A Fundamental Approach for Developing Deformation Strength Based on Rutting Characteristics of Asphalt Concrete

소성변형과의 상관성에 근거한 아스팔트 콘크리트의 변형강도 개발을 위한 기초연구

This study dealt with developing a new approach for finding properties which might represent rut resistance characteristics of asphalt mixture under static loading. Two aggregates, a normal asphalt (pen 60-80) and 5 polymer-modified asphalts were used in preparation of 12 dense-graded mixtures. Marshall mix design was used in determination of OAC and each mixture at the OAC was prepared for a newly-developed Kim test on Marshall specimen (S=10cm) and gyratory specimen (S=15cm), and for wheel tracking test. Kim test used Marshall loading frame and specimens were conditioned for 30min at $60^{\circ}C$ before loading through Kim tester an apparatus consisting of a loading column and a specimen and column holder Diameter (D) of column was 3cm and 4cm with each column having different radius (r) of round cut at the bottom. The static load was applied at 50mm/min in axial direction of the specimen, not in diametral direction. The maximum load ($P_{max}$) and vertical deformation (y) at $P_{max}$ point were obtained from the test. A strength value was calculated based on the $P_{max}$ r, D and y by using the equation $K_D = 4P_{max}/{\pi}(D-2(r-\sqrt{2ry-y^2}))^2$ and is defined as the deformation strength ($kgf/cm^2$). The values of $P_{max}$/y and $K_I=K_D/y$ were also calculated. In general the leading column diameter and radius of round cut were significant factors affecting $K_D$ and $P_{max}$ values while specimen diameter was not. The statistical analyses showed the $K_D$ had the best correlation with rut depth and dynamic stability. The next best correlation was found from $P_{max}$ which was followed by $P_{max}$/y and $K_I$ in order.

본 논문은 아스팔트 포장의 소성변형 저항성 추정을 보다 쉽게 하기 위하여 새로운 시험법 및 장비를 개발하기 위한 연구이다. 본 연구에서는 다양한 종류의 아스팔트 혼합물을 사용하여 소성변형 저항성과의 상관성이 높게 나타나는 변형강도를 개발하기 위하여 하중봉의 직경(D) 3, 4cm, 각 봉의 하단을 다양하게 원형절삭(r)한 김 테스터를 개발하였다. 이를 이용하여 마샬시험과 같이 공시체를 $60^{\circ}C$에 수침처리하고 같은 속도의 정하중을 공시체에 다짐방향으로 가하여 최대하중 ($P_{max}$)과 이때의 수직 변위 (y)를 구하였다. 변형강도는 개발된 식 $K_D = 4P_{max}/{\pi}(D-2(r-\sqrt{2ry-y^2}))^2$으로 구하였으며 소성변형 특성치와 평균 $R^2$이 0.77이상의 높은 상관성을 보였다. 따라서 이 시험방법은 마샬안정도보다 훨씬 소성변형과의 상관관계가 큰 측정치를 얻을 수 있는 방법임을 알 수 있었으며, 특히 기존의 마샬시험기를 그대로 사용하고 공시체도 기존의 방법대로 제조 및 처리하도록 하여 적용이 빠를 것으로 판단된다. 향후 다양한 골재입도, 최대치수, r 등에서도 타당성과 상관성 검증을 통해 시험법을 표준화한다면 실용화 가능성이 매우 클 것이다.