아스팔트 파괴하는 일광 효과 예상보다 훨씬 커

햇빛은 아스팔트를 낡게 만들어
가시광선은 역청의 산화적 노화에 놀라울 정도로 큰 기여
문광주 기자 | eco@ecomedia.co.kr | 입력 2022-01-20 15:09:37
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예상치 못한 효과


최근 실험에서 밝혀진 바와 같이 거리의 아스팔트는 가시광선에 의해 놀라울 정도로 심하게 손상된다. 고에너지 자외선이 아스팔트의 역청에 영향을 미칠 뿐만 아니라 일광도 마찬가지다. 특히, 일광의 청색 및 녹색 파장 성분은 역청의 탄화수소 화합물을 산화시켜 다공성 및 균열을 만든다. 연구원들이 보고한 바와 같이 이 일광의 효과는 이제야 인식되었다. 

 

▲ 아스팔트에 영향을 미치는 것은 열, 서리 및 자외선 뿐 아니라 정상적인 일광도 노화에 기여한다. © Dale Fornoff / 게티 이미지


아스팔트는 현대 도시 경관을 특징짓는 재료 중 하나이다. 미세한 자갈과 어두운 역청의 혼합물은 오늘날 가장 흔한 노면이다. 끈적끈적한 역청(다양한 탄화수소 화합물의 혼합물)은 아스팔트에 필요한 결합력을 보장한다. 역청은 강렬한 햇빛에 노출될 때 시간이 지남에 따라 변한다는 사실이 오랫동안 알려져 왔다. 역청은 산화돼 휘발성 유기 화합물의 형태로 대기 유해물질을 방출한다.

태양의 열과 자외선은 역청의 노화에 주로 책임이 있다. 적어도 지금까지는 사람들이 그렇게 믿었다. 고에너지 UV 복사는 탄화수소의 결합을 변화시켜 재료를 다공성으로 만들고 균열을 만든다.

유리에도 불구하고 노화

비엔나 공과 대학의 연구팀이 밝혀낸 바와 같이 분명히 그것이 전부는 아니다. 연구 책임자인 베른하르트 호프코(Bernhard Hofko)는 "우리 연구 프로젝트는 처음에는 아무도 설명할 수 없는 이상한 관찰로 시작됐다. 우리 연구실에서는 역청 샘플이 유리 용기에 놓여 있었고 더 자세히 조사한 결과 매우 짧은 시간 후에 표면이 변한 것을 발견했다"고 말했다.

이러한 변화는 고온에서는 예상됐지만 실험실의 실온에서는 예상되지 않았다. 유리는 입사 일광에서 나오는 UV 복사의 상당 부분을 걸러냈다. 따라서 노화의 원인으로도 의심의 여지가 없다. "그래서 우리는 이 이상한 것을 자세히 살펴보기로 했다"고 Hofko는 말했다.

연구를 위해 연구원들은 장파 적색에서 단파 UV 범위에 이르기까지 정확하게 정의된 다양한 빛 색상으로 역청 샘플을 조사했다. 특수 분광법의 도움으로 그들은 재료에 미치는 영향을 분석했다.

청색광과 녹색광에서도 산화

테스트 결과 조사된 모든 파장에서 조사 결과 15-20분 만에 역청 표면에 측정 가능한 변화가 나타났다. 이전에 생각했던 것과는 달리, 물질의 산화를 증가시키는 것은 고에너지 UV 광선일 뿐만 아니라 파장이 길고 에너지가 낮은 가시광선이다. 측정 데이터에서 이는 청색광 및 녹색광 영역에서 최대값으로 볼 수 있다.

예를 들어 노면의 실제 조건에서 청색광과 녹색광은 UV광보다 역청에 훨씬 더 강한 영향을 미친다고 연구진은 설명했다. 지구의 대기는 태양 복사의 자외선 부분의 많은 부분을 걸러내지만 가시광선은 거의 완전히 통과시키기 때문이다. 이것은 정상적이고 가시적인 일광이 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 아스팔트 노화에 기여한다는 것을 의미한다.


▲ ▲ 그림 1. 300~800nm 범위의 스펙트럼 태양 복사 조도 데이터 (출처: 관련논문 Impact of UV–Vis light on the oxidation of bitumen in correlation to solar spectral irradiance data / Construction and Building Materials)

"놀라운 결과"

Hofko는 "이것은 아무도 예상하지 못한 절대적으로 놀라운 결과다. 이와 같은 일은 연구에서 자주 발생하지 않는다"고 말했다. 지금까지 이러한 빛의 영향을 크게 무시했기 때문에 아스팔트의 내구성에 대한 많은 테스트가 어둠 속에서도 수행되었다. "우리의 측정에 따르면 아스팔트의 내구성을 예측하려면 태양 복사도 고려해야 한다."

테스트에서 알 수 있듯이 역청의 광유도 산화는 기계적 특성을 상당히 손상시킬 수 있다. 더 단단해져서 균열이 생기기 쉽다. 첫 번째 저자인 요하네스 마르발드(Johannes Mirwald)는 "빛의 작용에 따른 산화는 처음에는 역청 샘플의 가장 바깥쪽 마이크로미터인 물질의 최상층에서만 발생한다"고 말했다. "그러나 그것은 광범위한 효과를 위한 초기 불꽃일 뿐이다.”

시간이 지남에 따라 산화로 인한 작은 균열로 인해 산소가 역청 깊숙이 침투할 수 있다.

"이것은 재료 내부에 장력을 생성하고 균열이 더 깊어지며 궁극적으로 아스팔트에 지속적인 손상을 초래할 수 있다"고 Mirwald는 설명했다. 연구팀은, 새로운 발견은 도로 건설에 잠재적으로 매우 중요하다고 말했다.

 

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