2011년도 설계실무자료집 - 포장공

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6-4 아스팔트 공용성 등급 적용 기준 검토 도로시험팀-826(2011. 5. 11)

I 현 황

1. 목 적

○ 최근 침입도 규격의 변경과 원유 정제기술의 고도화, 다양한 개질 아스

팔트의 출현 등의 다양한 외적 품질 변동요인이 발생되고 있음.

○ 따라서 외적 요인에 의한 아스팔트의 품질 저하를 방지하기 위하여 아스

팔트의 관리를 개선하고자 함.

2. 추진경위

가. KS F에 공용성 등급(Performance Grade : PG)의 도입 (2005)

나. 개질아스팔트 설계 적용 방안 통보 (도로관리처-3226, 2008. 9)

다. 공용성 등급 결정요령 작성 필요 (감사실-2121, 2008. 12)

라. 개질아스팔트 공용성 등급 결정 및 설계적용방안 통보

(도로처-106, 2009. 1)

II 문제점

1. 침입도 규격의 문제점

◦ 아스팔트는 고온에서는 연성을, 저온에서는 강성을 나타냄.

◦ 아스팔트는 종류에 따라 온도의 민감성이 다르게 나타남.

◦ 침입도는 25℃의 온도에서만 물성을 측정하므로 그림 1과 같이 고온

및 저온 물성을 평가할 수 없음.

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온 도 (℃)

그림 1. 아스팔트의 온도 민감도

2. 침입도 기준의 완화

- KS기준(KS M 2201) 개정으로 국내에서 대부분 적용되고 있는

아스팔트(일명 AP-5)의 침입도가 높아져 아스팔트가 연화됨.

․ 침입도 60-70 → 60-80

 

구 분	당 초	개 정	비 고
침입도	60-70 70-85 85-100	60-80 - 80-100	AP-5 삭제 AP-3

 

 

표 1. 침입도 규격의 개정 내용

3. 국내 아스팔트의 관리 실태

o 국내의 각 정유사에서 생산되는 7종의 아스팔트(침입도 60-80)에 대한

공용성 등급 시험 결과, 그림 2에서 25%가 PG 64-22를 만족하지 못하

는 것으로 나타났음.

PG 58-22

25%

PG 64-22

75%

그림 2. 공용성 등급 시험결과

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4. 아스팔트 개질재의 다양화

o 최근 다양한 종류의 아스팔트 출현으로 관리가 어려워짐.

o 개질 아스팔트를 보다 과학적인 규격으로 관리될 필요가 있음.

III 개선방안

1. 아스팔트의 규격 관리 개선

o 침입도 규격은 아스팔트의 고온 및 저온에서의 물성 평가가 불가능하

므로 공용성 등급으로의 규격 전환이 필요

o 아스팔트의 규격 관리를 침입도 규격(KS M 2201)에서 공용성 등급

(KS F 2389)으로 개선

2. 공용성 등급의 적용

o 공용성 등급은 과거 20년 이상의 기간 동안 7일간 평균 최고포장 온

도와 최저 포장온도를 토대로 결정하며, 국내의 지역별 공용성 등급 분

포는 그림 3과 같음.

예) PG 64-22에서 64는 고온등급을 의미하며, -22는 저온등급을 의미함.

(a) 고온 등급 (b) 저온 등급

그림 3. 국내 지역별 공용성 등급 분포

o 그림 3에서 고온 등급은 58이 가장 많고, 저온 등급은 -16이 가장 많

은 것으로 나타나서 국내의 대표적인 공용성 등급은 PG 58-16으로 정

의할 수 있음.

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o 국내에서 생산되는 아스팔트의 공용성 등급을 분석한 결과, 표 2와 같

으며, 국내 기후조건의 대표적인 고온등급인 58과 저온등급인 -16을

모두 만족함.

표 2. 국내 아스팔트의 침입도 규격과 공용성 등급

 

침입도 규격	공용성 등급
침입도 60-80	PG 64-22
침입도 80-100	PG 58-22

 

 

o 기후조건을 고려하여 결정된 공용성 등급은 교통하중 및 평균 통행속

도에 따라 공용성 등급을 조정하도록 되어 있음.

- 교통하중이 3×107 ESAL 이상일 경우 1등급 상향

- 평균 통행속도가 20~70km/hr인 경우 1등급 상향

- 평균 통행속도가 20km/hr 미만인 경우 2등급 상향

표 3. 차량의 통행속도와 교통량을 고려한 바인더 등급 조정

 

설계 ESAL1) (100만)	교통하중비율에 의한 바인더 PG등급 조정5)
	Stand2)	Slow3)	Standard4)
0.3미만	*
0.3이상 3미만	2	1
3이상 10미만	2	1
10이상 30미만	2	1	*6)
30이상	2	1	1

 

 

[주] 1) 설계 ESAL은 20년동안 예상되는 교통량이다.

2) Stand 교통은 평균교통속도 20km/h 이하

3) Slow 교통은 평균교통속도 20～70km/h의 범위

4) Standard 교통은 평균교통속도 70km/h 이상

5) 지시되는 숫자만큼 상향의 등급(1등급은 6℃임)인 높은 온도등급으로 증가시켜야

함, 여기서 저온으로의 조정은 안됨

6) 높은 온도등급으로 상향 조정하는 것을 고려하여야 함.

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o 평균 통행속도 측정이 불가능할 경우에는 서비스 수준에 해당하는 일

교통량을 표 4와 같이 판단함.

표 4. 서비스 수준에서의 양방향 교통량(대/일)

 

서비스 수준	4차로	6차로	8차로
B	38,300 미만	57,500 미만	76,700 미만
C	38,300~52,000미만	57,500~78,000미만	76,700~104,000미만
D	52,000~68,200미만	78,000~102,300미만	104,000~136,500미만
E	68,200~85,300미만	102,300~127,900미만	136,500~170,600미만
F	85,300 이상	127,900 이상	170,600 이상

 

 

※ 서비스 수준은 공용 개시 후의 교통특성을 의미한다.

o 표 4에서 통행속도 개념의 서비스 수준을 구하고 중차량 특성의 교통

하중을 고려하여 표 5와 같이 교통하중 등급을 정함.

 

서비스 수준 일방향 차로당 교통하중	교통 하중 등급
	A, B, C, D 수준	E 수준	F 수준
3×107 ESAL 이상 (4,100 ESAL 이상)	Ⅲ	Ⅱ	Ⅰ
3×107 ESAL 미만 (4,100 ESAL 미만)	Ⅳ	Ⅲ	Ⅱ

 

 

표 5. 교통하중 등급

* 교통하중은 20년 공용기간 동안의 8.2톤 누적 등가단축 환산 하중으로써 ( )안은 일 환산

하중이며, 유지관리 공사에 적용한다.

o 표 5에서 교통하중 등급이 정해지면 교통하중 등급에 맞는 아스팔트

의 공용성 등급을 표 6에서 결정함.

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교통하중 등급	공용성 등급
Ⅰ	PG 76-22 이상
Ⅱ	PG 70-22 이상
Ⅲ	PG 64-22 이상
Ⅳ	PG 58-22 이상

표 6. 공용성 등급 적용기준

※ 계산 예 (기흥-수원)

① 양방향 교통량 : 171,262대/일 → F 수준 (표 4)

② 일방향 환산 등가단축하중(ESAL)

③ 차로당 ESAL로 환산 :  ×   

☞ 차로배분계수 : 4차로 80~100%, 6차로 60~80%, 8차로 50~75%

 

표 7. 일 ESAL 계산 사례

 

차 종		일방향 교통량 (대/일)	축하중계수	일 ESAL
승용차	1종	65,420	0.0001	7
버스	2종	5,143	1.301	5,302
소형 화물차	3종	8,835	0.013	115
	4종	7,895	0.752	5,937
중형 화물차	5종	1,724	1.434	2,472
	6종	658		944
	7종	468		671
대형 화물차	8종	258	1.957	505
	9종	36		70
	10종	614		1202
	11종	33		65
	12종	58		114
계	-	91,142	-	17,403

 

 

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④ 표 7에서 일 ESAL은 17,403ESAL로 나타났고, 차로당 교통하중으로 환산하면

8,701ESAL로써 4,100ESAL을 넘으며, 서비스 수준은 F수준이므로 표 5에서

교통하중 등급은 Ⅰ등급에 해당되어 아스팔트의 공용성 등급은 PG 76-22를

적용함.

o 현재 공용중인 노선의 교통하중 등급을 계산하면 표 8과 같음.

 

노 선	구 간	차로	서비스 수준	양방향 일교통량 (대/일)	일방향 차로당 ESAL	교통하중 등급
경부선	기흥- 수원	8	F	171,262	8,701	Ⅰ
	구서-양산JCT	6	C	59,917	3,957	Ⅳ
	영동-금강	4	C	48,922	10,620	Ⅲ
	비룡JCT-대전	6	D	81,943	7,470	Ⅲ
	청원-남이JCT	8	D	123,691	9,103	Ⅱ
남해선	서마산-동마산JCT	4	D	61,713	3,922	Ⅲ
	진례-냉정JCT	8	D	111,928	8,079	Ⅳ
서해안선	서산-당진 JCT	4	C	43,212	4,113	Ⅲ
	안산JCT-조남JCT	6	F	176,067	6,974	Ⅰ
호남선	동광주-용봉	4	D	66,527	3,577	Ⅳ
중부선	판암-비룡JCT	4	C	41,776	5,052	Ⅲ
	광주-산곡JCT	4	D	66,766	6,263	Ⅲ
중부내륙선	감곡-여주JCT	4	C	40,100	7,601	Ⅲ
영동선	서창JCT-월곳	6	F	156,866	12,960	Ⅰ
	동수원-신갈JCT	8	D	134,401	8,813	Ⅲ
	용인-양지	4	E	81,001	10,488	Ⅱ
서울외곽선	송내-장수	8	F	244,048	6,729	Ⅰ
경인선	가좌-서인천	6	F	175,353	6,960	Ⅰ
	부천-신월	8	D	136,150	3,415	Ⅳ

 

 

표 8. 공용중인 구간의 교통하중 등급 계산 사례

2011년도 설계실무자료집 - 포장공

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o 표 8에서 공용중인 노선의 교통하중 등급의 분포는 그림 4와 같음.

Ⅰ등급

26%

Ⅱ등급

11%

Ⅲ등급

42%

Ⅳ등급

21%

그림 4. 교통하중 등급 분포

IV 적용기준

1. 고속도로 신설 및 유지관리 시 아스팔트의 적용

o 아스팔트의 관리 규격은 공용성 등급(KS F 2389)을 적용

o 표층에 적용되는 아스팔트는 표 6을 적용

o 중간층 및 기층에 적용되는 아스팔트는 PG 64-22를 적용

2. 고속도로공사 전문시방서 개정

o 13-2 역청재의 “2.4 도로포장용 아스팔트 ” 일부 개정

- 개정 내용 : 아스팔트 선정 시 공용성 등급을 적용

 

당 초	개 정
13-2 역청재 2. 재료 2.4 도로포장용 아스팔트 ......도로포장용 아스팔트 분류방법에는 침입도에 의한 방법과 점도에 의한 방법이 있으나 우리나라는 침입도 분류방법을 적용하고 있다.	13-2 역청재 2. 재료 2.4 도로포장용 아스팔트 ......도로포장용 아스팔트 분류방법에는 침입도에 의한 방법과 점도에 의한 방법, 공용성 등급에 의한 방법이 있으며, 아스팔트 선정 시에는 공용성 등급을 적용한다.

 

 

2011년도 설계실무자료집 - 포장공

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3. 아스팔트 선정 및 생산

o 아스팔트는 공급원 선정 시 공용성 등급 시험(KS F 2389)을 실시하여 PG

규격 확인

o 개질아스팔트 생산 시 균일한 품질확보를 위하여 프리 믹스 방식을

원칙으로 하며, 플랜트 믹스 방식일 경우 개질재의 정확한 투입량을

확인할 수 있도록 조치

※ 프리 믹스 방식 : 개질재가 첨가된 아스팔트

플랜트 믹스 방식 : 개질재를 플랜트 믹서에서 아스팔트와 혼합

4. 용어 표기

o PSMA, PMA 등은 고유 제품으로 인식할 수 있으므로 "아스팔트 혼합물

(PG XX-YY)"로 표기

"예" PMA → WC-3 (PG 76-22)

PSMA 13mm → SMA 13mm (PG 76-22)