1. 서 론
2. 연구 방법
2.1 연구 재료
2.2 연구 방법
3. 결과 및 고찰
3.1 HMA 혼합물 바인더의 노화
3.2 AQ에 의한 바인더의 AV 추정
3.3 소석회 효과의 비교
4. 결 론
1. 서 론
일반적으로 가열 아스팔트 혼합물(hot-mix asphalt: HMA)은 약 160~180°C로 생산되어 트럭에 실려 운반되는 과정에서 단기노화 (short-term aging: STA)가 일어난다. 따라서 어느 정도 수준의 단기노화 발생은 피할 수 없는 현상이나 과다하면 포장의 공용수명(service life) 단축에 영향을 미치므로 이를 억제하기 위한 노력이 필요하다(Kim et al., 2016). 게다가 동절기 HMA는 운반･대기 중에 식을 것에 대비하여 더 높은 온도로 생산되므로 평균온도가 평시보다 20°C 이상 더 높아 산소와 접하며 산화되어 급속히 노화(oxidative aging)가 진행된다(Kim et al., 2019, 2023).
이러한 단기노화 억제를 위해서는 온도를 낮춘 중온화(warm-mix asphalt: WMA) 혼합물 사용이 좋으나 여전히 HMA 혼합물이 많이 사용되므로 별도의 산화방지제를 사용하기도 한다. 또한 아스팔트 혼합물의 박리 (stripping) 방지제로 효과적인 소석회(hydrated lime: HL)가 노화 제어 역할도 하는 것으로 확인되어 별도의 산화방지제 사용보다는 채움재(filler)의 일부를 HL로 대체 사용하는 방법이 실용적이다. 소석회를 혼합물 중량비로 1.0~1.5% 첨가하면 박리 방지 효과뿐만 아니라 아스팔트 혼합물의 노화가 억제됨은 다양한 문헌에 수록되어 있다(Chachas et al., 1971; European Lime Association, 2011; Ahn et al., 2015). 특히 노화 조건이 심한 경우 소석회 첨가혼합물에서 노화 억제 효과가 더 큰 것으로 알려졌다(Kim et al., 2016; Jeong et al., 2017; Kim et al., 2017, 2018b, 2019). 따라서 혼합물의 품질관리(quality control: QC) 차원에서 노화 상태를 사전 측정하여 혼합물의 노화가 심할 경우 소석회를 적용토록 하면 포장 수명 증진에 기여할 수 있을 것이다(Kim et al., 2024).
일반적으로 아스팔트의 노화도 측정은 절대점도(absolute viscosity: AV)가 사용되며, 60°C에서 KS M 2247(2024)로 측정된 AV 값 (단위: Pa.s) 수준으로 노화도를 판단한다. 그러나 아스팔트 혼합물 내 바인더의 AV 측정에는 상당한 시간이 걸린다. 왜냐하면 아스팔트 혼합물을 용매에 녹여 추출･회수한 다음 그 바인더로부터 AV를 측정해야 하기 때문이다. 혼합물을 녹인 용액으로부터 아스팔트를 노화 상태 그대로 추출･회수하는 Abson 방법(KS F 2381, 2022; ASTM D2172-05, 2005) 또는 Rotavapor 장비(SC-T-95, 2022)를 사용하는 방법은 번거롭고 시간도 오래 걸리며 오류 (error) 가능성 등의 문제도 있다. 그리고 AV 측정 자체만도 바인더의 노화가 극심한 경우 1일 이상의 시간이 걸리기도 한다. 따라서 이렇게 추출･회수 후 AV 측정까지 수일의 시간이 걸릴 경우도 있다.
하지만 공사가 진행 중인 현장 아스팔트 혼합물의 노화도는 보다 신속히 판정･조치를 취해야 할 필요가 있고, 이것이 AV 추정치인 추정 절대점도(estimated absolute viscosity: EAV)가 필요한 이유이다. 따라서 노화된 아스팔트 혼합물로부터 AV의 측정보다는 추정하는 방식이 개발･제시되었으며 그중 대표적인 것은 아스팔트의 대형분자(large molecular size: LMS) 비율(%)로 추정하는 방식과 노화량(aging quantity: AQ)으로 추정하는 방식이 있다.
아스팔트의 LMS 비율로 AV를 추정하는 방식은 GPC(gel-permeation chromatography) 장비를 이용하여 LMS를 측정하며 한 표본당 3회 반복 시험에 약 2시간이 걸린다(Jennings and Pribanic, 1985; Kim and Burati, 1993; Kim et al., 2006, 2015). 반면에 노화량(AQ) 방식은 혼합물의 노화 온도와 시간을 개발된 수식 모델에 대입하여 적산하므로 시험이 필요 없다(Kim et al., 2018a; An et al., 2022). 두 방식 모두 AV와의 상관성 분석에서 R2이 0.9 이상 높아 유용성이 큰 것으로 확인되었다(Kim et al., 2015; An et al,. 2022; Kim et al., 2023, 2025a, 2025b). 이에 본 연구에서는 노화도 추정에 시간이 거의 걸리지 않는 AQ 방식만을 이용하여 같은 HMA를 실험실 단기 노화시킨 것과 현장에서 채취한 것과 소석회(hydrated lime: HL) 첨가 유･무 혼합물을 이용하여 노화도를 추정하였다.
선행 연구에서는 AQ 방법과 GPC 방법으로 일반 혼합물(소석회 무첨가)의 단기노화 정도를 추정한 결과 두 방법이 대등함을 확인하였으나 소석회는 노화도에 영향이 크므로 이 경우도 추정치에 유용한지 평가할 필요가 있다. 그러므로 본 연구의 목적은 기존 연구에 이어서 보다 확장된 데이터를 사용하여 소석회 유무에 따라 AQ 방법만으로 노화도를 추정하고 각각의 결과를 실측 데이터와의 통계적 분석을 통해 신뢰성을 비교 평가하는 것이다.
2. 연구 방법
2.1 연구 재료
본 연구에는 굵은골재 최대치수 13 mm 화강암과 편마암으로 제조된 표층용 밀입도 아스팔트(PG 64-22) 혼합물(국토부기준 WC-1)을 사용하였다(MOLIT, 2024). 소석회를 첨가한 혼합물은 중량 1%의 채움재를 소석회(HL)로 대체한 것을 사용하였다.
2.2 연구 방법
아스팔트의 노화 특성 평가를 위한 절대점도(absolute viscosity: AV)는 KS M 2247(2024)에 의해 측정이 가능하나 이는 앞서 설명한 대로 상당한 시간이 걸린다. 특히 노화된 아스팔트 혼합물의 경우 추출 용액으로부터 아스팔트를 회수하여 AV 시험용 바인더를 확보하는 시간이 더 걸린다. 따라서 보다 신속한 AV 추정을 위해 혼합물 내 바인더가 혼합물의 온도와 시간의 함수로 노화된다는 가정하에 개발된 모델로 구한 노화량(Aging quantity: AQ) 값을 사용하며 다음에 설명한다.
2.2.1 노화량(aging quantity: AQ)에 의한 AV 추정 방법
노화량 방법을 사용한 AV 추정은 아스팔트 혼합물의 노화 온도(Temperature: T)와 노화 시간(time: t)의 함수로 개발된 추정 모델에 의해 양적으로 적산한 노화량 값 AQ를 사용한다. 아스팔트의 산화에 의한 노화(oxidative aging)는 복잡한 화학반응 작용으로 이루어지므로 제한된 변수로 모델화하여 정의하기 힘들다. 하지만 같은 아스팔트 바인더와 골재가 사용되고 더구나 같은 입도의 혼합물들은 단기노화 시 혼합물의 온도와 시간이 노화도(agedness) 결정에 주요 변수이다. 더구나 같은 플랜트에서 생산되어 같은 시기에 같은 현장으로 운반되는 혼합물의 경우 노화도 차이의 주된 변수는 T와 t의 차이에서 비롯될 것이라는 가정이다.
예를 들어 어떤 한 플랜트의 같은 배치에서 같은 온도로 출하된 혼합물의 노화도 차이는 단기노화 되는 운반･대기 시간의 길이 차이로부터 생길 것이다. 또한 같은 혼합물이 같은 시간 동안 운반･대기 되었어도 출하 당시 혼합물의 온도나 보온 장치가 달랐다면 노화도의 차이는 단기노화 시 온도 차이 때문일 것이다. 따라서 AQ에 의한 노화도의 추정은 같은 종류 혼합물의 노화량을 비교하는데 매우 유용하다.
본 연구에서는 이 방법을 이용하여 국내에서 아스팔트포장 표층에 가장 많이 사용되는 밀입도 표층용 일반 아스팔트(PG64-22) 혼합물의 AQ를 T는 °C로 그리고 t는 분(min)으로 적산하였으며 개발된 모델은 식 (1)과 같다(An et al., 2022).
여기서, AQ = aging quantity(°C･min), t = aging time(min), T = aging temperature(°C)이다.
이 모델 식은 시산법(trial-and-error method)으로 모델의 상수()를 변경하여 가며 얻어지는 AQ(독립변수)와 실제 측정된 AV(종속변수) 값 데이터로 매번 회귀분석을 수행하였다. 이때 회귀분석에서 얻어지는 R2은 AQ와 AV의 상관관계를 나타내므로 이 가장 높게 얻어지는 최적(best-fit) 모델을 시산법으로 반복하며 구하여 최종 선정된 것이다.
그리고 실측 AV 값 데이터와 이 모델에 의해 얻어진 AQ 값 데이터로 회귀분석을 시행하여 최적 모델로부터 추정 절대점도(EAV)를 구하는 식을 얻는다. 즉, 회귀분석에서 최적 모델로 얻어진 식 에 x= AQ를 그리고 y = EAV을 대입하여 얻어진 EAV = 모델로 단기노화 온도와 시간에 따른 EAV를 얻을 수 있다. 상기 AQ 모델 개발과 EAV 추정에 관해 보다 자세한 사항은 An et al.(2022)에서 보여준다.
3. 결과 및 고찰
3.1 HMA 혼합물 바인더의 노화
Table 1은 본 연구에 사용된 기본 아스팔트 바인더는 PG64-22 등급이며 절대점도(AV)를 바인더 처리 상태별로 보여준다. Original 상태 PG64-22 아스팔트의 AV는 ASTM 기준 200 ± 40 Pa.s 범위를 만족하는 206.5 Pa.s 임을 보여준다. 이를 rolling thin film oven(RTFO)으로 단기노화 처리 후 바인더의 AV는 약 2배 높아진 415 Pa.s이 되었다. 그리고 RTFO 처리된 바인더를 pressure aging vessel(PAV)에 넣고 표준방법으로 장기 노화 처리한 후에 AV는 Original AV 값보다 7.67배 높아진 1,583.8 Pa.s이 되었다.
Table 1.
Absolute viscosity (AV) of base asphalt by condition (Kim et al., 2024, 2025a)
| Asphalt | Condition | Temp (°C) | time (min) | AV (Pa.s) | AV ratio |
| PG64-22 | Original | - | - | 206.5 | 1.00 |
| RTFO | 163 | 85 | 414.5 | 2.01 | |
| PAV | 100 | 1,200 | 1,583.8 | 7.67 |
Table 2는 국내에서 가장 보편적으로 쓰이는 표층용 밀입도 아스팔트(dense-grade asphalt: DGA) 혼합물을 실험실에서 단기노화 시키고 추출･회수한 바인더에서 측정한 AV 데이터이다. 단기노화는 두 가지 온도(160°C, 180°C)에서 각각 1, 2, 4시간(h)씩 처리하였다. 혼합물은 2개의 골재를 사용하였으며 각 골재 별 같은 시간대에서는 번갈아 가며 AV를 측정했다. 그리고 소석회(hydrated lime: HL)를 혼합물 중량의 1%를 첨가한 혼합물도 사용하였다(Jeong et al., 2017; Kim et al., 2019). 160°C는 평시 HMA 혼합물의 온도, 180°C는 동절기 혼합물 평균온도로 가정한 것이다. 단기노화 1시간(h)은 혼합물을 트럭에 싣고 운반･대기하는데 걸리는 가장 이상적인 시간(optimistic time), 2 h는 가장 보편적 시간(most-likely time), 4 h는 최악 조건의 시간(pessimistic time)으로 가정한 것이다(Kim et al., 2024).
Table 2에서 소석회 무첨가(HL 0) 혼합물의 AV는 160°C에서 1 h STA에 404.5 Pa.s로 Table 1의 RTFO 처리 바인더의 414.5 Pa.s와 유사한 수준이고, 180°C 2 h에는 1,880.2 Pa.s로 Table 1의 PAV 처리 바인더의 1,583.8 Pa.s보다도 더 높다. AV 증가 비율은 HL 0 혼합물의 160°C 1 h AV(404.5 Pa.s)를 기준 1.0으로 놓고 각 노화 조건 별 AV 증가 비율을 계산한 것이다. 예를 들어 HL 0의 160°C 1 h는 404.5가 2 h에서는 625.4로 높아져서 그 비율이 1.55(=625.4/404.5)이고, HL 1%에서는 같은 160°C 1 h에 313.4로 더 낮아 AV 증가 비율이 0.77(=313.4/404.5)로 계산된 것이다.
Table 2에서 HL 0의 경우 180°C 4 h에 AV는 9,724.3 Pa.s로 대단히 높으며 증가 비율 24배를 보였다. 이는 같은 단기노화 시간이라도 온도가 높으면 노화가 더 심하게 진행되어 AV가 기하급수적(exponentially)으로 높아짐을 보여준 것이다. 즉, 온도 160°C 경우 1 h에서 4 h로 시간이 4배로 증가하며 AV가 404.5에서 1,601.3으로 약 4배 높아진 데 비해 180°C에서는 1 h에서 시간이 같은 4배로 증가하며 567.7에서 9,724.3으로 약 17배 높아진 것을 통해 알 수 있다. 이는 온도가 높을수록 시간에 따른 노화가 기하급수적으로 빠르게 진행됨을 보여준 증거로 동절기 온도를 높인 혼합물은 시간 제어가 필요함을 보여준 것이다.
Table 2.
Absolute viscosity (AV) of recovered binder from 1/2 mixes (Kim et al., 2024, 2025a)
Table 3은 Table 2의 밀입도 아스팔트 혼합물과 같은 재료를 사용하는 현장에서 도착 온도와 시간을 측정하고 시료를 무작위로 채취하여 실험실로 옮겨 AV를 측정한 데이터이다. 작업은 11월 말 강원도 춘천시 관내 현장이며 혼합물 단기노화 온도는 현장에 도착한 혼합물 측정 온도와 전표 출하 온도의 평균을 적용한 것이며 전체 평균은 179.7°C이었다. 또한 하차 시간에서 전표의 출발시간을 뺀 것을 단기노화 시간으로 적용하였으며 전체 평균은 1.447 h(87분)이었다.
Table 3의 현장 단기노화 혼합물 HL0의 경우 179°C, 1.85 h에서 1,517.4 Pa,s로 Table 1의 PAV와 유사하게 나타났고, HL 1%의 경우 180°C, 1.05 h는 RTFO 처리 바인더보다 다소 높은 479.5를 보인다. 현장의 180°C 약 1시간(57분)의 554 Pa.s는 Table 2의 실험실 노화 180°C 1 h의 567.7 Pa.s와 유사하게 노화됨을 알 수 있다. 또한 현장의 179°C 1.85 h(111분)의 1517.4 Pa.s는 실험실 노화 180°C 2 h의 1,880보다 다소 낮으나 온도가 1도 낮고 시간이 9분 짧은 점을 고려한다면 유사한 것으로 판단된다.
현장에서 포설 전 단기노화된 혼합물 바인더의 AV 수준이 PAV 처리 바인더의 AV와 유사하다는 것은 공용 중인 포장에서 약 7년간 장기 노화된 혼합물과 노화 상태가 유사하다는 의미이다. 그러므로 이것으로 포장한다는 것은 약 7년 된 혼합물을 포설하는 것과 유사하다는 의미이다. 순환(재생) 아스팔트 혼합물 포장의 경우는 RAP(reclaimed asphalt pavement)을 재생 첨가제로 회생시키고 그것도 일부(예: 30% 등)를 사용하는 것에 비해 이 경우는 RAP을 100% 그대로 사용하는 것과 같다. 약 7년 노화된 혼합물이 포설된다면 포장의 공용수명은 그만큼 단축될 것임을 쉽게 예측할 수 있다(Kim et al., 2016). 따라서 현장 아스팔트 혼합물의 노화 수준을 잘 판정하여 제어･관리하는 것은 공용수명 측면에서 매우 중요한 일이다.
Table 3.
Absolute viscosity (AV) of field mixes
3.2 AQ에 의한 바인더의 AV 추정
Table 4의 AQ는 식 (1)의 온도 T를 섭씨(°C)로, 시간 t를 분(min)으로 계산한 값이며, AV는 Tables 2, 3의 데이터이다. 이 Table의 AQ와 AV를 소석회 유(HL 1%), 무(HL 0)로 구분하여 회귀분석을 수행하였으며 그 결과를 Fig. 1에서 보여준다. 회귀분석 분석 결과 HL 0 혼합물의 경우 = 0.9963, HL 1%의 경우 로 결정계수가 매우 높아 일반 혼합물뿐만 아니라 소석회 첨가 혼합물의 AV도 AQ로 신뢰도 높게 추정할 수 있음을 보여준 것이다.
Table 4.
이 회귀분석에서 HL 0의 최적 모델은 지수함수이고 HL 1%는 2차 함수이었다. 이는 Fig. 1에서 보듯이 일반 혼합물은 노화량(AQ)의 증가에 따라 회귀곡선의 증가율이 기하급수적으로 높아지는 데 비해 소석회 첨가 혼합물은 증가율이 상대적으로 완만함을 의미한다. 즉, 같은 노화량임에도 소석회가 화학적으로 혼합물 내에서 산화 반응을 억제하여 노화가 덜 진행되게 함은 물론 노화량이 커지면 억제 효과가 더 크게 나타남을 보여주는 증거라 할 수 있다.
두 최적 회귀곡선식의 x와 y를 AQ와 EAV로 대체하여 만든 식 (2), (3)을 이용하여 두 종류 혼합물의 EAV를 추정한 값을 Table 4에 수록하였다. Fig. 2는 Table 4의 AV와 EAV로 회귀분석 한 것으로 AQ를 변수로 사용한 식 (2), (3)으로 추정한 EAV가 실측한 AV와 얼마나 근사한지를 보여준다. 두 혼합물 모두 이 0.99 이상이어서 추정치와 실측치가 거의 일치함을 알 수 있다.
여기서, EAV = estimated absolute viscosity(Pa.s), AQ = (°C.min)이다.
추정 결과 두 혼합물 모두 AQ 방법으로의 추정치에 대한 신뢰도()가 0.99보다 더 높아 추정 AV(EAV)가 실측치 AV와 비교하여 오차 확률이 1% 이하라는 의미이다. 소석회 유무로 보면 HL 0의 경우 이 0.9963으로 소석회 1% 첨가혼합물의 0.9902에 비하여 다소(0.0061) 낮으나 추정치 오차 확률로 보면 차이가 거의 미미함을 알 수 있다.
AQ는 혼합물의 단기노화 온도와 시간만 설정된 수식 모델로 계산한 것임에도 두 추정치의 평균이 0.995로 높아 실용성이 매우 크다고 할 수 있다. 본 연구에 사용되지는 않았으나 GPC를 사용한 LMS에 의한 추정 결과와도 유사한 수준의 R2이 얻어졌다(Kim et al., 2025a). GPC 방법은 아스팔트 혼합물을 THF(tetrahydrofuran) 용매에 녹인 용액을 GPC 장치에 주입하여 아스팔트 분자의 크로마토그램으로부터 LMS(%)를 측정하여 AV를 추정한다. LMS를 3회 측정･평균을 얻는 데 약 2시간이 걸리며, 채취한 시료를 실험실로 옮기고 시험 준비 시간도 고려하면 시간은 좀 더 걸릴 것이다. 그럼에도 LMS 방법은 과거 혼합물로부터 AV를 실측하는 데 필요한 시간과 노력에 비하면 획기적 방법이었다. GPC에 관한 자세한 내용은 Jennings and Pribanic(1985)을 시작으로 여러 문헌에 제시되었다(Kim and Burati, 1993; Kim et al., 2006, 2015, 2016, 2024, 2025b).
하지만 AQ 방법은 현장 측정 온도와 시간으로 계산이 바로 가능하므로 시간상으로 그보다 더 획기적인 추정 방식이라 할 수 있다. AQ는 대상 혼합물의 온도와 시간만 알면 계산으로 구할 수 있으므로 타 방법에 비하여 매우 창의적인 방법이다. 게다가 그간 널리 알려진 GPC 방법과 신뢰도가 유사하게 AV 추정이 가능하다는 사실을 알 수 있었다는 점이 중요한 발견이다. 그러므로 국내에서 가장 많이 사용되는 64-22 바인더 혼합물의 경우 향후 데이터 누적을 통해 식 (2), (3)을 계속 보완하여 스마트 폰 등에 사전 프로그래밍해 놓으면 T와 t의 입력만으로 실시간 EAV를 얻을 수 있을 것이다. 이렇게 된다면 모든 현장 도착 트럭 혼합물의 노화 수준을 즉시 현장에서 판단할 수 있게 될 것이다.
국토교통부 순환혼합물에 바인더 노화도 기준에는 추출･회수 바인더의 AV가 500 Pa.s(5,000 poise) 이하가 되도록 요구하고 있다. 이 기준은 아스콘 순환골재(RAP)에 포함된 노화 바인더의 적정 회생 여부를 평가하기 위한 기준이다. 만일 신규 혼합물 추출･회수 바인더의 AV가 이 기준을 넘으면 순환 혼합물 보다 더 노화된 재료가 포장된다는 의미일 것이다. 그러므로 이 기준을 참고한다면 일반 아스팔트 현장 혼합물의 노화 품질관리 기준(안)을 체계적으로 제정할 수 있을 것이다(Kim et al., 2024).
참고로 이 기준치인 500 Pa.s는 Table 1의 RTFO 바인더의 AV(414.5)보다 약 20% 높다. 그리고 Tables 2, 3, 4의 HL 0의 경우 160°C에서 1 h 그리고 HL 1%의 경우 160°C에서 2 h, 180°C에서 1 h의 AV와 EAV보다 조금 높은 수준이다. 따라서 향후 심도 있는 연구를 통해 현실성 있는 기준치를 정한다면 활용성이 높은 값이 선정될 수 있을 것으로 판단된다. 그리고 국내외 90% 이상의 도로에 밀입도 일반 아스팔트 혼합물이 표층에 사용되고 있다는 점을 고려하면 이의 적용 범위는 매우 넓다고 할 수 있다. 하지만, 이 모델은 일반아스팔트 현장 혼합물의 평가에 유용하게 적용될 수 있으나 개질아스팔트 혼합물 등에 적용을 위해서는 향후 추가 연구가 필요하다.
3.3 소석회 효과의 비교
Tables 2, 3, 4에서 보면 같은 온도와 시간에도 소석회를 첨가한 혼합물의 AV는 확연히 낮아 노화가 덜 된다는 것을 알 수 있다. Fig. 3은 Table 4의 EAV로 그린 것으로 대표적인 값을 보면 Lab mix 180°C 2 h의 경우 HL 0 혼합물의 AV는 1,815 Pa.s인 것에 비해 HL 1%는 1,071로 41% 낮고, 180°C 4 h에는 9,469 Pa.s에 비해 2,513 Pa.s로 감소율이 73.5%로 소석회의 효과가 상당히 큰 것을 알 수 있다. 이에 비해 160°C 1 h, 2 h, 180°C 1 h의 경우는 20%대의 감소율을 보인다. 이는 노화 조건이 심한(AQ가 큰) 180°C 2 h, 4 h에서의 감소율이 노화 조건이 약한 160°C 1 h, 2 h, 180°C 1 h의 감소율에 비하여 훨씬 더 크게 나타난 것으로, 노화도가 심한 경우 소석회가 더 큰 효과를 내는 것을 보여준다. 이점은 앞서 Fig. 1에서 HL 0의 회귀곡선 곡선이 지수함수이어서 노화량(AQ)이 커질수록 HL 1%의 2차 함수에 비해 AV의 증가 비율이 훨씬 높게 나타났던 점에서 암시되었었다.
소석회 유무에 따른 차이는 실험실 혼합물뿐만 아니라 현장 혼합물에서도 유사하게 나타났다. 같은 180°C에 0.95 h의 HL 0에 비해 HL 1%에서는 16% 낮아졌다. 현장 혼합물 중 평균 시간이 가장 긴 HL 0의 178.5°C에 1.85 h의 1473은 HL 1% 첨가에서는 907로 38% 낮아졌다. 여기서도 온도가 높고 시간이 길면 소석회 첨가에 따른 효과가 더 크게 나타난 것을 알 수 있다.
4. 결 론
본 연구에서는 밀입도 표층용 일반 아스팔트(PG64-22) 혼합물을 두 가지 온도(160, 180°C)와 3가지 시간(1, 2, 4 h)으로 단기노화 시키고, 현장 단기노화된 같은 종류의 혼합물도 무작위 샘플을 채취하여 추출･회수 후 절대점도(absolute viscosity: AV)를 측정하였다. 그리고 혼합물 내 바인더의 노화도(agedness)를 온도(T)는 °C와 시간(t)는 분(min)의 함수로 노화량(aging quantity: AQ)을 계산토록 개발된 AQ 모델로 노화량을 추정하였다. 그리고 AV와 AQ로 소석회 사용 유무에 따라 회귀분석을 시행하여 얻어진 각각의 최적 모델로 AV를 추정하고 그 결과를 비교･분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
1. 다양한 단기노화 온도와 시간으로 처리된 혼합물 내 바인더의 AV 측정 결과 온도가 높고 시간이 길어지면 AV가 높아지며 노화가 증가되는 것으로 나타났고, 특히 180°C에서 2 h, 4 h 단기노화 경우 160°C 1시간 노화시킨 것과 비교하여 4.65배, 24배 AV가 높아져 노화가 크게 진행된 것으로 나타났다.
2. 단기노화 처리 혼합물의 AV 측정값과 온도(T)와 시간(t)으로 계산된 AQ를 이용하여 소석회 유･무로 구분하여 회귀분석을 수행한 결과 둘 다 R2 > 0.99 이상의 높은 상관관계를 보였다. 얻어진 회귀모델의 x값에 AQ를 대입하여 추정 AV(estimated AV: EAV)를 구하고 이들 값을 실측 AV와 회귀분석으로 비교한 결과 둘 다 R2 > 0.99 이상의 높은 상관관계를 보여 EAV가 실측치와 거의 유사한 것을 알 수 있었다.
3. 노화량 AQ는 T와 t만으로 계산된 노화 정도(agedness)를 나타내는 수치임에도 EAV가 AV와 거의 일치하여 실용 가능성이 매우 크다. 왜냐하면 AV 실측 데이터를 얻기 위해 상당한 노력과 시간이 필요하나, AQ는 대상 혼합물의 T와 t만 알면 구하는 창의적 모델이다. 게다가 그간 널리 알려진 LMS 방법과 추정치가 실측치와 거의 일치하거나 더 근사하다는 사실을 기존 연구와 비교하여 확인하였다.
4. 소석회가 첨가된 아스팔트 혼합물이 노화에 강하다는 것은 이미 알려진 사실이다. 이에 더해 본 연구에서는 노화도가 심한 조건에서 소석회의 효과가 더 크게 나타남을 확인하였고, 소석회 효과에 따른 AV 변화도 AQ 모델로 신뢰도 높게( > 0.99) 추정이 가능함을 확인하였다.
5. 국내외 90% 이상의 아스팔트포장에 일반 아스팔트 혼합물이 사용되고 있다는 점을 고려하면 AQ 모델에 의한 노화도 추정 방법의 적용 범위는 상당히 크다고 판단된다. 하지만, 이 AQ 모델을 이용한 방법은 일반 아스팔트 혼합물의 평가에 유용하고 개질 혼합물 등에 적용을 위해서는 향후 추가 연구가 필요하다.
