아스팔트: 건설 재료의 진화와 특성에 대한 모든 것

건설 업계에서 아스팔트는 불가피한 건설재료 중 하나입니다. 도로, 주차장, 비행장, 그리고 다양한 건설 프로젝트에서 사용되며, 안정적인 구조물을 구축하는 데 기여합니다. 그러나 아스팔트의 품질을 보장하려면 그 특성을 이해하고 적절한 시험 방법을 사용해야 합니다.

이 블로그 포스팅에서는 아스팔트가 건설재료로 사용되기 위해 가져야 할 조건부터 시작하여, 아스팔트의 분류, 침입도, 신도, 연화점, 점도, 역청유제 아스팔트, 컷백 아스팔트와 같은 다양한 측면을 다룰 것입니다. 아스팔트의 특성과 시험 방법에 대한 이해는 건설 프로젝트의 성공을 위해 중요한 요소 중 하나이며, 이 글을 통해 관련 정보를 상세히 알아보겠습니다. 아스팔트와 관련된 모든 것을 다루는 이 블로그 포스팅을 통해 더 나은 건설 프로젝트를 위한 풍부한 지식을 습득하실 수 있을 것입니다. 그러면 함께 시작해봅시다!

목 차

• 역청재료가 건설재료로서 갖추어야 할 조건
• 아스팔트의 분류
• 아스팔트의 침입도
• 아스팔트의 신도 시험방법
• 아스팔트의 연화점 시험방법
• 아스팔트의 점도 시험방법
• 역청유제 아스팔트
• 컷백 아스팔트
• 아스팔트 콘크리트의 종류
• 마무리 글

역청재료가 건설재료로서 갖추어야 할 조건

• 점성과 감온성을 가지고 있다.
• 온도에 따라 점성을 가진 액상에서부터 반고체, 고체로 변하는 성질이 있다.
• 점착성을 가지고 있다.
• 많은 광물질재료 등과 잘 부착하는 성질을 가지고 있으므로 결합재료나 접착재료로 이용된다.
• 방수성이 풍부하다.
• 역청재료는 물에 녹지 않고, 투수량이 상당히 적다. 아스팔트의 투수계수는 2~5×10^-12(cm/초) 정도이다.
• 컨시스턴시(consistency)를 쉽게 변화시킬 수 있다.
• 사용목적에 따라 비교적 쉽게 컨시스턴시를 변화시킬 수 있기 때문에 시공성이 풍부한 재료로서 널리 이용된다.
• 비교적 값이 싸다.
• 역청재료는 석유나 석탄의 부산물로 얻어지므로 비교적 값이 싼 재료이다.

아스팔트의 분류

천연아스팔트

천연아스팔트는 석유질 원유가 지구표면으로 플러나와 있거나, 암석에 스며들어 노출상태에 있을 때 태양, 기후, 바람 등의 영향에 의하여 오랜 시일이 경과하므로서 휘발성 유류가 증발하여 자연적으로 제조된 것이다. 바꾸어 말하면 석유질 원유가 아스팔트 이외에 다른 몇가지 원유재료 즉 휘발유, 등유, 경유, 주유 등을 함유하고 있다. 석유질 원유가 지구표면에 도달하면 이 휘발성 유류는 아스팔트 피치란 잔여물만 남고 증발한다.

암석 아스팔트

천연아스팔트가 석회암, 사암 등의 다공질 암석사이에 스며든 것으로, 유럽에서 옛날부터 널리 사용되었으나 품질이 일정하지 못한 결점이 있다.

호산아스팔트

지표의 낮은 부분에 퇴적물로서 생긴 것으로 남미의 Trinidad섬 및 베네주엘라 북부해안 Bermudes에서 생산되는 것이 유명하다.

아스팔타이트

암석의 갈라진 틈에 침입한 후 지열이나 공기 등의 작용으로 장시간 그 내부에서 중합 또는 축합반응을 일으켜 탄성력이 풍부한 불론아스팔트와 비슷한 화합물이 된 것으로 길소나이트, 그라하마이트, 글랜스핏치 등이 있다.

석유아스팔트 (인공아스팔트)

석유아스팔트는 원유를 인공적으로 증류하여 제조된 흑색 또는 흑갈색의 탄화수소와 화합물로서, 아스팔트를 인공적으로 제조하는 것은 아스팔트재료의 정제가 주목적이 아니고 휘발성 유류를 정제하는 과정에서 부산물로 제조되는 것이다. 이는 제조방법에 따라스트레이트 아스팔트와 블론 아스팔트의 2종류로 나누며 각각 성질과 용도가 다르다. 스트레이트 아스팔트는 그자체 그대로 혹은 유화 아스팔트, 컷백아스팔트 등으로 대부분 도로포장용으로 사용되며, 블론 아스팔트는 주로 방수용으로 사용된다.

스트레이트 아스팔트

원유중의 아스팔트 성분이 열에 의한 변화가 생기지 않도록하여 증기증류법 또는 감압증류법에 의해 가솔린, 등유 등을 적당히 제거하려 제조된다. 연화점이 비교적 낮고 감온성이 크며, 햇빛과 약간의 열에도 유동하고, 일정한 형태를 유지하기 어렵다. 또 저온에서 부서지기 쉽지만, 신장성, 점착성, 방수성이 큰 것이 특징이다.

블론 아스팔트

스트레이트 아스팔트까지 정제하기 이전의 잔류유에 200~300의 공기를 불어 넣어 아스팔트 성분이 화학변화를 일으키게 한 것이며, 감온성이 작고 탄성력이 풍부하며 연화점이 높아 열에 의해 쉽게 유동하지 않는다. 또한 충격저항이 크고 화학적으로 안정하나 신장성, 점착성, 방수성 등은 스트레이트 아스팔트보다 못하다.

아스팔트의 침입도

침입도는 아스팔트의 질기를 침의 관입저항으로 측정하는 방법으로 보통 일정한 형상을 가진 침입도 침이 25, 하중100kg 의 조건에서 5초동안에 아스팔트 시료중에 관입한 깊이를 1/10mm단위로 표시한 것이다. 따라서 그 값이 큰 것은 부드러운 아스팔트
를 의미한다. 침입도는 온도가 상승하면 증가하지만 스트레이트 아스팔트는 그 변화가 현저하고, 블론 아스팔트는 비교적 작다.

아스팔트의 신도 시험방법

신도란 아스팔트의 연성을 나타내는 수치를 신도라 하며, 시료의 양단을 잡아당겨 시료가 끊어질 때까지 늘어난 길이를 cm단위로 표시한다. 시험시의 온도는 보통 25를 기준으로 하고, 15, 10, 그 이하의 온도에서 시험할 때도 있으며, 온도에 따라 크게 변화하므로 측정시의 온도를 일정하게 하여야 한다. 스트레이트 아스팔트는 신도가 크지만 블론 아스팔트는 아주 작다.

시험방법

• 신도시험기 중에 물을 가득 채우고 수온을 250.5 이내로 유지해야 한다.
• 시료가 든 몰드를 항온수조에서 꺼내어 황동판에서 몰드를 떼고 다시 측편면을 떼어낸 다음 클립의 구멍을 시험기의 핀 또는 HOOK에 건다.
• 시험기의 지침을 0에 맞춘 다음 시편이 끊어질 때까지 규정된 속도 50.25cm/min으로 당겨서 시료가 끊어졌을 때의 지침의 거리를 읽어 이를 cm로 기록한다.
• 3회의 시험결과의 평균값을 신도로서 보고한다.
• 만일 정상적인 시험을 3회 계속하여 신도를 얻을 수 없으면 이 시험 조건에서는 신도를 측정할 수 없다고 보고한다.

아스팔트의 연화점 시험방법

연화점이란 시료를 규정조건하에서 가열하였을 때, 시료가 연화하기 시작하여 규정거리(2.54cm) 에 처졌을 때의 온도를 말한다.

연화점이 80 이하인 경우

• 비이커에 약 5로 냉각한 증류수를 약 8.25cm의 깊이까지 부어 넣는다
• 시료가 들어있는 환에 강구안내를 끼고 시료환에 얹는다.
• 수온을 5에서 15분간 유지한 다음 강구를 가위로 시료의 상면의 중앙에 앉음으로써 조립이 완료된다.
• 가열시작 후의 3분간을 제하고 수온이 매분 50.5의 정도로 상승하게 가열한다.
• 시료가 연화하여 늘어나고 저판에 접촉했을 때의 온도를 0.5까지 읽고 이것을 연화점으로서 기록한다. 온도계는 환에 닿아서는 안된다. 단 온도계의 노출부에 대한 보정은 하지 않는다. 시료가 저판에 닿는 것을 한 사람이 신호하고 또 다른 사람이 온도계를 읽으면 정확하다.
• 같은 사람이 똑같은 장치를 사용하여 측정한 두 개의 시험결과는 어느 것이나 평균치 와의 차가 표의 허용치를 넘어서는 안 된다.

• 서로 다른 사람이 별도의 장치를 사용하여 동일시료를 각각1회 씩 시험한 연화점은 어느 것이라도 그 평균치와의 차가 표의 허용차를 넘어서는 안 된다. 물 대신 순수한 글리세린을 사용하는 것을 제외하고는 A와 같이 조작한다. 글리세린의 처음의 온도는 32도씨로 한다.

아스팔트의 점도 시험방법

아스팔트의 점도는 사용시에 아주 중요한 성질이다. 아스팔트 포장공사에 있어서도 가열혼합온도, 전압온도의 결정에는 온도-점도관계를 아는 것이 필요하다. 일반적으로 Engler점도계, Saybolt점도계 및 Stomer점도계를 사용하여 유출구에서 플러나오는데 걸리는 시간을 측정하여 점성을 나타내는 것으로 온도에 따라 크게 변화한다.

시험방법

• 점도관을 사염화탄솔호 깨끗이 닦는다.
• 점도관의 유출구가 깨끗하지 못하면 부드러운 나무조각을 사용해서 청소한다.
• 점도관 하단에 있는 코ㅡ크마개를 6~10mm 끼워 놓는다.
• 기름단지에 실린더기름을 채운다
• 점도관의 홈에 치환링을 올려놓고 기름단지의 뚜껑을 닫는다.
• 전기코드를 히터에 연결시키고 실린더기름의 온도를 시험온도 가까이 상승시킨다.
• 점도관에 먼지가 들어가지 않도록 뚜껑을 닫는다.
• 시험온도보다 11~14 높게 가열한 아스팔트 시료를 미리 따뜻하게 가열된 NO.20체로 걸러서 점도관에 채운다.
• 치환링을 점도관 상부에 놓고 치환링이 잠길정도로 채워 링을 벗겼을 때 점도관을 Over Flow한 시료가 점도관 상부의 홈에 약간만 차도록 붓는다.
• 시료를 주입 즉시 뚜껑을 덮고 온도계를 꽂아 시료온도를 측정한다.
• 온도계를 사용해서 유출관을 건드리지 않도록 조심하여 휘저어 준다.
• 기름단지의 가열기를 조정해서 시료의 온도가 일정하게 되도록 한다.
• 온도가 시험온도 0.2 로 1분간 유지 될 때 가열기의 조정을 끝낸다.
• 점도관의 온도계를 뽑아낸다.
• 뚜껑을 열고 즉시 치환링을 들어낸다.
• 다시 점도관에 뚜껑을 닫는다.
• 이것으로 측정준비가 완료된다.
• 시료를 받는 플라스크를 유출구 밑에 놓는다.
• 코르크마개를 뽑는 동시에 스톱스위치를 누른다.
• 아스팔트가 플라스크의 60ml 표선에 도달하는 순간 스톱스위치를 눌러 시간을 측정한다.

역청유제 아스팔트

유화아스팔트는 역청제, tar 등의 미립자를 유화제, 안정제를 탄 물 속에 분산시킨 유탁액(colloid)이다. 유화제를 수중에 분산하기 쉽게 하고, 안정제는 저장 중에 경화방지를 목적으로 넣은 것이다. 여기에 사용되는 역청제는 비교적 연한 straight asphalt를 사용하고, 유화제, 안정제로서는 가성비누, 녹말, 절라틴(gelatine), 글리세린(glycerline), 아황산폐액, 규산나트륨 등을 사용한다. 유화기의 종류, 역청제의 성질, 유화조건 등에 의해서 여러 가지의 성질을 가진 유제가 얻어진다.
역청유제중의 역청미립자의 크기는 0.1µ보다는 크며, 대다수는 3~5µ이고, 목적에 다라서는 100µ이상의 것도 있다. 저장 중 아스팔트가 균일한 미립자의 상태로서 오래 수중에 떠 있는 상태의 정도를 안정도라 한다. 저장 중에 침전, 응집, 분해를 일으키는 것은 불안정한 유제라 한다. 유제가 불안정하게 되는 원인에는 여러 가지가 있는데 주로 다음 것을 들 수 있다.

• 장기간 저장을 해 두었을 때
• 저장 중 저온이 된 일이 있을 때
• 유화제의 질과 양이 부적당했을 때
• 아스팔트의 품질이 불량할 때.

역청유제의 종류

• 점토계유제: 유화제로서 벤토나이트(bintonnite), 점토, 무기수산화물과 같이 물에 녹지 않는 광물질을 수중에 분산시켜 이것에 역청재를 가하여 유화시킨 것이다. 유화액은 알칼리성이다.
• 음이온(anion)계 유제 : 적당한 유화제를 가하여 희석한 알칼리 수용액 중에 아스팔트입자를 분산시켜 생성한 미립자 표면을 전기적으로 부(-)로 대전시킨 안정화된 유제를 말하여, 유화제로서는 고급지방산 비누 및 합성세제 등이 사용된다. 유화액은 알칼리성이다.
• 양이온(cation)계 유제 : 양이온계 계면활성제를 유화제로 가하여 초산 등의 산성물질의 희석 수용액 중에 아스팔트를 분산시켜 미립자를 정(+)으로 대전시켜 안정화시킨 것이다. 음이온계 유제에서 부착성이 나쁜 골재에 대해서도 잘 부착한다. 유화제는 지방산디아민, 제2차암모늄 등이 사용된다. 유화액은 산성이다. 역청유제는 분해하는 속도에 따라 급속응결(RS : Rapid Setting), 중속응결(MS : Medium Setting), 완속응결(SS : Slow Setting)의 3종으로 분류되고, RS는 실-코트(Seal coat) 및 침투공법에 쓰이고, MS는 굵은 골재 혼합에, SS는 잔골재 혼합에 각각 사용된다.

아스팔트유제의 특성

아스팔트 유제는 사용시 가열할 필요가 없고 포설 시공시에는 상온에서 골재와 기계적으로 비벼서 노상에 포설하면 수분의 일부는 침투하고 일부는 증발하여 유제는 분해되고 아스팔트만 남아 고재표면을 얇은 막으로 둘러싸서 점착력으로 골재와 결합한다.
유제가 골재와 접촉했을 대 일어나는 분해현상은 주로 유제와 골재표면과의 접촉작용과 골재의 표면전화의 정전기적 작용에 의한다. 이 분해작용은 골재의 종류, 입도, 표면상태, 흡수 및 표면수 등에 의하여 영향을 받는다. 아스팔트 유제의 주요 성질을 들면 다음과 같다.

• 유제의 비중은 함유역청의 성질 및 함유량에 비례하여 1.002~1.030정도이다.
• 역청함유량은 유화제와 함께 45~60% 이며 유화제는 2% 이내이다.
• 역청의 미립자가 작고 균일하며, 정도가 작고 안정도가 크다.
• 가공성이 크며, 입자를 덮는 피막이 얇고 교착력이 크다.
• 점도는 25℃에 있어서 2.0 이상이다. 유제를 투입용으로 사용할 때는 점성이 낮은 편이 좋으며, 혼합용의 경우에는 점성이 높은 것이 좋다.
• 유제질의 양부에 따라 유제의 분해성, 안정성이 지배되며, 여러 가지의 성질을 가진 유제가 제조된다.
• 노면 위의 골재에 뿌리면 유화제는 분해되어 순분의 일부는 침투하고, 일부는 증발하여 콜로이드 상태가 되어 아스팔트 입자가 골재에 부착한다.
• 가열하지 않고도 상온에서 시공되면, 또한 비교적 습윤상태에서도 시공이 되는 이점이 있다.
• 장기간 저장하면 분해되어 품질이 변하기 쉽고, 도 -4℃정도에서 동결되어 안정성을 잃는 결점이 있다.

아스팔트 유제의 용도

• 일반 도로포장용 : 상온 혼합용 : 토질의 안정처리재의 결합재(binder)로 사용된다.
• 택 코트(tack coat) : 아스팔트 콘크리트 층이나 시멘트 콘크리트층의 접착제로 가장 널리 사용된다.
• 양생피막, 프라임용 : 소일 시멘트(soil cement)의 양생 피막이나 입상 기층의 방수재, 접착재로 많이 쓰인다.
• 기타 : 침투용이나 표면처리용으로 사용된다.
• 접착제용 : 타일(tile), 벽돌, 방수재료나 포장재료 등에 쓰인다.
• 유화 페인트용 : 방수, 방부를 목적으로 금속, 목재, 석재, 지붕 등의 도장에 쓰인다.
• 기타 : 철도선로 기층의 안정화나 시멘트와 함께 사용하여 토질의 역학적 특성 개량에 쓰인다.

컷백 아스팔트

아스팔트 시멘트를 가열하기 위하여 항상 필요한 특수장비를 이용할 수 없으며, 대부분의 경우에 있어서 역성재료가 특수한 작업에 소요되기 때문에 딱딱한 아스팔트 시멘트는 적합하지 않다. 액성아스팔트재료는 아스팔트 시멘트와 석유중의 어느 한가지의 유류를 혼합하는 것이다. 여기에 사용하는 증유는 혼용환원제라고 부르며, 이 재료와 아스팔트 시멘트를 혼합하여 제조한 생산품을 컷백 아스팔트라고 한다.

컷백 아스팔트의 종류

혼용환원제용으로 사용하는 증류유는 통상 휘발유, 등유, 경유이다. 세가지 혼용환원제에 있어서 주요한 차이점은 그 자체의 증발속도에 근거를 두고 있다. 예를 들면 아스팔트 시멘트에 휘발유를 혼합한 것은 가장 빠른 속도로 경화한다. 그래서 이 재료를 급속
경화 컷백이라고 하며 그기호는 “RC” 라고 쓴다. 아스팔트 시멘트에 등유를 혼합한 것은 비교적 느린 속도로 경화한다. 그래서 이재료를 중속경화 컷백이라고 하며, 그기호는 “MC“ 라고 쓴다.

컷백 아스팔트의 등급

만일 혼용환원제의 많은 양을 아스팔트 시멘트의 일정한 양에 가하면 아주 연한 액화체가 된다. 실제에 있어서 혼용환원제의 여러 가지 상이한 양을 아스팔트 시멘트에 가하면 6가지의 연고체나 혹은 컷백의 점성등급을 제조할 수 있고, 6가지의 점성등급은
그 점성에 따라서 0번부터 5번까지의 숫자로 표시되고 표와같이 다른 액체종류의 농도혹은 점성에 비교해 보기로 하자.

이런 등급은 6가지 등급을 만들기 위하여 일정한 비율의 아스팔트 시멘트에다 컷백 아스팔트중에 상이한 비율의 혼용환원제를 혼합하므로써 결정된다. 모든 컷백 아스팔트는 실재온도(25)에서 액체상태이므로 아스팔트 시멘트보다 사용하는데 편리하다. 그러나 이 컷백아스팔트의 가장 큰 결점은 가연성 재료가 혼용환원제로서 사용되기 때문에, 컷백 아스팔트가 어떤 온도에서 극심한 화재위험이 있는가를 알기 위하여 컷백의 인화점을 반드시 알고 있어야 한다. 재료의 인화점은 그 재료의 휘발유성이 점화할 수 잇는 최저 온도이며, 이 인화점은 인화점시험에 따라 결정된다. 만일 컷백 아스팔트에 불이 붙는다면, 극심한 화재가 일어나므로 컷백 아스팔트를 취급할 때와 공사에 사용할 때마다 엄격한 안전수칙을 강요하지 않으면 안된다.

아스팔트 콘크리트의 종류

마무리 글

역청재료로서 건설 분야에서 사용되는 아스팔트의 다양한 측면에 대해 살펴보았습니다. 아스팔트의 분류부터 신도, 연화점, 점도 시험 방법, 역청유제 아스팔트, 컷백 아스팔트, 그리고 아스팔트의 주요 특성까지 다루었습니다. 이러한 정보는 건설 및 도로 공사와 관련된 분야에서 더 나은 결정을 내릴 수 있도록 도움을 주며, 아스팔트와 그 특성에 대한 이해를 높일 수 있습니다.

아스팔트는 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 건설 재료 중 하나이며, 다양한 용도로 활용됩니다. 그러나 이용하기 전에 그 품질을 평가하고 측정하는 것이 중요합니다. 아스팔트의 품질을 평가하고 보증하기 위한 다양한 시험 방법과 분류 체계가 있습니다. 아스팔트의 특성을 이해하고 이러한 시험 방법을 적용함으로써 건설 프로젝트의 성공을 보장할 수 있습니다.

아스팔트는 침입도, 신도, 연화점, 점도 등 다양한 특성을 가지고 있으며, 이러한 특성을 정확하게 평가하는 것은 아스팔트의 사용 및 성능에 중요한 영향을 미칩니다. 역청유제 아스팔트와 컷백 아스팔트는 특수한 용도로 사용되며, 각각의 특징과 용도에 대해 알아보았습니다.

마지막으로, 아스팔트의 특성은 건설 프로젝트의 성패에 큰 영향을 미치므로, 이러한 정보와 시험 방법을 잘 숙지하고 활용하는 것이 중요합니다. 건설 업계에서는 항상 품질과 안전을 우선시하며, 이를 위해 아스팔트와 같은 건설재료에 대한 깊은 이해와 효과적인 시험 및 평가가 필요합니다. 아스팔트와 관련된 다양한 정보를 습득하고 이를 실무에 적용하여 더 나은 건설 프로젝트를 이끌어 나가기를 바랍니다.