1. 소개

1.1 배경

록키 산맥(Rocky Mountain) 지역에 오일 및 가스 추출의 유입과 함께, 지역의 도로 네트워크는 교통, 특히 트럭량에서 상당한 증가를 보이고 있음. 이는 종종 많은 지역 관할의 예산으로는 너무 값비싼 유지관리 비용으로 귀결됨.

자갈의 손실(특히, 먼지의 형태로)은 미국 와이오밍(Wyoming) 주의 자갈도로에 보편적인 문제임. 이러한 손실은 도로 표면을 악화시키고 환경적인 문제를 야기시킴. 공학 및 환경 이유로, 먼지 손실을 최소화하고 양호한 도로 표면을 제공하는 것은 도로 소유자들과 사용자들에게 최고의 관심사임. 차량이 먼지를 일으킴에 따라, 이는 떨어져 나가고 비포장 표면은 미세 입자의 부착효과(binding effects)를 상실하게 됨. 그후, 표면은 빨래판과 같이 여러 요철을 가지게 됨. 미세 입자의 손실로 인해, 표면 재료는 더욱 침투가 가능하게 되고 더 많은 물을 표면에 포함하게 됨에 따라 도로의 움푹 파인 곳(potholes)과 바퀴 자국(ruts)이 더 많이 생기게 됨.

먼지가 공기로 유입되면, 이는 연방정부의 대기질 기준을 어기는 위험을 증가시킴. 먼지는 10 마이크로미터 이하의 입자로 구성되는 분진(PM-10)으로 간주됨. 와이오밍 주의 쉐리단 카운티(Sheridan County)는 연방정부의 대기질 기준을 만족시키지 못하는 지역들(non-attainment areas) 중 하나임. 더 많은 사용자들이 와이오밍 주의 비포장 도로를 사용함에 따라, 일시적인 먼지에 의해 발생되는 위험은, 대기질 문제 및 관련 건강 문제를 줄이는 조치가 취해지지 않는다면 계속해서 증가할 것임.

와이오밍 주를 가로지르는 많은 비포장 도로는 매일 500대 이상의 차량을 수용하는데, 이는 비포장도로에 대해 제안되는 하루 150 ？ 400대 차량을 넘어서는 수치임. 많은 카운티는 도로를 포장하는 것이 장기적으로 가장 경제적인 해결책이라는 것을 알지라도 재정적인 이유로 도로를 포장할 수 없음. 게다가, 오일 및 가스 추출이 감소되면 이러한 교통량이 줄어들 것이라는 사실은 문제를 복잡하게 만듦. 불행히도, 앞으로 수십년에 걸쳐 얼마나 많은 추출 활동이 이루어질지에 대해 아무도 모르고 있음. 이러한 요소들을 고려할 때, 비포장도로를 관리하는 가장 효과적인 방법을 알아내는 것은 중요한 문제임.

1.2 문제 인식

에너지 추출활동이 증가함에 따라 와이오밍 주에서 비포장도로에 교통량이 증가함으로써, 먼지 손실 및 표면 파괴가 계속해서 증가할 것임. 이러한 도로의 일부를 포장하는 것이 이치에 맞지만, 많은 카운티는 값비싼 운영을 할 여유가 없음(특히, 미래의 교통량이 불확실할 때). 먼지 손실 및 관련 표면 파괴를 줄일 수 있는 대안이 탐색될 필요가 있음.

재생 아스팔트 포장(recycled asphalt pavement, RAP)은 수년 동안 와이오밍 주의 비포장도로, 거리 및 골목길에 표면 처리의 첨가제로써 사용되어 왔음. 최근 주 법률은 와이오밍 카운티에 제공된 재생 아스팔트 포장에 대해 와이오밍 교통부(Wyoming Department of Transportation, WYDOT)에 보상을 제공함. 와이오밍 교통부와 지역 기관들은 비포장도로에 대한 표면처리 물질로써 재생 아스팔트 포장과 천연 골재와의 혼합에 대한 성능을 평가할 필요가 있음. 따라서, 이 연구 프로젝트의 목적은 재생 아스팔트 포장 혼합물을 표면처리 재료로 사용하는 것의 실현가능성을 결정하는 것이고, 도로의 서비스 제공을 유지하면서 먼지 손실을 줄이는 능력에 중점을 둠.

1.3 연구 목적

이 연구 프로젝트의 주요 목적은 다음과 같음:

·먼지 손실을 줄이는 측면에서 비포장도로에 재생 아스팔트 포장을 추가하는 것의 효과를 결정
·비포장도로에 재생 아스팔트 포장을 추가하는 것이 도로의 서비스를 유지하거나 향상시키는지(다시 말해, 표면 파괴를 줄이거나 어떤 파괴도 일으키지 않는지)를 결정
·비포장도로에 재생 아스팔트 포장을 포함하는 비용 대비 효과성을 평가
·재생 아스팔트 포장의 혼합이 사용된 도로가 그들의 운영에 이익이 될 것이라고 느끼는 기관들에 대해 제안
·비포장도로에 재생 아스팔트 포장을 사용하는 것에 대해 더 필요한 연구를 제안
 

1.4 보고서의 구성

1장은 이 프로젝트가 시작된 이유와, 제시된 문제를 어떻게 만족시킬 것인지를 기술함. 2장은 재생 아스팔트 포장의 사용을 기술함. 이는 또한 자갈 도로와 먼지 제어를 포함하는 이슈를 기술함. 3장은 이 연구의 목적을 달성하기 위해 사용된 절차(테스트 지역과 공사 절차에 대한 기술을 포함)를 기술함. 4장은 테스트 부분의 성능을 기술하는데, 일시적인 먼지 배출과 도로 표면 상태에 중점을 두고 미육군 공병단(U.S. Army Corps of Engineers, USACE)의 비포장 도로 상태지수(unsurfaced road condition index, URCI)의 평가 절차에 의해 평가됨. 5장은 비포장도로에 재생 아스팔트 포장을 표면처리 첨가제로 사용하는 것과 고온 혼합 아스팔트 포장에서 재생 아스팔트 포장을 사용하는 것의 비용 대비 효과성을 비교함. 6장은 3, 4, 5장에서 제시된 논의를 간략히 요약하고 연구의 결과를 전반적으로 조망함. 7장은 이 연구의 결과가 어떻게 시행될 수 있는지에 대한 충고를 제공함. 부록은 이 보고서에서 제시된 기술 및 결론을 지원하는 추가적인 정보 및 데이타를 제공함.

2. 요약과 결론

2.1 라라미 카운티(Laramie County)의 성능 요약

라라미 카운티의 시공 절차는 적절한 혼합을 달성하지 못해서 골재 분리(segregation)로 이어졌음. 재료의 균질성 부족은 상당한 골재 분리와 성능이 떨어지는 도로로 이어졌음. 어느 정도 골재 분리를 제거하기 위해서 추가적인 혼합이 시도되었음.

양호한 표면과 그로 인한 양호한 성능은, 기존의 골재와 재생 아스팔트 포장이 잘 혼합되었을 때 성취되었음. 라라미 카운티에서의 문제는 재료 자체가 아니라 시공 방법에 의해 만들어진 골재 분리와 관련되어 있음. 표면이 일단 형성되면, 먼지는 낮은 수준이었고 어느 정도 내구성이 있었음.

2.2 존슨 카운티(Johnson County)의 성능 요약

존슨 카운티의 테스트 부분은 일반적으로 성능이 우수하였음. 천연 골재와 재생 아스팔트 포장을 비축되어 있는 상태에서 반죽기(pugmill)로 혼합함으로써 우수한 균질성이 달성되었음.

재생 아스팔트 포장과 염화칼슘을 가진 부분은 재생 아스팔트 포장만 가진 부분만큼 성능이 우수하지 않았음. 이는 재생 아스팔트 포장과 염화물 부분의 연화(softening) 때문으로 조도(roughness), 패임, 그리고 더 많은 먼지 배출로 이어짐. 이는 더 부드러워진 표면에 의해 발생된 추가적인 조도 때문일 수 있음. 이는 차량의 타이어가 튕김에 따라 더 많은 마모를 발생시킬 수 있음. 재생 아스팔트 포장과 염화물 부분은 염화물만 가진 부분보다 훨씬 적은 바퀴자국을 가졌으나 더 많은 먼지를 발생시켰음.

전반적으로, 재생 아스팔트 포장만 가진 부분이 가장 우수한 성능을 나타냈음. 염화물로 인한 연화는 성능을 떨어뜨렸음.

2.3 스위트워터 카운티(Sweetwater County)의 성능 요약

일반적으로, 기저의 재료와 재생 아스팔트 포장을 혼합하기 위해 회수기(reclaimer)를 사용함으로써 우수한 혼합이 이루어질 수 있음. 이렇게 우수한 혼합은 어느 정도 회수기 자체의 효과인지, 하부 배출 트럭으로부터의 양호한 분산으로 인한 균질성 효과 때문인지 명확하지 않음. 아마도 두 요소 모두 역할을 한 것으로 보임. 모터 그레이더(motor grader)와 회수기를 사용한 스위트워터 카운티의 혼합은 모터 그레이더만 사용한 라라미 카운티보다 상당히 더 나았음. 이러한 향상은 오직 미세한 재료 분리 및 상당히 더 나은 성능으로 이어졌음.

2.4 시공 방법의 함수로써의 성능

일관적인 혼합을 얻는 것이 표면에 재생 아스팔트 포장이 첨가된 도로의 우수한 성능에 결정적이라는 것은 이 연구에서 볼 때 명확함. 존슨 및 스위트워터 카운티에서 적용된 방법은 이를 달성하는데 성공적이었으나, 라라미 카운티에서 사용된 방법은 덜 성공적이었음. 이로 인해 테스트 부분의 성능에 상당히 부정적으로 영향을 끼치는 재료 분리가 발생하였음. 양호하고 균질한 혼합으로 재료 분리를 최소화하는 방법을 사용하는 것이 양호한 성능에 필수적임.

반죽기에서 혼합하는 것은 존슨 카운티에서 사용되었는데, 가장 우수하고 가장 균질한 도로 표면을 제공하는 것으로 나타남. 그러나, 모터 그레이더와 회수기를 가진 하부 배출 트럭에 위치한 혼합 재료는 스위트워터 카운티에서 사용되었는데, 이 또한 좋은 결과를 만들어 냈음. 하지만 이 방법을 사용했을 때 미세하지만 어느 정도의 재료 분리가 나타났음. 이렇게 미세한 재료 분리가 트럭에서 트럭의 재료 분리에서 발생했는지, 재생 아스팔트 포장의 저장소에서 부적절한 혼합 때문인지, 아니면 모터 그레이더와 회수기에 의한 부적절한 혼합 때문인지 확실치 않음. 어떤 경우에도, 스위트워터 카운티의 부분에서 우수한 혼합이 이루어졌으나 존슨 카운티 만큼은 아니었음.

2.5 표면처리 재료의 함수로써의 성능

골재 또는 기존의 재료들과 잘 혼합되었을 때, 재생 아스팔트 포장은 우수한 비포장 표면을 만들어냄. 두 가지 요소가 표면처리 골재로써이 재생 아스팔트 포장의 성능에 가장 결정적임:

·재생 아스팔트 포장이 우수한 표면을 형성하도록 하는 적절한 바인더(binder)
- 그렇지 않을 경우, 재료 분리, 빨래판 표면 및 먼지가 심각한 문제가 될 수 있음.

- 재생 아스팔트 포장과 혼합된 골재에서 입자의 특성에 따라, 20% 만큼 적은 천연 골재가 재생 아스팔트 포장과 혼합될 수 있음. 더 작은 부착력을 가진 골재에 대해서는 50% 만큼 많은 골재가 최적에 가까울 수 있음.

·재생 아스팔트 포장이 모터 그레이더로 재작업될 수 없는 덩어리를 만들지 않도록 하는 충분한 양의 천연 골재
- 철저한 혼합이 이를 달성하는데 필수적인데, 왜냐하면 철저한 혼합이 이루어지지 않는다면 재생 아스팔트 포장이 덩어리를 만들 수 있기 때문임(특히, 뜨거운 날씨에서 많은 교통량이 있을 경우).

2.6 먼지 억제제의 함수로써의 성능

일반적으로 염화물 먼지 억제제(염화 마그네슘 소금물, 폴리머를 가진 염화 마그네슘 소금물, 그리고 염화 칼슘)는 기대하는 것처럼 기능하였음. 이들은 재생 아스팔트 포장의 혼합에서 추가적인 습기를 포함함으로써 더 부드럽고 일시적인 먼지의 발생을 줄였음.