성을 분석한 결과, 다음과 같은 결론을 도출하였다.

1) 아스팔트 층의 두께는 표층에서 평균 약 4.2 cm의 기층에서 약 4.6 cm로 한국의 품질기준에 비해 다소 얇게 측정되었다. 또한 아스팔트 층의 두께 편차가 다소 크게 나타나 두께에 따라 품질 변동이 크게 나타날 것으로 판단된다. 반면 밀도는 대체로 유사하게 나타나 혼합물 관리는 양호한 것으로 판단된다.

2) 변형강도 시험결과 표층에서 변형강도는 평균 3.6 MPa으로 측정되어 한국의 표층 아스팔트 변형강도 기준인 4.25 MPa 이상을 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 기층 또한 평균 2.62로 측정되어 품질기준인 3.2 MPa 이상을 만족하지 못하였다. 아스팔트 혼합물의 변형강도 측면에 대한 대책이 필요할 것으로 판단된다.

3) 마샬안정도 시험결과 표층과 기층 모두 한국의 품질기준을 만족하는 것으로 나타났지만, 기층의 경우 품질기준을 충분히 확보하지 못하는 것으로 나타났다. 흐름값 역시 표층에서 품질기준을 만족하지만 다소 불안하였고, 기층에서는 기준치를 크게 벋어나는 것으로 나타나 마샬안정도에 대한 품질확보가 필요할 것으로 판단된다.

4) 수침잔류안정도, 간접인장도 및 터프니스, 인장강도비의 경우 표층과 기층 모든 항목에서 한국의 품질기준을 만족하는 것으로 나타났다.

코어 공시체에 대한 성능분석 결과 전반적으로 한국의 품질기준을 만족하는 것으로 나타났으나, 특히 변형강도와 마샬안정도는 기준치를 만족하지 못하는 것으로 나타났다.

References

1
Choi, M., Lee, J. and Kim, H. (2016). “Evaluation of TDF ash as a Mineral Filler in Asphalt Concrete”, International Journal of Highway Engineering, 18(4), pp. 29-35. 10.7855/IJHE.2016.18.4.029
2
GR F 4005 (2016). 재활용 가열 아스팔트 혼합물, GR 품질인증기준.
3
Jung, J., Park, Y., Jeon, J., Lee, S. and Mun, S. (2019). “Study on the usability of hot mix asphalt according to the ratio of reclaimed aggregate”, International Journal of Highway Engineering, 21(4), pp. 27-36. 10.7855/IJHE.2019.21.4.027
4
Korea Institute of Construction Technology (KICT) (2014). A project plan of developing pavement design, construction, and management system customized for developing countries (in Korea).
5
KS F 2369 (2016). 도로 보수용 상온 역청 혼합물, Korean Standard Association.
6
KS F 2382 (2013). 역청 혼합물의 간접 인장 강도 시험 방법, Korean Standard Association.
7
KS F 2393 (2014). 동적전단 유변물성 측정기를 이용한 아스팔트의 유변 특성 시험 방법, Korean Standard Association.
8
KS F 2398 (2017). 아스팔트 혼합물의 수분저항성 시험 방법, Korean Standard Association.
9
Ministry of Land, Infrastructure and Transport (MOLIT) (2017). Guidelines for Asphalt Concrete Pavement Construction (in Korea).
10
Shim, J., Jin, J., Park, T. and Lee, J. (2012). “Evaluation on Patching Materials for Asphalt Pavement”, International Journal of Highway Engineering, 14(3), pp. 59-67. 10.7855/IJHE.2012.14.3.059
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