1. 서론

  상온 유화 아스팔트는 아직 국내에서는 생소한 아스팔트 공법이다. 국내의 아스팔트 산업이 가열 아스팔트 산업이 주류를 이루고 있으며 가열 아스팔트를 중심으로 오랜동안 도로포장용으로 사용되어 왔다. 최근 이산화탄소 배출감소, 새로운 아스팔트 공업의 개발이 활발해 짐에 따라 상온 아스팔트 공법이 새로이 주목을 받고 있다. 상온 아스팔트 공법은 이미 유럽, 미국 및 일본에서는 약 30여년부터 도로포장에 사용하고 있으며 관련 재료 생산도 매우 다양한 실정이다. 프랑스, 영국, 노르웨이, 스페인의 경우에는 상온 유화 아스팔트를 고속도로에 이미 20년 전부터 적용하였으며 미국은 국도포장의 경우 상온 유화아스팔트로 시공되어 있는 것을 조사되었다. 

 그러나, 우라 나라의 경우 유독히 가열아스팔트 공법이 유행하고 있는 실정이다. 이는 여러 가지 이유가 있지만 1) 아스팔트 공법이   

아스팔트혼합물을 공급하유화아스팔트는 분산용매가 물이기 때문에 젖은 골재에도 사용 가능하고 화재의 위험성이 없는 등의 장점이 있으며, 유화아스팔트가 골재와 접촉할 때 유화상태가 파괴되어 아스팔트는 전기적인 결합으로 골재에 접착되고 수분은 증발하게 된다. 유화아스팔트는 표면처리, 택코팅, 골재혼합 등의 용도로 도로포장에 사용된다. 아스팔트유제는 유화입자의 대전된 상태에 따라 양이온(Cationic)계 유제, 음이온(Anionic)계 유제, 비이온(Nonionic)계 유제로 분류된다. 양이온 유제는 ASTM D9787에 기술되어 있는것으로 전기적으로는 (+)가 부하된 입자들을 가지고 있고, 음이온 유제는 ASTM D2397에 기술되어 있는 것으로 전기적으로는 (-)가 부하된 입자들을 가지고 있다. 그리고 비이온 유제는 ASTM D9787에 기술되어 있으며 이온의 성질이 없는 유제로 전기적으로는 중성이다. ASTM 규정은 유화아스팔트를 4가지의 주요한 형태로 규정하고 있다. 급속경화, 중속경화, 저속경화 그리고 강한 부유성을 가진 유화아스팔트이다. 아스팔트 시멘트는 모든 유화아스팔트에서 가장 기본이 되는 물질이다.  아스팔트 시멘트는 유화아스팔트 총 중량의 2/3를 차지한다. 물은 소량의 유화제와 함께 남아 있게 된다. 물이 증발했을 때 아스팔트는 접착과 방수기능을 한다. 유화제는 아스팔트 입자들이 분산상태를 유지하도록 하기 위해 유화시스템에 포함된다. [그림 3-1]은 유화아스팔트 생성과정을 도식화한 것이다.

  3.2 아스팔트 유제의 개념 및 성상

  본 연구에 사용된 아스팔트 유제는 2종류이다. 음이온 유제로는 하이플롯트 유제를 사용하였고, 양이온 유제로는 중속경화 유제를 사용하였다. 

  3.2.1 하이플롯(High Float) 유제란 ?

  하이플롯트 에멀젼은  아스팔트를 개질시키고 그 자체의 특성을 개선시키기 위해서 유화과정을 기본으로 하고 있다. 아스팔트의 이런 과정은 온도의 민감성을 적게 만들어주고 고온과 저온에서 성질을 개선시키고 높은 침입도를 가지며, 흐름 저항성을 개선시켜준다.                          

  3.2.2 하이플롯트 유제의 성상

  하이플롯트(High float)타입의 HFMS를 가리키는 4등급의 하이플롯트 중속 응결 음이온 에멀젼이 ASTM 시방서에 추가되었다. 이러한 등급은 주로 상온 및 가열 플랜트 혼합물, 조골재 실 코트, 포장용 혼합물에 사용된다. 하이플롯트 에멀젼은 플러싱 위험없이 보다 두꺼운 막코팅이 가능하다는 특수한 성질을 가지고 있다. 순간 응결형(Quick-set type)의 에멀젼(QS)은 슬러리 실을 위해 개발되었다. 순간 응결형(QS)의 사용은 빠르게 늘고 있는데 그 이유는 고유한 순간 응결 성질이 슬러리 실의 사용과 관련된 주요한 문제중 하나를 해결해주기 때문이다. 순간 응결형 에멀젼용 표준시방서는 개발중에있고 그 외에 일부 에멀젼은 아스팔트, 보통 컷백 아스팔트를 유화(water-dispersed)하여 제조된다. 

  3.2.3 아스팔트 유제의 성상

  유화아스팔트는 양이온유제, 음이온유제 그리고 비이온계 유제의 3가지 종류로 나눌 수 있다. 먼저 양이온 유제와 음이온 유제는 일반적으로 도로포장에 사용되는 유화제로써 분류 형태는 아스팔트 입자를 둘러싸고 있는 전하(電荷)를 가르킨다. 이러한 분류 체계는 기본적인 전기 법칙중 하나로 “같은전하는 서로 밀어내고 다른 전하는 서로 끌어당긴다.”라는 이론에 기초한다. 양이온이나 음이온을 액체속에 넣고 전류를 통하게 하면, 양이온은 양(+)의 전하를 띠고 음이온은 음(-)의 전하를 띠게된다. 만약 음(-)의 전하를 띠는 아스팔트 입자를 포함하는 에멀죤에 전류를 통하게 하면 그 입자들은 양극으로 이동할 것이다. 따라서 이러한 형태의 에멀죤은 음이온이라고 명명할 수 있다. 반대로 양(+)의 전하를 띤 아스팔트 입자는 음극으로 이동할 것이다. 그때의 에멀죤은 양이온이라고 할 수 있다. 비이온계 에멀죤에서 아스팔트 입자는 중성을 띠는 것으로 양극이나 음극 어느 극으로도 이동하지 않을 것이다. 

  유화아스팔트가 어떻게 하면 좀더 빠르게 아스팔트 시멘트로 되돌아가는가에 따라 에멀죤을 더 상세히 분류할 수 있다. 이러한 분류 체계를 단순화하고 표준화하기 위해 RS, MS, SS라는 용어가 채택되었다. 이 용어들은 단지 상대적인 용어들로서 ‘급속 응결(Rapid-Setting)', 중속 응결(Medium-Setting)', 그리고 ’완속 응결(Slow-Setting)'을 의미한다. 유착의 경향은 에멀죤의 혼합과 밀접히 관련되어 있다. 급속 응결 에멀죤은 골재와의 혼합 능력이 전혀 없고, 중속 응결 에멀죤은 세골재를 제외한 조골재와 주로 혼합되고, 완속 응결 에멀죤은 주로 세골재와 혼합이 이루어진다. 이개념을 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

  급속 응결(Rapid Setting)은 골재와 빠르게 반응하고 빠르게 유착되도록 설계된다. 급속 응결(RS)이나 양이온계 급속응결(CRS) 등급들은 상대적으로 두꺼운 막을 형성한다. RS와 CRS 등급의 시공방법은 칩 실(Chip Seal), 샌드 실(Sand Seal), 표면처리 그리고 아스팔트 머캐덤 포장에 사용한다. 급속 응결형은 배수를 막도록 높은 점성을 갖는다.

  중속 응결(Medium Setting)은 굵은 골재와 혼합하여 사용토록 설계되었다. 중속 응결형은 골재와 접촉하더라도 바로 분리되지 않기 때문에 중속응결형을 사용한 혼합물은 몇분동안 작업할 수 있는 상태로 남아 있게 된다. 종종 석유 종류의 용매를 몇 퍼센트 포함시켜 워커빌리티를 향상시킨다. 이 등급은 고정식 혼합 플랜트에서 뿐만아니라 이동식 플랜트에서도 사용된다. CMS(Cationic Medium Setting) 등급은 배수를 막도록 큰 점성을 갖는다. 

  저속 응결(Slow Setting)은 최대한 안정된 혼합이 되도록 설계된다. 이 등급들은 많은 밀입분과 조밀한 골재를 사용한다. SS와 CSS 등급은 조밀한 골재와 양호한 혼합이 되도록 긴 작업시간을 제공한다. 모든 저속응결은 점성이 작은데, 점성은 물을 가하여 더욱 감소시킬 수 있다. 이러한 등급들은 희석 했을 때 택코트(Tack Coat), 포그 실(Fog Seal), 그리고 먼지 완화를 위해 사용될 수 있다. 유화아스팔트의 저속 응결형은 아스팔트 입자들의 유착이 전적으로 물의 증발에 의해 좌우된다.