ABSTRACT
PURPOSES :The purpose of this study is to evaluate the mechanical properties of a cold-recycling asphalt mixture used as a base layer and to determine the optimum emulsified-asphalt content for ensuring the mixture’s performance.
METHODS :The physical properties (storage stability, mixability, and workability) of three types of asphalt emulsion (CMS-1h, CSS-1h, and CSS-1hp) were evaluated using the rotational viscosity test. Asphalt emulsion residues, prepared according to the ASTM D 7497-09 standard, were evaluated for their rheological properties, including the G*/sinδand the dynamic shear modulus (|G*|). In addition, the Marshall stability, indirect tensile strength, and tensile-strength ratio (TSR) were evaluated for the cold-recycling asphalt mixtures fabricated according to the type and contents of the emulsified asphalt.
RESULTS :The CSS-1hp was found to be superior to the other two types in terms of storage stability, mixability, and workability, and its G*/sinδ value at high temperatures was higher than that of the other two types. From the dynamic shear modulus test, the CSS-1hp was also found to be superior to the other two types, with respect to low-temperature cracking and rutting resistance. The mixture test indicated that the indirect tensile strength and TSR increased with the increasing emulsified-asphalt content. However, the mixtures with one-percent emulsified-asphalt content did not meet the national specification in terms of the aggregate coverage (over 50%) and the indirect tensile strength (more than 0.4 MPa).
CONCLUSIONS :The emulsified-asphalt performance varied greatly, depending on the type of base material and modifying additives;
therefore, it is considered that this will have a great effect on the performance of the cold-recycling asphalt pavement. As the emulsified-asphalt content increased, the strength change was significant. Therefore, it is desirable to apply the strength properties as a factor for determining the optimum emulsified-asphalt content in the mix design. The 1% emulsified-asphalt content did not satisfy the strength and aggregate coverage criteria suggested by national standards. Therefore, the minimum emulsified-asphalt content should be specified to secure the performance.
Keywords
Cold-recycling asphalt mixture, asphalt emulsion, cold mix design
상온 재활용 아스팔트 혼합물의 적정 유화아스팔트 함량 선정 연구
Study on the Proper Emulsified-Asphalt Content for a Cold-Recycling Asphalt Mixture
양`성`린 Yang, Sung Lin 정회원·한국건설기술연구원 미래전략실·공학석사 (E-mail : [email protected]) 손`정`탄 Son, Jung Tan 정회원·한국건설기술연구원 도로연구소·공학석사 (E-mail : [email protected])
이`강`훈 Lee, Kang Hun 정회원·한국건설기술연구원 도로연구소·공학석사·교신저자 (E-mail : [email protected]) Int. J. Highw. Eng. Vol. 20 No. 1 : 47-58 FEBRUARY 2018
https://doi.org/10.7855/IJHE.2018.20.1.047
Corresponding Author : Lee, Kang Hun, Researcher
Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology, 283, Goyangdae-ro, Ilsanseo-gu, Goyang-si, Gyeonggi-do, 10223, Korea Tel : +82.31.910.0026 Fax : +82.31.910.0161
E-mail : [email protected]
International Journal of Highway Engineering http://www.ksre.or.kr/
ISSN 1738-7159 (Print) ISSN 2287-3678 (Online)
Received Dec. 21. 2017 Revised Dec. 21. 2017 Accepted Jan. 26. 2018
1. 서론
지구 온실가스 배출 증가로 인한 이상기온현상으로 현재 전세계적으로 많은 자연재해 피해가 발생하고 있
으며, 최근 국제적으로 지구 온실가스 배출을 줄일 수 있는 녹색혁신 경제구조의 변혁과 정부의 저탄소 녹색 뉴딜 정책기조에 부응하여 건설분야의 새로운 대체기술
에 대한 니즈가 증대하고 있다. 또한, 2015년 파리기후 협약에 따라 우리나라는 2030년까지 온실가스 배출전 망치(BAU) 대비 37%를 감축하기로 결정함에 따라 국 내 건설산업에서도 온실가스 배출 감축목표를 2020년 BAU 대비 31% 감축목표를 설정(국토교통부)하였으며 건설분야에서도 온실가스 배출 감축을 위한 다양한 기 술 개발을 추진하고 있는 실정이다.
이에 도로포장 분야에서도 온실가스 배출을 감축시키 고자 하는 연구가 활발하게 이뤄지고 있으며, 현행 국내 도로포장에 사용되는 가열 아스팔트 혼합물을 대체하고 자 하는 노력들이 이뤄지고 있다. 특히, 가열 아스팔트 혼합물의 생산 및 시공 온도를 낮춰 온실가스에 주범인 생산 시 발생되는 CO2를 저감하는 연구가 진행되어 최 근 중온 아스팔트 혼합물이라는 포장 공법이 개발되기 도 하였다. 그러나 중온 아스팔트 포장 공법은 기존 가 열 아스팔트 혼합물에 비해 약 30℃ 낮은 온도에서 생 산 및 시공을 하기 때문에 CO2저감 및 석유 연료를 약 30% 줄일 수 있는 포장 공법으로 원천적으로 CO2발생 을 차단시킬 수 없는 공법이다. 이에 아스팔트 혼합물을 생산 및 시공 시 CO2발생을 원천적으로 차단할 수 있 는 상온 아스팔트 혼합물에 대한 관심이 점차 증가되어 가고 있다.
최근 미국, 일본, 유럽 등 해외의 경우 재활용 아스팔 트 생산이 활성화되어 신규 아스팔트 포장의 약 30~70%까지 재활용 아스팔트 혼합물로 대체하고 있는 실정이다. 반면, 국내의 경우는 연간 약 2,300만톤의 아스팔트 혼합물이 생산되지만 재활용 아스팔트 혼합물 의 생산은 약 187만 톤(8.1%)으로 순환골재의 사용량이 미비한 실정이다. 자원의 재활용 문제가 중요해짐에 따 라 정부는 2016년‘자원순환기본법’을 제정, 2018년부 터 시행됨에 따라 폐기물의 재사용과 재활용을 점차 확 대할 예정이고, 2009년 환경부와 국토교통부는“순환 골재 및 순환골재 재활용 제품의 의무사용에 관한 법 률”을 개정하여 순차적으로 순환골재 의무사용비율은 점차 증가될 예정이다.
국내에서 사용되고 있는 기존 상온 재활용 아스팔트 혼합물은 주로 저가이면서 높은 강도를 발현시킬 수 있 는 시멘트가 첨가제로 사용되고 있으며, 시멘트의 생산 및 운반과정에서 다량의 온실가스 발생, 일부 혼합물에 서는 다량의 시멘트 사용으로 인한 포장의 조기파손 발 생(균열), 시공 후 장기간 양생으로 인한 조기 교통개방 불가능의 문제점이 발생되고 있다. 또한 시멘트를 다량 으로 사용하게 되면 포장의 강성이 강해져 강성포장
(Rigid Pavement)화 되기 때문에 업계에서도 이를 어 떤 포장으로 분류할지 고민인 것이 사실이다. 상온 재활 용 아스팔트 포장 공법은 공용성에 대한 검증이 확보가 된다면 자원재활용 측면에서나 환경친화적 측면에서 다 른 도로포장 공법에 비해 우수한 포장 공법인 것이 자명 한 사실이나 아직까지 이에 대한 연구가 부족하다.
따라서 본 연구에서는 상온 재활용 아스팔트 포장 공 법의 공용성능을 확보하기 위한 방안으로 현재 상온 재 활용 아스팔트 포장에 사용되고 있는 유화아스팔트의 성능 평가 및 공용성능을 확보하는데 필요한 적정 유화 아스팔트 함량을 결정하는데 그 목적이 있다.
2. 국내외 동향 조사
도로 포장용 재활용에 대한 연구는 미국에서도 1950 년부터 연구를 시작하여 1981년에 표준화를 달성하였으 며 국내에서도 1990년대 중반부터 재활용에 관한 연구 를 시작하였다. 국내에 재활용 아스팔트 포장 공법을 직 접적으로 적용하기 시작한 것은 2007년부터 본격적으로 시작하여 대부분이 가열 재생 아스팔트 포장을 생산하기 시작하였다. 물론, 2007년 이전에도 소규모 또는 자체 소비를 통한 재활용 아스팔트 포장 공법이 적용되었지만 실질적으로 눈에 띄게 증가하게 된 것은 순환골재 인증 제를 도입한 2007년부터 증가하기 시작하였다.
2007년 이전 주목할 만한 재생 아스팔트 포장 공법은
㈜서원에서 개발한 기층용 플랜트 상온 재활용 아스팔 트 포장(건설교통부(현, 국토해양부) 신기술 192호 지 정)이라는 공법이며 이는 화석연료를 사용하지 않으며 가열 재생 아스팔트 포장보다도 경제적이고 친환경적인 포장 공법으로 소개하고 있다. ㈜서원에서 개발된 상온 재활용 아스팔트 포장 공법은 국내에서는 한번도 적용 해보지 못한 공법으로 많은 시행착오와 함께 초기 내구 성을 확보하는데 많은 어려움이 있었으며 상온 재활용 아스팔트 포장의 경우에는 골재간의 접착력이 가열 재 활용 아스팔트 혼합물에 비해 감소되고 중교통의 포장 에는 적용이 어려우며 포설 전후의 기상요건이 품질에 크게 영향을 받는 단점을 가지고 있어 품질확보 또한 어 려운 것으로 인식되어 있었다.
권혁준 외 3인(1998)은 상온 재활용 아스팔트 혼합물 의 성능 평가를 위하여 폐아스콘을 30, 40, 50, 60%로 혼입비율을 변화시켰으며, 유화아스팔트(양이온 완속경 화, CSS type)의 성능을 증진시키기 위하여 SBR Latex 첨가량을 변화하여 마샬안정도, 잔류안정도 및
간접인장강도 실험을 실시하였다. 그 결과 폐아스콘의 함량이 증가할수록 그리고 SBR Latex 첨가량이 증가 할수록 강도가 증가하는 것으로 나타났다.
박태순 외 2인(1999)은 상온 유화재생 혼합물의 최적 아스팔트비 결정을 위하여 추출시험과 체가름시험에서 분석된 입도 분포를 사용하여 구재 입도 분석 방법에 따 른 상온 유화재생 혼합물의 마샬안정도 및 간접인장강 도 시험을 통한 성능 평가를 수행하였다. 이때 유화아스 팔트는 양이온 중속 경화(CMS)를 사용하고 구재 및 신 재의 비율을 50:50으로 구성하였다. 실험결과, 추출시 험을 통한 입도를 이용한 혼합물에 비해 구재 자체를 입 도 분석, 즉 추출입도가 아닌 구재 입도를 그대로 적용 하여 합성입도로 혼합한 혼합물의 마샬안정도 및 간접 인장강도가 높은 것을 알 수 있었다.
상온 재생 유화 아스팔트 혼합물 연구보고서(1998)에 서는 상온 재생 아스팔트 혼합물에 적합한 유화아스팔 트 종류 선정을 위하여 ASTM D 977(유화 아스팔트) 또는 ASTM D 2397(양이온 유화 아스팔트) 시험 방법 에 따라 실험한 결과 양이온계 중속 경화 및 완속 경화 유화아스팔트 모두 적합한 것으로 평가되었다. 또한 공 용성 평가 결과, 양이온계 중속 경화 및 완속 경화 모두 유화아스팔트 함량이 증가할수록 다짐에너지가 증가하 는 것으로 나타났으며, 폐아스콘의 추출골재 입도를 이 용한 합성입도보다는 추출하지 않은 입도를 이용한 합 성입도의 강도가 높은 것으로 나타났다. 회복탄성계수 는 약 2,000~3,000MPa의 범위로 일반 가열 아스팔트 혼합물에 비해 약 50% 수준인 것으로 파악되었다. 이 때 사용된 채움재로서는 시멘트가 사용되었으나 그 사 용 비율은 2.0% 미만이었으며, 구재 및 신재 비율은 50:50, 유화아스팔트 함량은 3%로 시험을 수행하였다.
김낙석 외 2인(2003)은 상온재생공법 활용을 위한 회 수 아스팔트 혼합물의 실험적 공용 특성을 평가하기 위 하여 구재 83%, 신재 16%, 시멘트 1%, 유화아스팔트는 전체 혼합물 중량기준 1.0%(공시체 1개 중량 1,200g 기 준 12g)를 첨가하여 상온 재생 아스팔트 혼합물을 제작 하고 간접인장강도, 피로시험, 잔류간접인장강도(TSR) 시험을 실시하였다. 실험결과, 간접인장강도는 기존 가 열 재생 아스팔트 혼합물에 비해 90~93% 정도의 강도 를 나타냈으며, 피로시험은 30~70% 수준으로 나타났 다. 또한 수분저항성 시험 결과에서는 기존 가열 재생 아스팔트 혼합물에 비해 63~76%로 나타났다. 위 실험 결과로 볼 때 수분민감도 및 간접인장강도는 기존 가열 재생 아스팔트 혼합물에 비해 상온 재생 아스팔트 혼합
물이 약 20% 정도 낮은 결과를 나타낸 반면, 피로균열 저항성 실험에서는 70% 수준까지 감소되는 결과를 나 타내었다. 그러나 대부분의 상온 재활용 아스팔트 포장 공법은 기존 가열 아스팔트 포장 공법 및 가열 재생 아 스팔트 포장 공법에 비해 강도 등 혼합물의 성능이 다소 떨어지는 것으로 나타났다. 이에 최근에는 100% 폐아 스콘을 활용하고 강도 발현을 위해 시멘트의 사용량을 증가시켜 기존 가열 재생 아스팔트 혼합물에 준하는 성 능을 확보할 수 있는 새로운 상온 재활용 아스팔트 공법 을 개발하여 시장에서 활용하고 있다.
이종만 외 3명(2009)은 도로포장용 상온 재생 아스팔 트 혼합물 개발을 위하여 콘믹스(아크릴폴리머+시멘트) 와 음이온 유화아스팔트를 이용한 상온 재생 아스팔트 혼합물에 대한 간접인장강도, 회복탄성계수 및 휠트랙킹 시험을 수행하였다. 간접인장강도는 5℃, 25℃, 40℃에 서 수행하였으며, 온도가 상승할수록 기존 가열 아스팔 트 혼합물에 비해 강도가 현저히 높게 나타났다. 특히 40℃에서는 약 4배 이상 높은 강도를 가지는 것으로 나 타났다. 또한 회복탄성계수는 5℃, 25℃, 40℃ 모두 약 3,000MPa 정도로 온도에 따른 탄성계수 변화가 없는 것으로 나타났다. 수분민감도 실험인 TSR 시험 결과 (동결-융해 후), 가열 아스팔트 혼합물 기준인 0.7를 모 두 상회하는 결과를 나타냈으며, 소성변형 저항성 역시 기존 가열 아스팔트 혼합물에 비해 콘믹스를 사용한 상 온 재생 아스팔트 혼합물이 약 2.8배 높은 결과를 나타 내었다.
김완상 외 3인(2008)은 기층용 상온 재생 아스팔트 혼합물을 개발하고 개발된 재료에 대한 포장재료로서의 타당성을 분석하기 위하여 다양한 실내 실험 분석을 실 시하였다. 사용재료로는 폐아스콘 86%와 폐콘크리트 10%를 사용하였으며, 결합재로 콘믹스와 유화아스팔트 를 혼합하여 기층용 상온 재생 아스팔트 혼합물을 제작 하였다. 실험결과, 기층용 상온 재생 아스팔트 혼합물의 마샬안정도 및 간접인장강도 모두 기존 가열 아스팔트 혼합물에 비해 2배 이상 높은 결과를 나타냈으나 간접 인장강도의 경우, 기층용 상온 재생 아스팔트 혼합물이 가열 아스팔트 혼합물에 비해 파괴 시 변형률이 낮아 균 열에 대한 저항성이 다소 감소되어지는 것으로 나타났 다. 회복탄성계수 시험 결과에서는 온도에 따른 탄성계 수 변화가 발생되지 않은 것으로 나타났다.
앞서 언급한 것과 같이 최근 개발된 상온 재활용 아스 팔트 혼합물은 일반 가열 아스팔트 혼합물에 비해 높은 성능을 나타내고 있으나 온도에 따른 탄성계수 변화가
없는 것으로 일반적인 연성포장의 특성인 점탄성 거동 (유변학적 거동 특성)을 나타내지 않아 연성 포장으로 분류하기에는 무리가 있는 것으로 나타났다.
Fig. 1은 최근 유럽에서 발표된 보고서(CEDR, 2012) 에서는 다양한 유럽 국가에서 사용되고 있는 시멘트 및 유화아스팔트 함량에 따른 도로 포장의 적용 가능한 층 을 나타내고 있으며, 그림에서와 같이 Y축에는 시멘트 함량, X축은 유화아스팔트 함량(Residue 기준)을 기준 으로 사용함량에 따른 적용할 수 있는 포장층을 분류하 였다. 상온 재활용 아스팔트 포장을 도로포장에 포장층 으로 사용하기 위해서는 시멘트 함량은 2% 미만, 유화 아스팔트 함량(Residue 기준)은 최소 3% 이상이 되어 야 도로 포장용으로 상온 재활용 아스팔트 혼합물을 사 용할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 유화아스팔트 함량 (Residue)이 3% 미만이거나 시멘트 1% 미만인 경우에 는 아스팔트 안정처리층으로 사용이 가능하며 시멘트가 1% 이상되는 경우에는 시멘트 안정처리층으로 분류하 였다.
본 문헌고찰을 통하여 국내외 상온 재활용 아스팔트 혼합물에 대한 연구 및 적용 사례, 기준 등을 조사하였으 며 이에 본 연구에서는 상온 재활용 아스팔트 혼합물에 성능 확보를 위한 국내에서 사용되고 있는 유화아스팔트 및 잔류분(residue)에 대한 역학적 특성을 평가하였다.
또한 유화아스팔트 종류 및 함량에 따른 상온 재활용 아 스팔트 혼합물에 대한 균열저항성(Indirect Tensile Strength, ITS) 및 마샬안정도(Marshall Stability), 수 분저항성(Tensile Strength Ratio, TSR) 실험을 수행 하였으며, 상온 재활용 아스팔트 혼합물의 공용성 확보 를 위한 적정 유화아스팔트 함량을 결정하고자 한다.
3. 유화아스팔트 특성 분석
상온 재활용 아스팔트 혼합물의 혼합, 다짐, 시공 후 의 공용성능은 유화아스팔트 종류에 따라 민감한 영향 을 받으며, 골재의 특성, 포장지역의 온도, 사용장비에 따른 적정한 유화아스팔트를 선정하는 것이 매우 중요 하다. 일반적으로 유화아스팔트의 분류 방법은 사용된 유화제의 이온에 따라 양이온(C)계, 음이온(A)계, 비이 온(N)계로 분류할 수 있고, 응결속도에 따라 급속응결 (RS, Rapid Setting) 계열, 중속응결(MS, Medium Setting) 계열, 완속응결(SS, Slow Setting) 계열로 나눌 수 있다. 현재 국내에서는 택코트 재료로 RS계열 의 양이온계 유화아스팔트인 RS(C)-3 또는 RS(C)-4 가 사용되고 있으며, MS 및 SS 계열의 유화아스팔트는 거의 사용되지 않은 반면, 상온 재활용 아스팔트 혼합물 용으로 사용되는 유화 아스팔트는 MS 또는 SS 계열의 유화아스팔트를 사용하며, 양이온계 및 음이온계가 주 로 사용되고 생산기술이 발달하면서 비이온계까지 사용 되기도 한다. 유화아스팔트는 일반적으로 상온 재활용 아스팔트의 결합재(binder)로서의 역할을 수행하며, 골 재와 골재의 부착성능을 향상시키기 위해 사용된다. 국 내₩외적으로 상온 재활용 아스팔트 혼합물의 골재와 골 재 사이의 부착성능 및 내구성을 향상시키기 위해 오래 전부터 개질 유화 아스팔트에 대한 연구를 진행해 왔으 며 다양한 첨가제를 이용한 개질 유화아스팔트를 개발 해 왔다.
3.1. 유화아스팔트의 기본물성
본 연구에서는 일반적으로 상온 재활용 아스팔트 혼 합물용으로 사용하는 유화아스팔트 3종을 선정하였으 며, 양이온계 완속경화경(Cationic Slow Setting, CSS-1h), 양이온계 중속경화형(Cationic Medium Setting, CMS-1h), 개질 첨가제가 첨가된 양이온계 완속경화형(Cationic Slow Setting, CSS-1hp)에 대 한 실내 역학적 특성을 평가하였다. 여기서 h는 단단한 아스팔트(hard asphalt)의 약자로 PG 64-22 아스팔 트를 사용한 것이며, p는 개질첨가제(polymer additive)의 약자로 SB Latex를 사용한 것이다. Table 1은 본 연구에서 사용된 유화아스팔트 3종에 대한 기본 물성 시험 결과 값을 나타내며, ASTM D 977
「Standard Specification for Emulsified Asphalt」
및 ASTM D 2397 「Standard Specification for Cationic Emulsified Asphalt」에서 제시하고 있는 유 화아스팔트 기준을 만족하는 것으로 나타났다.
Fig. 1 Minimum Asphalt Content according to the Type of Pavement in Europe
source : CEDR(2012),「Report on available test and mix design procedures for cold-recycled bitumen stabilised materials」
3.2. 유화아스팔트의 실내 역학특성 분석 3.2.1. 유화아스팔트의 점도 특성 및 품질 변동성 평가
유화아스팔트는 그 종류에 따라 물성 또는 역학적 특성 이 크게 변화되며 특히, 점도(Viscosity)에 따라 장기저장 성 및 작업성 등에 큰 영향을 미치는 것으로 보고되고 있 다. 유화아스팔트의 점도는 다양한 측정 장비(rotational viscometers, dynamic shear rheometer, Sayvolt fural viscometers)로 측정이 가능하며 각 장비별 점도에 대한 상관관계가 80% 이상인 것으로 보고되고 있다 (Salomo´n et al., 2011). 유화아스팔트의 거동은 총 3가지 단계로 정의할 수 있으며 저장, 시공, 시공 후 점도의 특성 을 반영하여 각 단계별 점도 변화에 따른 유화아스팔트의 특성변화 및 공용성능을 평가할 수 있다. 이는 앞서 언급 한 점도 측정 장비를 이용하여 shear rate 변화로 측정이 가능하다.
1단계(저장성) : 저장탱크 및 운반 과정에서의 점도 를 나타내며 낮은 전단 비율로 측정
2단계(생산성) : 골재와의 혼합 및 분사할 때의 점 도를 나타내며 높은 전단 비율로 측정
3단계(시공성) : 포장의 포설 및 다짐할 때의 점도 를 나타내며 낮은 전단 비율로 측정
1단계에서는 15분 동안 4.65s-1전단비율로 측정하며, 2단계에서는 5분 동안 170.2s-1로 측정한다. 마지막으로
3단계에서는 다시 5분 동안 4.65s-1로 측정한다.
본 시험은 유화 아스팔트의 점도 특성을 저장부터 시 공까지의 일련의 과정을 모사하는 시험으로 최종적으로 3단계의 점도를 1단계의 점도로 나누었을 때 100%까지 회복되는 유화아스팔트가 공용성능을 향상시킬 수 있다 는 의미이다. 또한 생산 및 시공 과정 중에 점도 변화가 없도록 포장의 균질성 확보를 확인하는 시험 방법이다 (Bahia, 2015).
Fig. 2는 본 시험의 예시를 나타내고 있으며, 그림에 서와 같이 붉은 색의 그래프보다는 검정색의 그래프가 생산에서 시공까지 유화아스팔트의 균질성이 우수한 것 을 알 수 있다. 또한 3단계 점도와 1단계 점도의 비율을 비교한 결과도 역시 검정색 그래프가 거의 100%까지 회복되는 것으로 공용성능을 향상시키는데 더 우수한 유화아스팔트라는 것을 알 수 있다.
본 연구에서는 상기와 같은 방법으로 총 3종(CSS- 1hp, CSS-1h, CMS-1h)의 유화아스팔트에 대한 저장 성, 생산성, 시공성에 대한 균질성 평가를 수행하였으 며, 이때 시험 온도는 60℃에서 수행되었다. Fig. 3은 본 연구에서 사용된 유화아스팔트 3종에 대한 각 단계 별 점도 변화 특성 및 공용성능 평가 결과를 나타낸다.
그림에서와 같이 유화아스팔트 3종 모두 1단계에서는 각 유화아스팔트 별 점도의 차이는 나타나지만 일정한 점도를 유지하는 것을 알 수 있으며 2단계에서도 동일하 게 점도의 차이는 있지만 일정하게 유지하는 것으로 유 화아스팔트의 저장 및 시공 시에는 점도 변화가 크게 나 타나지 않는 것을 알 수 있다. 반면, 3단계에서는 CSS- 1hp의 점도가 가장 안정적이었으며, 다음으로는 CSS- 1h, CMS-1h 순으로 나타났다. 이는 유화아스팔트의 양 생조건 즉, 수분증발 및 재료분리(물, 고형분) 등에 따라 점도 특성이 변화되는 것으로 판단된다. 또한 각 유화아 스팔트의 1단계와 3단계의 점도 비율(Viscosity Kinetic Table 1. Basic Physical Property Test Results of
Asphalt Emulsified
Contents CSS-1hp CSS-1h CMS-1h Test method Sieve residue, % 0.1
(≤0.1) 0.1 (≤0.1)
0.1 (≤0.1)
ASTM D 244 Particle charge Cation(+) Cation(+) Cation(+) Cement mixing test, % 0.3
(≤2.0) 0.2 (≤2.0)
0.2 (-) Residue by Evaporation,
%
60.2 (≥57)
60.8 (≥57)
60.5*
(≥65) Penetration, 25℃,
100g, 5sec.
69 (40~90)
55 (40~90)
58 (40~90)
ASTM D 5 Ductility, 25℃,
5cm/min, cm
100 (≥40)
74 (≥40)
72 (≥40)
ASTM D 244 Solubility, % 99.3
(≥97.5) 99.5 (≥97.5)
99.4 (≥97.5)
ASTM D 2042
* The evaporation residue of CMS-1h was 65% or more, but the evaporation residue was sampled so as to have a residue similar to the SS type
Fig. 2 Evaluation of Homogeneity of Storage, Production, and Construction of Emulsified Asphalt
Ratio)을 비교한 결과, CSS-1hp는 89.3%로 가장 크게 점도 회복이 되는 것으로 나타났으며 다음으로는 CMS- 1h는 71.3%, CSS-1h가 60.1% 순으로 CSS-1h가 점도 회복이 가장 늦는 것으로 나타났다. 이는 양생시간에 따 른 변화로써 물과 고형물이 분리되는 시점, 즉 Breaking-Time이 길어진 결과인 것으로 판단된다.
3.2.2. 유화아스팔트 잔류분(residue)의 거동 특성 평가
유화아스팔트의 잔류분(Residue)의 성능 평가를 위 해 ASTM D 7497-09에서 제시한 절차에 따라 아스팔 트 잔류분을 제작하였으며 이를 이용하여 잔류분에 대 한 단기노화 전후의 G*/sinδ값을 측정하여 고온에서 의 유변학적 특성을 평가하였다. Fig. 4는 유화아스팔 트 잔류분을 제작하기 위하여 60℃ 가열 오븐에 유화아 스팔트를 거치한 전경과 잔류분을 나타낸다.
상기 그림에서와 같이 제작된 잔류분의 시간 및 온도에 따른 거동 특성을 평가하기 위하여 KS F 2389 「아스팔 트의 공용성 등급」에서 제시한 복합전단계수(Complex Shear Modulus, G*)와 위상각(Phase-angle, δ)을 측정 하였으며, 이를 이용하여 잔류분별 고온에서의 소성변형 저항성을 평가하였다. 본 연구에서는 TA instrument 社 의 AR-1500 장비를 이용하여 복합전단계수와 위상각을 측정하였으며, 고온에서의 소성변형 저항성을 평가하기
위하여 G*/sinδ를 측정하여 각 유화아스팔트 잔류분의 종류에 따른 소성변형 저항성을 평가하였다. 이 때 비교 군으로는 가열 아스팔트 혼합물에 사용되는 일반 스트레 이트 아스팔트(PG 64-22)를 선정하였다. Fig. 5는 유화 아스팔트 종류별 잔류분에 대한 단기노화 전후의 G*/sin δ측정 결과를 나타낸다. 표에서와 같이 폴리머 개질제가 첨가된 CSS-1hp의 G*/sinδ은 기준이 되는 PG 64-22 에 비해 단기노화 전후 모두 동일 온도에서 10배 이상 높 은 결과 값을 나타냈으며, CSS-1h, CMS-1h는 PG 64- 22에 비해 다소 높은 결과를 나타냈으나 모든 온도에서 거의 동일한 결과를 나타냈다. 또한 모든 유화아스팔트 잔류분은 단기노화 전후의 G*/sinδ변화가 크게 발생되 지 않는 것으로 나타나 단기 노화에 따른 성능에는 큰 변 화가 없을 것으로 판단된다. 본 시험결과에서와 같이 유 화아스팔트 잔류분의 성능은 유화아스팔트 제조 시 사용 된 개질첨가제 또는 모재(아스팔트)의 성능에 따라 크게 좌우되는 것으로 나타났으며, 이는 시공 후 도로포장의 공용성능에 큰 영향을 미친 것으로 판단된다.
유화아스팔트 잔류분 종류에 따른 시간 및 온도의 유 변학적 특성을 평가하기 위하여 시간-온도 중첩이론을 이용한 온도 및 하중주기에 따른 동전단 탄성계수 (Dynamic Shear Modulus, |G*|)를 측정하였다. 또 한 온도 및 하중주기에 따른 동전단탄성계수의 변화를 Fig. 3 Evaluation of Viscosity Characteristics and Common
Performance of Each Type of Emulsified Asphalt
Fig. 4 Emulsified Asphalt Residue
Fig. 5 Estimation Results of G*/sinδbefore and after Short-term Aging by Emulsion Asphalt Residue
관찰하기 위하여 동전단탄성계수 마스터커브(master- curve)를 작도하였다.
온도 및 하중주기에 따른 동전단 탄성계수를 측정하기 위하여 먼저, 유화아스팔트 잔류분에 따른 Strain Sweep Test를 통하여 각 종류별 탄성영역에서의 Strain level을 선정하였으며, 이 때 선정된 Strain level은 0.1%
였으며, Frequence Sweep Test(이하, FST) 시험 시, Strain Level 0.1%를 적용하였다. 실험온도는 13~90℃
로 7℃ 간격으로 실험을 수행하였으며 하중주기는 6.28, 9.96, 15.78, 25.01, 39.64, 62.833(1/rad) 6번에 걸쳐 적용하였다. 실험의 신뢰성을 확보하기 위해 48℃를 기준 으로 48℃ 이하에서는 8mm Plate, Gap 2.0mm , 48℃
이상에서는 25mm Plate, Gap 1.0mm로 실험 수행하였 다. 각각의 온도에서 측정된 동전단탄성계수는 마스터커 브를 작성하기 위하여 이동계수(shift-factor)를 이용하 여 수평이동하여 하중주기에 따른 하나의 그래프로 나타 내는 마스터커브를 작성하였으며, 이 때 이동계수 및 마 스터커브는 Excel solver를 이용하였다.
Fig. 6은 각 유화아스팔트 잔류분에 따른 동전단탄성 계수 및 위상각 마스터커브를 나타낸다. 일반적으로 하 중주기가 높은 구간은 저온 특성을 나타내는 반면, 하중 주기가 낮은 구간은 고온 특성으로 높은 탄성계수를 나 타낼수록 소성변형에 대한 저항성이 높은 것을 의미하 기도 한다. 그림 (a)에서와 같이 CSS-1hp는 전영역대 에서 CSS-1h 및 CMS-1h에 비해 높은 동전단탄성계 수를 가지는 것으로 나타났으며, 특히 낮은 하중주기 영 역에서는 약 1.5배 이상 높은 탄성계수를 가지는 것으로 나타나 추후 소성변형에 대한 저항성이 우수할 것으로 판단된다. 반면 CSS-1h 및 CMS-1h는 상온 및 고온에 서 PG 64-22인 일반 스트레이트 아스팔트와 거의 유사 한 결과를 나타냈으며, 저온에서는 PG 64-22에 비해 낮은 탄성계수를 나타냈다. 전반적으로 온도 및 하중주 기에 따른 동전단탄성계수의 변화가 CSS-1hp가 상대 적으로 낮은 것으로 나타나 온도감온성이 우수한 것으 로 나타났으며, CSS-1h 및 CMS-1h는 거의 동일한 거 동을 나타내는 것으로 나타났다. 위상각 마스터커브에 서도 CSS-1hp의 위상각이 온도 및 하중주기 변화에 따 라 CSS-1h 및 CMS-1h에 비해 낮게 나타났으며 상대 적으로 탄성거동을 하는 것으로 나타났다. 이는 개질첨 가제인 폴리머가 첨가된 유화아스팔트의 특성인 것으로 잔류분에도 폴리머의 특성이 변화하지 않고 그대로 반 영된 것으로 판단되며, 추후 양생이 완료된 상온 아스팔 트 포장의 공용성능에 큰 영향을 미친 것으로 판단된다.
4. 실내실험
4.1. 상온 재활용 아스팔트 혼합물의 배합설계 본 연구에서는 상온 재활용 아스팔트 혼합물의 배합 설계를 수행하기 위하여 폐아스콘 80%, 신규 골재(채움 재 3% 포함) 20%의 비율을 적용하였으며, 국토교통부 지침「아스팔트 콘크리트 혼합물의 생산 및 시공 지침 (2017)」에서 제시하고 있는 배합설계 절차에 따라 수행 하였다. 사용된 폐아스콘은 A사에서 생산된 골재로서 본 연구에서 80% 비율로 혼입되는 것을 고려하여 총 3 Fig. 6 Characteristics according to Residues of
Emulsified Asphalt
(a)
(b)
(c)
가지 입도(25~13mm, 13~8mm, 8mm 이하)로 분류하 였으며, 폐아스콘의 기본 물성은 Table 2와 같다. 또한 채움재로서 사용된 재료로는 물과 반응하지 않는 재료 로서 소석회와 석회석분을 각각 2%, 1% 총 3%를 적용 하였다. 합성입도는 국토교통부 지침에서 제시하고 있 는 BB-1CR 기준(공칭최대골재크기 25mm)에 적합한 입도를 선정하였으며, 2절 문헌고찰에서 언급한 것과 같이 추출입도가 아닌 폐아스콘 골재 입도를 그대로 적 용하여 합성입도를 작성하였다. Fig. 7은 본 연구에서 사용할 상온 재활용 아스팔트 혼합물의 합성입도를 나 타낸다.
본 연구의 목적은 상온 재활용 아스팔트 혼합물의 최 적 유화아스팔트 함량을 결정하는 것으로 국토부 지침 에서 제시하고 있는 배합설계 절차를 따라 배합설계를 수행하였지만, 최종적으로 상온 재활용 아스팔트 혼합 물의 최적 유화아스팔트 함량 결정은 각 유화아스팔트 종류에 따른 함량별 마샬안정도, 간접인장강도 및 인장 강도비 시험을 통하여 결정하였다. 따라서 우선적으로 상온 재활용 아스팔트 혼합물에서 양생시간 등에 가장 영향을 미칠 수 있는 최적함수비(Optimum Moisture Contents, 이하 OMC)를 국토부 지침에서 제시한 마샬 다짐(양면 75회)을 이용하여 확정하였으며, Fig. 8은
OMC를 결정하기 위해 함수량별 건조밀도를 나타낸 것 이며 OMC는 5.6%, 이 때 최대 건조밀도는 2.135 g/㎤
인 것으로 나타났다.
4.2. 유화아스팔트 함량별 혼합물 제조
4.1절의 배합설계에서 결정된 OMC 5.6%를 기준으 로 총 3가지 종류의 유화아스팔트를 이용하여 함량별 (1%, 3%, 5%, 7%) 상온 재활용 아스팔트 혼합물을 제 조하였다. 제조 시, 실험결과에 영향을 최소화하기 위하 여 OMC 5.6%는 모든 혼합물에 동일하게 적용되도록 하였으며 예를 들면, 유화아스팔트 함량 1%를 추가한다 면 이 중 약 60%는 아스팔트 잔류분이고 40%는 유화 수 즉, 물인 것으로 감안하여 OMC 5.2%를 적용하도록 OMC를 수정하였다. Table 3은 OMC 5.6%를 기준으 로 각 유화아스팔트별 함량에 따른 OMC 변화를 나타 낸 것으로 앞서 언급한 유화아스팔트 기본 물성 실험 결 과의 잔류분을 기준으로 나타낸 것이다.
Table 3에서 제시한 것과 같이 유화아스팔트 함량에 따라 OMC를 변화하면서 공시체를 제작하였으며, 공시 체 제작 시, 다짐 횟수는 마샬다짐기를 이용하여 양면 75회 다짐을 수행하였다. Fig. 9는 각 유화아스팔트 종 류에 따른 함량별 혼합 후 다져지지 않은 상태의 혼합물 을 나타내는 것으로 1%를 적용한 혼합물은 유화아스팔 트 3종류 모두 피복률이 50%를 넘지 못하는 결과를 나 타냈다. 이는 배합설계 기준인 50% 이상의 피복률을 만 Table 2. Basic Properties of Waste Asphalt
Contents Criteria Test results
Content of waste asphalt
(%) 3.8 or more 4.2
Penetration of waste
asphalt (25℃, 1/10mm) 20 or more 22 Amount lost in
washing test (%) 5 or less 3
Contents of heterogeneous
material(%)
Organic matter
1.0 or less (by volume : except asphalt contents)
- Inorganic
matter 1.0 or less(by mass)
Fig. 7 Aggregate Gradation of Cold Recylced Mixture
Table 3. OMC Variation according to Type of Emulsified Asphalt
Contents Contents of emulsified Asphalt/OMC variation CSS-1h 1% / 5.2% 3% / 4.4% 5% / 3.6% 7% / 1.4%
CMS-1h 1% / 5.2% 3% / 4.4% 5% / 3.6% 7% / 1.4%
CSS-1hp 1% / 5.2% 3% / 4.4% 5% / 3.6% 7% / 1.4%
※ Residual application of each type of asphalt emulsion (60%) Fig. 8 Compaction Test Results of Cold Recycled
Asphalt Mixture
족하지 못하는 것으로 사용된 모든 유화아스팔트에 동 일하게 나타났으며, 유화아스팔트 함량이 최소 3% 이 상부터 피복률 50%를 만족하는 것으로 나타났다.
마샬다짐을 통하여 제조된 공시체는 60℃ 오븐에 탈 형하지 않은 몰드를 그대로 거치하여 48시간 동안 양생 한 후에 탈형하여 25℃에서 24시간 동안 양생하였다. 이 렇게 양생된 시편은 KS F 2446 「다져진 아스팔트 포장 혼합물의 겉보기 비중 및 밀도시험 방법」을 이용하여 밀 도를 측정하였으며, 각 유화아스팔트 함량별 이론최대밀 도 실험을 통하여 공극률을 측정하였다.
Table 4는 각 유화아스팔트 종류 및 함량별 다져진 공 시체의 실측밀도 및 공극률을 나타낸다. 표에서와 같이 모든 유화아스팔트는 유화아스팔트 함량이 증가할수록 공극률은 감소하는 것으로 나타났다. 또한 CSS-1h와 CSS-1hp는 유화아스팔트 함량 1%를 제외하고는 국토 교통부 지침의 공극률 기준인 9~14%를 만족하는 것으 로 나타났다. 그러나 CMS-1h를 사용한 상온 재활용 아 스팔트 혼합물은 5%에서도 공극률 기준을 만족하지 못 하는 것으로 나타나 CMS-1h는 상대적으로 혼합 및 다 짐 시, 다짐에너지 확보가 어려워 공극률이 크게 나타난 것으로 판단된다.
4.3. 마샬안정도 및 간접인장강도 실험결과 본 연구에서는 앞서 언급한 것과 같은 방법으로 유화 아스팔트 종류 및 함량에 따른 공시체를 제작하였으며, 이를 이용하여 마샬안정도 및 간접인장강도 실험을 수 행하였다. 마샬안정도는 국토교통부 지침에 제시하고 있는 절차대로 40±1℃에서 수침 30분 후에 마샬안정 도 시험을 수행하였다. Fig. 10은 유화아스팔트 종류 및 함량별 마샬안정도 실험 결과를 나타낸다. 그림에서 와 같이 CSS-1hp를 제외하고 나머지 2종의 유화아스 팔트를 적용한 상온 재활용 아스팔트 혼합물의 마샬안 정도는 유화아스팔트 함량이 증가할수록 강도가 감소되 는 것으로 나타났다. 또한 CMS-1h를 적용한 혼합물의 마샬안정도는 나머지 두 혼합물에 비해 모든 함량에서 낮은 결과를 나타냈으며, 이는 앞서 언급한 것과 같이 다짐 시 다짐에너지 확보가 부족한 것에 기인하는 것으 로 판단된다. CSS-1hp는 모든 함량에서 국토교통부 마샬안정도 품질기준을 만족하였으며, CSS-1h는 7%
함량을 제외하고 모두 만족하는 것으로 나타났다. 반면, CMS-1h는 1, 3%에서만 기준을 만족하는 것으로 나타 났으며, 5, 7%에서는 기준을 만족시키지 못하는 결과를 나타냈다. 흐름값에서는 모든 혼합물이 품질기준을 만 족하지 못하는 것으로 나타났으며, 이는 모든 혼합물에 강도를 발현할 수 있는 별도의 첨가제를 혼입하지 않은 Fig. 9 Condition of Asphalt Mixture according to
Types and Contents of Emulsified Asphalt
Table 4. Bulk Density and Air Void according to Emulsified Asphalt Content
Contents CSS-1h CMS-1h CSS-1hp
Contents of emulsified
asphalt Bulk density (g/cm3)
Air void
(%) Bulk density (g/cm3)
Air void
(%) Bulk density (g/cm3)
Air void
(%) 3% 2.209 13.4 2.143 16.9 2.164 15.8 5% 2.219 11.0 2.113 15.2 2.186 12.3 7% 2.203 9.4 2.136 11.8 2.198 9.2
결과인 것으로 판단된다. 최준성(2014)은 채움재의 종 류 및 함량에 따라 마샬안정도 및 흐름값에 중요한 영향 을 미치는 것으로 판단하였으며, 추후 첨가제의 종류 및 함량에 따른 최적 비율에 대한 추가 실험을 수행한다면 마샬안정도 및 흐름값의 품질기준은 충분히 만족시킬 것으로 판단된다.
Fig. 11은 유화아스팔트 종류 및 함량에 따른 간접인 장강도 시험 결과를 나타낸다. 간접인장강도는 상온(25
℃)에서 2시간 이상 양생한 후에 수행하였으며, 본 연구 에서는 실험변수를 최소화하기 위하여 모든 시편을 상 온 챔버에서 4시간 동안 양생한 후에 실험을 수행하였 다. 그림에서와 같이 상온 재활용 아스팔트 혼합물은 유 화아스팔트 종류와 상관없이 유화아스팔트 함량이 증가 함에 따라 강도 역시 증가되는 것으로 나타났으며, 5%
를 기준으로 인장강도가 점차 감소되는 것으로 나타났 다. 이는 혼합물의 강도 확보를 위해서 유화아스팔트 함 량만을 증가시키는 것이 좋은 방법은 아니라는 것을 나 타내며, 물론 입도에 따라 다르겠지만 선정된 입도에 적 절한 유화아스팔트 함량 즉, 합성입도에 따른 최적 유화
아스팔트 함량이 존재하는 것을 의미한다. 마샬안정도 에서는 유화아스팔트 함량이 증가할수록 점차 감소되는 것으로 나타났지만 간접인장강도 시험에서는 강도가 변 화되는 변곡점이 발생되는 것으로 판단되며, 추후 이 변 곡점을 기준으로 상온 재활용 아스팔트 혼합물의 최적 유화아스팔트 함량을 결정하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
유화아스팔트 종류 및 함량에 따른 국토부 지침에서 제시하고 있는 품질기준인 0.4MPa을 만족하는 혼합물 은 유화아스팔트 종류 및 함량에 따라 다르게 나타나며, CSS-1hp를 적용한 혼합물은 3, 5, 7%에서 기준을 만 족하는 것으로 나타났으며, CSS-1h는 5%에서만 만족 하는 것으로 나타났으나, 3%에서도 기준을 만족할 수 있는 가능성이 있는 것으로 나타났다. 반면 CMS-1h는 모두 기준을 만족하지 못하는 것으로 나타났으나, 5%에 서 기준인 0.4MPa에 거의 근접한 것으로 채움제 종류 만 바꾸게 된다면 기준을 만족시킬 것으로 판단된다. 간 접인장강도 역시 채움재의 종류에 따라 기준을 만족할 수 있을 것으로 판단되며 상온 아스팔트 혼합물의 성능 향상을 위해서는 적합한 채움재의 종류 및 적절한 함량 결정은 중요한 인자인 것으로 판단된다.
4.4. 수분민감도 평가
유화아스팔트 종류 및 함량에 따른 수분민감도 평가 를 위하여 인장강도 비(Tensile Strength Ratio, TSR) 시험을 국토교통부 지침에서 제시하고 있는 절차 를 따라 수행하였다. 일반적으로 AASHTO T 283
「Standard Method of Test for Resistance of Compacted Moisture Induced Damage」에서 제시 하고 있는 시험 방법은 공극률 7±0.5%로 공시체를 제 작하고 포화도 55~75%가 되도록 물을 강제로 침투시 켜 부분포화가 되도록 수분처리를 실시하도록 제시하고 있다. 그러나 앞서 언급한 것과 같이 유화아스팔트 함량 이 증가할수록 공극률이 감소되지만 7%까지 함량을 증 가시켜도 약 9% 이상의 공극률을 가지는 것으로 나타났 으며, 유화아스팔트 함량 1%에서는 국토교통부 지침에 서 제시하고 있는 최대 공극률 14%조차도 만족시키지 못하는 결과를 나타냈다. 이에 본 연구에서는 공극률을 만족하는 상온 재활용 아스팔트 혼합물을 기준으로 수 분처리 전후의 인장강도 시험을 실시하여 TSR 결과를 측정하였다. 다만, CMS-1h의 경우에는 유화아스팔트 함량 7%일 때만 공극률을 만족하는 것으로 나타나 나머 지 두 혼합물의 실험 가능한 유화아스팔트 함량을 기준 으로 동일한 함량에서 실험을 수행하였다. 또한 상온 재 Fig. 11 Measurement of Indirect Tensile Strength
according to Emulsified Asphalt Content Fig. 10 Marshall Stability and Flow Measurement Results
according to Emulsified Asphalt Content
활용 아스팔트 혼합물의 특성상, 공극률 7±0.5%를 맞 출 수 없어 각 혼합물이 가지는 공극률을 기준으로 실험 변수를 최대한 줄이기 위하여 포화도가 65~75%가 되 도록 부분 포화를 실시하였다. 수분처리 조건은 국토부 지침에서 제시하고 있는 절차에 따라 수행하였으며, 부 분 포화 후 25℃ 수조에 24시간 동안 수침 후 동결 없 이 인장강도 실험을 수행하였다. Fig. 12는 유화아스팔 트 종류 및 함량별 수분처리 전후의 간접인장강도 및 인 장강도 비 실험결과를 나타낸다. 그림에서와 같이 모든 혼합물은 수분처리 전후의 간접인장강도 결과의 경향이 거의 유사하게 나타났으며, 수분처리 후에도 일정함량 에서 강도의 증감에 대한 변곡점이 발생되는 것으로 나 타났다. 강도의 증감의 크기는 수분처리 후보다 수분처 리 전의 강도 값이 크게 변화되는 것을 알 수 있었다. 또 한 변곡점이 발생된 유화아스팔트 함량을 기준으로 함 량이 증가할수록 간접인장강도는 오히려 감소되는 것으 로 나타났지만 인장강도 비는 증가되는 것으로 나타났 다. 이는 수분처리 전후 모두 강도의 증감 변곡점이 발 생되는데 강도 변화의 크기가 수분처리 후보다 수분처 리 전의 강도변화가 현저히 높기 때문에 상대적으로 수 분처리 후 강도가 낮아도 인장강도 비가 높게 나타나는 것으로 판단된다. 또한 유화아스팔트 함량이 증가됨에 따라 피복두께가 증가되어 수분에 대한 박리저항성을 증가시키고 수분처리 전후의 강도 변화를 점차 감소시 켜 결과적으로 함량이 증가함에 따라 수분저항성을 향 상시키는 것으로 판단된다.
또한 그림에서와 같이 모든 상온 재활용 아스팔트 혼 합물은 유화아스팔트 종류 및 함량에 상관없이 국토교 통부 지침에서 제시하고 있는 인장강도 비 기준인 70%
를 만족시키지 못하는 결과를 나타냈으며, 55~67% 사 이의 결과 값을 나타내고 있다. 박창규 외 3인(2017)은 채움재로서 석회석분(Lime) 또는 소석회(Hydrated
lime) 만으로 수분저항성을 높이는 것은 한계가 있다고 말하며 활성화제 등 별도의 강도를 발현할 수 있는 첨가 제(additive)가 포함되어야 수분저항성이 향상되는 것 으로 판단하였다. 본 연구에서도 동일하게 석회석분 및 소석회만으로 상온 재활용 아스팔트 혼합물의 수분저항 성을 향상시키는 것은 한계가 있는 것으로 판단된다.
5. 결론
본 연구에서는 현재 국내에서 사용중인 유화아스팔트 의 물리적 거동 특성 평가 및 이를 이용한 상온 재활용 아스팔트 혼합물의 실내 실험을 통하여 다음과 같은 결 론을 도출하였다.
1. 유화아스팔트 제조 시 사용된 모재(아스팔트) 및 개 질첨가제 즉, 제조 시 사용된 재료의 특성에 따라 유 화아스팔트의 물리적 특성이 크게 변화되는 것으로 나타났다. 이는 사용 재료에 따른 상온 재활용 아스 팔트 혼합물의 공용성에 영향을 미칠 것으로 판단되 며, 실험결과에서도 탄성계수 및 강도에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
2. 유화아스팔트 종류 및 함량에 따른 상온 재활용 아스 팔트 혼합물 실험 결과, 유화아스팔트 함량 1%를 첨 가한 혼합물을 제외하고 피복률은 지침에서 제시하 고 있는 50% 이상을 모두 만족하는 것으로 나타났으 며, 공극률 역시 1%를 제외하고 대부분 최대 14% 이 내로 나타내 기준을 만족시키는 것으로 파악되었다.
3. 모든 상온 재활용 아스팔트 혼합물의 간접인장강도 실험결과, 아스팔트 함량에 따른 강도 증감에 대한 변곡점이 발생되는 것으로 파악되어 혼합물 종류(입 도 등)에 따른 최적 유화아스팔트 함량을 결정하거나 배합설계 시, 간접인장강도 실험 방법을 추가하는 것 이 바람직할 것으로 판단된다.
4. 상온 재활용 아스팔트 혼합물에 대한 수분저항성 평 가 결과, 모든 혼합물이 인장강도 비 기준인 70%를 만족시키지 못하는 결과를 나타냈으며, 이는 국내에 서 사용중인 유화아스팔트만으로 수분에 대한 저항 성을 개선시키는 것은 어려울 것으로 판단되며, 상온 재활용 아스팔트 혼합물의 성능 향상을 위한 적합한 첨가제 활용이 큰 영향을 미칠 것으로 판단된다.
본 연구를 통해 유화아스팔트 종류 및 첨가비율 즉, 함량에 따라 상온 재활용 아스팔트 혼합물의 성능이 크 게 변화되는 것으로 판단되며, 상온 재활용 아스팔트 혼 Fig. 12 TSR Measurement Results according to
Type and Content of Emulsified Asphalt
합물 종류에 따라 적절한 유화아스팔트 함량이 존재하 는 것으로 판단된다. 특히, 본 연구에서는 유화아스팔트 종류별 상온 재활용 아스팔트 혼합물의 결과 값이 유화 아스팔트 함량 5%에서 모든 실험에서 상대적으로 우수 한 결과를 나타내었다. 그러나 유화아스팔트의 가격 즉, 경제성을 고려한다면 5%를 적용하기는 수요시장에서의 어려움이 있을 것으로 판단된다. 이에 본 연구에서는 유 화아스팔트 함량 1%를 적용하기에는 피복률 및 공극률, 강도 확보 등을 만족시키기 어려울 것으로 판단된다. 따 라서 본 연구 결과를 토대로 유화아스팔트 함량 3%를 적용하는 기준을 만족하기에는 부족하지만 강도를 조기 에 발현할 수 있는 별도의 첨가제를 추가하는 것을 고려 하여 유럽에서 제시한 것과 같이 최소 유화아스팔트 함 량이 3% 이상 추가되어야 할 것으로 판단된다. 또한 상 온 재활용 아스팔트 혼합물의 다양한 성능을 향상시키 기 위해서는 성능 향상을 위한 별도 채움재(또는 첨가 제)가 혼입되어야 될 것으로 판단된다.
향후, 상온 재활용 아스팔트 혼합물의 성능 향상을 위 한 다양한 채움재(또는 첨가제)를 이용한 실내 공용성 및 장기 공용성 평가를 수행하고 이에 따른 포장 수명 등을 예측하여 실제 상온 재활용 아스팔트 혼합물의 실 증 연구가 수행되어야 할 것으로 판단된다.
감사의 글
본 연구는 국토교통부/교통물류연구개발사업의 연구비지 원(과제번호 16TLRP-B079261-03)에 의해 수행되었으며, 이에 감사드립니다.
REFERENCES
ASTM D 977, “Standard Specification for Emulsified Asphalt”.
ASTM D 2397, “Standard Specification for Cationic Emulsified Asphalt”.
CEDR(2014), “Report on Available Test and Mix Design Procedures for Cold-recycled Bitumen Stabilised Materials”, CEDR Transnational Road Research Programme call 2012 ; Recycling Road construction in a post-fossil fuel society.
Kim, N. S. (2003). “Laboratory Performance Characteristics of Cold-Mixed Reclaimed Asphalt Pavement(RAP)”, Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 3, No. 1, pp.133- 140.
Kim, W. S. (2008). “A Study on Cold-Mix Reclaimed Asphalt Pavement”,Civil Expo 2008, pp.3448-3451.
Kwon, H. J. (1998). “A Study on The Mixing Methods and Properties of Modified Cold Recycling Mixtures Using Emulsified Asphalt”, Korean Society of Road Engineers, pp.
159-162.
Lee, J. M. (2009). “A Development of Cold-Mixed Reclaimed Asphalt Pavement Materials”, Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 9, No. 3, pp.1-7.
Ministry of Construction and Transportation (1998). “A Study on Emulsified Asphalt for Cold Recycling Asphalt Mixture”, Research Report.
Ministry of Land, Infrastructure and Transport (2015). “Guidelines for the production and construction of Hot Mix asphalt”.
Park, C. K.(2017), “Performance Evaluation of Cold Recycled Asphalt Mixtures with Asphalt Emulsion and Inorganic Additives”International Journal of Highway Engineering, Vol.19, No.2, pp.137-142.
Park, T. S.(1998). “Determination of Optimum Asphalt Contents for the Cold Mix Recycling”, Korean Society of Road Engineers, pp.223-226.
Salomo´n, D. and P. Michael(2011). Kinetic Properties of Emulsified Asphalts. Research Report. 43 Idaho Asphalt Supply, Inc., 2002. http://www.technopave.com/publications/Kinetic-44 Properties-of-Emulsifed-Asphalts-May-2002.
