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1. 개설

Superpave란 Superior Performing Asphalt Pavement에서 만들어진 아스팔 트 포장에관한 새로운 용어로서 아스팔트 규격과 선정방법 및 아스팔트 혼합물의 배합설계에 관한 일련의 체계이다.

미연방도로국(FHWA)에서는 기존도로시설에 대한 전반적인 효율성 제고와 유지보수에 관한 막대한 재정부담에 대한 해결책으로 1987년부터 1993 까지 전략적 도로연구사업(SHRP;Strategic Highway Research Program)을 수행 아스팔트포장 분야의 중요한 성과중 하나가 Superpave이다

본문에서는 아스팔트의 새로운 등급체계, 아스팔트 규격 및 혼합물의 배합설계에 대하여 기술하고자 함

2. Superpave의 특성

가.아스팔트 규격

1)실험정수 대신 물리정수 사용

기존아스팔트의 품질관리기준은 아스팔트의 점성적 특성에 주안점을 두고 행해져온 방법(침입도에 의한 방법, 점도에의한 방법 등)으로 침입도 60과 90은 전자가 후자보다 단단하다는 것은 알지만 물리적으로 무엇을 의미하는가는 명확치가 않다. 따라서 SHRP에서는 온도, 교통량 등의 조건을 만족시키위하여 물리정수로서 점도, 전단탄성계수, 위상각을 사용

2)공용특성의 예측

아스팔트는 온도에따라 성질과 상태가 크게변하며 고온에서는 아스 팔트 혼합물이 유동하고, 저온시에는 아스팔트 혼합물의 수축으로 저온균열이 발생한다.

따라서 SHRP에서는 각 현장의 온도에 적합한 아스팔트를 적절히 선택 하고 교통개방후의 포장파손을 적게할 목적으로 아스팔트의 규격을 새로이 정하였다

3)아스팔트의 등급

적정아스팔트를 선정하는데에는 기후조건뿐만 아니라 교통여건, 제품 공급능력과 경제성에 대한 검토가 필요하다.

SHRP에서는 포설되는 현장의 기상조건에따라 최저온도 범위를 설정 하여 다음과 같이 규격을 제안하고 있다.

-공용성 등급(PG, Performance Grade)

.고온등급은 PG 46-82까지 7등급으로 구분

.저온등급은 -10～-46까지 7등급으로 구분

고온등급 저온등급

PG 46 (-) 34, 40, 46

PG 52 (-) 10, 16, 22, 28, 34, 40, 46

PG 58 (-) 16, 22, 28, 34, 40

PG 64 (-) 10, 16, 22, 28, 34, 40

PG 70 (-) 10, 16, 22, 28, 34, 40

PG 76 (-) 10, 16, 22, 28, 34

PG 82 (-) 10, 16, 22, 28, 34

3. 아스팔트혼합물의 배합설계

아스팔트 혼합물의 배합설계는 시험의 간편성과 과거 Data 축척이 많은 마샬안정도 시험에 의한 배합설계가 주류를 이루고 있으나 마샬시험은 마샬안정도와 아스팔트 혼합물의 물리적 특성과의 관계에 대하여는 명확 한 것이 아니라는 문제점이 있으므로 이러한 문제점을 보완하기 위하여 아스팔트 혼합물의 배합을 보다 합리적으로 결정하기위한 목적으로 조사 를 시행

1) 기본적고려사항

아스팔트 혼합물이 교통에 공용되면서 어떠한 파손이 생기는가를 배합 설계단계에서 검토하여 반영하고자 하는 것이 새로운 배합설계의 기본

◦검토항목

①저온균열

②피로균열

③소성변형

④혼합물의 제조시 및 기상에 의한 열화

⑤수분에의한 손상

◦배합설계에서는 교통량에 따라 3단계의 배합설계 과정을 적용

구 분 누가등가 단축하중(ESAL) 평가방법

레벨1 100만대 이하 체적구성비율

레벨2 100만대-1,000만대이하 체적구성비율+공용성예측시험

레벨3 1,000만대이상 체적구성비율+확장공용성예측시험

2)아스팔트 혼합물의 규격

입도, 공극율, 골재간극율, 포화도, 수분의 영향으로 혼합물의 규격을 정함

-골재의 입도는 최대치수에따라 5종(37.5, 26.5, 19, 13.2, 9.5mm)으로 구분

-최대치수에 따라 통과 백분율의 최대치와 최소치를 규정

-제한구역을 설정하고 골재의 합성입도는 이 제한구역을 통과하지 않도록하며 내 유동성의 혼합물을 만들기위해서는 제한구역의 아래쪽 을 통과하도록 한다

4.결 론

-교통량과 중차량의 급증으로 아스팔트포장의 파손이 증대하면서 현재의 아스팔트 혼합물 배합설계 방법으로는 소성변형의 공용성 문제를 해결할수없게되었으며

-이러한 문제점을 해결하기위하여 개발된 것이 SUPERPAVE로서 SUPERPAVE에서는 고온 및 중차량 조건에서 혼합물이 충분히 견딜수 있 도록 아스팔트 결합재의 물성을 강화하는 개념으로 공용성 등급에 의한 아스팔트 현장 적용시 소성변형과 같은 문제점을 상당부분 개선할수 있을것으로 평가된다.

-그러나 골재합성 입도의 검증이 제대로 이루어지지 않았고 새로운 아스 팔트바인다 시험이 현장에서의 공용성 모사를 할수있는지 등의 의문이 제기되고 있는 실정으로 국내에서도 기후환경 및 교통조건에 부합되는 SUPERPAVE의 도입을 위한 적용성 연구가 이루어져야 할것이다.

*최근 도로및공항 기술사에는 출제되지 않는 문제이긴하나, 참고하시면 기술자로서 도움이 될듯 합니다. 

Ⅰ. 개 요

1. 포장두께지수(SN)은

- 교통조건(W8.2), 노상조건(SSV), 환경조건(Rf), 서비스 지수(Pt)를 입력하여

- 관계식 또는 설계도표를 이용하여 결정

2. 포장두께지수(SN)는 층별 상대강도계수(ai)와 층별 두께(Di)의 함수로 표시됨.

Ⅱ. 포장두께지수(SN)의 산정방법

1. '72 AASHTO 잠정지침 설계법

SN = a1D1 + a2D2 + a3D3

여기서, SN : 포장두께지수

a1, a2 ,a3 : 각 층별 상대강도계수

D1, D2, D3 : 각 층별 포장두께

2. '86 AASHTO 설계법

: 배수계념 도입

SN = a1D1m1 + a2D2m2 + a3D3m3

여기서, m1, m2, m3 : 각층별 배수계수

3. 설계포장두께 산정

Ⅲ. 개선사항

1. 국내의 지젹조건 및 포장재료조건에 적합한 ai에 대한 시험치의 정립 필요

2. mi(배수계수)의 실측치 적용 필요

3. 국내 포장재료의 역학적 거동에 대한 실험연구 수행 필요.

Ⅰ. 개 요

1. 포장은 교통하중, 자연조건, 혼합물의 노화 등에 의해 공용성이 저하되며, 공용성 저하는 주행성, 안전성, 쾌적성을 저하시켜 결국에는 원활한 교통흐름에 지장을 주게 되므로 신속한 유지보수가 요구됨.

2. PMS (Pavement Management System)란

- 도로포장의 유지보수에 소요되는 막대한 예산을 효율적으로 집행하기 위하여

- 적절한 포장평가방법을 통해 구간별 유지보수 우선순위를 결정하고

- 최적의 보수공법을 제시하는 의사결정체계를 말한다.

3. PMS의 구성요소

가. 포장현황 및 서비스수준에 관련된 포장상태조사

나. 포장에 관련된 모든 정보 및 자료를 수집하는 Data Base

다. 해석체계 : 경제성분석 프로그램

라. 유지관리 및 유지보수 등에 관련된 결정기준

마. 적용기준

Ⅱ. Life Cycle에 의한 보수시기 결정

1. Life Cycle의 개념

- 포장의 수명은 신설초기부터 파손까지 일정한 Cycle에 의해 그 수명을 다한다는 이론

- 포장의 Life-Cycle을 Graph화하여 보수시기 선택

2. Life Cycle에 의한 보수시기 선정

: Life Cycle에 의해 포장파손전에 공용성을 회복할 수 있도록 보수시기 선택

Ⅲ. 유지보수의 최적화 방안(포장의 Life Cycle)

1. 노면의 평가

가. PSI 평가(공용성지수)

1) AASHTO 도로시험결과에 따라 PSI적용

2) 균열을 중요시하며, 균열율, 요철, 소성변형의 함수

3) PSI ≤ 1.0 : 재포장

PSI = 1.1 ～ 2.0 : Overlay

PSI = 2.1 ～ 3.0 : 표면처리

나. MCI 평가(유지관리지수)

1) 일본 건설성에서 개발된 모형

: 포장의 공용성을 노상 특정층에 의해 수치로 표시

2) 소성변형을 중요시

3) MCI ≤ 3 : 재포장

MCI ≤ 4 : 보수요

MCI ≤ 5 : 이상적인 관리상태

2. 보수공법의 선정

: 포장파손 형태의 대부분인 요철량과 균열율에 의한 공법선정

Ⅳ. PMS의 운영현황(보수공법 선정의 Diagram)

1. 미 국 : '93년초부터 각 주정부에 PMS도입 의무화('90%이상 도입)

2. 일 본 : '65년부터 세계최초로 포장상태 조사장비 개발, 체계적인 포장관리

3. 한 국

- 국 도 : '83년 프랑스 기술을 도입하여, 한국건설기술 연구원이 운영중

- 고속도로 : '93년부터 한국건설기술연구원이 PMS 개발중

Ⅴ. 결 론

1. PSM에 의한 효과는

: 객관적이고 합리적인 근거에 의한 유지보수 즉 예방적 유지보수의 실시를 통한,

1) 도로예산의 효율적인 집행

2) 항상 적정 수준의 포장상태 유지

3) 적기 보수에 의한 포장수명의 연장 등의 효과가 있다.

2. 정부에서는 '86년도부터 전국 국도에 대한 PMS를 도입하여 유지보수계획의 수립 및 예산정책에 이용하고 있으며,

현재 고속도로에 대한 PMS도 개발중에 있다.

3. 조속한 시일내에 고속도로, 국도, 지방도 뿐만아니라, 지지체에서 관리 운영하는 도로에 대하여도 적절한 PMS를 도입되어 합리적이고 체계적인 포장관리가 이루어져야 하겠다.

4. 아울러 각종 도로들에 대한 PMS자료의 수집 및 분석을 통한 연구활동이 활성화되어 포장설계, 시공, 유지관리의 기술발전을 도모하여야 하겠다.

*한국형 포장설계법이 공포되기 전의 포장설계법에 대한 문제점입니다. 참고만 하시기 바랍니다.

Ⅰ. 개 요

1. 오늘날 선진 외국들의 도로포장설계는 「서비스능력-공용성개념」을 토대로한 역학적 해석기법을 적용하고 있으며,

모든 지형에 포괄하여 적용할 수 있도록, 지형, 환경조건에 대한 변동특성을 최소화하는 방향으로 전개되고 있다.

2. 또한 포장설계법은 타분야에 비하여 이론적 접근이 어려워 경험적 기틀위에 이론적 접근을 시도하는 반이론-반경험적(Mechanic-Empirical) 설계법을 개발하여 사용하고 있는 추세이다.

3. 그러나, 현재까지 국내의 도로포장설계는 미국, 일본등의 설계법을 준용함에 따라 우리나라 실정에 맞지 않는 설계인자의 차이와 적용의 불확실성 등으로 인해 설계결과에 대한 신뢰가 떨어지는 것이 현실이다.

4. 여기서는 국내에서 가장 많이 사용되고 있는 AAHHTO 설계법의 우리나라 적용에 대한 문제점과 개선방안에 대하여 기술하기로 한다.

Ⅱ. 문 제 점

1. 설계적용 인자에 대한 데이타베이스 미구축

가. 현행 설계법은 70년대 이후 AASHTO설계법을 70%이상 적용하고, 일본도로설계법 준용함에 따라,

나. 우리나라 도로조건에 대한 적용성검토 없이,관용적 기준에 의한 설계인자를 적용하여 사용하고 있으며,

다. 기존의 적용자료도 기록보존 미비한 실정임.

2. 차종별 8.2t 등가단축하중계수(ESALF) 조사부족

: 도로설계시 교통하중에 의한 도로파손 정도를 나타내는 ESALF에 대한 조사부족

가. 교통하중자료가 시기적으로 오래되었고 적은 조사자료를 바탕으로 하였음

국내에서 이용되고 있는 축하중조사는 1987년 건교부가 제시한 것으로 고속도로 3개지점, 일반국도 8개지점, 지방도 1개지점에서 측정된 자료를 바탕으로 하였음.

나. 설계차종구분이 서로다름으로 인해 실무적용시 곤란

건교부 11종, IBRD보고서 5종, 한국도로공사 4종

다. 도로의 기능에 따라 서로 다른 중량분포를 갖게 된다는 점을 무시

Ⅲ. 개선방안

1. 교통하중 조사

가. 교통량 조사시 축하중조사 병행시행

나. 전문조사기관의 활성화를 위한 정책적 지원

다. 조사자료의 공유화

라. 우리나라 실정에 맞는 새로운 교통축하중 조사기법 개발

2. 포장 설계법

가. 단기적

: 합리적이고 경험적인 설계법인 '86 AASHTO 설계법 적용을 기준으로 하고, 우리나라 실정에 맞는 설계 입력변수들의 적용방안 마련이 바람직하며,

나. 장기적

: 우리나라 실정에 맞는「서비스능력-공용성개념」을 토대로한, 경험적 기틀위에 이론적 접근을 시도하는 반이론-반경험적(Mechanic-Empirical) 한국형 설계법 개발 필요.

3. 연구과제

가. 우리설정에 적합한 설계 입력변수값들의 적용방안 마련을 위해, 산․학․연 합동으로 연구수행 필요

나. 도로 주행시험을 통한 한국형 포장설계 기준 정립 필요

다. 합리적인 포장두께 산정을 위하여

지형, 토질, 환경, 기후, 교통조건 등을 고려한 지역표준값 산정 필요

Ⅳ. 결 론

 다음과 같은 문제점 개선이 필요하다고 사려됨.

가. 확장 설계시

- 기존포장 활용부분은 포장이력조사 등을 통한 잔존 수명계수를 산정하여 포장설계시 반영하여야 하며,

- 단순확장에 따른 기존포장과 신설포장과의 접속시, 기존포장의 측대폭절단을 최소화(50cm →25cm)할 수 있는 방안 마련이 필요함.

나. 신설 설계시

- 근래 대대적인 콘크리트포장 적용은 바람직하지 않으며,

시공성, 경제성, 지역특성 등을 종합적으로 고려한 포장공법 선택이 필요하다.

다. 또한 장래 교통량에 따른 서비스수준과 비교해 포장공용기간 설정 필요

Ex) 교통량이 15년 뒤에 포화 상태에 이르러 확장 및 대체노선이 필요한 경우,

공용기간을 20년으로 하는 것은 불합리함.

도로포장 약어표기

AASHO(American Association of State Highway Officials, 미국도로교통공무원 협의회 전신)

AASHTO(American Association of State Highway and Transportation Officials,

미국도로교통공무원 협의회)

AC(Asphalt Concrete Pavement, 아스팔트 콘크리트)

ACI(Asphalt Concrete Institute, 미국 콘크리트 협회)

AI(Asphalt Institute, 미국 아스팔트 협회)

ai(Layer Coefficient, 상대강도계수)

ASTM(American Society for Testing and Materials, 미국재료시험협회)

CBR(California Bearing Ratio, 캘리포니아 지지력비)

CRCP(Continuously Reinforced Concrete Pavement, 연속철근 콘크리트포장)

DBST(Double Bituminous Surface Treatment, 이중역청표면처리공법)

DOT(Department of Transportation, 미국교통국)

DS(Dynamic Stability, 동적안정성)

ESAL(Equivalent Single Axle Load, 등가단축하중)

FHWA(Federal Highway Administration, 미연방도로교통협회)

FWD(Falling Weight Deflectometer, 포장구조 진단기)

JCP(Jointed Concrete Pavement, 줄눈 콘크리트포장)

JRCP(Jointed Reinforced Concrete Pavement, 줄눈 철근보강 콘크리트포장)

MR(Resilient Modulus, 회복탄성계수)

NCHRP(National Cooperative Highway Research Program, 미연방도로연구프로그램)

NDT(Nondestructive Testing, 비파괴시험)

NJDOT(New Jersey Dopartment of Transportation, 뉴저지교통국)

PCA(Portland Cement Association, 미국 시멘트 협회)

PCC(Portland Cement Concrete, 포틀랜드시멘트콘크리트)

PMS(Pavement Management System, 포장유지관리체계)

PSI(Present Serveceability Index, 포장서비스지수)