고온배합 아스팔트(hot-mix asphalt, HMA) 혼합물에서 재생 아스팔트 슁글(recycled asphalt shingles, RAS)을 사용하는 것은 에너지를 보존하고 환경을 보호하면서 아스팔트 포장의 비용을 상당히 낮출 수 있음. 이 보고서는 RAS 처리, 처리된 RAS의 특성 파악(바인더 함량, 성능 기준 등), RAS 배합 설계, 생산 및 현장 시공의 관점에서 HMA에 RAS를 사용하는 우수사례를 문서화함.

첫째, 6단계의 RAS 처리 지침이 이 연구에서 제안되는데, 여기에는 수집, 아스팔트 파편에 대한 석면(asbestos) 테스트, 분리, 연마, 선별, 및 처리된 RAS의 저장이 포함됨. 연구진은 골재 파편은 제조폐기물 파편보다 더 높은 바인더를 함유하고 있음. 제조폐기물 파편은 일관되게 20퍼센트의 바인더 함량을 가지고 있지만, 이 연구에서 평가된 골재 파편은 23-28퍼센트까지 다양한 바인더 함량을 가지고 있음. 게다가, 아스팔트 바인더 함량과 골재 크기(gradation)의 관점에서 전반적인 RAS의 변동성은 제조폐기물과 파편 골재 모두에 대해 낮음.

명확하게, RAS 바인더는 매우 취성이 높고 고온의 성능 등급(performance grade, PG)은 섭씨 140도를 상회하며 저온의 성능 등급은 섭씨 0도 이상임. 이 연구는 추출 방법(extraction method)과 발화 오븐(ignition oven)을 비교하였고, 하나의 파편 재료를 제외하고 두 방법 모두 유사한 골재 등급과 아스팔트 함량을 보였음.

RAS 배합 설계, 생산, 그리고 현장 시골과 관련된 이슈도 이 보고서에서 파악되었고 논의되었음. 차후 연구가 더 필요한 부분은 RAS 배합의 장기 성능임. 일반적으로, RAS 배합은 양호한 바퀴홈 저항성(rutting resistance)을 가지고 있으나, 균열, 피로 균열 등에 대한 저항성은 평가될 필요가 있음. 생애주기 비용 분석은 RAS를 사용하는 것의 경제적 타당성을 결정하기 위해 수행되어야 함.
 

아스팔트 포장 산업계는 항상 재활용을 지지해왔는데, 여기에는 재생 아스팔트 포장(reclaimed asphalt pavement, RAP), 재생 아스팔트 슁글, 타이어 등이 포함됨. 최초의 재생 아스팔트 포장은 1915년으로 거슬러 올라감. 에너지를 보존하고 환경을 보호하는 것에 더하여, RAP/RAS의 사용은 HMA 포장 비용을 상당히 낮출 수 있음. RAP는 아스팔트 포장 산업의 역사에서 가장 광범위하게 재사용된 물질임. 최근 아스팔트 시멘트의 가격 상승과 가격 변동으로 인해, 산업계는 더욱 재활용 노력을 강화해왔음.

더욱 최근에, HMA에 RAS를 사용하는 것은 아스팔트 포장 산업계에 또다른 기회(black gold)가 되었는데, 왜냐하면 RAS는 상당한 양의 아스팔트 바인더를 함유하고 있기 때문임. 두 가지의 지붕용 슁글(roofing shingle) 폐기물 타입이 있는데, 하나는 사용된 아스팔트 슁글 또는 파편 아스팔트 슁글(tear-off asphalt shingles, TOAS)이고 나머지 하나는 제조 폐기물 아스팔트 슁글(manufacture waste asphalt shingles, MWAS)임. MWAS는 일부 문헌에서 즉각적 지붕용  슁글 폐기물(prompt roofing shingle scrap)로 불리기도 함. 2009년 2월, 텍사스 환경질에 관한 위원회(Texas Commission on Environmental Quality, TCEQ)는 HMA 플랜트가 TCEQ의 대기질 기준 허용 하에서 MWAS나 TOAS를 포함하는 것을 허락하는 승인서(Authorization Memo)를 공표하였음. 그때 이후로, RAS는 다양한 도로포장 건설에서 사용되고 있음.

30년보다 이전에, 일부 선구자들은 최초의 슁글 재활용 플랜트를 설립하여, RAS를 포함하는 HMA 배합 설계를 연구하고 1980년대 말에 최초의 기술적 보고서를 발표하였음. 더욱 최근에, 여러 HMA 생산자와 교통부는 HMA에서의 슁글 재활용에 상당한 전문지식을 개발해왔음. 지난 2-3년간 일부 계약자들과 주 교통부는 중온 배합 아스팔트(warm mix asphalt, WMA)에서 재활용된 슁글의 사용을 연구하고 실제로 사용하고 있음.

아스팔트 혼합물에서 아스팔트 슁글 사용의 증가와 함께, 이 이슈를 더욱 연구할 필요가 있음. 이 연구 보고서의 주요 목적은 다음과 같음:

-    관련 지침서를 개발하기 위해 RAS 수집, 처리, 선별, 그리고 처리된 슁글의 저장에 대한 우수사례를 파악
-    RAS의 물성을 파악
-    RAS 배합설계와 생산, 그리고 도로포장 건설에 대한 우수사례와 잠재적 문제점을 파악

이 보고서는 다섯 개의 장으로 이루어짐. 1장은 소개를 하고, 2장은 텍사스에서 RAS 처리에 대한 우수사례를 제시하고 RAS 수집과 처리에 대한 지침을 제안함. 3장은 여러 다른 계약자들과 슁글 처리자들로부터 얻은 표본(처리된 RAS)의 물성을 측정함. 4장은 RAS를 포함할 때의 배합설계 이슈, RAS 혼합물의 생산과 현장 시공에 대해 논의함. 마지막으로 5장에서는 요약과 함께 결론을 제시함. 첨부는 아스팔트 배합에서 RAS의 사용에 대한 문헌검토 내용을 상세히 다룸.
 

이 보고서는 RAS의 처리, 특성 파악, 배합 설계, 생산 및 현장 시골의 관점에서 아스팔트 배합에 RAS를 사용하는 것에 대한 우수사례를 제시하였음. 제시된 정보에 근거하여, 다음과 같은 결론이 제공됨.

-    6단계의 RAS 처리 지침이 이 연구에서 제안됨. 이 중 5단계에는 수집, 분리, 연마, 선별, 처리된 RAS의 저장 및 TOAS에 대한 석면 시험이 포함됨.

-    현재, 텍사스 교통부(Texas Department of Transportation, TxDOT)의 시방서는 1/2인치 체를 100퍼센트 통과하고 3/8인치 체를 95퍼센트 통과할 것을 요구함. 이 연구에서 조사된 RAS 모두는 이 시방서를 통과하였음. 사실상, 세 가지의 처리된 RAS는 모두 3/8인치 체를 100 퍼센트 통과하였음.

-    파편 슁글은 제조폐기물 슁글보다 더 높은 바인더 함량을 가지고 있음. 제조폐기물 슁글은 일관적으로 20퍼센트의 바인더 함량을 가지고 있지만, 파편 슁글은 23-28퍼센트의 바인더 함량을 가지고 있음.

-    제조폐기물 슁글은 파편 슁글보다 약간 작은 미세변화를 가지고 있음.

-    전반적으로, 아스팔트 바인더 함량과 골재 크기의 관점에서 RAS의 변동성은 제조폐기물과 파편 슁글 모두에 대해 낮음. 제조폐기물 슁글은 조금 더 낮은 변동성을 가지고 있음.

-    RAS 바인더는 매우 취성이 높음. 순수 바인더와 RAS 바인더의 혼합을 연구하는 것이 중요함. RAS 바인더의 저온 PG는 0도 이상임.

-    일반적으로, 발화 오븐 방법은 용매 추출방법보다 약간 더 높은 바인더 함량을 보여줌. RAS-F(파편 슁글)를 제외하고, 두 방법 모두 거의 같은 RAS 골재 입자크기를 보였음. 따라서, 발화 오븐 방법은 이 연구로부터 제한된 데이터에 근거할 때 RAS 바인더 함량과 골재 입자크기를 결정하는데 받아들여질 수 있음.

-    RAS 배합 설계, 생산 및 시공과 관련된 이슈들이 파악되고 논의되었음. 이들 중 일부는 이 보고서에서 다루어졌고, 나머지는 차후 연구에서 다루어질 필요가 있음:

o    중온 아스팔트 혼합물에 RAS를 사용하는 것에 대한 정보는 문헌에서 거의 발견되지 않았음. WMA에 대해, “RAS에서 더 딱딱한 지붕용 아스팔트가 WMA 바인더 시스템의 기능적 역할을 하기 위해 플랜트 배합 과정에서 충분히 부드러워지는가?”에 대한 질문이 여전히 남아있음. 이는 WMA에서 RAS를 사용할 때 특히 문제임.
o    대부분의 연구에 의하면, RAS가 HMA와 결합될 때 러팅 저항이 양호함. RAS 물질을 포함하는 아스팔트 혼합물의 장기 성능은 피로 균열, 저온 균열 등에 대해 평가될 필요가 있음. RAS를 사용하는 것에 대한 경제적 경쟁력을 결정하기 위해 생애주기 비용분석이 수행되어야 함.
o    RAS는 RAP와 거의 같이 사용될 것이기 때문에, RAS와 RAP 모두를 포함하는 HMA와 WMA의 장기 성능은 일반적인 성능 측정기준(예를 들어, 러팅, 피로, 저온 균열 등)에 대해 평가될 필요가 있음.
 

주 교통부	RAS 허용여부	특별 요구사항
앨라배마	제조폐기물 & 파편	-고밀도 등급과 SMFC에 허용 -OGF나 ATPB에는 허용 안됨 -제조폐기물 5% 최대 -파편 3% 최대 -최대 입자크기 1/2인치
플로리다	제조폐기물	-RAS 5% 최대
조지아	제조폐기물 & 파편	-RAS 5% 최대(3, 4, 5 분류에 대해서는 3% 최대) -RAS 1% = RAP 5%
메릴랜드	제조폐기물	-RAS 5% 최대 -폴리머 바인더의 배합에서 사용되지 않음
매사추세츠, 뉴저지	제조폐기물	-RAS 5% 최대 -표면 혼합에는 허용되지 않음
미네소타	제조폐기물	-RAS 5% 최대 -파편 슁글에 대한 연구 수행 -파일럿 프로젝트 수행
미주리	제조폐기물 & 파편	-RAS 7% 최대 -전체 바인더에 대한 순수 바인더의 비율이 90% 이하일 때, 순수 바인더의 등급은 PG 52-28 또는 PG 58-28 -사용후 RAS는 최대허용량 이하의 석면을 포함해야 함
노스 캐롤라이나	제조폐기물	-RAS 5% 최대 -RAP와 RAS의 중량 합계가 전체 혼합물의 15% 이하여야 함 -RAS나 RAP로부터의 바인더 비율이 전체의 20%를 넘으면, 순수 바인더 PG는 한 등급 아래여야 함

 

주: 알래스카, 애리조나, 아칸사, 캘리포니아, 콜로라도, 코네티컷, 델라웨어, 하와이, 아이다호, 일리노이, 아이오와, 캔사스, 켄터키, 루이지애나, 메인, 미시간, 미시시피, 몬태나, 네브라스카, 네바다, 뉴햄프셔, 뉴멕시코, 뉴욕, 노스다코타, 오클라호마, 오레곤, 로드아일랜드, 유타, 버몬트, 워싱턴, 웨스트 버지니아, 와이오밍 등은 해당사항 없음.