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개질 아스팔트 콘크리트
Asphalt Modifying Agent




■  배 경
 
전 세계적으로 아스팔트콘크리트(이하 아스콘)에 개질재(改質材)와 첨가제가 사용된 것은 이미 50년이 넘었지만 최근 10년 동안 새롭게 관심을 끌고 있다. 우리나라에서도 최근 들어 다양한 개질재와 첨가제가 도입되어 사용되고 있는 실정이다. 개질재와 첨가제가 이렇게 관심을 끌고 있는 이유는 다음과 같다.


  • 아스콘 포장에 대한 수요가 증가하였다. 아스콘 포장에 조기 소성변형을 일으키는 원인이 되고 있는 교통량, 교통하중 및 타이어 압력이 대단히 증대하였다.
  • 아스팔트 혼합물에 첨가제로서(타이어, 지붕재료, 유리, 황 및 재와 같은) 폐기물이나 산업부산물을 넣어 처분해야 한다는 환경적이고 경제적인 압력이 있다.
  • 공공기관에서는 최초 포장 시공비를 높이더라도 공용수명을 더 길게 하고, 조기 파손을 줄이려고 하는 의지가 있다.


모든 아스팔트 바인더와 혼합물이 개질을 필요로 하는 것은 아니다. 아스팔트 혼합물에 첨가제나 개질재를 사용하는 특별한 기술적인 이유는 다음과 같은 것이다.


  • 소성변형을 억제하기 위하여 높은 공용온도에서 더 단단한 혼합물을 얻는다.
  • 아스팔트 혼합물의 피로저항성을 향상시킨다.
  • 박리나 수분 민감성을 줄이기 위하여 아스팔트와 골재의 부착성을 향상시킨다.
  • 떨어져나가는 것을 줄이기 위하여 혼합물의 마모저항성을 향상시킨다.
  • 시공 중 연한 혼합물(tender mix)문제를 최소화한다.
  • 노화된 아스팔트 바인더를 재생시킨다.
  • 혼합물의 내구성을 크게 할 수 있도록 골재의 아스팔트 피막을 두껍게 허용한다.
  • 플러싱(flushing)이나 블리딩을 줄인다.
  • 노화(老化)나 산화(酸化)에 대한 저항성을 크게 한다.
  • 포장층의 구조적인 두께를 줄인다.
  • 아스콘 포장의 라이프사이클 비용(life cycle cost)을 줄인다.
  • 아스콘 포장의 종합적인 공용성을 향상시킨다.


아스팔트 개질재는 미국에 비하여 유럽에서 더 일반적으로 사용되고 있다. 유럽의 경우 국가에 따라서는 아스팔트 혼합물의 공용성에 대하여 수년 동안 시공자의 보증을 요구하고 있다. 이러한 것이 공용성 확보와 라이프사이클 비용의 감소를 위해 아스팔트 개질재의 사용을 촉진하게 되었다.



■  분 류


  1. 개질 아스콘이란 ?

    일반아스콘의 취약점인 온도에 대한 민감성을 개선하는 것으로 개질재를 첨가하여 고온에서의 변형에 대한 저항성(소성변형), 저온에서 균열에 대한 저항성을 증진시키기 위하여 개질된 아스콘을 말한다.

  2. 개질재 사용요인

    교통량, 교통하중, 타이어 공기압 등의 증가에 대한 아스콘 포장의 소성변형에 대한 저항성 증진
    피로 균열이나 습윤 저항성 확보
    극심한 온도 변화에서 아스콘 포장의 공용성 확보
    유지관리비 절감을 위한 포장 공용기간 증대

  3. 개질 아스콘의 분류

    아스콘은 크게 골재와 아스팔트로 구성되어 있다. 물성의 발현은 거의 골재입도의 구성과 혼합에 의해서 나타나며, 아스팔트는 혼합물의 구성을 지탱하는 역할을 하게 된다. 하지만, 골재의 혼합과 구성은 이론적, 실제적으로 이상적인 골재의 함량과 입도시험을 거쳐서 100% 설계가 가능하며, 문제는 온도에 민감한 아스팔트가 혼합 될 때이다. 아스팔트는 온도에 따라서 민감한 성질을 갖고 있다. 기본적으로 소성변형이 시작된다고 하는 60도(포장체 내부 온도 (7전), 여름철)의 온도에서 아스팔트는 연성을 성질을 갖게 되고, 저온에서는(0도 근처) 취성이 발현되어 아스팔트에 크랙현상이 발생되어 파손된다.
     
    가. 골재의 개선을 통한 개질 아스팔트 콘크리트
    개질아스콘은 일반적으로 골재와 아스팔트를 개질하는 두 가지 경우가 있다. 대표적인 제품인  SMA 혼합물은  골재를 변형하여 아스콘 혼합물의 성능을 향상시킨 것으로, 편장석의 함유량이 높은 일반 골재를 재가공하여 골재의 편장석율을 낮추어 생산하는 방식입니다. SMA 혼합물은 골재간의 결합력을 높이는 것이 주된 목적으로 많은 함량의 단입도 골재(예, 13mm, 10mm)를 포함하고 있으며, 이로 인하여 많은 표면공극이 존재하게 됩니다. SMA 혼합물의 표면공극은 혼합물 물성을 저해하는 요소가 아니며, 내부공극과는 혼합물 내에 투입되는 섬유첨가제와 일반아스콘에 비해 높은 아스팔트 함량에 의해서 차단되어 있습니다. 추가적으로 SMA의 표면공극은 차량의 통행 시, 소음을 저감시켜주는 효과를 갖고 있습니다.

    나. 아스팔트의 개선을 통한 개질아스팔트 
    개질아스콘 중에서 아스팔트를 개질하는 제품은 그 종류가 다양하다. 일반적으로 발생되는 도로 파손의 형태인 소성변형과 크랙의 배경인 온도에 대한 영향을 최소화하여 이를 억제하는 것이 기본적인 개념이다. 이에 대한 개질제의 종류는 여러 가지가 있으며, 플라스틱, 고무, 산화제등이 사용되고 있다. 사용되는 재료들 중에서 산화제의 경우는 아스팔트를 강제로 산화하여 강도를 높이는 경우로서 도로포장의 내구성을 줄이는 결과를 초래하기 때문에 사용을 자제하는 것이 좋다. 대표적인 예로서 SBS, CRM, PBSC, 에코팔트 등이 있다. 아래는 일반아스팔트와 개질아스팔트의 비교표이다.



※ 일반아스팔트와 개질아스팔트의 비교표


구  분

일 반 AP(AP-3, AP-5) 

개질 AP

적용규격

침입도 규격(경험적)

PG 규격(공학적)

규격특징

아스팔트의 종류를 구분하는 기준
(고온 및 저온 특성 측정 불가)

소성변형, 피로 및 저온균열과 직접 관련이 있는 품질항목에 대한 기준으로 관리
(고온 및 저온 특성 측정 불가)

제품특성

  • 원유 정제 시 생산되는 제품으로 품질향상에 한계가 있음
  • 온도변화에 민감하게 물성이 변함
  • PG 등급별 다양한 규격의 제품생산
  • 온도에 따른 물성변화가 적다
  • 소성변형 및 균열저항성 우수
  • 탄성 복원력이 커 교량의 진동, 처짐에 따른 균열에 강함.
  • 사전배합 방식으로 일반 아스팔트와 동일하게 사용가능.



※ 개질재의 구분


구 분

특  성

켐크리트

금속성분이 녹아있는 유기화합물

슈퍼팔트

SBS형태의 복합폴리머

SBR라텍스

SBR형태의 복합폴리머

길소나이트

질소를 함유한 고농축 물질

EVA

plastic 계통

SMA

천연섬유

CRM

고무 아스팔트(폐타이어)






 

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