아스팔트 콘크리트

Asphalt concrete
"Blacktop"은 여기서 리다이렉트 됩니다.그 외의 용도는, 블랙 톱(동음이의)을 참조해 주세요.
아스팔트 배치 믹스 플랜트
덤프트럭에서 공급되는 아스팔트 콘크리트를 타설하는 기계

아스팔트 콘크리트(북미에서는 아스팔트,[1] 블랙탑 또는 포장도로, 영국 및 아일랜드에서는 아스팔트, 역청 마카담 또는 압연 아스팔트로 불린다)는 도로, 주차장, 공항 및 제방 [2]댐의 핵심부에 일반적으로 사용되는 복합 재료입니다.아스팔트 혼합물은 20세기 [3]초부터 포장 공사에 사용되어 왔다.아스팔트와 결합되어 층층이 쌓이고 압축된 광물 골재로 구성되어 있습니다.이 과정은 벨기에계 미국인 발명가 Edward De Smedt에 [4]의해 개선되고 강화되었다.

아스팔트(또는 아스팔트) 콘크리트, 역청 아스팔트 콘크리트 및 역청 혼합물이라는 용어는 일반적으로 엔지니어링 및 건설 문서에서만 사용됩니다. 이 문서에서는 콘크리트를 바인더로 접착된 광물 골재로 구성된 복합 재료로 정의합니다.약어 AC는 아스팔트 콘크리트에 사용되기도 하지만 복합재료의 액체 아스팔트 부분을 가리키는 아스팔트 함량 또는 아스팔트 시멘트를 나타낼 수도 있습니다.

혼합물 제제

이 단면에서 보듯이 기존 포틀랜드 시멘트 콘크리트에 아스팔트 콘크리트를 얇게 도포하여 기존 도로를 매끄럽게 하여 복합포장을 형성하고 있다.

아스팔트와 골재의 혼합은 여러 가지 방법 [5]중 하나로 이루어집니다.

핫믹스 아스팔트 콘크리트(통칭 HMA)
이는 아스팔트 바인더를 가열하여 점도를 떨어뜨리고 골재를 건조시켜 습기를 제거한 후 혼합하여 제조합니다.혼합은 일반적으로 애스팔트의 경우 약 300°F(대략 150°C), 폴리머 변형 아스팔트의 경우 330°F(166°C)에서 골재를 사용하여 수행되며, 아스팔트 시멘트는 200°F(95°C)에서 수행됩니다.포장 및 압축은 아스팔트가 충분히 뜨거울 때 수행해야 한다.많은 국가에서 포장은 여름철로 제한됩니다. 겨울에는 압축된 베이스가 아스팔트를 필요한 밀도로 포장하기 전에 너무 많이 냉각되기 때문입니다.HMA는 주요 고속도로, 경주장 및 비행장과 같은 교통량이 많은 포장도로에서 가장 일반적으로 사용되는 아스팔트 콘크리트 형태입니다.또한 매립지, 저수지, 어류 부화 [6]연못을 위한 환경 정기선으로도 사용됩니다.
텍사스주 라레도에서 가동 중인 아스팔트 콘크리트 타설기
웜믹스 아스팔트 콘크리트(통칭 WMA)
이것은 혼합하기 전에 아스팔트 바인더에 제올라이트, 왁스, 아스팔트 유제 또는 물을 첨가하여 생산됩니다.이렇게 하면 혼합 및 부설 온도가 현저히 낮아지고 화석 연료의 소비량이 줄어들어 이산화탄소, 에어로졸 및 증기가 적게 배출됩니다.작업환경이 개선될 뿐만 아니라 부설온도가 낮아지면 사용가능한 지표면의 가용성이 높아지기 때문에 중요한 일정의 건설현장에 있어서도 중요합니다.고온 혼합 아스팔트(위)에 이러한 첨가제를 사용하면 압축이 쉬워지고 추운 날씨의 포장이나 더 긴 하울이 가능합니다.웜 믹스의 사용이 급속히 확대되고 있다.미국 아스팔트 생산업체를 대상으로 한 조사에 따르면 2012년에 생산된 아스팔트의 거의 25%가 웜 믹스였으며,[7] 이는 2009년 이후 416% 증가한 수치입니다.보다 깨끗한 도로 포장도로는 WMA와 자재 재활용을 결합하여 개발될 수 있습니다.웜 믹스 아스팔트(WMA) 기술은 환경, 생산 [8]및 경제적 이점을 제공합니다.
냉혼합 아스팔트 콘크리트
이는 골재와 혼합하기 전에 유화제를 사용하여 아스팔트를 물에 유화함으로써 생성됩니다.유화 상태일 때 아스팔트는 점성이 떨어지고 혼합물이 작업하기 쉽고 컴팩트합니다.충분한 양의 물이 증발한 후 유제가 깨지고 냉간 혼합물이 이상적으로 HMA 포장 특성을 띠게 됩니다.콜드 믹스는 패칭 재료 및 교통량이 적은 서비스 도로에서 일반적으로 사용됩니다.
컷백 아스팔트 콘크리트
골재와 혼합하기 전에 등유 또는 다른 석유의 가벼운 부분에 바인더를 용해하여 생성되는 냉간 혼합 아스팔트의 한 형태입니다.용해된 상태에서는 아스팔트의 점성이 떨어지고 혼합물이 작업 및 압축이 용이합니다.혼합물이 쌓이면 더 가벼운 분율이 증발합니다.가벼운 부분의 휘발성 유기 화합물에 의한 오염에 대한 우려로 인해 컷백 아스팔트는 아스팔트 [9]유제로 대체되었습니다.
매스틱 아스팔트 콘크리트 또는 시트 아스팔트
이는 단단한 등급의 송풍 역청(즉, 부분적으로 산화됨)을 녹색 조리기(믹서)에서 점성이 있는 액체가 될 때까지 가열한 후 골재 혼합물을 첨가함으로써 생성됩니다.
역청 골재 혼합물은 약 6-8시간 동안 조리(숙성)되며, 준비되면 매스틱 아스팔트 혼합기를 작업 현장으로 운반하여 숙련된 층이 믹서를 비우고 기계 또는 손으로 매스틱 아스팔트 내용물을 도로에 쌓습니다.매스틱 아스팔트 콘크리트는 일반적으로 약 두께로 타설된다.3⁄4–1+3⁄16인치(20~30mm) 및 바닥 또는 지붕의 경우 약 3⁄8인치(10mm)입니다.
고모듈러스 아스팔트 콘크리트(프랑스어 약자 EMé(enrobé module module elvé)라고도 함)
이것은 매우 단단한 역청 제제(투과 10/20)를 사용하며, 때로는 골재의 무게에 따라 6%에 가까운 비율로 수정되기도 하며, 높은 탄성률(13,000MPa 정도)을 가진 아스팔트 콘크리트 층을 만들기 위해 미네랄 파우더(8~10%)의 높은 비율을 사용합니다.이를 통해 기존 역청 [10]대비 기본층의 두께를 최대 25%(온도에 따라 다름)까지 줄일 수 있으며 매우 높은 피로 강도를 [11]제공할 수 있습니다.고모듈러스 아스팔트층은 중·중·고밀도 교통을 위한 보강작업과 신규 보강공사에 모두 사용된다.기본층에서는 장력을 흡수하는 용량이 더 크고 일반적으로 [12]피로 저항성이 더 좋은 경향이 있습니다.

아스팔트 및 골재 외에 폴리머 및 미끄럼 방지제 등의 첨가제를 첨가하여 최종 제품의 특성을 향상시킬 수 있다.

아스팔트 콘크리트로 포장된 지역(특히 공항 앞치마)은 타르마카담 [13]공정을 사용하여 건설되지 않았음에도 불구하고 때때로 "타르막"이라고 불립니다.

다양한 특수 아스팔트 콘크리트 혼합물이 특정 요구를 충족시키기 위해 개발되었습니다. 예를 들어, 석재-매트릭스 아스팔트 또는 다공질 아스팔트 포장도로는 매우 강한 마모 표면을 보장하도록 설계되었으며, 투과성을 갖추고 빗물을 제어하기 위해 포장도로를 통해 물이 배수되도록 설계되었습니다.

퍼포먼스 특성

아스팔트 콘크리트 사용 중 하나인 공항 유도로

아스팔트 콘크리트의 종류에 따라 표면 내구성, 타이어 마모, 제동 효율, 도로 소음 등의 성능 특성이 다릅니다.원칙적으로 적절한 아스팔트 성능 특성의 판단은 각 차량 범주의 교통량과 마찰 코스의 성능 요건을 고려해야 한다.

아스팔트 콘크리트는 포틀랜드 시멘트 콘크리트 표면보다 도로 소음이 적으며, 일반적으로 [14][15]칩 씰 표면보다 소음이 적습니다.타이어 소음은 운동에너지를 음파로 변환해 발생하므로 차량 속도가 빨라질수록 더 많은 소음이 발생한다.고속도로 설계가 표면 포장 유형의 선택을 포함한 음향 공학적 고려사항을 고려할 수 있다는 개념은 1970년대 [14][15]초에 생겨났다.

구조적 성능과 관련하여 아스팔트의 거동은 재료, 하중 및 환경 조건을 포함한 다양한 요인에 따라 달라집니다.또한 포장의 성능은 시간에 따라 달라집니다.따라서 아스팔트 포장의 장기 거동은 단기 성능과는 다르다.LTPP는 FHWA의 연구 프로그램으로, 특히 장기 포장 [16][17]거동에 초점을 맞추고 있다.

열화와 복원

서리로 인한 아스팔트 손상

아스팔트 열화에는 악어 균열, 움푹 패인 구멍, 격변, 갈라짐, 출혈, 발정, 밀림, 박리 및 경사 함몰 등이 포함될 수 있습니다.추운 기후에서는 한겨울에도 서리 때문에 아스팔트가 깨질 수 있다.균열을 역청으로 메우는 것은 일시적인 수정이지만 적절한 압축과 배수만이 이 과정을 지연시킬 수 있습니다.

아스팔트 콘크리트를 시간이 지남에 따라 악화시키는 요인은 대부분 건설 품질, 환경 고려 사항 및 교통 부하 중 하나의 범주로 분류됩니다.흔히 손상은 세 가지 범주의 요인 조합으로 인해 발생합니다.

시공 품질은 포장 성능에 매우 중요합니다.여기에는 건설 후 포장도로에 배치되는 공공시설 참호 및 부속품의 건설이 포함된다.아스팔트 표면, 특히 세로 이음매의 압축이 부족하면 포장 수명을 30~40% 단축할 수 있습니다.공사 후 포장도로의 서비스 트렌치는 주로 트렌치 내의 압축이 부족하고 부적절한 밀폐 이음매로 인한 수분 침입으로 인해 포도의 [18][19]수명을 50%까지 감소시킨다고 알려져 있다.

환경적 요인으로는 열과 추위, 지반 또는 포장 밑바닥의 지반 토양의 수분 존재, 서리 발생 등이 있다.

온도가 높으면 아스팔트 바인더가 부드러워져 타이어 하중이 무거워지면 포장도로가 바퀴자국으로 변형됩니다.역설적으로 높은 열과 강한 햇빛은 아스팔트를 산화시켜 더 단단해지고 탄력이 떨어지면서 균열 형성을 초래한다.온도가 낮으면 아스팔트가 수축하면서 균열이 발생할 수 있습니다.차가운 아스팔트는 복원력이 떨어지고 균열에 더 취약합니다.

포장 아래에 고여 있는 물은 지반과 지반을 부드럽게 하여 도로를 교통 부하에 더욱 취약하게 만든다.도로 밑의 물은 추운 날씨에 얼고 팽창하여 균열을 유발하고 확대한다.봄 해빙기에는 지면이 위에서 아래로 녹기 때문에 위 포장도로와 아래 얼어붙은 흙 사이에 물이 고여 있다.이 포화 토양의 층은 위의 도로를 거의 지탱하지 못하여 포트홀을 형성합니다.이것은 모래나 자갈이 많은 토양보다 실티나 점토 토양에 더 큰 문제입니다.일부 국가에서는 봄 해빙기에 트럭의 허용 중량을 줄이고 도로를 보호하기 위해 서리법을 통과시키고 있다.

차량이 일으키는 손상은 대략 4제곱까지 상승하는 차축 하중과 비례하므로, 차축이 운반하는 중량을 두 배로 늘리면 실제로 16배의 [20]손상이 발생합니다.바퀴는 도로를 약간 구부려 피로 균열을 일으켜 종종 악어 균열을 일으킨다.차량 속도도 한몫한다.천천히 움직이는 차량은 장시간 동안 도로에 압력을 가하여 아스팔트 포장의 바퀴자국, 균열 및 파열이 증가합니다.

다른 손상 원인으로는 차량 화재로 인한 열 손상이나 화학 물질 유출로 인한 용제 작용 등이 있습니다.

열화 방지 및 복구

기계 실코팅 아스팔트 포장

도로의 수명은 설계, 시공 및 유지보수를 통해 연장될 수 있습니다.설계 시 엔지니어는 트럭의 수와 종류에 특히 주의를 기울이며 도로의 교통량을 측정합니다.또한 지반이 얼마나 많은 하중을 견딜 수 있는지 평가합니다.포장 및 서브베이스 두께는 휠 하중을 견딜 수 있도록 설계되었습니다.지반 보강이나 도로 보강을 위해 지오그리드를 사용하는 경우도 있습니다.도랑, 빗물 배수구, 하류 등의 배수로를 사용하여 노반에서 물을 제거하여 지반과 지반이 약해지는 것을 방지합니다.

씰코팅 아스팔트는 물과 석유제품이 포장도로에 들어오지 않도록 하는 유지관리 수단이다.

도랑과 빗물 배수구를 보수하고 청소하면 저렴한 비용으로 도로의 수명을 연장할 수 있습니다.작은 균열을 역청균열 씰러로 밀봉하여 서리 풍화를 통해 균열을 확대하거나 부기층까지 스며들어 부드럽게 하는 것을 방지한다.

다소 더 변형된 도로의 경우 칩 씰 또는 유사한 표면 처리가 적용될 수 있습니다.균열의 수, 폭, 길이가 증가함에 따라 보다 집중적인 수리가 필요하다.일반적으로 비용이 증가하는 순서로는 얇은 아스팔트 오버레이, 멀티코스 오버레이, 톱코스 연삭 및 오버레이, 내부 재활용 또는 도로 전체 심층 재구축 등이 있습니다.

도로의 상태를 좋게 유지하는 것이 일단 악화된 도로를 수리하는 것보다 훨씬 비용이 적게 든다.일부 기관은 열악한 도로 재건보다 양호한 도로의 예방적 유지보수를 우선시하는 이유다.열악한 도로는 자원과 예산이 허용하는 한 업그레이드된다.평생 비용 및 장기 포장 조건 측면에서, 이는 시스템 성능을 향상시킵니다.나쁜 도로를 복구하는 데 주력하는 기관들은 모든 도로를 수리할 때쯤에는 상태가 좋았던 도로가 [21]악화되는 것을 종종 발견합니다.

일부 기관은 유지 보수 우선 순위를 정하는 데 도움이 되는 포장 관리 시스템을 사용합니다.

재활용

재활용을 위해 재활용 아스팔트 포장(RAP) 덩어리가 퇴적됩니다.

아스팔트 콘크리트는 재활용이 가능하며 현장 및 아스팔트 [22]플랜트 모두에서 재사용이 가능합니다.아스팔트 콘크리트에서 가장 일반적인 재활용 부품은 재활용 아스팔트 포장(RAP)입니다.RAP은 미국의 [23]다른 어떤 재료보다 높은 비율로 재활용됩니다.아스팔트 콘크리트 혼합물은 재생 아스팔트 판자(RAS)를 포함할 수도 있다.조사에 따르면 RAP과 RAS는 버진 애그리게이트와 아스팔트 바인더를 [24]혼재하여 최대 100%의 필요성을 대체할 수 있지만, 규제 요건과 퍼포먼스에 관한 우려 때문에 이 비율은 일반적으로 낮습니다.2019년 미국에서 생산된 새로운 아스팔트 포장 혼합물은 평균 21.1%의 RAP과 0.2%의 [23]RAS를 함유하고 있습니다.

재활용 방법

재생 아스팔트 부품은 재활용하여 아스팔트 공장으로 운반하여 가공하여 새로운 포장도로에서 사용하거나 전체 재활용 프로세스를 [22]현장에서 수행할 수 있습니다.사내 재활용은 일반적으로 도로에서 이루어지며 RAP에만 해당되지만 아스팔트 플랜트에서의 재활용은 RAP, RAS 또는 둘 다 사용할 수 있습니다.2019년에 미국의 [23]아스팔트 공장에서 수용된 RAP은 약 9700만 톤, RAS는 110만 톤으로 추산된다.

RAP은 일반적으로 현장에서 제분된 후 발전소에 의해 공급되지만, 포장도로는 더 큰 부분으로 찢어져 발전소에서 분쇄될 수도 있다.RAP 밀링은 일반적으로 새로운 아스팔트 혼합물에 통합되기 전에 공장에 비축됩니다.혼합하기 전에 비축된 제분기를 건조시킬 수 있으며 저장고에 응집된 것은 [22]분쇄해야 할 수 있습니다.

RAS는 아스팔트 공장에서 제조 후 폐기물로 직접 공급받거나 사용 [23]수명이 끝날 때 소비 후 폐기물로 공급받을 수 있습니다.RAS의 처리는 대상포진의 분쇄와 분쇄 연삭을 포함하고 있으며, 그 분쇄는 크기가 큰 입자를 제거하는 것을 포함한다.못 및 기타 금속 부스러기를 제거하기 위해 분쇄물을 자성 체로 선별할 수도 있다.그 후 그라운드 RAS를 건조시켜 아스팔트 시멘트 바인더를 [25]추출할 수 있다.RAS 처리, 성능 및 관련된 안전보건 문제에 대한 자세한 내용은 아스팔트 대상포장을 참조하십시오.

내부 재활용 방법을 사용하면 기존 포장도로를 재생하고, 리믹스하고, 현장에서 다시 포장하여 도로를 복구할 수 있습니다.사내 재활용 기술에는 러블라이징, 핫 임플레이스 재활용, 냉간 임플레이스 재활용, 완전 심층 [22][26]재활용 등이 있습니다.내부 방법에 대한 자세한 내용은 도로 표면을 참조하십시오.

성능

일반 아스팔트 콘크리트 [27]혼합물의 약 5~6%를 차지하는 아스팔트 시멘트 바인더는 사용 수명 동안 자연 경화되어 더욱 [28][29][22]단단해집니다.이 노화 과정은 주로 산화, 증발, 삼출 및 물리적 [22]경화에 의해 발생합니다.이러한 이유로 RAP 및 RAS를 함유한 아스팔트 혼합물은 작업성이 낮아지고 피로 [24][25]균열에 대한 민감도가 높아지기 쉽습니다.이러한 문제는 재활용된 컴포넌트가 [28][24]혼합되어 올바르게 배치되어 있는 경우에 회피할 수 있습니다.품질 문제를 피하기 위해서는 RAP의 비축량을 [24][22]습기나 직사광선에 노출되지 않도록 하는 등 적절한 보관과 취급을 연습하는 것도 중요합니다.바인더 에이징 프로세스에서는 RAP [29][30]및 RAS를 포함한 아스팔트에서 보다 높은 레벨의 루팅 저항성에 기여하는 등 몇 가지 유익한 특성이 발생할 수 있습니다.

RAP과 RAS의 성능 측면의 균형을 맞추기 위한 한 가지 방법은 재생 컴포넌트를 버진 애그리게이트 및 버진 아스팔트 바인더와 결합하는 것입니다.이 접근 방식은 혼합물의 재활용 성분이 상대적으로 [28]낮을 때 효과적일 수 있으며, 부드러운 버진 [29]바인더로 더 효과적으로 작동하는 경향이 있습니다.2020년 연구에 따르면 연하고 낮은 등급의 버진 바인더를 사용한 혼합물에 5% RAS를 첨가하면 적절한 [30]피로 균열 저항성을 유지하면서 혼합물의 발정 저항성을 크게 높였습니다.

더 높은 재활용 성분을 가진 혼합물은 버진 바인더의 첨가가 덜 효과적이며 회춘제를 [28]사용할 수 있습니다.회춘제는 오래된 결합제의 물리적,[29] 화학적 특성을 복원하는 첨가제입니다.아스팔트 플랜트에서 기존 혼합 방법을 사용할 경우 회춘제가 필요하게 되기 전 RAP 함량의 상한은 50%[24]로 추정됩니다.연구에 따르면 최적의 용량으로 회춘기를 사용하면 100% 재활용 부품과 혼합하여 기존 아스팔트 [24][28]콘크리트의 성능 요구사항을 충족할 수 있는 것으로 나타났습니다.

아스팔트 콘크리트 내 기타 재활용 재료

RAP 및 RAS 이외에도 다양한 폐자재를 초기 골재 또는 회춘제로 재사용할 수 있습니다.재활용 타이어에서 생성된 크럼 고무는 [31][32]RAP을 함유한 아스팔트 혼합물의 피로 저항성과 굽힘 강도를 향상시키는 것으로 입증되었습니다.캘리포니아에서는 교통부가 아스팔트 포장 재료에 [33]부스러기 고무를 포함하도록 법률에 규정되어 있습니다.미국 전역의 아스팔트 콘크리트 혼합물에 활발하게 포함된 다른 재활용 재료로는 강철 슬래그, 고로 슬래그 및 셀룰로오스 [23]섬유가 있습니다.

아스팔트 혼합물로 재활용될 수 있는 새로운 형태의 폐기물을 발견하기 위해 추가 연구가 수행되었습니다.호주 멜버른에서 실시된 2020년 연구에서는 폐자재를 아스팔트 콘크리트에 통합하기 위한 다양한 전략이 제시되었습니다.이 연구에서 제시된 전략에는 아스팔트 바인더에 플라스틱, 특히 고밀도 폴리에틸렌을 사용하고 기존 [34]골재 대신 유리, 벽돌, 세라믹 및 대리석 채석장 폐기물을 사용하는 것이 포함됩니다.

회춘제는 폐엔진 오일, 폐식물성 오일 및 폐식물성 [28]그리스를 포함한 재활용 재료로 제조할 수도 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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