3.3.3 상온 유화아스팔트 공법의 특징과 용도

  양이온(Cationic)계 유제는 시멘트와의 혼합용으로는 거의 사용되고 있지 않다. 그 이유는 시멘트와 접촉하면 단시간에 분리하는 경향이 강하여 가사시간의 확보와 작업성에 어려움이 있기 때문이다. 그러나, 골재와의 부착성이 우수하기 때문에 본 연구에서도 이 점을 중시해서 양이온(Cationic)계 유제를 사용하여 표층용 상온 유화아스팔트 혼합물의 성능을 향상시키기 위해 다음과 같은 몇가지 목표를 정하였다. 

  ① 혼합후, 1시간이상 소요의 작업성을 가져야 한다.

  ② 재료분리를 발생시키지 않아야 한다.

  ③ 골재에 충분한 아스팔트피막이 이루어져야 한다.

  ④ 골재 특히, 모래로 인한 박리가 없어야 한다. 

  ⑤ 혼합성이 좋고 기포가 적게 발생해야 한다.

  본 연구에서도 마찬가지로 상온 유화아스팔트는 재료투입순서의 검토, 혼합시험(퍼그밀믹서에 의한 혼합상태의 확인) 등으로 다음의 조건을 만족시켜야 한다. 

  ① 재료투입은 골재 → 유제 → 시멘트의 순으로 한다.

  ② 바인더의 첨가율은 14～16%로 한다.

  시멘트와 병용할 경우에는 혼합성을 중시해서 비이온(Nonion)계가 일반적으로 사용되고 있기 때문에 연구자들은 시멘트혼합용 비이온(Nonion)계 아스팔트유제 중 성질이 다른 3종류 즉, 일반용유제, 고농도유제, 고점도유제를 제 1차 재료로 선정하였다.

 지금까지 시멘트와의 혼합성을 중시해서 비이온(Nonion)계의 아스팔트유제를 사용하여 wet형 혼합물을 제작해 왔는데 표층·기층용 재료로서는 다음과 같은 문제점이 발생하였다.

  ① 비이온(Nonion)계 유제는 분해속도가 늦기 때문에 바인더량이 많게 되면 재료분리가 발생한다.

  ② 물·시멘트비에 따라 유동성(시공성)이 변하기 쉬워 관리범위가 좁다.

  ③ 전압시의 니딩에 의해 박리하기 쉽다.

  ④ 다짐한 혼합물은 휨성이 부족하다.

 2.1 상온 유화아스팔트 혼합물의 현황

 현재 도로포장에 사용되고 있는 아스팔트 혼합물은 대부분 가열 아스팔트 혼합물이다. 가열 아스팔트 혼합물은 시공이 끝난 후 온도가 낮아지면 즉시 공용될 수 있는등의 이점이 있는 반면 여름철 작업시에는 비능률적인 점과 시공시 아스팔트의 냄새, 또는 교통개방시 까지의 시간이 긴 점 등 미해결의 여러 가지 문제점을 가지고 있다. 또한 지구 전체의 환경에의 배려와 에너지 절약 면에서도 가열 아스팔트 혼합물보다 우수한 새로운 도로포장 재료가 검토되기 시작하였다. 따라서 문제해결에 공헌하는 재료로서의 가능성을 상온 유화아스팔트 혼합물에서 찾고자 일본과 미국 그리고 유럽을 대상으로문헌조사에 착수하였다.

  2.1.1 일본의 연구동향

  (1) 1950년대

  관동대지진후 1920년대 초반부터 간이포장에는 이미 유제가 사용되어 왔고 상온 혼합식 공법에도 유제가 사용되어 왔다. 당시 일본의 유제는 음이온(Anion)계 이었으며, 중앙혼합, 노상혼합 모두 음(-)이온 혼합용 유제를 사용하고 있었다. 중앙혼합의 혼합기는 대부분이 드럼믹서 이었으나 손비빔 또는 가열 아스팔트플랜트의 상온이용예도 있다. 노상혼합으로서는 1958년 유제 안정처리공법의 시공예를 들 수 있다. 이들 음이온계 혼합용 유제에 의한 공법은 유제의 분해가 늦은 점 등의 이유로 아무래도 좋은 결과가 얻어지지 않았다. 

  (2) 1950년대말 ~ 1960년대

  일본에 수입된 원유는 전후(戰後) 주로 미국산에서 중동산으로 바뀌어 아스팔트도 나프텐계에서 파라핀(Parafin)계로 바뀌고 이에 따라 1959년에 양이온(Cation)계 유제가 발명되었다. 이 발명이 유제의 새로운 용도개발로 연결되어 1961년의 양이온계 혼합용 유제의 개발을 거쳐 현재의 각종 유제의 생산이 되는 밑거름이 되었다. 양이온계 유제의 발명은 상온 혼합식 공법 발전에 크게 이바지 하는 계기가 되었다. 

  상온 혼합식 공법은 전후(戰後)의 실업대책 사업의 일환으로 증가하였다. 양이온계 유제의 발명에 의해 성장한 상온 혼합식 포장은 그 시공의 용이성에서 침투식 공법과 함께 증가하였다.

  초기의 상온 혼합식 포장에 대해서는 1962년의 보고문에서 미국제 양이온(Cation)계 유제를 사용한 예가 있다. 골재 배합도 미국의 시방에 따르고 바인더량의 결정은 간이포장요강에 나와있는 P식에 의해 개략치를 구하고 개략치의 전후 1~1.5%의 범위에서 Marshall법 또는 Hveem법으로 적정량을 구하고 있다.

  P식 = 0.06a + 0.12b + 0.2c

  P : 혼합물 중량에 대한 아스팔트유제의 중량백분율(%)

  a : No. 8체에 잔류하는 골재의 중량백분율(%)

  b : No. 8체를 통과하고 No.200체에 잔류하는 골재의 중량백분율(%)

  c : No.200체를 통과하는 골재의 중량백분율(%)

  시공은 가열 아스팔트플랜트의 상온시공에 의한 중앙혼합방식으로 피니셔 또는 인력포설로 시공하고 있다. 표층용으로 사용하였으나 시멘트 혼합은 아직 이루어지지 않은 상태였다. 유제 혼합물에 의한 공법은 사용하는 혼합용유제의 종류가 음이온(Anion)유제에서 양이온(Cation)유제로 옮겨지고 유제의 성상이 개선됨에 따라서 양호한 결과를 보이게 되었다. 그 요인으로서 그밖에 퍼그밀(Pugmill) 믹서의 보급과 연속식 믹서의 사용, 그리고 입도면에서도 밀입도에서 조립도에의 변화를 들 수 있다. 더욱이 유제 안정처리 기층의 배합설계법으로는 간이포장요강의 P식과 CBR의 병용과 마샬문제점도 지적되고 있다. [그림 2-1]은 일본의 아스팔트 유제의 출하량과 자동차 보유대수, 도로투자액을 정리한 것이다. 이것을 보면 1955년대부터 1970년까지 아스팔트 유제 출하량과 자동차 보유대수는 동일한 증가 경향을 보이고 있음을 알 수 있다. 그 후 1970년을 경계로 아스팔트 유제 출하량은 감소하였다. 그에 반하여 도로투자액과 자동차 보유대수는 급증하고 있다. 이것은 상온 혼합식 공법이 간이하여 매우 편리함에도 불구하고 자동차화(Motorization)의 흐름을 타는데 있어서 실제로 사용되지 않았다는 것을 보여준다. 유제 혼합물은 당시로서는 장기 안정성과 강도에 대하여 문제시되지 않았으나 교통개방까지의 양생시간이 길고 교통을 차단하여야 하는 문제점을 갖고 있다. 자동차 교통량의 증가에 의해 이러한 시간을 확보할 수 없게 된 것이 상온 혼합식공법이 쇠퇴하게 된 큰 요인으로 되었다.

  특히 동경도에서는 자동차 보유대수가 동경올림픽이 열린 1964년에는 100만대를 넘고, 약 5년후에 2배로 늘어나는 반면 간이포장의 시공면적은 이미 양이온(Cation)유제가 발명된 해인 1959년에 피크(Peak)에 도달하였으며 그 후에는 감소하고 있다.