1. 서 론

국내 아스팔트 포장은 교통량, 온도의 변화 등 다양한 이유로 파손이 심화되고 있다. 아스팔트 포장의 파손을 해결하기 위한 방안으로 아스팔트의 개질제를 혼입한 개질아스팔트 혼합물을 사용하고 있다. 특히 아스팔트 포장의 파손 유형 중 소성변형을 방지하기 위한 개선책으로 여러 가지 개질재를 아스팔트에 혼입한 개질아스팔트를 사용한다. 아스팔트 개질재는 주로 아스팔트 취약성인 고온 특성을 개질함으로써 소성변형 억제의 효과를 발생시킨다. 국내에서 사용되는 개질제의 경우 chemcrete, gilsonite, SBS, SBR, EVA, LDPE 등 다양하게 있다. 본 연구에서는 아스팔트 개질제의 종류에 대해 나열하고, 각 개질제의 특징을 분석하였다.

2. 아스팔트 개질재

2.1 SBS

고분자 개질 아스팔트의 고분자는 하나의 작은분자를 반복하여 공유결합 시켜 얻은 것으로, 이것을 단순히 고분자라고도 하지만 구분을 위해 homopolymer라고 부른다. 또한 두 가지 다른 단량체를 같은 사슬에 함께 결합시켜 얻은 고분자를 공중합체라고 한다. SBS 고분자 개질 아스팔트는 공중합체로서 폴리부타디엔 고무와 폴리스틸렌 플라스틱을 갖고 있다(Park, 2004a). Fig. 1은 SBS에 구조를 나타낸다.

Fig. 1.

Description of SBS structure

2.2 SBR

라텍스는 고무나무로 부터 얻어지는 자연제품을 가리키는 말로서, 현재 아스팔트 재료에 사용되고 있는 대부분의 라텍스는 50%의 물에 50%의 수경성 SBR 라텍스(Styrene Bultadirene Latex)를 첨가해서 제조한다(Park, 2004a).

2.3 EVA(Ethylene vinyl acetate)

가루 형태의 파우더로 파우더 케미컬 분쇄법으로 제조된 에틸렌 초산 비닐이다. EVA는 LDPE에 비하여 강도가 좋아 시트, 발포 생성품, 접착제 등으로 사용되고 있으며, 식초산비닐과 에틸렌을 혼합하여 제조한 것으로 고무와 유사한 성질을 갖고 있다(An et al., 2021).

2.4 EDPM(Ethylene propylene diene monomer)

에틸렌, 프로필렌과 디엔을 삼원 공중 화합한 열가소성 합성고무이다(Park, 2021). EDPM을 개질제로 사용할 경우 소성변형에 대한 저항성이 향상된다고 보고되었다(Park, 1999).

2.5 켐크리트

아스팔트에 소량의 중금속을 첨가하여 아스팔트의 물리화학적 성질을 개선하기 위해 개발된 제품으로서 연화유에 녹아 있는 유기-금속(망간, 코발트, 구리 등)의 원소로 구성되어 있다(Park, 2004a).

2.6 길소나이트

미국 유타주의 동부에 위치한 수직광맥에서 채굴되는 천연아스팔트이다. 아스팔트 성분 중 분자량이 큰 아스팔텐이 대략 70% 정도 포함되어 있으며, 나머지는 주로 말텐으로 기름과 수지성분이다(Park, 2004a).

2.7 CRM

폐고무 개질아스팔트는 75~85%의 포장 규격 아스팔트와 15~25%의 재활용 타이어 고무가 약 200도의 온도에서 혼합하여 제조된다. 폐고무 개질 아스팔트 바인더는 210도 이상으로 가열한 아스팔트 바이던와 #10 이하의 폐타이어 고무분말(CRM) 15~25%를 혼합 반응기에 의해 자동으로 배합하고 고무분말이 팽창하여 아스팔트와 상호 물리적 반응이 일어날 때까지 숙성기에서 숙성시켜서 제조된다(Park, 2004a).

2.8 PBS

덴마크 Phoenix사와 독일의 고분자 공급사가 공동으로 개발한 아스팔트 개선제이다(Park, 2004a).

2.9 SMA

1960년대 후반에 스파이크타이어에 대한 내마모용 혼합물이다. 일반적으로 약 70~80%를 차지하는 조골재의 맞물림효과와 샌드매스틱(모래+석분+섬유+아스팔트)의 충진효과를 가지고 있는 갭입도의 가열아스팔트 혼합물로 “Stone Mastic Asphalt”이다(Park, 2004a).

2.10 LDPE

일반적으로 저밀도 폴리에틸렌(Low-Density Polyethylene)은 무색 투명하고 내한성이 양호하며 전기절연성, 내약품성, 내화학성 등이 앙호한 범용 고분자이다. LDPE는 소성변형 저항성, 내구성 증가의 효과와 그 외 농업용 폐비닐을 다량으로 소모할 수 있다는 재활용 측면의 장점을 가지고 있다(Park, 2004b).

3. 개질아스팔트의 특징

개질아스팔트는 두 가지 종류로 분류된다. 아스팔트 바인더에 개질재를 투입하는 습식 및 아스팔트 콘크리트 생산 시 골재와 함께 개질제를 투입하는 건식이 있다. 일반적으로 개질아스팔트의 경우 습식을 많이 사용하는데, 건식의 경우 품질의 균일이 불규칙하기 때문이다.

3.1 SBS 개질 아스팔트

국내에서 개발된 SBS 개질아스팔트는 화학적으로는 아스팔트 분자사슬과 SBS분자사슬 간에 비가역 공유결합(분자결합)을 형성시킴으로써, 아스팔트의 공용성능을 개선시킨다. 개질제 중 가장 많이 사용하는 SBS의 경우 내열성이 약하므로 190°C 이하에서 혼합해야 한다.

3.2 SBR 개질 아스팔트

SBR은 스티렌과 부타디엔을 유화종합하여 도로포장에 적합하도록 만든 아스팔트이다. 일반적으로 SBR을 아스팔트 첨가량의 7%을 첨가하여, 165°C~185°C에서 혼입하여 사용한다. 고무의 성질이 아스팔트에 부여되어, 고온(소성변형), 저온(피로균열)에서 좋은 성능을 발휘하여 도로의 내구성을 증대시킨다.

3.3 EVA 개질 아스팔트

플라스틱 재료를 첨가한 개질 아스팔트로써, EVA 개질제와 아스팔트의 혼합을 위해 특수한 믹스 장비가 필요하다. EVA 개질제와 같은 플라스틱 개질제를 사용할 경우 아스팔트 혼합물의 강성을 증대시켜 포장의 소성변형 저항성이 향상되며, 아스팔트의 온도 감온성을 저하시켜 포장의 온도 균열에 대한 저항성이 증대되는 것으로 보고되었다.

3.4 캠크리트 개질 아스팔트

아스팔트자체의 중합반응을 촉진시켜 혼합물의 주요물성을 극적으로 개선하는 촉매제로 유기금속화 합물을 주성분으로 한 아스팔트에 용해성인 암갈색 액체생성물이다. 시험시공을 통해 기층에 적합하다는 검증을 받았으며 강도 및 내유동성을 증가시켜 내구성 및 감온성을 개선한다. 켐크리트를 아스팔트 중량의 2% 비율로 주입하고, 일반 아스팔트 혼합물 생산온도보다 10°C 낮게 생산한다.

3.5 길소나이트 개질 아스팔트

흑갈색을 띤 고체성상의 천연 역청질로써 외형적으로는 석탄이나 굳은 아스팔트와 비 슷하나 화학적으로는 아스팔텐이 약 70% 정도 포함되어 있으며, 나머지는 말텐(Maltene)으로 기름과 수지성분이다. AP-5에 5~8%의 길소나이트를 첨가하여 최종 침입도를 35~45로 감소 유지시킨다. 170~175°C로 가열된 아스팔트에 직접 첨가하여 교반하여 사용하거나, 믹서에 직접 투입하여 혼합한다.

3.6 LDPE 개질 아스팔트

LDPE 개질 아스팔트의 경우 아스팔트에 미리 섞어 premix 형태로 사용하거나, LDPE을 특정입자 크기로 부셔서 파우더 형태로 만들어 골재와 바인더를 믹싱할 때 같이 넣어 사용한다. LPDE 개질 아스팔트의 경우 우수한 열접착성과 내한성으로 매우 낮은 온도에서도 연성을 잃지 않는 특징을 가지고 있다.

4. 결 론

본 연구에서는 아스팔트 포장의 공용성능을 향상시킬 수 있는 개질제에 대하여 조사하였다. 개질제의 경우 개질제의 특성에 따라 건식방법과 습식방법으로 나누어 사용하는 것을 보았다. 또한 상황의 따라 아스팔트의 적합한 개질제를 선택하여 혼힙해 개질아스팔트를 만드는 것이 중요하다. 현재 개질아스팔트의 경우 SBS 개질제를 가징 많이 사용하는 추세이다. 마지막으로 개질아스팔트 혼합물의 경우 서로 다른 역학적 성능을 가지고 있으므로, 각 개질아스팔트의 정확한 성능과 특징을 파악하여 사용될 기후 및 교통특성을 종합적으로 고려하여 선택되어야 한다.