염기성 산소강(Basic Oxygen Steel, BOS) 슬래그는 강철을 생산하기 위한 액체 철을 정련하는 과정에서 발생하는 부산물임. 1999년에 영국에서 생산된 BOS 슬래그의 공급을 맡고 있는 타맥 그룹(Tarmac Group)은 교통연구소(Transportation Research Laboratory, TRL)로 하여금 이 재료가 도로 표면 골재로 사용될 때 미끄럼 저항(skid resistance) 성능에 대한 연구를 수행하도록 요청하였음.

BOS 슬래그는 제한적이긴 하지만 이 프로젝트 이전에 수년 동안 표면 골재로 사용되어 왔음. 많은 경우에 BOS 슬래그의 사용은 제철소 인근의 도로에 제한적이었음. 영국에서 BOS를 더 폭넓게 사용하는데 있어 여러 인자들이 제약을 주었음. 여기에는 BOS의 높은 밀도(이는 운송 비용의 증가로 이어짐)와 현장에서의 팽창 가능성에 대한 우려가 포함됨. 게다가, BOS를 사용해본 경험의 부족은 공학자들로 하여금 이 재료를 수용하는 것을 주저하게 만들었음.

표면 시공에서 사용되는 골재에 대한 중요한 요구사항은 이들이 연마(polishing)에 대해 양호한 저항성을 가져야 한다는 것임. 이는 연마석 값(Polished Stone Value, PSV) 시험으로 측정됨. 이 요구사항은 설계자로 하여금 현장의 형태와 교통량에 적합한 미그럼 저항성을 제공하는데 도움이 됨.

문헌 검토에 의하면, BOS 슬래그는 PSV 시험에서 나타난 성능보다 더 나은 미끄럼 저항 성능을 가진 것으로 나타났으며, 그 결과 더 심도 깊은 연구를 위해 3년에 걸친 연구가 시작되었음. 이 연구의 첫번째 단계에 대한 결과는 TRL 보고서 566(Roe P. G. 2003)로 출판되었음.

초기 연구의 결과에 근거하여, 고속도로청()은 그 성능이 모니터링되어야 한다는 규정과 함께, PSV 시험에 대한 필요없이 표면 시공에 BOS 슬래그의 사용을 허용하였음. 타맥 그룹은 TRL로 하여금 그 시험 및 검사 프로그램을 지속하고 그 결과를 매년 타맥 그룹으로 보고하도록 요청하였음. 2009년 말까지 그 연구에서 가장 오래된 현장이 초기 시공 이후 10년 동안 모니터링되었음. 이 보고서는 장기 모니터링 결과를 요약하여 그 연구를 완료함.

각 현장에 대해 개별적으로 미끄럼 저항 성능에 대한 심도 깊은 해설을 제공하는 대신에, 이 보고서는 미끄럼 저항성에 영향을 미치는 주요 외부 인자들에 대한 이 재료의 거동을 고려함. 고려된 인자들은 다음과 같이 분류되었음:

- 날씨와 시간의 진행 결과로 나타난 미끄럼 저항성에서의 변동성

- 여러 다른 교통량이 미끄럼 저항성에 미치는 영향

- 차량의 정지나 가속에 의해 유발되는 응력이 미끄럼 저항성에 미치는 영향

- BOS 슬래그의 발생원의 영향

연구된 현장은 주로 얇은 표면 시공 시스템(thin surface course systems 또는 thin surfacings)이었지만, 표면 드레싱(surface dressings: 간이 포장에 의한 도로의 보수)에 대해서는 제한된 모니터링이 수행되었음. 표면 드레싱에 대해서는 결론이 내려지기 전에 더 많은 연구가 필요하지만, 이들에 대해 수행된 미끄럼 저항성에 대한 측정결과가 검토되었음.

이 보고서에서 요약된 10년 간의 연구 결과에 근거할 때, 미끄럼 저항성의 관점에서 볼 때 얇은 표면 시공 시스템에서 표면 조골재로써 BOS 슬래그를 사용하는 것이 적합하다는 결론이 내려질 수 있음.

BOS 제조과정에서 용융된 철광석은 고로에서 고철(steel scrap, 강설) 위로 부어지는데, 용융된 철광석과 고철의 비율은 신중하게 제어됨. 산소가 수냉 분사노즐을 통해 고로로 주입되고, 철에 용존 탄소는 연소되어 이산화탄소와 일산화탄소를 형성함. 온도가 증가하고 고철은 용융됨. 석회나 백운석(dolomite)가 고로에 유입되어 금속에서 산화물의 형성과 슬래그 생성을 방지함. 용융된 철은 화학적 구성과 온도가 적합하다고 판단되면 슬래그 아래에서부터 부어짐. BOS 슬래그는 고로에서 개별적으로 제거되고 냉각을 위해 저장고로 배출됨. 철 1톤에 대해 대략 150kg의 BOS 슬래그가 생산됨.

BOS 슬래그는 주로 규산 칼슘(calcium silicates)으로 구성되는데, 여기에는 산화물과 철, 망간, 알루미늄 및 다른 트레이스 원소(trace elements)의 화합물이 첨가되어 있음.

BOS 슬래그가 도로에서 골재로 사용될 수 있기 전에, 잔여 철을 제거하고 반응하지 않은 석회를 건조하기 위해 처리됨. 건조를 위해 슬래그는 자연 풍화의 기간을 거치게 됨.

도로 표면에서 골재로 사용하기 위해, 이 물질은 분쇄되고 단일 크기로 선별되며, 이후에 자연 풍화에 더 노출됨. 슬래그의 부피 팽창은 보통 3-6개월 이후에 테스트되는데, 이는 유럽 표준테스트(EN1744-1)를 따라야 함. 팽창 시험 데이타가 내부 통제 제한과 부합할 때만 판매를 위해 풀리게 됨.

미끄럼 저항성은 도로 표면이 차량 타이어와 도로 간에 마찰력을 만들어 내는 것을 말함. 타어이/도로 마찰력은 보통 건조 상태에서는 높지만, 도로 표면이 습윤 상태일 때는 상당히 낮아짐. 미끄럼 저항성은 보통 습윤 상태에서 측정됨.

아스팔트 도로의 표면 처리의 2가지 주요 성질이 미끄럼 저항성을 결정한다고 생각됨: 마이크로텍스쳐(microtexture, 미시적 질감)와 매크로텍스쳐(macrotexture, 거시적 질감). 마이크로텍스쳐는 골재 입자(보통 <0.5mm)의 표면 상의 소규모 질감임. 매크로텍스쳐는 골재의 입자들과 이들간의 공간의 형태에 의해 만들어지는 더 큰 규모의 질감임.

아스팔트 표면 처리에서 BOS 슬래그의 성능 관점에서, 마이크로텍스쳐는 미끄럼 저항성을 생성하는 부착력이 만들어지는 방식에 영향을 미치기 때문에 고려해야 할 중요한 인자임. 매크로텍스쳐는 더 높은 속도에서 미끄럼 저항성을 줄이는 영향을 제한하는데 있어 중요하지만, 그 영향은 사용되는 골재의 종류와 상관없이 똑같은 골재 개질을 사용하는 똑같은 타입의 표면처리에 대해서는 유사할 것임.

도로의 표면처리 수명 동안에 미끄럼 저항성이 변화하는 방식은, 도로에 작용하는 여러 인자들의 결과로 발생하는 마이크로텍스쳐의 변화가 압도적임. 이러한 인자들은 환경적 인자(날씨, 특히 강우와 결빙)와 도로 표면의 교통량 관련 인자로 구분될 수 있음.

차량 타이어(특히, 무거운 차량)의 반복적인 통과로 발생하는 연마 활동(polishing action)은 마이크로텍스쳐의 감소와 그로 인한 미끄럼 저항성의 저하로 이어짐. 연마에 저항하는 골재를 파악하기 위해 PSV 시험을 사용하는 이유가 여기에 있음. 연마와 이로 인한 미끄럼 저항성의 감소 정도는 여러 다른 상황에서 차이가 있음. 도로의 교통량이 중요하고 위치도 중요함. 왜냐하면 코너를 돌거나, 정지하고 가속할 때 발생하는 추가적인 응력이 연마의 정도에 영향을 미칠 수 있기 때문임.

모니터링 프로그램은 SCRIM(Sideway-force Coefficient Routine Investigation Machine)을 사용하여 미끄럼 저항성을 측정하는 것에 근거하고 있음. 이 프로그램에 포함된 현장의 수는 해마다 달랐음. 초기의 3년 연구에서의 현장 일부는 프로젝트의 주안점이 얇은 표면처리 물질의 장기 모니터링으로 전환되었을 때 제외되었음. 다른 경우에, 표면 처리는 그 서비스 수명의 끝에 도달하였고, 이들을 대체하기 위해 일부 새로운 현장이 프로그램에 추가되었음.

모니터링 방식은 해마다 약간씩 달라졌음. 이 프로그램에서 가장 오래된 현장에 있어서, 최초의 측정은 1999년 11월에 SCRIM으로 한번씩만 이루어졌음. 이후, 미끄럼 저항성은 일반적으로 여름 기간(5월부터 9월) 동안에 세번씩 측정되었음. 예외 사항은 아래와 같음:

- 2005년, SCRIM 측정 조사 중 하나는 표면 상태 모니터링 조사(질감의 깊이, 바퀴홈자국 및 기하학적 도로 특징을 측정)로 대체되었음.

- 2008년, SCRIM 조사가 두 번만 수행되었음.

- 2009년, SCRIM 조사가 한 번만 수행되었음.

미끄럼 저항성 측정 조사에 더하여, 모니터링은 전문가의 시각 검사를 포함하였음.

BOS 슬래그 조골재를 사용하여 얇은 두께의 표면 처리를 통해 제공된 미끄럼 저항성에 대한 10년간의 모니터링의 결과에서 여러 결론이 도출되었음. 교통이 일반적으로 잘 소통되는 지역에 대해서는 다음의 결론이 유효함.

- 테스트된 현장에 있어서, BOS 슬래그 표면 시스템은 자연 골재를 사용하여 건설된 현장(통제군)과 비슷하거나 더 우수한 성능을 보였음.

- BOS 슬래그 표면 시스템은 현재의 미끄럼 정책이 요구하는 것보다 더 나은 미끄럼 저항성을 제공함.

- BOS 슬래그 골재는 60 PSV 천연골재와 유사하게 성능을 발휘한다는 추정은 유효함.

- 얇은 두께의 도로 시스템에서 조골재로써 BOS 슬래그를 사용하는 것은 매일 4,000대 까지의 상업용 차량이 다니는 지역에서 허용되어야 함. 게다가, 유지관리 기관에 의해 정기적으로 수행되는 것 이외에 추가적인 모니터링이 필요치 않음.

그러나, 다음과 같은 단서 조항이 있음:

- BOS 슬래그는 교통에 있어 브레이크 작동이 많거나 조종에 우려가 있을 것으로 예상되는 지역에서는 조골재로 사용되지 말아야 함.

- 표면 드레싱에서 BOS 슬래그를 사용하는 것은, 그 성능에 대한 결론이 내려질 때까지 더 많은 연구를 필요로 함.

- 여러 다양한 화학적 구성이 미끄럼 저항성에 미치는 영향은 알려져 있지 않음. 더 많은 연구가 수행될 때까지 표면 시공에서 사용되는 BOS 슬래그의 구성은 이전에 측정된 범위 안에 있어야 함. 산화철(Fe2O3)은 20%와 30% 안에 있어야 하고, 산화칼슘(CaO) 함량은 40%와 48% 사이여야 하며, SiO2 함량은 10%와 15% 사이에 있어야 함.