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문제 정의
- 이에 한국도로공사는 고속도로 건설 시 법적 사용규정에도 불구하고 현장적용이 미미함에 따라 합리적이고 친환경적인 설계적용방안을 강구하고자 2017년 10월 김해부산 고속도로 7공구에 상온·중온·가열 재활용 아스팔트 포장 시험시공을 실시하여 재활용 아스팔트 콘크리트의 적용성을 검토하였다.
제안 방법
- 아스팔트 콘크리트 포장형식 설계 시 표층은 압축, 전단, 인장응력이 모두 집중되므로 소성변형 저항성 및 균열저항성이 큰 재료를 적용하고, 기층은 전단, 인장응력이 하부로 갈수록 소산되어 상대적으로 압축응력이 지배적이므로 소성변형 저항성에 강한 재활용 아스팔트 콘크리트를 적용하는 것이 바람직하다. 교통량 및 중차량 통행량이 많은 도로는 기층위주로 적용하고, 보통 이하인 도로 및 단기간 공용도로는 중간층 및 기층에 적용하되 의무사용비율 40% 초과 시 고속도로 본선 기층은 다층으로 나누어 하부 기층에만 적용하는 것을 원칙으로 설계에 적용하고자 한다.
- 이러한 이유는 상온형 재활용 아스팔트 콘크리트는 일반아스팔트와 비교하여 점도가 낮은 유화아스팔트를 사용하는 특성상 간접인장강도를 향상시키는 것은 한계가 있는 것으로 조사되었다. 따라서 포장의 장기 내구성을 확보하고자 장기간 수분에 의한 파손 저항성을 나타 내는 상온형 재활용 아스팔트 콘크리트의 인장강도비 기준을 현행 0.7 이상에서 가열아스팔트 콘크리트 표층 및 중간층 수준인 0.8 이상으로 상향하여 시험시공에 적용하였다.
- 본 시험시공에 제시된 품질기준에 적합하도록 재활용 아스팔트 콘크리트 제조업체는 국토부 시공지침 부속서 Ⅲ-3에 명시된 방법에 따라 배합설계를 수행하였다. 순환골재 사용량은 각 혼합물 중량 대비 25%를 적용하였다.
- 8로 상향 적용하였고 골재는 한국도로공사 품질기준에 따라 1등급 골재를 사용하였다. 순환 골재는 일반적으로 노면에서 절삭되고 재처리되는 과정에서 1등급 골재의 입형기준을 만족하지만 시공 과정에서 샘플을 채취하여 확인시험을 수행하여 1등급 기준 만족여부를 확인하였다.
대상 데이터
- 품질기준은“아스팔트 콘크리트 포장 시공지침(국토부, 2017)”을 적용하였다. 이상에서 언급한 바와 같이 상온 아스팔트 혼합물의 인장 강도비는 0.8로 상향 적용하였고 골재는 한국도로공사 품질기준에 따라 1등급 골재를 사용하였다. 순환 골재는 일반적으로 노면에서 절삭되고 재처리되는 과정에서 1등급 골재의 입형기준을 만족하지만 시공 과정에서 샘플을 채취하여 확인시험을 수행하여 1등급 기준 만족여부를 확인하였다.
- 재활용 아스팔트 콘크리트의 고속도로 본선 적용성을 검증하고자 2017년 10월 17일~18일 김해부산 고속도로 7공구 진출입 램프구간의 기층에 상온 재활용아스팔트 콘크리트 2종류, 중온 및 가열 재활용아스팔트 콘크리트 각 1종류를 이용하여 시험시공을 실시하였다. 품질기준은“아스팔트 콘크리트 포장 시공지침(국토부, 2017)”을 적용하였다.
이론/모형
- 품질기준은“아스팔트 콘크리트 포장 시공지침(국토부, 2017)”을 적용하였다.
성능/효과
- 2017년 10월 현재, 재활용 아스팔트 콘크리트 생산업체는 전국적으로 분포하며, 기존의 가열아스팔트 콘크리트 생산업체는 순환골재 가열설비 및 공급설비 등을 추가하면 가열, 중온, 상온 재활용 아스팔트 콘크리트를 생산할 수 있는 것으로 확인하였으며, 사용량 증가 시 제조업체는 지속적으로 늘어날 것으로 예상되므로 설계 및 현장적용이 가능한 것으로 판단되었다. 현재 설계 또는 공사가 진행 중인 세종~포천, 새만금~전주, 김포~파주, 양평~이천 고속도로 구간에 재활용 아스팔트 콘크리트를 적용하는 경우 일반가열아스팔트 콘크리트 대비 가열재활용은 6.
- 기층구간에서 재활용 아스팔트 콘크리트의 종류별 품질기준을 검토한 결과, 가열 및 중온 재활용 아스팔트 콘크리트는 신규아스팔트 콘크리트와 동일한 기준을 적용하며 균열에 대한 저항성을 나타내는 상온 재활용 아스팔트 콘크리트의 간접인장강도 기준은 가열 및 중온형 아스팔트 콘크리트의 기준보다 0.2 N/mm2 낮은 것으로 조사되었다. 이러한 이유는 상온형 재활용 아스팔트 콘크리트는 일반아스팔트와 비교하여 점도가 낮은 유화아스팔트를 사용하는 특성상 간접인장강도를 향상시키는 것은 한계가 있는 것으로 조사되었다.
- 김해부산고속도로 제7공구에 가열, 중온, 상온 재활용 아스팔트 콘크리트 3종류를 적용한 결과, 품질 및 시공성은 모두 국토교통부 기준을 만족하였고, 공학적 타당성, 법적 의무사항, 경제성, 환경영향 등을 종합적으로 고려할 때, 재활용 아스팔트 콘크리트를 고속도로의 기층에 적용하는 것이 타당한 것으로 판단된다.
- 한국도로학회에서 2016년 10월 실시한 포장가속 시험 결과 일반 가열 아스팔트 콘크리트 대비 재활용 상온 아스팔트 콘크리트의 소성변형 저항성이 일반 가열 아스팔트 콘크리트 대비 약 2배 우수한 것으로 조사되었다. 또한 서울시의 실제 적용사례를 분석한 결과, 재활용 아스팔트 콘크리트를 시공한 구간의 균열율, 소성변형량, 평탄성은 일반 가열아스팔트 콘크리트와 비교하여 큰 차이가 없는 것으로 조사되었다.
- 또한 재활용 아스팔트 콘크리트를 2017년 현재 설계 및 시공 중인 고속도로 기층에 적용하는 경우 (1) 현행 의무사용 기준을 만족하는 동시에 (2) 경제적으로 가열, 중온, 상온 재활용아스팔트 콘크리트를 적용하는 경우 각각 6.0%, 2.1%, 16.1% 공사비를 절감할 수 있고 (3) 환경적으로 13,899톤 CO2를 저감하여 소나무 3,928,460그루를 심는 효과 및 약 3.2억 원의 탄소배출권을 확보할 수 있을 것으로 기대된다.
- 시험시공은 프라임/택코팅 살포량, 혼합물 온도, 다짐횟수 및 다짐속도 등은 국토부 지침에 명시된 기준에 따라 관리하였으며, 시공 후 각 재료별로 코어샘플을 채취하여 포장두께, 공극률, 다짐도, 간접인장강도를 확인한 결과 모두 국토부 기준을 만족하였다.
- 시험시공을 통한 재활용 아스팔트 콘크리트의 고속도로 기층용 적용성 검토결과, 가열, 중온, 상온 재활용 아스팔트 콘크리트의 시공방법은 모두 동일하지만 상온아스팔트 콘크리트 다짐면의 평탄성이 타이어(Tire)롤러 다짐에서 확보되어 탄뎀(Tandem)롤러 다짐이 필요 없는 것으로 판단되었다. 마샬안정도는 국토부 기준 대비 상온재활용 아스팔트 콘크리트는 159~238%, 중온 및 가열재활용 아스팔트 콘크리트는 188~192%로 나타났다.
- 2017년 10월 현재, 재활용 아스팔트 콘크리트 생산업체는 전국적으로 분포하며, 기존의 가열아스팔트 콘크리트 생산업체는 순환골재 가열설비 및 공급설비 등을 추가하면 가열, 중온, 상온 재활용 아스팔트 콘크리트를 생산할 수 있는 것으로 확인하였으며, 사용량 증가 시 제조업체는 지속적으로 늘어날 것으로 예상되므로 설계 및 현장적용이 가능한 것으로 판단되었다. 현재 설계 또는 공사가 진행 중인 세종~포천, 새만금~전주, 김포~파주, 양평~이천 고속도로 구간에 재활용 아스팔트 콘크리트를 적용하는 경우 일반가열아스팔트 콘크리트 대비 가열재활용은 6.0%, 중온재활용은 2.1%, 상온재활용은 16.1%의 공사비를 절감할 수 있는 것으로 조사되었다.
후속연구
- 향후 국토부 품질기준 및 순환골재 의무사용량을 만족하기 위해서는 설계, 품질확인, 수급여건 확인, 경제성검토 등의 체계적인 설계반영 절차가 필요한 것으로 판단된다.
- 현재 설계 또는 공사가 진행 중인 세종~포천, 새만금~전주, 김포~파주, 양평~이천 구간의 고속도로 기층에 상온재활용 아스팔트 콘크리트를 적용하면 CO2 배출량을 13,898,893kg 저감하여 소나무 3,928,460그루를 심는 효과를 기대할 수 있고, 약 3.2억 원의 탄소배출권을 확보할 수 있을 것으로 기대된다.
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