1 . 서 론
1 .1 연구목적
우리나라도 OECD에 가입 함에 따라 각종 공해물질의 배출을 제한하여 야 하는 입 장에서 건설공법에 있어서도 친환경적이고 자원을 재활용할 수 있는 방안에 대해서 관심이 고조되고 있다. 특히 교토 의정서에 의하여 각 국은 연간 이산화탄소(CO ) 의 발생량을 일정 수준으로 억 제하여야 한다.2 그런데 국내에서 거의 의존하고 있는 아스콘 포장공법은 재료생산시 발생 하는 과도한 이 산화탄소량에 의해 이 미 선진국에서는 그 사용을 제한하고 대체공법을 개발중 또는 사용중에 있는 실정이 다.
또한 국내에서는 해마다 약 800만톤 이상의 폐아스팔트가 생산되고 있 으며 우리 공사도 재개발, 재건축 사업의 증가로 많은 양의 폐아스팔트를 처리하여야 한다. 정부에서도 재활용 목표율을 1998년에는 35%에서 2002 년부터는 75%까지 대폭 상향하여 적용하는 것을 추진하고 있으나 현실은 이 에 훨씬 못미치는 양만이 재활용되고 있다. 폐아스팔트를 단순히 폐기할 때에는 막대한 폐기 비용이 소요되나 이를 다음 포장공사에 재활용할때에 는 폐기비용의 저감 뿐 아니라 신규 포장공사의 원가도 절감할 수 있는 2 중의 효과를 얻을 수 있다.
기존의 아스팔트는 폐아스팔트에서 추출한 골재를 가열할 때 골재에 묻 어 있는 아스팔트가 산화되어 시공후 포장면에 균열을 야기시킬 수 있어 폐골재의 재활용 비율이 낮으나 상온 아스팔트는 폐골재의 비율을 최대 70%까지 하여도 아스팔트에는 품질상에 문제가 없는 것으로 알려져 있다.
아스팔트 생산시의 공해를 저감시키고 또한 폐아스팔트를 재활용하여야 하는 두 가지 목적을 달성시키기 위해서 선진국에서는 상온 아스팔트 공법 에 대한 연구를 지속적으로 진행하고 있다. 국내에도 상온 아스팔트 포장 공법이 소개되었고 일부에서 사용되고 있지만 아직 품질이 더 개선되어야 하고 공법에 대한 인식이 부족하여 본격적으로 적용되고 있지 않다.
하지만 정부에서는 세계적인 환경정책과 부합하는 상온 아스팔트에 많
은 관심을 가지고 있으며 서울 월드컵 상암구장 앞 도로 포장에 적용한 바 가 있다. 또한 민간에서도 친환경성 및 폐아스팔트 재활용에 따른 경제적 효과 때문에 관심이 고조되고 있어 상온 아스팔트의 품질이 개선될 경우 그 사용량이 크게 증대될 전망이다.
우리 공사도 2003년 4 월에 완료한 " 지하주차장 상부포장기법 및 포장설 계 합리화 방안 " 연구과제에서 상온 아스팔트에 대한 적용성을 검토하였 다 . 이 에 상온 아스팔트의 품질개선 및 국내 적용확대를 위해 본 연구에서 는 상온 아스팔트의 품질을 제고할 수 있는 방안 및 적용에 필요한 설계기 준과 품질관리 방안을 제시하고자 한다.
1 .2 연구내용
본 연구에서는 친환경성 및 자원 재활용성이 뛰어난 상온 아스팔트의 품질을 개선할 수 있는 방안과 국내 적용확대를 위한 방안을 찾고자 하였 으며 이 를 위한 연구내용은 다음과 같다.
먼저 상온 아스팔트의 품질을 개선할 수 있는 방안을 찾기 위하여 상온 아스팔트의 핵심 기술인 유화제의 등급 및 용도별 성분과 성능에 미치는 영 향인자를 조사하였다. 또한 유화제와 아스팔트를 혼합하여 상온 아스팔 트를 생산하는 공정과 품질관리 방안에 대해서 조사하였고 생산된 상온 아 스팔트의 사용용도별 성능시험법 및 성능기준치에 대해 조사하였다.
또한 상온 아스팔트의 적용을 확대하기 위하여 상온 아스팔트의 역 사와 현황 및 미래를 조사하였다. 또한 상온 아스팔트를 실제 적용할 때 도로의 특성 , 공사의 목적 등에 맞게 적절하게 선택하여야 성공적인 적용이 가능 하며 이 를 위하여 상온 아스팔트의 선택 가이드 라인을 제시하였다.
또한 상온 아스팔트를 실무에 적용하기 위하여서는 배합설계지침이 가 장 필요하며 상온 아스팔트는 혼합물내에 물이 포함되어 있기 때문에 기존 의 가열아스팔트와는 배합설계의 개념이 상이 하며 상온 아스팔트를 많이 사용하는 미국에서도 각 기관마다 배합설계 방식이 다르다. 이에 본 연구 에서는 국내조건에 가장 적합한 상온 아스팔트의 배합설계 방식을 제시하 여 실무 적용에 도움을 주고자 하였다.
2. 현황 및 전망
2.1 상온 아스팔트의 친환경성
국내 아스팔트 포장의 생산.시공량은 년간 2,900만톤에 이 르며 폐아스팔 트는 년간 800만톤이 발생하고 있다. 국내에서 생산되는 2,900만톤의 아스 팔트는 대부분이 기존의 가열 아스팔트이 다 . 가열아스팔트는 1 톤 생산하는 데 벙커 C 유 10리터를 연소시켜야 하므로 2,900만톤의 아스팔트를 생산하기 위해서는 벙커 C 유 2 억 9 천만리터를 연소시켜야 한다. 이 때 발생하는 각종 공해물질 및 이 산화 탄소량은 엄청 나다.
이러 한 이유로 구미 선진국에서는 가열 아스팔트의 사용을 제한하고 아 스팔트를 가열하지 않기 때문에 생산시 공해가 거의 발생하지 않는 친환경 적 상온 아스팔트 공법의 적용이 점점 늘어나고 있다. 상온 아스팔트가 처 음 사용되기 시작한 것은 1920년대 이 지만 제품의 안정성과 내구성이 가열 아스팔트에 비해 떨어지기 때문에 그 사용량이 미진하였다. 그러다가 1970 년 석유파동 이후로 늘기 시작하여 최근에 친환경성을 강조하는 유럽을 중 심으로 그 사용량이 급격히 늘어났다. 프랑스의 남부 휴양지와 같이 자연 환경을 중시하는 곳에서는 상온 아스팔트의 적용비율이 전체 아스팔트 포 장의 60%를 웃돌고 있다.
국내에서도 상온 아스팔트 공법에 대한 연구가 1990년대 후반부터 시작 되어 2002년도에 4 만톤 정도가 실제 공사에 적용되었다. 2002년도에 적용 된 상온 아스팔트의 양은 전체 아스팔트 포장량의 0.14%로 아직 미진한 상태이 다 . 하지만 세계적인 포장동향이 가열아스팔트에서 친환경적인 상온 아스팔트로 옮겨가고 있고 정부에서도 상암동 월드컵 경기장에 적용하는 등 상온 아스팔트가 가지고 있는 장점에 대해 좋은 인식을 가지고 있어 정 책적으로 그 사용량이 늘어날 전망이다.
(1) 상온 아스팔트의 폐아스팔트 이용
도로, 항만, 공항 등 국가 기간시설에서 주로 발생하는 폐아스콘은 건설 폐기물 중에서 재활용율이 가장 낮은 상태이 나 정부 환경당국은 재활용 목 표율을 1998년 불과 35%에서 2002년부터는 75%까지 대폭 상향하여 적용
할 예정이다.
그 동안 폐아스콘의 재활용은 건설교통부와 환경부가 1999년 7 월 24 일 고시한「 건설폐재배출사업자의재활용지침」 에 따라 보수공사용, 도로기층 용 , 보조기층용, 아스팔트 혼합물, 건축.토목공사의 성토용, 복구용 및 폐 기물매립 시설의 복토용으로 활용할 수 있도록 되어왔다.
국내에서 전기통신 , 상하수도, 가스 등 각종 도로굴착공사와 재개발.재 건축 현장에서 발생하는 폐아스팔트는 약 800만톤 이 상이 고 이중 재활용된 폐아스팔트는 140만톤 정도로 재활용 비율이 17% 정도에 불과하다.
<표 2.1> 폐아스팔트의 용도별 재활용 현황
단 위 성토용 도로기층용 파쇄 골재 기 타 합 계 체적 (m )3 368,509 78,930 152,110 38,761 638,310
무게 (ton) 810,720 173,646 334,642 85,274 1,404,282
미국은 년간 폐아스팔트가 4,500만톤 발생하여 이 중 85%를 재활용하고 일본은 1,757만톤 중 50%를 재활용하고 있다. 즉, 선진국에서는 폐아스팔 트도 활용가치가 높은 자원으로써 잘 이 용하고 있는 반면에 국내는 아직 걸음마 단계이 다.
해마다 넘쳐나는 폐아스팔트를 잘 활용하기 위해서는 아스팔트 포장재 료로 재활용하는 것이 좋은데 기존의 가열아스팔트는 거의 재생 아스팔트 골재를 사용하지 않으며 사용하더라도 20% 이상 사용하는 것이 어렵 다.
반면에 상온 아스팔트는 재생 아스팔트 골재를 50%까지 사용할 수 있는 것으로 실험결과 나타났다. 그러 므로 상온 아스팔트가 본격적으로 사용되 면 폐아스팔트의 재활용 비율도 선진국 수준으로 증가할 것으로 분석된다.
2.2 경제성
상온재생 아스팔트 혼합물은 골재의 가열에 소모되는 연료절감과 폐아스 콘의 재생에 따른 아스팔트, 골재의 절감 및 폐기물처리비용을 줄일 수 있
으므로 공사원가를 절감할 수 있고 상온 포설의 편의성으로 시공 및 관리 비용 또한 줄어들 것으로 예상된다. 표 2.2는 폐아스콘을 폐기처리 하면서 가열 아스콘을 사용할 때와 폐아스콘을 재활용하고 상온 재생아스콘을 사 용할때의 톤당 경제성을 비교분석한 것이다.
<표 2.2> 아스콘 톤당 공사비 절감액 (단위 :원 )
구 분 폐아스콘 폐기처리 폐아스콘 상온재생 비 고
기층용가열아스콘 34,500 -
기층용상온재생 - 30,000 관수단가
(부가세별도) 폐기물처리비 16,628(※ ) -
재생골재생산비 - 8,000
계 51,128 38,000 △ 13,128(25.67%)
※ 전국건설폐기물처리공제조합 원가계산집계표
연간 800만 톤 이상 발생하는 것으로 추정되는 폐아스콘을 전량 재생하 고 가열아스콘 생산량의 50%를 상온아스콘으로 대체한다면 폐기물 처리 비 , 아스콘 구입비 , 연료비 등에서 총 3,000억원의 예산절감 효과를 기대할 수 있다. 또한 개량된 아스콘 재생플랜트와 제조기술을 외국에 수출할 수 있어 외화획득효과를 가져올 수 있다.
2.3 상온 유화아스팔트의 역사
유화 아스팔트는 1900년대 초에 처음 개발되었으며 도로포장에 사용하 게 된 것은 1920년대이다. 초창기에는 스프레이 형태로 먼지 완화제로 사 용되었다. 유화 아스팔트로서의 성장속도는 빠르지 않았는데 이는 사용가 능한 에멀젼의 종류가 제한을 받았고 에멀젼에 대한 충분한 지식이 없었기 때문이 다 . 새로운 형태와 등급의 에멀젼을 개발하고 또한 시공장비와 시공 기법이 개선되면서 에멀젼은 다양하게 사용되게 되었고 실질적으로 당시의 모든 도로가 요구하는 기준을 만족할 수 있게 되었다. 다양한 에멀젼 중에
서 적합하게 선택하면 시공비용이 절감되고 공해발생이 저감된다는 장점이 있다.
에멀젼의 사용량이 꾸준하게 증가한 시기는 1930년대와 1950년대 사이 이 다. 세계 2 차 대전이 발발하면서 교통하중과 교통량이 증가하게 되면서 도로설계자들은 에멀젼의 사용량을 줄이 게 되었다. 그대신 설계자들은 아 스팔트 시멘트를 사용하는 가열 아스팔트를 설계에 반영 하였다. 아스팔트 시멘트의 사용량이 1953년 이 후로 증가한 반면에 다른 아스팔트 제품들의 생산량은 일정수준을 유지하게 되었다.
이후에 다음의 몇가지 요인에 의하여 유화 아스팔트의 사용에 대해 관 심이 높아지게 되었다.
. 1970년대의 석유위기 . 중동의 석유 수출봉쇄로 인하여 미국 연방에너지 국에 의하여 석유보존을 위한 조치들이 제시되었다. 유화 아스팔트는 아스팔트를 액화시키는데 원유 솔벤트를 필요로 하지 않는다. 유화 아 스팔트는 추가 가열 없이도 대부분의 경우에 사용할 수 있다. 이 런 점 들이 에너지 절약에 도움이 된다.
. 대기오염 방지에 대한 관심 증가. 유화 아스팔트는 탄화수소를 거의 방 출하지 않는다.
. 유화 아스팔트는 골재를 코팅할 때 골재를 가열하거나 건조시킬 필요가 없기 때문에 연료를 절감할 수 있다.
. 다양한 종류의 유화제 사용가능. 설계 및 시공기준을 만족시킬 수 있는 개선된 유화제가 개발되었다.
. 아스팔트가 상온 상태이 기 때문에 장거리 이 동이 가능하다.
. 기존 아스팔트 포장의 표면 유지보수에 유화 아스팔트를 사용할 수 있 다 .
유화 아스팔트의 장점중에서 주로 에너지 절약과 대기오염 방지 효과에 의하여 유화 아스팔트의 사용을 촉진하게 되었으며 초기에는 컷백 아스팔 트가 이 역 할을 담당하였다. 미국 연방 고속도로국(FHWA) 에서는 연료를 절약하기 위해서는 컷백 아스팔트 대신에 유화 아스팔트를 사용하여야 함
을 주장하였다. 이러 한 의견은 강제사항은 아니었지만 유화 아스팔트의 사 용이 적극 권장되었다. 그 이 후로 미국의 모든 주에서 컷백 아스팔트 대신 에 유화 아스팔트가 사용되기 시작하였고 심지어 컷백 아스팔트 대신에 유 화 아스팔트를 사용하도록 규정하는 곳도 생겼다.
2.4 유화 아스팔트의 전망
잘 관리된 도로망에 대한 요구가 지속적으로 증대되고 있으며 아스팔트 포장공법이 이 러한 요구를 만족시키는데 필수적이 다. 미연방 고속도로국의 연례 조사에 보고된 " 고속도로 통계 " 에 의하면 미국은 약 6 백 3 십만km에 달하는 도로망을 구축하고 있다고 되어 있다. 그리고 이중 93%의 도로가 아스팔트로 포장되어 있다고 보고되었다.
1993년의 조사에서는 주간 고속도로의 19.2%가 포장면 상태가 양호하 고 24.1%는 보통상태 , 8.4%는 불량한 상태인 것으로 나타났다.
FHWA 는 정부의 고속도로의 유지관리는 매우 중요한 사안이 라고 주장 하였다. 이러 한 새로운 관심은 기존 포장도로를 개선하는데 재정예산의 배 정을 증가시키는 역 할을 하였다. 과거에는 FHWA의 주요 노력은 새로운 고속도로의 건설이 었다. 그렇지만 지금은 유지관리에 관심이 증대되고 있 다 . 유화 아스팔트는 기존 포장도로의 유지관리에 효과적으로 사용될 수 있다.
1993년에 지방, 주정부와 연방정부는 397억 달러 를 고속도로의 개선을 위하여 사용하였다. 이 중 234 억달러는 유지보수와 교통서비스에 사용되었 다 . 1993년에 유지보수 비용이 정부 고속도로 예산중의 31.2%를 차지하였 다 . 참고로 1973년에는 28.6%이 었다.
전략 고속도로 연구 프로그램 (SHRP)는 5 년간 1 억 5 천만달러 를 가지고 미국 도로의 성능과 연성 및 안전성을 향상시키기 위한 연구이 다. SHRP의 연구성과중의 하나는 가열아스팔트를 위한 수퍼페이브 배합설계 시스템이 다 . 수퍼페이 브 시스템은 주행성능에 근거한 설계기준을 이 용하고 기후, 기 존 구조물, 교통패턴과 교통하중과 같은 프로젝트의 고유 조건들을 고려한 다 . 수퍼페이브는 가열아스팔트에 사용된 아스팔트 바인더들을 특성화시키
는 새로운 방법을 사용한다. 수퍼페이브 바인더 제원에는 현재 유화 아스 팔트를 특별히 언급하고 있지는 않지만 향후에는 확실히 유화 아스팔트를 포함할 것으로 기대된다.
유지관리가 잘된 도로에 대한 요구는 지속적으로 증대될 것이며 또한 아스팔트 포장에 대한 수요도 꾸준히 유지될 것이 다. 그렇지만 질좋은 원 재료의 공급 제한 사유도 증가할 것이다. 이 러 한 이유로 경제적이 고 자원 보존적인 방법으로 도로재료를 이용하고자 하는 노력 들이 경주될 것이 다.
일례로 개량된 유화 아스팔트와 같이 자원을 재활용하고 고성능 재료의 사 용이 증대될 것이다.
아스팔트 포장산업은 많은 변화를 겪고 있다. 최근에는 유화 아스팔트 기술이 증대된 교통량, 경제성 향상 요구와 환경문제들을 해결할 수 있을 정도로 혁신적으로 발전하여 왔다. 유화 아스팔트를 적절하게 잘 이용하면 우수한 성능과 경제적 효과를 얻을 수 있다.
3. 상온 아스팔트 개요
현재 사용되고 있는 아스팔트는 원유로부터 정제한 것이 다 . 아스팔트는 딱딱한 고체 상태에서 묽은 액체상태까지 여러 가지 형태와 등급으로 분류 된다. 도로포장에 사용되는 아스팔트는 이중 중간정도에 속하는 것으로 상 온에서는 흑색을 띠며 끈끈한 반고체 상태의 매우 점성이 높은 재료이 다.
반고체 상태에 있는 아스팔트를 골재와 혼합하기 위해서는 액체 상태로 만들어야 하며 가장 대표적인 방법이 아스팔트를 가열하여 액체 상태로 만 드는 가열아스팔트(hot mix asphalt : HMA) 이다.
열을 가하지 않은 상온에서 반고체 상태인 아스팔트를 액체 상태로 만 든 것이 상온 아스팔트이며 크게 컷백 (Cutback) 아스팔트와 유화 아스팔트 (Asphalt Emulsion) 로 나뉜다.
가열아스팔트(Hot Mix Asphalt : HMA)는 아스팔트에 열을 가하여 액 화시킴으로써 골재를 코팅할 수 있고 운반, 하차 및 다짐 과정동안 유동성 을 유지하게 한다. 시간이 경과하여 아스팔트가 식게 되면 경화가 시작되 고 바인딩 성질을 회복하여 효과적인 포장재료로서의 역할을 하게 된다.
아스팔트에 나프타(Naphtha)나 케로신(kerosene)과 같은 원유 솔벤트를 첨가하면 유동성이 커지는데 이 를 컷백 아스팔트(Cutback Asphalt) 라 한 다 . 현장에서는 솔벤트가 증발하면서 아스팔트는 양생되며 아스팔트의 바 인딩 성질을 회복하게 된다.
아스팔트를 마이크로 단위의 미립 자로 분쇄된후 화학적 유화제와 함께 물속에 분산(Emulsion)시킨 것을 유화 아스팔트(Asphalt Emulsion)라 한다.
에멀젼 상태에서 , 유화제는 자체적으로 결합할려고 하고 또한 아스팔트 입 자 주위에 몰려든다. 유화제 /아스팔트/물의 화학적 시스템이 분산과 유지 성 (suspension)의 안정성을 결정한다. 유화 아스팔트를 현장에 시공하면 수 분이 증발하면서 아스팔트가 경화된다.
컷백 아스팔트는 용제로 휘발성 솔벤트를 사용하여 솔벤트가 공기중에 증발되면서 대기오염의 문제가 있으나 유화 아스팔트는 용제로 물을 사용 하기 때문에 보다 친환경적이 다 . 또한 유화 아스팔트는 휘발성 물질을 사
용하지 않아 저장 및 이동시 화재에 대한 안전성이 좋고 컷백 아스팔트 보 다 더 낮은 온도에서 작업 이 가능하여 연료를 절약할 수 있으며 습한 포장 조건에서도 작업할 수 있는 장점이 있다.
컷백 아스팔트가 상온 아스팔트로 개발은 먼저 되었지만 이 러한 많은 장점에 의하여 유화 아스팔트가 현재 보다 널리 사용되고 있으며 상온 아 스팔트라 하면 주로 유화 아스팔트를 지칭하게 되었다. 본 연구에서는 상 온 아스팔트라 함은 주로 유화 아스팔트를 지칭하며 이에 대해 연구의 초 점을 맞추었다.
3.1 상온 아스팔트의 원리
상온 유화아스팔트(emulsified asphalt, asphalt emulsion)는 고체 또는 반고체 상태 인 아스팔트(straight asphalt)를 가열하지 않고 상온에서 아스 팔트 콘크리트 혼합물을 만들 수 있도록 아스팔트를 미립 으로 만들어 물 속에 유화된 상태로 분산시킨 것이 다. 이때 , 물과 아스팔트는 서로 혼화(混 和 )되지 않으므로 유화제 (emulsifier)를 첨가하여 분산기 (mill)에서 고속으로 갈아서 아스팔트 입자를 물 속에 고르게 분산시킨다. 또한 , 유화아스팔트 속의 아스팔트 입자의 크기는 대부분 그 지름이 1 ˜ 5 ㎛의 범위이고, 아스 팔트 입 자 표면의 전하를 띄게 만들어 입자끼리 서로 달라붙지 않도록 하 는 작용을 한다. 유화아스팔트는 암갈색의 윤기 나는 액체이 나 골재에 뿌 리면 물과 아스팔트가 분리되고 아스팔트만이 골재의 표면에 부착되어 검 은색으로 변한다(그림 2.1 참조).
[ 그림 3.1] 물 속에 분산된 아스팔트 입자
3.2 상온 유화아스팔트의 특징
① 골재 , 폐재의 비가열 - 가열 재생아스콘은 골재와 폐재 및 아스팔트의 가열에 톤당 7 ˜ 10 리터의 석유연료를 소모하는 것에 비해 상온재생아스콘 은 유화아스팔트를 종류에 따라 30˜ 60 ℃의 온도로 유지하는 것 이 외엔 가열 공정을 필요로 하지 않는다 . 따라서 분진, 이산탄소, SOX, NOX 등 대기오염물질을 배출하지 않는다.
② 유화아스팔트 사용 - 상온에서 골재와의 혼합과 결합이 가능하도록 하 는 재료가 바로 유화아스팔트이다 . 본 연구에 사용된 유화아스팔트는 재래 의 유화아스팔트에 비해 시공성을 대폭 향상시키고 양생시간을 단축시킨 다 .
③ 혼합물의 보관 사용 - 상온재생아스콘은 유화아스팔트의 특성에 따라
상당 시간 보관사용이 가능하다. 양생시간 단축을 위해 수분의 함량을 최 소한도로 통제하더라도 최소한 48시간 이상 보관 사용이 가능한 것으로 실 제 시공을 통해 확인되었다.
④ 혼합물의 양생 - 가열 아스콘이 온도가 떨어질 때까지 교통개방이 안 되는 것에 비해 상온재생아스콘은 소요 다짐이 이루어지면 즉시 교통을 개 방할 수 있다. 다만 다음 층의 포설을 위해서는 포장체의 수분이 2% 이하 로 되는 조건이라야 한다. 따라서 혼합물을 포설한 다음 사전 양생을 실시 하여 다짐 후 함수비를 2% 이하로 관리한다면 기층 또는 중간층 시공 후 연속하여 다음 층을 포설할 수 있다.
⑤ 제조장치의 경량화 - 상온재생아스콘은 가열장치를 필요로 하지 않고 콜드빈 배합에 의한 믹싱장치 및 유화아스팔트 공급장치로 이 루어져 있으 므로 가열재생아스콘에 비해 기계장치가 경량하고 저렴하다.
3.3 상온 유화아스팔트의 분류
상온 유화아스팔트는 양이온계 (Cationic), 음이온계 (anionic) 및 비이 온계 (nonionic)로 분류할 수 있다. 도로의 건설과 유지보수 공사에서는 양이온 계와 음이 온계가 주로 사용되고 있다. 비이온계는 에멀젼 기술이 더 발전 하면 중요하게 사용될 수 있을 것이 다. 음이온 및 양이 온은 아스팔트 입자 를 둘러싸고 있는 전하의 극성을 일컫는 것이 다. 이러 한 분류체계는 같은 극끼리는 밀쳐내고 다른 극끼리는 끌어당기는 전기법칙에 기인한 것이 다.
음극과 양극의 전극막대를 액체속에 넣고 전류를 통과시키면 양극은 양 (+)으로 충전되고 음극은 음(-)으로 충전된다. 전류가 음극성을 띠고 있는 아스팔트 입자를 포함하고 있는 유화 아스팔트를 통과하게 되면 아스팔트 입 자들은 양극으로 이동한다. 이 유화 아스팔트를 음이온계 (Anionic)라 부 른다. 반대로 양 (+)으로 충전된 아스팔트 입자는 음극막대로 이동하게 되며 이 유화 아스팔트를 양이 온계 (Cationic)라 한다. 비이 온계는 아스팔트 입 자 가 양극으로도 음극으로도 이동하지 않는다.
전하의 극성에 따라 분류된 에멀젼은 아스팔트 방울이 아스팔트 시멘트 로 변환되는 속도에 따라서 RS, MS, SS 및 QS로 분류한다. 이 용어들은 상대적인 것으로 각각 급속경화(rapid-setting),중속경화(medium-setting), 완속경화(slow-setting),초급속경화(quick-setting)를 의미한다. 경화하는 경 향은 유화 아스팔트가 골재와 혼합되었을때 불안정해지고 물이 분리되는 속도와 관련이 있다. RS 유화 아스팔트는 골재와 거의 잘 섞이 지 않으며 , MS 유화 아스팔트는 굵은 골재와는 잘 혼합되나 잔골재와는 잘 혼합되지 않는다. SS 및 QS 유화 아스팔트는 잔골재와 잘 혼합되도록 설계되어 있 고 QS가 SS 보다 경화시간이 빠르다.
유화 아스팔트는 유화 아스팔트의 점성과 아스팔트 시멘트의 굳기에 따 라서 숫자나 문자로 더 세분화된다. 제일 앞에 "C" 가 있는 것은 양이 온계 를 의미하고 ASTM 이나 AASHTO 에서는 "C" 가 없으면 음이온계를 의미한 다 . 예를들어 RS-1은 음이 온계이 고 CRS-1은 양이 온계를 나타낸다.
숫자는 유화 아스팔트의 상대적인 점성을 의미한다. 예를들어 MS-2는 MS-1 보다 더 점성이 크다. 숫자 뒤에 "h" 가 붙으면 원료 아스팔트가 딱딱 한 것을 사용한 것이고 "s" 가 붙으면 부드러운 아스팔트를 사용한 것을 의 미한다.
제일 앞에 "HF" 가 붙으면 유동성시험에서 고유동성 (high-float)으로 판 정된 것을 나타낸다. 고유동성 유화 아스팔트는 화학약품을 첨가하여 겔 성질을 가지며 골재에 두터운 아스팔트 피막을 형성하여 골재표면에서의 아스팔트 유실을 막을 수 있다. 이러 한 등급들은 상온과 가열 플랜트 믹스 와 seal coat 및 road mix에도 적용할 수 있다.
ASTM 과 AASHTO 에서 분류한 유화 아스팔트의 표준등급은 표 2.1 과 같다.
<표 3.1> 유화 아스팔트의 분류등급
음이 온계 유화 아스팔트 양이 온계 유화 아스팔트 (ASTM D977, AASHTO M140) (ASTM D2397, AASHTO M208)
RS-1 CRS-1
RS-2 CRS-2
HFRS-2 -
MS-1 -
MS-2 CMS-2
MS-2h CMS-2h
HFMS-1 -
HFMS-2 -
HFMS-2h -
HFMS-2s -
SS-1 CSS-1
SS-1h CSS-1h
QS 유화 아스팔트는 슬러 리 실 (slurry seal)을 위해 개발되었다. 양이 온 계 QS 유화 아스팔트는 다양한 골재 크기에 적용 가능하여 널리 사용되고 있으며 빠른 경화특성을 가지고 있다.
Micro-surfacing은 CSS-1h-p로 분류되는 유화 아스팔트를 사용한다. 폴 리머 함량은 고체 아스팔트 전체 무게의 최소 3% 이상이어야 한다. 폴리 머를 첨가하므로써 고온에서의 아스팔트의 거동을 향상시킬 수 있고 소성 변형이 발생한 곳에 Micro-surfacing을 적용 가능하게 한다.
폴리머를 첨가한 개질 아스팔트의 사용증가는 유화 아스팔트의 분류체 계를 완전히 새롭게 하였다. 분류기호 제일 끝에 P, S 또는 L의 문자를 붙 여서 개질 유화 아스팔트를 나타낸다(예 : HFRS-2P).
양이 온계 유화 아스팔트의 제원(ASTM D 2397, AASHTO M 208)에는 솔벤트를 약간 첨가할 수 있지만 그 양을 제한하고 있다. 일부에서는 모래 와 섞는 양이 온 등급인 CMS-2s에는 다른 양이온 등급보다 더 솔벤트를 함 유하고 있다.
3.4 상온 유화아스팔트의 성분
유화 아스팔트는 크게 아스팔트, 물 그리고 유화제의 세가지 성분으로 이 루어져 있다. 경우에 따라서는 안정제 , 코팅 개선제 , antistrip 또는 break 조절제등이 첨가될 수 있다.
물과 아스팔트는 섞이 지 않는다는 것은 잘 알려져 있다. 그렇지만 특수 장비와 화학약품을 사용하여 조건을 잘 맞춰주면 섞일 수 있다. 아스팔트 와 물을 섞는 것은 자동차 수리공이 자신의 손에 묻은 기름을 단지 물로만 씻어낼려고 하는 것과 같다. 기름을 씻어내기 위해서는 세정제나 비누를 사용하여야 한다. 비누 입 자들은 기름방울 주위를 둘러싸서 엉겨있는 기름 의 표면장력 을 깨뜨려서 분해되어 씻겨나가도록 한다.
비누의 이러 한 물리적 , 화학적 작용들이 유화 아스팔트에도 적용된다.
비누의 역할은 물속에서 아스팔트 시멘트가 펌핑 , 장기저장 그리고 골재와 혼합할때도 안정적으로 분산 상태를 유지하도록 하는 것이다. 또한 유화 아스팔트가 골재와 믹싱되거나 현장에 포설되었을때는 즉시 " 분해 (breaking)" 되어야 한다. 여기서 " 분해" 는 아스팔트로부터 물이 분리되는 것을 말한다. 유화 아스팔트가 양생된 후에 아스팔트의 고유성질인 접착성 , 연성과 방수성을 가지게 된다.
(1) 아스팔트
아스팔트는 상온 유화아스팔트의 가장 기본 성분으로 유화 아스팔트의 50 ˜ 75%를 차지한다. 아스팔트의 굳기는 다양하며 대부분의 상온 유화 아스팔트는 침입도가 60 ˜ 250인 아스팔트로 만든다. 원유로부터 정제하 여 만드는 아스팔트의 화학 성분은 원유의 재료원과 제조공정에 따라 변화 하는데 주된 성분은 탄소와 수소로 이루어진 탄화수소이 다 . 아스팔트를 구 성하고 있는 원소는 개략적으로 다음 표 3.2와 같다. 아스팔트를 구성하고 있는 성분을 정확히 분리하는 것은 거의 불가능하며 , 그 구성 성분은 증류, 용매추출 및 흡착에 의하여 분리되는 아스팔텐 , 레진 (수지질분), 유분 등의 그룹으로 나누어 그 그룹의 특징을 조사하므로 전체적으로 아스팔트의 화 학적 성질을 파악하고 있다.
<표 3.2> 아스팔트의 원소분석 성상
원소 분석 구성비 (%) 성 상
탄소 (Carbon) 82˜ 88 염소/수소 비 1.04 수소 (Hydrogen) 8 ˜ 11 이 유화탄소 용해분, 99.7%
질소 (Nitrogen) 2.3 산가 3.0
유황 (Sulfer) 1.5 염화가 6.4
산소 (Oxygen) 1.4 (n-pentane)에 불용
가) 아스팔텐 (asphaltene)
아스팔텐의 구성성분은 고분자의 방향족 탄화수소가 황과 산소에 의하 여 고리모양으로 연결되고 이 것이 여러 개 모여서 아스팔텐이 되는 것이며 석유계 아스팔트의 성분 중에서 20˜ 30%를 차지하는 이 성분은 분자의 단 위중량이 크고 방향족, 다공성인 재료이다. 그러 나 그 자체만으로는 점착능 력 은 없으며 주로 아스팔트의 색도, 유동성 , 견고성에 영 향을 끼친다. 아스 팔텐은 저 분자량의 나프타계 탄화수소를 탈수소 중합반응을 행할 때 생성 되며 , 이와 같은 이 유로 스트레이 트 아스팔트(straight asphalt)보다는 블로 운 아스팔트(blown asphalt)에 훨씬 많은 아스팔텐의 함량이 포함되어 있 으며 또한 아스팔텐이 증가함에 따라 아스팔트의 침입도는 저하되며 결국 아스팔트는 저 분자량의 탄화수소로 된 페트로렌 (petrolene) 일부를 흡수한 미셀 (micelle)을 형성하면서 분산되어져 있는 콜로이드계로 구성되어 있다.
나) 레진(resin)
레진분은 약 95℃ 의 용융점을 갖는 수지상태의 적색고체 또는 반고체로 서 n-펜탄 같은 유기용제에 용해된다. 아스팔텐과 마찬가지로 탄화수소 화 합물로서 약간의 질소, 황 , 산소도 함유한 큰 분자구조를 갖고 있으며 고체 성 , 반고체성으로서 다공성 재료이 다 . 저온에서는 유리 (grass)와 같은 성질 을 가지며 고온에서는 그 점도가 낮다. 아스팔트의 점착성과 가소성에 영 향을 준다.
다) 말텐 (maltene)
비교적 고비점물질로서 저비점인 포화탄화수소에 용해된다. 이것을 알 루미나겔 (alumina gel) 또는 실리카겔 (silica gel)에 삼투시키면 레진분만 흡 착되고 유분이 통과되어 레진과 오일이 분리된다. 실리카겔에 흡착된 레진 은 벤젠 아세톤 또는 4 염화탄소에 의하여 용해되고 실리카겔로부터 추출된 다 .
라) 페트로렌 (prtrolene)
석유아스팔트를 증류할 때 생성되는 액체물질로서 저비점 포화탄화수소 에 가용이고 저비점 탄화수소성분으로 구성된 혼합물이 다.
마) 유분(oil)
유분은 아스팔트의 종류에 따라 다르나 대부분은 짙은 갈색 또는 적갈 색의 끈적끈적한 윤활유상태의 물질로서 추출된다. 이러 한 세 가지 성분의 분자구조도 또한 원유의 종류나 제조방법에 따라 다르다고 추정될 수 있으 나 분자량은 직류 아스팔트의 경우 대략 아스팔텐 1,500, 레진 1,200, 유분 900 정도로 아스팔트의 종류에 따라 다르다. 유분은 대부분의 유기용제에 용해되며 , 광학적으로는 활성이고 표면장력이 적고 응집력 도 없으므로 침 투성과 피복력 이 강하다.
(2) 물
상온 유화아스팔트에서 두 번째로 중요한 구성요소는 물이 다. 완성된 아스팔트 에멀젼에서 원하는 속성을 얻는데 물의 기여도는 매우 크다. 물 은 용제로서의 역 할을 수행하고 다른 물질에 부착하며 화학적 반응을 조절 한다. 이 러한 작용은 만족스런 에멀젼을 생산하는데 중요한 요인들이 다 . 한 편 물에는 미네랄이나 안정적인 아스팔트 에멀젼을 생산하는데 영향을 끼 치는 기타 물질이 포함되어 있을 수 있다.
자연수는 여러 가지 불순물이 용해되어 있거나 콜로이드성 부유상태로 존재할 수 있기 때문에 상온 유화아스팔트의 생산에 적합하지 않을 수 있 다 . 불순물을 포함하는 물은 에멀젼을 생산하는데 사용해서는 안 된다. 불
순물이 포함된 물을 사용하면 에멀젼의 구성요소의 불균형을 초래하여 부 작용을 미칠 수 있거나 조기분해현상을 일으킬 수 있다. 이 러한 이 유로, 불 순물이 함유되지 않은 물을 사용하여야 한다. 특히 , 물속에 양이 온 및 음이 온의 존재여부는 상온 유화아스팔트의 속성에 큰 영 향을 미치기 때문에 중 요하다.
일례로 물속에 칼슘과 마그네슘 이온이 있는지 알아야 할 필요가 있다.
이 러한 이 온들은 안정된 양이 온계 상온 유화아스팔트의 생산에 도움이 된 다 . 또한 칼슘 염화물은 양이 온계 상온 유화아스팔트의 저장성을 향상시키 기 위해 자주 첨가된다. 반대로 칼슘과 마그네슘 이온들이 음이 온계 상온 유화아스팔트에는 해로울 수 있다. 이는 유화제에 흔히 사용하는 가용성 나트륨과 칼륨소금과 반응하여 불용성 칼슘과 마그케슘 소금(흔히 비누찌 끼라 불림 )이 생길 수 있기 때문이다. 이 와같이 탄산염과 중탄산염 음이 온 은 완충작용을 하여 음이 온계 상온 유화아스팔트의 안정화에 도움을 줄 수 있다. 그러 나 이 들은 가용성 아민 염산염 유화제와 반응하여 양이 온계 상 온 유화아스팔트를 불안정하게 만들 수 있다.
물속의 성분이 상온 유화아스팔트의 생산에 도움을 줄 수도 있지만 에 멀젼의 구성요소의 불균형을 초래하여 부작용을 미칠 수 있거나 조기분해 현상을 일으킬 수 있다. 이 러 한 이 유로, 불순물이 함유되지 않은 물을 사용 하여야 한다.
(3) 유화제
상온 유화아스팔트의 속성은 유화제로서 사용되는 화학물에 크게 좌우 된다. 이 화학물은 표면 작용제로서 흔히 계면활성제로 불리는데 에멀젼이 음이온, 양이 온, 비이 온으로 분류되는 것을 결정한다. 유화제는 아스팔트 입 자를 부유상태로 유지하고 분해시기를 결정한다. 계면활성제는 경계면 즉 , 아스팔트 입 자와 물 분자사이 의 접촉영역 에서 표면장력 을 변화시킨다.
현재 많은 화학적 유화제가 사용되고 있는데 각 유화제는 사용되는 아스팔 트에 적합한지 평가되어야 한다.
아스팔트 에멀젼의 생산 초기에는 소의 피 , 진흙, 비누와 같은 재료가 유화제로 사용되었다. 에멀젼에 대한 수요가 늘어나자 새롭고 더 효율적인
유화제가 발견되었으며 현재는 여러 가지 화학적 유화제가 사용되고 있다.
가장 많이 사용되는 음이 온 유화제는 지방산으로서 이것은 톨유(tall oil), 레진 (rosin), 리그닌(lignin)과 같은 목재의 추출물이다. 음이 온 유화제는 수 산화나트륨 또는 수산화칼륨과 반응하면 비누로 변한다.
대부분의 양이 온 유화제는 지방산 아민계 (diamine, imidazolines, amidoamines의 세 가지 ) 이다. 아민은 산(보통은 염산염 ) 과 반응하여 비누 가 된다. 또 다른 종류의 유화제인 4 가 암모늄염도 역 시 양이 온 에멀젼을 만드는 데 사용된다. 이 물질은 수용성 염으로 산을 첨가하지 않으며 안정 적이고 효과적인 양이온계 유화제이 다 .
넓은 의미로 표면활성제는 수용성 물질로 물속에서 접촉하는 재료의 표 면과 용매 (solvent)의 성질을 크게 바꾼다. 표면활성제는 물속에서 분리하 고 이온화하는 방법에 의해 구분된다.
표면활성제는 액체와 가스 또는 액체와 고체 사이의 접촉면에서 흡수된 다 . 표면활성제는 접촉면에서 농축되는데 친수성의 그룹들은 좀더 polar phase를 지향하고 lipophilic 그룹은 덜 polar phase를 지향한다. 표면활성 제의 분자 또는 이 온은 두 단계를 연결해주는 다리 역할을 한다.
기본적으로 표면할성제에는 3 가지가 있으며 물속에서의 분리 방법에 따 라 분류된다.
가 ) 음이온계 표면활성제 - 구성성분이 이온화될때 electrovalent와 polar 탄화수소족은 음 (-)으로 대전된다.
음이 온계
- + CH (CH ) COO Na3 2 n
나 ) 비이 온계 표면활성제 - 친수성의 그룹들은 공유적이고 polar이 다.
그리고 이온화하지 않고도 용해된다.
비이 온계
CH (CH ) COO (CH CH O) H3 2 n 2 2 x
다 ) 양이온계 표면활성제 - 구성성분이 이온화될때 electrovalent와 polar 탄화수소족은 양 (+)으로 대전된다.
양이 온계
+ - CH (CH ) NH3 2 n 3 Cl
유화제는 유화 아스팔트에 있어서 가장 중요한 단일 성분이 다. 성능이 우수한 유화제가 되기 위해서는 표면활성제가 물에 잘 녹아야 되고 친수성 과 친유성의 사이에 균형을 이 루어야 한다. 양질의 유화제, 아스팔트와 물 과 함께 적합한 기계적 공정은 유화의 질 , 에멀젼 안정성과 현장거동을 결 정하는 중요한 요소이다.
유화 아스팔트 생산자들은 유화 아스팔트 생산공정에서 표면활성제를 사용하는 그들만의 노하우를 가지고 있다. 대부분의 경우 표면활성제는 분 산기 (Colloid mill) 에 넣기 전에 물과 섞지만 분산기에 넣기 전에 아스팔트 시멘트와 먼저 섞을 수도 있다.
3.5 유화 아스팔트의 품질과 거동에 영향을 미치는 인자
유화 아스팔트의 생산, 저장, 시공 및 거동에 미치는 영향인자는 많다.
어느 하나가 가장 중요한 인자라고 꼬집어 말하기는 어렵지만 각 인자는 대충 다음과 같다.
.아스팔트 시멘트의 화학적 성질 .아스팔트 시멘트의 굳기와 양
.상온 유화아스팔트내의 아스팔트 입자의 크기 .유화제 (emulsifying agent)의 종류와 밀도 .온도, 압력 과 shear와 같은 생산조건 .에멀젼 입 자의 이 온특성
.첨가성분의 종류
.상온 유화아스팔트 생산장비
.유화제의 성질
.화학적 개량제나 폴리머의 첨가여부 .수질 (경도)
이러 한 요인들은 골재종류나 시공조건에 적합하도록 조절할 수 있다.
4. 상온 유화아스팔트의 생산
4.1 유화 장비
아스팔트를 유화시키기 위해서 매우 빠르고 마쇄력 이 좋은 분산기 ( Colloid Mill) 를 가지고 아스팔트를 미세 입 자로 마쇄한다. 그림 4.1 은 상온 유화아스팔트 생산장치의 개념도이 다. 유화 공정에는 또한 유화제 용제 탱 크와 가열된 아스팔트 탱크, 펌프와 유량계등이 필요하다. 분산기는 17-100Hz(1,000-6,000rpm)으로 회전하는 고속 회전축을 가지고 있으며 마 쇄기의 틈은 0.25 ~ 0.5mm이다. 일반적으로 유화 아스팔트는 사람 머리카 락의 직경보다 작은 비말 크기 (0.001 ~ 0.01mm)를 가진다. 상온 유화아스 팔트의 품질을 평가할 때 입자크기 분석기를 주로 사용한다. 아스팔트의 비말 사이즈는 분산기의 기계적 에너지의 크기에 의존한다.
여러 개의 펌프는 아스팔트를 계량하고 유화제를 분산기에 투입 할 때 사 용한다. 유화제가 매우 큰 부식성을 가질 수 있기 때문에 방식처리를 한 장비를 사용하여야 한다.
[ 그림 4.1] 유화 아스팔트 생산 플랜트
4.2 유화 공정
유화 공정에서 가열된 아스팔트는 분산기에 투입 되어 미세한 비말로 마 쇄된다. 동시에 물과 섞은 유화제를 분산기 속에 투입 한다. 분산기 속에 투 입 되는 아스팔트는 낮은 점성을 가지도록 가열되고 물의 온도로 최적의 유 화를 위해 조절한다. 이때의 온도는 아스팔트 시멘트의 유화특성과 아스팔 트와 유화제 사이의 친화성에 의해 결정된다. 분산기에서 나오는 유화 아 스팔트의 온도가 물의 끓는 점 이 하가 되어야 되기 때문에 투입 되는 아스 팔트를 너무 뜨겁게 가열할 필요는 없다. 유화 아스팔트의 온도가 너무 높 으면 열교환기를 이 용하여 식혀야 한다. 분산기에서 나온 유화 아스팔트는 펌핑하여 저장탱크로 보내다. 저장탱크는 유화 아스팔트의 분산상태를 유 지하기 위하여 기계적 혼합장치를 갖추는 것이 좋다.
물에 유화제를 섞는 방법은 제조자의 공정에 따라 다르다. 아민과 같은 어떤 유화제는 수용성이 되기 위해 산과 혼합 또는 반응하여야 한다. 지방 산과 같은 다른 유와제는 수용성이 되기 위해 알카리와 혼합 및 반응하여 야 한다.
유화제 혼합은 주로 배치 혼합 탱크에서 이 루어진다. 유화제를 산 또는 알카리를 포함하고 있는 따뜻한 물에 넣고 완전히 녹을 때까지 저어 준다.
아스팔트와 물과 섞은 유화제의 비율은 유량계로 정확히 계량해야 한 다 . 그리고 각 공정에서의 온도를 잘 조절하여야 한다. 만약 온도규정이 사 용되면 완성된 유화 아스팔트의 원하는 출구 온도는 여러 유화 아스팔트의 성분으로부터 온도를 계산하여 아스팔트 함유비율을 조절하는데 사용된다.
아스팔트 입 자의 크기는 안정된 유화 아스팔트를 생산하는데 있어서 매 우 중요한 인자이다. 전형적인 유화 아스팔트의 분자크기별 비율은 다음과 같다.
0.001mm(1μm) 이하 ... 28%
0.001~0.005mm(1~5μm) ... 57%
0.005~0.010mm(5~10μm) ... 15%
이러 한 마이크로 사이즈의 아스팔트 비말들은 표면활성제(유화제 ) 가 들 어있는 물속에 분산된다. 표면활성제는 아스팔트 비말과 이를 둘러싸는 물 과의 접촉면에서 표면장력을 변화시켜 아스팔트가 분산상태를 유지하도록 한다. 같은 전하를 띠는 아스팔트 입 자들은 서로 반발하며 이는 분산상태 를 유지하는데 도움이 된다.
4.3 분리 (Breaking)와 양생 (Curing)
(1) 분리
유화 아스팔트가 바인더로서의 역할을 할려면 물이 아스팔트로부터 분 리되어 증발하여야 하는데 이 를 분리 (Breaking)이라 한다. 표면처리용과 Seal용 유화 아스팔트는 골재와 포장면과 같은 이질재료와 접촉하게 되면 화학적으로 분리하도록 만들어졌다. 음이온계와 양이 온계의 RS와 MS 유화 아스팔트를 사용할 때 , 유화 아스팔트 방울이 처음 골재에 접촉할때 전기 화학적 반응을 일으킨다.
[ 그림 4.2] 유화 아스팔트에서의 아스팔트 입 자의 크기와 분포
완속경화(SS) 유화 아스팔트 양생 메카니즘은 순수한 물의 증발과정이 다 . 밀실한 혼합이 이 루어지기 위해서는 혼합과 거치에 충분한 시간이 필 요하다. 그러므로 골재와 혼합을 위한 유화 아스팔트는 물이 분리되는 시 간을 지연시켜야 한다. RS 유화 아스팔트는 물이 아스팔트로부터 분리되는 시간이 짧다(통상 골재와 혼합된후 1 ~ 5 분), 반면에 MS 또는 SS 유화 아 스팔트는 이 보다는 분리시간이 더 소요된다.
유화제의 종류와 농도로써 분리시간을 조절한다. 이외에도 (3)절에 기술 한 항목들이 상온 유화아스팔트의 분리에 중요한 역할을 한다. 다양한 현 장조건에 부합하는 최적의 결과를 얻기 위해서는 이 러한 모든 항목들에 대 해서 잘 관리하는 것이 필요하다.
(2) 양생
유화 아스팔트의 양생과정은 아스팔트 시멘트의 역학적인 성질의 변화 과정을 포함한다. 양생의 최종결과는 현장에서 골재를 강하게 결합시키고 있는 연속적이 고 점착성이 있는 코팅막이다. 이러 한 양생결과를 얻기 위해 서는 수분이 완전히 증발하여야 하고 유화 아스팔트 입자는 골재와 잘 결 합하여야 한다. 수분은 증발과 다짐압력 및 골재로의 흡수에 의해 제거된 다 . 수분의 증발은 양호한 기후 조건에서 빠르게 진행될 수 있다. 그러나 습기가 높거나, 온도가 낮거나 또는 시공후 비가 오면 양생에 방해가 될 수 있다. MS 및 SS 등급의 유화 아스팔트를 사용하였을때 , 약간 축축한 골 재를 사용하면 혼합과 코팅공정을 용이 하게 할 수 있다. SS 등급에서의 강 도발현은 수분의 증발과 흡수에 주로 의존한다.
Mixing Grade 유화 아스팔트는 약간의 원유 솔벤트를 함유하고 있으며 이 는 혼합과 코팅공정에 도움을 주기 때문이 다. 양생기간동안 이 솔벤트의 얼마는 증발한다. 최근에는 솔벤트를 넣지 않은 유화 아스팔트의 개발에 중점을 두었다. 일례로 Micro-Surfacing은 1 시간 내에 교통을 허용할 정도 로 양생이 매우 빠르다.
(3) 분리와 양생에 미치는 요소
가 ) 수분 흡수 - 조직이 거칠고, 다공성인 골재는 유화 아스팔트의 수분
을 흡수하여 양생시간을 단축시킨다.
나 ) 골재 함수량 - 젖은 골재는 코팅에 도움이 되지만 수분의 증발에 필요한 시간을 증대시키므로써 양생을 지연시킨다.
다 ) 기후 조건 - 온도, 습도와 풍속등은 모두 수분의 증발속도, 유화제 의 이 동에 영향을 미친다. 유화 아스팔트에서 수분의 분리는 통상적으로 높은 온도일 수록 빨리 발생한다.
뜨거운 날씨는 Chip Seal에서 skin formation을 유발 시켜 물을 아스팔트 내에 가두어 양생을 지연시킬 수 있다. 최근에는 추운 날씨에도 수분의 분리가 빨리 일 어나도록 하는 화학약품이 개발되었다.
라 ) 역 학적인 힘 - 롤러 압력 과 느린 속도의 차량운행은 혼합물에서 수 분을 배출시켜 양생과 안정성에 도움을 준다.
마 ) 비표면적 - 골재의 비표면적이 클수록, 즉 매우 잔골재 또는 더러 운 (dirty) 골재는 수분의 분리를 촉진시킨다.
바 ) 골재표면의 화학적 특성 - 골재표면의 전기적 강도는 유화제의 전 기적 강도와 연계하여 특히 양이온계 유 화 아스팔트의 경화시간에 영 향을 미칠 수 있다. 골재 표면의 칼슘과 마그네슘 이 온은 음이 온계 유화제와 반응하여 경 화시간을 촉진시킨다.
사) 유화 아스팔트와 골재의 온도 - 유화 아스팔트와 골재의 온도가 낮 으면 양생이 지연되는데 이 러한 현상은 Micro-Surfacing에서 뚜렷하게 발생한 다 .
아 ) 유화제의 종류 및 양 - 유화 아스팔트 생산시 사용된 계면활성제는 유화 아스팔트의 수분 분리 특성을 결정짓는다.
위의 요소들은 골재와 섞은 뒤 또는 현장에 포설하는 과정에서의 작업 시간에 영향을 미친다.
5. 성능시험
5.1 시험목적
시험실 시험결과를 적절하게 해석하면 유화 아스팔트의 성질을 결정하 는데 큰 도움이 된다. 유화 아스팔트 기술이 발전하게 됨에 따라 에멀젼 시험기술도 같이 발전하게 되었다. 이 러 한 시험중 일부는 유화 아스팔트의 품질을 측정하도록 고안되었다. 다른 시험들은 재료의 성분, 밀도와 안정성 에 관한 것들이 다. 실내 시험의 일반적인 목적은 다음과 같다.
.기준이 요구하는 데이 터의 제공 .생산 및 사용중의 품질과 균질성의 관리
.취급, 저장 및 현장에서의 재료물성의 변화를 예측하고 관리
미국의 유화 아스팔트에 대한 각종 기준은 매우 다양한 조건을 요구하 고 있다. 이 들중 많은 기준은 특수 제조업체에서 생산된 유화 아스팔트와 직접적으로 연계되어 있다. 본 고에서는 주로 ASTM D 244와 AASHTO T 59 방법들을 주로 다루기로 한다. 하지만 폴리머가 함유된 유화 아스팔트 에 대해서는 ASTM 에 없는 시험법에 대해서도 소개하였다. ASTM 도 이 러 한 몇몇 시험을 채택할 것을 고려중에 있다.
아스팔트 시멘트에 대한 새로운 시험법들이 많이 개발되고 있다. 일례 로 SHRP(Strategic Highway Research Program)에서는 새로운 시험법 , 시 험장비와 슈퍼페이 브 바인더 기준의 일부인 기준들을 제안하였다. 이 중 많 은 시험법들이 현재 사용되고 있으며 유화 아스팔트에도 적용할 수 있을 것이다. 이 시험법들은 아스팔트 시멘트와 유화 아스팔트, 경화된 뒤의 유 화 아스팔트(emulsion residue)와 수정된 시스템 (modified system)의 다양 한 성질들을 보다 더 잘 측정하기 위한 것이 다.
먼저 유화 아스팔트에 적용되는 시험법에 대해 먼저 다루고 경화된 아 스팔트에 대한 시험법을 소개하였다.
5.2 시험종류
적합한 샘플링은 유효한 시험결과를 얻기 위해서 매우 중요하다. 유화 아스팔트는 생산직후에는 뜨거운 상태이 며 , 일부는 뜨거운 채로 보관하며 일부는 뜨거운 상태에서 운반하여 포설한다. 현장에서 채취한 가열 샘플은 종종 상온 상태로 실험실에 도착한다. 50℃ 에서 점성 요구성능을 가진 유 화 아스팔트 샘플은 70℃ 수조 또는 오븐에서 50±3 ℃ 로 가열하여야 한다.
샘플의 균질성을 확보하기 위해서는 흔들지 말고 젓어야 한다.
(1) 입자전하 시험
입자전하 시험은 양이온계 유화 아스팔트를 판명하는데 사용된다. 이 시험은 양극와 음극 전극막대를 유화 아스팔트 속에 담그고 전류를 통과시 킨다(그림 5.1 참조). 시험종료시에 보면 음극막대에 아스팔트 막이 형성되 어 있는 것이 보이 면 이 유화 아스팔트는 양이 온계이다.
[ 그림 5.1] 입 자전하 시험
(2) 상온 유화아스팔트 점성시험
점성은 유동 저항성으로 정의된다. 상온 유화아스팔트의 점성을 분석하
기 위해서는 세이 볼트 퓨롤 점성시험 (Saybolt Furol viscosity test, 그림 5.2)을 수행한다. 시험결과는 세이 볼트 퓨롤 초(Saybolt Furol second)로 나 타난다. 유화 아스팔트의 종류에 따라서, 시험온도를 25℃ 와 50℃ 중에서 선택하여야 한다.
[ 그림 5.2] 상온 유화아스팔트 점성시험
(3) Demulsibility 시험
Demulsibility 시험은 RS 유화 아스팔트가 골재에 얇게 코팅되었을때 콜로이 드 상태의 아스팔트 입 자가 물과 분리되는 상대적인 속도를 나타낸 다 . 칼슘 염화물은 음이온계 유화 아스팔트 속의 미세한 아스팔트 입 자들 끼리 엉기는 현상을 유발시킨다. 칼슘 염화물의 수용액을 RS 유화 아스팔 트와 잘 섞어서 이 혼합물을 채에 걸러 서 아스팔트의 엉김 상태를 조사하 는 것이 다. 시방에서는 수용액의 농도와 채에 걸러지는 아스팔트의 최소량 (통상 60%)을 나타내 주어야 한다. RS 유화 아스팔트는 골재와 접촉하면 즉시 물과 분리되어야 한다.
이와 유사한 시험을 RS 유화 아스팔트에도 수행한다. 이 때는 칼슘 염화
물 수용액을 사용하지 않고 dioctyl Sodium(나트륨) sulfosuccinate를 사용 한다.
(4) 양이온계 RS 유화 아스팔트의 확인 시험
본 시험은 최근에 ASTM D244 에 분류시험을 대체한 시험법이다. 분류 시험과 같이 본 시험은 실리카 모래의 코팅을 포함한다. 이 새로운 시험에 서는 모래를 염산염과 이소프로필기 (isopropyl) 알코올로 먼저 씻는다. 그 렇지만 분류시험과는 달리 포틀랜드 시멘트는 사용하지 않는다. 유화 아스 팔트는 모래와 2 분 동안 혼합한다. 혼합후에 골재의 비코팅 면적이 코팅된 면적보다 크면 양이 온계 RS 유화 아스팔트의 품질이 양호한 것으로 간주 한다.
(5) 양이온계 SS 유화 아스팔트 확인 시험
본 시험도 최근에 ASTM D244 에 등재된 새로운 시험법으로 입자전하 시험결과가 모호할 때 사용한다. 실리카 모래를 씻어서 건조시켜 무게를 측정하고 무게를 잰 CSS 유화 아스팔트와 섞어서 골재 표면이 완전히 코 팅되도록 한다. 유화 아스팔트는 모래 전체 무게의 5% 이어야 한다. 혼합 물은 24시간 동안 양생하고 난뒤에 끓는 증류수 속의 비이커 속에서 10분 간 중탕한다. 그리고 나서 코팅상태를 조사한다. 만약 코팅된 골재가 전체 혼합물 중에서 50%를 초과하면 양이온계 SS 유화 아스팔트의 품질이 양호 한 것으로 간주한다.
(6) 침전 및 저장 안정성 시험
이 시험들은 유화 아스팔트의 저장 안정성을 평가하는 것이 다 . 본 시험 은 일정 시간동안 아스팔트 입 자가 침전하는 경향을 나타내는 것이다. 정 해진 체적의 유화 아스팔트를 눈금이 표시된 실린더에 일정 시간동안 방치 해 둔다(침전 시험을 위해서는 5 일 , 저장 안정성 시험을 위해서는 24 시간 동안 방치 ). 방치 시간 후에 실린더의 상부와 하부에서 샘플을 채취하고 각 샘플들을 비이커에 넣고 무게를 잰후 가열하여 물을 증발시킨다. 잔류 물의 무게를 다시 잰다. 이 때 상부 및 하부에서 채취한 샘플 잔류물의 무
게 차이 가 있는지 분석한다.
(7) 시멘트 혼합
시멘트 혼합시험은 RS 등급에 대한 demulsibility 시험과 같이 SS 유화 아스팔트에 대하여 똑같이 시험하는 것이 다 . 시멘트 혼합시험에서, 유화 아 스팔트의 샘플을 미세한 포틀랜드 시멘트와 섞은 후 No.14 체 (1.4mm) 위 에서 씻어낸다. 이 때 채에 남아 있는 양을 측정한다. 본 시험은 SS 유화 아 스팔트가 비표면적이 매우 큰 재료와 물과 분리 (Breaking)되지 않고 혼합 되는 성능을 나타낼때 사용한다.
(8) 체 시험
체 시험은 유화 아스팔트의 품질과 안정성을 시험하기 위한 한 방법이 다 . 체에 남아 있는 아스팔트 입 자의 양은 취급 또는 생산 및 작업 도중에 문제가 발생할 수 있음을 의미한다. 체 시험에서는 유화 아스팔트를 No.
20 체 (850μm)에 붓는다. 음이온계 유화 아스팔트의 경우, 체와 잔류 아스팔 트를 나트륨 유산염 용액으로 헹구고 다시 증류수로 헹군다. 양이 온계 유 화 아스팔트는 체와 잔류 아스팔트를 헹구는데 증류수만을 사용한다. 헹군 체와 잔류 아스팔트를 오븐에서 건조시켜 잔류 아스팔트의 무게를 측정한 다 .
(9) 코팅 성능과 방수성
본 시험은 다음과 같은 세가지 성능을 확인하는 목적이 있다.
ㄱ ) 유화 아스팔트의 코팅 성능
ㄴ ) 골재에 필름 상태로 코팅되어 있을때 믹싱 작용에 저항하는 능력 ㄷ ) 혼합 후에 물에 의한 세척작용에 저항 능력
본 시험은 거친 석회질 골재와 혼합시 적합한 MS 유화 아스팔트의 품 질확인에 주로 사용되고 RS나 SS 등급의 유화 아스팔트에는 적합하지 않 다 .
기준 골재 (reference aggregate)를 칼슘 탄산염 분말로 코팅한 다음 유 화 아스팔트와 혼합한다. 유화 아스팔트로 코팅된 골재표면의 육안 검사를 위하여 혼합물을 1 시간 반 동안 흡수종이 위에 올려 놓는다. 나머지 혼합 물에는 물을 뿌리고 헹군 물이 깨끗해 질때까지 물로 세척한다. 세척한 혼 합물을 흡수지에 올려 놓고 코팅상태를 조사한다. 이 번에는 골재를 물로 코팅하고 난 뒤에 유화 아스팔트와 혼합하고 위의 과정을 반복하고 육안으 로 관찰하여 코팅 상태가 우수(good), 양호(fair) 또는 불량(poor)한지 판별 한다.
(10) 현장 코팅 시험
현장 코팅시험은 현장에서 다음의 성능을 결정하기 위해 수행한다.
ㄱ ) 유화 아스팔트의 실제 사용골재에 대한 코팅 성능 ㄴ ) 유화 아스팔트의 믹싱에 저항하는 성능 (withstand mixing) ㄷ ) 코팅된 골재의 방수 성능
실제 현장에서 사용하는 골재와 유화 아스팔트의 양을 측정하고 수작업 으로 혼합한다. 5 분 싸이클 동안에 골재의 코팅유지 성능을 첵크한다. 물에 의한 세척에 대한 저항성은 용기에 코팅된 골재를 넣고 물로 채운뒤 물을 5 번 따라 내는 시험으로 결정하며 육안으로 골재의 코팅상태가 우수, 양호 또는 불량한지 판별한다. 우수등급은 골재가 완전히 코팅되어 있는 상태 (바늘 구멍 또는 각진 모서리는 제외 ) 를 말한다. 양호한 상태는 코팅된 면 적이 코팅안된 면적 보다 클 경우이 고 불량한 상태는 코팅 안된 면적이 코 팅된 면적 보다 클 때를 말한다.
(11) 유화 아스팔트의 단위 중량 시험
단위중량은 유화 아스팔트의 체적에 대한 무게로 계산한다. 결과치는 25 ℃ 에서 0.01kg/liter로 표시한다.
(12) 증류장치에 의한 잔류물과 기름 추출물 시험
증류는 아스팔트로부터 물을 분리하기 위해 사용한다. 기름이 함유된 재료이 면 기름과 물이 분리되어 나올 것이다. 증류작업 을 통하여 유화 아 스팔트 속의 아스팔트 시멘트, 물과 기름의 상대적인 비율을 결정할 수 있 다 . 아스팔트 시멘트 잔류물의 물리적인 시험을 위해서 후속시험을 실시할 수 있다.
유화 아스팔트에 대한 증류시험에서는 알루미늄 합금 증류기와 링 버어 너를 사용한다(그림 5.3 참조). 일반적으로 증류는 260℃ 온도에서 15분간 실시한다. 유화 아스팔트가 현장에서 종종 이 온도에 도달하기 때문에 폴 리머를 첨가하므로써 탄성 성질이 변하는 것과 같이 일부 잔류물의 성질이 변하는지 주의해야 한다.
[ 그림 5.3] 유화 아스팔트의 증류시험
(13) 증발 잔류물 시험
오븐에 의한 증발 시험은 163℃의 오븐에서 3 시간 동안 수행한다. 본 시험은 증발시험 대신으로 수행할 수 있으나 증류시험보다 낮은 침입 도와 연성 결과를 도출한다. 잔류물에 유동시험 (float test)을 실시할 거면 증발시 험을 실시하지 않아도 된다.
(14) 잔류물 검사
유화 아스팔트의 잔류 아스팔트도 아스팔트 시멘트 본래의 성질을 나타
내어야 한다. 어떤 경우는 유화 아스팔트의 잔류 아스팔트 물성이 개선된 경우도 있다. 잔류물에 대한 가장 일반적인 시험은 비중, 트리클로로에틸렌 에서의 용해성 , 침입 도 , 연성과 유동성 시험이다. 이 시험들은 ASTM D70, D2042, D5, D113과 D139(AASHOTO T228, T44, T49, T51 과 T50) 에 자세 히 수록되어 있다.
가 ) 비중시험
잔류물의 비중은 다양한 온도조건에서 체적 보정을 할때 도움이 된다.
용해성 시험은 아스팔트 잔류물의 역청 질 비율을 측정하는 것이 다 . 트 리클로로에틸렌에 녹는 것은 실제 아스팔트 바인더이 고 녹지 않는 것은 무 기 오염물이 다 . 용해성 시험은 아스팔트 시멘트를 용제에 녹이고 난뒤 필 터링을 통하여 녹는 재료와 녹지 않는 재료를 분리하는 것이다.
나 ) 침입도 시험
침입 도 시험은 특정 시험온도에서 아스팔트 잔류물의 경도를 측정하는 것이다. 이 시험은 25℃의 온도하에서 100g의 하중을 받는 표준 침이 5 초 동안 관입된 깊이를 측정한다. 온도와 하중은 임의로 조정할 수 있다.
다 ) 연성시험
아스팔트의 연성시험은 당기거나 사출시켜서 가는 실로 만들어지는 성 능을 말한다. 이 시험은 표준조건과 치수하에서 아스팔트 시멘트로 만든 briquette에 의해 수행된다. 아스팔트 briquette는 수조에서 일정 온도를 가 한다. 그 다음에 아스팔트 briquette를 당겨서 두 끝이 연결된 실이 끊어지 도록 한다. 어떤 재료의 실이 끊어질때의 신장을 연성이 라고 한다.
라 ) 유동성 시험
유동성 시험은 고유동성 유화 아스팔트를 증류시킨 뒤 잔류물에 실시한 다 . 본 시험은 일정 온도에서 유동에 대한 저항성을 측정하는 것이 다. 시험 플러그는 황동 용기 속에서 아스팔트 잔류물을 식히면 생성된다(그림 5.4 참조). 황동 용기에는 알루미늄 float를 깔고 플러그를 황동용기 바닥으로
그림과 같이 끼어 넣고 황동 용기를 60℃의 수조에 담가 둔다. 이때 플러 그를 통하여 물이 황동 용기속으로 뚫고 들어올때의 시간을 측정한다.
[ 그림 5.4] 유동성 시험
5.3 추가시험
최근에 ASTM 과 AASHTO 에 등재되지 않은 시험들이 상온 유화아스팔 트와 잔류물의 독특한 성질을 측정하도록 개발되었다. 이 시험들 중 많은 방법들이 폴리머 또는 다른 첨가제에 의해 개질된 재료를 시험하도록 고안 되었다. 현재 ASTM 과 AASHTO 에서 적용을 고려중인 시험법도 있다. 다 음에 소개하는 처음 세가지 시험법은 유화 아스팔트에 대한 시험이 고 다른 시험법은 유화 아스팔트 잔류물에 대한 시험이 다.
(1) 브레이킹 지수 시험
브레이킹 지수 시험은 Chip Seal에 사용하는 초급속 경화용 유화 아스 팔트 브레이 킹의 신속성을 측정하는 것이다. 지정된 실리카 모래를 100그 램의 유화 아스팔트에 일정 비율과 온도에서 첨가한다. 유화 아스팔트가 검고 끈적끈적하게 변할 때 (브레이 크 )의 모래 무게 (그램 ) 를 브레이 킹 지수 라 한다.
(2) Vialit 시험
Vialit 시험은 RS 또는 CRS 유화 아스팔트를 사용한 표면처리 (Chip
Seal) 설계에 매우 유동한 것으로 나타났다. 유화 아스팔트를 철접시에 설 계 속도로 부어 넣고 균등한 두께로 흐르도록 한다. 그 다음 골재를 바인 더로 덮인 접시에 넣고 굴려서 바인더를 골고루 묻힌다. 이 를 양생시킨 후 에 다시 물을 뿌리고 다시 건조시키고 접시를 뒤집는다. 500그램의 쇠구슬 을 지정된 높이에서 뒤집어진 접시 바닥에 세 번 떨어뜨려서 접시에서 떨 어져 나간 골재의 무게를 측정한다. 결과를 정리하는데는 다양한 방법이 있다. 이 시험은 현장의 습도와 온도조건에서 현장골재를 사용할 때 특히 유용하다.
(3) 제타 포텐셜
제타 포텐셜은 유화 아스팔트 또는 골재 입자의 + /- 전하의 강도를 측 정하는 시험이다. 제타 측정기는 유화 아스팔트와 골재를 액체 매체에 넣 었을때의 입 자의 이 동속도를 측정하는 것이 다. 각 유화 아스팔트나 골재의 고유의 전하강도는 밀리볼트(1/1000 볼트) 단위로 나타내며 이를 제타 포 텐셜이 라고 한다.
(4) 신장율 측정 후의 탄성회복 시험
신장율 측정 후의 탄성회복 시험은 시험시편이 신장율 측정기 (Ductilometer)에서 신장된 후에 원래의 길이로 얼마나 회복되는지를 측정 한다. 시험샘플은 지정된 온도에서 정해진 길이 로 늘리고 중간을 자른다.
일정시간이 경과한 후 샘플의 길이를 측정하여 원래의 길이 로 얼마만큼 돌 아갔는지 측정한다. 결과치는 회복율로 표기된다.
(5) Force Ductility( 힘 신장)
Force Ductility 도 신장율 시험기에서 측정한다. 일반적인 신장율시험과 는 달리 , 샘플을 신장시키는데 필요한 힘을 측정한다. 이 시험을 위해서는 특수 Force Ductility 어댑터와 스트립 챠트 기록기 또는 컴퓨터 데이 터 처 리기가 필요하다. 측정된 결과는 몇가지 방법으로 정리할 수 있다. 가장 일 반적인 방법은 그래프에 나타난 첫 번째와 두 번째 정점으로부터 비율을 산출하는 것이 다.
(5) Ring and Ball Softening Point
Ring and Ball Softening Point 시험 (ASTM D36/AASHTO T53) 은 처음 에 방수관련 업 체에서 개발되었다. 본 시험은 가열된 온도에서 아스팔트나 아스팔트 잔류물의 유동학적 (rheological) 성질을 측정하는 방법중의 하나 이 다. 2 개의 황동 링 속에 샘플을 넣고 중탕으로 일정한 비율로 가열한다.
디스크 모양의 각 샘플 위에 철제 공을 올려 놓는다. 가열된 아스팔트 샘 플이 부드러 워져서 철제 볼이 떨어질때의 온도를 Softening Point라 한다.
(6) 인장강도
Force Ductility 시험과 시험하게 인장강도시험도 샘플을 늘리는데 필요 한 힘을 측정하는 것이 다. 본 시험에서는 수평 신장율 측정기 대신에 연직 방향의 인장 시험기를 사용한다. 변형율 대비 응력 측정 및 기록 장치가 필요하다. 시험결과는 지정된 신장율(변형율) 에서 응력 (kg/cm)으로 표기된2 다 .
(7) 비틀림 회복시험
비틀림 회복시험은 개질 아스팔트 잔류물의 탄성을 측정하는 것이 다.
본 시험은 샘플의 회복을 측정하는 것으로 3 온스 (85g)의 주석용기 또는 penetration 컵에서 수행한다. 축과 날개 장치를 녹인 샘플에 넣고 식으면 180도 회전시킨다. 지정된 시간 경과후에 날개가 얼마만큼 되돌아 왔는지 측정하고 결과치는 회복율로 표기한다.
(8) 질김 시험(Toughness and tenacity)
질김시험은 인장강도 시험에서 사용하는 것과 비슷한 인장 당김 기계를 사용하여 샘플을 당기는데 필요한 힘을 측정한다. 시험은 인장강도 시험과 비슷하나 결과정리 방법이 틀리다. 본 시험에서 측정된 응력 /변형율 곡선 아래의 면적을 두가지 방법으로 구하고 이를 toughness와 tenacity로 정의 한다. 본 시험에서 구한 데이터를 해석하는데 세심한 주의가 필요하다. 동 일 재료에 대해서도 시험결과가 다양하게 나타날 수 있는데 이 는 스트레스 /스트레인 곡선 아래의 면적을 산출하는 것이 어렵 기 때문이다.
5.4 성능기준
상온재생아스콘의 사용재료는 폐아스콘, 입도조정용 쇄석골재 , 석회석분 등 광물성 채움재, 시멘트, 제강분진 등과 유화아스팔트 및 재생첨가제, SBS, SBR, EVA 등의 개질재이 며 골재의 종류에 따라 첨가재를 사용하기 도 한다. 상온 재생아스콘의 주요재료의 품질기준은 다음과 같다.
① 폐아스콘 - 폐아스콘은 기존 아스팔트 포장에서 상온절삭(Cold Milling) 또는 굴착한 것으로써 보조기층 골재나 토사 가 혼합되어 있지 않은 것으로 외관상 이 물질이 섞여 있지 않은 것이 어야 하며 폐아스콘 전용 파쇄기로 파 쇄 후 선별하여 사용한다.
<표 5.1> 폐아스콘의 품질규정
75 ㎛ 체 씻기 회수아스팔트
품질특성 아스팔트함량(%)
명칭 침입 도(1/100cm) 시험
폐아스콘 재생골재 3.8 이상 20 이상 5 이하
② 골재 - 사용할 골재는 견고하고 내구적인 쇄석 , 모래 , 석분, 슬래그 및 기타 재료로써 이들 혼합물에는 점토, 유기불순물 등 기타 유 해물이 함유되어서는 안된다. 굵은 골재는 중량으로 65% 이상 이 깬 골재 이어야 한다.
<표 5.2> 굵은 골재의 품질기준
구 분 시험방법 표 층 용 기 층 용
마모감량(%) KS F 2508 35 이하 40 이 하 안 정 성 (%) KS F 2507 12 이하 12 이 하 흡 수 율(%) KS F 2355 3.0 이 하 3.5 이하
③ 유화아스팔트 - 본 공법에 사용하는 유화아스팔트는 KS M 2203을 만
족한 유화아스팔트로서 품질기준은 표 5.3과 같다.
<표 5.3> 유화아스팔트의 품질기준(KS M 2203)
종류 MS(C) MS(A)
1 2 3 1 2 3
항목
점도,엥글러도(25℃ ), 초 3-40
가. 체잔류분(1.18㎜ ) 질
0.3 이 하 량%
밀립 도골재혼합성 균등할것 균등할것
입자의전하 양 (+) 음 (-)
증발잔류분질량% 60 이 상 50이상 57 이상
증 침입도(25℃ ),100g,5ch 100-200 150-300 100-300 60-200 60-200 60-300
발 신도(15℃ ),cm 40 이상
잔
류 톨루엔가용분질량,% 98 이상 97 이상
물
5.5 성능시험예
(1) 기초실험
가 ) 상온 유화아스팔트 시험
상온 유화아스팔트는 KS M 2203에 규정에 의해 양이 온 , 음이 온 , 비이 온계 3 가지로 나눌 수 있다. 본 연구에서는 기층용 혼합물에서는 음이 온의 하이플롯트 유화아스팔트를 사용하였고, 표층용 혼합물에서는 코팅 및 분 산성이 좋은 양이온계 유화아스팔트를 사용하였다. 음이 온계와 양이 온계 유화아스팔트의 품질기준 및 결과는 표 5.4과 표 5.5에 나타내었으며 , 실내 에서 상온 유화아스팔트를 제작하는 파일럿 장치를 그림 5.5에 나타내었다.
[ 그림 5.5] 유화아스팔트 실내배합 장치
< 표 5.4> 음이온 유화아스팔트 품질기준 및 결과
검사항목 규격 결과
세이볼트(25℃ ), 점도 3 ˜ 40 32 체잔류분(1.18mm)질량 (%) 0.3 이하 0.1
밀입도 골재 혼합성 균등할 것 균등
입자의 전하 음(-) 음(-)
증발잔류물 질량 (%) 57 이상 67
침입도(25℃ ,1/100mm) 60˜ 200 105 증 발 신도(15℃ , cm) 40 이상 150 이상 잔류분 톨루엔가용분질량 (%) 97이상 99.42
저장안정도(24hr, 질량 , %) 1 이하 0
플롯트시험(60℃ , 초 ) 1200 이상 3600
<표 5.5> 양이온 유화아스팔트 품질기준 및 결과
검사항목 규격 결과
세이볼트(25℃ ), 점도 3 ˜ 40 19 체잔류분(1.18mm)질량 (%) 0.3 이하 0.1
부 착 도 2/3 이상 2/3 이상
밀입도 골재 혼합성 균등할 것 균등
입자의 전하 양 (+) 양(+)
증발잔류물 질량 (%) 57 이상 67
침입도(25℃ ,1/100mm) 150˜ 300 79 증 발 신도(15℃ , cm) 40 이상 150 이상 잔류분 톨루엔가용분질량 (%) 98이상 99.42
저장안정도(24hr, 질량 , %) 1 이하 0