개질아스팔트

왜 배우는가: 개질아스팔트는 고온 소성변형과 저온 균열, 수분에 의한 박리를 줄이기 위해 기본 아스팔트에 고분자나 고무 등을 섞은 재료로, 포장 설계와 보수 공사에서 자주 쓰인다. 기술사 시험에서는 정의, 개질 목적, 종류 비교가 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제118회 1교시 9번, 제90회 1교시 13번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

개질아스팔트는 기본 아스팔트에 고분자·고무 등 개질재를 혼합하여 점도·탄성·내열성·내수성 등 성능을 높인 포장용 결합재다.

핵심 키워드

• 개질아스팔트(Modified Asphalt)
• 개질재: 고무분말(CRM), SBS 등 고분자 재료
• 소성변형 저항성: 고온에서 바퀴 자국이 생기지 않는 성질
• 균열 저항성: 저온 및 반사균열에 견디는 인성
• 점탄성(Viscoelasticity)
• 연화점과 침입도
• 고무아스팔트(Asphalt Rubber)
• 배수성 포장과 SMA와의 연계

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 일반 아스팔트는 여름에 무르고 겨울에 잘 갈라진다. 여기에 고무나 고분자를 섞으면 더위에도 덜 흐르고 추위에도 덜 깨진다.

정식 정의는 다음과 같다. 개질아스팔트는 스트레이트 아스팔트에 개질재를 첨가하여 아스팔트의 점도, 탄성 회복력, 연화점, 내마모성을 개선한 결합재를 말한다. 개질재의 종류에 따라 고무계, 고분자계, 기타 첨가제계로 나눈다.

핵심 용어는 다음과 같다.

• 개질재: 아스팔트 물성을 바꾸기 위해 넣는 재료다. 고무분말과 SBS 등 고분자가 대표적이다.
• 고무아스팔트(ARC): 아스팔트 바인더에 고무분말을 첨가한 것으로, 내구성이 증대하고 산화가 줄며 균열 저항성이 커진다.
• 점탄성: 힘을 받으면 탄성과 점성이 함께 나타나는 성질이다. 개질아스팔트는 이 성질을 넓힌 재료다.

3. 등장 배경과 필요성

일반 스트레이트 아스팔트는 교통량 증가와 중차량 통행으로 소성변형이 쉽게 생긴다. 기온이 높은 시기에는 표면이 흘러 바퀴 자국이 깊어지고, 기온이 낮은 시기에는 피로균열과 저온균열이 발생한다.

이 문제를 줄이기 위해 1950년대 초반 고무계 개질 아스팔트가 처음 개발되었다. 이후 1960년대 후반에 SBS 고무 개질 아스팔트가 등장하여 노화 저항성과 마모 저항성이 개선되었다. 현재는 고속도로, 공항, 교량 교면포장, 배수성 포장 등 고성능이 요구되는 구간에 적용한다.

또한 시멘트 콘크리트 포장 위의 아스팔트 덧씌우기에서 발생하는 반사균열을 억제하는 수단으로도 쓰인다. 고무아스팔트 개립도 혼합물은 인성이 커서 이 목적에 기대되고 있다.

아스팔트 최적 함량 8% 내외는 고무아스팔트 갭입도 혼합물의 참고 수치다(출처: 고무아스팔트 설계 자료).

개질아스팔트는 공사비가 일반 아스팔트보다 높다. 따라서 교통량, 기후, 포장 기능을 함께 따져 적용 구간을 정하는 것이 필요하다.

4. 구성요소·원리·절차

개질아스팔트는 기층 바인더인 스트레이트 아스팔트에 고무·열가소성 수지 등 개질재(Modifier)를 혼합해 성능을 높인 아스팔트다. 구성은 기본 바인더와 개질재, 그리고 안정제로 나뉜다. 개질재는 고온에서 점도를 높여 소성변형을 줄이고, 저온에서는 탄성을 유지해 균열을 줄인다.

표의 구성요소는 개질재의 종류에 따라 성능이 달라진다. 고무계 개질재는 탄성 회복력이 크고, 열가소성 고무(SBS)는 고온 안정성과 저온 신율을 함께 높인다.

개질아스팔트의 원리는 고온 점도 상승과 저온 탄성 회복의 두 가지다. 개질재가 아스팔트 중에 3차원 망상구조를 만들면 고온에서 흐름이 줄고, 저온에서는 응력을 흡수해 균열이 적게 생긴다.

• 기본 바인더를 가열해 유동성을 확보한다.
• 개질재를 일정 온도에서 투입하고 전단 혼합으로 고르게 분산시킨다.
• 숙성 과정을 거쳐 개질재가 아스팔트에 팽윤되도록 한다.
• 골재와 혼합해 아스팔트 혼합물을 만든다.
• 포설 후 충분히 다져 성능이 발현되도록 한다.

개질아스팔트 혼합물의 성능은 개질재 함량과 혼합 온도에 따라 달라지므로, 제조 단계의 온도 관리가 품질의 핵심이다.

개질재가 3차원 망상구조를 만들어 고온 소성변형과 저온 균열을 함께 억제한다

5. 관련 법령·기준·표준

개질아스팔트 혼합물의 기준은 국토교통부 「아스팔트 혼합물 생산 및 시공 지침」과 「도로공사 표준시방서」가 중심이다. 순환골재를 아스팔트 콘크리트에 쓸 때는 순환골재 품질기준의 아스팔트 콘크리트용 규정을 함께 따른다.

표의 기준은 순환골재 품질기준 6절과 고무아스팔트 설명에 근거한다. 개질재별 세부 시험 기준(연화점·신도·탄성회복률 등)은 개질아스팔트 시방 규정에 따르며, 그 값은 본 표에 포함하지 않는다.

순환골재 품질기준은 2022년 1월 1일 기준 3년마다 재검토하도록 정하고 있다. 따라서 개정 여부는 매 재검토 시점의 공고로 확인한다.

개정 연혁

순환골재 품질기준은 건설폐기물의 재활용 촉진에 관한 법률 제35조의 품질기준과 연계되어 운영된다. 개질아스팔트 관련 세부 규정은 아스팔트 혼합물 생산 및 시공 지침의 개정에 따라 바뀐다.

6. 유형과 비교

개질아스팔트는 개질재의 종류와 목적에 따라 여러 유형으로 나뉜다. 대표적으로 고무계 개질아스팔트, 열가소성 엘라스토머계(SBS) 개질아스팔트, 고무분말 개질아스팔트(CRM)가 있다. 유형마다 개질 효과와 적용 대상이 달라 시험 답안에서는 비교표로 정리하는 것이 효과적이다.

표는 개질재의 종류별 주된 효과를 보여준다. 답안에서는 개질재 종류와 기대 효과를 함께 쓴다.

개질아스팔트는 용도에 따라 고점도 개질 아스팔트와 일반 개질 아스팔트로도 구분한다. 고점도 개질 아스팔트는 갭입도 고무아스팔트 혼합물의 골재 탈리와 균열을 막기 위해 쓰이며, 점도가 높아 골재 피막 두께를 확보한다.