석분

왜 배우는가: 석분(Filler)은 아스팔트 혼합물의 공극과 아스팔트 모르타르 성질을 좌우하는 미분 재료로, 혼합물의 소성변형·수분 저항·내구성을 결정한다. 포장 배합설계와 재료 선정 문제에서 반복적으로 출제되는 기초 개념이므로 정확한 정의와 종류를 익혀야 한다.

출제 이력: 제113회 1교시 7번, 제104회 3교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

석분(Filler)은 아스팔트 혼합물에서 0.075mm체를 통과하는 미세 광물질 분말로, 아스팔트와 결합해 아스팔트 모르타르(Mastic)를 만들고 골재 사이의 공극을 채우는 재료다.

석분은 0.075mm체 통과량을 확보하여 아스팔트 모르타르를 형성하는 광물질 분말이다.

핵심 키워드

• 석분(Filler)
• 광물성 채움재(Mineral Filler)
• 아스팔트 모르타르(Asphalt Mastic)
• 0.075mm체 통과량
• 골재 간극률(VMA)
• 소석회(Hydrated Lime)
• 회분(Fly Ash)
• 비표면적

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 석분은 골재 사이의 빈틈을 메우고 아스팔트를 단단하게 붙들어 주는 아주 고운 가루다. 굵은 골재와 잔골재가 만든 뼈대의 틈을 채워 혼합물을 치밀하게 만든다.

정식 정의는 다음과 같다. 석분은 골재 중 0.075mm체를 통과하는 미분 성분 또는 이를 목적에 맞게 제조한 광물질 분말로서, 아스팔트 바인더와 혼합되어 아스팔트 모르타르를 형성하는 재료이다.

광물성 채움재는 천연 석회석 분말, 시멘트, 소석회, 플라이애시 등 광물 기원의 분말을 통칭하는 말이다. 석분과 같은 뜻으로 쓰이지만 재료의 기원을 강조할 때 쓴다.

아스팔트 모르타르는 석분과 아스팔트 바인더가 섞인 혼합 물질이다. 골재를 감싸는 막을 만들어 혼합물의 강성과 점성을 결정한다.

비표면적은 단위 질량당 입자 표면적이다. 석분의 입자가 작을수록 비표면적이 커져 아스팔트를 더 많이 흡착하고 모르타르의 점도가 높아진다.

3. 등장 배경과 필요성

아스팔트 혼합물은 굵은 골재와 잔골재의 맞물림으로 하중을 견딘다. 그러나 굵은 입자와 잔골재만으로는 세립분이 부족해 골재 사이에 큰 공극이 남고, 아스팔트 필름이 얇아져 내구성이 떨어진다. 이 문제를 보완하기 위해 미분 재료를 일정량 더하는 방법이 쓰였고, 이것이 석분 사용의 출발점이다.

석분이 없으면 아스팔트 바인더가 골재 표면에 얇게 퍼져 박리(Stripping)와 소성변형에 취약해진다. 석분은 바인더의 강성을 높여 고온에서 흘러내림을 줄이고, 수분이 침투할 때 바인더 피막이 벗겨지는 현상을 억제한다.

채움재의 종류에 따라 저온 성능에 불리한 영향을 줄 수도 있으므로 종류와 함량을 함께 선정해야 한다는 점도 지적된다.

석분 함량은 혼합물 배합설계에서 0.075mm체 통과량과 함께 관리된다. 통상 골재 전체 질량 대비 수 % 수준에서 조정되며, 과다하면 혼합물이 뻑뻑해져 다짐이 어렵고 부족하면 공극률이 커진다.

0.075mm체 통과량

4. 구성요소·원리·절차

석분(Filler)은 아스팔트 혼합물에서 0.075mm 체 통과분에 해당하는 미분말이며, 아스팔트 바인더와 섞여 아스팔트 모르타르(마스틱)를 이룬다. 혼합물의 구성 요소는 굵은골재·잔골재·석분·아스팔트 바인더로 나뉘고, 석분은 골재 입자 사이 빈틈을 메우는 역할을 한다.

석분은 입자가 미세하여 비표면적이 크다. 그래서 아스팔트 바인더를 얇은 막으로 넓게 흡착시켜 마스틱의 강성을 높인다. 이 원리로 고온에서 소성변형에 대한 저항이 커지고, 혼합물의 공극률을 조절하는 효과도 생긴다. 반대로 석분이 과다하면 혼합물이 뻑뻑해져 다짐이 어렵고, 저온에서 균열이 생기기 쉬워진다.

석분 배합의 기본 절차는 다음과 같다.

• 골재 입도 분석으로 0.075mm 체 통과분(석분 후보)을 확인한다.
• 석분의 비중·비표면적·소수성 등 물리·화학 성질을 시험한다.
• 목표 공극률과 골재 간극률을 기준으로 석분 함량을 정한다.
• 마스틱 수준에서 강성과 수분 저항성을 확인한 뒤 최적 아스팔트 함량과 함께 확정한다.
• 시공 중 석분 입도와 함량을 관리한다.

이때 석분의 입도 분포와 비표면적이 마스틱 성능을 좌우하는 가장 중요한 물리 특성으로 알려져 있다. 석분은 그 기원에 따라 성능 차이가 크므로, 같은 함량이라도 종류를 바꾸면 결과가 달라진다.

5. 관련 법령·기준·표준

석분의 품질은 도로 포장용 골재·채움재 규격에 따라 관리한다. 국내 아스팔트 혼합물 기준은 한국산업규격(KS)과 국토교통부 아스팔트 콘크리트 시공지침을 따른다. 아래 표는 배합설계에서 석분과 혼합물에 함께 적용하는 기준값이다. 값은 혼합물 종류와 교통량에 따라 달라질 수 있다.

석분이 건조한 상태에서 이물이 없어야 하고, 입도가 고르게 분포해야 한다. 소수성 석분은 골재와 아스팔트의 부착을 높여 박리 저항성을 개선하는 것으로 알려져 있다.

석분 기준은 도로 포장에서 혼합물 기준과 함께 쓰이므로 개별 값을 단독으로 외우지 않는다. 배합설계 단계에서 공극률·포화도·골재 간극률을 함께 확인하는 것이 핵심이다.

개정 연혁: 국내 석분 관련 규격은 아스팔트 혼합물 기준의 개정에 따라 함께 바뀌어 왔다.

6. 유형과 비교

석분은 원료와 제조 방법에 따라 종류가 나뉜다. 가장 많이 쓰는 것은 석회석분이며, 이 밖에 소석회, 시멘트, 플라이애시가 채움재로 쓰인다. 종류마다 아스팔트와 섞였을 때의 효과가 달라서 포장의 요구 성능에 맞춰 고른다.

소석회는 아스팔트와의 부착을 높여 수분에 의한 박리를 줄인다. 플라이애시는 소수성이라 박리 저항이 좋고, 아스팔트 매트릭스의 강성을 높여 소성변형 저항을 키운다.