1. 개요

휨 시험은 일본도로공단시험연구소와 일본개질아스팔트협회에서 1999년부터 3년간 공동연구를 실시하여 제안한 시험방법이다. 1999년 이전에는 개질 아스팔트 바인더 시험법으로 터프니스-테나시티 시험방법을 적용하였으나 배수성 아스팔트 바인더가 고점도로 변하면서 더 이상 터프니스-테나시티 시험 수행이 불가하게 되었다. 그래서 바인더 시험으로 휨 시험, 탄성회복률시험 및 DSR 시험을 실시하고 혼합물 시험은 칸타브로 시험과 휠 트래킹 시험을 실시하여 바인더 시험결과와 혼합물 시험결과를 비교분석 한 결과 다음과 같은 관계를 발견하였다. 고점도 아스팔트 바인더에 사용되는 폴리머양과 칸타브로 시험의 결과가 휨 시험결과와 높은 상관관계가 나타났고 휨 시험을 고점도 아스팔트 바인더의 시험방법으로 채택하게 되었다(아스팔트 질의응답, 2004). 휨 시험에서 도출되는 시험결과는 휨 에너지와 휨 스티프니스로 표시한다. [그림 1-1]은 휨 시험의 하중-변위 곡선을 나타낸 것이다.

 

① 휨 에너지(MPa)는 응력×변형으로 아스팔트 바인더의 휨 파괴에 필요한 에너지량을 의미한다. 휨 에너지가 클수록 휨 파괴에 대한 저항이 커지게 된다. 일본 개질아스팔트협회 기준에 따르면 –20℃에서 0.4MPa 이상을 요구하고 있다.

② 휨 스피트니스(MPa)는 최대하중에 도달하기까지의 응력과 변형의 비이다. 저온에서 아스팔트 바인더의 강성을 나타내는 지표이다. 변형율이 작을수록 휨 스티프니스는 큰 값을 나타내는데 변형율이 작으면 저온에서 변형이 조금 발생하여 취성파괴가 발생할 가능성이 있다. 따라서 휨 스티프니스는 값이 작을수록 바람직하다.

 

폴리머 양이 증가할수록 휨 에너지 및 터프니스는 증가하는 경향을 보이며 칸타브로 손실률은 폴리머 양과 휨 에너지가 증가할수록 감소한다. [그림 1-2]과 [그림 1-3]은 일본개질아스팔트협회에서 시험한 결과를 인용한 것이다(JMAA, 2007). 폴리머 양과 휨 에너지 그리고 칸타브로 손실률의 관계를 잘 나타내주고 있는 결과이다. 휨 시험을 이용하면 폴리머 양과 혼합물의 칸타브로 손실률과의 상관관계 예측이 가능하기 때문에 배수성 아스팔트 바인더의 특성 시험으로 사용되고 있다. 국내에서는 이 시험에 대한 많은 경험이 없고 시험장비 역시 제작이 되고 있지 않아서 시험 적용에 어려움을 겪고 있는 실정이다. 본 연구에서는 휨 시험을 실시하기 위하여 시험 장비를 국내 기술로 제작하고 시험을 실시한 결과 다양한 시험결과를 도출하였다. 일부 바인더는 휨 에너지와 휨 스티프니스 규정값을 통과하였으나 일부 바인더는 기준을 만족시키지 못하였다. 폴리머양이 많은 PG 82-34와 PG 82-28이 일본의 연구결과와 일치하지 않고 있어 향후 연구 및 시험이 필요한 것으로 나타났다.

 

 

2. 시험 방법

2.1 목적

최대 굽힘 응력과 최대 휨 변형을 측정하고 휨 에너지 및 휨 스티프니스 산출한다.

 

2.2 적용 범위

배수성 포장용 고점도 아스팔트 또는 한랭지용 고점도 개질 아스팔트의 성능평가에 적용한다.

 

2.3. 시험기구

[그림 2-1]은 휨 시험 장치의 구조를 나타낸 것이다. 길이 120mm × 폭 20mm × 두께 20mm의 바인더 공시체를 지점 간 길이 80mm로 지점 사이 중앙에 놓고, 용량 1~5kN의 로드셀이 장착된 시험장치로 재하속도 100mm/min으로 재하한다.

 

2.4 시험 방법

시험 방법은 KS F 2491에 서술되어 있으며 시험방법은 아래와 같다.

(1) 거푸집을 조립 후 시료의 접착을 예방하기 위해 거푸집 면에 실리콘 또는 구리스를 도포한다.

⑵ 아스팔트를 기포가 생기지 않도록 주의하면서 부어 넣는다. 1종류의 아스팔트에 대해 최소 3개의 공시체를 제작한다.

⑶ 실온에서 방치하여 식힌 후 형틀 윗부분의 시료 표면정리를 스페츄라 등을 이용하여 실시한다.

⑷ -5±0.5℃의 냉동고에 넣어 냉각시킨다.

⑸ 몰드를 탈형하여 시험온도(-20±1℃)로 양생시킨다.

⑹ 시험온도(-20±1℃)에서 재하속도 100mm/min으로 중앙부에 10kN 집중하중을 재하시킨다. 저온 항온조에서 시편을 꺼낸 후 온도변화가 최소가 되도록 시험종료까지 20초 이내로 제한하고 있다.

 

3. 시험 및 결과

휨 시험을 통해 하중-변위 곡선을 도식하여 최대 하중과 그때의 변위량을 구하고 식⑴ ~ 식⑷를 이용해 최대 휨 응력, 최대 휨 변형률, 휨 에너지와 그리고 휨 스티프니스를 계산한다.