투수콘크리트와 투수아스팔트의 특징 및 투수 원리

도시화로 인해 불투수성 포장이 증가하면서 빗물의 자연 배수가 어려워지고, 이에 따른 홍수와 수질 오염 문제가 대두되고 있습니다. 이를 해결하기 위해 개발된 투수콘크리트와 투수아스팔트는 물이 표면을 통해 하부로 스며들게 하는 친환경 포장 재료로, 일반 콘크리트나 아스팔트와는 다른 특성과 구조를 가집니다. 이 글에서는 두 재료의 특징과 투수가 되는 원리를 자세히 살펴보겠습니다.

1. 투수콘크리트 (Permeable Concrete)

• 특징:
  • 구성: 시멘트, 물, 굵은 골재(주로 5~20mm 쇄석), 최소한의 잔골재(모래)로 만들어집니다. 일반 콘크리트와 달리 잔골재 비율이 낮거나 아예 사용되지 않습니다.
  • 공극률: 15~25%의 높은 공극률을 가져 물이 통과할 수 있습니다.
  • 강도: 일반 콘크리트(압축 강도 20~40Mpa) 보다 낮은 10~20MPa 수준이나, 보도나 주차장 등 경하중에 적합합니다.
  • 내구성: 동결-해빙에 약할 수 있으나, 배수성이 좋아 물 고임으로 인한 손상이 적습니다.
• 장점:
  • 빗물을 지반으로 침투시켜 지하수 충전을 돕고, 도시 홍수를 줄입니다.
  • 표면 물고임을 방지해 미끄럼 방지 효과가 있습니다.
  • 열섬 현상을 완화하며, 소음을 일부 흡수합니다.
• 단점:
  • 강도가 낮아 중차량 도로에는 부적합합니다.
  • 공극이 막히면(토사, 먼지 등) 투수 기능이 저하될 수 있어 주기적 청소가 필요합니다.
• 투수 원리:
  • 공극 구조: 투수콘크리트는 잔골재를 최소화하고 굵은 골재만 사용해 골재 사이에 연속적인 공극(void)을 형성합니다. 이 공극은 물이 표면에서 하부로 흐를 수 있는 통로 역할을 합니다.
  • 중력과 모세관 현상: 빗물이 중력에 의해 공극을 통해 아래로 이동하며, 일부는 모세관 현상으로 측면으로도 확산됩니다.
  • 하부 배수층 연계: 투수콘크리트 아래에는 쇄석이나 자갈로 된 배수층(보조기층)이 설치되어, 침투한 물을 지반으로 전달하거나 배수로로 유도합니다. 공극 크기(25mm)와 배수층의 투수 계수가 투수 성능을 결정합니다.

2. 투수아스팔트 (Permeable Asphalt)

• 특징:
  • 구성: 아스팔트 바인더와 굵은 골재(5~13mm)를 주로 사용하며, 잔골재 비율을 줄여 일반 아스팔트 혼합물보다 공극률을 높입니다.
  • 공극률: 18~25%로, 투수콘크리트와 비슷하거나 약간 높습니다.
  • 강도: 일반 아스팔트(1525MPa)보다 낮은 515MPa 수준으로, 경하중용도로 적합합니다.
  • 유연성: 아스팔트 특유의 유연성을 유지하며, 소음 저감 효과가 뛰어납니다.
• 장점:
  • 빗물 침투로 배수성을 높이고, 물보라(스플래시)를 줄여 주행 안전성을 개선합니다.
  • 시공이 일반 아스팔트와 유사해 빠르고 경제적입니다.
  • 열섬 완화와 소음 감소 효과가 있습니다.
• 단점:
  • 공극 막힘으로 투수성이 떨어질 수 있으며, 고온에서 변형 위험이 있습니다.
  • 중하중 교통에는 내구성이 부족할 수 있습니다.
• 투수 원리:
  • 연속 공극 형성: 투수아스팔트는 잔골재를 줄이고 굵은 골재를 사용해 골재 간 공극을 크게 만듭니다. 이 공극은 물이 표면에서 하부로 흐를 수 있도록 연속적인 네트워크를 형성합니다.
  • 아스팔트 바인더의 역할: 바인더는 골재를 결합하면서도 공극을 막지 않도록 얇게 코팅됩니다(필름 두께 조절). 이는 투수성과 구조적 안정성을 동시에 확보합니다.
  • 하부 배수 시스템: 투수아스팔트 아래 배수층(쇄석층, 10~30cm)이 있어 침투한 물을 지반으로 보내거나 배수관으로 유도합니다. 

투수콘크리트와 투수아스팔트의 비교

                   항목                                        투수콘크리트                                                      투수아스팔트

 

주재료	시멘트, 굵은 골재	아스팔트 바인더, 굵은 골재
공극률	15~25%	18~25%
강도	10~20MPa	5~15MPa
유연성	낮음(강성)	높음(유연성)
시공성	양생 필요, 비교적 복잡	빠르고 간단
용도	보도, 주차장, 공원	도로, 자전거道, 주차장
내구성 문제	동결-해빙 손상 가능	고온 변형 및 공극 막힘

투수성의 핵심 원리 요약

• 공극률과 크기: 두 재료 모두 높은 공극률과 적절한 공극 크기(2~5mm)를 통해 물이 중력에 의해 자연스럽게 하부로 이동합니다.
• 골재 선택: 잔골재를 줄이고 굵은 골재를 사용해 공극을 확보하며, 바인더(시멘트 또는 아스팔트)는 최소한으로 결합력만 제공합니다.
• 배수층 연계: 투수층 단독으로는 물을 처리할 수 없으므로, 하부의 배수층과 지반 조건이 투수 성능을 좌우합니다. 투수 계수가 낮은 점토층 위에서는 효과가 감소할 수 있습니다.

결론

투수콘크리트와 투수아스팔트는 공극 구조를 활용해 빗물을 침투시키는 친환경 포장 방식으로, 도시의 지속 가능성을 높이는 데 기여합니다. 투수콘크리트는 강성이 강해 보행자 구역에 적합하고, 투수아스팔트는 유연성과 시공성이 좋아 차량 도로에 유리합니다. 투수 원리는 공극률과 하부 배수 시스템의 조화에 달려 있으며, 이를 유지하려면 정기적인 청소와 적절한 설계(공극 크기, 배수층 두께)가 필수적입니다. 이러한 특성을 잘 활용하면 환경적, 기능적 이점을 극대화할 수 있습니다.