[논문]아스팔트 혼합물의 박리방지제의 종류 및 함량에 따른 박리저항성 분석

최성호; 김원재; 르반푹; 이현종; 황성도

doi:10.7855/ijhe.2014.16.4.045

문제 정의

본 연구는 국내에서 생산되는 아스팔트 혼합물을 사용하여 박리방지제 종류 및 첨가함량에 따른 효과분석을 실시하였다. 추후 공용성 측면의 다양한 시험을 진행, 본 연구 결과와 비교 등을 실시한다면 더욱 신뢰성 있는 결과를 도출해 낼 것으로 사료된다.
본 연구에서는 박리방지제가 아스팔트 혼합물의 수분저항성에 미치는 영향을 분석하기 위해 문헌조사를 실시하였다. 문헌조사에서는 국내외에서 사용하고 있는 수분민감성 시험의 종류를 조사하였고, 미국 각 주에서 적용하고 있는 TSR 기준을 지역별 기후특성에 따라 구분하여 TSR 기준과 기후특성과의 상관관계를 분석하여 현재 국내에서 적용하고 있는 TSR 기준과 비교하였다.
본 연구에서는 최근 이상기후로 인해 급격히 증가한 포트홀의 저감을 위한 박리방지제의 효과를 알아보기 위하여 문헌조사를 통한 국내외 수분민감성 시험의 종류를 조사하였고, 간접인장강도비(TSR) 시험을 통하여 박리방지제를 사용하였을 때와 사용하지 않았을 때의 박리저항성 시험을 실시하였다. 국내에 소재한 아스팔트 플랜트 중 7곳을 선정한 후 일반적으로 생산되고 있는 밀입도 아스팔트 혼합물을 수거하여 수분민감성 시험을 한 결과 대부분의 아스팔트 혼합물에서 TSR 값이 75%를 상회하여 국내 시방규정을 만족하는 것으로 나타났다.
이에 대한 효과적인 해결방안 중 하나인 박리방지제의 사용은 이미 외국 주요 국가들에서 많은 연구 및 현장 공용성 평가가 진행되고 있지만, 현재 우리나라에서는 박리방지제를 사용하지 않고 있다. 본 연구에서는 포트홀 저감을 위해서 국내에 적합한 박리방지제 사용방법 및 기준을 정립하는 방안에 대한 연구를 진행하였으며 간접인장강도비 시험을 통한 박리방지제의 효과를 분석하였다.

제안 방법

국내에 소재한 총 208곳의 플랜트 업체 중 7곳의 플랜트에서 생산된 현장 혼합물을 사용하여 수분 및 동결-융해처리를 거친 시편에 대하여 간접인장강도시험을 실시하였다. 또한, 박리방지제의 효과를 알아보기 위하여 국내의 석회암, 화강암 2종의 골재를 대상으로 시편을 제작하여 박리방지제의 함량에 따른 TSR 값의 변화를 비교하였다.
문헌조사에서는 국내외에서 사용하고 있는 수분민감성 시험의 종류를 조사하였고, 미국 각 주에서 적용하고 있는 TSR 기준을 지역별 기후특성에 따라 구분하여 TSR 기준과 기후특성과의 상관관계를 분석하여 현재 국내에서 적용하고 있는 TSR 기준과 비교하였다. 그리고 여러 유럽 국가와 미국 각 주에서 사용하는 박리방지제의 종류 및 사용법을 조사하였다.
먼저 국내 소재 플랜트에서 생산된 현장 가열 아스팔트 혼합물 5종의 TSR값을 알아보기 위하여 건조 및 동결-융해처리 후 간접인장강도시험을 실시하였다. 나머지 2종의 혼합물에 대해서는 수분처리만 한 경우의 TSR값을 알아보기 위하여 건조, 수분처리 및 동결-융해처리 후 간접인장강도시험을 실시하였다.
국내에 소재한 총 208곳의 플랜트 업체 중 7곳의 플랜트에서 생산된 현장 혼합물을 사용하여 수분 및 동결-융해처리를 거친 시편에 대하여 간접인장강도시험을 실시하였다. 또한, 박리방지제의 효과를 알아보기 위하여 국내의 석회암, 화강암 2종의 골재를 대상으로 시편을 제작하여 박리방지제의 함량에 따른 TSR 값의 변화를 비교하였다.
먼저 국내 소재 플랜트에서 생산된 현장 가열 아스팔트 혼합물 5종의 TSR값을 알아보기 위하여 건조 및 동결-융해처리 후 간접인장강도시험을 실시하였다. 나머지 2종의 혼합물에 대해서는 수분처리만 한 경우의 TSR값을 알아보기 위하여 건조, 수분처리 및 동결-융해처리 후 간접인장강도시험을 실시하였다.
본 연구에서는 박리방지제가 아스팔트 혼합물의 수분저항성에 미치는 영향을 분석하기 위해 문헌조사를 실시하였다. 문헌조사에서는 국내외에서 사용하고 있는 수분민감성 시험의 종류를 조사하였고, 미국 각 주에서 적용하고 있는 TSR 기준을 지역별 기후특성에 따라 구분하여 TSR 기준과 기후특성과의 상관관계를 분석하여 현재 국내에서 적용하고 있는 TSR 기준과 비교하였다. 그리고 여러 유럽 국가와 미국 각 주에서 사용하는 박리방지제의 종류 및 사용법을 조사하였다.
국내에서는 아직 박리방지제를 사용하지 않고 있기 때문에, 시방서에도 기준이 명시되어 있지 않다. 본 연구에서는 박리방지 제의 사용이 수분저항성에 얼마나 효과가 있는지 알아보기 위하여 소석회를 채움재 중량 대비 0%, 30%, 50%로 치환하였고, 액상 박리방지제는 업체에서 제시한 바인더 중량 대비 0.5%를 치환하여 TSR 결과를 비교하였다. 다음 Fig.
실내 제작 혼합물은 각각의 암종 및 박리방지제 비율에 따라 배합설계를 실시하여 최적 아스팔트 바인더 함량을 구한 후, 간접인장강도시험을 위하여 135±5℃에서 다짐횟수를 조절하여 공극률 7%대의 시편을 제작하였으며, 현장 혼합물과 같은 방법으로 간접인장강도시험을 실시하였다.
실내시험으로는 19mm 밀입도 현장 혼합물 2종에 대하여 박리방지제를 넣지 않았을 때의 간접인장강도시험을 실시하여 수분저항성을 평가하였으며, 실내제작 혼합물 2종에 대하여 박리방지제의 종류 및 함량에 따른 간접인장강도비 시험을 통하여 박리저항성을 비교·분석하였다.

대상 데이터

국내의 소석회 제품들은 용도에 따라 나누어져 있는데, 박리방지제로 사용하는 소석회의 경우, 채움재의 대체용으로 사용된다(Hunter and Ksaibati, 2002). 본 연구에서 사용한 소석회는 국내 아스팔트 혼합물규정 중 포장용 채움재의 품질기준에 만족하는 제품을 사용하였다.
5% 를 치환하여 사용한다. 본 연구에서는 이미 다른 박리방지제보다 수분에 대한 저항성이 큰 것으로 입증된(이경하 외, 2005) 아민계 액상 박리방지제를 사용하였다.
실내 제작 혼합물의 시험재료로 H업체의 화강암 1종, I업체의 석회암 1종을 선정하여 19mm 밀입도 (WC-3) 로 배합설계를 하였고, 바인더는 PG64- 22(AC 60~80)를 사용하였다. 소석회는 국내 생산업체 중 채움재의 기준에 만족하는 제품을 선정하였고, 액상 박리 방지제는 Akzo사의 제품을 사용하였다. 국내에서는 아직 박리방지제를 사용하지 않고 있기 때문에, 시방서에도 기준이 명시되어 있지 않다.
실내 제작 혼합물의 시험재료로 H업체의 화강암 1종, I업체의 석회암 1종을 선정하여 19mm 밀입도 (WC-3) 로 배합설계를 하였고, 바인더는 PG64- 22(AC 60~80)를 사용하였다. 소석회는 국내 생산업체 중 채움재의 기준에 만족하는 제품을 선정하였고, 액상 박리 방지제는 Akzo사의 제품을 사용하였다.

이론/모형

7~3% 정도를 사용하고(Eula, 2011), 혼합방법으로는 Dry-Dry, Dry-Wet, Dry-Slurry 방법 등이 있다. 각각의 방법은 상호 장단점이 있으나 이번 연구에서는 우리나라의 소석회 품질기준에 적합한 Dry-Dry 방법을 사용하였다. 다른 방법들은 수분을 사용하여 혼합하므로 아직 우리나라의 소석회 품질기준에 적합하지 않기 때문에 적용 방법에 대한 논의가 필요한 것으로 보인다.
시험에 사용된 현장 혼합물은 균질한 혼합물의 입도를 얻기 위해서 시료조제방법(KS F 2301)의 4등분 방법을 이용하여 시료를 채취하였다.

성능/효과

Fig. 4의 I 골재를 사용한 혼합물(소석회 0%)의 시험 결과 또한 국내 시방규정을 만족하지 못하였으나, 소석회 30%에서의 수분 및 동결-융해 조건, 소석회 50%에 서의 수분조건에서는 TSR 값이 8~14% 증가하는 것으로 나타났다. 그러나 액상 박리방지제의 영향은 상대적으로 미미한 것으로 나타났다.
간접인장강도시험 결과를 통하여 평균 TSR 값을 산정하고, 국내의 시방기준(KS F 2349`;`가열 아스팔트 혼합물)인 75%를 기준으로 판정한 결과, D제품을 제외한 모든 혼합물의 TSR 값이 75%를 만족하는 것으로 나타났다. TSR은 건조시편 대비 수침시편의 상대적인 강도만을 나타내기 때문에 TSR값 뿐만 아니라 수침시편 자체의 강도 값 또한 아스팔트 혼합물에 대한 규정 제정시 고려되어야 할 필요성이 있다고 판단된다.
본 연구에서는 최근 이상기후로 인해 급격히 증가한 포트홀의 저감을 위한 박리방지제의 효과를 알아보기 위하여 문헌조사를 통한 국내외 수분민감성 시험의 종류를 조사하였고, 간접인장강도비(TSR) 시험을 통하여 박리방지제를 사용하였을 때와 사용하지 않았을 때의 박리저항성 시험을 실시하였다. 국내에 소재한 아스팔트 플랜트 중 7곳을 선정한 후 일반적으로 생산되고 있는 밀입도 아스팔트 혼합물을 수거하여 수분민감성 시험을 한 결과 대부분의 아스팔트 혼합물에서 TSR 값이 75%를 상회하여 국내 시방규정을 만족하는 것으로 나타났다.
두 종류의 혼합물 모두 7±0.5%의 공극률 범위 내에서 국내 TSR 기준을 통과하였다.
소석회 30%, 50%를 첨가한 시험결과는 국내 시방기준을 만족하였으며, 액상 박리방지제를 첨가한 시험결과는 동결-융해과정을 실시한 값만 규정을 만족하였다. 또한 소석회를 첨가한 혼합물은 각 조건별 간접인장강도가 증가함을 보였다.
또한 화강암, 석회암 1종씩을 선정하여 암종별 박리 방지제의 함량에 따른 박리저항성시험 결과, 소석회는 채움재 중량 대비 30%를 치환했을 경우 가장 효과적으로 박리저항성이 증가하는 것으로 나타났다. 액상 박리방지제는 화강암 혼합물에서 박리방지제 무첨가 시 55%에서 첨가 시 75%로 증가하였고, 석회암 혼합물에 서는 무첨가 및 첨가 시 70%대에 머물러 석회암에 대한 액상 박리방지제의 영향은 크지 않은 것으로 나타났다.
3의 H 골재를 사용한 혼합물(소석회 0%)의 수분민감성 시험결과는 국내 시방기준을 만족하지 못하는 것으로 나타났다. 소석회 30%, 50%를 첨가한 시험결과는 국내 시방기준을 만족하였으며, 액상 박리방지제를 첨가한 시험결과는 동결-융해과정을 실시한 값만 규정을 만족하였다. 또한 소석회를 첨가한 혼합물은 각 조건별 간접인장강도가 증가함을 보였다.
다음 Table 5는 2종의 혼합물의 TSR 값을 보여주고 있다. 소석회 첨가율 30%일 때가 50%일 때보다 더욱 효과적인 TSR 값을 나타내었다. 소석회 함량별 시험 결과, 소석회 첨가율과 TSR 값은 비례관계가 있지는 않은 것으로 나타났다.
소석회 첨가율 30%일 때가 50%일 때보다 더욱 효과적인 TSR 값을 나타내었다. 소석회 함량별 시험 결과, 소석회 첨가율과 TSR 값은 비례관계가 있지는 않은 것으로 나타났다.
또한 화강암, 석회암 1종씩을 선정하여 암종별 박리 방지제의 함량에 따른 박리저항성시험 결과, 소석회는 채움재 중량 대비 30%를 치환했을 경우 가장 효과적으로 박리저항성이 증가하는 것으로 나타났다. 액상 박리방지제는 화강암 혼합물에서 박리방지제 무첨가 시 55%에서 첨가 시 75%로 증가하였고, 석회암 혼합물에 서는 무첨가 및 첨가 시 70%대에 머물러 석회암에 대한 액상 박리방지제의 영향은 크지 않은 것으로 나타났다.
이는 Zeng and Ksaibati (2002)가 제시하였던 동결-융해가 TSR에 미치는 영향에서 도출된 15% 감소한 것과 비슷한 결과를 보여준다. 한편 혼합물 G의 경우 동결-융해를 실시한 결과가 수침만 실시한 결과보다 약 3% 증가함을 보였는데 이는 플랜트에서 사용하는 골재의 특성에 따라 달라질 수 있고, 적은 시험 횟수로 인한 비교 데이터 부족으로 판단된다. 추후 한 종류의 골재로 많은 횟수의 TSR 시험이 수행되어져야 할 필요가 있다고 판단된다.

후속연구

본 연구는 국내에서 생산되는 아스팔트 혼합물을 사용하여 박리방지제 종류 및 첨가함량에 따른 효과분석을 실시하였다. 추후 공용성 측면의 다양한 시험을 진행, 본 연구 결과와 비교 등을 실시한다면 더욱 신뢰성 있는 결과를 도출해 낼 것으로 사료된다.
한편 혼합물 G의 경우 동결-융해를 실시한 결과가 수침만 실시한 결과보다 약 3% 증가함을 보였는데 이는 플랜트에서 사용하는 골재의 특성에 따라 달라질 수 있고, 적은 시험 횟수로 인한 비교 데이터 부족으로 판단된다. 추후 한 종류의 골재로 많은 횟수의 TSR 시험이 수행되어져야 할 필요가 있다고 판단된다.
또한 소석회를 박리방지제로 사용 시 TSR 결과값이 100%가 넘는 결과가 나오는 경우가 있는데, 이는 각 시험시편의 공극률 및 포화도의 차이로부터 발생한 강도의 차이로 인한 결과로 사료된다. 향후 추가시험을 통하여 본 연구의 결과와 비교하면 더욱 신뢰도 있는 결과값을 도출해 내는 것이 필요하다고 판단되며 가장 경제적이며 효과적인 소석회 함량을 결정하기 위하여 다양한 종류의 소석회 및 함량별 연구가 필요한 것으로 보인다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	포트홀이란 무엇인가?	도로파손의 종류 중 하나인 포트홀은 약 40∼50cm 2의 면적과 5~10cm의 깊이를 갖는 움푹 파이는 형태의 포장파손인데, 침투한 수분에 의하여 바인더와 골재의 점착력이 약화되어 파손이 발생한다(조명환 외, 2013). 최근 포트홀의 발생횟수 증가와 이로 인한 피해가 증가 하면서 이를 감소시키기 위한 개선기술의 마련이 시급한 실정이다.
	우리나라의 포트홀에 대한 대책은 어떠한가?	최근 포트홀의 발생횟수 증가와 이로 인한 피해가 증가 하면서 이를 감소시키기 위한 개선기술의 마련이 시급한 실정이다. 하지만, 지금까지 국가품질기준 및 시공공법 등의 기술개발이 미미하여 사후 긴급보수에만 의존 하고 있는 실정이다.
	포트홀이 발생하는 이유는 무엇인가?	도로파손의 종류 중 하나인 포트홀은 약 40∼50cm 2의 면적과 5~10cm의 깊이를 갖는 움푹 파이는 형태의 포장파손인데, 침투한 수분에 의하여 바인더와 골재의 점착력이 약화되어 파손이 발생한다(조명환 외, 2013). 최근 포트홀의 발생횟수 증가와 이로 인한 피해가 증가 하면서 이를 감소시키기 위한 개선기술의 마련이 시급한 실정이다.

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