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[ 상온 유화아스팔트 기술 ⑦ ]

작성일 : 2021.11.29 06:39 수정일 : 2022.06.22 04:50 작성자 : 관리자 (c)

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- 카운터 블로우(Counterblow)시험에서의 마모감량은 습윤상태이든 건조상태이든 바인더량이 증가하면 감소한다

- 최적 아스팔트함량보다 많은 아스팔트함량에서는 과도한 유제 때문에 크리프(Creep)현상이 일어나기 시작한다.

- 개량 카운터 블로우(Counterblow)시험은 개립도의 상온혼합물의 배합설계와 품질관리에 유효한 방법이다.

- 상온 혼합물에 사용한 개질 아스팔트유제는 접착력과 마찰에 대한 저항성을 증가시킨다.

- 시공후 2.5년이 경과한 후의 추적조사에서는 균열발생이나 포장의 눈막힘은 발견되지 않고, 표면성상은 양호하였다. 이로부터 개립도의 상온혼합물은 중교통 도로에 적용가능하다고 판단된다.

2.2 상온 유화아스팔트 혼합물의 연구개발

2.2.1 표층용 상온 혼합물의 연구개발

상온 유화아스팔트 혼합물은 비교적 교통량이 적은 도로에 사용되었는데 10여년 전부터 중교통 도로의 표층에도 적용가능한 상온 유화아스팔트 혼합물을 개발하고자 하는 움직임이 있었다. 따라서, 현재는 유화아스팔트 포장의 초기 강도향상, 소성변형 방지 등을 위해서 시멘트와 폴리머유제를 첨가하거나 개질아스팔트를 유화한 개질아스팔트 유제를 사용하고 있다.

최근 이산화탄소의 발생량의 감소가 세계적으로 요구되고 있는데, 포장분야에서도 예외는 아니다. 이와 같은 상황에서 상온 유화아스팔트 혼합물에 착안하여 미국 및 일본에서도 연구 개발이 진행되고 있다. 일본 도로공단 시험연구소에서는 시공관리가 용이하고 종래의 가열 아스팔트혼합물과 같은 정도의 내구성을 갖는 혼합물의 개발을 위하여 일본 아스팔트 유제협회 및 아스팔트 개질재 메이카 2개사와 함께 연구를 실시하였다. 그 결과 아스팔트 유제·폴리머 개질재·시멘트 및 골재로 이루어지는 기초적인 혼합물을 얻을수 있었다고 보고되고 있다.

2.2.2 개발배경 및 목표

아스팔트포장의 주된 파손중의 하나는 "소성변형"이다. 점탄성적 성질을 가진 아스팔트 혼합물을 표층·기층에 사용하는 것으로 영구변형의 누적으로 발생하는 소성변형을 완전하게 방지하는 것은 본질적으로 어려운 문제이다. 반면, 시멘트계 콘크리트를 표층·기층에 사용하면 소성변형을 막을 수는 있지만 수축균열, 시공성, 양생기간 등의 어려운점이 있다. 한편, 도로포장에 대한 사회적인 필요성도 다양해졌다. 교통사고의 증가면에서는 소성변형 관리가 요구되고 있고, 교통정체를 피하는 면에서는 보수공사시 조기 교통개방이 가능한 재료 및 공법이 요구되고 있다. 또 지금까지 가열 아스팔트혼합물을 중심으로 한 포장재료를 지양하고 에너지절약과 환경대책을 중시한 상온혼합물로 대체하자는 움직임이 해외는 물론 국내에서도 시작되고 있다.

소성변형방지에 효과가 있는 새로운 재료를 개발함에 연구자들은 상술한 배경을 토대로 다음과 같은 개발목표를 설정하였다.

① 표층·기층에 사용가능한 혼합물이어야 한다.

② 혼합물의 제조 및 시공이 상온에서 가능해야 한다.

③ 소성변형 저항성에 우수해야 한다 (동적안정도 5,000회/㎜ 이상).

④ 수축균열이 발생하기 어렵고 이음부가 불필요하다.

⑤ 일반 도로 포장용 포설기계로 시공이 가능해야 한다.

⑥ 조기에 교통개방이 가능해야 한다.

이 같은 개발목표로서 달성가능한 재료로 연구자들은 아스팔트유제와 시멘트를 소재로 구성된 혼합물에 착안하였다. 혼합물의 구체적인 특성으로서는 초기 소성변형 방지의 관점에서 3시간 양생에서 동적안정도로 충분한 실제 값을 규정하는 것으로 하였다. 또한 혼합물의 안정화를 위하여 24시간 후의 마샬 안정도도 규정하였다. 상온 혼합물의 목표 특성은 <표 2-5>와 같이 설정하였다.

<표 2-5> 상온 혼합물의 목표 특성

양생조건	마샬 안정도	동적 안정도(DS)
20℃	600kg (24시간)	1,000회/mm (3시간)

2.2.3 기초재료의 선정

(1) 개 요

표층 혼합물의 장기적인 내구성을 확보하기 위하여 아스팔트유제에 개질 폴리머유제를 혼합하는 것으로하여 유제의 강도가 향상되었다. 또한 초기 강도를 확보하기 위하여 보통 포틀랜드시멘트의 첨가도 시행하는 것으로하여 시멘트에는 건조수축을 억제하기 위하여 팽창혼화재를 사용함으로써 저수축(低收縮) 효과를 얻을 수 있었다.

(2) 골재 입도의 선정

골재의 입도에 대해서는 미끄럼 마찰과 내유동성의 관점에서 당초에는 갭(Gap)입도로 하였으나 시공성이 떨어져 최종적으로는 밀입도[그림 2-4]를 표준으로 하였다.(월간지 참고)

아스팔트유제량에 대해서는 일본에서 일반적으로 사용되고 있는 유제용의 다음 식(간이포장요강)이 적당하다고 판단되었다.

P = 0.06a + 0.12b + 0.2c

P : 혼합물 중량에 대한 아스팔트유제의 중량백분율(%)

a : No. 8체에 잔류하는 골재의 중량 백분율(%)

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

c : No.200체를 통과하는 골재의 중량백분율(%)

(3) 개질 폴리머 유제의 선정

질 폴리머 유제는 2가지를 선정하였는데, 첫 번째는 클로로프렌을 기본으로한 것이고 또 다른 한가지는 아크릴수지를 기본으로 한 유제를 선정하였다. 폴리머 유제를 첨가하지 않은것에 대하여 첨가효과가 나타난 것은 아크릴 수지계에서는 점성이 높은 것이었고, 클로로프렌계에서는 음이온 유제의 것이었다. 개질효과가 높은 폴리머 유제의 물성을 <표 2-6>에 나타내었다. 첨가량에 대해서는 용해성과 경제성에서 2종류 모두 아스팔트 유제량의 고형분비로 4~5%로 하였다.

<표 2-6> 개질효과가 높은 폴리머 유제의 물성

항 목	아크릴계 개질재	클로로프렌계 개질재
주 성 분	아크릴	클로로프렌
고 형 분 (%)	51 ± 2	50 ± 1
점 도 (25℃) (cps)	5,000 ～ 10,000	10 ～ 50
pH	6 ± 1	10 이하
유제의 종류	양이온 (Cation)	양이온 (Cation)

(4) 아스팔트 유제의 선정

보수공사에서 취급하는 재료는 제한시간내에 교통개방이 될 만큼의 초기강도가 필요하다. 상온 재료의 경우는 제한시간내에 어느정도 시멘트가 경화하는 것을 기대할 수 있으므로 시공후 확보할 수 있는 양생기간을 3시간으로 하여 이후의 마샬 안정도의 발현을 조사하였다.

[그림 2-5]는 아스팔트 유제의 효과를 알아보기 위하여 안정도의 발현을 비교한 것이다. 여기에서는 유제 이외의 재료는 모두 고정하였다. 양생시간의 경과와 함께 2종류의 안정도는 증가하고 있으나 전반적으로 비이온(Nonion)쪽이 높은 안정도를 나타냈다. 또한 비이온계의 유제는 광범위한 골재종류에 대하여 적용할 수 있다는 이점이 있으므로 유제는 비이온계를 채택하였다.

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