아스팔트 포장의 소성변형(Plastic Deformation, Rutting)

Ⅰ. 개 요

1. 소성(Plasticity)은 탄성(Elasticity)의 대응 개념으로 물체를 변형 후 외력을 없애도 변형이 영구히 남는 성질을 말한다.

2. 아스팔트 포장의 소성변형은 여름철 고온에서 온도가 가장 높은 포장 표면이 차량 진행 방향을 따라 바퀴자국이 발생하는 Rutting을 말한다.

3. 우리나라의 소성변형은 대부분 불안정 소성변형으로 아스팔트 혼합물의 품질확보와 소성변형 방지 노력 및 연구가 시급하다.

 

Ⅱ. 소성변형 발생요인 및 문제점

1. 시공상의 원인

가. 다짐불량 및 과다짐으로 인한 공극률 부족

나. 불충분한 양생 및 40℃ 이상에서의 조기 교통개발

다. 노상, 기층 등의 침하

라. 택코팅 과다 사용

 

 

2. 교통하중에 의한 원인

가. 중차량 교통량 증가

나. 주행속도 느릴수록 소성변형 증가

3. 아스팔트 품질 원인

가. 국내 포장 사용 AP : AP-3, AP-5

나. 고온 및 저온에서의 아스팔트 거동 고려 못함

다. 우리나라 년중 AP포장 최고온도 66℃ 감안할 때

라. SHRP의 PG76-22 규격이 적합하나 PG76-22 규격의 AP는 국내에서 생산 못함

4. 골재 품질 원인

가. 부적절한 골재(자연 모래등), 입도조건의 골재 사용

나. Fillter 량의 과다, 과소 사용

5. 소성변형의 문제점

가. 포장의 조기 파손 : 잦은 유지보수 ⇒ 이용자 불편 증대

나. 수막현상(Hydroplaning) 발생

다. 차량의 조향성 불량 : 교통사고 원인 제공 (특히 소형차)

라. 기 타

1) 차량 수명 단축

2) 절삭 폐아스콘 ⇒ 환경문제와 처리비용 부담

 

 

Ⅲ. 소성변형 방지 대책

1. 시공상 대책

가. 현장다짐도 96% 이상, 공극율 8% 이하가 되도록 철저한 다짐

나. Finisher 속도 6m/min 이하 준수

다. 양생시간 엄수, 포장온도 40℃ 이하일 때 교통 개방

라. 하절기(6-8월) 시공 지양, 가급적 가을철에 시공 (충분한산화기간 필요)

2. 교통하중에 대한 대책

가. 오르막차로, 교차로 등에는 개질아스팔트 포장 적용

3. 아스팔트 품질에 대한 대책

가. 아스팔트 종류 변경 : AP-3 ⇒ AP-5

나. 공극율 확보 : 배합설계시 5% 확보, 최종공극율 3% 이상

다. AP 함량 6% 이하

라. 골재 입도 조정

1) No.4 번체 이하 골재 사용 : 시방 범위내에서 가능한 최소지 적용

2) 쇄석골재 사용 (자연모래 사용 억제)

4. 포장단면구조 개선

가. 표층 두께 최소화

1) 소성변형 취약 부위 최소화(두께 10cm⇒5cm)

2) 내유동성이 상대적으로 높은 중간층 도입

나. 중간층

1) 두께 : 5-10cm (재료에 따라)

2) 아스팔트 : AP-5 사용 (침입도 60-70)

3) 골재 : No.4번체 통과 골재량을 시방기준 중간치 이하

4) AP 함량 : 6% 이하

5. 새로운 시험방법 도입

구분	현행	개선
분류시험	침입도시험	ㅇ점도시험 ㅇ슈퍼페이버(바인더시험)
배합시험	마샬시험	ㅇ선회다짐시험
기타		ㅇ안정도시험 ㅇ휠트랙킹시험

 

 

6. 포장공법 활용

가. SMA 포장

1) 골재 맞물림 효과로 소성변형 최소화

2) 휠트랙킹시험 결과 : 동적안정도 4-11배 향상

나. 개질아스팔트

1) SBS 개질재 사용

2) 골재와 점착력 강화, 감온성 저하로 고온에서 내유동성 증대

3) 휠트랙킹 시험결과 : 동적안정도 30배

4) 초기 비용 고가이나, LCC 측면에서 경제성 유리

5) 보수주기 감소 등 전체적으로 유리

 

Ⅳ. 결 론

1. 아스팔트 포장의 소성변형 원인은 복합적이며, 가장 큰 발생원인은 아스팔트와 골재에 대한 선정 시험을 철저히 하고 배합설계 초기단계에서 철저한 품질관리 실시

2. 배합설계 시험 방법은 선회다짐시험방법 적용이 바람직.

3. 배합설계시 고온의 소성변형과 겨울철 저온균열을 동시에 고려하는 것이 중요함.

4. 소성변형 방지를 위하여 SMA 포장, Superpave 설계법 도입, 개질 아스팔트 사용 등을 적극 검토.

5. 해외 연구 사례 (영국)

- 영국에서 수행된 최근 연구에 의하면 아스팔트층 두께가 18cm 이상인 경우 포장 표면 소성변형은 단면 두께와 거의 무관.

- 대부분 소성변형은 아스팔트 표층, 바인더 층의 소성흐름에 기인함.

6. 표층과 기층의 배합설계 기준에 골재 간극률(VMA) 기준이 추가되어야 한다.