지속저인 산업발전은 화석 연료사용과 에너지 사용을 증가시켰으며, 각 국가별 온실가스 배출은 증가하고 있는 실정이다. 국제사회는 지구 온난화 방지를 위해 1997년 교토 의정서를 채택하였고, 이산화탄소(CO2) 순 배출량 0을 목표로 하여 자체적으로 온실가스 배출 목표를 정하고 실천하고자 2015년 '파리기후변화협정'을 채택하였다. 우리나라는 2015년 '파리기후변화협정' 체결 후 2030년까지 2017년 총 배출량 대비 24.4 % 감축을 목표로 설정하였다.(외교부, 2020) 국내 사회 각 분야에서는 온실가스 감축을 위해 노력하고 있으며, 도로분야에서는 온실가스 저감을 위한 환경친화형 도로 설계와 시 공기술 개발을 위한 연구들이 검토되고 있다. 그 중 가열 아스팔트 혼합물 제조 시 사용되는 기존의 연료(중유, 벙커씨유, 정제유 등) 를 상대적으로 탄소배출량이 적은 연료(LPG, LNG)로 전환하거나, 플랜트 생산온도를 낮추어 사용되는 연료를 저감하는 방법 등 다양 한 연구를 진행하고 있다. 따라서 본 연구에서는 일반 가열 아스팔트 혼합물보다 약 50℃ 낮은 상태에서 생산할 수 있게 도와주는 탄소저감형 첨가제를 적용 한 저가열 아스팔트의 특성을 파악하고자 하였다. 기본 물성시험으로는 연화점, 신도, 회전점도를 시험하였으며, 공용성 등급 시험을 통하여 PG 등급을 확인하였다. 또한 기존에 상용화된 제품과 차이를 보기 위해, 첨가제가 투입되지 않은 일반 아스팔트와 중온 첨가 제 2종(고상형, 액상형)이 적용된 중온 아스팔트도 동일한 시험을 진행하였고, 저가열 아스팔트와 비교·분석 하였다.

PURPOSES : This study aimed to evaluate the performance of carbon-reduced asphalt mixtures based on asphalt binder and asphalt mixture tests. METHODS : A carbon-reducing asphalt additive was developed, and samples were prepared by mixing the additive(0.85%, 1.35%, and 1.85%) with virgin asphalt binder to measure changes in the asphalt’s physical properties based on the content of the developed additive. The basic physical properties the penetration, softening point, ductility, and rotational viscosity and performance grade of the samples were measured, and the optimal content of the additive was determined to be 1.35%. An asphalt mixture was produced using the optimal additive content of 1.35%, and stability, indirect tensile strength, tensile strength ratio(TSR), and dynamic stability tests were conducted to compare its performance with that of hot mixed asphalt(HMA). Additionally, a dynamic modulus test that could simulate various loading conditions was conducted. Fuel consumption and CO2 emission were measured at the plant. RESULTS : The developed additive had the effect of reducing the viscosity of the binder while maintaining properties similar to those of the base binder when used at the selected content. The mixture test confirmed that the physical properties related to strength tended to decrease slightly when the additive were applied; however, all specifications were satisfied. In the dynamic modulus test, the results were confirmed to be similar to those of HMA. The fuel consumption and CO2 emission were reduced by 25-30%. CONCLUSIONS : Evidently, asphalt mixtures with carbon-reducing additives can perform at a level equivalent to that of HMA. To bolster this conclusion, it is necessary to track the long-term performance of low-carbon asphalt mixtures on pilot roads.

PURPOSES : This study analyzed the amount of fuel consumption and atmospheric emissions by type of asphalt concrete mixtures. METHODS : Asphalt concrete mixture was produced directly at the plant, fuel consumption was measured compared to daily production, and atmospheric emissions emitted during the production process were measured. Hot and warm asphalt mixtures were produced, and analyses were conducted according to weather conditions and production volume. RESULTS : The fuel use per ton was confirmed to reduce energy by approximately 23.5% in WMA compared to HMA due to differences in the production temperature during the production of asphalt mixtures. Additionally, HMA production yielded 1.6 times higher atmospheric emissions for CO2 and 3.8 times higher for NOx than that for WMA, indicating that CO2 and NOx emissions tended to increase as fuel consumption increased. CONCLUSIONS : When producing asphalt mixtures, the production temperature, production volume, atmospheric conditions, and site conditions have a significant impact on fuel usage and atmospheric emissions.

최근 이산화탄소 발생량이 증가함에 따라 지구온난화 문제가 심각해지고 있는 가운데 국내에서도 기록적인 폭우로 인한 홍수 및 침수 피해가 급증하는 등 아열대성 기후의 특징이 점차 부각되고 있다. 이처럼 증가한 강우량 및 강수일수는 수분으로 인한 아스팔트 포장의 파손 증가로 이어지고 있다. 수분에 의한 아스팔트 포장 파손의 가장 대표적인 사례인 포트홀의 발생 현황을 보면 2006년도에는 3만 8천건이 발생한 반면 2010년에는 7만 7천건으로 두배 이상 급증하였다(서울연구원, 2012). 이처럼 급증하는 아스팔트 포장의 수분파손을 저감하기 위해 국토교통부의 ‘아스팔트 콘크리트 포장 시공 지침(2017)’에서는 동적수침 후 피복율을 점검하도록 규정하고 있다. 동적수침시험은 수분이 골재와 바인더에 미치는 영향을 평가하는 시험으로 일정한 크기의 골재를 피복하여 동적수침 후 2명의 시험자가 육안으로 피복율을 판별한다. 하지만 동적수침 시험은 정량화되고 계량화된 판별법이 아닌 관찰자의 숙련도 및 주관이 개입될 여지가 많은 판별법으로, 관찰자에 따라 결과가 상이하고 반복성이 떨어져 신뢰도가 낮은 단점이 있다. 이를 보완하기 위해 Digital Image Analysis를 이용한 분석법등이 제안되었지만, 화강암의 어두운 부분이 바인더가 잔존하는 것으로 계산될 수 있다는 단점이 있다(손정탄 외, 2016). 본 연구에서는 육안조사 및 선행연구에서 제시한 판별법의 단점을 개선하기 위해 시험 후 골재표면에 피복되어 있는 아스팔트 중량을 이용해 피복율(이하 중량판별법)를 측정하고자 하였다. 이를 위해 11.2 ∼8mm 크기의 화강암 골재와 PG 64-22 바인더를 이용하여 시료를 제작하였고 피복한 시료의 무게(A)를 측정한 후 동적수침시험을 실시하였다. 시험이 끝난 시료는 시험자가 육안조사를 먼저 실시하였으며, 이를 건조로에서 항량이 될 때까지 건조한 후 무게(B)를 측정하였다. 이후 소각을 통해 골재 표면에 피복되어있는 AP를 제거한 후 골재만의 무게(C)를 측정하였고, 이를 이용해 시험 전(A-C)·후(B-C) 골재에 피복되어 있던 AP의 중량을 구하였다. 이렇게 구한 AP의 중량의 비((B-C)/(A-C)×100)를 이용해 피복율을 계산하였다. 시험 결과, 육안조사 및 중량판별법의 평균과 표준편차는 각각 55.56%, 2.04와 52.15%, 2.01로 나타났다. 표준편차는 유사한 수준으로 반복성 및 재현성에서 큰 차이를 보이지 않았지만 평균은 중량판별법이 약 3% 작게 나타났다. 중량판별법의 평균이 작은 이유는 육안조사 과정에서 AP가 일부 소실된 시료를 소각 및 중량판별하였기 때문인 것으로 판단된다. 판별법에 따른 결과값의 차이가 유의미한 것인지를 검증하기 위해 T-test를 실시한 결과, p값이 유의수준 0.05보다 작아 결과값의 차이가 유의미함을 알 수 있었다. 판별법간의 상관정도를 보여주는 상관계수는 0.63로 강한 상관관계를 보였으나 회귀분석을 통한  는 0.3989으로 작게 나타났다. 상관관계가 높음에도 불구하고  가 작은 이유는 판별법에 따른 결과값의 차이가 균일하지 않기 때문으로, 이는 피복AP 제거를 위해 시료를 소각하는 과정에서 고온으로 인해 파손 및 소실되는 골재의 양이 균일하지 않기 때문으로 판단된다. 연구 결과, 중량판별법은 기존 육안조사의 단점인 시험자의 주관 및 선입견을 배제하고 숙련도에 관계없이 육안조사와 유사한 수준의 결과값을 도출할 수 있는 객관적인 판별법이라 판단된다. 그러나 본 연구에서는 한정된 골재 및 바인더에 대해 시험한 결과로 이를 실제로 적용하기에 위해서는 다양한 재료에 대한 적용가능성 검증이 선행되어야할 것이다. 또한 소각용 Pan의 개량 및 적정온도 선정에 대한 추가 연구를 통해  값을 향상시켜야 할 것이다

본 연구는 폐차 처리과정에서 발생하는 폐부품인 폐유리 및 폴리머 재료와 제강과정에서 발생하는 부산물 인 슬래그를 도로포장 재료로 활용하기 위해 수행하였으며, 기초연구를 통해 아스팔트 혼합물의 골재와 채 움재를 대체하고 아스팔트 바인더 성능의 개선을 위한 첨가제를 개발하여 현장에 적용하고 모니터링을 실시 하였다. 사용된 골재는 천연재료를 대체하기 위해 전기로 산화 슬래그 골재를 분쇄 선별하여 표 1과 같은 기 초물성 값을 얻었으며, 폐유리는 분쇄하여 표 2와 같이 채움재 사용기준의 적합여부를 확인하였다.

국내 도로는 경제성장에 따른 자동차의 증가와 지구 온난화로 인한 집중호우와 폭설로 포트홀(Pothole)과 같은 파손이 급격히 증가하여 수명이 단축되고 있다. 한국도로공사(1998~2008년)의 도로파손 현황조사에 따르면 포트홀(65%), 소성변형(25%), 기타(10%)로 발생하였다고 보고하였다(이경하, 2010). 포트홀은 아스 팔트 혼합물의 수분에 의한 물성변화에 따른 내부요인과 교통하중의 압력과 같은 외부요인으로 발생된다. 본 연구는 포트홀 저감을 위한 액상 및 고상의 박리방지제가 아스팔트 혼합물의 수분민감도에 어느 정도 효과적인지를 평가하였다. 수분민감도 평가를 위해서 국토교통부에서 제정한“아스팔트 혼합물 생산 및 시 공지침”의 인장강도비 시험을 준용하였다. 박리방지제의 상대적인 평가를 위해서 박리방지제가 첨가되지 않은 혼합물을 기준시료로 같이 평가하였다. 실험을 위해서 사용된 아스팔트 혼합물은 현장에서 가장 보편적 으로 적용되고 있는 제품을 평가하기 위해서 표층용 WC-2를 아스팔트 PG64-22 등급과 화강암 골재를 최 적 배합설계를 통하여 적용하였다. 수분민감도 분석을 위해서 평가된 시료는 박리방지제 무첨가(Neat), 국내 D사의 액상형 박리방지제(Liquid), 고상형 박리방지제(Solid50, Solid25)로 B사의 소석회를 평가하였다. 여 기서, 현재 액상형 박리방지제로 보편적으로 사용되고 있는 것은 아민(Amines)계열로 국외제품이 대다수이 지만, 본 연구에서는 국내 기술로 개발된 식물성 지방산을 함유한 친환경 액상형 박리방지제를 사용하였다. 수분민감도 분석결과는 다음과 같다. 국토교통부의 인장강도비 기준은 80%이상으로, Neat(70%) Liquid (85%), Solid50(80%), Solid25(76%)로 액상형 박리방지제와 고상형 박리방지제 Solid50이 기준에 적합하였 다. 박리방지제의 양호한 인장강도비는 식물성 지방산과 소석회의 물리적 특징에 기인한다. 식물성 지방산은 아스팔트와 혼합되어 표면장력을 줄여줌으로써 골재와 아스팔트 사이의 부착력을 증진시키며, 소석회는 수 분에 대한 민감성을 감소시켜 아스팔트와 골재의 박리를 저감시킨다. 인장강도비는 무처리 시료(Dry)와 수분 포화처리 시료(Wet)의 간접인장강도비를 평가하는 것으로 수분포화처리 시료의 최종 인장강도 또한 수분 민 감도를 분석한기위한 중요한 평가항목으로 판단된다. 인장강도비가 우수한 Liquid와 Solid50의 수분포화처 리 인장강도는 1.079MPa, 1.064MPa로 Neat(0.823MPa), Solid 25(0.970MPa)보다 우수한 것으로 확인되 었으며, 이것은 인장강도비와의 상관관계가 높은 것으로 판단된다. 이상의 분석을 통해서, 포트홀의 발생이 예상되는 구간에 포설되는 혼합물은 액상 및 고상의 박리방지제의 사용이 불가피 할 것으로 판단된다.

본 논문은 제철소의 제강과정에서 발생하는 부산물의 아스팔트 콘크리트 적용성을 평가하기 위한 실험 논문으로 천연 잔골재의 치환을 통한 실내 내구성능을 평가하였다. 실험에 적용된 제강 슬래그는 풍쇄 시스템으로 생산되어 형상이 구형을 나타내고 있다. 구형의 제강 슬래그를 기존 배합의 골재와 일정부분 치환함에 따라서 혼합성능, 아스팔트 함량, 실내 내구성능에 변화를 분석하였다. 분석결과, 구상의 제강슬래그의 친환율이 증가함에 따라서 아스팔트의 혼합성능은 향상되었으며, 이와 동반하여 최적의 아스팔트 함량도 감소하게되었다.

본 연구는 산업부산물을 아스팔트 혼합물 포장에 활용하고 천연골재를 대체하기 위한 연구로써 전기로 산화 슬래그를 이용한 아스팔트 혼합물의 물리적 성능과 내구성능을 분석하였으며, 현장 적용성을 분석하기 위하여 시험시공을 실시하였다. 아스팔트 혼합물의 내구성능을 평가하기 위해 아스팔트 혼합물의 최적 배합을 도출하여 평가하였다. 마샬안정도 등 실내시험결과 전기로 산화 슬래그 혼합물이 일반 혼합물보다 높은 강도를 나타내었다. 수분 민감도 실험에서도 일반 혼합물과 동등한 저항성을 나타냈다.시험시공을 통한 현장 적용성은 기존 천연골재 아스팔트 혼합물과 동일하였으며, 미끄럼저항성능이 더 우수한 것으로 확인되었다.

국내 천연자원은 1980년대 이후 지속적인 국토개발 사업으로 사용량이 한계에 이르고 있다. 특히, 건축 및 토목분야에 가장 많이 사용되고 있는 건설재료 중의 하나는 골재로 시멘트 및 아스팔트와 함께 사용되어 구조물의 골격을 이루는 중요한 자원이다. 현재의 건설경기는 장기화된 경기침체로 감소의 경향을 나타내고 있지만, 과거에 무분별하게 사용되었던 실적으로 천연 골재의 수급이 어려운 실정이다. 또한, 국민들의 의식 수준이 높아짐에 따라 환경보전의식이 대두되어 새로운 천연자원의 개발은 많은 제약이 따르게 된다. 이러한 제약을 탈피하고자 골재의 경우에는 기존 구조물의 철거 시 발생하는 폐기물을 재활용하여 사용하고 있지만, 기존 골재보다 품질성능이 좋지 않아서 제품으로써의 파급효과가 적은 실정이다. 하지만, 한정된 천연 자원을 보존하는 현실을 감안한다면 순환골재의 사용은 증가할 것으로 사료되며, 이와 더불어 순환골재를 대체할 수 있는 대체재료의 개발과 적용이 동반하여 증가할 것으로 판단된다. 이상의 국내 현실을 감안하여 본 연구에서는 철강산업의 부산물로 발생하는 전기로 산화슬래그를 아스팔트 콘크리트용 골재로 제품화하여 천연골재를 보존하는 친환경 연구를 추진하고자 한다. 현재, 전기로 산화슬래그는 기타 다른 철강부산물보다 품질성능이 우수하지만, 발주처의 인식부족으로 신설도로의 노반재료로 대부분 사용되고 있는 실정이다. 일부 시멘트 콘크리트용 골재로 사용된 실적도 소개되고 있지만, 슬래그에 존재하는 불안정한 Free-CaO와 MgO가 물과 반응하여 체적팽창에 따른 구조물의 파괴를 초래하여서 시멘트 콘크리트용 골재로는 기피하고 있는 실정이다. 하지만, 아스팔트 콘크리트는 아스팔트가 골재를 코팅하고 있는 형태로 수분이 전기로 슬래그에 직접적으로 닿는 것을 차단하므로, 전기로 슬래그의 체적팽창을 방지할 수 있는 구조이다. 따라서, 본 연구에서는 수분의 침투에 따른 체적팽창을 모사할 수 있는 수분 민감도 시험과 마샬 안정도, 간접인장강도를 측정하여 실내 내구성능을 분석하였다. 또한, 중차량의 통행량이 빈번한 제철 사업장의 사내도로에 포설하여 전기로 슬래그 골재의 실제적인 거동을 분석하였다. 전기로 산화 슬래그를 적용한 아스팔트 혼합물의 전반적인 물성결과는 다음과 같다. 수분의 침투에 따른 강도저하를 평가할 수 있는 수분민감도에서는 86%의 높은 강도유지발현을 하고 있었다. 마샬 안정도와 간접인장강도 역시 기준을 훨씬 상회하는 것은 물론이며, 일반 천연골재 아스팔트 혼합물보다 우수한 강도를 발휘하고 있는 것을 알 수 있었다. 현장 시험포장에서 코아를 채취하여 측정한 다짐 에너지는 일반이 96 %, 전기로 슬래그가 99.6 % 로 일반 혼합물보다 다짐 에너지가 충분히 전달된 것으로 분석되었다.

현재 국내에서는 아스팔트 혼합물의 현장 공용성능을 기반으로 하여 현장의 품질 성능을 모사할 수 있는 배합설계를 개발하고 있다. 하지만, 플랜트 생산의 일선에 있는 대다수의 실무자는 1939년경 Bruce Marshall에 의해 개발된 마샬 배합설계 방법을 혼용하여 적용하고 있는 실정이다. 특히, 배합설계의 목적인 최적 아스팔트 함량을 구하는 방법은 NAPA(National Asphalt Pavement Association) TAS-14 또는 AI(Asphalt Institute) MS-2 를 사용하기보다는 일본도로협회에서 제안하는 방법을 사용하고 있다. 이 과정에서 최적 아스팔트 함량 결정에 적용되는 안정도, 흐름값, 공극률, VMA(Voids in the Mineral Aggregate), VFA(Voids Filled with Asphalt Cement)의 적용방식에 차이점을 보이고 있으며 특히, VMA 경우 견해차이에 따른 다른 계산방식을 적용하고 있다. 미국에서 적용하고 있는 VMA는 혼합물의 전체 체적에서 아스팔트를 흡수한 골재의 체적을 뺀 식을 적용하고 있고 일본도로협회의 VMA는 혼합물에서 골재를 제외한 부분의 부피, 즉 공극과 아스팔트가 점유한 부피의 전부피에 대한 백분율을 말하며, 골재에 흡수되지 않은 아스팔트 체적을 포함하고 있다. 본 연구에서는 마샬 배합설계로 얻어지는 설계 인자 중 계산방식의 차이를 보이는 VMA를 미국(NAPA, AI)식과 일본(일본도로협회)식으로 구별하여 각 식의 차이점을 이론적인 고찰을 마샬 배합설계에 적용하여 수치적인 차이에 따른 역학적 특성을 평가하였다. 3종류의 혼합물로 제작된 비교시료의 실험을 통해서 분석된 결과는 일본 도로협회에서 사용하고 있는 VMA 계산방식이 미국(NAPA, AI)보다 높은 결과를 보이고 있었으며, 그 차이는 1.4～3.3%의 범위를 나타내고 있었다. 따라서, 아스팔트 혼합물의 내구성능을 간접적으로 평가할 수 있는 분석인자가 VMA임을 감안할 때 혼합물의 현장 특성을 고려하여 통일된 계산 방식을 적용하는 것이 바람직 할 것으로 판단된다.