Low-density polyethylene (LDPE)와 Styrene-butadiene-styrene (SBS)를 넣은 개질 아스팔트 혼합물은 바인더에 중량 비로 3~6% 첨가하여 여러 가지 특성을 획기적으로 향상시킨 아스팔트 재료이다. 아스팔트 재료의 개질목적은 일반 혼합물의 균 열저항과 소성 변형과 같은 전형적인 약점을 향상시키기 위해서이다. 이 재료들은 많은 장점들을 가지고 있으며 플랜트 적용이 간편하고 현장적용성이 우수한 특정을 가지고 있다. 여러 해 동안의 경험을 통해 습식 개질 아스팔트와 건식 아스팔트 혼합물이 현장에서 실용화할 수 있게 발전되었다. 본 연구에서는 이를 종합적으로 평가하여 그 장단점을 일반 아스팔트 혼합물과 비교 평가하여 LDPE, SBS 개질 아스팔트 혼합물의 특성을 체계적으로 밝히는 것을 본 연구의 목적으로 한다.

본 연구는 국내 현장실정에 적절한 아스팔트 혼합물의 실내노화방법을 개발하기 위한 연구이다. 강제공기순환식 오븐에서 154℃ 2시간의 단기노화를 거친 혼합물로 제작한 공시체를 110℃에서 24, 48, 72, 96시간 동안 장기노화를 시켰다. 또한 노화시간의 증가에 따라 아스팔트 바인더의 노화정도를 측정하기 위하여 GPC 분석을 수행하였다. 본 연구를 통해 노화시간이 길어짐에 따라 대형분자양이 증가하는 것을 확인하였고, 이에 대한 분석으로부터 적절한 인공노화시간의 추정이 가능함을 알 수 있었다. 본 연구에서 수행된 단기노화방법은 다소 과다하나 이를 RTFO와 유사한 수준으로 처리한다면 110℃로 약 48시간 이상 노화를 시키면 PAV 처리와 유사한 수준의 혼합물 노화가능성이 있음을 확인하였다.

본 연구는 154℃로 2시간의 단기노화를 거친 혼합물로 제작한 공시체를 110℃에서 24, 48, 72, 96시간 동안 장기노화를 시켜 아스팔트 혼합물의 노화와 소성변형 저항성을 평가하였다. 혼합물의 노화 시간이 증가함에 따라 강성의 증가로 인한 소성변형 저항성이 증가할 것을 고려하여 변형강도를 이용해 단기노화와 장기노화를 거친 공시체에 대해 소성변형특성을 측정하였다. 또한 노화 시간의 증가에 따른 바인더의 노화 정도를 측정하기 위하여 GPC (Gel-permeation chromatograph) 분석을 통하여 대형분자비율(LMS(%))을 측정하였다. 노화 시간이 길어짐에 따라 LMS(%)가 증가하고 혼합물의 변형강도 값이 커지는 것을 확인하였다. 또한 상관성 분석으로부터 LMS(%)와 변형강도가 상관성이 높은 것으로 나타나 이를 통해 혼합물이 노화되면 소성변형 저항성이 증가됨을 확인하였다. 따라서 LMS(%)의 측정으로 아스팔트 혼합물의 바인더 추출 없이도 소성변형특성을 추정 가능함을 확인하였다.

바인더의 노화로 인한 성능변화는 침입도 또는 점도시험을 실시하여 판정하여왔다. 기존의 시험방법으로 아스팔트 바인더의 점탄성 특성과 실제거동을 평가할 수 없기 때문에 새로운 분석방법이 요구되어 왔다. 본 연구에서는 기존시험 방법을 사용하여 침입도지수와 잔류침입도를 판정하였고, 양방향 반복회전 모드와 일방향 반복회전 모드 시험을 실시하여 단기 노화된 아스팔트 바인더의 유변학적 특성을 분석하였다. 시험결과 단기 노화된 아스팔트 바인더는 시험주기(frequency) 즉, 차량속도의 변화에 따라 서로 다른 복합계수와 위상각을 나타냈으며 단기 노화 전후의 크리프 컴플라이언스 및 전단점도 시험결과에도 영향을 미치는 것으로 나타나서 포장 설계시 이러한 특성이 고려되어야 한다.

산화는 아스팔트에서 대형분자(LMS : Large Molecular Size) 양의 증가를 야기하고 바인더의 경화에 주요 원인이 되므로 바인더 산화를 저감시키면 도로 및 공항 포장의 공용수명 연장을 기대할 수 있다. 바인더 산화는 혼합물을 도로에 깔기 전에 가열된 골재와 혼합하는 동안과 아스팔트 포장이 시공된 후 공용기간 동안에 일어난다. 본 연구에서는 바인더를 단기 및 장기노화 처리 후 LMS의 양적 증가를 HP-GPC (High-Pressure Gel-Permeation Chromatography)의 자료에 근거하여 해석하였다 개질 아스팔트는 LMS의 증가율이 아스팔트의 종류에 따라 다를 지라도 단기노화 후 LMS의 20-30%증가. 장기노화 후 2배 이상의 증가를 나타냈다. 본 연구에서 개질 아스팔트의 노화특성을 관찰하기 위하여 사용된 개질제는 선행 연구에서 큰 역학적 특성 향상을 보인 LDPE(Low-Density Polyethylene)와 SBS(Styrene-Butadiene-Styrene block copolymers) 를 사용하였다. LDPE로 개질한 바인더는 단 장기노화 후 LMS의 증가 비율이 상당히 낮았다. 이와 같이 낮은 LMS의 증가는 LDPE 개질 아스팔트가 노화 처리되는 동안에 일반 아스팔트보다 덜 노화가 진행된다는 것을 의미한다 이는 아스팔트 시멘트 내에 분산된 LDPE 입자가 산화 노화작용을 방해하기 때문인 것으로 보인다.

아스팔트는 노화에 따라 물리적 특성변화가 일어난다. 하지만 같은 수준으로 노화시킨 아스팔트 혼합물들임에도 골재와 결합재 등에 따라 서로 다른 강성이나 취성을 보인다. 이는 노화에 의한 바인더 특성 변화의 차이에 기인한 것인데 이와 같이 혼합물 내에서 바인더의 물리적 특성 변화 차이에 영향을 주는 요인에 대한 연구는 별로 없다. 따라서 본 연구에서는 아스팔트 혼합물의 노화 후추출한 바인더의 물리적 특성을 측정하고 물성 차이에 영향을 미치는 요인을 분석하였다. 폴리머 3종류와 골재 두 종류, 두 가지 입도, 두 종류의 아스팔트를 사용하여 32종류의 혼합물을 제조하고, 이를 장 단기 노화 처리하였다. 각 혼합물의 노화 후 Abson recovery 방법으로 바인더를 추출 회생하고 바인더 물성 시험(침입도, 동점도, 절대점도)을 수행하였다. 이를 SAS를 이용하여 통계 분석하였다. 바인더 시험에서 골재 종류와 폴리머가 노화시 물성변화에 차이를 가져오는 심각한 요인임을 알 수 있었고, 입도는 점도 변화에 큰 영향을 미치는 인자인 것임을 확인할 수 있었다. 본 연구 결과, 혼합물 내의 바인더 물성은 골재 종류, 입도, 개질제의 종류, 바인더의 종류 등의 다양한 요인에 의해 많은 영향을 받는 다는 것을 알 수 있었다.

아스팔트는 노화에 따라 물리적 특성변화가 일어난다. 하지만 같은 수준으로 노화시킨 아스팔트 혼합물들임에도 골재와 결합재 등에 따라 서로 다른 강성이나 취성을 보인다. 이는 노화에 의한 바인더 특성 변화의 차이에 기인한 것인데 이와 같이 혼합물 내에서 바인더의 물리적 특성 변화 차이에 영향을 주는 요인에 대한 연구는 별로 없다. 따라서 본 연구에서는 아스팔트 혼합물의 노화 후추출한 바인더의 물리적 특성을 측정하고 물성 차이에 영향을 미치는 요인을 분석하였다. 폴리머 3종류와 골재 두 종류, 두 가지 입도, 두 종류의 아스팔트를 사용하여 32종류의 혼합물을 제조하고, 이를 장 단기 노화 처리하였다. 각 혼합물의 노화 후 Abson recovery 방법으로 바인더를 추출 회생하고 바인더 물성 시험(침입도, 동점도, 절대점도)을 수행하였다. 이를 SAS를 이용하여 통계 분석하였다. 바인더 시험에서 골재 종류와 폴리머가 노화시 물성변화에 차이를 가져오는 심각한 요인임을 알 수 있었고, 입도는 점도 변화에 큰 영향을 미치는 인자인 것임을 확인할 수 있었다. 본 연구 결과, 혼합물 내의 바인더 물성은 골재 종류, 입도, 개질제의 종류, 바인더의 종류 등의 다양한 요인에 의해 많은 영향을 받는 다는 것을 알 수 있었다.