1. 서 론

1.1 기술적 배경 및 필요성

아스팔트 바인더의 강성은 아스팔트 포장의 공용 수명과 내구성에 영향을 미치는 주요 물성 인자이다. 아스팔트 바인더의 선정은 기후와 교통량, 저속구간의 존재 여부에 따라 PG 등급 산정 공식을 사용하여 결정할 수 있다. 국내 도로포장 설계 및 시공 실무에서는 전국의 기상대 자료를 바탕으로 국내 아스팔트 포장 도로의 바인더 등급을 PG 64-22(AP-5에 해당, 침입도 60-80)를 사용해 왔다. 국토교통부(2024) 「아스팔트 콘크리트 포장 시공 지침」에서는 국내 아스팔트 혼합물용 아스팔트로 침입도 등급 60-80과 80-100 등이 사용될 수 있음을 제시하고 있으며, 2000년 초반부터는 아스팔트 혼합물에는 소성변형 저항성 향상을 위하여 PG 64-22 등급(이후 AP-5로 명기)을 사용토록 권고 명시하고 있다. 이러한 이유는 국내 여름철 기온이 30°C 이상을 넘어서 35°C 이상을 기록하는 일수가 점점 늘어나고 있기 때문이다. 교통량이 많고 저속구간이 많은 도로에서는 고온 등급을 1단계부터 2단계까지 높여서 아스팔트 바인더를 사용토록 하고 있다. 이럴 경우 고온 PG등급은 70, 76까지 상승하게 되고 현재 많은 아스팔트 포장도로에서 적용되고 있다. 바인더의 개질을 실시하여 소성변형 저항성을 확보하고 포장도로의 안전확보와 공용성 확보 그리고 예산의 절감을 위한 노력의 일환으로 바람직한 노력으로 평가된다.

최근 대이란 제재와 이란산 원유 도입 중단 등 국제 원유 수급 환경 변화로 국내 정유사의 도입 원유 구성(crude slate)이 변화하고 있다. 가장 특징적인 것은 중질 잔사유 수율이 높은 원유의 도입이 축소되고, 이를 대체하기 위한 미국산 원유 등 대체 원유의 비중이 증가하면서 최종 산물인 아스팔트 바인더의 생산에도 영향을 주고 있다. 그중에서 감압 잔사유(Vacuum Residue, VR)의 수율 및 조성 특성 변화 가능성이 제기되고 있다. 국내 정유업계에서는 이러한 도입 원유 구성 변화로 인해 AP-5 바인더 생산에 차질이 발생하여 AP-3 바인더 공급만이 가능하다고 제시하였고 국토교통부에서는 이러한 의견을 수렴하여 아스팔트 혼합물 제조사, 시공사, 포장공사가 계획되고 있는 정부기관과 지방자치 단체의 혼란을 최소화하기 위하여 기층공사에 AP-3를 사용한다는 의견을 제시하고 국가포장 지침을 수정코자 각계의 의견을 청취하고 있다. 이러한 사회적 변화에 대응하고 아스팔트 포장공사와 관련된 핵심 쟁점사항은 현재 수급되는 원유로는 AP-5 생산이 불가하다는 제조사의 피력이 합당한 것인지를 검토하기 위하여 재료, 기술, 공정, 생산라인에 대한 조사분석이 필요하다.

원유 성상 변화가 아스팔트 바인더 원료 특성에 영향을 줄 수 있다는 점은 검토할 필요가 있다. 그러나 AP-5 공급 곤란을 도입 원유 구성 변화만으로 설명하는 것은 감압증류공정(Vacuum Distillation Unit, VDU), 용제탈아스팔트공정(Solvent Deasphalting, SDA), 잔사유계 블렌딩 스톡(residual blending stock) 활용, 아스팔트 플럭스(Asphalt Flux) 조정 및 약산화 공정(Mild Air-Blowing) 등 정유공정 및 후가공 공정의 제어 가능성을 충분히 반영하지 못한 해석일 수 있다. 또한 AP-5에 비해 상대적으로 연질인 AP-3 바인더의 적용 범위가 확대될 경우, 포장 형식, 교통하중, 기후조건, 혼합물 배합 및 시공품질 조건에 따라 소성변형 민감도와 장기 공용성에 대한 추가 검토가 요구된다. 따라서 이 문제는 단순한 원료 수급 문제가 아니라 포장재료 품질관리 및 도로포장 공용성 확보 관점에서는 매우 중요한 문제이기 때문에 신중한 검토가 필요하다.

1.2 기술검토의 목적

본 기술노트는 문헌, 논문 및 통계자료를 기반으로 국내 원유 수급 구조 변화와 아스팔트 바인더 품질 안정성의 관계를 조사･분석하는 데 목적이 있다. 조사분석을 하기 위하여 대이란 제재 이후 도입 원유 구성 및 원유 성상 변화가 감압 잔사유의 수율과 조성 특성을 통해 최종 아스팔트 바인더의 침입도, 연화점, 점도 및 강성에 미칠 수 있는 영향을 검토하였으며, 정유사의 2차 가공 및 정유공정 제어가 원유 성상 변화에 따른 재료적 제약을 어느 정도 보완할 수 있는지를 포장공학 및 정유공정공학 관점에서 고찰하였다. 본 검토에서는 정유공정 제어 가능성을 확정적으로 입증하기보다, 기존 문헌에서 보고된 잔사유계 블렌딩 스톡, SDA 피치, 탈유 아스팔트, 감압탑 잔사유/감압 잔사유, 약산화 공정 및 성능 기반 시험법의 적용 가능성을 조사하고, 이를 국내 AP-5 바인더 품질 안정성 확보 문제와 연계하여 검토하였다. 최종적으로 국내 정유사가 직면한 원유 수급 구조와 기존 공정 설비 조건을 고려하여 AP-5 바인더의 품질 안정성 확보를 위해 검토 가능한 실무적･공학적 공정 대안과 후속 검증 방향을 제시하고자 한다.

2. 원유 수급 구조의 변화 현황

대이란 제재와 이란산 원유 도입 중단으로 인하여 국내 원유 수급 구조에는 뚜렷한 변화가 나타났다. Table 1은 한국석유공사(2026) 「석유수급통계」의 KOSIS(Korean Statistical Information Service) 국가별 원유수입 자료를 기준으로, 이란산 원유 도입 중단 전후 주요 국가별 국내 원유수입 비중 변화를 정리한 것이다. 제재 이전 기준기간은 2016-2017년으로 설정하였다. 이 기간은 포괄적 공동행동계획(JCPOA, Joint Comprehensive Plan of Action) 이후 이란산 원유수입이 회복된 시기이며, 2018년 미국의 대이란 제재 복원에 따른 수입 감소 영향이 본격적으로 반영되기 전의 기간으로 판단된다.

분석 결과, 2016-2017년 누적 비중 기준으로 이란산 원유는 국내 전체 원유수입량의 11.83%를 차지하였으나, 2024년에는 0.00%로 감소하였다. 반면 미국산 원유 비중은 0.72%에서 16.36%로 증가하였으며, UAE의 비중도 8.14%에서 13.66%로 증가하였다. 또한 2024년 기준 미주산 원유 전체 비중은 21.6%로 제시되고 있어, 국내 정유사의 도입 원유 구성이 제재 이전과 비교하여 변화하였음을 알 수 있다(한국석유공사, 2025).

이러한 변화는 국내 정유사의 원료 수급 및 도입 원유 구성 측면에서 중요한 의미를 갖는다. 다만 KOSIS 국가별 원유수입 자료는 국가별 수입량 및 비중을 제시하는 통계자료이므로, 미국산 원유가 모두 셰일오일 또는 tight oil에 해당한다고 단정하거나, 혼합 원유의 평균 API 및 감압 잔사유 조성 변화까지 직접 입증하는 자료로 해석하기는 어렵다. 따라서 도입 원유 구성 변화가 아스팔트 바인더의 침입도, 점도, 연화점 및 강성에 미치는 영향은 원유 성상자료, 감압 잔사유 조성자료 및 정유공정 조건과 연계하여 추가적으로 검토할 필요가 있다.

3. 원유 성상 변화와 정유공정 제어 가능성

3.1 정유업계 주장의 기술적･경제적 배경

아스팔트 바인더 원료로 활용될 수 있는 중질 잔사유는 감압증류공정(Vacuum Distillation Unit, VDU)에서 생성되는 감압 잔사유(Vacuum Residue, VR) 또는 감압탑 잔사유(Vacuum Tower Bottoms, VTB)와 관련된다. 다만 VR과 VTB를 최종 포장용 스트레이트 아스팔트와 동일한 물질로 해석하기는 어렵다. 최종 아스팔트 바인더의 침입도, 연화점, 점도 및 강성은 원유 성상뿐 아니라 정제 스트림(refinery stream), 블렌딩 스톡(blending stock), 첨가제 처리 및 정유･개질 이력의 영향을 받을 수 있다(Adams et al., 2019).

용제탈아스팔트공정(Solvent Deasphalting, SDA)에서는 중질 잔사유로부터 SDA 피치(SDA pitch)와 탈유 아스팔트(de-oiled asphalt)계 잔사유가 생성될 수 있다. SDA 피치와 VTB/VR은 높은 점도와 취성을 나타낼 수 있어 원상태로 포장용 바인더에 직접 적용하기 어려울 수 있으나, 적정한 연화･개질･블렌딩을 전제로 바인더 물성 조정을 위한 후보 재료로 검토될 수 있다(Cheng et al., 2014; Shin et al., 2017; Lee et al., 2023).

국내 정유업계가 제기하는 AP-5 바인더 공급 곤란 설명은 도입 원유 구성 변화에 따른 원료 성상 변화와 일정 부분 관련될 수 있다. 이란산 중질 원유 도입 중단 이후 대체 원유의 비중이 증가할 경우, 정유 공정에서 확보되는 감압 잔사유의 수율과 조성 특성은 제재 이전과 달라질 수 있다. 이러한 변화는 최종 아스팔트 바인더의 침입도, 연화점, 점도 및 강성에 영향을 미칠 수 있는 요인으로 해석된다.

다만 정유업계의 설명을 원유 성상 변화만으로 한정하여 이해하는 것은 충분하지 않다. 아스팔트 바인더 생산은 단일 원유에서 생산된 스트레이트런 감압 잔사유만으로 설명되기 어렵고, 다양한 정제 스트림, 블렌딩 스톡, 첨가제 처리 및 정유･개질 이력의 영향을 함께 받을 수 있는 것으로 보고되어 있다(Adams et al., 2019). 따라서 AP-5 바인더 공급 곤란 문제는 원유 성상 변화뿐 아니라 VDU, 잔사유계 정제 스트림, 블렌딩 조건 및 후가공 공정의 제어 가능성과 함께 검토할 필요가 있다.

정유공정 관점에서 아스팔트 바인더 원료 확보는 단순히 감압 잔사유의 물성만으로 결정되는 문제가 아니라, 전체 정제공정의 제품 수율, 고도화 설비 운용, 공정 안정성 및 정제경제성(refining economics)과도 연계될 수 있다. 특히 감압경유(Vacuum Gas Oil, VGO)는 고도화 공정의 원료로 활용될 수 있으며, 잔사유 유동접촉분해공정(Residue Fluid Catalytic Cracking, RFCC) 등 고부가가치 제품 생산공정과도 관련될 수 있다. 따라서 VGO 회수 조건 또는 감압 잔사유 확보 조건의 변화는 아스팔트 바인더 품질뿐 아니라 정유공정 전체의 제품 수율 및 경제성 판단과 연결될 가능성이 있다. 다만 본 검토에서는 해당 공정경제성에 대한 별도 정량 분석을 수행하지 않았으므로, 이 부분은 정유업계 주장의 가능한 기술적･경제적 배경으로 한정하여 해석하였다.

AP-5 바인더를 확보하기 위해 감압증류공정(VDU)의 운전조건을 조정하거나 고점도 잔사유계 분획을 활용하는 경우, 공정 가혹도(process severity), 코킹(coking) 발생 가능성, 설비 운전 안정성 및 공정 다운타임(process downtime) 등의 요인이 함께 고려될 수 있다. 그러나 이러한 요인은 정유공정 운전자료, 설비 조건 및 경제성 자료를 통해 별도로 확인되어야 하며, 본 기술노트에서 직접 검증한 사항은 아니다. 따라서 본 절에서는 이를 AP-5 공급 곤란 설명의 가능한 배경 요인으로 제시하되, AP-5 생산의 원천적 불가능성을 입증하는 근거로 해석하지 않았다.

이와 같은 관점에서 정유업계의 AP-5 공급 곤란 설명은 단순한 원료 부족 주장이라기보다, 원료 조성 변화, 공정 운전 안정성, 고도화 설비 운용 및 정제경제성이 복합적으로 반영된 공급 판단일 수 있다. 그러나 이러한 설명이 AP-5 바인더 생산의 원천적 불가능성을 의미한다고 단정하기는 어렵다. 원유 성상 변화가 실제로 AP-5 공급 곤란의 충분조건이 되기 위해서는 감압 잔사유 조성, 정제 스트림 구성, 블렌딩 스톡 적용 가능성, 공정 운전조건 및 최종 바인더 물성에 대한 정량적 근거가 함께 제시되어야 한다.

따라서 정유업계 주장의 기술적 배경은 일부 인정될 수 있으나, 도입 원유 구성 변화만을 근거로 AP-5 공급 곤란을 일반화하기에는 정유공정 제어 가능성에 대한 추가 검토가 요구된다. 특히 AP-5 바인더 품질 안정성 문제는 원유 수급 구조, 감압 잔사유 조성, 정유공정 운전조건, 블렌딩 스톡 활용 가능성, 최종 바인더 물성시험 및 포장 공용성 평가를 함께 고려하여 판단할 필요가 있다.

3.2 포장공학 및 정유공정공학 관점의 비판적 고찰

도입 원유 구성 변화는 감압 잔사유의 수율과 조성 특성에 영향을 미칠 수 있으며, 이는 최종 아스팔트 바인더의 침입도, 연화점, 점도 및 강성과 연계될 수 있다. 경질 원유 도입 비중이 증가할 경우 정유공정에서 확보되는 중질 잔사유의 수율과 조성은 제재 이전과 달라질 수 있으므로, 국내 정유업계가 제기하는 AP-5 바인더 공급 곤란 설명은 일정 부분 원료 수급 및 원유 성상 변화의 영향을 반영한 것으로 볼 수 있다. 그러나 도입 원유 구성 변화만을 근거로 AP-5 바인더 공급 곤란을 일반화하는 것은 최종 바인더 제조 과정에서의 정유공정 제어, 정제 스트림 조합, 블렌딩 스톡 활용 및 후가공 공정의 영향을 충분히 반영하지 못한 제한적 해석으로 판단된다.

이미 언급한 것처럼 현대의 아스팔트 바인더 생산은 단일 원유에서 생산된 스트레이트런 감압 잔사유만으로 설명되기 어렵고, 원유 블렌딩, 정제 스트림 블렌딩, 첨가제 처리 및 다양한 정유･개질 이력이 함께 작용할 수 있기 때문이다(Adams et al., 2019). 이는 AP-5 바인더 공급 문제를 원유 성상 변화만의 결과로 해석하기보다, 감압증류공정(VDU), 용제탈아스팔트공정(SDA), 잔사유계 블렌딩 스톡, 아스팔트 플럭스 조정 및 약산화 공정 등 후가공 공정의 제어 가능성을 함께 검토할 필요가 있음을 의미한다.

SDA 피치, 탈유 아스팔트, 감압탑 잔사유(VTB) 및 감압 잔사유(VR) 등은 최종 아스팔트 바인더의 침입도와 고온 강성 조정을 위한 블렌딩 스톡 후보로 검토될 수 있다. SDA 피치는 높은 점도와 강성을 갖는 잔사유계 분획으로 보고되지만, 원상태에서는 취성 및 저온균열 저항성 저하 문제가 발생할 수 있으므로 포장용 바인더의 직접적 해결책으로 단정하기 어렵다(Shin et al., 2017). 또한 SDA 유래 고연화점 탈유 아스팔트(high-softening-point de-oiled asphalt)는 일반 포장용 아스팔트와의 블렌딩을 통해 침입도 저하, 연화점 증가 및 고온 강성 조정과 연계될 수 있는 것으로 보고된 바 있다(Cheng et al., 2014). 국내 정유공정 부산물인 VTB/VR 역시 적정 배합 및 연화 첨가재 적용을 통해 포장재료 후보로 평가된 사례가 있다(Lee et al., 2023).

다만 위 문헌들은 국내 AP-3 바인더를 AP-5 바인더로 확정 전환할 수 있음을 직접 입증한 것은 아니다. 따라서 SDA 피치, 탈유 아스팔트, VTB/VR, 하드 아스팔트 및 아스팔트 플럭스는 AP-5 품질 확보의 확정적 해결책이 아니라, 최종 바인더 물성 조정을 위해 검토 가능한 공정 변수 또는 블렌딩 스톡 후보로 해석하는 것이 타당하다. 이들 재료의 적용성은 원료 조성, 블렌딩 비율, 저장 안정성, 생산온도, 시공성 및 최종 바인더 물성시험을 통해 별도로 확인되어야 한다.

포장공학적 관점에서 AP-5에서 AP-3 중심의 공급체계로 전환되는 문제는 단순한 원료 수급 또는 정유공정 운전상의 문제가 아니라 포장 공용성 및 품질관리 문제로 확대될 수 있다. AP-3는 AP-5에 비해 상대적으로 높은 침입도를 갖는 연질 바인더이므로, 국내 고온기 기후조건과 중교통량 도로환경에서는 소성변형 민감도, 장기 공용성 및 유지관리 부담에 대한 검토가 요구된다. Jajin et al.(2021)은 침입도가 높은 85-100 바인더를 사용한 혼합물이 60-70 바인더를 사용한 혼합물에 비해 소성변형 저항성이 낮게 나타날 수 있음을 보고하였다. 다만 이 결과를 국내 AP-3 및 AP-5에 직접 등가 적용하기 위해서는 국내 재료와 배합조건에 대한 별도 검증이 필요하다.

따라서 AP-5 바인더 공급 문제는 원유 수급 구조 변화만으로 설명하기보다, 도입 원유 구성 변화, 감압 잔사유 조성, 정유공정 제어, 잔사유계 블렌딩 스톡 활용, 최종 바인더 물성시험 및 포장 공용성 평가를 함께 고려하여 판단해야 한다. 정유업계가 제기하는 원료 성상 변화의 영향은 검토할 필요가 있으나, 이를 AP-5 공급 곤란의 충분조건으로 일반화하기 위해서는 정유공정 및 후가공 공정의 제어 가능성, 경제성, 품질관리 조건 및 성능 기반 검증 결과가 함께 제시되어야 할 것이다.

4. AP-5 바인더 품질 안정성 확보를 위한 검토 방향

본 기술노트에서는 크게 변화된 국내 원유 수급 구조에서 도로포장용 아스팔트 바인더의 품질 안정성을 확보하기 위해 검토 가능한 실무적･공학적 대응 방향을 제시하고자 한다. 본 장에서 제시하는 공정 대안은 확정적 해결책이 아니라, 후속 실험 및 현장 검증을 통해 적용성을 확인해야 할 검토 항목으로 한정된다.

4.1 정유사 단계의 2차 가공 공정 적용성 검토

AP-5 바인더의 품질 안정성 확보를 위해서는 도입 원유 구성 변화에 따른 원료 성상 변화뿐 아니라 정유사 단계에서 적용 가능한 2차 가공 공정(secondary processing) 및 후가공 공정의 역할을 함께 검토할 필요가 있다. 정유사 단계에서 검토 가능한 2차 가공 공정은 SDA 피치, 탈유 아스팔트, 감압탑 잔사유(VTB), 감압 잔사유(VR), 하드 아스팔트(Hard Asphalt), 아스팔트 플럭스, 약산화 공정, 첨가제 또는 개질재 혼합 등을 포함할 수 있다. 다만 이들 공정은 AP-5 등급 확보를 보장하는 확정적 해결책이 아니라, 원료 조성 변화에 대응하여 침입도, 연화점, 점도 및 고온 강성을 조정하기 위한 공정 변수로 이해하는 것이 적절하다.

SDA 피치는 아스팔텐 함량이 높고 점도 및 강성이 큰 잔사유계 분획으로 보고되며, 원상태에서는 높은 취성과 저온균열 저항성 저하 문제가 발생할 수 있다(Shin et al., 2017). 따라서 SDA 피치를 포장용 바인더에 직접 적용 가능한 재료로 단정하기보다는, 연화 또는 개질 처리를 전제로 한 잔사유계 블렌딩 스톡 후보로 검토할 필요가 있다. SDA 유래 고연화점 탈유 아스팔트 역시 바인더 물성 조정을 위한 후보 재료로 검토될 수 있으며, Cheng et al.(2014)은 해당 재료를 포장용 아스팔트와 혼합할 경우 침입도 저하, 연화점 증가 및 고온 강성 조정과 연계될 수 있음을 보고하였다. 다만 해당 연구는 특정 원료와 중국 포장용 아스팔트 등급 체계를 대상으로 한 실험이므로, 이를 국내 AP-5 바인더 품질 확보 가능성으로 직접 일반화하기는 어렵다.

감압탑 잔사유(VTB) 및 감압 잔사유(VR)도 정유사 단계의 2차 가공 공정 적용성 검토 대상에 포함될 수 있다. Lee et al.(2023)은 VTB/VR과 같은 중질 정유 부산물이 원상태에서는 경질성 및 취성 문제를 가질 수 있으나, 적정 배합비와 연화 첨가재 적용을 통해 포장용 바인더 또는 혼합물 후보로 평가될 수 있음을 제시하였다. 이는 VTB/VR이 최종 포장용 바인더와 동일한 물질이 아니라, 배합비 조정, 연화 첨가재 적용 및 최종 물성 평가를 거쳐 적용성을 판단해야 하는 중간 원료 또는 블렌딩 스톡임을 의미한다.

아스팔텐 함량 증가가 고온 유변학적 특성에 영향을 미칠 수 있다는 연구도 보고되어 있다. Ghasemirad et al.(2020)은 아스팔텐을 첨가한 바인더의 고온 성능 변화를 평가하였으며, 아스팔텐 함량 증가가 고온 강성 및 성능지표 변화와 연계될 수 있음을 제시하였다. 다만 이 연구는 특정 아스팔텐 첨가 실험이며, SDA 피치 리블렌딩이나 국내 AP-3에서 AP-5로의 등급 전환을 직접 검증한 연구는 아니다. 따라서 해당 문헌은 아스팔텐 함량과 고온 강성의 관련성을 설명하는 보조 근거로만 활용하는 것이 타당하다.

약산화 공정(Mild Air-Blowing)은 연질 바인더의 침입도, 연화점, 점도 및 고온 강성을 조정하기 위한 후가공 공정 대안으로 검토될 수 있다. 아스팔트 산화는 산소 함유 관능기(oxygen-containing functional groups) 형성과 분자 간 상호작용 증가를 통해 점도 증가, 산화 경화 및 취성화와 연계될 수 있다(Petersen, 2009). 국내 감압 잔사유를 대상으로 한 무촉매 공기취입(non-catalytic air blowing) 연구에서는 처리시간 증가에 따라 아스팔텐 함량 증가, 침입도 감소 및 연화점 증가가 나타날 수 있음이 보고되었다(Min and Jeong, 2011). 그러나 공기취입(air-blowing) 또는 세미블로운 아스팔트(semi-blown asphalt) 제조는 원료 조성, 공기 주입 조건, 반응온도 및 반응시간에 따라 산화 경화 민감도(oxidative hardening susceptibility)와 저온 취성에 영향을 줄 수 있으므로, AP-5 품질 안정성 확보를 위한 확정적 해결책으로 단정하기는 어렵다. Hayashi(1986)는 고점도 세미블로운 아스팔트가 소성변형 저항성 확보에 기여할 수 있으나, 저온균열 저항성 확보를 위해 침입도지수 및 비뉴턴 유동 특성 제어가 필요함을 제시하였다. 또한 Vassiliev et al.(2001)은 공기취입 온도와 원료 조성이 후속 산화 경화 민감도에 영향을 줄 수 있음을 보고하였다.

열산화 노화(thermo-oxidative aging)에 따른 SARA 분획(Saturates, Aromatics, Resins, and Asphaltenes), FTIR 산화지수(FTIR oxidation index) 및 침입도･연화점･점도 변화도 후속 검증 항목으로 고려할 수 있다(Gamarra and Ossa, 2018). 다만 이러한 연구들은 실험실 산화 또는 열산화 노화 조건을 대상으로 한 것이므로, 산업적 약산화 공정과 동일한 것으로 해석해서는 안 된다.

따라서 정유사 단계의 2차 가공 공정 적용성은 원료 조성, 블렌딩 비율, 저장 안정성, 생산온도, 시공성 및 최종 바인더 물성시험을 통해 평가되어야 한다. 또한 AP-5 수준의 침입도 등급뿐 아니라 동적전단레오미터(Dynamic Shear Rheometer, DSR) 시험, 다중응력 크리프 회복시험(Multiple Stress Creep and Recovery, MSCR), 휨 보 레오미터(Bending Beam Rheometer, BBR) 시험, SARA 분석, 겔 투과 크로마토그래피(Gel Permeation Chromatography, GPC), 푸리에 변환 적외선 분광분석(Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR) 등을 활용한 바인더 수준의 물성 및 조성 검토와 휠트래킹시험, 수분민감도시험, 피로시험 등 혼합물 수준의 공용성 평가가 후속 검증 항목으로 제시될 수 있다. 본 기술노트에서는 이들 시험을 직접 수행하지 않았으므로, 상기 공정 대안은 문헌 기반으로 도출된 검토 가능 항목으로 한정되며, 실제 적용성은 후속 실험 및 현장 검증을 통해 확인되어야 한다.

4.2 전문 가공제조사 및 품질관리 체계 보완 방향

정유사 단계의 공정 운전조건과 경제성만으로 AP-5 바인더 품질 안정성을 확보하기 어려운 경우, 전문 가공제조사를 활용한 후가공 및 품질관리 체계 보완 방안도 검토할 수 있다. 이는 정유사에서 공급되는 기초 바인더를 대상으로 첨가제 또는 개질재를 혼합하고, 최종 바인더의 침입도, 연화점, 점도 및 성능 기반 지표를 관리하는 방식이다.

특히 AP-3와 같이 상대적으로 높은 침입도를 갖는 바인더를 기초 바인더로 사용할 경우, 폴리머 개질재(polymer modifier), 화학적 첨가제 또는 고점도 블렌딩 스톡을 활용한 인라인 블렌딩(inline blending) 또는 터미널 블렌딩(terminal blending) 체계를 검토할 수 있다. 다만 이러한 체계가 실제 포장 공용성 개선으로 이어지는지는 바인더 수준의 물성시험뿐 아니라 혼합물 수준의 휠트래킹시험, 수분민감도시험, 피로시험, 생산온도, 포설온도, 다짐성 및 현장 적용성 평가를 통해 확인되어야 한다.

침입도 등급은 바인더의 기본 품질관리 지표로 활용될 수 있으나, 동일 침입도 범위 내에서도 원유 기원, 정제공정 이력 및 감온성에 따라 실제 물성 차이가 발생할 수 있다(Besamusca et al., 2010). 따라서 AP-5 및 AP-3와 같은 국내 침입도 등급 체계는 유지하되, 공용성 등급(Performance Grade, PG)에 따른 성능 기반 평가를 보조적으로 병행하는 것이 바람직하다. 공정 조정 바인더의 고온 및 저온 성능은 동적전단레오미터(Dynamic Shear Rheometer, DSR)와 휨 보 레오미터(Bending Beam Rheometer, BBR)를 포함한 PG 시험을 통해 검토할 필요가 있다. D’Angelo(2009)와 Domingos and Faxina(2016)는 다중응력 크리프 회복시험(Multiple Stress Creep and Recovery, MSCR)의 비회복 크리프 컴플라이언스(non-recoverable creep compliance, Jnr)가 바인더의 소성변형 저항성 평가에 유용할 수 있음을 제시하였다. 다만 본 기술노트에서는 DSR, BBR 및 MSCR 시험을 직접 수행하지 않았으므로, 해당 시험은 향후 검증 항목으로만 제시한다.

따라서 AP-5 바인더의 품질 안정성 확보를 위해서는 정유사 단계의 공정 제어 가능성, 전문 가공제조사의 후가공 체계, 바인더 및 혼합물 수준의 성능평가를 연계하는 품질관리 체계가 요구된다. 이러한 접근은 원유 성상 변화에 따른 공급 여건 변화에 대응하면서도, 도로포장용 아스팔트 바인더의 품질 일관성과 포장 공용성을 확보하기 위한 실무적 검토 방향으로 제시될 수 있다.

5. 결 론

본 기술노트는 지정학적 원유 수급 변화에 따른 AP-5 공급 차질에 대하여 포장공학 및 정유공정공학 관점에서 검토하였으며 다음과 같은 결론을 도출하였다.

1. 글로벌 정유공정 및 아스팔트 바인더 관련 문헌을 검토한 결과 원유의 종류가 변경되어 AP-5 등급의 아스팔트 바인더 생산이 불가하다는 생산업계의 주장은 석유화학적･생산공정적인 차원에서 재고되어야 하는 것으로 기존 연구로부터 확인되었다.

2. 원유 수급원의 변화를 이유로 AP-3로의 전환을 고려 혹은 용인하는 것은 한시적이며 편의적인 발상이다. 매년 여름철 폭염으로 기온의 상승이 심화되고 있어서 사회적 문제가 되고 있는 소성변형과 관련 포장 파손을 방지를 위해서는 반드시 강성이 큰 아스팔트 바인더를 사용토록 하여야 한다.

3. 향후 원유의 수급 불확실성으로 인해 정유사의 자발적인 아스팔트 바인더의 강성 제어가 부담이 될 경우를 대비하여, 국가적으로 전문 가공제조사를 육성하고 이들을 통해 아스팔트 강성을 능동적으로 조절하는 시스템을 제도화해야 한다. 이를 통해 공공 자산의 조기 파손을 막고 막대한 국가 예산 낭비를 방지하는 공학적･정책적 방안이 적극적으로 고려되어야 할 것이다.