한국건설기술연구원 개발 제품 사업화 기업

설계참고자료

하이팔트 포장 설계 검토

주식회사 그린팔트

www.greenphalt.com

목 차

1. 개요

2. 아스팔트 포장의 파손 형태

1) 파손 형태

2) 파손의 발생 원인

2-1) 소성변형(Rutting, Permanent deformation)

2-2) 피로 균열(Fatigue Crack)

2-3) 저온 균열(Low temperature crack)

2-4) 박리(Stripping)

3. 개질 아스팔트

3-1) 개질 아스팔트의 정의

3-2) 개질 아스팔트의 종류

4. 하이팔트(개질 아스팔트)

4-1) 하이팔트 소개

4-2) 하이팔트의 개발 목적

4-3) 하이팔트(Hiphalt) 성능 평가

4-3-1) 비교평가 대상 제품

4-3-2) 온도 영역별 시험물성

4-3-3) 비교 평가시험 결과

(1) 마샬 안정도

(2) 휠트랙킹(반복 차륜 주행) 시험

(2-1) 동적 안정도

(2-2) 변형율

(3) 간접 인장강도

(4) 회복탄성계수

(5) 파괴변형률 및 파괴에너지

(6) 반복하중 간접인장 시험

4-3-4) 비교 성능평가 결과

5. 하이팔트 시험시공 현황

부 록

기술실시 계약서

1

2. 아스팔트 포장의 파손형태

1) 파손 형태(공용 특성)

아스팔트 도로의 파손 형태는 교통 개방이후 공용 초기 유동에 의한

소성변형과 공용 후기에 노화에 의한 피로균열 및 저온균열과 골재의

탈리 현상이 있다. 현재 우리나라는 아스팔트 혼합물의 유동에 의한

소성변형의 발생이 가장 큰 문제로 대두되고 있다.

2) 파손의 발생 원인

2-1) 소성변형(Rutting, Permanent deformation)

교통량 과다, 고온현상 지속, 시공불량, 교차로의 정지 하중 등에

의해 아스팔트 혼합물이 측방향으로 유동하면서 발생한다.

이러한 소성변형을 유발하는 원인 중 하나는 아스팔트 혼합물을

구성하는 재료의 물성과 밀접한 관련이 있는 전단 변형이다. 이를

억제하기 위해서는 아스팔트 혼합물의 전단 저항성이 큰 것을 선

정하여야 한다.

(소성 변형이 발생한 도로)

2-2) 피로 균열(Fatigue Crack)

포장체에 가해지는 반복된 교통 하중에 의해 아스팔트 포장체의

구조적 지지력의 약화로 발생하며, 표층의 하부로부터 발생된 균열

이 상부로 진전되어 대부분 거북등 균열로 진행된다. 이를 방지하

기 위해서는 교통 하중에 의해 발생되는 인장 변형에 저할할 수

있도록 포장체의 두께를 늘리거나, 상온 영역에서 높은 스티프니스

를 갖는 아스팔트를 선정하여 인장변형에 견딜 수 있어야 한다.

2

(피로 균열)

2-3) 저온 균열(Low temperature crack)

주로 겨율철에 발생하며, 주.야간 기온의 변화에 따라 포장층의 상

부에서는 심한 온도편차가 나타나고 하부에서는 상대적으로 완만

한 온도편차가 나타나면서, 상부에서는 온도 변화에 따라 인장과

압축이 반복되는 현상이 포장층의 하부에 비해 훨씬 활발히 진행

된다. 이러한 포장층 내의 온도분포의 불균형 현상이 반복되면서

상부로부터 균열이 발생하여 포장층의 하부로 진전되는 균열이다.

저온 균열을 방지하기 위해서는 아스팔트가 탄성과 유연성에 있어

서 높아야 한다.

(저온 균열)

3

2-4) 박리(Stripping)

박리 현상의 주된 원인은 골재 표면의 아스팔트가 빗물이나 지하

수가 침투하면서 벗겨지는 현상으로 골재간의 결합력을 떨어뜨려

포장체가 차량의 하중을 지지하지 못하여 소성변형, 균열 및 포트

홀로 진행되게 한다. 이를 방지하기 위해서는 아스팔트 함량을 최

적으로 하고 적절한 공극율을 확보하여야 한다.

3. 개질 아스팔트

3-1) 개질 아스팔트의 정의

일반 아스팔트의 소성변형, 피로균열, 저온균열, 박리 현상 등의

발생을 개선하기 위하여 일반 아스팔트에 개질재를 습식방식이나

건식방식으로 첨가하여 도로 포장의 성능을 향상시킨 개질 아스팔

트를 말한다.

3-2) 개질 아스팔트의 종류

회사명 / 제품명 특 성

㈜그린팔트

하이팔트

- 일반 아스팔트 혼합물과 첨가제인 GMA를 혼합한 개질재

- 소성변형 저항성, 저온균열 및 피로균열 저항성 우수

- Plant-Mixing 방식

- 한국건설기술연구원에서 개발한 국내 기술

SK㈜

SBS

- 아스팔트에 SBS를 혼합한 개질재

- 소성변형 저항성, 피로균열 및 저온균열 저항성 증가

- Pre-Mixing 방식

- 기술도입(미국 기술 도입하여 국산화)

4

㈜다린테크

다마아스팔트

- 일반 아스팔트 혼합물과 첨가제인 다마를 혼합한 개질재

- 소성변형 저항성, 피로균열 및 저온균열 저항성 증가

- Plant-Mixing 방식

- 국내 기술

㈜유닉스라바

CRM

- 고온의 아스팔트에 폐타이어 고무분말을 혼합한 개질재

- 소성변형 저항성, 피로균열 및 저온균열 저항성 증가

- Pre-Mixing 방식

- 기술도입(미국 기술 도입하여 국산화)

인성산업㈜

SMA

- 골재간의 맞물림을 좋게 하기 위해 2.5mm 이상의 굵은 골재

위주로 단일 입도를 채택한 개질재

- 소성변형 저항성, 균열 저항성 증가

- 아스팔트 함량 과다로 인한 흐름을 방지 하기 위하여 섬유 보

강재 필요

- 기술도입(독일 기술 도입하여 국산화)

4. 하이팔트 개질 아스팔트

4-1) 하이팔트 소개

하이팔트는 한국건설기술연구원에서 개발한 첨가제인 GMA(Green

-phalt Modified Asphalt)를 Plant-mixing 방식으로 일반 아스팔

트 혼합한 개질 아스팔트 입니다.

4-2) 하이팔트의 개발 목적

5

4-3) 하이팔트(Hiphalt) 성능 평가

4-3-1) 비교평가 대상 제품

회사명 ㈜그린팔트 A사 B사 AP-5

제품명 하이팔트 A사개질재 B사개질재 일반아스콘

4-3-2) 온도 영역별 시험물성

온도영역 시험 온도(℃) 시험 물성 시험 방법

저온 -20, -10, -0

MR, 인장강도, 파괴에너지,

파괴변형률

간접인장 시험

상온 5, 25 MR,인장강도, 반복재하 횟수

간접인장 시험

반복 하중 간접

인장 시험

고온 60 MR, 동적안정도, 마샬안정도

휠트랙킹 시험

마샬 안정도 시험

6

4-3-3) 비교 평가시험 결과

(1) 마샬 안정도

아스팔트 혼합물의 종류에 따른 마샬 안정도

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

마샬

안정

도(k

g)

하이팔트 A사개질재 B사개질재 일반아스팔트

아스팔트 혼합물 종류

마샬 안정도

구 분 하이팔트 A 사 개질재 B 사 개질재 일반아스콘

마 샬 안 정 도(kg) 2,274 1,996 1,871 1,219

AP-5 혼합물 대비 증가율 87% 64% 54% -

성능평가 결과 :

하이팔트의 마샬 안정도는 2,274Kg 으로 AP-5 혼합물이나 타 개질재 보다 높았다.

60℃ 온도에서 흐름에 대한 저항은 하이팔트가 일반아스콘 보다 87% 증가하는

것으로 나타나 유동변형에 대한 저항성이 우수한 것으로 평가되었다.

(2) 휠트랙킹(반복 차륜 주행) 시험

아스팔트 혼합물의 종류에 따른 동적 안정도 및 변형률

7

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

하이팔트 A사개질재 B사개질재 일반 아스팔트(AP5)

아스팔트 혼합물 종류

동적

안정

도,D

S(c

ycle

/mm

)

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

RD

(mm

/min

)

동적 안정도

RD

(2-1) 동적 안정도

구 분 하이팔트 A사 개질재 B사 개질재 일반아스콘

동 적 안 정 도(회/mm) 14,175 2,250 4,673 480

AP-5혼합물 대비 증가율 2,853% 369% 873% -

성능평가 결과 :

하이팔트가 A사 개질재 및 B사 개질재 보다 소성변형에 때한 저항성이 우수하며 일

반아스콘의 내유동성을 증진시키는데 효과적인 것으로 평가되었다.

(2-2) 변 형 률

구 분 하이팔트 A사 개질재 B사 개질재 일반아스콘

변 형 율(mm/min) 0.0030 0.0187 0.0092 0.0906

하이팔트 대비 증가율 - 523% 207% 2,920%

성능평가 결과 :

하이팔트의 변형율은 0.003mm/min으로,일반아스콘은 하이팔트 보다 약 2,920%의

변형율이 높은 것으로 평가되었다.

윤하중에 의한 처짐량 발생 정도를 판단할 때 하이팔트가 타 혼합물에 비하여 가장

낮은 변형율을 나타내어 소성변형에 대한 저항성이 가장 우수한 것으로 평가되었다.

8

(휠트랙킹 시험 후 공시체 단면)

☞ 상기의 사진은 휠트랙킹 시험 후의 각 시험 공시체의 절단면 사진으로서, 각 아스팔트 혼

합물의 최종 침하량을 비교할 수 있다. 사진에서 보는 바와 같이, 휠트랙킹 시험 후의 최

종 침하량에서 혼합물 별로 뚜렷한 차이를 나타내고 있으며, 일반아스콘 및 개질재A, B혼

합물과 비교하여 하이팔트 혼합물은 거의 침하 현상이 관찰되지 않았다.

(3) 간접 인장강도

☞ 인장강도는 포장의 균열 저항성을 평가하는데 중요한 물성 중의 하나로서, -20℃~25℃

0

10

20

30

40

50

60

70

-20 -10 0 25

시험 온도(℃)

인장

강도

(kg/c

m2)

하이팔트

A사개질재

B사개질재일반 아스팔트(AP5)

9

사이의 온도 조건 하에서 각 아스팔트 혼합물에 대해 파괴 하중값과 변위량을 측정하는 것이

다. 아스팔트 혼합물의 종류에 따른 인장강도는 0℃ 이하의 저온에서는 뚜렷한 거동차이를

보인 반면, 온도의 증가에 따라 점차 차이가 줄어드는 것으로 나타났다. AP-5 혼합물은 -

20℃에서 인장강도가 32kg/cm2으로 가장 낮은 값이 나타났으며, 하이팔트는 온도 변화에 따

른 인장 강도의 변동폭이 약 50% 이하로 낮게 나타나 감온 특성이 우수한 것으로 평가되었

다.

(4) 회복탄성계수

(아스팔트 혼합물의 종류에 따른 회복탄성계수)

☞ 고온에서 회복탄성계 , 혼합물이 포장의

소성 변형에 대한 저항성도 크다는 것을 의미한다.

또한 저온에서 상온에 이르는 온도 변화에 따른 회복탄성계수의 변동폭이 상대적으로 작

다면, 이 혼합물은 온도 균열의 발생 원인 중 하나인 감온성의 영향을 작게 받는다는 것

을 의미한다.

전체 온도 영역(-20℃～60℃)에서 회복탄성계수는 온도의 증가에 따라 급격하게 감소되

는 것으로 나타났으며, 하이팔트 혼합물이 상대적으로 다른 혼합물의 변동폭에 비하여 낮

게 나타나 포장의 온도 균열을 억제하는 감온성이 가장 월등한 것으로 평가되었다.

수가 상대적으로 크거나 높은 증가율을 보인다면

1.E+02

1.E+05

1.E+06

-20 -10 0 5 25 60시험 온도(℃)

1.E+03

1.E+04

MR(k

g/㎠

)

하이팔트

A사개질재

B사개질재

일반 아스팔트(AP5)

10

(5) 파괴변형률 및 파괴에너지

(아스팔트 혼합물의 종류에 따른 파괴변형율과 파괴에너지)

☞ 파괴변형율은 저온 영역(-20℃~0℃)에서 저온으로 갈수록 점차 감소하는 취성적인 특성

을 나타내는 것으로 나타났다.

파괴에너지의 경우에도 저온으로 갈수록 점차 감소하여 파괴 저항성이 줄어드는 경향을

나타내고 있다.

각 혼합물 별로 전체 온도 영역에 걸쳐 파괴변형율과 거의 유사한 거동 특성을 나타내고

있으며, 개질재 B와 하이팔트가 다른 혼합물에 비하여 전반적으로 가장 높은 값을 보이고

있어 파괴 저항성이 가장 큰 것으로 판단된다.

또한 0℃에서 파괴 거동은 하이팔트 혼합물이 타 혼합물에 비하여 파괴에너지는 120%,

파괴변형률은 63%로 높은 수치를 나타내고 있어 온도 균열에 대한 저항성에서 개질 효

과가 큰 것으로 평가되었다.

시험 온도(℃)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

-20 -10 0

Fra

ctu

re E

nerg

y(k

J)

0

500

1000

1500

2000

2500

Failure

Str

ain

(Mic

rostr

ain

)

하이팔트(F.E)"""A사개질재(F.E)"B사개질재(F.E)"일반 아스팔트(AP5)(F.E)하이팔트(F.S)"""A사개질재(F.S)"B사개질재(F.S)"일반 아스팔트(AP5)(F.S)

11

(6) 반복하중 간접인장 시험

(아스팔트 혼합물의 종류에 따른 반복 재하 횟수 )

☞

저항성은 개질재 A, B의 혼합물과 비교하여 2.7 ~ 4배 정도로 높게 나타

로

평가되었다.

하이팔트 혼합물의 피로 저항성은 일반아스콘에 비하여 약 78배 정도로 높게 나타났다.

하이팔트의 피로

났다.

따라서 하이팔트 혼합물은 일반 아스팔트 혼합물의 피 균열에 대한 저항성을 향상시키

는데 매우 우수한 개질 효과를 나타내는 것으로

결과

☞ 트랙킹 시험결과 하이팔트 혼합물의 동적 안정도가 14,175회/mm으로

-5혼합물에 비하여 29배, 개질재A,B 혼합물에 대해서도 3~6배의 증가율

을 나타내어 소성변형에 대한 저항성이 우수한 것으로 평가되었다.

간접 인장강도 시험결과 하이팔트 혼합물은 AP-5 및 개질재A,B 혼합물

비교하여 강도 및 파괴 거동에서 우수한 개질 성능을 나타내어 감온성과

온도 균열에 대한 개질 효과가 뛰어난 것으로 나타났다.

하이팔트 혼합물의 피로 저항성은 AP-5 혼합물에 비하여 약 78배 정도로

높게 나타내어, 포장의 피로 수명을 증진시키는데 매우 효과적인 것으로

평가되었다.

☞ 하 은 82-22로 나타났으며, 저온 등급이 우수한

것으로 평가되

10 2 84 7 3

38 0 61 9

2 59 4 01

1 3 20 8

0.E+00

2.E+05

4.E+05

6.E+05

8.E+05

1.E+06

Cycle

Num

ber

하이팔트 A사개질재 B사개질재 일반 아스팔트(AP5)

아스팔트 혼합물 종류

4-3-4) 비교 성능평가

휠

AP

☞

☞

이팔트 혼합물의 PG 등급

었다.

12

5. 하이팔트 시험시공 현황

) 시험포장 개요

(1) 시험포장 목적

개발된 하이팔트 개질제를 사용하여 현장 아스콘 플랜트에서 생산한 아스팔

혼합물이 실내 배합결과와의 균질성 차이를 평가하고, 현장의 포장

적용성을 검토하고자 강릉대학교 단지 내의 도로에를 선정하여 시험포

장을 실시하였다.

(2) 현장 개요

1

트 시공

에서

구 분 내 용

시험포장 위치 강릉대학교 단지 내 도로

시 공 길 이 120M

적 용 대 상 신 설 포 장

발 주 자 강릉 대학교

시 공 업 체 금성종합개발㈜

시 공 일 자 2001. 11. 3

혼합물 생산업체 삼양 레미콘㈜

골 재 공칭 치수 13mm

아스팔트 합성 아스팔트 개질제 배합 사용재료 및

시 공공

두 께 포장두께 5cm 시

(3) 시험포장 시공

(3-1) 시험포장 시공 전경

13

기술실시 계약서

14

15

한국건설기술연구원 개발 제품 사업화 기업

주 식 회 사 그 린 팔 트

www.greenphalt.com

경기도 부천시 소사구 소사본 2 동 133-19

화:032)345-4400(대표) 팩스 032)345-0905

전

16