:: 유닉스라바에 오신걸 환영합니다! ::

by Jack L.Van Kirk jack@slurry.com

P.E, Senior Materials and Research Engineer with the California Department of Transportation, Office of Transportation Materials and Research 5900 Folsom Boulevard, Sacramento, CA 95819, (916)227-7300
Presented at a meeting of the Rubber Division, American Chemical Society Anaheim, California May 6-9, 1997

번역 : 홍상일/(주)유닉스라바 기획이사/sihong@unixrubber.com

초록

캘리포니아 교통국(Caltrans)은 아스팔트 콘크리트(AC)에 재활용 고무를 사용한 경험을 많이 갖고 있다. 이런 경험은 1978년부터 시작됐으며 현재까지 계속되고 있다. 지난 경험으로 볼 때 아스팔트 콘크리트에 고무를 사용하는 것은 비용 효율적이라는 것이 입증되고 있다.
초기의 시공에서 Caltrans는 고무아스팔트 콘크리트(RAC)의 두께를 일반 아스팔트 콘크리트의 두께와 동일하게 적용하였다. 이러한 초기 시공에서 RAC는 AC에 비하여 놀라운 성능을 보였으며 대부분의 초기 시공 도로들은 아직까지도 공용 중에 있다. 1983년 한 시공 현장에서 일반 AC의 설계 두께에 비하여 줄어든 두께를 적용하여 RAC를 시공하였다. 이 시공 현장의 결과는 보다 얇은 RAC 구역이 보다 두꺼운 일반 AC 구역보다 성능이 더 뛰어나다는 것이었다.
1992년 2월, Caltrans는 RAC에 대한 잠정적인 설계 지침(Interim Design Guide)을 개발하였다. 이러한 설계 지침은 FHWA에 의해 승인되었으며 그 덕분에 캘리포니아에서는 승인된 포장 보수 방법으로 일상적으로 사용할 수 있게 되었다. 이러한 지침이 승인되고 나서부터 캘리포니아에서의 RAC 사용은 급격히 증가되었다. 그러나, 1993년과 1994년에, Caltrans 시공 현장에서 노동자들이 병에 걸렸다는 불평이 불거져 올랐다. Caltrans는 1993년에 시작하여 15개 이상의 시공 현장에 대한 대기 방출 시험(Air Emissions Test)을 실시하였다. 시험 결과 인정할만한 노동자의 노출 수준이 이러한 시공 현장들에서 초과되지 않았다. Caltrans는 RAC 시방을 개발하고 다듬기 위한 영구적인 상임 위원회를 통하여 업계와 공동 보조를 취하고 있다.

개관

Caltrans는 고무 개질 아스팔트 콘크리트 또는 고무아스팔트 콘크리트(RAC)를 19년 이상 사용해 왔다. RAC를 사용한 최초의 시공은 1978년이며 그 이래로 RAC에 대한 상당히 많은 경험을 쌓아 왔다. 이러한 경험은 RAC에 대한 현장 시험 시공 뿐 아니라 실험실에서의 연구를 포함한다. Caltrans는 RAC 덧씌우기를 사용하여 130회 이상의 덧씌우기 보수 시공을 해 왔다. 이러한 시공 현장들 마다 각기 다른 고무 개질 유형을 포함하고 있다. 그러나 3개의 시공 현장을 제외한 모든 시공 현장에서 재활용 타이어 고무 분말을 사용하였다. 건식 공법을 사용한 현장이 7개였는데 이는 아스팔트가 첨가되기 전에 재활용 고무가 골재에 첨가되는 공법이다. 나머지 모든 시공 현장은 습식 공법을 사용하였는데 이는 재활용 타이어 고무가 우선 아스팔트와 혼합하여 반응되어 고무아스팔트 바인다를 형성하고 다음으로 골재에 첨가되는 공법이다. 습식 공법은 재활용 고무를 아스팔트 콘크리트에 적용하는 가장 비용 효율적인 방법이라는 것이 입증되었다.
전반적으로 볼 때 Caltrans의 보수 프로그램은 아주 성공적인 것으로 판명되었다. 그러나, 타이어 체인이 사용되는 눈이 많은 지역에서는 밀입도 아스팔트 콘크리트(DGAC)를 사용했을 때 의 경우 설계된 수명에 미치질 못해 결과적으로 유지보수 비용이 증가하였다. 1978년 눈이 많은 지역을 위한 보다 내구성 있는 혼합물을 발견하려는 탐구의 일환으로 Catrans는 RAC 혼합물에 관한 실험을 시작하였다. 이 그후 실험실 연구 결과 RAC 혼합물은 일반 DGAC와 비교할 때 마모에 저항이 더 있는 것으로 나타났다. 현장 투수성 시험 결과 또한 RAC 혼합물이 극히 낮은 투수성을 지닌 것으로 나타났다. 이러한 낮은 투수성은 아마도 포장 매트로 물이 침투하는 것을 줄여주고 결과적으로 결빙-해빙 손상을 낮혀 주는 것으로 이해됐다. 낮은 투수성은 또한 산화를 감소시키고 따라서 노화율을 낮혀 준다. 눈이 많은 지역에서의 성공 때문에 Caltrans는 RAC 혼합물의 사용을 확대하기 시작하였다.

배경

1983년 이전에 시공된 RAC 도로는 일반 DGAC의 두께와 동일 두께로 시공되었다. 그러나 1983년 한 시공 현장(캘리포니아 북동부 RT. 395)에서 줄어든 두께(일반 DGAC의 설계 두께에 비교하여)의 RAC를 사용한 3가지 시험 구간을 포함한 다양한 덧씌우기 방법을 사용하였다. 그 시공 현장에는 다양한 두께의 일반 DGAC도 함께 포설되었다. 이 시공 현장은 그당시는 몰랐지만 이후에 RAC 혼합물을 포함한 Caltrans의 보수 방법에 일대 전환점을 가져오게 되었다. 1983년 이후로도 한동안 Caltrans는 계속해서 여러 시공 현장에 RAC 두께와 일반 DGAC의 두께를 동일하게 비교하여 시공하였다. 그동안 RAC 덧씌우기에 대한 데이터들이 검토되고 쌓여나갔으며 일반 DGAC와 비교해볼 때 보다 적은 비용으로 보다 긴 공용 연수를 제공하는 것으로 드러났다. 이 시점에서 RAC 시험 구간 덧씌우기에 대한 Caltrans의 방법에 변화가 생겼다. 이후 이어지는 모든 시공 현장은 적절하기만 하다면 일반 DGAC가 사용될 때 요구되는 두께 보다 얇은 두께의 RAC 덧씌우기를 반드시 포함할 것이 결정되었다. 줄어든 두께를 적용한 시공 현장이 1992년까지 계속되었다. 그 때부터 줄어든 두께의 RAC의 사용은 Caltrans 보수 프로그램의 일상적인 방법이 되었다.

Caltrans에서 사용된 RAC의 유형

RAC 덧씌우기를 사용한 Caltrans의 보수 시공은 고무 개질 : 밀입도 아스팔트 콘크리트(DGAC), 개립도 아스팔트 콘크리트(OGAC), 갭입도 아스팔트 콘크리트(GGAC)와 아리조나 유형 및 3층 시스템(3 layer system)을 포함하고 있다. 이러한 덧씌우기들은 강성 포장(PCC) 뿐 아니라 연성 포장(AC) 위에 포설되었다. 도한 이러한 시공 현장들에는 다음 6가지 유형의 RAC가 사용되었다.

① 탈황 처리된 재활용 고무를 건식 공법을 사용하여 DGAC 혼합물에 첨가
② 가황 재활용 타이어 고무를 건식 공법을 사용하여 갭입도 골재와 아스팔트 시멘트에 첨가
③ 가황 재활용 타이어 고무와 일반 아스팔트를 사전 혼합하여 고무아스팔트 바인다를 만들어(즉, 습식 공법) 밀입도, ④갭입도, ⑤개립도 골재에 첨가
⑥ 바인다를 아리조나 유형의 3층 시스템인 SAMI 공법에 사전-코팅 칩으로 사용
SAMI는 다른 RAC 혼합물과 함께 사용되기도 한다. 현재 Caltrans는 압도적으로 많은 수의 갭입도 RAC 혼합물을 도로 보수 계획에 적용하고 있다.

덧씌우기 설계

Caltrans는 비파괴-기초 설계 절차를 사용하여 연성 포장에 대한 보수를 실시하고 있다. 이러한 절차는 RAC 덧씌우기에도 마찬가지로 적용되고 있다. 초기의 RAC 시공에서 RAC 덧씌우기 설계 두께는 일반 DGAC 비파괴 검사에서 나온 두께와 동일 두께였다. 설계 수명은 정상적으로 공용시 10년이며 이 기간 동안 단지 경미한 보수만 예상되는 것이었다.
1992년, Caltrans는 줄어든 두께의 RAC 덧씌우기의 사용을 연방 기금 보수 계획의 승인된 방법으로 허락해 줄 것을 FHWA에 요청하였다. 이러한 요청은 줄어든 두께의 RAC 시공 현장에 대한 성공적인 현장 경험에 기초하여 받아들여 졌다. 그 때에 고무아스팔트 가열 혼합물 갭입도에 대한 잠정적인 두께 결정 지침(첨부 A)이 개발되었고 FHWA에 의해 승인되었다. 이 지침은 Caltrans 및 여타 지역에서 얻게될 현재 및 미래의 결과들로 계속 개량되고 제정될 것이기 때문에 잠정적인 것으로 여겨지고 있다.
DGAC 덧씌우기를 포함한 PCC 포장의 보수에는 다른 접근 방법이 사용되고 있다. 10년의 설계 수명을 시도하여 얻기 위해서, 초기의 접근 방법(1982년 이전)은 기존의 PCC 포장의 상태에 따라 75mm 에서 150mm 까지 DGAC 덧꾁우기를 포설하는 것이었다. 그러나, 10년의 설계 수명이 이루어지지 않았다. 1983년 이후, 이 방법은 변하였다. PCC 포장은 이제 균열이 나고 바닥이 처져 가라앉고 하여 DGAC 면갈이로 포설되고 포장 강화 섬유가 포설되며, 마지막으로는 DGAC 75mm를 2층으로 덧씌우기하게 되었다. 이와 동일한 접근 방법이 PCC 포장에 대한 RAC 덧씌우기에도 적용되었다. 그러나 포장 강화 섬유는 SAMI로 대체되고 75mm 두께의 DGAC는 45mm 두께의 RAC 덧씌우기로 대체되었다. 이를 아리조나 유형의 3층 시스템이라고 한다. RAC는 보통 갭입도이거나 개립도였다.

배합 설계

Caltrans는 빔 배합 설계를 조금 변화시켜 모든 RAC 혼합물에 사용하고 있다. 혼합과 다짐 온도는 증가된다. 골재의 요구 온도는 149℃에서 163℃ 사이이다. 결합된 혼합물에 대한 다짐 요구 온도는 144℃ 에서 149℃ 사이이다. 빔 안정도 요구치는 최소 23 보다 낮다. 시공업자에 의해 공급되는 고무아스팔트 바인다는 일반 DGAC에 사용되는 것과 똑같은 등급 및 품질 요건을 만족시키는 골재에 첨가된다. 개립도와 밀입도 RAC 혼합물에 대한 바인다의 함량은 일반 아스팔트 혼합물에서의 함량 보다 약 20% 정도 높은 것이 정상이다. 갭입도 혼합물에 대한 바인다의 함량은 일반 아스팔트 혼합물에서의 함량 보다 약 40% 정도 높은 것이 정상이다.

비용 분석

고무아스팔트 바인다의 비용은 일반 아스팔트보다 약 2배 또는 1.5배 정도 된다. 이는 RAC 톤당 비용을 일반 DGAC 보다 약 30%∼40% 정도 상승시킨다. 과거 Caltrans에서 시공한 대부분의 RAC 현장은 아주 적은 량에 불과해서 고무아스팔트 바인다에 대한 비용이 결과적으로 높았다. 그러나 Caltrans가 RAC를 일상적으로 사용하게 되면서 부터는 고무아스팔트 바인다의 비용에 현저한 감소를 가져왔다. Caltrans의 경험에 의하면 (일반 아스팔트와 비교할 때) 줄어든 두께를 사용하면 RAC 덧씌우기는 비용 절감 효과가 있다는 것이 확실하다.

시공

Caltrans RAC 덧씌우기 시공은 비록 몇가지 중요한 차이가 있긴 하지만 일반 아스팔트 콘크리트 덧씌우기와 매우 유사하다. 첫째, 149℃∼163℃의 고온에서 혼합물이 포설되어야 한다. 갈퀴질은 혼합물의 온도가 144℃ 아래로 떨어지기 전에 끝내야 한다. 왜냐하면 혼합물이 식으면 뻣뻣해져서 칼퀴질하기가 매우 힘들기 때문이다. 초기 전압은 혼합물 온도가 144℃ 아래로 떨어지기 전에 완료되어야 한다.혼합물이 144℃나 그상의 온도에서 다져지면 아주 훌률한 상대 다짐 밀도를 손쉽게 얻을 수 있는 것이 보통이다. 밀입도 RAC에서는 96%에서 98%의 상대 다짐 수치가 보통 일반적이다. 그러나, 갭입도 RAC의 다짐은 혼합물이 일반 DGAC 보다 빨리 식기 때문에 더 힘들다. 적정한 온도를 이용한다면 적합한 다짐을 얻을 수 있다.

RAC 경험

Caltrans는 RAC 혼합물을 주의 여러 지역과 상이한 기후 지역에 사용하였다. 초기 시공 중 많은 것들이 마모 저항, OGAC 야간 포설, 얇은 연성 교면 덧씌우기 및 사막의 AC 포장 보수 같은 특정 문제를 해결하기 위하여 포설되었다. 일반적으로, 직접적인 비교가 가능하도록 일반 DGAC를 포함한 조정 구역이 초기 시공에는 설치되었다.
RAC 혼합물은 교량 상판, 도로 휴게소, 주차장 및 고,중,저지대 도로에 사용되어 왔다. 해를 거듭할수록 RAC 혼합물은 주의 모든 지역에서 비용 절감 효과를 보이는 공용성을 발휘하는 것으로 입증됐다.

RAC 시공에서 연기 배출 문제

1993년, 많은 노동자들이 작업중 병에 걸렸다고 불평하는 RAC 시공 현장들이 많이 있었다. 1993년부터 Caltrans는 15개 이상의 포장 현장에서 개인별 위생 데이터를 수집하였다. 이러한 데이터들은 제품의 건강 및 안전 위험도를 평가하기 위하여 포장 시공자들을 통하여 수집되었다. (1)피니셔에 혼합물을 덤프하는 동안과 (2)휘니셔가 그것을 펼치는 동안 개인용 공기 샘플 펌프가 개별 노동자들에게 착용되었다. 고무아스팔트 냄새 측정을 위한 공기 샘플은 혼합물이 펴지는 휘니셔 바로 뒤와 휘니셔 오거 바로 위에서 채취되었다. 이 부위가 가장 냄새가 집중되는 열악한 부분으로 간주되었다. 모아진 데이터에 의하면 포장하는 동안 노동자들의 노출은 Cal-OSHA의 허용한계치 이하라는 것이 드러났다. 이런 결과들에 기초하면, RAC 냄새에 대한 노출은 장기적 또는 만성적으로 건강에 위험스러울 것이 전혀 없다는 것이다. 그러나, 과거의 포장 시즌에서부터 제기된 건강 불평의 경우에 기초하면, 단기적인 급격한 건강상의 영향이 아직도 발생할 수 있다. 이러한 불평은 포장 시공 중에 생기는 아스팔트 냄새(연기)의 양과 그 연기에 대한 개인적인 민감성과의 조합과 관련되어 나타나고 있다. 1994년 1월, 혼합 온도, 연기와 불평 사이에는 직접적인 관련이 있다는 것이 결론난 이후로 RAC 시방은 보다 낮은 온도의 혼합(플랜트 측정온도 기준 177℃에서 163℃로)으로 바뀌었다. 이런 변화의 결과로 1995년에는 어떠한 불평도 기록된 바 없다. 그러나, 건강 불평이 1996년 포장 시즌에 다시 제기되었다. 이러한 불평의 결과로 그 불평의 원인을 밝히기 위해 추가 연구가 수행될 예정이다.

요약

Caltrans는 RAC 혼합물에 관한 상당히 많은 경험을 보유하고 있다. 이러한 경험으로부터 일반 DGAC와 비교할 때 RAC 혼합물은 보다 높은 굴절 저항성을 보여줌을 알 수 있었다. 또한 RAC 혼합물은 훨씬 두께가 두꺼운 일반 DGAC보다 뛰어난 공용성을 보였다. RAC 혼합물은 결과적으로 산화 및 노화를 감소시키는 낮은 투수성을 나타냈다. 그것은 또한 눈이 많은 지역에서 체인에 의한 마모에 저항성이 강한 것으로 입증되었다. RAC 혼합물이 지닌 이 모든 바람직한 특성들은 유지보수 비용을 줄여주고 궁극적으로 그에 상응하는 연간 비용을 감소시켜 주는 결과를 낳았다.
그러나, 건강에 대한 문제가 향후에도 계속된다면 RAC의 사용은 위태롭게 될 것이다. RAC 혼합물의 사용이 만성적인 건강 위협을 제기하지 않는다는 것이 입증되었다 하더라도 이러한 불평들에 대한 연구는 그것이 없어질 때 까지 계속될 것이다.
현재, Caltrans는 고무 개질 아스팔트 콘크리트 혼합물이 아마도 강성 포장 및 연성 포장에 대한 보수에 있어서 장차 주된 역할을 담당하게 될 것이라 믿고 있다. RAC 혼합물이 하게 될 역할은 최근 완료된 시공 현장과 다음 몇 년 사이에 시공될 현장의 공용성에 달려 있다. 줄어든 두께의 RAC가 초기의 시공에서 입증된 것과 같은 성공을 거두고 건강에 대한 불평이 없어지게 된다면 이 제품의 사용에 있어서 폭발적인 증가가 있으리라 본다.

<첨부A>고무아스팔트 혼합물 갭입도 두께 결정 지침(FHWA 승인)

· 포장체의 구조적인 필요에 요구되는 일반 DGAC의 두께를 결정한다.(이는 비파괴나 현행 Caltrans의 절차를 사용하여 구조적인 구역 강도(stiffening)에 기초한다.)
· (현행 Caltrans의 절차를 사용한) 반사 균열 억제에 요구되는 일반 DGAC의 두께를 결정한다.
· 항목 1, 2의 요건을 만족시키는 DGAC 덧씌우기 두께를 선정한다.
· 표1 또는 표2를 사용하여 SAMI를 동반할 경우 또는 아닌 경우로 나누어 ARHM-GG에 상응하는 두께를 결정한다. 구조적인 필요 조절일 때는 표1을 사용하고 반사균열 억제 조절일 때는 표2를 사용한다.
· 보수될 포장체의 ride score가 허용된 최대치보다 클 경우와 항목1의 구조적인 필요가 전혀 없을 경우는 다음 중 하나를 선택한다.

a) ARHM-GG를 0.10피트 만큼 두 번 올린다.
b) 0.10피트 깊이로 Cold plane한 다음, 상기 항목1에서 4까지 절차로 결정된 두께에 의해 포설 한다.

<표1>구조적 등치표 / 두께(피트)

DGAC	ARHM-GG	ARHM-GG on a SAMI	비 고
0.15	0.10²	-	·ARHM-GG에 대한 최대 허용 비실험적 상응치는 2:1이다. ·최소 허용 ARHM-GG의 두께는 0.10피트이다. ·0.15피트 두께의 DGAC를 먼저 포설한다. ·0.20피트 두께의 DGAC를 먼저 포설한다. ·ARHM-GG는 추운 기후로 야기되는 횡균열은 막아내지 못할 수도 있다.
0.20	0.10	-
0.25	0.15	0.10
0.30	0.15	0.10
0.35	0.20	0.15
0.40	0.20	0.15
0.45	0.15³	0.20
0.50	0.15⁴	0.20
0.55	0.20³	0.15³
0.60	0.20⁴	0.15⁴

<표2> 반사균열 억제 등치표 / 두께(피트)

DGAC	ARHM-GG	ARHM-GG on a SAMI	비 고
0.15	0.10¹	-	·최소 허용 ARHM-GG의 두께는 0.10피트이다. ·0.35피트 두께의 DGAC는 Caltrans에서 추천하는 반사균열 억제를 위한 최대 허용 두께이다. ·균열 폭이 1/8인치 미만이면 0.15를 사용하고 1/8인치 이상이면 0.20을 사용한다. ·균열 폭이 1/8인치 이상일 때 사용하고 1/8인치 미만이면 다른 방법을 사용한다. ·ARHM-GG는 추운 기후로 야기되는 횡균열은 막아내지 못할 수도 있다.
0.20	0.10	-
0.25	0.15	-
0.30	0.15	-
0.35²	0.15 or 0.20³	0.10⁴

<역자 註>
Jack Van Kirk, P.E는 1999. 11 현재 Caltrans를 은퇴하고 VSS ASPHALT TechNOLOGIES의 Director로 재직하고 있다. P.O BOX 1620 West Sacramento CA 95691 phone (916) 373-1500 fax (916)373-1438 e-mail jack@slurry.com