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[ 개질 및 특수 아스팔트 혼합물의 역학적 특성 연구 (2) ]

작성일 : 2022.05.29 06:55 수정일 : 2022.06.22 06:08 작성자 : 관리자 (c)

과거에는 배합설계와 아스팔트 바인더의 등급변경을 통하여 아스팔트 혼합물의 일부 향상을 얻었다. 오늘날에는 개질재나 첨가제의 사용으로 새로운 가능성을 열었다. 그러나, 다음 사항과 같은 개질 아스팔트에 대한 몇가지 중요한 의문점을 고려하여야 한다.

① 어떠한 향상이 필요한가? 개선하여야 할 특정한 성질을 결정하여야 한다.

② 어떠한 개질재가 가장 적합할 것인가? 모든 개질재가 모든 경우에 맞는 것은 아니다. 때로는 아스팔트 혼합물의 한 가지 성질이 향상되고 다른 성질이 나빠지기도 한다. 예컨데, 어떤 액상 박리 방지제는 수분손상을 줄여주면서 아스팔트 바인더를 연하게 하여 혼합물의 소성변형 저항성을 나쁘게 하는 경향이 있다.

③ 바인더나 혼합물에 개질재를 어떻게 혼합시킬 것인가? 이것은 더 많은 개질 체계를 실용화 할 수 있는 중요한 과제가 될 것이다.

④ 상용성(相溶性)을 고려할 것인가? 이 질문에 대하여 모두 긍정적으로 대답할 것이나, 불행하게도 현재로써는 모든 경우에 상용성을 점검할 수 있는 완전한 기술이 개발되어 있지 않다.

⑤ 오랜 기간동안 그 특성을 유지하도록 바인더를 어떻게 저장할 것인가?

⑥ 바인더를 어떻게 규정할 것인가?

⑦ 개질재가 일상적인 시험결과에 영향을 미칠 것인가? 예컨데, 아스팔트 혼합물에 어떤 개질재가 첨가될 때 정확한 아스팔트량의 결정이 불가능하다.

⑧ 아스팔트 혼합물을 재생할 수 있는가? 예컨데, 고무분말(crumb rubber) 개질재를 함유한 아스팔트 혼합물에 대해서 이러한 문제가 제기되었다.

⑨ 생애주기 비용(Life Cycle Cost)에 어떠한 영향을 미칠 것인가? 초기비용의 상승은 생애주기 비용분석에서 볼 때 적당할 것인가?

⑩ 작업자의 건강이나 안전상 개질재의 영향은 어떠할 것인가?

2.3 종 류

첨가제와 개질재는 여러 가지 방법으로 분류할 수 있다. <표 2-1>은 Terrel과 Walter가 제안한 아스팔트 첨가제 및 개질재의 일반적인 분류이다.

<표 2.1> 아스팔트 첨가제 및 개질재의 일반적인 분류

종 류	일 반 적 인 예
1. 채움재	․광물성 채움재 : 크러셔의 분말, 석회(lime) 포틀랜드 시멘트, 플라이애쉬 ․카본블랙
2. 증량재(extender)	․황(sulfur) ․리그닌(lignin)
폴 리 머
3. 고 무 ① 천연라텍스 ② 인조라텍스 ③ 공중합체 ④ 재생고무	․천연고무 ․스티렌 부타디엔(styrene-butadiene) 또는 SBR ․폴리크로프렌 라텍스(polychroprene latex) ․스티렌 부타디엔 스티렌(styrene-butadiene-styrene, SBS), 스티렌 이소프렌 스티렌(styrene-isoprene-styrene, SIS) ․분쇄고무 개질제(crumb rubber modifier)
4. 플라스틱	․폴리에칠렌(polyethylene)/폴리프로필렌(polypropylene) ․에칠렌 아크릴 공중합체(ethylene acrylate copolymer) ․에칠 비닐 아세테이트(ethyl-vinyl-acetate, EVA) ․염화 폴리비닐(polyvinyl chloride, PVC) ․에칠렌 프로필렌(ethylene propylene) 또는 EPDM ․폴리오레핀(polyolefins)
5. 화합물	․3항 및 4항에 폴리머의 혼합물
6. 섬유	․천연재료 : 석면(asbestos), 암면(rock wool) ․인공재료 : 폴리프로필렌(polypropylene) 폴리에스터(polyester), 유리섬유(fiberglass) 광물질 섬유(mineral cellulose)
7. 산화제(oxidant)	․망간염(manganese salts)
8. 산화방지제	․납 합성물(lead compounds) ․카본(carbon) ․칼슘 염(calcium salts)
9.탄화수소 (hydrocarbon)	․재생 오일 ․단단한 천연 아스팔트
10. 박리방지제	․아민(amines) ․석회(lime)
11. 폐기물	․지붕재(roofing shingles) ․폐 타이어 ․유리
12. 기 타	․실리콘 ․융빙염화칼슘

2.3.1 채움재

광물성 채움재(mineral filler)에는 골재의 크러셔 파쇄나 체가름에서 얻어지는 광물성 더스트(dust, 집진장치에서 얻어지는 회수더스트 포함), 소석회, 포틀랜드 시멘트 및 플라이애쉬가 포함된다. 카본블랙이나 황과 같은 그 밖의 재료는 기본적으로 아스팔트 바인더의 특성을 개질하는 데 쓰였으나, 채움재의 역할은 하지 않는다. 채움재는 다음과 같은 역할을 가지고 있다.

① 공극을 채워 최적 아스팔트량을 줄여준다.

② 골재입도의 기준을 맞게 한다.

③ 안정도를 높혀준다.

④ 아스팔트 시멘트와 골재의 부착력을 증진시킨다.

채움재의 증가는 최적 아스팔트량을 줄여주고, 밀도와 안정도를 증가시킨다. 광물성 채움재는 기본적으로 아스팔트 혼합물의 골재입자 사이의 공극을 채워주고, 규정된 입도를 맞추기 위하여 사용되어 왔다. 그러나, 백필터의 미립분과 같은 광물성 채움재는 아스팔트 바인더와 혼합물의 품질에 영향을 미친다는 많은 연구결과가 발표되어 있다. 광물성 채움재는 아스팔트 혼합물을 굳게 하거나 경화시키는 효과가 있다. 그러나, 경화 정도는 일반적으로 Rigden공극률 (건조 다짐상태에서 미립자 사이의 공극)에 좌우된다. 공극률은 광물성 채움재의 광물학적 형태, 크기분포, 입자모양, 표면조직에 의해 영향을 받는다는 것이다. 일반적으로 점토분을 함유하는 어떤 백필터 미립분은 아스팔트 혼합물의 박리가능성을 증대시킬 수 있다.

모든 채움재는 아스팔트 혼합물에 균일하고 정확한 비율로 공급되어야 한다. 그렇지 않으면 혼합물 성질이 해롭게 영향을 받는다. 채움재의 과도한 첨가는 보통 내구적인 혼합물에 충분한 아스팔트량이 얻어질 수 없는 점에서 VMA(Void in Mineral Aggregate, 골재간극률)를 감소시킨다. 많은 채움재량은 또한 골재의 표면적을 증가시켜 아스팔트 피막 두께를 심하게 감소시킨다. 일부 시방서에서는 아스팔트 시멘트에 대한 더스트 비(F/A)를 규정하고 있다. 일반 시방서는 F/A가 중량비로 0.6에서 1.2 사이로 규정하고 있다. 이상적인 시방은 용적을 기준으로 그와 같은 비율을 규정하여야 하고, 경화영향을 일반적으로 관리하는 Rigden 공극률을 고려해야 한다.

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