1. 서 론
2. 베트남 아스팔트 포장 문제점
3. 베트남 맞춤형 중온 아스팔트 기술 최적화
3.1 중온 아스팔트 기술 장점 및 효과
3.2 중온 아스팔트 기술 최적화
4. 베트남 맞춤형 중온 아스팔트 기술 평가
4.1 중온 아스팔트 바인더 평가 결과
4.2 중온 아스팔트 혼합물 품질평가 결과
5. 베트남 맞춤형 중온 아스팔트 기술 현지 적용
5.1 개요
5.2 현장배합설계
5.3 혼합물 생산 및 시공
5.4 다짐도 밀도 평가
6. 결 론
1. 서 론
베트남은 지역 간 경제교류 활성화 및 국민의 삶의 질 향상을 위해 도로건설 확대 및 기존 도로 유지보수에 정부의 역량을 집중하고 있다. 하지만, 베트남은 현지 기후조건(폭염, 강우, 폭우 등) 및 차량하중 조건(교통량 증가, 중차량, 과적차량 등)을 고려하지 못한 도로포장 재료 선정으로 아스팔트 포장에서 조기파손이 빈번하게 발생하고 있다. 또한, 획일적인 가열 아스팔트 포장 기술 적용으로 인한 지속적인 화석연료 사용 및 탄소배출 문제를 해결하고자 친환경 아스팔트 포장 기술 도입에 관심이 높아지고 있다. 이러한 복합적인 문제를 해결하고자 베트남 정부에서는 중온 아스팔트 기술 도입 및 기술 현지화 전략을 검토하였다. 본 연구에서는 국내에서 보유하고 있는 중온 아스팔트 기술을 활용하여 베트남 현지 기후조건 및 포장파손 특성을 고려하여 베트남 맞춤형 중온 아스팔트 기술 최적화 연구를 수행하였다.
2. 베트남 아스팔트 포장 문제점
베트남의 총 도로연장은 346,498 km이며 시멘트 콘크리트 포장이 25%, 아스팔트 포장과 역청재료 포장이 39%, 비포장도로가 36%를 차지하고 있다(MOLIT, 2021). 최근에는 고속도로 및 일반국도의 도로포장 품질 향상을 위해 개질 아스팔트 포장의 비율을 확대 적용하고 있으나 Fig. 1과 같이 연중 높은 기온(폭염)과 중차량 증가로 아스팔트 포장에서는 소성변형 발생이 지속적으로 증가하고 있으며 반복적인 우기로 인한 장시간 수분 노출로 인해 포트홀, 박리 및 골재 탈리와 같은 포장파손도 빈번하게 발생하고 있다.
3. 베트남 맞춤형 중온 아스팔트 기술 최적화
3.1 중온 아스팔트 기술 장점 및 효과
중온 아스팔트 기술은 1996년부터 유럽에서 소개된 이후 전 세계적으로 대표적인 친환경 도로포장 공법으로 알려져 있으며, 미국에서도 2002년부터 도입하여 시험 적용과 검증이 활발히 진행되어 미국 전체 아스팔트 포장 시장의 약 30% 이상을 점유하고 있다(Brian et al., 2008; D’Angelo et al., 2008; NAPA, 2008). 국내에서는 2006년부터 한국형 중온 아스팔트 기술 개발을 시작하였으며 현재 일반 아스팔트 포장, 개질 아스팔트 포장, 재활용 아스팔트 포장 등 다양한 도로포장에 중온 아스팔트 기술을 적용하고 있다. 중온 아스팔트 포장은 기존의 가열 아스팔트 포장과 비교하여 동일한 성능을 나타내면서 약 30°C까지 낮은 온도 조건에서 아스팔트 혼합물 생산 및 시공이 가능하여 사용연료 저감, 유해가스 배출 저감, 다짐도 향상, 장거리 운송용의 등 많은 장점을 가지고 있다(Kim et al., 2012; Lee et al., 2011; Yang et al., 2012).
3.2 중온 아스팔트 기술 최적화
본 연구에서는 다양한 장점을 가지는 있는 국내 중온 아스팔트 기술을 베트남 기후조건(고온, 강우) 및 포장파손 특성을 고려하여 베트남 현지에 바로 적용이 가능하도록 중온화 첨가제를 최적화하였다. 베트남 맞춤형 중온화 첨가제의 기본설계는 국내에서 개발된 한국형 중온화 첨가제를 기반으로 베트남 기후조건 및 포장파손 특성을 고려하여 불필요한 성분은 제거하고 필요한 성분을 추가하여 최적화하였다.
국내에서 개발된 중온화 첨가제는 아스팔트 바인더의 점도를 낮춰 중온(100°C∼130°C)에서도 혼합 및 다짐이 가능한 왁스 성분의 중온화 첨가제, 수분저항성을 향상시킬 수 있는 박리방지제, 저온에서 균열을 조절할 수 있는 저온강화제로 구성되어 있다. 하지만, 베트남의 경우 저온에 의한 포장파손이 없으므로 저온강화제를 제외하고 수분저항성 향상을 위한 박리방지제의 성분비를 높여 수분저항성을 강화하였다. Fig. 2는 베트남 맞춤형 중온화 첨가제의 최적화에 대한 개념을 보여주고 있다.
4. 베트남 맞춤형 중온 아스팔트 기술 평가
베트남 기후조건 및 포장파손을 고려하고 최적화된 중온 아스팔트 포장의 품질 및 성능평가를 위해 아스팔트 바인더 및 혼합물에 대한 품질시험을 수행하였다. 베트남에서는 중온 아스팔트 포장에 대한 품질기준이 마련되어 있지 않아 중온 아스팔트 기술에 대한 품질평가는 베트남 가열 아스팔트 포장 품질기준을 준용하여 적용하였다.
4.1 중온 아스팔트 바인더 평가 결과
베트남 기후 및 도로포장 파손 형태를 고려하여 최적화된 중온 아스팔트 바인더의 품질평가를 수행하였다. 중온 아스팔트 바인더 제조에 사용한 베이스 아스팔트 바인더는 침입도 60/70의 아스팔트 바인더에 베트남 맞춤형 중온화 첨가제 1.75%를 첨가하여 프로펠러형 교반기를 사용하여 중온 아스팔트 바인더를 제조하였다. Table 1은 베트남 맞춤형 중온 아스팔트 바인더의 품질시험결과를 정리한 것이다. Table 1에 정리한 것과 같이 품질시험 결과는 베트남 기준을 모두 만족하는 것으로 나타나 최적화된 베트남 맞춤형 중온화 첨가제 사용에는 아무런 문제가 없을 것으로 판단된다.
Table 1.
Test results of WMA binder
4.2 중온 아스팔트 혼합물 품질평가 결과
중온 아스팔트 혼합물 품질평가를 위해 베트남 가열 아스팔트 혼합물 품질기준에 명시되어 있는 DAC 12.5(국내 13 mm 밀입도 아스팔트 혼합물)에 따라 배합설계를 수행하였으며, 가열 아스팔트 혼합물과의 품질결과를 비교하였다. 이때 사용된 골재는 베트남 현지 골재를 활용하였다. 단, 가열 아스팔트 혼합물의 혼합온도는 150°C~160°C, 다짐온도는 135°C~145°C에서 진행되었으며, 중온 아스팔트 혼합물은 가열 아스팔트 혼합물과 비교하여 약 15°C~25°C 낮은 135°C~140°C에서 혼합하였다. 다짐온도 역시 115°C~120°C에서 수행되었으며, 마샬다짐기를 활용하여 양면 75회 다짐을 수행하였다. Table 2는 베트남 맞춤형 중온 아스팔트 혼합물과 가열 아스팔트 혼합물의 배합설계 결과를 정리한 것이다. 두 아스팔트 혼합물 모두 최적 아스팔트 함량은 4.3%로 결정되었으며 베트남 가열 아스팔트 포장 품질기준을 모두 만족하는 것으로 나타났다.
Table 2.
Laboratory mix design results of WMA and HMA mixtures
5. 베트남 맞춤형 중온 아스팔트 기술 현지 적용
베트남 맞춤형 중온 아스팔트 기술 적용을 위한 시험포장 구간은 현지에서 사용하고 있는 가열 아스팔트 포장과 함께 비교할 수 있도록 시험포장 구간을 선정하였다.
5.1 개요
베트남 맞춤형 중온 아스팔트 혼합물을 적용한 시험포장 구간은 베트남 남딘지방 10번 국도로서 100+980km~101+280km 구간으로 총 300m 구간을 선정하였다. 가열 아스팔트 포장은 100m(연장)×8.0m(폭)=800m2, 중온 아스팔트 포장 200m(연장)×8.0m(폭)=1,600m2로 시험포장을 실시하였다. 시험포장을 수행하는 동안 아스팔트 혼합물의 생산 및 시공 품질관리를 실시하였으며 시공 과정에서 온도 데이터 등을 수집하였다. Fig. 3은 베트남 북부지역의 중온 아스팔트 시험포장 시공 구간을 나타낸 것이다.
5.2 현장배합설계
중온 아스팔트 혼합물과 가열 아스팔트 혼합물의 현장 배합설계 결과를 Table 3에 정리하였다. 최적 아스팔트 함량은 4.4%로 실내 배합설계 결과와 0.1% 차이가 있는 것으로 나타났다. 두 아스팔트 혼합물은 모두 베트남 가열 아스팔트 포장 품질기준을 만족하였다.
Table 3.
Job mix formula results of WMA and HMA mixtures
5.3 혼합물 생산 및 시공
시험포장을 위해 아스팔트 플랜트에서 생산된 중온 아스팔트 혼합물은 135±3°C, 가열 아스팔트 혼합물의 생산온도는 160±3°C였다. 아스팔트 혼합물 생산 순서는 가열 아스팔트 혼합물을 먼저 생산하고 중온 아스팔트 혼합물을 생산하였다. Fig. 4는 가열 아스팔트 혼합물과 중온 아스팔트 혼합물의 생산 장면을 나타낸 것이다. 육안관찰 결과, 중온 아스팔트 혼합물은 가열 아스팔트 혼합물과 비교하여 유해가스 배출이 현저히 작은 것을 확인하였다.
시험포장 현장에 도착한 아스팔트 혼합물 온도는 중온 아스팔트 혼합물은 120±5°C, 가열 아스팔트 혼합물은 145±5°C로 측정되었다. 포설온도는 중온 아스팔트 혼합물 120±5°C, 가열 아스팔트 혼합물 130±5°C로 시공 온도를 관리하였다. Fig. 5는 시험시공 현장에 도착한 중온 및 가열 아스팔트 혼합물의 도착온도를 보여주고 있으며, Fig. 6은 포설온도를 보여주고 있다. 중온 아스팔트 포설 및 다짐작업에서는 온도저하로 인한 문제는 발생하지 않았다.
5.4 다짐도 밀도 평가
시험포장 후 아스팔트 포장 두께, 부착 특성 및 다짐도 평가를 위해 중온 아스팔트 포장 구간에서 9개의 코어 샘플을 가열 아스팔트 포장 구간에서 6개의 코어 샘플을 각각 채취하였다. 시험포장 구간에서 채취한 모든 코어 샘플은 기층과 단단하게 부착되어 있어 부착성능은 중온 및 가열 아스팔트 혼합물 모두 우수한 것으로 평가되었다. Table 4는 중온 및 가열 아스팔트 포장 구간에서 채취한 코어 샘플에 대한 현장 다짐밀도 및 공극율 측정 결과 값을 정리한 것이며, 중온 및 가열 아스팔트 포장 구간에서 채취한 샘플 모두 베트남에서 제시하고 있는 현장 다짐밀도 및 공극률 기준을 만족하는 것으로 나타났다.
Table 4.
Field density and air void of WMA and HMA cored samples
6. 결 론
본 연구에서는 국내에서 보유하고 있는 중온 아스팔트 기술을 베트남 현지 기후조건 및 포장파손 특성을 고려하여 베트남 맞춤형 중온 아스팔트 기술을 최적화하고 이를 베트남 현지에 적용한 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.
1.국내 보유 중온 아스팔트 기술을 베트남 기후조건 및 포장파손 특성을 고려하여 중온화 첨가제를 최적화하였다.
2.베트남에서는 중온 아스팔트 포장에 대한 품질기준이 마련되어 있지 않아, 가열 아스팔트 포장 품질기준을 적용한 결과 베트남 맞춤형 중온 아스팔트 바인더 및 혼합물 모두 품질기준을 만족하는 것으로 나타났다.
3.시험포장을 위해 베트남 현지에서 수행한 중온 아스팔트 혼합물의 현장 배합설계에서 마샬안정도는 가열 아스팔트 혼합물보다 낮은 것으로 나타났으나, 소성변형저항성은 가열 아스팔트 혼합물보다 높은 것으로 나타났다. 하지만, 중온 아스팔트 혼합물의 현장 배합설계 결과는 모두 베트남 아스팔트 포장 품질기준을 만족하는 것으로 나타났다.
4.시험포장 완료 후, 시험포장 구간에서 중온 아스팔트 포장의 현장 다짐밀도는 가열 아스팔트 포장과 유사한 수준으로 다짐되어 현장 시공성에는 아무런 문제가 없음을 확인하였다.
