배수성 아스팔트 포장에 사용되는 고점도 아스팔트 바인더는 점도가 매우 높아서 우리나라와 같이 겨울철이 있는 나라에서는 영하의 저온 성능의 확보가 중요한 사항 중에 하나이다. 점도를 높이기 위해 고온 특성을 높일 경우 저온 특성이 낮아지기 때문에 고온과 저온의 조화로운 배분이 요청된다. 최근 배수성 포장의 관심이 고조되면서 고점도 아스팔트 바인더가 새로이 생산되고 있는데 저온 특성에 대한 세심한 실험과 분석이 없이 점도를 높이기 위해 고분자 첨가제의 함량을 높일 경우 저온 특성이 낮아지게 되어 배수성 아스팔트 포장에서 겨울철 파손이 심화되는 문제가 발생된다. 본고는 플랜트 실무자와 제조자들이 공용성이 우수한 배수성 포장을 확보하고 고점도 아스팔트의 저온 특성에 대한 이해를 제공하기 위하여 프라스 취하점시험과 휨강도 시험에 대하여 소개하고자 한다.  

1) 프라스 취하점 시험

프라스 취하점 시험 (Fraass Breaking Point Test)은 저온 (-30℃ 이하)에서 아스팔트의 저온 저항성을 평가하는 시험 방법이다. 굵은 골재가 다량(70% 이상)으로 함유되어 있는 배수성 아스팔트 포장은 겨울철 아스팔트 바인더의 경화가 발생하여 골재가 아스팔트 바인더로부터 탈리가 발생할 경우 배수성 포장의 파손을 가속시키기 때문에 아스팔트 바인더의 저온 특성을 측정하고 있다. 이 시험은 BS EN 12593 'Bitumen and bitumininous binders-Determination of the Fraass breaking point에 따라 시험을 한다. 

<사진 1>은 프라스 취하점 측정 시험장비의 사진을 보인 것이다. 이 시험의 시편은 0.15mm 두께의 가로 20mm x 세로 41mm 금속판에 0.5mm 두께로 도포한 아스팔트 판을 반복적으로 10회 휨력을 가하면서 1분에 1℃의 비율로 온도를 냉각시켜 금속판 위에 도포된 아스팔트에 균열이 발생하는 온도를 취하점으로 결정한다. 일반적으로 취하점이 낮은 아스팔트일수록 저온에서 저항성이 우수한 아스팔트 바인더로 평가한다. <그림 1>은 배수성 아스팔트의 프라스 취하점 시험결과를 보인 것이다. 일반아스팔트인 PG 64-22의 프라스 취하점은 9℃로 측정되었다. PG 76-22를 제외하고, 대부분의 배수성 아스팔트가 –12℃ 이상인 것으로 나타났다. 특히 SHFC, SHH로 표기된 일본의 한랭지역, 중교통량용 배수성 아스팔트의 취하점이 낮았다. 일반적으로 SBS 첨가제의 투입비율이 통상 10% 이상일 경우 저온에서 균열 발생이 작게 나타나는 것으로 파악되었다.

2) 휨 시험

휨 시험은 일본개질아스팔트협회(2002)에서 배수성 아스팔트 바인더의 평가를 위하여 처음으로 제시되었으며 KS F 2491에 수록되어 있는 시험이다. 이후 일본고속도로공단인 NEXCO에서 이 시험을 발전시키고 일반지역과 한냉지역의 휨 에너지와 휨 강성에 대한 기준치를 설정하여 운영하고 있다. 이 시험의 배경은 칸타브로 시험 결과와 상관관계를 갖고 있는 것으로 알려져 있다. 겨울철의 저온에서 포장도로에 작용하는 하중에 대한 아스팔트의 휨 저항성을 평가하는 시험이다. <사진 2>는 휨 시험 장비 및 수행 장면을 보인 것이다. 대부분의 배수성 아스팔트는 영구변형에 대한 저항성이 우수하기 때문에 이러한 저항성이 저온균열과 피로균열에 취약할 수 있어 휨 굴곡시험 장비를 사용하여 길이 120mm 폭 20mm 두께 20mm 빔으로 제작된 아스팔트 시편을 시험을 하고자 하는 온도에서 양생 후 재하시험기에 설치한 후 100mm/min의 재하속도로 시편에 하중을 재하하고 최대하중이 나타날 때까지 하며, 변위와 하중을 기록한다. 휨 시험에서는 아스팔트 시편에 최대 하중이 가해 질 때 최대 휨 응력과 최대 휨 변형율을 계산하여 식 (1) 휨 스티프니스값과 식 (2) 휨 에너지값을 배수성 아스팔트의 저온균열을 평가하는데 사용한다. 변형율이 작을수록 휨 스티프니스는 큰 값을 나타내는데 변형율이 작으면 저온에서 변형이 조금 발생하여 취성파괴가 발생할 가능성이 있다. <그림 2> ~ <그림 5>는 -5℃, -10℃, -15℃, -20℃에서 측정한 배수성 아스팔트의 휨 스티프니스 값과 휨 에너지 값을 각각 비교한 것이다. 일반 AP-5 바인더와 비교할 경우 개질제(SBS) 첨가비율을 증가시킬수록 휨 스티프니스는 감소하고 휨 에너지는 증가하는 것을 확인하였다. 또한 온도가 감소할수록 시료의 파단이 많이 발생하였다.

휨 스티프니스 (MPa) = 최대 휨 응력(σ)/ 최대 휨 변형율(ε)     식 (1)

휨 에너지 (MPa) = 최대 휨 응력(σ) * 최대 휨 변형율(ε)          식 (2)