아스팔트 콘크리트
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1. 개요
아스팔트 콘크리트는 골재, 채움재, 아스팔트로 구성된 혼합물로, 도로 포장 등에 사용된다. 중세 시대부터 사용되었으며, 20세기 초 중유 증류를 통해 대량 생산이 가능해졌다. 아스팔트 콘크리트는 종류에 따라 도로 소음, 내구성 등에서 성능 차이를 보이며, 열화 및 재활용 기술이 발전하고 있다. 중온 아스팔트와 재생 아스팔트 등 친환경 기술도 개발되어 사용된다. 시공은 아스팔트 피니셔와 로드롤러 등을 이용하여 이루어진다.
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| 아스팔트 콘크리트 | |
|---|---|
| 지도 정보 | |
| 기본 정보 | |
| 종류 | 복합재료 |
| 주요 구성 성분 | 아스팔트 골재 |
| 기술 정보 | |
| 사용 목적 | 포장재 |
| 밀도 | 2,350 kg/m³ |
| 기타 명칭 | 아스팔트 콘크리트 아스팔트 블랙탑 타맥 |
| 역사 | |
| 발명 | 에드워드 드 스메트 (1870년경) 에드거 후리 (1901년 타맥 발명) |
| 초기 사용 | 자전거 도로 포장 |
2. 용어
'''아스팔트'''(영어: asphalt) 혹은 '''아스콘'''(ascon)이라고 줄여서 쓰이며, 아스팔트 혼합물, 포장용 가열 아스팔트 혼합물(KS F 2349 규격), HMA(hot mix asphalt) 등의 호칭으로 쓰이고 있다.[69] '아스팔트'로 쓰이고 있으나, 이는 역청을 뜻하며, '아스팔트 콘크리트' 혹은 그 줄임말인 '아스콘'이 바른 표현이다.
천연 아스팔트 시멘트는 중세 시대부터 쓰였으며, 19세기 중후반부터는 도로 포장에 쓰였고, 20세기 초에는 중유를 증류하여 인공 아스팔트를 대량으로 얻을 수 있게 되었다.[70]
아스팔트는 어두운 색으로 빛을 조금만 반사하고 대부분 흡수한다. 그래서 아스팔트 콘크리트로 포장된 도로는 흙이나 풀로 된 땅보다 온도가 높다. 차량이 다니면 타이어와 노면 마찰로 열이 발생해 온도가 더 높아진다. 아스팔트와 콘크리트의 골재, 시멘트 등이 결속되어 열 방출이 잘 안되는 특징도 있다.[71] 모터스포츠에서는 높은 온도로 타이어 접지력이 좋아져 안정성이 높아지는 장점이 있다.
아스팔트 혼합물은 크게 상온 아스팔트 혼합물과 가열 아스팔트 혼합물로 나뉜다.[39]
아스팔트 포장의 표층재로 사용되므로 일반적으로 “아스팔트 도로”와 같이 간단히 “아스팔트”라고 불리는 경우가 많지만, 원래 아스팔트는 골재를 결합하는 데 사용되는 접착제(바인더)를 가리키며, 도로 등에서 평소에 보는 것은 “아스팔트 혼합물”이 전문적·학술적으로 사용되는 명칭이다.[39] 다른 명칭으로는 '''아스팔트 콘크리트'''(영어: ''asphalt concrete'', ''asphaltic concrete'') 또는 '''아스팔트 합재'''라고도 하며, 업계 등에서는 '''아스콘''', '''합재''' 등으로 약칭되고 있다.
3. 역사
4. 특징
아스팔트 콘크리트 종류에 따라 도로 표면 내구성, 타이어 마모, 제동 효율, 도로 소음 성능이 다르다. 차량 종류별 교통량과 마찰층 성능 요구사항을 고려해 아스팔트 성능 특성을 결정해야 한다. 아스팔트 점도는 도로 물을 가장자리로 빼기 위해 볼록한 표면과 중앙 정점을 만드는 데 편리하다. 하지만 다양한 등급의 점도를 가진 콘크리트도 볼록한 도로 표면 성형이 가능해 큰 장점은 아니다. 아스팔트 콘크리트는 경제성 때문에 더 자주 사용된다. 콘크리트는 유지 보수가 중요한 고속도로에서 사용된다.
아스팔트 콘크리트는 포틀랜드 시멘트 콘크리트보다 도로 소음이 적고, 칩 씰 표면보다도 소음이 적다.[16][17] 차량 속도가 빨라지면 운동 에너지가 음파로 변환되는 과정에서 타이어 소음이 커진다. 1970년대 초부터 고속도로 설계에 포장 표면 유형 선택을 포함한 음향 공학적 고려사항을 반영해야 한다는 개념이 등장했다.[16][17]
아스팔트 거동은 재료, 하중, 환경 등 다양한 요인에 따라 달라진다. 포장 성능도 시간에 따라 변한다. 그래서 아스팔트 포장의 장기 거동은 단기 성능과 다르다. LTPP는 장기 포장 거동에 중점을 둔 FHWA의 연구 프로그램이다.[18][19]
5. 종류
상온 아스팔트 혼합물은 굵은 골재, 잔골재 등을 아스팔트 유제, 컷백 아스팔트 등과 상온에서 혼합하여 포장할 수 있는 혼합물이다.[42][49] 컷백 아스팔트는 스트레이트 아스팔트에 휘발성 석유를 용제로 하여 상온에서 혼합한 액상 아스팔트를 의미하며, 용제가 휘발됨에 따라 경화가 시작되고 강도가 증가한다.[44] 상온 혼합물은 바인더로 사용되며, 100℃ 이하의 상온에서 포설이 가능하다.
상온 아스팔트 혼합물은 가열 아스팔트 혼합물에 비해 일반적으로 내구성이 떨어지지만, 상온 저장이 가능하고 간편하게 사용할 수 있다.[42] 상온 아스팔트 혼합물을 깔고 다져서 고르기만 하면 되므로 가열이나 혼합이 필요 없다. 따라서 상하수도·가스 매설관로 공사의 포장 임시 복구, 포트홀 복구, 섬 등 가열 혼합물을 사용할 수 없는 장소의 포장 보수 등 소규모 포장에 사용된다.[45][46]
상온 아스팔트 혼합물은 포대 단위로 판매되며, 컷백 아스팔트계, 아스팔트 유제계, 반응형 수지계로 분류된다. 가열 아스팔트 혼합제보다 초기 안정성 및 내구성이 떨어지고, 시공 후 양생 기간이 필요하므로 대형차량이 통행하는 도로에는 적합하지 않다. 2000년대 이후 내수성과 접착성이 강하고, 포장 보수 부위에 물이 있어도 접착성이 좋아 박리되지 않는 혼합물이 개발되고 있다. 반응형 수지계 상온 아스팔트 혼합물은 정해진 사용 가능 시간 내에 사용해야 하지만, 시공 후 바로 통행이 가능하고 내구성도 우수하다.
이 외에도 주행 안전성 및 환경을 고려하여 골재 명도를 높이거나, 미끄럼 방지 기능, 동결 억제 기능, 보수재 혼입, 차열성 부여 등 다양한 기능을 가진 포장용 혼합물이 있다. 아스팔트 혼합물은 포장뿐만 아니라 댐 방수재로도 이용된다.
5. 1. 가열 아스팔트
일반 가열 아스팔트(hot mix asphalt, HMA)는 아스팔트와 골재를 고온에서 가열하여 만든 혼합물이다. 신규 골재를 사용한 것과 아스팔트 콘크리트 재생 골재를 사용한 "재생 열가열 아스팔트 혼합물"이 있다.[42] 한국에서는 혼합물에 사용하는 골재의 입도 범위(각 입도의 사용 비율)에 따라 크게 밀입도, 조입도, 세입도, 개입도로 나뉜다. 사용하는 골재는 최대 입경 20mm와 13mm의 것이 많이 사용되며, "밀입도 아스팔트 혼합물(20)", "밀입도 아스팔트 혼합물(13)"처럼 아스팔트 혼합물 명칭 끝에 괄호 안의 숫자로 표기된다.[47]
각종 아스팔트 혼합물은 포장에 요구되는 성능, 적용 장소, 교통 조건, 기상 조건, 시공 조건 등을 고려하여 선정된다. 물에 약하므로, 포장 내부로 물이 스며들지 않도록 하는 것이 중요하다. 표준적인 밀입도 아스팔트 혼합물의 특성을 기준으로, 내류동성이나 내마모성이 떨어지는 종류는 특성을 개선하기 위해 개질 아스팔트를 사용하기도 한다.[48]
한국에서 주로 사용되는 열가열 아스팔트 혼합물의 종류는 다음과 같다.
이 외에도 주행 안전성 및 환경을 고려한 다양한 아스팔트 혼합물이 있다.5. 2. 중온 아스팔트
중온 아스팔트(warm mix asphalt, WMA)는 유해성 가스 배출을 줄일 수 있어 친환경 도로 건설을 위한 기술로 평가받는다. 아스팔트 바인더의 점도를 낮춰 중온에서 골재를 코팅하여 아스팔트 혼합물을 생산하는 방식이다.[72]
1996년 독일에서 아스팔트 포장 시 발생하는 유독 가스 문제를 제기한 이후, 유럽에서는 온실가스 감소를 위해 1995년 MHI에서 중온 아스팔트 기술을 발명했다. 1996년 쉘 비유멘(Shell Biyumen)과 콜로 바이데케(Kolo Veidekke)는 폼드 아스팔트를 이용한 중온 아스팔트 기술을 개발했다. 1999년 노르웨이에서 폼드 아스팔트를 이용한 중온 아스팔트 포장이 처음 시도되었고, 독일에서는 제올라이트를 이용한 중온 아스팔트 포장이 처음 시공되었다. 2002년 미국에 도입된 후, 2007년 뉴욕에서 중온 아스팔트 기술이 사용되었다.
중온 아스팔트는 에너지 절약, 대기 오염 감소, 배송 시 온도 저하 시간 지연으로 인한 열악한 기후 조건 및 겨울철 시공 가능, 가열 아스팔트에 비해 높은 다짐 밀도, 산화 작용 감소로 인한 재활용 골재 혼합물 균열 발생 억제 등의 장점을 가진다.
중온 아스팔트 기술은 다음 3가지로 분류된다.[72]5. 3. 재생 아스팔트
재생 아스팔트 혼합물(재생 아스콘)은 재생 골재를 사용하여 제조하는 아스팔트 혼합물이다. 재생 골재에 필요에 따라 재생용 첨가제, 신규 아스팔트나 보충재 등을 더하여 가열 혼합하여 제조한다.[49] 재생 골재는 포장의 보수 공사에서 발생하는 아스팔트 콘크리트 발생재 외에, 시멘트 콘크리트 발생재, 노반 발생재를 필요에 따라 파쇄, 분급한 골재가 이용된다.[49] 포장재의 재활용 기술이 확립되어 1980년대 중반부터 등장했으며, 한국에서는 전체 점유율의 70% 이상으로 활용되고 있다.[48] 혼합물의 종류에는 재생 밀입도 아스팔트 혼합물(재생 밀입도 아스콘), 재생 조입도 아스팔트 혼합물(재생 조입도 아스콘), 재생 세입도 아스팔트 혼합물(재생 세입도 아스콘) 등이 있다.[57]
5. 4. 고무 아스팔트
CRM(crumb rubber modified) 아스팔트는 고무 아스팔트의 일종으로 폐타이어를 분쇄한 고무 분말을 약 200도에서 아스팔트와 혼합하여 만든다.[73] 고무 타이어 분말은 약 2mm 정도이며, 점성을 낮추는 첨가제로 등유나 오일을 쓰기도 한다. 고무 아스팔트는 일반 아스팔트에 비해 높은 점도와 저온에서 낮은 강성을 가지는데, 높은 점도는 교통 하중에 의해 발생되는 높은 응력과 변형에 대해 저항하는 힘이 크고 저온에서의 낮은 강성은 저온 균열에 대한 저항성이 크게 된다. 또한 고무 아스팔트의 신축성으로 인하여 반사 균열에 좋은 효과를 주고 있으며 폐타이어 내에 존재하는 카본 블랙은 아스팔트의 산화를 방지하는 효과를 주고 있어서 아스팔트 포장의 장기 노화를 방지하는 효과가 있다.
1964년 맥도날드(C. McDonald)는 열과 화학 약품으로 처리한 폐타이어 분말을 아스팔트에 첨가하여 균열 충전, 방수 효과를 얻었다.[72] 슬러리실 공법에 처음 사용하였으며, 1972년에는 등유를 혼합하여 점도를 낮추었고, 1975년에는 아스팔트에 폐타이어 분말 20%를 혼합하고 등유 대신 증량제 오일을 사용하는 기술을 개발했다.[72]
5. 5. 암석 아스팔트
암석 아스팔트는 천연 아스팔트인 암석과 혼합하여 만든 아스팔트이다.
5. 6. 레이크 아스팔트
(레이크 아스팔트에 대한 내용은 주어진 소스 문서에 포함되어 있지 않으므로, 이 섹션에는 내용을 추가할 수 없습니다.)
6. 구성
아스팔트 혼합물은 굵은 골재, 잔골재, 채움재(석분), 아스팔트로 구성된다.[69] 무게 비율로는 골재가 약 90%, 채움재(석분)가 약 5%를 차지하며, 나머지가 아스팔트이다.[40] 골재와 채움재(석분)를 합치면 전체의 약 95%를 차지한다. 쇄석(굵은 골재)을 제외한 잔골재(모래), 채움재(석분), 아스팔트의 혼합물은 아스팔트 모르타르라고 부른다.[41]
- 굵은 골재: 아스팔트 혼합물의 골격을 형성하며, 교통 하중을 지탱한다. 보통 쇄석을 사용하지만, 자갈, 제강 슬래그, 재생 골재 등도 사용 가능하다. 한국에서는 주로 mm 이상의 5호 쇄석(입경 20 - 13mm), 6호 쇄석(입경 13 - 5mm), 7호 쇄석(입경 5 - 2.5mm)을 사용하며, 입도는 JIS 규격으로 정해져 있다. 소음 저감을 위해서는 입경을 13 - 10mm, 10 - 5mm, 8 - 5mm로 조정하여 사용한다. 굵은 골재는 단단하고 균질하며, 파손과 마모에 강하고, 각진 모양에 거친 표면을 가져야 한다. 또한 밀도가 크고 흡수율이 낮으며, 유기물이나 불순물이 없고, 가열에 변질되지 않으며, 아스팔트와의 접착성이 좋아야 한다.
- 잔골재: 굵은 골재 사이의 틈을 메워 포장의 안정성과 방수성을 높인다. 주로 모래를 사용하며, 한국에서는 2.36 - 0.075mm 이상의 골재를 사용한다. 천연 모래, 인공 모래, 스크리닝스 등을 사용하며, 콘크리트와 달리 염분을 포함한 해사도 사용 가능하다. 잔골재는 굵은 골재와 마찬가지로 단단하고 균질하며 내구성이 높고, 유기물이나 불순물을 포함하지 않아야 한다.
- 채움재: 골재 틈을 채우는 충전재로, 0.075mm 이하의 광물질 미분말이다. 주로 석회암을 분말로 만든 석분을 사용한다. 채움재는 아스팔트의 점도를 높이고, 골재 간 접착성을 높여 아스팔트 혼합물의 내구성을 향상시킨다. 너무 많이 사용하면 아스팔트가 과도하게 흡수되어 부서지기 쉽고, 너무 적으면 고온에서 소성변형이 발생하기 쉽다.
7. 성능 특성
아스팔트 콘크리트 종류에 따라 도로 표면 내구성, 타이어 마모, 제동 효율, 도로 소음 등 성능 특성이 다양하다.[16][17] 각 차량 종류별 교통량과 마찰층 성능 요구 사항을 고려해 적절한 아스팔트 성능 특성을 결정해야 한다. 아스팔트 콘크리트는 포틀랜드 시멘트 콘크리트 표면보다 도로 소음이 적게 발생하며, 일반적으로 칩 씰 표면보다 소음이 적다. 타이어 소음은 운동 에너지가 음파로 변환되는 과정에서 발생하므로 차량 속도가 증가함에 따라 더 많은 소음이 발생한다. 1970년대 초, 고속도로 설계에 포장 표면 유형 선택을 포함한 음향 공학적 고려 사항을 반영해야 한다는 개념이 등장했다.[16][17]
구조적 성능과 관련해 아스팔트 거동은 재료, 하중, 환경 조건 등 다양한 요인에 따라 달라진다. 포장 성능은 시간이 지남에 따라 변하므로, 아스팔트 포장의 장기 거동은 단기 성능과 다르다. LTPP는 FHWA의 연구 프로그램으로, 장기 포장 거동에 특히 중점을 두고 있다.[18][19]
일반적인 아스팔트 콘크리트 혼합물은 사용 수명 동안 약 5~6%를 차지하는 아스팔트 시멘트 바인더가 자연적으로 경화되어 강성이 증가한다.[29][30][31][24] 이러한 노화 과정은 주로 산화, 증발, 용출, 물리적 경화로 인해 발생한다.[24] 이 때문에 RAP(재생 아스팔트 포장) 및 RAS(재생 아스팔트 슈링크)를 포함하는 아스팔트 혼합물은 작업성이 저하되고 피로 균열에 대한 취약성이 증가하는 경향이 있다.[26][27]
안정성과 내구성이 우수하고, 시공 시 균등하게 깔고 다짐하며 표면 마무리 작업 등을 용이하게 하려면 혼합물 제조 전에 배합 설계를 수행해야 한다. 절차는 우선 도로에 요구되는 포장 성능과 사용 장소 조건에서 아스팔트 혼합물 종류를 선정한다. 그다음 재료 선정이 이루어지며, 골재와 아스팔트 재료 시험을 거쳐 골재 배합비와 혼합 및 다짐 온도가 결정된다. 이후 아스팔트 혼합물 시험편 제작이 이루어지며, 주로 마샬 안정도 시험으로 확인하고, 필요에 따라 휠 트래킹 시험 등 각종 시험을 실시한다. 각 시험 결과에서 기준에 만족하는 판정이 나올 때까지 골재 배합비와 온도 조건을 바꿔 시험편 제작을 반복하며, 기준을 충족해야 배합 설계표가 작성된다.
마샬 안정도 시험은 직경 100mm, 두께 63mm 시험편을 60℃ 물에 30분간 양생한 후, 시험기로 직경 방향 하중을 가해 시험편이 파괴될 때 최대 하중(안정도)과 변형량(플로우 값)을 측정한다. 휠 트래킹 시험은 내류동성, 즉 차륜 흔적 발생 가능성을 평가하는 시험이다. 길이 및 너비 300mm, 두께 50mm 아스팔트 혼합물 시험편 위에 하중을 조정한 소형 고무 바퀴를 반복 주행시켜 시간당 변형량(차륜 흔적량)으로부터 1mm 변형하는 데 필요한 차량 통과 횟수를 계산해 동적 안정도(DS: ''Dynamic Stability'')를 산출한다.[62]
8. 열화 및 복구
아스팔트 콘크리트의 열화는 여러 가지 형태로 나타나는데, 여기에는 크로커다일 크랙(악어등 갈라짐), 포트홀(포트홀), 융기, 노면 붕괴, 블리딩(아스팔트 블리딩), 러팅(러팅), 밀림, 스트리핑(스트리핑), 도로면 저하 등이 있다. 특히 겨울철 추운 지방에서는 동상으로 인해 아스팔트에 균열이 발생할 수 있다. 이러한 균열에 역청을 채우는 것은 일시적인 해결책일 뿐이며, 적절한 다짐과 배수가 장기적인 해결책이다.
아스팔트 콘크리트가 시간이 지나면서 열화되는 원인은 크게 세 가지로 나눌 수 있다.
- 시공 품질
- 환경적 요인
- 교통량
이 세 가지 요인이 복합적으로 작용하여 아스팔트 콘크리트의 손상을 유발하는 경우가 많다.
시공 품질은 포장 성능에 매우 중요한 영향을 미친다. 시공 후 포장에 설치되는 유틸리티 트렌치와 부속 설비의 시공도 포함된다. 특히 종방향 이음매에서 아스팔트 표면의 다짐이 부족하면 포장 수명이 30~40% 단축될 수 있으며, 시공 후 포장에 설치된 서비스 트렌치는 포장 수명을 50%까지 단축시킬 수 있다.[20] 이는 트렌치의 다짐 부족과 부적절하게 밀봉된 이음매를 통해 물이 유입되기 때문이다.
환경적 요인에는 고온과 저온, 포장 아래 기층 또는 지반 토양의 물 존재, 동상 등이 있다. 고온은 아스팔트 바인더를 연화시켜 무거운 타이어 하중으로 인해 포장이 러팅(rutting)으로 변형될 수 있게 한다. 또한 고온과 강한 햇빛은 아스팔트의 산화를 유발하여 더 단단하고 탄력이 떨어지게 만들어 균열을 발생시킨다. 저온은 아스팔트가 수축하면서 균열을 발생시킬 수 있으며, 차가운 아스팔트는 탄력이 떨어져 균열에 더 취약해진다. 포장 아래에 고인 물은 기층과 지반을 연화시켜 도로가 교통 하중에 더 취약해지도록 만든다. 추운 날씨에 도로 아래의 물이 얼면 팽창하여 균열을 일으키고 확장시킨다. 봄 해빙 시에는 지면이 위에서부터 아래로 해빙되기 때문에 위쪽의 포장과 아래쪽의 여전히 얼어 있는 토양 사이에 물이 고여 포화 토양층이 형성되고, 이는 위쪽 도로에 거의 지지력을 제공하지 않아 포트홀을 생성한다. 이러한 현상은 실트나 점토 토양에서 더 심하게 나타난다. 일부 지역에서는 봄 해빙 기간 동안 트럭의 허용 중량을 줄이는 동결법을 시행하여 도로를 보호하기도 한다.
교통량에 의한 손상은 축하중에 크게 영향을 받는데, 축하중의 4제곱에 비례하여 손상이 증가한다.[21] 즉, 축하중이 두 배가 되면 손상은 16배가 된다. 바퀴는 도로를 구부러지게 만들어 피로 파괴 균열을 일으키고, 이는 크로커다일 크랙(악어등 갈라짐)으로 이어질 수 있다. 차량 속도 또한 영향을 미치는데, 느리게 움직이는 차량은 도로에 더 오랜 시간 동안 스트레스를 가하여 러팅, 균열, 골을 증가시킨다.
이 외에도 차량 화재로 인한 열 손상이나 화학 물질 유출로 인한 용제 작용도 아스팔트 손상의 원인이 될 수 있다.
도로의 수명을 연장하기 위해서는 설계, 시공, 유지보수 관행이 중요하다. 설계 단계에서 엔지니어는 도로의 교통량, 특히 트럭의 수와 종류를 측정하고, 지반의 하중 지지력을 평가한다. 포장 및 기층 두께는 바퀴 하중을 견딜 수 있도록 설계되며, 지오그리드를 사용하여 기층을 보강하기도 한다. 배수로, 우수관, 지하 배수관을 설치하여 도로에서 물을 제거함으로써 기층과 지반이 약해지는 것을 방지한다.[22]
아스팔트 표면처리는 물과 석유 제품이 포장으로 들어가는 것을 막는 유지보수 방법이다. 배수로와 우수관을 유지 관리하고 청소하는 것도 저렴한 비용으로 도로 수명을 연장하는 방법이다. 작은 균열은 아스팔트 크랙 실런트로 봉합하여 균열이 커지거나 기층까지 물이 스며드는 것을 방지할 수 있다.
도로 손상이 심한 경우에는 칩 시일 또는 유사한 표면 처리를 적용할 수 있다. 균열의 수, 너비, 길이가 증가하면 더 집중적인 보수가 필요하며, 얇은 아스팔트 오버레이, 다층 오버레이, 상층을 갈아내고 오버레이하는 작업, 현장 재활용, 도로 전면 재건 등이 있다.
도로가 열화된 후 수리하는 것보다 양호한 상태를 유지하는 것이 훨씬 경제적이다. 따라서 일부 기관에서는 열악한 상태의 도로를 재건하는 것보다 양호한 상태의 도로를 예방적으로 유지보수하는 데 우선순위를 둔다. 열악한 도로 복구에만 집중하면 양호한 상태였던 도로가 열화될 수 있기 때문이다.[23]
일부 기관에서는 포장 관리 시스템을 사용하여 유지보수 및 보수 작업의 우선순위를 결정한다.
아스팔트는 시공 시 또는 사용 후 직사광선과 열의 영향을 받아 열화가 진행되며, 이는 아스팔트 혼합물의 품질에도 영향을 미친다. 포장 후 사용됨에 따라 포장 기능은 점차 저하되고, 고온 시 아스팔트 혼합물이 변형되기 쉬워져 차륜흔 등으로 인한 포장면 평탄성이 저하되며, 콘크리트에 비해 수명이 짧다. 일본에서는 일반 지역, 적설 한랭 지역, 도로 교통량에 따라 혼합하는 아스팔트의 품질을 규정하여 이러한 문제에 대응하고 있다.
열화가 진행된 현장의 아스팔트 혼합물은 기설 포장면을 깎아내고 포설하는 공법, 포장 전체를 파쇄하여 새로 하는 공법, 또는 기설 아스팔트 혼합물을 현장에서 파쇄하여 새로운 아스팔트 혼합물을 섞어 표층만 재구축하는 공법 등 다양한 공법으로 보수된다.
손상된 아스팔트 포장은 철거되어 주로 재생 골재로 재활용하기 위해 재생 골재 제조소가 있는 아스팔트 혼합물 제조 플랜트로 운반된다.[67] 수거된 아스팔트 혼합물 덩어리는 크기가 다양하므로 파쇄기를 통해 파쇄하여 크기를 일정하게 한 후 재생 골재로 사용한다.[67] 일본의 아스팔트 혼합재 재자원화율은 98% 이상으로, 순환 자원으로 널리 사용되고 있다.[42] 다만, 재생 골재는 신규 골재에 비해 내구성이 떨어질 수 있으므로, 공항이나 고속도로 등 내구성이 중요한 곳의 포장에는 사용되지 않는다.[68]
9. 재활용
아스팔트 콘크리트는 현장이나 아스팔트 플랜트에서 재활용 및 재사용이 가능하다.[24] 아스팔트 콘크리트에서 가장 흔하게 재활용되는 것은 재생 아스팔트 포장(RAP, Reclaimed Asphalt Pavement)이며, 미국에서는 다른 어떤 재료보다 높은 비율로 재활용된다.[25] 지붕 슁글에도 아스팔트가 포함되어 있어 재생 아스팔트 슁글(RAS, Reclaimed Asphalt Shingles)도 아스팔트 콘크리트 혼합물에 사용될 수 있다.[25] 연구에 따르면 RAP와 RAS는 혼합물에서 최대 100%의 신규 골재와 아스팔트 바인더를 대체할 수 있지만,[26] 규제와 성능 문제로 인해 실제 비율은 더 낮다. 2019년 미국에서 생산된 새로운 아스팔트 포장 혼합물에는 평균 21.1%의 RAP와 0.2%의 RAS가 포함되었다.[25]
재활용 아스팔트 성분은 회수, 운반, 처리 과정을 거쳐 새로운 포장에 사용되거나, 전체 재활용 과정이 현장에서 수행될 수 있다.[24] 현장 재활용은 주로 도로에서 이루어지며 RAP에 한정되지만, 아스팔트 플랜트 재활용은 RAP, RAS 또는 둘 다 사용할 수 있다. 2019년 미국 아스팔트 플랜트에서는 약 9700만 톤의 RAP와 110만 톤의 RAS가 반입되었다.[25]
RAP는 현장에서 밀링된 후 플랜트로 운반되거나, 더 큰 구역으로 파괴되어 플랜트에서 파쇄될 수 있다. RAP 밀링은 새로운 아스팔트 혼합물에 혼합되기 전에 플랜트에 야적되며, 건조 및 응집된 것의 파쇄 과정이 필요할 수 있다.[24]
RAS는 제조 후 폐기물이나 수명이 다한 소비자 폐기물로서 아스팔트 플랜트로 반입될 수 있다.[25] RAS 처리는 분쇄, 체질, 자력 체를 이용한 금속 파편 제거, 건조, 아스팔트 시멘트 바인더 추출 등의 과정을 포함한다.[27]
현장 재활용 방법에는 러빙화, 열 현장 재활용, 냉 현장 재활용, 전 깊이 재활용 등이 있다.[24][28]
아스팔트 시멘트 바인더는 사용 중 자연적으로 경화되어 강성이 증가하는데,[30][31][24] 이는 산화, 증발, 용출, 물리적 경화 등의 노화 과정 때문이다.[24] 따라서 RAP 및 RAS를 포함하는 아스팔트 혼합물은 작업성이 저하되고 피로 균열에 취약해질 수 있다.[26][27] 이러한 문제는 재활용 구성 요소의 적절한 배분, 저장 및 취급을 통해 방지할 수 있다.[30][26][24]
RAP와 RAS의 성능 균형을 위해 재활용 구성 요소를 신규 골재 및 신규 아스팔트 바인더와 결합하는 방법이 사용될 수 있다.[30] 재활용 함량이 높은 혼합물에서는 활성제가 사용될 수 있으며,[30] 활성제는 노화된 바인더의 물리적, 화학적 특성을 복원하는 첨가제이다.[31]
RAP 및 RAS 외에도 고무 크럼, 제강 슬래그, 용광로 슬래그, 셀룰로오스 섬유 등 다양한 폐기물이 재활용될 수 있다.[25] 또한, 폐플라스틱, 유리, 벽돌, 세라믹 등 새로운 형태의 폐기물 재활용 연구도 진행되고 있다.[36]
일본에서는 아스팔트 혼합재 재자원화율이 98% 이상으로 매우 높다.[42] 대한민국 역시 높은 수준의 아스팔트 재활용 기술을 보유하고 있으며, 관련 산업 육성에 힘쓰고 있다.
10. 제조
아스팔트 혼합물은 온도 관리가 철저한 제조 플랜트(아스팔트 혼합물 공장)에서 제조되며,[63] 제조 플랜트는 크게 아스팔트 혼합물용 제조 플랜트와 재생 아스팔트 혼합물 제조 플랜트로 나뉜다. 아스팔트 혼합물용 플랜트는 혼합물 원료를 저장하는 저장 사일로, 골재를 열처리하기 위한 골재 드라이어 및 체로 거르는 골재 호퍼 시설, 배합을 위한 계량 시설(믹싱 타워), 골재·석분(필러)·아스팔트 각 재료를 혼합하는 믹서, 그리고 제조된 아스팔트 혼합물을 일시적으로 저장하는 가열 저장 사일로로 구성되어 있다.[63] 아스팔트 혼합물 제조 플랜트는 골재의 건조 및 가열에 많은 열을 필요로 한다는 점에서 레디믹스 콘크리트 공장과 다르다.
재생 아스팔트 혼합물은 일반적인 제조 플랜트 시설에 아스팔트 콘크리트 재생 골재를 제조하는 시설이 추가된 플랜트 시설에서 제조된다. 아스팔트 포장 공사 현장에서 발생한 기존의 오래된 아스팔트 혼합물을 회수하여 골재로 만들기 위해 플랜트 시설(재생 골재 제조 시설)에서 파쇄하여 입경 13-0mm의 재생 골재를 제조하고,[63] 여기에 석분, 신규 골재를 더하고, 재생 골재에 포함된 오래된 아스팔트를 재활용할 수 있도록 연화시키는 역할을 하는 재생 첨가제를 혼합한다.
제조 플랜트는 공정별로 작업을 진행하는 배치 방식과 각 공정을 연속적으로 진행하는 연속 방식이 있으며, 대한민국에서는 하나의 아스팔트 플랜트에서 수십 종류의 아스팔트 혼합물을 제조하기 때문에 배치 방식의 플랜트가 많이 채택되고 있다. 배치식 플랜트에서는 아스팔트 혼합물을 한 번 반죽할 때마다(1배치) 재료를 계량하여 혼합한다. 제조 플랜트는 아스팔트 혼합물의 안정적인 공급이 중요하며, 제조 시에는 규격 적합 여부, 품질 균일성에 대해 주의를 기울이고, 적절한 온도 관리와 품질 관리하에 제조한다. 일반적으로 혼합 시 온도는 185°C를 넘지 않는 범위 내에서, 아스팔트의 동점도 150-300센티스톡스(cSt)일 때의 온도에서 선택한다. 플랜트 내에서의 제조 과정은 골재가 저장 사일로에서 건조기에 투입되어 건조·가열된 후, 믹싱 타워에서 계량된 후 1배치씩 믹서에 투입되어, 여기에 필러와 아스팔트가 공급되어, 믹서 내에서 약 170°C의 온도로 1분 정도 혼합된다. 혼합되어 완성된 아스팔트 혼합물은 덤프트럭에 실려 출하되거나 저장 사일로로 이동한다. 제조된 아스팔트 혼합물을 포장 공사 현장까지 덤프트럭으로 운반할 때는 운송 중에 굳어지는 것을 방지하기 위해 시트 등으로 보호한다.
11. 시공
아스팔트 혼합물의 깔기는 공사 규모에 따라 인력 공법과 기계 공법이 선택되지만, 대부분은 기계 공법으로 이루어진다.[65] 이때, 덤프트럭으로 운반된 아스팔트 혼합물은 일반적으로 평평하게 다져진 아스팔트 유제가 살포된 노반 또는 기층 위에, 아스팔트 피니셔를 이용하여 평탄하고 소정의 너비와 두께가 얻어지도록 균일하게 깔린다.[65] 아스팔트 혼합물의 온도는 일반적으로 110°C~140°C이며,[65] 깔기 시 온도가 약 110°C를 밑돌지 않는 온도로 다진다. 아스팔트 포장의 표층과 기층에는 각각 입경이 다른 아스팔트 혼합물이 사용된다. 아스팔트 피니셔는 아스팔트 혼합물을 적재하는 호퍼와 재가열하면서 깔기를 하는 스크리드를 장비하고 있으며, 덤프트럭으로 운반된 합재가 호퍼에 공급된다.[66] 탬퍼와 스크리드로 초기 다짐을 하므로 소정의 두께로 시공이 가능하다.
깔린 아스팔트 혼합물은 충분히 다져야 하므로, 로드롤러(콤바인드롤러)나 타이어롤러, 진동 콤팩터가 사용되어 소정 밀도가 될 때까지 다짐 시공되며,[65] 이음매 다짐, 초기 다짐, 2차 다짐, 마무리 다짐 순으로 진행한다. 초기 다짐에서는 아스팔트 혼합물의 온도가 110°C~140°C 정도일 때 철제 바퀴를 가진 10~20톤의 로드롤러로 2회 정도 다짐하여 합재를 안정시키고, 2차 다짐에서 고무 타이어를 가진 8~20톤의 타이어롤러 또는 6~10톤의 진동롤러로 반죽 작용을 억제하여 혼합물에 포함된 굵은 골재의 배열을 안정시킨다.[65] 2차 다짐이 끝났을 때 아스팔트 혼합물의 온도는 70°C~90°C 정도이다. 초기 다짐 시 온도가 너무 높거나 과도하게 다지면 포장 표면에 헤어크랙이나 불룩함이 생길 수 있다. 최종 마무리 다짐은 불룩함을 수정하고 로라 자국을 없애기 위해 로드롤러와 타이어롤러를 사용하여 2회 정도 실시한다.[65] 시공 중인 아스팔트 혼합물은 온도가 낮으면 굳어지고, 굳은 상태에서는 다짐이 불충분해지므로 제조 플랜트에서 운반되는 합재의 도착 시간 파악이 중요해진다.
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