KR100368873B1 - 차도용 칼라 아스콘의 제조방법 - Google Patents

차도용 칼라 아스콘의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차도용 칼라 아스팔트 콘크리트(이하 '칼라 아스콘'이라 함)에 관한 것으로, 기존 칼라 아스콘의 성능을 충분히 개선하여 차도에 사용가능토록 함으로서, 스쿨존의 차도 뿐만 아니라 특히 사고가 많은 횡단보도나 교차점 등에서 색상을 통해 운전자의 경각심을 불러일으키고, 표면의 고 마찰력을 통해 돌발사태 발생시 급정거가 가능하도록 한 차도용 칼라 아스콘의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있으며, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 무색바인더에 입도 200메쉬 이하의 채움재, 입도 200메쉬 내지 4메쉬의 세골재 및 입도 4메쉬 내지 13mm의 조골재로 이루어진 골재, 칼라안료, 개질재 및 기타 첨가제를 포함하도록 혼합하는 칼라 아스콘의 제조방법에 있어서, 상기 채움재와 세골재 및 조골재 비율이 1:1.41:5.76 내지 1:2.32:7.68의 비율로 혼합한 골재이고, 상기 첨가제로 2 × 2 mm로 분쇄된 종이를 바인더 100중량부에 대하여 1.5중량부 내지 2.5중량부를 포함하도록 혼합하는 것을 특징으로 하는 차도용 칼라 아스콘의 제조방법을 제공함으로써 달성할 수 있다.

Description

차도용 칼라 아스콘의 제조방법{The manufacturing method of color asphalt concrete for vehicle road pavement}
본 발명은 차도용 칼라 아스팔트 콘크리트(이하 '칼라 아스콘'이라 함)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 칼라 아스콘의 강도를 충분히 개선하여 차도용으로 사용할 수 있도록 함으로써 스쿨존(School zone)의 차도뿐만 아니라 특히 사고가 많은 횡단보도나 교차점 등에 포장하여 운전자의 경각심을 불러 일으킬 수 있도록 한 차도용 칼라 아스콘의 제조방법에 관한 것이다.
종래로 부터 학교 앞에는 어린이 보호를 위해 스쿨존을 두어 교통사고를 방지하려 하고 있으며, 대부분의 경우 표지판을 설치해 놓았거나 과속 방지턱을 두어 운전자의 경각심을 불러일으킴과 동시에 차량의 속도를 제어하고 있다.
그러나 상기한 노력에도 불구하고 해마다 스쿨존에서 어린이 교통사고가 증가하고 있는 실정이며, 이러한 스쿨존에서 어린이 교통사고를 줄이기 위해서 운전자에게 스쿨존에 대한 인식을 새롭게 할 필요성이 있다.
상기한 목적의 일환으로 스쿨존의 횡단보도, 교차점, 사고가 많은 지점, 학교 앞 도로 등에 칼라 아스콘을 이용하여 포장함으로써 운전자의 경각심을 불러 일으키도록 한 방법이 제시 되었다.
특히 상기 칼라 아스콘은 국내에서는 주로 미관을 목적으로 보도, 공원내의 산책로, 운동경기장, 자전거도로에 주로 사용되고 있으며, 외국의 경우 교통 안전대책을 목적으로 횡단보도, 교차점, 사고가 많은 지점, 학교 앞 도로, 터널 내 포장에 이용되며, 도로의 기능을 높이기 위해 도로의 분기점, 버스 정류장 등에 사용되고 있다.
상기한 종래 칼라 아스콘의 일반적인 제조방법은 바인더에 다양한 크기의 골재와 원하는 색상을 낼 수 있는 칼라안료 및 개질제를 첨가 혼합하여 제조하여 왔다.
일반적으로 칼라아스콘에 사용되는 바인더는 색상이 무색이어야 다양한 칼라의 색상을 나타내기 용이하므로 통상적으로 무색 바인더인(아스팔트 AP-3등급과 물리적 성질이 비슷한 바인더로 AP-3가 검은색인 것에 비해 이것은 반투명이다) 등을 사용하고 있다.
또한 칼라아스콘의 제조에 사용되는 골재는 일반적으로 아스콘에 사용되는 파쇄골재를 여러 가지 비율로 첨가하여 사용하여 왔다.
특히, 개질제는 아스콘의 강도를 보강하기 위하여 첨가하는 것으로 폴리머 성분을 주축으로 사용하여 아스콘의 강도를 보강한 여러가지 연구결과 및 특허가 제공되어 있다.
상기한 개질제로 대한민국 공개특허공보 제95-3393호, 동 제94-702908호, 동 제94-7121호, 일본국 특개소 52-105925호, 동 특개소 51-63819호, 동 특개소 56-93757호, 동 특개소 49-98418호, 미국특허공보 제3,853,799호, 동 제3,992,341호, 등 다수개의 아스팔트 개질용 폴리머를 제공하고 있다.
그러나 상기한 개질제로 아스콘의 강도를 일정정도 보강할 수 있으나 여전히 상기한 방법으로 제조된 칼라 아스콘을 차도용으로 사용할 경우 상기 아스팔트에 가해지는 압력에 의해 도로가 심한 변형을 일으키거나 균열에 의한 파손 등으로 인하여 아스팔트의 수명이 급격히 단축되는 등의 문제점이 발생하였다.
따라서 상기한 방법으로 제조된 칼라 아스콘은 단지 보도, 공원내의 산책로, 운동경기장, 자전거도로 등에 사용될 뿐 차도용으로는 사용이 불가능하다는 문제점이 발생하였다.
이에 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로 기존 칼라 아스콘의 성능을 충분히 개선하여 차도에 사용가능토록 함으로서, 스쿨존의 차도 뿐만 아니라 특히 사고가 많은 횡단보도나 교차점 등에서 색상을 통해 운전자의 경각심을 불러일으키고, 표면의 고 마찰력을 통해 돌발사태 발생시 급정거가 가능하도록 한 차도용 칼라 아스콘의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 무색바인더에 입도 200메쉬 이하의 채움재, 입도 200메쉬 내지 4메쉬의 세골재 및 입도 4메쉬 내지 13mm의 조골재로 이루어진 골재, 칼라안료, 개질재 및 기타 첨가제를 포함하도록 혼합하는 칼라 아스콘의 제조방법에 있어서, 상기 채움재와 세골재 및 조골재 비율이 1:1.41:5.76 내지 1:2.32:7.68의 비율로 혼합한 골재이고, 상기 첨가제로 2 × 2 mm로 분쇄된 종이를 바인더 100중량부에 대하여 1.5중량부 내지 2.5중량부를 포함하도록 혼합하는 것을 특징으로 하는 차도용 칼라 아스콘의 제조방법을 제공함으로써 달성할 수 있다.
본 발명에서는 먼저 칼라아스콘을 제조하기 위하여 무색바인더에 골재, 칼라안료, 개질재 및 첨가제로 분쇄된 종이를 투입하여 혼합하게 된다.
상기 골재로 입도 200메쉬 이하의 채움재와 입도 200메쉬 내지 4메쉬의 세골재 및 입도 4메쉬 내지 13mm의 조골재 비율이 1:1.41:5.76 내지 1:2.32:7.38의 비율로 혼합한 것을 첨가하게 되는데, 이때 입도 4메쉬 재지 13mm의 조골재는 하중을 직접 지지하여 소성변형을 억제하는 역할을 하도록 첨가하며, 입도 200메쉬 내지 4메쉬의 세골재는 조골재 사이의 체움 역할 및 하중 전달 역할을 하도록 첨가하고, 입도 200메쉬 이하의 채움재는 공극을 감소시키는 역할을 하도록 하기 위해서 첨가하는 것이다.
이때 채움재와 세골재 및 조골재의 비율이 1:1.41:5.76 미만이거나 1:2.32:7.38를 초과하는 경우 공극, 포화도, 안정도, 흐림치 및 소성변형 저항성 등에 문제점이 발생하게 되므로 채움재와 세골재 및 조골재의 비율은 1:1.41:5.76 내지 1:2.32:7.38의 비율이 되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 무색바인더와 골재의 첨가량은 통상의 칼라 아스콘 제조시 사용되는 범위내에서 사용하였으며, 본 발명에서는 총 혼합물 100중량부에 대하여 무색바인더는 5.2내지 5.3 중량부, 골재는 94.7 내지 94.8 중량부를 첨가하였다.
또한 무색바인더에 골재를 첨가한 다음 칼라안료를 첨가하게 되는데 본 발명에서 사용한 칼라안료는 하기한 표1에 나타낸 바와 같다.
구분 Fe2O3(%) TiO2(%) 수분 또는 휘발분(%) 기타(%) pH
노란색 86 - 2.7 11.3 5.2
빨간색 95 - 0.3 4.7 5.0
하얀색 - 93 0.6 6.4 7.5
상기 표1에서 보는 바와 같이 노란색의 칼라 아스콘을 제조하기 위하여 사용한 안료는 산화철의 함량이 86%인 것을 사용하였으며, 빨간색의 칼라 아스콘을 제조하기 위하여 사용한 안료는 산화철의 함량이 95%인 것을 사용하였으며, 하얀색의 칼라 아스콘을 제조하기 위하여 사용한 안료는 산화티타늄의 함량이 93%인 것을 사용하였으며, 상기한 색이외의 색상은 표1의 안료를 혼합하여 녹색, 황토색 등 여러 가지 색의 칼라 아스콘을 제조할 수 있다.
이때 상기와 같은 칼라안료는 입도 200메쉬 이하의 분말을 사용하였으며, 통상적으로 칼라아스콘을 제조하기 위하여 첨가하는 범위내에서 그 첨가량을 결정하였으며, 특히 본 발명에서는 총 혼합물 100중량부에 대하여 각 색상별로 0.7중량부 내지 3중량부를 첨가하였다.
또한 본 발명에서는 아스콘의 강도를 보강하기 위하여 개질제를 첨가하게 되는데, 이때 첨가가능한 개질제로는 종래 개질제로 사용되는 모든 아스팔트 개질용 폴리머를 사용할 수 있으나, 본 발명에서는 개질제로 저밀도 폴리에틸렌 수지와 송진을 사용하였으며, 저밀도 폴리에틸렌 수지의 첨가량은 무색 바인더 100중량부에 대하여 5중량부, 송진은 무색 바인더 100중량부에 대하여 5중량부를 첨가하였다.
특히, 본 발명에서는 첨가제로 2mm × 2mm로 분쇄된 종이를 바인더 100중량부에 대하여 1.5중량부 내지 2.5중량부 첨가하였는데, 이때 상기 분쇄된 종이는 채움재 역할을 함과 동시에 시공시 아스팔트의 침강을 방지하는 역할을 하도록 첨가하게 된다.
이때 상기 분쇄된 종이의 첨가량이 바인더 100중량부에 대하여 1.5중량부 미만으로 첨가될 경우 강도저하 및 소성변형 저항성이 감소하고 공극이 커지는 문제점이 발생하게 되고, 2.5중량부를 초과할 경우 강도저하 및 공극이 감소하는 문제점이 발생하게 되므로, 분쇄된 종이의 첨가량은 바인더 100중량부에 대하여 1.5중량부 내지 2.5중량부를 첨가하는 것이 바람직하다.
종이의 크기는 2×2mm 이외의 크기로 할 수 있으나 종이가 너무 크면 골재입자를 감싸서 제대로 역학을 못하고, 또한 너무 작으면 엉기는 등 Fiber로서 기능을 제대로 발휘하지 못한다.
이하 본 발명을 하기한 실시예를 통해 보다 상세하게 설명하기로 하나, 본 발명은 하기한 설명에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
총 혼합물 100 중량부에 대해, 입도 200메쉬 이하의 채움재와 입도 200메쉬 내지 4메쉬의 세골재 및 입도 4메쉬 내지 13mm 이하의 조골재의 비율이 하기한 표1에 나타낸 비율이 되도록 조절한 골재 94.8중량부, 무색바인더 5.2중량부, 칼라안료 1.5중량부 및 바인더 100중량부에 대해 2 × 2mm로 분쇄된 종이 2중량부를 첨가하여 통상의 제조방법에 따라 칼라 아스콘을 제조한 다음, 하기한 방법으로 마샬 안정도, 간접인장강도, 반복주행시험을 하고 그 결과를 표2에 나타내었다. 또한 차량의 급제동시 표면 마찰력 지수를 측정하여 일반 아스콘 포장과 비교하여 표 2에 나타내었다.
- 마샬 안정도 -
배합설계를 통하여 얻어진 최적 아스팔트 함량으로 공시체를 제작하여 마샬 특정치를 구하였다. 마샬 안정도는 몰드에서 탈형한 공시체를 24시간 상온에서 보관 후 60℃의 수조에 30분 동안 수침시킨 후 수조에서 꺼내어 표면의 물기를 마른 수건으로 제거한 후 마샬시험 장비를 이용하여 50mm/min의 속도로 하중을 재하하여 구하였다.
상기 공시체의 제작과정은 먼저 믹싱 보울을 160℃로 달구고, 골재 또한 사전에 혼합물에 필요한 양만큼 계량하여 약 160℃ 내지 180℃의 오븐속에 3시간 이상 가열한 다음, 필요한 아스팔트 량을 그릇 등에 계량하여 아스팔트가 충분히 녹는데 필요한 시간만큼 160℃ 내지 180℃의 오븐 속에 넣어두고, 아스팔트가 녹으면 가열된 골재를 믹싱보울에 넣고 아스팔트를 필요한 양만큼 계량하여 믹싱기계를 사용하여 혼합을 한 후, 상기 믹싱된 혼합물을 1100g 내지 1200g을 계량하여 마샬 다짐기계를 이용하여 양면 50회를 다져서 공시체를 제작하였다.
- 간접인장강도 -
간접인장강도는 공시체 상하에 공시체와 같은 곡률을 가진 폭 12.7mm 하중 띠를 통해 50mm/min의 재하속도로 하중을 가하여 구하였다. 만들어진 공시체는 탈형 후 24시간동안 25℃에서 보관한 후 같은 온도에서 시험하였으며, 이때 하기한 수학식1을 통해 간접인장 강도를 산출하였다.
상기 수학식1에서 P는 최대하중(kg), D는 공시체 직경(10cm), t는 공시체 두께(cm)를 나타낸다.
- 반복주행시험 -
아스팔트 콘크리트 혼합물의 공용 온도에서의 소성변형을 모사한 시험방법이 반복주행시험으로 본 연구에서는 배합설계를 거쳐 305mm×305mm×70mm의 슬래브 공시체를 공극률 4±0.5%로 맞추어 제작하였으며, 제작된 공시체는 24시간 양생 후 시험온도에 6시간 이상 저장 후 자체 제작한 반복주행 시험기로 시험을 수행하였다.
반복주행시험기는 강재 바퀴를 사용하였고 지름은 200mm, 바퀴의 폭은 53mm로 하였으며 바퀴를 분당 30회 속도로 90분간 왕복주행에 따른 수직 침하량을 측정하였으며, 또한 강재와 아스팔트 콘크리트의 직접 접촉에 의한 골재의 파손 등을 방지하기 위하여 폴리프로필렌 부직포를 공시체 표면에 덮어 둔 다음, 차륜 축하중을 70 kg으로 하여 공시체가 1mm침하하는데 필요한 반복횟수를 측정하여 표2에 나타내었다.
-표면 마찰력 -
이 시험방법은 ASTM E303에 나오는 British Pendulum Skid Resistance Tester를 사용하여 표면 마찰특성을 측정하는 것으로(British Pendulum Tester는고무 미끄럼 판이 시험체 표면에서 미끄러지면서 에너지 손실을 측정하는 동적 충격 추 형태의 시험기이다) 표면이 최소 89 × 152 mm인 공시체를 제조한 다음, 시험기의 추를 자유 낙하하여 영점조정을 하고 시험기 밑에 공시체를 위치시킨 다음 시험기의 평형을 맞추고, 시험기와 함께 제공된 게이지를 이용하여 시험 공시체 표면의 미끄럼 길이를 조정한 다음, 시험기와 공시체의 조절이 끝나면 시험기의 추를 자유 낙하하여 측정된 값을 측정하였다.
<실시예 2>
총 혼합물 100중량부에 대하여, 입도 200메쉬 이하의 채움재와 입도 200메쉬 내지 4메쉬의 세골재 및 입도 4메쉬 내지 13mm의 조골재의 비율이 1:1.70:5.86이 되도록 조절한 골재 94.8중량부, 무색바인더 5.2중량부, 칼라안료 1.5중량부 및 바인더 100중량부에 대해 2 × 2mm의 입도로 분쇄된 종이를 하기한 표1에 나타난 비율로 첨가하여 통상의 제조방법에 따라 칼라 아스콘을 제조한 다음, 실시예1과 동일한 방법으로 마샬 안정도, 간접인장강도 및 반복주행시험을 하고 그 결과를 표2에 나타내었다.
구분 골재의혼합비율 종이의 첨가량(중량%) 마샬 안정도(kg) 간접인장강도(kg/cm2) 반복주행시험동적안정도(cycle/mm) 마찰력지수(BPN)
실시예 1 1:1.10:7.90 2 600 7 600 90
1:1.41:5.76 2 800 12 996 80
1:1.70:5.86 2 963 15.7 1264 75
1:2.32:7.38 2 750 9.3 985 70
1:3.00:6.00 2 1100 9 335 50
실시예 2 1:1.38:5.3 1 793 9.1 302 75
1:1.38:5.3 2 963 15.7 1264 75
1:1.38:5.3 3 780 9.2 669 75
상기 표1에서 보는 바와 같이 골재의 혼합비율을 변화시키면서 실시한 실시예1의 경우 골재의 혼합비율이 본 발명의 범위내인 1:1.70:5.86인 경우 마샬안정도, 간접인장강도 및 반복주행시험 동적안정도 모두 우수한 것을 확인할 수 있으며, 특히 반복주행시험 동적안정도가 매우 뛰어난 것을 알 수 있다.
그러나 범위인 본 발명의 범위 미만인 1:1.10:7.90인 경우 마샬 안정도, 간접인장강도 및 반복주행시험 동적안정도가 떨어지는 것을 알 수 있었으며, 본 발명의 범위를 초과한 1:3.00:6.00인 경우 마샬 안정도는 높으나, 간접인장강도 및 반복주행시험 동적안정도, 마찰력 지수 모두 현저하게 저하된 것을 알 수 있다.
종이의 첨가량을 변화시키면서 실시한 실시예2의 경우 본 발명의 첨가 범위내인 2중량부 첨했을 때 마샬안정도, 간접인장강도 및 반복주행시험 동적안정도 모두 우수한 것을 확인할 수 있으나, 본 발명의 첨가량 미만으로 첨가한 경우와 본 발명의 첨가량을 초과한 경우 마샬안정도, 간접인장강도 및 반복주행시험 동적안정도 모두 현저하게 저하된 것을 알 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이 기존의 칼라 아스콘이 안정도 및 소성변형의 한계상 그 사용용도가 보도용, 주차장 등의 한정된 곳에 사용되어 왔으나 본 발명으로 인하여 안정도 및 소성변형에 대한 저항성이 증가하여 차도용 도로에 사용할 수 있게 됨으로써 스쿨존의 차도 뿐만 아니라 특히 사고가 많은 횡단보도나 교차점 등에서 색상을 통해 운전자의 경각심을 불러일으키고, 표면의 고 마찰력을 통해 돌발사태 발생시 급정거가 가능하도록 한 차도용 칼라 아스콘의 제조방법을 제공하는 유용한 발명이다.
또한 본 발명의 골재 입도 근처에서 발생하는 아스팔트 침강현상을 제어하기 위하여 기존에 수입된 파이버(fiber) 등을 사용해 왔으며 본 발명에서는 폐종이를 사용하여 비용의 절약과 환경측면에서 매우 효과적이었다.

Claims (1)

  1. 무색바인더에 입도 200메쉬 이하의 채움재, 입도 200메쉬 내지 4메쉬의 세골재 및 입도 4메쉬 내지 13mm의 조골재로 이루어진 골재, 칼라안료, 개질재 및 기타 첨가제를 포함하도록 혼합하는 칼라 아스콘의 제조방법에 있어서, 상기 채움재와 세골재 및 조골재 비율이 1:1.41:5.76 내지 1:2.32:7.68의 비율로 혼합한 골재이고, 상기 첨가제로 2 × 2 mm로 분쇄된 종이를 바인더 100중량부에 대하여 1.5중량부 내지 2.5중량부를 포함하도록 혼합하는 것을 특징으로 하는 차도용 칼라 아스콘의 제조방법.
KR10-2000-0017053A 2000-03-31 2000-03-31 차도용 칼라 아스콘의 제조방법 KR100368873B1 (ko)

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