친환경적이고 경제적인 긴급보수(포트홀 등) 포장재료 개발과 현장적용 기술제시
포트홀 보수 후 재파손 발생이 꾸준히 발생하여 이에 대한 대책 요구
포트홀은 포장 파손에 의한 도로의 공용수명을 감소시킬 뿐만 아니라 교통사고가 발생할 수 있는 잠재적 가능성도 다른 포장 파손보다 높아서 신속하고 적절하게 보수하는 것은 매우 중요하다. 도심지의 경우 운행차량의 차간 거리가 짧아서 운전자가 포트홀을 발견 또는 인지하는 속도가 늦으며, 운전자가 포트홀을 인지한 후에는 차량의 속도를 감속하거나 급하게 핸들을 돌리기 때문에 교통사고 발생 가능성이 크다. 또한 포트홀의 발생 원인이 강우 및 강설 등 수분이기 때문에 폭설이나 우천 시 포트홀로 인한 교통사고 발생이 증가할 수 있다.
포트홀 발생 시 보수하는 일반적인 방법은 발생 초기에 상온형 아스팔트 콘크리트를 사용하여 긴급보수를 우선 시행하고 추후 포트홀 주변을 절삭하고 일반 아스팔트 콘크리트를 사용하여 항구 포장 보수를 시행한다.
그러나 상온형 아스팔트 콘크리트는 일반 아스팔트 콘크리트에 비하여 고가이기 때문에 보수비용이 증가한다. 또한, 포트홀이 발생된 손상부위를 절삭 처리하지 않고 보수재의 단순 채움은 내구성 부족으로 재탈락이 일어날 수 있다(한국도로학회, 2014). 재보수를 위한 잦은 교통차단은 도로 이용자에게 불편과 사고를 일으킬 수 있고 보수 중 작업장 안전사고로 사회적 비용을 증가시키는 원인이 되고 있다.
서울시설공단(2020) 내부 자료에 의하면 포트홀 발생건수(2010년~2019년)는 [그림-1]과 같이 감소 추세이나, 응급보수 후 재파손율은 <표-1>에서와 같이 최근 5년간(2015년~2019년) 평균 50% 내외로 여전히 높은 것으로 나타났다.
폐타이어(순환자원) 재활용 및 아스팔트 포장재료 성능개선 효과
국내는 생산자 책임 재활용제도(Extended Producer Responsibility, EPR)에 의거하여 사용된 타이어 대부분을 재활용하고 있다. <표 2>에서 보는 바와 같이 2014년에서 2017년도까지(4년간) 폐타이어 평균 발생량은 369,791톤이며, 이 중 약 93%인 345,657톤이 재활용되었다(대한타이어산업협회). 그러나 재활용 실적 중 수출 물량 및 사용처가 미확인된 물량을 제외하면 국내에서 재활용된 폐타이어 재활용 비율은 연간 폐타이어 발생량의 약 79%인 292,434톤으로 집계되었다.
2014에서 2017년도까지(4년간) 폐타이어 평균 재활용량 중 약 66%를 차지하는 192,651톤이 열에너지용으로 이용된 것으로 나타났다. 열에너지 이용은 부존자원인 석탄, 무연탄을 대체하는 용도로 사용되어, 장점이 많이 부각되고 있으나 연소 시 발생하는 다이옥신, 중금속 등의 환경적 측면도 고려하여야 한다.
국내에서 폐타이어 수거를 통한 고부가가치 제품으로 제조 ․ 가공은 전체의 약 20% 수준(2017년 기준)이며, 대부분의 폐타이어는 연료 형태로 소모되거나 해외로 수출되는 것으로 나타났다. 따라서 전체 발생 폐타이어 중량 대비 재활용률은 매년 90% 이상으로 우수한 편이나, 향후 환경규제 및 민원 등의 영향으로 연료 사용이 어려워질 경우 연간 수십만 톤의 폐타이어가 폐기물로 전락할 수 있다. 따라서 고부가가치 재료의 재활용 방안을 강화하여야 할 필요가 있다.
국토해양부는 폐타이어 등 산업부산물을 도로포장에 재활용하기 위해 『산업부산물 재활용 도로포장 잠정지침』을 2008년 5월부터 시행하고 있다. 이 지침 제정의 목적은 폐타이어 분말이 운동장 트랙 및 보행자 도로 등에 제한적으로만 사용되어, 일반 도로포장에도 재활용을 활성화하기 위함이다. 산업부산물을 재활용하면 아스팔트와 콘크리트 도로포장의 소성변형 등 파손이 감소하고 내구성이 증대되어 도로 수명이 늘어난다(국토해양부, 2008). 폐타이어 고무 분말을 혼합하면 소성변형 저항성이 4.6배 증가되어 장기적으로 수명 증가에 효과적이다. 본 지침의 활성화로 도로포장에 사용되는 콘크리트 재료비는 연간 약 15억 원, 아스콘 재료비는 연간 약 158억 원을 절감할 것으로 예상되며, 친환경적인 재활용 확대 효과도 있다.
CRM이란 Crumb Rubber Modifier의 약자로, 직역하면 ‘부스러기 고무 개질제’라는 뜻이며 폐타이어 고무분말을 통칭하는 용어이다. CRM 아스팔트는 초기에 밴드-에이드(Band-Aid)라는 명칭의 균열 패치(patch)용으로 활용되었고 기계화 살포 시공이 가능하면서 칩씰(chipseal)2) 공법에 적용되어 균열 도로의 보수용으로 사용되었다. 1975년부터 가열아스팔트 혼합물의 바인더에 폐타이어 고무분말을 사용하기 시작하였으며 현재까지 다양한 종류의 가열아스팔트 혼합물의 바인더로 사용되고 있다.
CRM 아스팔트의 장점은 일반 아스팔트에 비하여 강도, 차량 무게에 대한 내력 등이 높고(소성변형 저항성 및 내구성 향상) 균열이 적게 발생하며 폐타이어를 재활용하기 때문에 폐기물 처리 등 환경오염 문제를 감소시킨다.
국내에서 일반적으로 사용하는 생산 기술인 Plant Mix Method는 고무 분말의 팽창(Swelling) 과정이 필수적이다. 이를 통하여 고무의 탄성 특성을 보유하면서, 고무분말과 아스팔트 표면의 결합력을 높일 수 있다(이경하, 1999). 이를 위하여 CRM 아스팔트를 보관하는 혼합반응기(Heat and Blender)와 숙성기(Reaction Tank) 등 대형 장비세트가 필수적이다[그림 2]. 그러나 서울시와 같이 단일 공사 면적이 작고 시공 기간이 짧은 경우 잦은 생산시설 이동, 설치, 해체 등 추가 비용이 발생하는 문제가 있다.
서울시 여건을 고려한 펠렛형(Pellet) 아스팔트 포장재료 개발과 현장 적용
가열된 액체 상태의 아스콘을 운반하고 현장에서 보관할 때 아스팔트 혼합물 온도 하락으로 시공 불량 및 품질 저하가 발생한다. 이러한 문제점 해결을 위하여 아스팔트 혼합물을 고형물(Pellet)로 제작하면 운반 및 보관이 용이하며, 소규모 가열 장비를 활용하여 포트홀 등 긴급보수 공사에 사용이 가능하다.
본 연구에서는 성능평가 시험을 수행하고 분석하였다. 박리저항성은 마샬다짐 시험과 함부르크 휠트래킹 시험에서 도출하였고, 휠트래킹 시험과 동탄성계수 시험으로 소성변형 저항성을 평가하였다. 항목 당 점수는 20점이며, 최대 점수는 100점(5가지 항목의 총합)이며, 소수점 자리는 올림으로 환산하였다. 여러 조합된 아스팔트 포장재료(HMA, CRM5%, CRM5%+GNP3)3%, CRM5%+GNP6%)에 부여된 점수는 일반 가열아스팔트 포장재료(HMA)에 대한 상대적인 점수이다. [그림 5]는 성능평가 분석 결과를 보여준다.