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문제 정의
- 이에 중앙아스콘(주)에서 개발한 기술의 목적은 순환골재의 재활용률을 높이고 기존 재활용 가열 아스팔트 혼합물의 문제점을 해결하기 위해 1등급 단입도 골재와 편장석 함유량을 최소화한 폐아스팔트 콘크리트용 순환골재, 재생첨가제, 개질첨가제, 분산제 및 박리저감제가 혼합된 형태인 PCM(Polymer Control Material)의 최적 배합을 통해 재활용 가열 아스팔트 혼합물의 품질향상을 도모하고자 하였으며, 신재 개질 아스팔트 콘크리에 비해서는 그 품질이 다소 부족하지만 일반적인 신재와 비교하여 그 품질이 우수할 정도의 재생 개질 아스팔트를 만드는 것을 목적으로 하였으며, 이를 정리하면 아래의 그림과 같다.
대상 데이터
- 본 성능평가에 사용된 스트레이트 아스팔트는 침입도 60-80(AP-5, PG 64-22)와 침입도 80-100(AP-3, PG58-22)을 사용하였고, 시험 결과는 품질 기준을 모두 충족하였다.
- 본 성능평가에 사용된 아스팔트 포장용 채움재는 석회석 분과 회수 더스트를 각각 질량비로 7대 3으로 혼합한 것으로, 시험 결과는 품질기준을 모두 충족하였다.
- 본 성능평가에서는 중앙아스콘(주)에서 제조한 편장석률을 최소화한 아스팔트 콘크리트 순환골재(13 mm 이하)를 사용하였다. 편장석률을 최소화하기 위하여 골재 파쇄 및 마모과정을 거치게 되며, 파쇄기는 골재 투입구에 공급되는 골재를 블레이드가 타격하여 벽면에 부딪히는 과정을 거치도록 함으로써 입형을 원형에 가깝게 제조하였으며,이에 대한 품질 결과는 [표 4]과 같았으며, 1등급 골재로 확인되었다.
- 혼합물의 종류와 사용재료에 대해서는 [표 3]과 같으며, 개발제품과의 성능에 대한 우수성을 알아보기 위해 일반적으로 사용되고 있는 4가지의 비교제품을 선정하여 함께 실험을 실시하였다.
성능/효과
- 7 이상을 만족하였다. KS F 2398에 따른 시험결과 개발제품의 인장강도비는 0.90였으며, KS I 3005에 따른 시험결과 개발 제품의 수침 후 인장강도 지수는 0.92으로 비교제품과 비교하여가장 큰 값을 나타내었다. 이를 근거로 아스팔트 피막과 골재 사이의 부착력 및 점착력이 PCM에 의해 강화되었음을 확인 할 수 있었으며, 수분손상에 의한 포트홀과 박리 현상에 대한 저항력, 즉 수분민감도가 비교제품에 비하여 우수함을 확인 할 수 있었다.
- ① 단입도 골재인 6호의 편장석률은 3.8 %, 7호의 편장석률은 4.1 %였으며, 특히 중앙아스콘(주)에서 생산된 편장석률을 최소화한 아스팔트 콘크리트용 순환골재의 편장석률은 2.5 %로 1등급 골재 품질인 편장석률 10 % 이하를 모두 충족하였다.
- ② 이론적 최대 밀도 시험결과 단입도 골재를 사용한 아스팔트 혼합물이 일반 골재를 사용한 아스팔트 혼합물 보다 크게 측정되었으며 이는 원재료 시험결과 일반 골재(67호, 78호) 보다 단입도 골재(6호, 7호)의 밀도값이 크기 때문으로 판단된다. 개발 제품의 이론적 최대 밀도는 P-2-13이 2.
- ③ 아스팔트 함유율 시험결과 비교제품과 개발제품 모두 KS I 3005의 아스팔트 함유율 기준인 4.5 ~ 7.0 %를 만족하였다. 개발제품의 아스팔트 함유율은 5.
- ④ 추출 후 입도 시험결과 비교제품과 개발제품 모두 가열 아스팔트 혼합물의 경우 SPS-KAI0002-F2349-5687의 입도 품질 기준을, 재활용 가열 아스팔트 혼합물의 경우 KS I 3005의 입도 품질 기준을 충족하였다.
- ⑤ 밀도 시험결과 단입도 골재를 사용한 아스팔트 혼합물이 일반 골재를 사용한 아스팔트 혼합물 보다 크게 측정되었으며, 이론적 최대 밀도와 같은 경향을 보였다. 개발제품의 밀도는 2.
- ⑥ 공극률 시험결과 비교제품과 개발제품 모두 SPSKAI0002-F2349-5687와 KS I 3005의 품질기준 3 ~ 6 %를 만족하였다. 개발 제품의 공극률은 4.
- ⑦ 포화도 시험결과 비교제품과 개발제품 모두 SPSKAI0002-F2349-5687의 품질기준 65 ~ 80 %, KS I3005의 품질기준 (70 ~ 85) %를 만족하였다. 개발제품의 포화도는 76 %로 측정되었다.
- ⑧ 간극률 시험결과 비교제품과 개발제품 모두 SPSKAI0002-F2349-5687의 골재 최대치수와 설계 공극률에 따른 품질기준을 만족하였다. 개발 제품의 간극률은 17.
- ⑨ 안정도 시험결과 비교제품과 개발제품 모두 SPSKAI0002-F2349-5687의 품질기준 5,000 N과 KS I3005의 품질기준 6,000 N을 만족하였다. 개발 제품의 안정도는 17,027 N으로 비교제품과 비교하여 가장 큰 값을 나타내었다.
- ⑩ 인장강도비(수침 후 인장강도 지수) 시험결과 비교제품과 개발제품 모두SPS-KAI0002-F2349-5687의 품질기준 0.75 이상, KS I 3005의 품질기준 0.7 이상을 만족하였다. KS F 2398에 따른 시험결과 개발제품의 인장강도비는 0.
- ⑪ 동적 안정도 시험결과 비교제품과 개발제품 모두 SPS-KAI0002-F2349-5687의 품질기준 750 회/min 이상을 만족하였다. 개발제품의 동적 안정도는 6,342회/min으로 비교제품과 비교하여 가장 큰 값을 나타내었다.
- ⑫ 간접인장강도 시험결과 비교제품과 개발제품 모두 SPS-KAI0002-F2349-5687과 KS I 3005의 품질기준 0.8 MPa 이상을 만족하였다. 개발제품의 간접인장강도는 1.
- ⑬ 추출 후 침입도 시험결과 비교제품과 개발제품 모두 SPS-KAI0002-F2349-5687의 품질기준 55(1/10 mm) 이상을 만족하였다. 개발제품의 추출 후 침입도는 64(1/10mm)로 가장 높은 값을 나타내었다.
- ⑥ 공극률 시험결과 비교제품과 개발제품 모두 SPSKAI0002-F2349-5687와 KS I 3005의 품질기준 3 ~ 6 %를 만족하였다. 개발 제품의 공극률은 4.1 %로 측정되었으며, 이는 최적 공극률 설계기준 4.0 %에 근사한 값이었다.
- ⑪ 동적 안정도 시험결과 비교제품과 개발제품 모두 SPS-KAI0002-F2349-5687의 품질기준 750 회/min 이상을 만족하였다. 개발제품의 동적 안정도는 6,342회/min으로 비교제품과 비교하여 가장 큰 값을 나타내었다. 일반적으로 SMA 아스콘의 동적 안정도는 (1,000 ~3,000)회/min, SBS PMA 아스콘의 동적 안정도는(6,000 ~ 8,000)회/min의 값을 가지는데, 개발제품의 동적 안정도 시험결과를 보면 SBS PAM 아스콘에 근접해 있음을 확인할 수 있었다.
- 0 %를 만족하였다. 개발제품의 아스팔트 함유율은 5.5 %였고, 최적 아스팔트 함량은 5.6 %였다.
- 또한 터프니스 시험결과 비교제품과 개발제품 모두 SPSKAI0002-F2349-5687와 KS I 3005의 품질기준 8,000N·mm를 만족하였다.
- 개발 제품의 안정도는 17,027 N으로 비교제품과 비교하여 가장 큰 값을 나타내었다. 또한 흐름값 시험결과 비교제품과 개발 제품 모두 SPS-KAI0002-F2349-5687와 KS I 3005의 품질기준 20 ~ 40(1/100 cm)을 만족하였으며, 개발제품의 흐름값은 36(1/100 cm)로 측정되었다. 이를 근거로 교통차량의 하중에 의해서 고온에 있어서 유동하거나, 파상의 변형을 일으키는 저항성과 노상 · 노반의 변형에 순응하여 패인 자국이 생기지 않도록 저항하는 성질인 소성변형 저항력이 비교제품에 비하여 우수함을 확인할 수 있었다.
- 본 성능평가에 사용된 골재는 ‘아스팔트 혼합물용 굵은 골재 67호’, ‘아스팔트 혼합물용 굵은골재 78호’, ‘아스팔트 혼합물용 굵은골재 6호’, ‘아스팔트 혼합물용 굵은골재 7호’, ‘아스팔트 혼합물용 잔골재 No.4’로 시험 결과는 품질기준을 모두 충족하였다.
- 시험방법은 관련 한국산업규격에 따라 실시하였으며, 시험은 한국건설생활환경시험연구원에서 수행하였으며 개발제품(P-2-13)의 성능과 비교제품의 성능을 요약한 결과는 [표 5]에 나타낸 바와 같으며, 매우 우수한 성능을 나타내는 것을 알 수 있었다. 즉 소성변형(Rutting), 균열(Cracking) 및 포트홀(Pot hole)에 의한 포장의 조기 파손억제를 통한 도로의 설계수명을 확보하여 운전자의 안정성을 보장할 수 있으며, 순환골재의 재활용률을 향상시킨 것으로 나타났다.
- 개발제품의 추출 후 침입도는 64(1/10mm)로 가장 높은 값을 나타내었다. 이근 근거로 재생첨가제, 개질첨가제, 분산제 및 박리저감제가 혼합된 형태인 PCM(Polymer Control Material)의 노화된 폐아스팔트의 물성을 복원 시키는 효과가 우수함을 확인할 수 있었다.
- 이를 근거로 교통차량의 하중에 의해서 고온에 있어서 유동하거나, 파상의 변형을 일으키는 저항성과 노상 · 노반의 변형에 순응하여 패인 자국이 생기지 않도록 저항하는 성질인 소성변형 저항력이 비교제품에 비하여 우수함을 확인할 수 있었다.
- 개발제품의 터프니스는 15,609N·mm로 가장 높은 값을 나타내었다. 이를 근거로 균열에 대한 저항성이 비교제품과 비교하여 우수함을 확인할 수 있었다.
- 92으로 비교제품과 비교하여가장 큰 값을 나타내었다. 이를 근거로 아스팔트 피막과 골재 사이의 부착력 및 점착력이 PCM에 의해 강화되었음을 확인 할 수 있었으며, 수분손상에 의한 포트홀과 박리 현상에 대한 저항력, 즉 수분민감도가 비교제품에 비하여 우수함을 확인 할 수 있었다.
- 일반적으로 SMA 아스콘의 동적 안정도는 (1,000 ~3,000)회/min, SBS PMA 아스콘의 동적 안정도는(6,000 ~ 8,000)회/min의 값을 가지는데, 개발제품의 동적 안정도 시험결과를 보면 SBS PAM 아스콘에 근접해 있음을 확인할 수 있었다. 이를 근거로 편장석을 최소화한 단 입도 골재 사용에 의한 골재 맞물림 효과 및 PCM의 부착력 및 점착력 강화 효과를 확인할 수 있었으며, 반복적인 차륜 하중에 대한 소성변형 저항성이 비교제품과 비하여 우수함을 확인 할 수 있었다.
- 개발제품의 동적 안정도는 6,342회/min으로 비교제품과 비교하여 가장 큰 값을 나타내었다. 일반적으로 SMA 아스콘의 동적 안정도는 (1,000 ~3,000)회/min, SBS PMA 아스콘의 동적 안정도는(6,000 ~ 8,000)회/min의 값을 가지는데, 개발제품의 동적 안정도 시험결과를 보면 SBS PAM 아스콘에 근접해 있음을 확인할 수 있었다. 이를 근거로 편장석을 최소화한 단 입도 골재 사용에 의한 골재 맞물림 효과 및 PCM의 부착력 및 점착력 강화 효과를 확인할 수 있었으며, 반복적인 차륜 하중에 대한 소성변형 저항성이 비교제품과 비하여 우수함을 확인 할 수 있었다.
- 시험방법은 관련 한국산업규격에 따라 실시하였으며, 시험은 한국건설생활환경시험연구원에서 수행하였으며 개발제품(P-2-13)의 성능과 비교제품의 성능을 요약한 결과는 [표 5]에 나타낸 바와 같으며, 매우 우수한 성능을 나타내는 것을 알 수 있었다. 즉 소성변형(Rutting), 균열(Cracking) 및 포트홀(Pot hole)에 의한 포장의 조기 파손억제를 통한 도로의 설계수명을 확보하여 운전자의 안정성을 보장할 수 있으며, 순환골재의 재활용률을 향상시킨 것으로 나타났다.
후속연구
- 도로라는 것은 국민들의 행복한 삶을 추구하기 위한 기본적인 시설로써 국가시설물의 유지관리 비용을 절감시킬 수 있는 SOC 장수명화 기술개발을 통해 매년 발생하는 유지 보수 비용을 절감시킬 필요가 있다. 또한 이미 발생된폐기물을 단순하게 매립하는 것이 아니라 더 부가각치가 높은 제품으로 upcycling시킴으로써 그 활용도를 높여 환경과 경제성을 모두 확보해야 할 필요성이 있다.
- 이번 중앙아스콘(주)에서 개발한 제품은 이러한 기술 현실화를 위한 첫단계로써 그 의미가 있다고 보여지며, 이후 지속적인 실증포장을 통해 장기 성능을 검증·개선하여 재생 아스팔트 콘크리트의 신뢰도를 더욱더 높여나가야 할 것이다.
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