Scientific Paper

Journal of the Korean Asphalt Institute. 31 December 2019. 176-193
https://doi.org/10.22702/jkai.2019.9.2.012

ABSTRACT


MAIN

  • 1. 서 론

  • 2. 연구내용 및 방법

  • 3. 구스 아스팔트 포장

  • 4. 재료 및 시험

  •   4.1 재료

  •   4.2 바인더 품질 기준 및 혼합물 시험방법

  • 5. 결과 및 분석

  •   5.1 아스팔트 바인더 특성 분석

  •   5.2 아스팔트 혼합물의 특성 분석

  • 6. 결 론

1. 서 론

구스 아스팔트(Guss Asphalt) 혼합물은 1970년대 이래로 미국, 유럽, 일본 및 중국 등에서 강바닥판 교량의 중요한 포장 재료로 사용되어 왔으며, 다짐 없이 시공할 수 있는 재료이다(MOLIT, 2010). 구스 아스팔트 혼합물이 일반 아스팔트 포장 재료와 다른 점은 많은 바인더 함량(7~10%), 많은 필러 함량(20~30%), 높은 혼합온도(220~260°C)로 혼합물의 성능은 바인더의 특성이 중요하다. 당초 적용 당시에는 침입도 20~40인 경질 아스팔트에 천연아스팔트인 TLA(Trinidad Lake Asphalt)를 첨가하여 혼합물의 성능을 향상시켰다(Seil Matrix, 2014). 그러나, TLA 첨가제내의 회분(불용분) 함량에 따라 구스 아스팔트 혼합물의 물성이 매우 다르기 때문에 품질이 일정하지 않을 수 있다는 단점이 있다.

현재는 사용되는 재료에 따라 천연 아스팔트를 사용하는 경우와 열가소성 고분자인 SBS(Styrene Butadiene Styrene) 수지(Polymer) 또는 양이온 계면활성제(cation surfactant)를 사용하는 노력이 실시되어 왔다. 다만, 천연 재료의 수급에 필요한 기간 및 불안정성이 고려되어 유럽의 경우 SBS 수지를 이용하는 것이 일반적이다(Sugano et al., 2010).

따라서, 이러한 단점을 개선하기 위해 본 연구는 바인더의 종류에 따른 구스 아스팔트의 적용성과 문제점을 파악하고, 공용성을 평가하여 검증된 구스 아스팔트 공법을 국내에서 활용 가능하도록 기초자료를 얻는데 그 목적이 있다.

2. 연구내용 및 방법

구스 아스팔트 포장이란, 일반 아스팔트 포장과 달리 다짐이 필요 없는 포장공법으로 이를 위해서는 시공이 가능하도록 적절한 유동성과 동시에 혼합물의 강도에 대한 품질을 확보해야 한다(Kim et al., 2004). 따라서, 본 연구에서는 경질 아스팔트(침입도 20~40)에 불용분(회분) 함유량이 다른 2종류의 천연아스팔트(TLA)를 첨가한 구스 아스팔트 바인더와 SBS 아스팔트에 천연아스팔트(길소나이트)가 첨가된 구스 아스팔트 바인더 3가지 종류의 구스 아스팔트 바인더의 특성에 대해 분석하고 내구성을 측정하기 위하여 구스 아스팔트 혼합물에 대한 류엘 유동성, 관입량, 저온 휨, 동적안정도 값을 비교하였다. Fig. 1은 연구 진행 절차를 나타낸 것이다.

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Fig. 1.

Research Roadmap

3. 구스 아스팔트 포장

구스 아스팔트는 일반 아스팔트 시공방법과 달리 고도의 유동성을 확보하여 방수성을 부여하고 부착력을 향상시킨 개질 아스팔트 혼합물의 한 종류로써 아스팔트 혼합물을 쿠커(Cooker)라고 부르는 가열, 혼합 운반 차량에 생산 후 220-260°C의 고온으로 유지하여 아스팔트 혼합물을 흐를 수 있는 유동상태로 만들어 이것을 흘려보내 인두질로써 마감하여 포장이다. BS 1447 “Mastic Asphalt(limestone fine aggregate) for roads, footways and pavings in building”에서는 구스 아스팔트를 “광물질과 아스팔트를 적당히 혼합하여 공극이 없는 불 투과성의 안정한 상태로 수작업 또는 전용기계에 의하여 흘려보내 작업할 수 있는 아스팔트의 한 종류”로 정의하고 있다(Xin et al., 2017).

독일의 경우를 보면 자동차 전용 고속도로로 정식 명칭은 라이히스 아우토반(Reichs Autobahn)을 1932년 건설할 당시 시멘트 콘크리트로 쾰른과 본 사이를 모두 3,000 km에 이르는 고속도로망이 확충되었다. 그러나 20년이 지난 1950년대 포장체의 파손으로 인하여 포장층 보수공법으로 채택한 공법이 천연 아스팔트를 사용한 구스 아스팔트 포장공법으로 Fig. 2는 독일 아우토반의 전경 사진을 보인 것이다.

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Fig. 2.

German Autobahn

4. 재료 및 시험

4.1 재료

4.1.1 아스팔트 바인더

본 연구에 사용된 아스팔트 바인더는 경질 아스팔트(침입도 등급 20~40)에 천연 아스팔트(TLA)를 용융하여 혼합한 구스 아스팔트 바인더와 열가소성 고분자인 SBS 수지에 길소나이트가 프리믹스된 구스 아스팔트 바인더를 이용하였다. 경질 아스팔트속 TLA의 배합비는 일반적으로 20~30% 정도로 본 배합설계에서는 20%를 기준으로 첨가하여 사용하였다.

4.1.2 TLA

구스 아스팔트 혼합물에 대한 공용성 평가를 위하여 TLA는 불순물 함량(회분)이 다른 두 가지 종류를 사용하였다. Table 1은 경질 아스팔트에 첨가되는 TLA의 성분을 나타낸 것이다.

Table 1. Component of TLA

Classification Result
TLA-1 TLA-2
Color dark blue dark blue
Solubility (%) 54.0 52.0
Mineral (%) 36.5 45.6
Asphalten (%) 11.9 12.1
Specific gravity (25℃) 1.40 1.39
Penetration (25℃) 2 2
Softening point (℃) 95 96
Fixed carbon (%) 11.0 11.0
Sulfur (%) 6.0 6.1

4.1.3 골재

구스 아스팔트 혼합물의 골재 최대 치수는 13 mm로 본 연구에 사용된 골재는 굵은 골재(13 mm 이하), 잔골재(6 mm 이하)와 석회 석분을 사용하였다. Table 2는 각 골재의 입도 분포를 나타낸 것이다.

Table 2. Aggregate Gradation

Sieve size (mm) Percent pass (%)
13 mm 6 mm Mineral filler
19 mm 100 - -
13.2 mm 94 100 -
4.75 mm 4 96 -
2.36 mm 2 64 -
0.6 mm 0 23 100
0.3 mm 0 13 98
0.15 mm 0 10 94
0.075 mm 0 2 84

골재의 품질시험은 배합설계 시 가장 기초가 되는 부분이며 본 연구에 사용된 굵은 골재, 잔골재, 석회석분에 대한 품질시험 결과 국내 골재 품질기준에서 제시하는 기준을 모두 만족하는 것으로 나타났다. Table 3은 골재에 대한 품질시험 결과를 나타낸 것이다.

Table 3. Test Results of Aggregate

Classification 13 mm 6 mm
Specification Test results Specification Test results
Fineness (%) - 6.28 - 3.07
Density (g/cm3) 2.5 min 2.51 2.5 min 2.53
Absorption rate (%) 3.0 max 1.43 3.0 max 1.17
Abrasion rate (%) 40 max 15.2 - -
Unit weight (kg/L) 1.5 min 1.523 1.5 min 1.592
Crushed surface of aggregate (%) - 100 - -
Stability (%) 12 max 4.2 12 max 4.4
Flat and elongated particles (%) - 15.8 - -
Sand equivalent (%) - - - 77
air void ratio (%) - - - 53.2

4.2 바인더 품질 기준 및 혼합물 시험방법

4.2.1 국내외 아스팔트 바인더 품질기준

(1) 국내 품질기준

국내 도로포장용 구스 아스팔트 바인더의 품질기준을 조사한 결과는 Table 4와 같다. 구스 아스팔트 포장을 국내 처음 도입 시에는 바인더의 규정이 경질 아스팔트에 대한 품질기준과 천연아스팔트에 대한 품질기준이 따로 제시되어 있고, 2가지 바인더가 혼합된 품질규정이 없어 원재료와 구스 아스팔트 바인더에 대한 물성치가 혼용되어 제시되었지만, 현재는 경질 아스팔트와 천연아스팔트가 혼합되어 있는 바인더의 품질규정과 개질아스팔트와 천연아스팔트가 혼합되어 있는 바인더의 품질규정으로 구분하여 정의되어 있다.

Table 4. Specification of Guss Asphalt Binder (MOLIT, 2017)

Classification Unit Specification
(Hard + Natural) asphalt (Modified + Natural) asphalt
Penetration (25℃, 100 g, 5s) 0.1 mm 15~30 10~40
Softening point 58 min 95 min
Ductility (5 cm/min, 25℃) cm 10 min -
Ductility (5 cm/min, 10℃) cm - 10 min
Flash point 240 min 240 min
Density (15℃) g/cm3 1.0 min

(2) 국외 품질기준

중국의 경우는 구스 아스팔트를 구스 매스틱 아스팔트로 정의하고 있으며, 구스 매스틱 아스팔트는 타입1(일반 석유 아스팔트 바인더 + 천연아스팔트 바인더), 타입2(개질 아스팔트 바인더 + 천연 아스팔트 바인더), 타입3(매스틱용 고분자 개질 아스팔트 바인더) 총 3가지 타입으로 구분하고 있다. 과거에는 구스 매스틱 아스팔트 바인더를 만드는 일반아스팔트 바인더 및 개질아스팔트 바인더와 천연아스팔트바인더에 대한 기준만 있었으나, 최근 매스틱용 고분자 개질 아스팔트 바인더에 대한 기준을 Table 5와 같이 제시하고 있다.

Table 5. Specification of Guss Asphalt Binder in China (KSRE, 2015)

Classification Unit Specification
Type I Type II Type III
Penetration (25℃, 100 g, 5s) 0.1 mm 15~30 10~40 20~40
Softening point 58~68 95 min 85 min
Ductility (5 cm/min, 25℃) cm 10 min - -
Ductility (5 cm/min, 10℃) cm - 10 min -
Ductility (5 cm/min, 5℃) cm - - 10 min
Flash point 280 min 280 min 280 min
Solubility % 86~91 99 min 99 min
Density (15℃) g/cm3 1.0 min
After thin Film Oven Test Mass changes % -1.0~1.0
Penetration ratio (25℃) % 70 min

일본의 경우에는 히로시마 고속도로공사 포장 설계 기준편에서 천연아스팔트를 쓰도록 하고 있으며, 일반아스팔트 바인더와 천연아스팔트 TLA의 규격치 및 혼합물의 입도는 아스팔트 요강에 따르도록 하고 있다. 배합비율은 일반아스팔트 : 75 + TLA : 25를 혼합한 것을 대상으로 TLA의 경우 정제된 TLA를 쓰도록 권장하고 있으며, 특히 정제된 TLA는 일본의 경우 규정에는 명시하지 않았으나 품질확보를 위한 물성변화를 방지하기 위하여 기본적으로 사용하고 있다. Table 6은 TLA를 사용하지 않은 독일의 품질규정과 TLA를 사용하는 일본의 품질규정을 나타낸 표이다.

Table 6. Specification of Guss Asphalt Binder in China (KSRE, 2015)

Classification Germany Japan
PmB 45A PmB 25A Shikoku Honshu Ministry of Land, Infrastructure and Transport
Straight AP TLA AP
Penetration (25℃), 1/10 cm 25~55 10~40 20~40 1~4 40~60
Softening point (℃) 55 min 65 min 55~65 93~98 -
Ductility (25℃), cm - - 50 min - -
Rate of change in evaporative mass (%) 0.5 max 0.5 max 0.3 max - -
Solubility (%) - - 99 min 52.5~55.5 -
Flash point (℃) - - 260 min 240 min -
Density (15℃), g/cm3 - - 1.0 min 1.38~1.42

4.2.2 혼합물 시험방법

(1) 류엘 유동성 시험

류엘 유동성 시험은 구스아스팔트 시공시의 흐름의 정도를 나타내는 척도로 시공성을 파악하기 위해 시험하며, 시험은 적당한 용기에 채취한 시료 중에 눈금이 붙은 995 g의 추를 자중으로 관입시켜 50 mm의 관입에 소요되는 시간을 초(sec)로 나타낸다. 200~260°C의 범위 내에서 3회에 걸쳐 실시하여 240°C의 류엘 유동성 값을 확인하여 측정하는 방법이다. Fig. 3은 류엘 유동성 시험 전경을 나타낸 것이다.

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Fig. 3.

Lueer Fluidity Test

(2) 관입량 시험

관입량 시험은 구스아스팔트의 안정성을 측정하는 시험으로서 각 변이 7 cm인 입방체 공시체를 40°C의 수중에 1시간 동안 두고, 밑면이 5 cm2의 관입봉에 52.5 kg의 하중을 30분간 걸었을 때 관입량을 mm로 나타낸다. 시방서의 기준은 표층에 1~4 mm, 레벨링층에 1~6 mm의 기준을 적용하며, Fig. 4는 관입량 시험 전경을 나타낸 것이다.

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Fig. 4.

Penetration Resistance Test

(3) 저온 휨 시험

저온 휨 시험은 저온시의 휨 성능을 측정하는 방법으로, 특히 강바닥판 포장 등 휨 성능이 요구되는 아스팔트 혼합물의 저온 특성을 평가하는 시험이다. 시험방법은 길이 300 mm, 너비 100 mm, 두께 50 mm의 공시체를 저온(-10±1°C로 6시간 이상) 챔버에서 양생한 후 저온 상태에서 지점 간 길이 200 mm 위에 고정시킨 후 재하속도 50 mm/min의 속도로 하중을 가하여, 파괴 변형량을 구한다(Lee, 1999). 파단변형은 구스 아스팔트 포장 시방서에서는 8.0×10-3 이상으로 규정하고 있으며 Fig. 5는 저온 휨 시험 전경을 나타낸 것이다.

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Fig. 5.

Beam Bending Test

저온 휨 시험시의 최대 파괴 변형량은 식 (1)과 같다(Luo et al., 2017).

$${\mathrm\varepsilon}_\max\;=\;6{\mathrm{hd}}_\max/\mathrm L^2$$ (1)

여기서, h = 시편의 높이(mm), dmax = 최대 하중이 가해지는 시편의 중심에서의 최대 처짐(mm), L = 하중이 가해지는 2지점 사이의 거리(mm)

또한, 처짐 강도는 식 (2)와 같이 계산된다.

$$\mathrm\sigma(\mathrm{Mpa})\;=\;3\mathrm{LP}/2\mathrm{bh}^2$$ (2)

여기서, P = 하중-변형 곡선의 최대 하중(N), b = 시편의 폭(mm)

(4) 휠트랙킹 시험

휠트랙킹 시험은 소성변형이나 니딩(kneading)작용의 영향을 실내에서 모형적으로 재현하는 아스팔트 혼합물의 소성 변형 저항성을 평가하는 시험이다(Lee, 2004). 이 시험방법은 300 mm × 300 mm × 50 mm의 몰드에 공시체를 제작한 후 실온에서 12시간 이상 양생시킨 후 시험 시작 전 5시간 이상을 60±2°C 온도로 항온실에서 양생한 후 공시체를 시험기에 고정하여 시험 윤하중인 70±1 kg의 하중으로 시험을 실시하고, 1 mm의 침하변형에 필요한 차바퀴의 통과횟수를 측정하여 동적안정도를 구하는 시험으로 Fig. 6은 휠트랙킹 시험을 진행하는 과정을 나타낸 것이다.

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Fig. 6.

Wheel-tracking Test

휠트랙킹 시험을 통하여 변형율과 동적안정도를 구할 수 있으며, 변형율 및 동적안정도는 식 (3), (4)와 같다.

$$\mathrm 변형\mathrm 율(RD,\;mm/\min)\;=\;\frac{d_{60}-d_{45}}{15}$$ (3)
$$\mathrm{동적안정도}\;(DS,\;회/\mathrm{mm})\;=\;\frac1{\mathrm 변형\mathrm 율(RD)}\times42$$ (4)

여기서, d60 = 60분에서의 변형량(mm), d45 = 45분에서의 변형량(mm)

5. 결과 및 분석

5.1 아스팔트 바인더 특성 분석

구스 아스팔트를 처음 적용 당시에는 경질 아스팔트 바인더와 TLA를 혼합한 바인더를 사용하였다. 본 연구에서는 구스 아스팔트 바인더를 적용하기 위하여 침입도 20~40인 경질 아스팔트와 SBS 아스팔트 2가지 유형의 석유 정제 아스팔트를 사용하였고, SBS 아스팔트는 베이스 아스팔트에 4%의 SBS 개질제로 제작된 아스팔트이다.

본 연구에 사용된 구스 바인더는 경질 아스팔트(침입도 20~40)에 불용분(회분) 함유량이 다른 2종류의 천연아스팔트(TLA)를 첨가한 구스 아스팔트 바인더와 SBS 아스팔트에 천연아스팔트(길소나이트)가 첨가된 구스 아스팔트 바인더를 사용하였다. Table 7은 각 각의 바인더 특성에 대한 결과를 나타낸 것이다. 아스팔트 바인더의 특성은 아스팔트 포장의 성능에 큰 영향을 미친다. 특히, 침입도, 연화점, 신도는 아스팔트 바인더의 특성을 평가하는 중요한 지표이다. 본 연구에서는 TLA 함량을 20%로 고정하고 경질아스팔트와 혼합하여 구스 아스팔트 바인더를 제조하였고, SBS 아스팔트에 길소나이트를 혼합하여 구스 아스팔트를 제조하였다. 또한, 각각의 구스 아스팔트 바인더에 대하여 침입도, 연화점, 신도 특성에 대해 비교하였다.

Table 7. Characteristics of Binder

Classification Test results
Hard asphalt SBS asphalt TLA-1 TLA-2
Penetration (25℃, 0.1 mm) 29 71 2 2
Softening point (℃) 58 77 95 96
Ductility (25℃, cm) 62 more than 100 - -
Flash point (℃) 285 291 258 261
Solubility (%) 99.8 99.3 54 53

5.1.1 침입도 시험 결과

Fig. 7은 3가지 종류의 구스 아스팔트 바인더에 대한 25°C에서의 침입도 시험 결과를 나타낸 것이다.

기본 베이스 아스팔트인 SBS 아스팔트는 당초 침입도가 71이었지만, 천연 아스팔트인 길소나이트를 혼합함으로서 28로 나타나 약 60% 정도가 감소하여 강성이 더 높아지는 것을 알 수 있었다. 경질 아스팔트의 경우에는 침입도 감소가 미비하게 나타났지만, TLA-1을 첨가한 구스 아스팔트 바인더가 TLA-2를 첨가한 구스 아스팔트 바인더 보다 강성이 좋은 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 TLA에 함유된 성분 중 광물질(회분)의 함유량이 TLA-1이 더 적게 들어 있기 때문이라고 사료된다. 3가지 유형의 아스팔트 바인더의 침입도 값이 낮아지는 이유는 기본 아스팔트에 비해 천연아스팔트의 강성이 더 높기 때문이다.

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Fig. 7.

Penetration Test Results by Guss Asphalt Binder Type

5.1.2 연화점 시험 결과

Fig. 8은 구스 아스팔트 바인더 타입별 연화점 시험 결과를 나타낸 것이다. 기본 베이스 아스팔트는 천연 아스팔트의 연화점이 높기 때문에 천연아스팔트가 증가함에 따라 증가하게 된다.

3가지 구스 아스팔트 타입 중 SBS+천연아스팔트의 구스 아스팔트 바인더의 연화점이 경질 아스팔트 + TLA 타입의 바인더보다 연화점이 높게 나타났다. 이것은 Table 7에 따라 기본 베이스 아스팔트인 SBS 아스팔트 바인더의 연화점이 높기 때문이다.

TLA 종류에 따른 연화점의 변화가 없는 결과는 광물질(회분)의 함유량이 연화점의 변화에 영향이 없는 것을 알 수 있다. 또한, 국내 구스 아스팔트 바인더의 연화점 기준은 경질 아스팔트 + 천연아스팔트를 사용할 경우 58이상으로 본 실험결과 기준에는 만족하지만 안전성을 고려하여 TLA 타입의 구스 아스팔트 바인더를 사용시 TLA 함량을 20% 이상 사용하는 것이 바람직한 것으로 나타났다.

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Fig. 8.

Softening Point Test Results by Guss Asphalt Binder Type

5.1.3 신도 시험 결과

Fig. 9는 구스 아스팔트 바인더 타입별 신도 시험 결과를 나타낸 것이다. 신도는 기본 베이스 아스팔트에 TLA가 첨가됨에 따라 눈에 띄게 감소하는 것으로 나타났다. TLA의 신도는 Table 7에 나와 있지 않지만, 침입도 및 연화점의 값의 변화에 따라 베이스 아스팔트보다 낮을 것으로 예상할 수 있다.

TLA는 60 μm보다 작은 미세 입자가 약 37% 포함되어 있는 것으로 보고되고 있으며, 이는 신도가 낮을 것으로 예상된다. 또한, SBS 개질 아스팔트 기반의 구스 아스팔트 바인더는 경질 아스팔트 기반 구스 아스팔트 바인더에 비해 훨씬 높은 연성을 가지고 있음을 알 수 있다.

품질기준에 따르면 25°C에서의 신도 값은 10 이상이 필요하다. 본 연구에 사용된 구스 아스팔트 바인더는 모두 기준에 만족하는 것으로 나타났지만, TLA-2가 첨가된 구스 아스팔트 바인더의 경우 TLA 내에 함유한 불순물이 많기 때문에 신도 값이 낮게 나타났다.

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Fig. 9.

Ductility Test Results by Guss Asphalt Binder Type

5.2 아스팔트 혼합물의 특성 분석

5.2.1 류엘 유동성 시험 결과

구스 아스팔트 혼합물의 류엘 유동성 측정값은 포설 시 작업성을 대표할 수 있는 수치이다. 류엘 유동성은 240°C에서 측정하지만 온도가 올라가면 아스팔트의 점도가 낮아져 유동성 값이 낮게 측정되고 온도가 낮아지면 높게 측정된다.

Fig. 10은 3가지 타입의 구스 아스팔트 혼합물의 류엘 유동성 변화 값을 타나낸 것으로 신뢰도 0.99 이상의 측정계수로 추세선을 찾을 수 있었다. 따라서, 이 추세선을 이용하여 240°C의 류엘 유동성 값을 선정하면 SBS 기반 구스 아스팔트 바인더는 6, TLA-1 타입은 15, TLA-2 타입은 12.5로 국내 구스 아스팔트 유동성 품질기준인 20 이하에 모두 만족하는 것으로 나타났지만, SBS 타입의 구스 아스팔트 바인더를 사용할 경우 작업성이 가장 좋은 것으로 나타났다.

유동성이 너무 낮으면 급구배 시공시 흐르기 쉽고 20에 가까울수록 급구배 시공시 시공이 어려워 바람직한 유동성의 범위는 10 안팎으로 볼 수 있다. 따라서, Fig. 10과 같이 같은 10의 유동성 값에서 SBS 기반 구스 아스팔트의 경우는 227°C에서 시공이 가능하고 TLA 기반 구스 아스팔트는 250°C 안팎에서 시공이 가능하므로 SBS 기반 구스아스팔트 바인더는 TLA 기반 구스 아스팔트 바인더보다 약 20~25°C 낮은 온도에서 시공이 가능한 것으로 나타났다.

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Fig. 10.

Comparison of Lueer Fluidity Results

5.2.2 관입량 시험 결과

관입량 시험은 류엘 유동성 시험과 같이 구스 아스팔트 혼합물의 최적 아스팔트 함량을 결정하기 위한 중요한 지표 중의 하나이다. 류엘 유동성과는 상반된 개념으로 바인더의 함량이 증가하면 유동성은 좋아지지만 관입량 값은 나빠지고 바인더의 함량이 감소하면 반대로 나타난다. Fig. 11은 최적 아스팔트 함량인 8.7%에 대하여 3가지 타입의 구스 아스팔트 혼합물에 대한 관입량 시험 결과 값을 타나낸 것이다. 관입량 값이 높을 수록 혼합물이 부드러워지고 영구 변형되기 쉽다. 국내 관입량 품질기준은 1~4 mm로 3가지 타입의 구스 아스팔트 혼합물 모두 차이가 크지는 않지만 기준을 만족하는 것으로 나타났고, Fig. 11과 같이 SBS 기반의 구스 아스팔트 혼합물의 관입량 값이 TLA 기반 아스팔트 혼합물보다 더 단단한 혼합물로 나타났다. 분포된 데이터를 맞추기 위해 추세선을 사용했으며, 신뢰도는 92% 이상으로 나타났다.

http://static.apub.kr/journalsite/sites/jkai/2019-009-02/N0850090205/images/jkai_09_02_05_F11.jpg
Fig. 11.

Comparison of Penetration Resistance Results

5.2.3 저온 휨 시험 결과

저온 휨 및 파단 변형은 3점 굴곡시험을 통해서 구할 수 있다. 저온시에 혼합물의 휨 성능을 측정하는 방법으로 국내 품질기준은 8.0×10-3 이상을 규정하고 있다. 3가지 타입에 대한 구스 아스팔트 혼합물에 대한 시험 결과 Table 8과 같이 모두 규정을 만족하고 있다. 파단 변형 값이 아스팔트 혼합물 종류별로 큰 차이가 나지는 않았지만, SBS 베이스 구스 아스팔트 혼합물의 경우 –10°C의 저온 휨 강도 및 파단변형이 가장 높아 저온시에 과다한 하중으로 인한 균열에 잘 견디는 것으로 나타났다.

Table 8. Results of Beam Bending Test

Classification Strain
SBS asphalt + Natural asphalt 3.2 ×10-2
Hart asphalt + TLA-1 2.4 × 10-2
Hart asphalt + TLA-2 1.2 × 10-2

5.2.4 휠트랙킹 시험 결과

소성변형에 대한 공용성을 예측하기 위하여 휠트랙킹 시험을 실시한 결과 Fig. 12와 같은 결과를 얻었다. TLA 기반 구스 아스팔트 혼합물에 비하여 SBS 기반 구스 아스팔트 혼합물의 동적안정도 값이 약 2배 정도 크게 나타났다.

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Fig. 12.

Comparison of Wheel-tracking Test Results

6. 결 론

본 연구에서는 경질 아스팔트(침입도 20~40)에 불용분(회분) 함유량이 다른 2종류의 천연아스팔트(TLA)를 첨가한 구스 아스팔트 바인더와 SBS 아스팔트에 천연아스팔트(길소나이트)가 첨가된 구스 아스팔트 바인더 3가지 종류의 구스 아스팔트 바인더의 특성에 대해 분석하고 내구성을 측정하기 위하여 구스 아스팔트 혼합물에 대한 류엘 유동성, 관입량, 저온 휨, 동적안정도 값을 비교하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.

1. SBS 아스팔트의 경우에는 천연 아스팔트인 길소나이트를 혼합함으로서 침입도가 약 60% 정도가 감소하여 강성이 더 높아지는 것을 알 수 있었고, 경질 아스팔트의 경우에는 침입도 감소가 미비하게 나타났지만, TLA-1을 첨가한 구스 아스팔트 바인더가 TLA-2를 첨가한 구스 아스팔트 바인더 보다 강성이 좋을 것을 알 수 있다.

2. 3가지 구스 아스팔트 바인더 타입 중 SBS+천연아스팔트의 구스 아스팔트 바인더의 연화점이 경질 아스팔트 + TLA 타입의 바인더보다 연화점이 높게 나타났다. 국내 구스 아스팔트 바인더의 연화점 기준은 경질 아스팔트 + 천연아스팔트를 사용할 경우 58 이상으로 본 실험결과 기준에는 만족하지만 안전성을 고려하여 TLA 타입의 구스 아스팔트 바인더를 사용 시 TLA 함량을 20% 이상 사용하는 것이 바람직하다.

3. 류엘 유동성 시험 결과, SBS 기반 구스 아스팔트 바인더는 6, TLA-1 타입은 15, TLA-2 타입은 12.5로 국내 구스 아스팔트 유동성 품질기준인 20 이하에 모두 만족하는 것으로 나타났지만, SBS 타입의 구스 아스팔트 바인더를 사용할 경우 작업성이 가장 좋은 것으로 나타났다. 시공 시 바람직한 유동성의 범위는 10 안팎으로 볼 수 있으며, 시험 결과 10의 유동성 값에서 SBS 기반 구스 아스팔트의 경우는 227°C에서 시공이 가능하고 TLA 기반 구스 아스팔트는 250°C 안팎에서 시공이 가능하므로 SBS 기반 구스아스팔트 바인더를 사용하여 구스아스팔트를 시공 시 TLA 기반 구스 아스팔트 바인더보다 약 20~25°C 낮은 온도에서 시공이 가능할 것으로 나타났다.

4. 관입량 시험은 류엘 유동성과는 상반된 개념으로 바인더의 함량이 증가하면 유동성은 좋아지지만 관입량 값은 나빠지고 바인더의 함량이 감소하면 반대로 나타난다. 관입량은 값이 높을 수록 혼합물이 부드러워지고 영구 변형되기 쉽다. 국내 관입량 품질기준은 1~4 mm로 3가지 타입의 구스 아스팔트 혼합물 모두 기준을 만족하는 것으로 나타났고, 특히, SBS 기반의 구스 아스팔트 혼합물의 관입량 값이 TLA 기반 아스팔트 혼합물보다 더 단단한 혼합물로 나타났다.

5. 구스 아스팔트의 공용성을 예측하기 위한 저온 휨시험(파단변형) 및 휠트랙킹 시험 결과 3가지 타입의 구스 아스팔트 혼합물 모두 국내 품질 기준을 만족하는 것으로 나타났다. 휠트랙킹 시험의 경우 TLA 기반 구스 아스팔트 혼합물에 비하여 SBS 기반 구스 아스팔트 혼합물의 동적안정도 값이 약 2배 정도 크게 나타나 공용성이 더 우수한 것으로 나타났다.

본 연구에서 비교한 3종류의 바인더는 현행 국내 규격을 모두 만족하였다. 그러나, TLA-1 및 TLA-2의 경우는 TLA 재료의 특성상 불순물 함량의 변화가 심하기 때문에 경우에 따라 품질 규격을 만족시키기 위해서는 사용량을 크게 조정해야 하는 경우가 발생하여 안정적인 혼합물을 제공하기가 어려운 경우가 발생한다. 이러한 문제점은 현장에서 배합 시 류엘 유동성과 관입저항성의 기준을 맞추기 위해서는 많은 시간이 소요되는 경우가 빈번하게 발생하나 SBS 타입의 구스 아스팔트 혼합물을 사용할 경우에는 프리믹스 타입의 구스 아스팔트 바인더의 사용으로 안정된 품질 결과를 얻을 수 있다는 것을 류엘 유동성 시험, 관입량 시험, 휠트랙킹 시험, 저온 휨 시험으로 확인하였다. 특히, 동적안정도가 2배 이상 개선되어 구스 아스팔트 혼합물의 단점중의 하나인 소성변형 저항성을 개선할 수 있다.

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