SMA(Stone Mastic Asphalt) 공법

[최현기]

 

30. SMA(Stone Mastic Asphalt) 공법

Ⅰ. 개 요

1. 아스팔트포장은 소성변형(Rutting)발생에 따른 승차감저하, 교통사고의 위험성증대, 유지보수에 따른 교통정체등 도로이용자에게 상당한 음의 편익으로 작용한다. 특히, 최근 중차량의 급격한 증가와 정체구간의 발생 빈도가 높아지면서 아스팔트 혼합물의 유동에 의한 변형 문제가 시급히 해결해야 할 중점과제로 부각되기 시작하였다.

2. 아스팔트혼합물층의 내유동성확보를 위하여 주로 아스팔트의 점도 또는 특정 입도분포 범위내에서 골재의 입도분포 특성을 변화시키는 방안이 주를 이루고 있다.

3. 아스팔트점도를 향상시키려는 방안으로 국내에서는 SBR과 SBS, Gilsonite등의 개질재를 이용하는 방안을 사용하고 있으나, 최근 개질재의 종류와는 무관하게 미국을 중심으로 아스팔트의 고품질 규격(공용성 규격)을 설정하여 아스팔트 포장체의 공용성능을 특정온도 조건의 범위내에서 신뢰할 수 있도록 하는 체계(Superpave System)를 갖추었다.

4. 이와같은 Asphalt Binder 자체의 물성변화에 따른 혼합물의 개념보다는 골재의 맞물림 특성을 최대로 하고 아스팔트는 가능한 많이 함유케하여 기존의 밀입도 아스팔트 혼합물의 물리적인 단점을 보완한 개념의 혼합물인 SMA(Stone Mastic Asphalt)가 유럽에서 개발되어 각 나라의 골재 특성에 맞게 시방기준을 개발하여 적용하고 있고, 호평을 받고 있어 내유동성 확보를 통한 소성변형의 최소화 피로 수명 확보 통한 공용수명 연장에 크게 기여할 것으로 기대된다.

Ⅱ. Asphalt 혼합물의 거동특성

1. Binder의 거동

1) Asphalt Binder는 온도에 매우 민감.

2) 점탄성 재료로서 고온에서는 점성유체거동, 저온에서는 탄성체와 같은 거동 → 아스팔트의 점탄성 거동

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3) 현행아스팔트 시멘트의 안정성을 규명하기 위한 시험 → 침입도시험 또는 점도시험

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아스팔트 바인더의 온도 감온성

2. 골재의 거동특성

1) Mohr-Coulomb 방정식 :

2) 강도정수 크게하여 강도증대

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3. HMA의 전단강도 증대방법

1) 강한 Binder의 사용

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2) 내부마찰각( ) 큰 골재사용 → 입방체이고 골재 입자사이 거친 표면골재

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Ⅲ. SMA의 특성

1. 물리적 특성

1) 고온 및 중차량 조건에서 소성변형에 대한 저항성이 탁월.

2) 섬유소의 역할로 낮은 온도에서의 균열발생 및 탈리현상 최소화

3) 표면조직이 거칠기 때문에 마찰저항성 우수

4) 마모에 대한 저항력 우수

5) 소음감소 효과

6) 내구성이 좋아 기존포장보다 수명연장 기대

7) 도로 유지보수가 경제적

8) 아스팔트포장의 차바퀴 패임을 모사한 휠트래킹 시험결과, 밀입도 아스콘에 비하여 약3배 이상의 동적안정도 유지.

2. 경제적 특성

1) 일반 아스팔트 혼합물 생산비보다 고가

2) 2배이상의 수명연장 효과로 보수주기가 감소

3) 소성변형 최소화를 통한 이용자 편익

4) 보수 비용 절감

5) 전체적으로 SAM가 일반 아스팔트 혼합물보다 경제적으로 유리함.

Ⅳ. SMA 혼합물 구성

1. 혼합물 특성

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2. SMA의 골재입도분포 특성비교

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3. 혼합물 구성

1) SMA포장은 아스팔트 자체의 성능보다 골재의 맞물림효과를 최대로하여 변형의 발생을 최소로 함.

2) 가능한한 많은 양의 아스팔트를 함유케하여 골재에 대한 아스팔트의 피복두께를 두껍게 함.

3) 아스팔트의 노화지연, 골재탈리나 균열 발생은 최소로 함.

4) 일반 혼합물에 비하여 아스팔트 함량이 크다.

5) 아스팔트함량이 높기 때문에 아스팔트가 흘러내려 골재가 탈리하거나 포장균열이 발생되는 것을 최소화 하기 위하여 천연섬유를 첨가함.

Ⅴ. SMA의 재료 및 혼합물 품질기준

1. 아스팔트

1) 침입도 등급 60～70의것을 사용

2. 골 재

항        목	시험방법	기    준	표층․중간층
․비중(표면건조)(g/cm3)	KSF 2503	2.5이상	2.45이상
․흡수량(%)	KSF 2503	2.0이하	3.0이하
․마모감량(%)	KSF 2508	30이하	35이하
․안정성 시험감량(%)	KSF 25074	(황산나트륨) 12이하	표층 12이하 기층 20이하
․아스팔트 피막 박리시    험에 의한 피복면적(%)	KSF 2355	95이상	95이상
․편평 및 세장편 함유량   (%)	※	20이하	표층 10이하 기층 20이하

3. 채움재

1) KSF 3501(포장용 채움재)에 적합

2) 사용시 충분히 건조된것이야 하며 덩어리 상태는 금함.

4. 섬유첨가재

1) 식물성 섬유(셀룰로스)에 일정량의 아스팔트를 첨가하여 낱알형태로 생산된 것 원칙

2) 섬유투입량은 혼합물 중량의 0.3%를 기준

3) 섬유투입량의 허용범위는 소요되는 섬유중량의 ＋10%이다.

5. 혼합물 품질기준

항        목	기    준	밀 입 도 (19m/m)
․아스팔트 함량(%) ․안정도(kg) ․공극률(%) ․골재간극률(%) ․포화도(%) ․드래인 다운 시험치(%)	6～7 500이상 4～6 17이상 75이상 0.3이하	O.A.C 500이상 3～7 - 65～85 -

Ⅵ. SMA의 혼합물 생산 및 시공

1. SMA 혼합물 샌산

1) 섬유소 첨가

① 섬유첨가재를 저장할 수 있는 적당한 건조 저장소가 준비되어야 함.

② 요구되는 양을 일정하게 공급할 수 있도록 장치가 되어 있어야 함.

③ Batch plant의 경우 낱알형태나 흐트러진 섬유가 골재 계량조나 plant Mixer(pug mill)속으로 자동 또는 인력으로 투입될 수 있도록 별도의 주입장치 또는 투입구를 마련하고 이를 통하여 투입한다.

④ 섬유의 투입은 골재 계량조나 혼합조에 가열된 골재가 채워지는 동안 이루어지도록 한다.

⑤ 적절한 마른 비빔시간은 골재와 섬유 첨가재가 충분히 섞일 수 있도록 설정한다.

⑥ plant에서의 마른 비빔시간은 일반 혼합물보다 5초 이상 증가시킨다.

2) 채움재의 취급

① 채움재를 저장할 수 있는 적당한 건조 저장소가 준비되어야 하며 요구되는 양을 일정하게 공급할 수 있도록 장치가 되어야 한다.

② SAM혼합물에 요구되는 비교적 많은 양의 채움재를 정확하게 계량 투입할 수 있도록 하여야 한다.

3) 혼합작업

① Mixer에 투입된 골재와 아스팔트의 온도는 규정된 것으로 하되 이 온도에서 ±10^oC의 범위를 넘어서는 안된다.

② Mixer에서 배출시 혼합물의 온도에서 ±15^oC의 범위내에 있어야 하며, 180^oC를 넘어서는 안된다.

③ Mixer에 투입할 때의 골재온도는 아스팔트 온도보다 10^oC이상 높아서는 안된다.

2. SMA 혼합물 시공

1) 포설

① 아스팔트 혼합물은 135^oC 이상에서 포설되어야 한다.

② 혼합물의 온도는 혼합물의 포설장비에 부설되기 직전의 트럭위에서 측정되어야 한다.

③ 혼합물은 설정된 등급과 포설에 따라 분산시켜 포설되어야 한다.

④ 포설온도는 다짐작업과 연속작업이 충분한 시간이 되도록 조정되어야 한다.

⑤ 규정된 온도보다 20^oC 이상 낮은 경우에는 그 혼합물은 폐기하여야 한다.

2) 다짐

① SAM 혼합물의 특성상, 표면은 즉각 다짐을 실시하여야 한다.

② 다짐은 최소 10톤 이상의 철륜로울러를 이용한다.

③ 다짐은 규정된 포장밀도가 확보되도록 설정되어야 한다.

④ Roller는 Finisher에 근접위치에서 50km/h가 초과되지 않은 속도로 1차 다짐을 한다.

⑤ Tire Roller는 사용하지 않는다.

⑥ 다짐은 Roller 자국이 없어지고 최소 규정밀도가 될때까지 계속한다.

⑦ Roller에 혼합물이 부착되는 것을 방지하기 위해 소량의 세제나 그와 유사한 승인된 재료로 혼합한 물로 철륜을 적셔주어야 한다.

⑧ 포장은 이론 최대밀도의 94% 이상 다져야 한다.

⑨ 1차 및 2차 다짐은 다음 기준에 의해 다지는 것을 원칙으로하여 시험포장 결과에 따라 다짐 방법을 변경할 수 있다.

   

구    분	장 비 명	다짐횟수	혼합물온도
1차 다짐	머캐덤(10t이상)	3회	130～140oC
2차 다짐	탠  덤(10t이상)	3회	110～130oC

⑩ 1차 다짐시 혼합물의 온도가 130^oC 이하로 내려간 경우는 전진하면서 1회에 한하여 50% 진동을 주며, 후진시 진동을 주지 않고 다진다.

Ⅶ. 결 론

1. SMA 포장은 1968년 독일에서 개발된 뒤 그 우수성이 인정되어 독일, 스웨덴등에 이공법이 적용되고 있으며 미국에서도 1990년 이 공법을 연방도로국 차원에서 도입하여 각주 정부에 보급하였다.

2. SMA 공법은 혼합물 평가시험인 휠트랙킹 시험(실제 포장체가 받는 교통하중을 모사한 시험)은 아스팔트 혼합물의 소성변형에 대한 저항성을 가장 잘 나타내는 값으로 동적안정도로 표현되는데, SMA 포장의 실용화 및 최적화 연구에서 휠트랙킹시험 실시결과 SMA 혼합물이 동일한 골재 최대 치수의 일반밀입도 혼합물에 비하여 동적안정도 값이 4～11배로 크게 평가되었다.

3. 국내에서도 그동안 한국도로공사에서 활발한 연구가 진행되어 현재는 경부고속도로 재포장 공사구간에 133km, 경인고속도로 확장공사구간 25km등 상당한 양의 SMA포장이 시공되고 있다.

[암살자]

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