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개질 및 특수 아스팔트 혼합물의 역학적 특성 연구 (6)

작성일 : 2022.09.01 10:50 수정일 : 2022.09.01 10:51

유럽에서는 밀입도, 개립도 및 쇄석 매트릭스(SMA) 혼합물에 광물질 섬유가 사용된다. 일반적으로 광물질 섬유는 천연 휘록암(輝綠岩, diabase)으로 높은 온도에서 제조된다. SMA에 광물질 섬유의 통상적인 사용량은 전체 혼합물 중량에 대하여 0.4%이다. 섬유의 최대길이 6mm의 것이 일반적으로 SMA에 사용된다. 광물질 섬유는 포대에 넣어서나 벌크로 공급된다. 배치식이나 드럼식 플랜트에 벌크상태의 섬유를 계량 투입하는 방법이나 장치가 개발되어 활용할 수 있다. 
유럽에서 SMA에 유출문제를 일으키지 않고 아스팔트량을 증가시키는 기본 목적으로 셀룰로스(cellulose) 섬유가 널리 사용된다. 미국에서 많은 SMA 현장시험에 이들 섬유를 사용해 왔다. 일반적으로 섬유의 최대길이 6mm의 것이 사용된다. 섬유의 약 70%가 0.15mm(No.100)체를 통과한다. SMA에 셀룰로스 섬유의 사용량은 전체 혼합물에 대한 중량비로 보통 0.3%이다. 셀룰로스 섬유는 포대에 넣어서나 벌크로 공급된다. 배치식이나 드럼식 플랜트에 벌크상태의 섬유를 계량 투입하는 방법이나 장치가 개발되어 활용할 수 있다.

2.3.5 산화제 (oxidant) 

때때로 강도를 높히기 위하여 아스팔트 혼합물의 강성(剛性, stiffness)을 증가시키고자 할 경우가 있다. 샌드 아스팔트(sand-asphalt)와 같은 안정도가 낮은 혼합물에 해당한다. 초기에는 단단한 아스팔트 시멘트를 사용하여 해결책을 찾았다. 그러나 이러한 해결책은 장기 공용성을 줄일 수 있다. 
다른 해결책은 아스팔트 혼합물을 포장에 포설한 후 아스팔트 시멘트 바인더를 굳게 하는 산화촉매제(oxidation catalyst)를 사용하는 것이다. 망간 화합물을 함유하는 오일과 같은 액체가 1980년대에 미국 전역에서 현장시험에 사용되었다. 일반적인 사용량은 바인더의 중량에 대하여 1~4%이다. 어떤 기관에서는 정상적으로 사용되는 아스팔트 시멘트보다 더 연한 등급의 것을 선택하여 사용하였다(예컨데, AC-20 대신에 AC-10). 초기에 이 개질재는 아스팔트 시멘트의 25℃, 60℃ 및 135℃ 점도를 낮게 한다. 경우에 따라 이렇게 연하게 되는 것은 포장에 중(重)교통의 조기 통행을 저해할 수도 있다. 개질된 바인더의 점성은 수 주간동안 공기에 노출되면서 계속 증가한다. 아스팔트 혼합물은 이러한 “양생” 기간을 거쳐 분명하게 단단해진다. 
미국에서의 초기 현장시험에서는 조기에 온도균열이 발생할 정도로 과도하게 단단해지는 현상이 나타났다. 나중의 공식화와 연한 아스팔트 시멘트의 사용으로 이러한 문제는 감소되었다. 이러한 개질재의 사용은 현재는 널리 시행되지 않는다. 이 개질재는 표층보다 기층에 사용하는 것이 적합할 것 같다. 

2.3.6 산화방지제

아스팔트 시멘트는 아스팔트 혼합물의 제조와 시공 및 뒤따르는 공용기간을 통하여 산화되고 경화되어 간다. 납이나 다른 화합물로 이루어지는 산화방지 첨가제는 아스팔트 혼합물의 산화경화를 줄이므로써 혼합물의 내구성을 크게 할 수 있다. 아스팔트 혼합물에 대한 산화방지 첨가제의 사용경험은 한정된 것이어서 활용지침을 구할 수 없다. 대부분의 연구사업이 시험실에서 이루어진 것이어서 적절한 현장경험이나 확인된 것이 없다. 실코트에 사용된 바인더의 산화경화를 지연시키기 위하여 오스트렐리아에서 수행된 현장시공이 약간 있다. 아스팔트 혼합물을 제조하는 동안 아스팔트의 단기노화가 산화방지제의 사용으로 줄었기 때문에 포설과 다짐작업을 하는 동안 연한 혼합물이 되는 문제점이 있을 수 있다. 

2.3.7 탄화수소(hydrocarbon)

특정한 공사용으로 원하는 아스팔트 시멘트의 성질(예, 점도, 침입도 및 신도)을 언제나 얻을 수 있는 것은 아니다. 그러나 활용할 수 있는 아스팔트 시멘트의 개질은 더 연하거나 더 단단한 탄화수소 재료를 첨가하므로써 가능하다. 예컨데, 회수된 아스팔트 포장(RAP)에 들어있는 노화된 아스팔트 바인더는 재생첨가제를 사용함으로써 연하게 하거나 재생시킬 필요가 있다. 반대로, 교차로나 요금징수소 근처와 같이 높은 응력을 받는 지역에 혼합물을 사용할 때, 아스팔트 시멘트는 경화첨가제로 경화시킬 필요가 있다. 탄화수소 재료로 이루어지는 재생첨가제와 경화첨가제에 대하여 아래에 기술한다.
재생첨가제(再生添加劑, recycling agent) 탄화수소 재료 역시 재생첨가제(rejuvenating agent), 연화첨가제(softening agent) 및 재생개질재와 관련이 있다. 그의 기본 목적은 노화된 아스팔트 시멘트를 최근의 아스팔트 시멘트 시방기준으로 회복시키는 것이다. 대부분의 나라에서 상대적으로 낮은 점도를 가진 “연한 아스팔트 시멘트”가 재생첨가제로써 전용적으로 사용된다. 그러나, 특히 미국 서부 몇몇 주에서는 연화첨가제나 재생첨가제의 사용을 허용하고 있다. 연화첨가제는 노화된 아스팔트 시멘트의 점도를 낮게 한다. 재생첨가제는 노화된 아스팔트 시멘트의 물리적, 화학적 성질을 신규 아스팔트 시멘트의 성질로 회복시켜준다. 다음에 연화첨가제와 재생첨가제의 몇 가지 예를 보인다.

1. 연화첨가제 
① 아스팔트 플럭스 오일(flux oil) (점도를 줄이기 위하여 일반적으로 아스팔트 시멘트에 혼합) 
② 루브 스탁(lube stock) (윤활유와 유사한 점도를 가지는 원유의 한 분류(分溜))
③ 윤활유 또는 크랭크실 오일(crankcase oil) (보통 높은 지방족 화합물) 
④ 슬러리 오일(slurry oil). 석유정제의 접촉분해 과정에서 나오는 이러한 찌꺼기의 사용은 인체 유해성 때문에 권장되지 않는다. 

2. 재생첨가제 
① 윤활유 추출물 (솔벤트 추출에 의하여 루브 스탁에서 제거된 높은 나프텐기나 방향족 화합물의 분류) 
② 증량 오일 (주로 아스팔트-고무 혼합의 증량에 사용되는 루브 스탁에서 얻는 방향족 화합물 오일) 

60℃점도에 근거한 재생첨가제의 원하는 등급을 규정하기 위해서는 ASTM D 4552(가열 혼합 재생첨가제용 표준 시공법)를 적용한다. 이 기준은 안전을 위해서 모든 등급에 대하여 인화점을 218℃ 이상으로 규정하고 있다. 원 아스팔트 시멘트를 박막 가열시험과 회전박막 가열시험을 실시하였을 때, 점도비 3 이하와 중량변화율 3 또는 4% 이하로 규정하는 것은 아스팔트 플랜트에서나 포장체로부터 빠르게 증발하는 가벼운 재료를 제외하려고 하는 것이다. 
대부분의 재생첨가제는 실온에서 점성이 있는 액체이다. 가열혼합 재생을 위해 아스팔트 플랜트에 저장탱크, 펌프 및 정확한 계량장치가 필요하다. 아스팔트 시멘트를 사용하지 않고 재생첨가제 단독으로 사용하는 경우는 분리된 주입 파이프가 필요하다. 사용량에 있어 약간의 변동은 아스팔트 혼합물의 특성이나 공용성에 큰 변동을 일으킬 수 있으므로 주의 깊은 재생첨가제의 사용량 관리가 필요하다. 적절한 재생첨가제를 채택하였을 때 재생된 아스팔트 혼합물의 구조적인 특성은 일반적으로 만족하다.
경화첨가제(hardening agent) 앞에서 기술한 바와 같이 탄화수소 경화첨가제는 때로는 높은 응력을 받는 장소와 같은 특정 용도에 사용하는 원 아스팔트 시멘트의 물리적인 특성을 개질하는 데 사용된다. 다음과 같은 경화첨가제가 있다.