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# 일반사항
국내의 아스팔트 포장은 1990년대 이후 교통량의 폭발적인 증가와 더불어 차량하중의 중량화 및 대형화, 환경적 영향 등 복합적인 요인들로 인해 발생되는 소성변형에 의한 포장 파손이 전국적으로 광범위하게 발생되고 있는 실정입니다. 이러한 소성변형은 도로사용자에 대한 교통사고의 유발 및 이에 따른 국가 도로포장 유지보수 예산의 수요를 급증시키는 주요 요인이 되고 있습니다. 일반 밀입도 아스팔트 포장의 소성변형은 잘못된 배합설계로 인해 아스팔트 함량이 많아 발생되는 경우가 많으며, 현장에서 포설되는 아스팔트 혼합물의 생산과 시공에 대한 품질관리와 아스팔트 혼합물에 사용되는 골재의 입형과 입도관리 미흡이 소성변형을 야기 시키는 또 하나의 요인입니다.
# 소성변형의 원인
노면의 요철 특히 소성변형의 원인이 되는 3가지 영구변형은 구별해야 한다. 첫째, 재료의 강도를 초과하는 하중에 의해 발생되는 응력에 기인하는 아스팔트층 하부 노상을 포함한 단일 또는 여러 층의 변형이다. 이는 구조 소성변형이라고 하며, 그 결과 발생하는 소성변형은 폭넓고 V형의 횡단 형상을 나타낸다. 둘째, 재료 안정도의 한계를 초과하는 하중 응력에 의해 아스팔트 각 층에 발생 하는 변형 결과이다. 이것은 유동(불안정성) 소성변형이라고 하며, 발생하는 소성변형은 복륜의 경우 W형, 폭넓은 단륜의 경우 비대칭 형상으로 나타난다. 유동 소성 변형은 경사로 또는 교차로 부근, 즉 중차량이 속도를 낮추어 타이어와 노면 간의 접지면에서의 횡방향 응력이 높아지는 장소에 잘 발생한다. 셋째, 동절기의 스파이크 타이어에 의한 마모 결과이다. 이것은 마모 소성변형이라고 하며, 연속된 횡단 형상을 나타낸다. 이러한 3종류의 소성변형 형태 중 국내에서 가장 일반적으로 가장 많이 발생하는 형태는 아스팔트 혼합물 유동에 기인한 소성변형입니다.
# 소성변형 원인별 대책
현재 국내에서 발생하는 혼합물 유동에 의한 소성변형의 원인은 크게 아스팔트 혼합물 재료 자체의 문제, 배합설계 방법상의 문제, 아스콘플랜트 장비 및 혼합물 품질관리상의 문제 및 시공상의 문제로 나눌 수 있다. 본 대책에서는 현재 국내에서 발생하는 소성변형의 발생 원인을 아스팔트 혼합물의 생산단계별로 분석함으로써 문제점을 찾아내어 개선방안을 도출하고자 한다.
1) 골재
현재 밀입도 아스팔트 혼합물에 발생하는 소성변형은 편장석이 많은 골재의 사용이 큰 원인이 되는 것으로 밝혀졌다. 그러므로 아스팔트 혼합물의 품질관리에서 가장 우선적으로 관리해야할 항목은 골재의 편장석 함유량이다. 최근 제정
된 KS F 2575의 “ 편평 및 세장편 함유량 시험법 ”을 사용하여 아스팔트 플랜트에서 혼합물 생산에 사용할 굵은 골재에 대하여 편평 및 세장편 함유량 기준 “20% 이하”를 엄격히 적용하여야 한다. 기존의 아스팔트 혼합물의 품질관리에서는 골재의 편장석 시험에 큰 비중을 두지 않은 것이 사실이다. 그러나 본 연구에 의하면 현재 밀입도 아스팔트 혼합물에 발
생하는 소성변형은 편장석이 많은 골재의 사용이 큰 원인이 됨이 밝혀졌다. <표 2.1>과 <그림 2.1>은 동일한 모암에 대해 입형을 달리하여 파쇄한 골재를 사용하여 동일한 입도와 동일한 아스팔트 함량을 사용하여 휠트랙킹시험을 실시한 결과이며, <표 2.2>와 <그림 2.2>는 서로 다른 석산에서 생산된 동일입도와 동일 아스팔트 함량을 사용하여 휠트랙킹 시험을 실시한 결과를 표와 그래프로 나타내었다.
아스팔트 혼합물용의 굵은 쇄석 골재에 대한 KS규정은 <표 2.3>에 나타낸 바와 같다. 현재 아스팔트 플랜트에서 아스팔트 표층과 기층용으로 일반적으로 사용되는 굵은 골재의 번호는 <표 2.3>에서 보는 바와 같이 467호(40mm～No.4), 57호(25mm～No.4), 67호(19mm～No.4), 78호(13mm～No.8) 이다. 석산에서 이와 같은 입도의 골재의 생산을 선호하는 이유는 단립화된 쇄석 골재보다 생산이 쉽고 대량생산이 가능하며 또한 콘크리트용 부순돌로서 동시에 공급할 수 있기 때문이다. 그러나 골재의 입도를 467호, 57호, 67호, 78호처럼 입도가 넓은 범위로 생산된 골재를 사용하여 아스팔트 혼합물의 시방 입도를 맞추는 것이 그리 어려운 일은 아니지만, 목표로 하는 입도에 정확히 맞추거나 결정된 합성입도를 수정하여 몇 개의 원하는 입도곡선을 얻는 것은 쉽지 않은 일이다. <그림 2.3>은 이러한 골재를 사용 하여 입도합성을 실시할 때의 입도 중복을 나타내고 있는데 <그림 2.3>에서 알 수 있는 것처럼 핫빈에 일반적으로 저장되는 골재 크기가 1Bin에는 6mm이하, 2Bin에 는 6mm～13mm, 3Bin에는 25mm～13mm, 4Bin에는 40mm～25mm 크기의 골재가 저장되는 데 이러한 각 빈의 영역에 콜드빈에서 사용되는 골재 중 2～3종류가 영향을 미침으로써 아스팔트 플랜트의 오퍼레이터가 골재의 오버플로우(Overflow)를 방 지하기위해 흔히 사용하는 콜드빈의 조작에 의해 실제 생산되는 혼합물의 입도는 배합설계시의 입도와는 전혀 다른 입도로 되는 문제가 발생한다. 또한, 이렇게 넓은 분포 범위의 골재를 생산하게 되면 골재의 입형을 개선시키기가 어렵고 편장석의 발생이 많아서 아스팔트 혼합물용 골재로서의 품질이 저하될 수 있다. 편장석이 적고 입형이 좋으며 입도합성이 용이한 골재의 생산을 위해서는 357호, 467호, 57호, 67호, 68호, 78호와 같은 넓은 입도영역의 골재에 대하여 아스팔트 혼합물용 굵은 골재로 사용하는 것을 제한하고, 3호, 4호, 5호, 6호, 7호, 8호와 같은 단립도 쇄석으로만 생산할 수 있도록 시방기준을 개정하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.
2) 아스팔트 혼합물의 배합설계
마샬공시체의 제작시 혼합물 다짐온도는 마샬 물성치에 큰 영향을 미치기 때문에 각기 다른 다짐온도에서 다짐된 동일한 혼합물의 물성치는 결국 최적 아스팔트 함량이 다르게 결정되는 원인을 제공하게 된다. 본 연구에서는 3개 정유사의 아스팔트에 대한 점도시험에서 나온 평균 결과를 사용하여 배합설계시 마샬공시체를 제작할 때의 침입도 60～70의 아스팔트를 사용하는 혼합물의 혼합온도와 다짐온도를 <표 2.8>과 같이 표준화하였다. 그러므로 실내에서 마샬햄머로 공시체를 다질 경우 <표 2.8>에 규정된 다짐온도를 반드시 지켜야한다. 그리고 마샬공시체 다짐시에 혼합물의 온도저하를 방지하기 위하여 마샬몰드와 저판 및 다짐판도 다짐온도와 동일하게 가열하여 사용하여야 한다.
3) 아스콘 플랜트 품질관리 주안점과 장비 개선
현장배합(JMF)이란 실내배합에서 결정된 골재배합비와 아스팔트 함량을 사용하여 본 시공전에 배합설계된 입도와 가장 가까운 핫빈 배합비를 결정하여 실제 공사에 사용될 혼합물을 현장 플랜트에서 생산하여 채취하고 배합설계시와 동일한 조건으로 실내에서 마샬공시체를 만들어 아스팔트 혼합물이 품질기준에 적합한지를 결정하는 것이다. 실제 현장 플랜트 조건은 실내 조건과 상이하여 아스팔트 혼합물의 물성치가 다르게 나타나는 것이 보통이다. 이러한 문제의 해결을 위하여 콜드빈 골재에 대한 예비 배합설계를 실시하여 예비 배합설계에서 결정된 합성입도가 되도록 각 콜드빈 골재의 유출량을 조정하여 드라이어(Dryer)로 투입하고, 핫스크린을 통하여 핫빈에 저장된 골재를 채취하여 체분석을 실시한 후 예비 배합설계시 결정된 합성입도와 가장 가까운 입도합성이 되도록 각 핫빈의 배합비를 결정한다. 이렇게 결정된 핫빈 배합비를 사용하여 실내 배합설계시 결정된 최적 아스팔트 함량 -0.5 %, 최적 아스팔트 함량, 최적 아스팔트 함량 +0.5 %의 순으로 각각 플랜트에서 혼합물을 생산하여 샘플을 채취하고, 실내 배합설계시와 같은 조건으로 이 3종류의 혼합물에 대하여 공시체를 제작한 후 마샬 물성치를 계산하고 배합설계 기준에 맞는지를 검토한다. 배합설계시의 조건과 다를 경우 배합설계 기준에 맞게 아스팔트 함량을 조절한다. 이렇게 하여 결정된 핫빈의 배합비와 아스팔트 함량을 적용하여 생산한 혼합물이 최종적으로 현장배합이 완료된 아스팔트 혼합물이다. 생산된 혼합물에 대한 품질관리 기준은 실내 배합설계서에 명시된 합성입도와 최적 아스팔트 함량이 아니고 현장배합(JMF)에서 최종적으로 결정된 아스팔트 함량과 현장배합시 생산된 혼합물의 추출입도 또는 현장배합에서 결정된 핫빈(Hot Bin) 배합비를 합성한 입도곡선이 품질관리의 기준이 된다. 따라서 현장배합 오차를 결정하는 기준이 되는 입도곡선은 최종적으로 결정된 아스팔트 함량을 사용하여 플랜트에서 생산된 혼합물에 대한 추출시험 결과로 나온 추출입도나 현장배합에서 결정된 핫빈(Hot Bin) 배합비를 합성한 입도곡선이 사용되어야 한다.