KR100475769B1 - 아스팔트 다짐 방법 및 다짐 장치 - Google Patents

Abstract

고온의 혼합된 아스팔트 매트를 다지는 아스팔트 다짐 방법은 깔려 있는 아스팔트 위에서 상기 아스팔트 포장기 뒤로 약 50 m 거리 내에서 실질적으로 아스팔트 포장기 전진 속도로 또는 약 0.7 ㎧ 이하의 속도로 아스팔트 다짐 장치를 전진시키는 공정을 포함하며, 상기 아스팔트 다짐 장치는 적어도 약 1 m의 길이 이상에 걸쳐서 상기 매트와 접촉하는 다짐 표면을 구비하고, 이 다짐 표면은 적어도 한 개의 벨트의 하부 런(lower run)에 의해 형성되며, 상기 다짐 표면은 상기 매트에 약 50 kPa 미만의 최대 평균 하중 응력을 가한다. 다짐은 종방향으로 간격을 두고 배치된 두 개의 회전 가능한 지지 조립체(62)를 구비한 다짐 장치(60)를 사용하여 달성될 수 있으며, 적어도 한 개의 지지 조립체(62)가 다짐 장치를 조향시키도록 조절 가능하고, 이 하나 이상의 지지 조립체(62)는 다짐 벨트(74)를 구비한 모듈형 다짐 유닛을 포함한다.

Description

아스팔트 다짐 방법 및 다짐 장치 {METHOD FOR ASPHALT COMPACTION AND COMPACTION APPARATUS}

본 발명은 아스팔트 다짐 방법 및 다짐 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 다지는 동안 아스팔트 내의 결합제 유동을 바람직하게 최적화하는 조건 하에서 고온의 혼합 아스팔트를 다지는 다짐 방법 및 다짐 장치에 관한 것이다.

본 명세서에 걸쳐 사용되는 "결합제(binder)"라는 용어는 고온의 혼합 아스팔트에 사용될 수 있는 어떠한 열가소성 점탄성 물질(thermoplastic viscoelastic material)을 의미한다. 일반적으로 결합제는 역청(瀝靑)이거나, 예를 들면 중합 변형제와 같은 역청 혼합물인 역청질의 것이다. 역청계 결합제가 존재하지 않는 중합체 결합제를 포함하는 고온 혼합 아스팔트는 공지되어 있으며, 본 발명은 모든 그와 같은 고온 혼합 아스팔트의 다짐까지 포함하는 것이다.

과중한 교통량 하에서의 다짐 및 형상의 유실에 견디도록 하는 목적에서 선택되는 성분(골재 및 결합제)을 사용하는 것은 무거운 중량의 적용에 대한 현대의 아스팔트 혼합물 설계에 있어서 본질적인 것이다. 이러한 특성은 일반적으로 아스팔트의 포장 중에 원하는 다짐을 달성하는 데 방해가 된다.

과중한 교통량하에서의 다짐을 견디기 위한 주된 아스팔트 혼합물 설계는 극도로 주름이 진 구조와 입방형 형상을 갖는 골재를 사용하는 것이며, 이것은 골재 골격 내에 높은 전단 저항성을 부여하는 데 목적이 있다. 간단히 말해서, 골재의 물리적 특성에 의하여, 실제 운용 중에 가해지는 하중 응력을 받는 구조 내에서 "고정성(lock-up)"이 증진되고 입자의 이동이 방지되는 것을 보장하기 위한 것이 목적이다. 혼합물의 전단 강도를 증대시키고 아울러 혼합물의 굴곡 혹은 피로 특성을 개선하기 위하여, 중합 변형체 결합제와 같은 보다 경화성이 큰 결합제가 점점 더 사용되고 있다.

포장 도로의 전 범위에 걸친 아스팔트 내구성과 전체 성능은 아스팔트 포장 중에 다짐을 받는 혼합물 내의 기공의 분포도와 골재의 고정도의 달성 정도에 의해 결정된다. 골재의 고정성은 바람직하게는 아스팔트 매트(mat)의 다짐 중에 결합제 내에서 골재를 변위시킴으로써 달성된다.

아스팔트 혼합물의 특성은 또한 그것의 결합제의 점탄성 특성에 의해 결정된다. 실온에서, 결합제는 바람직하게는 강성의 탄성 고체로 작용한다. 아스팔트 혼합물 내에서 하중에 대한 응답은 거의 탄성적이며, 급속한 하중 펄스는 실질적으로 순간적인 탄성 변형을 발생시키고, 이러한 변형은 거의 그 하중이 제거되는 순간에 회복될 것이다. 따라서, 실질적으로 점성 유동이나 결과적인 영구 소성 변형은 없다. 아스팔트가 깔리고 다짐되는 보다 고온에서, 혼합물 내의 결합제는 점탄성 유체이다. 온도가 높을수록, 결합제의 점성은 보다 낮아지고 또한 어떤 응력이 가해지는 상태에서 결합제는 보다 쉽게 변형될 것이다.

다짐 공정은 고온의 아스팔트를 처리된 바닥에 포장기(paver)로 까는 것으로 시작하며, 통상 이 다음에는 (진동이 있거나 없는) 스크리드(screed)에 의해 고온의 아스팔트 매트에 압력이 가해지는 것이 뒤따른다. 스크리드는 포장기에 의해 지지되는 판(plate)이나 스키드(skid)로서, 이것은 바람직하게는 아스팔트 매트가 깔리는 온도에서 혹은 그에 근접한 온도에서 아스팔트 매트의 표면 위를 미끄러진다. 스크리드는 어느 정도의 초기 다짐을 가하지만, 그것의 미끄럼 작용에 의하여 매트내에 전단 응력을 발생시켜 매트의 절개를 유발할 수 있어 바람직하지 못하다. 전형적으로, 부가되는 정적(靜的) 스크리드 압력은 10 내지 20 kPa의 상태에 있으며, 하중 지속 시간은 10 내지 20초이다.

통상적으로, 아스팔트 다짐은 원래 알갱이로 된 비점착성 물질을 다지기 위한 것으로서 그 물질에 가해지는 다짐 에너지를 최대화하도록 설계된 장비를 사용하여 수행되는데, 주로 크고 무거운 강철제의 드럼 롤러(drum roller)를 사용하여 수행되고, 종종 고에너지 진동과 함께 조합하여 사용된다. 후술하는 바와 같이, 고무 타이어 롤러에 의한 다짐이 종종 강철제 드럼 롤러 다짐과 결합하여 사용된다.

롤러와 아스팔트 매트 사이의 접촉 응력은 일반적으로 아스팔트 혼합물의 강성도에 좌우되고, 이 강성도는 다시 결합제의 강성도에 크게 영향을 받는다. 강철제 드럼과 아스팔트 사이의 접촉 면적은 롤러 드럼의 폭과 접촉하는 길이를 곱한 값인데, 이 면적은 다짐이 달성되고 매트의 냉각으로 혼합물의 강성도가 증가함에 따라 감소된다. 전형적으로, 혼합물은 그것이 깔려질 때 대략 150 ℃의 온도에 있다. 강한 바람이 부는 때와 같은 나쁜 조건 하의 저온 환경에서는, 첫 번째 다짐 통과 이전에 표면에서는 120 ℃ 그리고 층의 바닥에서는 140 ℃ 정도로 혼합물이 냉각될 가능성이 충분히 있다.

현재 일반적으로 사용되는 가장 큰 이중 강철제 드럼형 진동 롤러식 다짐 장치는 정적(靜的) 질량이 대략 16 톤이고 각각의 드럼의 축방향 길이가 대략 2 m이다. 롤러 방향으로 명목상 100 mm의 접촉 길이를 가정하면(초기 통과시는 보다 많고, 최종 통과시는 보다 적음), 각각의 드럼은 대략 400 kPa의 정적이고 상당한 진동을 갖는 접촉 응력을 가할 수 있다. 사실상, 각각의 드럼은 첫 번째 정적 분쇄 통과시의 약 100 kPa에서부터, 아스팔트 혼합물 강성도와 접촉 영역이 감소함에 따라 1,000 kPa을 상회하는 접촉 응력을 가할 것이다. 롤러 다짐 장치에 의한 다짐은 보통 포장기 뒤쪽으로 수백 미터에 이르는 변동하는 거리에서 그리고 1.1 m/s(4 km/h) 이상의 속도로 이루어진다. 롤러 다짐 장치의 2개의 드럼은 각기 상기 100 mm의 명목상 접촉 길이를 갖기 때문에, 롤러는 전형적으로 각각의 통과시 아스팔트 매트의 어떤 부분과 약 0.2초 동안 접촉할 것이다. 전형적으로, 약 4 회의 강철제 롤러 통과가 사용되면, 약 0.8초의 전체 하중 시간이 부여된다.

롤러 다짐 장치는 전형적으로 약 20 Hz에서 진동하는데, 이것은 140 ℃ 및 120 ℃에서 각기 0.2 kPa 및 1 kPa의 (반 데르 폴의 노모그래프에 나타나는) 비교적 높은 결합제의 강성도에 대응한다(온도가 20 ℃ 감소할 때마다 역청 강성도는 5배 증가한다).

전술한 바와 같이, 매트의 표면 온도는 롤러 다짐이 시작되기 전에 약 120 ℃의 온도까지 떨어질 수 있다. 다짐 공정은 전형적으로 4 회의 롤러 다짐 장치 통과까지 포함할 수 있는데, 그 때까지 매트 표면 온도는 80 내지 90℃의 범위내에 있을 수 있다. 약 120 ℃ 이하의 매트 온도에서는, 높은 접촉 응력, 특히 진동을 사용하여 유발되는 응력에서 매트내에 매트 균열이 시작될 수 있다. 전형적으로 매트의 균열은 가해진 응력이 항복 강도를 초과하여 결합제의 변형을 야기할 때 일어난다. 120 ℃를 크게 상회하는 온도에서는, 종래의 롤러 다짐이 아스팔트 혼합 형태 따라 매트의 현저한 전단 파괴를 유발할 수 있다. 이것은 매트가 높이와 형태를 잃고서 횡방향으로 변위되는 결과로 이어지고, 극단적으로는 매트가 다짐 해제되는 결과를 낳는다.

낮은 매트 온도로부터 발생하는 롤러의 균열 작용은 롤링(rolling) 방향을 가로지르는 아스팔트 매트 내의 미세한 평행한 균열로서 통상 나타난다. 진동식 롤러 다짐 장치를 뒤따르는 다수개의 바퀴의 고무 타이어식 롤러는 다짐된 아스팔트 매트의 적어도 표면에 반죽(kneading)/전단 작용을 가하는데 흔히 사용되며, 이로써 매트의 다짐이 완료된다. 그러한 고무 타이어의 롤링 작용은 아스팔트 매트의 적어도 표면에 있는 강철제 롤러에 의해 유발된 균열을 폐쇄시키는 것으로 생각되며, 또한 임의의 성긴(coarse) 골재 입자들 사이에 아스팔트 모르타르(mortar)를 밀어넣음으로써 표면 조직을 향상시키는 것으로 생각된다. 물질이 끌려 올라가는 것을 완화하기 위하여 롤링 작용 중에 고무 타이어식 롤러의 타이어에 물이 가해진다. 그러나, 표면의 균열이 폐쇄될 수 있기는 하나, 균열이 폐쇄되기 전에 이러한 물이 균열내로 부주의하게 주사되어 아스팔트 매트 아래에서 밀봉된 물 침전물이 형성될 수 있다. 밀봉된 물은 아스팔트 매트의 치유를 막거나 박피를 부추길 수 있다.

미국 특허 제4,661,011호 및 제4,737,050호는 2개의 롤러 사이에서 연장하는 무한 탄성중합체 벨트를 통해 아스팔트 매트에 압력을 가하는 아스팔트 다짐 장치를 사용하여 아스팔트 매트에서 롤러에 의해 유발되는 균열을 완화하는 것을 청구하고 있다. 이 다짐 장치는 아스팔트 매트와 접촉하는 벨트의 영역에 걸쳐 보다 균일한 압력을 가하도록 구성된다.

도 1은 상대 위치 센서를 통해 일정한 분리 간격으로 유지한채 종렬로 늘어서서 작업하는 포장기 및 다짐 장치(compacting apparatus)에 대한 측면도.

도 2는 도 1에 도시된 포장기 및 다짐 장치에 있어서 상대 위치 센서를 명확하게 도시하고 있는 평면도.

도 3 및 도 4는 도 1 및 도 2에 상응하는 도면이지만, 포장기와 다짐 장치가 물리적으로 상호 연결되어 있는 변형례를 나타내는 도면.

도 5는 관절식 롤러 다짐 장치의 통상적인 트랙터에 부착된 다짐 장치의 측면도.

도 6은 도 5에 도시된 다짐 장치 및 트랙터에 대한 평면도.

도 7 및 도 8은 각각, 두 개의 관절식 모듈형 다짐 유닛을 사용하는 자체 동력식 다짐 장치에 대한 측면도 및 평면도이다.

본 발명에 따르면 이제, 고온의 혼합 아스팔트 내의 결합제와 같은 점탄성 유체에 있어서, 하중에 대한 반응은 온도에 좌우될 뿐만 아니라 시간에도 좌우된다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 짧은 지속 시간동안 하중을 가하게 되면, 결합제가 단지 유동할 시간을 갖지 못함에 따라, 아스팔트의 반응은 점성적이기 보다는 보다 탄성적인 결과가 나타날 것이다. 따라서, 20 Hz 정도의 일반적으로 허용된 하중 부가 속도로 진동식 롤러 다짐 장치를 사용하면, 아스팔트 혼합물 내의 결합제는 다짐 중에 점성 유체로서 보다는 탄성 고체로서 반응하고, 또한 다짐 작용은 결합제를 골재 주위로 유동시켜 골재가 결과적으로 이동하게 하기 보다는, 결합제를 통해 골재에 힘을 가하여 보다 콤팩트하게 배열되도록 한다.

전술한 반데르 폴의 노모그래프(Van der Poes's nomograph)는 선정된 온도 및 하중 적용률에서의 표준 역청 등급의 강성도의 추정치를 제공한다. 노모그래프는 아스팔트 다짐 기술 분야의 당업자에게 잘 알려져 있지만, 짧은 지속 시간 동안 다짐 하중을 가하는 것의 단점을 이전에는 완전히 인식하지 못하였고, 진동의 인가 여부에 관계없이, 강(鋼) 및 고무 인터페이스를 모두 구비한 롤러를 이용하여 짧은 지속 시간 동안 다지는 방법은 받아들일 만한 방법으로 계속 이용되어 왔다.

전술한 미국 특허의 벨트식 다짐 장치를 이용함으로써, 결합제의 점성 유동을 유도하여 개선된 다짐 상태를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 할림 오에이이(Halim OAE) 등의 "AMIR 다짐 장치를 통한 아스팔트 포장 특성의 향상: 실험실 및 현장에서의 입증(Improving the Properties of Asphalt Pavement Through the Use of AMIR Compactor: Laboratory and Field Verification, 7th International Conference on Asphalt Pavement, Nottingham, 1992)"에서는 벨트식 다짐 장치의 시험 사용을 설명하고 있다. 그러나, 보다 긴 부하 시간의 이점에 대한 인식은 없다.

기재된 벨트식 다짐 장치는, 정하중 하에서 전술한 16톤의 롤러 다짐 장치의 단지 약 5 %의 하중 응력을 가할 수 있지만, 통상적인 전진 속도가 이용되는 것을 고려하면, 증가된 벨트의 접촉 길이 때문에 롤러 다짐 장치보다 긴 지속 시간에 걸쳐 하중이 인가될 수 있다. 전술한 논문에서 언급된 바와 같은 1.25 m의 접촉 길이와 약 1.1 ㎧의 전형적인 다짐 속도에 대한 하중 지속 시간은 약 1.1초이다. 반 데르 폴의 노모그래프를 이용할 때, 이러한 증가된 하중 지속 시간은 전술한 통상의 진동 롤러 다짐에 대해 120 ℃에서의 결합제 강성도가 1000 ㎩로부터 벨트식 다짐 장치에 대해 5 ㎩로 감소하는 것으로 나타날 수 있다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 전진하는 아스팔트 포장기에 의해 깔려 있는 고온의 혼합 아스팔트의 매트를 다지는 다짐 방법이 제공되는데, 이 방법은 깔려 있는 아스팔트 위에서 아스팔트 다짐 장치를 전진시켜 적어도 하나의 벨트의 하부 런에 의해 형성된 다짐 장치의 다짐 표면이 적어도 1.5초 동안 매트의 어느 한 부분과 접촉하도록 하는 공정을 포함하고, 이 다짐 표면은 매트에 약 50 kPa 미만의 최대 평균 하중 응력을 가한다.

이론적으로 뒷받침될 것을 기대할 것 없이, 본 발명은 다짐 중의 결합제의 점탄성 거동을 채용함으로써, 다시 말하면 높은 응력을 가하지 않고도 골재 입자의 밀착된 접촉 상태를 최적화하도록 점탄성 결합제 내에서 골재 입자를 재배향 시키기 위해 인가되는 응력을 이용하는 한편, 결합제가 골재 입자와의 접촉 상태에서 흐를 만한 시간을 허용하여, 결합제 강성도를 감소시킴으로써, 다짐에 따른 아스팔트의 강도를 최대화하는 것으로 생각된다. 반면에, 결합제의 유동에 대한 저항을 극복하기 위한 강한 힘과, 입자 간의 밀접한 접촉을 향상시키기 위한 골재 입자로부터 입자로의 응력 전달을 이용하는 상기한 종래의 강 롤러 접촉 공정은 골재 요소에 촛점을 맞추고 있다.

아스팔트 혼합물의 설계에 있어서, 결합제의 강성도를 감소하는 데 이용될 수 있는 주요 변수는,

1. 아스팔트 온도:

반 데르 폴의 노모그래프를 이용하면, 다짐시에 아스팔트의 온도를 약 10℃ 올리면 결합제의 강성이 반 이상 감소됨이 명백하다.

2. 하중 지속 시간

다시 반 데르 폴의 노모그래프를 이용하면, 예를 들어, 다짐 장치에 의해 하중이 가해지는 지속 시간을 10 % 증가시키면, 결합제의 강성도가 약 10 % 감소됨을 알 수 있다. 하중 지속 시간은 다짐 표면의 길이와 매트 위로의 다짐 장치의 이동 속도 중 어느 하나 또는 모두를 변경함으로써 달라질 수 있다.제1 실시예에 있어서, 다짐 방법은 아스팔트 포장기 뒤쪽의 약 50 m 내에서 실질적으로 아스팔트 포장기의 전진 속도로 아스팔트 다짐 장치를 깔려진 아스팔트 위로 진행시키는 공정을 포함한다.

전술한 바로부터 용이하게 알 수 있는 바와 같이, 다짐 온도는 선정된 결합제의 강성도를 감소시키는 첫번째 열쇠이다. 아스팔트는 통상적으로 약 160 ℃의 온도에서 제조되고, 약 150 ℃의 온도에서 깔린다. 상기한 본 발명의 실시예에 따른 다짐 방법은, 다짐 장치를 포장기의 바로 뒤쪽에서 전진시킴으로써, 다시 말하면 포장기의 약 50 m 내에서 다짐을 시작함으로써, 아스팔트 제조 공정에 중에 공급된 열에너지를 이용한다.

전단 응력이 적어도 거의 없이 가해진 낮은 최대 평균 하중 응력을 이용함으로써, 본 방법은 통상적으로 이용되는 온도보다 더 높은 매트 온도, 예를 들어 160 ℃에 달하는 온도에서 유리하게 수행될 수 있다. 마찬가지로, 본 발명의 방법은 통상의 다짐 온도 아래의 온도에서 아스팔트가 다져지게 할 수 있다. 이로써, 통상적으로 사용되는 온도보다 낮은 온도에서 아스팔트가 유리하게 제조될 수 있으며, 그 결과로서 상당한 에너지 절감을 이룰 수 있다.

다짐 장치는 포장기의 뒤쪽 약 30 m, 바람직하게는 약 10 m 내에서 실질적으로 포장기의 전진 속도로 전진되는 것이 좋다. 본 발명의 제1 양태의 양호한 실시예에 있어서, 전진하는 아스팔트 포장기 뒤쪽으로 약 5 m 이내, 가장 바람직하게는 아스팔트 포장기 뒤쪽으로 약 2 m 내에서 아스팔트 매트 위로 전진된다.

본 양호한 실시예에 있어서, 다짐 장치는 포장기에 의해 전진될 수 있는데, 이는 다짐 장치가 포장기에 연결될 수 있다는 것이다. 그러나, 다짐되는 아스팔트의 "밀림"을 최소화하기 위하여, 다짐 장치의 벨트가 구동되는 것이 좋다. 구동 장치는 보조 유압 구동기인 것이 좋다. 다짐 장치가 포장기에 연결되지 않는 경우, 이들 두 장치 사이의 거리 및 이에 따른 다짐 장치의 속력과 방향이 상대 위치 감지 수단을 통하여 자동적으로 제어되는 것이 유리하다.

전술한 바와 같이, 다짐 공정의 제2 열쇠는 하중 지속 시간이다. 아스팔트 설치률이 포장기 1대당 1일 6 시간 동안 1000 톤인 경우에, 아스팔트를 두께 50 ㎜의 층으로 깐다면 포장기는 약 0.1 ㎧로 이동한다. 약 0.15 ㎧에 달하는 높은 포장 속도가 알려져 있지만, 이는 통상적으로 채용되지는 않으며, 0.05 ㎧ 이하의 낮은 속도는 특히 두꺼운 아스팔트 층에 사용될 수 있다.

본 발명의 상기 실시예의 방법에서 약 0.15 ㎧의 최대 포장 속도 이상으로 전진시켜도, 다짐 장치의 벨트의 다짐 표면은, 다짐 중에 결합제의 강성도의 감소를 보장하면서, 적어도 약 7초 간격 동안 아스팔트 매트의 어느 일부분과 접촉하는 것이 좋다.

다짐 장치가 아스팔트 포장기의 뒤를 바로 따라 간다면, 아스팔트 매트의 온도 상승의 이점이 가장 잘 달성되는 한편, 포장기와 다짐 장치의 거리가 증가하는 경우에도 많은 이점을 얻는다. 특히, 작은 규모의 작업에서, 다짐 장치의 전진 속도와 그에 따른 포장기로부터의 다짐 장치의 거리는 포장기와 독립적일 수 있고, 통상적으로 채용되는 것보다 긴 하중 지속 시간에 의해, 다짐 중의 결합제 강성도를 감소시킨다는 본 발명의 목적도 여전히 달성된다.

따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 방법에는, 단지 약 0.7 m/s의 속도로 매트 위에서 다짐 장치를 전진시킴으로써, 다짐 장치로 아스팔트를 다지하는 단계가 포함된다.

본 발명의 상기 실시예에 의해, 약 0.7 ㎧의 최대 이동 속도를 취하면, 다짐 표면의 최소 길이가 약 1 m임을 알 수 있다. 이에 의해, 모든 1회 통과시에 다짐 표면은 적어도 약 1.5초의 최소 시간 동안 아스팔트 매트의 어느 일부분과 접촉하게 된다. 이는 전술한 전통적인 롤러 다짐보다 7배 증가를 나타내는 것으로, 동일한 다짐 온도에서 결합제 강성도의 감소가 휠씬 더 크게 된다.

전술한 모든 실시예에서 전체 다짐 지속 시간은 약 7초 내지 약 60초의 범위 내에 있는 것이 좋고, 적어도 10초인 것이 더욱 좋으며, 적어도 15초인 것이 가장 좋다. 하중 응력은, 예를 들어 하나가 다른 하나의 뒤를 뒤따라가는 2 이상의 별개의 연속적인 다짐 장치의 표면에 의해 2회 이상의 별도 통과 시에 가해지지만, 상기 다짐 지속 시간은 1회의 통과로 달성될 수 있다. 바람직하게는, 하중이 2회 이상의 별도의 통과로 가해지며, 각 통과 시에 약 1.5초 이상의 시간 동안 매트의 어느 한 부분이 다짐 표면과 접촉하게 된다.

전술한 바와 같이, 다짐 지속 시간은 다짐 속력 및 다짐 표면의 길이를 변화시킴으로써 바뀔 수 있다. 또한, 특히 본 발명의 전술한 제2 실시예의 방법에 있어서, 다짐 장치가 매트면 위에서 이동하는 횟수는 달라질 수 있다. 본 발명의 제2 실시예의 방법에서, 다짐율은 통상의 포장 속도인 약 0.6 ㎧ 내지 약 0.05 ㎧ 또는 그 이하의 범위 내에 있는 것이 좋은데, 약 0.5 ㎧ 내지 약 0.1 ㎧인 것이 더욱 좋다.

본 발명의 모든 양태에서의 다짐 장치 표면의 길이는 바람직하게 약 1 m, 보다 바람직하게 적어도 1.5 m, 선택적으로는 2 내지 3 m 또는 그 이상일 수도 있다.

다짐 표면을 통하여 인가되는 최대 평균 하중 응력은 약 40 ㎪ 미만인 것이 좋고, 약 25 ㎪ 미만인 것이 더욱 좋다. 그러나, 작용하는 하중 응력은 다짐 표면의 선단으로부터 후단으로 서서히 증가할 수 있고, 이 경우, 다짐 표면의 후단에서의 최대 선응력(line stress)은 약 40 ㎪인 것이 좋고, 가해지는 최대 평균 하중 응력은 약 25 ㎪이다. 가해지는 최대 평균 하중 응력이 약 10 ㎪ 미만일 수는 없다. 이러한 낮은 인가 응력은, 예를 들어 보다 많은 양의 점탄성 결합제가 사용되고 교통 혼잡 지역에 필요한 골재의 고정 정도는 요하지 않는, 주거지 도로에 사용되는 아스팔트 혼합물에만 적당하다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 방법은, 아스팔트 성분의 다짐성, 아스팔트 매트의 깊이 및 기재의 온도의 편차는 원하는 다짐 정도를 달성하기 위해 아스팔트 혼합 온도 및 하중 지속 시간 인자의 조정을 요할 수 있지만, 아스팔트 매트가 1회의 통과로 원하는 정도로 다짐되도록 할 수 있다. 따라서, 본 발명은 깔려 다져지는 아스팔트 층을 보다 깊게할 수 있다.

본 발명의 상기 양태에 따라 사용되는 다짐 장치의 벨트는 두 개의 평행한 트랙을 형성하도록 종방향으로 분할될 수 있으며, 이들 트랙에는 다짐 장치의 선회를 용이하게 하도록 상이한 구동력이 가해질 수 있다. 탄성중합체 벨트에 있어서, 선회가 용이하도록 상이한 응력이 벨트의 양측에 가해질 수 있다. 대안적으로, 단일 벨트의 다짐 장치를 포장기와 전술한 바와 같이 연결하여 조향하거나, 다짐 장치 뒤쪽의 조향 가능한 트랙터 유닛에 의해 조향할 수 있다. 이러한 트랙터 유닛은 기존의 다짐 장치에 사용하는 잘 알려진 형식의 것일 수 있고, 트랙, 타이어 또는 롤러형 구동 장치를 포함할 수 있는데, 이는 아스팔트의 추가의 다짐 및/또는 표면 조직을 제공하는 것이다. 또는, 다짐 장치는, 편리하게는 두 개의 종방향으로 일정 간격을 두고 배치된 벨트를 포함할 수 있고, 여기서 다짐 장치는 벨트 사이에 힌지되어 선회가 용이하다. 본 발명의 방법에 의해, 벨트의 다짐 표면은, 각 벨트가 아스팔트 매트 위로 다짐 장치의 이동 속도로 회전하기 때문에, 그 사이에서 이동 방향으로의 실질적인 상대 활주 운동 없이 매트 표면과 접촉할 수 있다. 다짐 장치가 선회하는 경우, 적어도 부분적으로 횡방향으로 작은 정도의 상대적인 활주 운동이 있지만, 다짐 장치의 사용 시에 이 정도의 상대적인 활주 운동은 통상적으로 아스팔트를 다지는 데에 실질적으로 해롭지 않을 정도로 충분히 작은 것이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 방법의 양호한 다짐 공정에 있어서, 다짐 방향을 반대로 하기 위해 다짐 장치를 선회시키는 것은 앞서 다져진 매트 상에서 행해진다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 종방향으로 일정 간격을 두고 배치되어 상호 연결된 두 개의 지지 조립체와, 적어도 하나의 지지 조립체를 구동시키는 동력원을 포함하는 다짐 장치로서, 적어도 하나의 지지 조립체는 다짐 장치를 조향할 수 있도록 조정 가능하며, 상기 적어도 하나의 지지 조립체는 다짐 벨트와, 다짐 표면을 형성하는 벨트의 하부 런이 평탄하게 되도록 벨트를 지지하는 지지 수단를 포함하는 모듈형 다짐 유닛을 포함하는 것인 다짐 장치가 제공된다.본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 종방향으로 일정 간격을 두고 배치되어 상호 연결된 적어도 2개의 모듈형 다짐 유닛과, 상기 모듈형 다짐 유닛 중 적어도 하나 이상을 구동시키기 위한 동력원을 포함하는 다짐 장치로서, 상기 적어도 하나 이상의 모듈형 다짐 유닛은 다짐 장치의 조향을 허용하도록 조절될 수 있으며, 각 모듈형 다짐 유닛은 다짐 벨트와, 다짐 표면을 형성하는 벨트의 하부 런이 평탄하게 되도록 벨트를 지지하는 지지 수단을 포함하는 것인 다짐 장치를 제공한다.

본 발명의 전술한 양태들에 따른 다짐 장치는, 특히 고온의 혼합 아스팔트 매트에 사용하기에 적합하지만, 다른 도로 포장 재료를 다지는 데에도 유용하게 사용될 수 있다.

상기 지지 조립체들 중 단지 하나의 조립체만이 모듈형 다짐 유닛을 구비할 경우, 이 지지 조립체에 대해 연결되어 있는 다른 지지 조립체는, 예컨대 본 발명의 제1 양태의 방법에 따라 사용될 경우에 아스팔트 스프레이더일 수 있거나, 또는 다짐 장치가 본 발명의 제1 양태 또는 제2 양태의 방법들 중 어느 한 방법에 따라 사용될 경우에 조향 가능한 트랙터일 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 모듈형 다짐 유닛은 필수적인 것은 아니지만 히치에 의해 상기 다른 지지 조립체에 대해 피벗식으로 연결되는 것이 바람직하다.

변형예로서, 전술한 양태에 따라, 두 개의 지지 조립체 모두는 모듈형 다짐 유닛을 포함할 수 있는데, 각 모듈형 다짐 유닛은 다짐 벨트와, 다짐 표면을 형성하는 벨트의 하부 런이 평탄하게 되도록 벨트를 지지하는 지지 수단을 포함한다. 상기 유닛들은 다른 유닛에 대해 피벗식으로 연결되는 하나의 유닛의 일단부에서 히치 등에 의해 부착될 수 있다. 상기 실시예에서, 두 개의 모듈형 다짐 유닛들은 유압 수단 등에 의해 서로에 대해 피벗 운동하여 다짐 장치를 선회시키게 된다. 이러한 구조에 있어서, 상기 두 개의 모듈형 다짐 유닛들은 모든 공지의 관절식 이중 드럼 롤러 다짐 장치의 두 개의 강철 드럼 모듈을 대체할 수 있다는 점에서 유리하다.

또 다른 변형예로서, 다른 지지 조립체는, 예를 들면 서로 나란히 연결된 2개의 벨트 다짐 장치를 포함하며, 선택적으로는 상기 2개의 벨트 다짐 장치가 일정 간격 떨어져 연결되어 있어 하나의 모듈형 다짐 유닛이 두 벨트 다짐 장치 사이의 매트 부분을 다지도록 되어 있다. 다짐 장치를 선회시키기 위해, 하나의 모듈형 다짐 유닛 및 일정 간격을 두고 배치된 2개의 벨트 다짐 장치는 유압 수단 등에 의해 서로에 대해 피벗되어 있다. 이러한 구조는 1회의 통과에 따른 다짐 폭을 증가시키게 된다는 점에서 유리하다.

본 발명의 전술한 실시예에 따른 다짐 장치가 단일의 모듈형 다짐 유닛 및 전술한 조향 가능한 트랙터 유닛 혹은 두 개의 나란한 벨트 다짐 장치, 혹은 상대적으로 피벗되는 두 개의 모듈형 다짐 유닛을 포함 할 때, 필수적인 것은 아니지만 상기 다짐 장치를 본 발명의 제1 실시 태양 또는 제2 실시 태양의 방법들 중 어느 한 방법에 따라 사용하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.

바람직하게는, 상기 모듈형 다짐 유닛 혹은 적어도 하나 모듈형 다짐 유닛이 구동되는 데, 다시 말하면 벨트에 동력을 공급하여 회전시키게 된다.

가장 바람직하게는, 본 발명의 상기 양태들에 따른 다짐 장치의 정해진 또는 각 모듈형 다짐 유닛은 종래의 롤러 다짐 장치의 드럼 조립체를 대체할 수 있도록 설계되는 것이 바람직하다.

정해진 또는 각 모듈형 다짐 유닛의 벨트 하부 런은 1 m 이상을 긴 것이 바람직하며, 2 내지 3 m 또는 그 이상 만큼 길 수도 있다. 상기 본 발명의 임의의 양태에서의 벨트는 다짐 장치 상에서 회전되도록 적절한 수단에 의해 지지될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 하나의 실시예에서의 벨트는, 두 개의 대직경의 드럼, 또는 다짐 장치의 선단에서 전술한 밀림을 완화시키도록 구동되는 것이 바람직한 단일의 대직경의 드럼과 벨트의 상부 및 하부 런을 각각 형성하는 다짐 장치의 후단에 있는 두 개의 소형 드럼 혹은 롤러와 같은 2 이상의 드럼 혹은 롤러 사이로 연장된다. 또 다른 실시예에서, 벨트의 하부 런은 두 개의 비교적 작은 드럼 혹은 롤러 사이에서 연장하며, 벨트의 상부 런은 이 롤러 보다 더 큰 상부 롤러에 의해 지지된다. 벨트의 하부 런의 선단과 후단 사이에서는, 상기 벨트가 임의의 적절한 수단에 의해 지지되거나 결합되어 일정하거나 또는 점진적으로 증가되는 필요한 하중 응력을 표면에 제공한다. 예컨대, 전술한 강철 세그먼트 벨트는 일정 간격을 두고 배치된 레일 또는 기타 가이드 수단에 의해 지지될 수 있는 한편, 전술한 탄성중합체 벨트는 중간 롤러 혹은 드럼의 배열에 의해, 또는 활주면에 의해 지지될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 사용된 다짐 장치의 벨트 폭은 포장기의 스프레이더의 폭과 실질적으로 거의 동일하게 되는 것이 바람직하다(예를 들면, 4 m이지만 그 미만일 수도 있음). 예를 들면, 다짐 장치의 기동성을 요구하는 소규모의 포장 작업에서는, 스프레이더의 폭의 약 절반 또는 그 이하의 폭을 갖는 보다 작은 벨트를 다짐 장치가 구비하는 것이 편리할 수 있다. 결과적으로, 어떤 상황에서는 벨트의 폭을 스프레이더의 폭보다 더 작게하는 것이 유리할 수 있다(예컨대, 2 m 이하).

본 발명의 임의의 양태에서의 벨트는 다짐 장치의 특수 용도에 맞는 특정 요건을 고려한 재료로 구성될 수 있다. 따라서, 상기 벨트는 라미네이트 고무 등의 탄성중합체 재료(예컨대, 전술한 미국 특허의 명세서에 개시된 재료)를 포함할 수 있다. 변형예로서, 상기 벨트는, 예를 들면 피벗식으로 상호 연결된 일련의 강성의 세그먼트를 포함하거나, 망(mesh) 또는 직조된 와이어로 형성된 것일 수 있다. 그러한 세그먼트, 망 또는 와이어는 강 또는 기타 적절한 재료로 형성될 수 있다. 이러한 비탄성중합체 벨트는 모두 그 외측면에 고정되어 포장 재료의 표면과 접촉하게 되는 탄성중합체 패드를 구비할 수 있다.

고온의 혼합 아스팔트 상에서 탄성중합체 벨트 또는 탄성중합체 패드가 고정된 벨트를 사용함으로써, 비탄성중합체 벨트만을 사용하는 것에 비해 다져진 아스팔트에 보다 양호한 표면 조직을 제공하게 되는데, 그 이유는 아스팔트의 표면에서 성긴 골재 부분 주위의 역청을 탄성중합체 재료로 압착하기 때문이다. 그러나, 비탄성중합체 벨트만을 사용할 경우는, 고무 타이어 롤러로 아스팔트 표면을 후속적으로 롤링시킴으로써 이와 유사한 효과를 얻을 수 있다.

다짐 작업 중에 고온의 혼합 아스팔트 등으로부터의 열손실을 경감시키기 위해, 본 발명의 임의의 양태에서의 다짐 장치의 벨트가 그것의 하부 런을 제외하고는 다짐 장치내에 둘러싸여 있는 것이 바람직하다. 이렇게 둘러싸는 것은 단열 보호판에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 형성될 수 있으며, 적어도 거의 다짐 표면의 높이까지 벨트 위에서 연장되는 것이 유리하다. 이러한 보호판은 하나 이상의 부분으로 형성될 수 있는데, 예컨대 섬유 유리 등의 보강 플라스틱, 또는 단열 매트의 유무에 무관한 강 또는 알루미늄 등의 금속으로 형성될 수 있다. 상기 벨트는 벨트 지지 장치에 의해 부분적으로 둘러싸일 수도 있다.

특히 다짐 장치를 고온의 아스팔트 매트에 적용하지 않는 방법만을 제외한 어떤 상황에서는 다짐 장치의 벨트를 가열하는 것이 유리할 수 있다. 다짐 장치의 벨트는 다짐 작업시 적어도 아스팔트 매트의 온도, 예컨대 약 120℃ 내지 약 150℃ 또는 그 이상의 온도로 가열되는 것이 바람직하며, 다짐 작업 중에 아스팔트 매트를 가열할 수도 있다. 다짐 장치의 벨트를 가열하는 것은 또한 아스팔트 매트의 표면상에 있는 역청이 다짐 장치의 벨트에 고착되지 않게 해준다.

다짐 장치의 벨트는 적절한 수단, 예를 들면 과열된 공기 발생기, 또는 프로판 화염 가열와 같은 직접적인 화염 가열에 의해 가열될 수 있다. 이러한 가열 수단은 다짐 장치로 조준된 적외선 센서에 의해 원격 제어될 수 있다.

변형예로서 또는 추가적으로, 상기 다짐 장치는 벨트에 인접하게 고온의 액체를 저장하기 위한 하나 이상의 저장조를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 고온의 액체는, 예컨대 가열된 오일 혹은 역청일 수 있다. 각 저장조는 이 저장조로부터 액체를 도입 및 배수시키는 수단 뿐만 아니라 액체를 저장조에서 가열시키기 위한 수단도 포함할 수 있다.

다짐 장치의 벨트와 연관된 드럼 혹은 롤러는 고온의 액체를 위한 저장조 역할을 할 수 있다. 변형예로서 또는 추가적으로, 분리형 고온 액체 저장조가 그러한 2개의 드럼 또는 롤러 사이에, 또는 단일의 드럼 또는 롤러 에 인접하게 마련될 수 있다.

본 발명의 하나 이상의 양태에 따른 본 발명의 다짐 방법 및 다짐 장치의 다양한 실시예가 첨부 도면을 참조하여 예시를 위해서만 이하에서 설명된다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 다짐 장치(10)가 미리 마련된 베이스(15)상에 포장기(22)의 스프레더(24)에 의해 깔려진 아스팔트 매트(20)를 다지고 있다. 다짐 장치(10)는 벨트형 다짐 장치로서 포장기(22) 바로 뒤를 따른다.

다짐 장치(10)는 포장기(22)에 인접한 선단에 위치한 대직경의 로터리 드럼(12)과, 후단에 위치한 상부 및 하부 가로 롤러(14a,14b)와, 상기 로터리 드럼(12)과 상기 가로 롤러(14a,14b) 사이에 위치한 고온 액체 저장조(13)를 포함한다. 상기 고온 액체 저장조(13) 및 로터리 드럼(12)은 약 150℃ 온도의 가열된 오일 또는 역청(bitumen)을 담고 있다. 드럼(12), 롤러(14a, 14b) 및 저장조(13) 모두는 단일 프레임 부재로써 개략적으로 도시된 프레임워크(17)에 의해 지지된다.

로터리 드럼(12)과 롤러(14a, 14b) 둘레로는 층상의 탄성 중합체 벨트(11)가 연장된다. 로터리 드럼(12)은 보조 유압 구동기(19)에 의해 구동되며, 따라서 벨트(11)에 회전을 부여하고 다짐 장치를 구동시키게 된다. 벨트(11), 드럼(12) 및 롤러(14a, 14b)는 종방향을 따라 분할되어 있으며, 드럼(12)의 2개의 절반부에 별도의 구동기가 마련되어 있어 다짐 장치에 조향성을 제공한다. 탄성 중합체 벨트는, 예를 들면 탄성 중합체 패드가 부착된 강철 벨트로 대체될 수 있어 유리하다.

드럼(12)과 롤러(14b) 사이의 분할 벨트(11)의 하부 런(run)은, 드럼(12)과 롤러(14b)의 공통 접선의 높이에서 상향 편향되는 것을 대비하여 저장조(13)의 바닥벽에 의해 구획된 활주면에 의해 지지되어 있다. 도시되어 있지 않지만, 작은 롤러의 배열이 벨트의 하부 런을 평탄하게 지지하도록 저장조(13) 아래에 제공되는 것이 바람직하다.

다짐 장치(10)는 또한 단열성 보호판(16)을 포함하는데, 이 보호판이 다짐 장치의 전방, 상부 및 후방을 밀착되게 덮음으로써 아스팔트 매트(20)의 표면과 접촉하지 않는 벨트의 부분으로부터의 열 손실을 줄인다. 상기 보호판(16)은 또한 다짐 장치(10)의 측부를 덮을 수 있으며, 이로 인해 드럼(12)과 저장조(13)로부터의 열 손실을 더욱 경감시켜 결국 아스팔트로부터의 열 손실을 줄일 수 있다.

다짐 장치(10)는 포장기(22) 뒤쪽으로 약 1 내지 2m의 거리를 두고 포장기의 속도로 주행한다. 보다 구체적으로 말하자면, 아스팔트용 스프레더(24)의 외연부(23)와 분할 벨트(11)의 하부 런의 선도 연부(11a) 사이의 거리가 약 1 내지 2m가 된다. 상기 거리는 다짐 장치(10)와 포장기(22)의 각 측면상의 적절한 위치에 배치된 상대 위치 센서 수단(18)에 의해 일정하게 유지된다. 상기 각 측면상의 상대 위치 센서 수단(18)은 예컨대, 스프레더(24)상에 지지되어 적외선 또는 레이저 빔을 전진 방향의 횡단 방향으로, 다짐 장치(10)상에서 전방으로 돌출하는 요소(19) 위에 지지된 타겟을 향하여 방사하는 적외선 또는 레이저 빔 방사기를 구비할 수 있다. 상기 타겟은 제로 위치와 그 제로 위치의 각 측면상에 있는 하나 이상의 플러스 위치 및 마이너스 위치를 갖는다. 상기 빔이 타겟의 제로 위치를 맞추고 있는 동안에는 별개의 드럼(12) 및 벨트(11)의 예비 설정된 회전 속도가 그대로 유지되어 있지만, 만일 빔이 플러스 위치 또는 마이너스 위치를 각각 맞추게 되는 경우, 상기 속도는 일시적으로 증가 또는 감소될 것이다. 그러한 센서 수단은 공지된 것이지만, 단지 예시의 목적으로 제시된 것이다.

전형적으로, 포장기(22)는 아스팔트 매트(20)를 깔면서 약 0.1 m/s의 속도로 주행한다. 따라서, 다짐 장치(10)의 속도가 아스팔트 다짐 공정에 통상 사용되는 속도에 비해 상당히 낮음을 인식할 것이다. 더욱이, 다짐 장치(10)가 포장기(22) 바로 뒤를 따르기 때문에, 다짐 작업을 시작할 때의 아스팔트 매트(20)의 온도는 분배 온도와 동일하거나 거의 동일하다. 드럼(12)과 저장조(13)에 있는 고온의 액체에 의한 벨트(11)의 가열 및 보호판(16)에 의해 다짐 작업중의 열 손실이 감소되어, 다짐 온도는 150 ℃ 이상일 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 다짐 장치(10)와 벨트(11)의 폭(Y)은 4 m이고, 따라서 스프레더(24)에 의해 깔리게 되는 아스팔트 매트(20)의 전체 폭은 다짐 장치(10)가 1회 주행 할 때 벨트(11)에 의해 커버된다. 벨트(11)의 하부 런에 의해 형성된 접촉부(X)의 길이는 3 m이다. 드럼(12)과 저장조(13)에 있는 고온의 액체를 포함한 총중량이 24 톤(240 kN)인 다짐 장치의 경우, 벨트의 하부 런에 의해 20 kPa의 균일한 접촉 응력이 가해지게 된다. 속도를 0.1 m/s로 가정했을 때(50 mm 두께의 층으로 아스팔트를 까는 경우, 포장기 1대 당 하루 6시간 동안 1000 톤의 설치율을 얻기에 전형적인 속도), 다짐 장치의 벨트 아래에 있는 아스팔트 매트상의 임의의 지점에서의 하중 지속 시간은 약 30초가 될 것이다.

이 하중 지속 시간과 150 ℃의 온도에서, 결합제 강도는 약 0.05 Pa가 될 것이다.

전술한 크기의 다짐 장치는 대규모의 포장 작업에 사용될 것이다. 소규모의 포장 작업에서, 다짐 장치(10)는 예컨대, 2 m의 접촉부(X) 길이, 2 m 또는 4 m의 폭을 갖는 매우 작은 "바퀴 자국(footprint)"을 가질 수 있다. 작은 바퀴 자국은 통상 전체적으로 다짐 장치(10)의 질량 감소에 대응할 것이다. 만일 그렇다면, 이는 작업의 온도를 증가시킴으로써 상쇄될 수 있다. 그러한 경우, 화염으로 직접 가열되는 강철제 세그먼트 벨트가 사용될 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 다짐 장치(10)가 포장기(22)와 상호 물리적으로 연결되어 있는, 도 1 및 도 2의 다짐 장치(10)의 변형례가 도시되어 있다. 다짐 장치(10)는 드럼(12)를 위한 자체 보조 구동기를 보유하고 있어서, 다짐 장치의 전진 속도가 포장기의 전진 속도로 설정될 수 있다. 따라서, 포장기와 다짐 장치 사이의 기계적인 상호 연결은 단지 다짐 장치에 조향성을 제공할 의도에 따른 것이다.

기계적인 상호 연결은 다짐 장치(10)의 프레임워크(17)의 선단으로부터 스프레더(24)의 측부로 그리고 포장기 아래의 히치(28)쪽을 향해 내측으로 전방 돌출하는 프레임(26)으로 개략적으로 도시되어 있다. 히치(28)는 포장기와 다짐 장치 사이를 이들 장치가 마주하는 큰 반경의 곡선으로 견고하게 또는 피봇식으로 상호 연결시킬 수 있다.

작동시, 포장기가 선회하면, 이는 프레임(26)에 의해 감지되고, 프레임에 의해 동일한 선회 동작이 다짐 장치로 기계적으로 전해지게 된다. 예컨대, 프레임(26)을 간단한 케이블 구성으로 대체하는 것에 의해 유사한 작용이 얻어질 수 있다.

도 4는 드럼, 롤러 및 벨트를 포함하는 다짐 장치가 종방향으로 분할된 것을 나타내고 있으며, 이를 통해, 다짐 장치는 원하는 폭을 갖는 다짐 장치를 구성하기 위해 나란히 고정된, 예컨대 1 m 폭의 거의 동일한 복수 개의 모듈로 구성될 수 있음을 알 것이다. 다짐 장치의 두 개의 벨트가 각각 또는 각 외측 벨트가 자체 동력 공급원을 구비하는 경우, 이들 벨트의 회전 속도는 개별적으로 조정되어 다짐 장치의 선회를 용이하게 할 수 있다. 어떠한 내부 벨트에 동력이 공급되지 않는다.

도 5 및 도 6은 소규모의 포장 작업에 통상 사용되는 다짐 장치의 대안적인 구성을 잘 도시하고 있다. 도 3 및 도 4에서, 다짐 장치(30)는 도 1 및 도 2에 도시된 다짐 장치(10)와 실질적으로 동일한 구성을 가지고 있기 때문에, 상세하게 설명하지 않겠다. 다짐 장치(30)는 보조 유압 구동기를 갖는 대직경의 로터리 드럼(32), 고온 액체 저장조(34), 상부 및 하부 가로 롤러(36, 38), 드럼과 롤러를 지지하는 프레임워크(40), 회전 벨트(42), 단열 보호판(44)을 포함한다. 그러나, 이 실시예에서, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 다짐 장치(30)가 포장기 바로 뒤에 유지된다기 보다는, 관절식 롤러 다짐 장치의 통상의 트랙터(46)에 의해 뒤에서부터 조향되며, 본 발명의 다짐 장치는 프레임워크(40)의 일단부에서 피봇 연결부(48)에 의해 트랙터에 부착된다. 전술한 바와 같이, 벨트(42)는 강성의 평탄한 하부 런을 구비하지만, 기동성의 향상을 위해서 하부 런은 예컨대, 2 m 이하의 길이로 감소시킬 수 있다.

큰 직경의 액체 충전된 평탄한 타이어를 구비한 트랙터(46)에 의해 조향 작동이 수행되는 경우, 단일 벨트(42)는 그것이 탄성 중합체 벨트인지 비탄성 중합체 벨트인지에 관계없이, 상기 실시예에 사용될 수 있다.

도 1 내지 도 4의 다짐 장치(10)에 있어서, 고온의 액체 저장조(32, 34)는 벨트를 위해 과열 공기 송풍기 또는 직접적인 화염 가열기에 의해 그 성능이 향상되거나 대체될 수 있다. 그러한 가열은 벨트의 내부, 예를 들면 상부 런상에서, 또는 외부에서, 예를 들면 하부 런에 인접한 드럼(32)과 보호판(44) 사이에서 행해질 수 있다. 벨트에 대한 그러한 가열은 다짐 작업중에 아스팔트로 열을 공급하는 데에도 사용될 수 있는데, 그 경우, 아스팔트가 다져지기 이전에 상당한 정도로 냉각된 경우라도, 결합제의 점성 유동으로 인해 만족스런 다짐을 얻을 수 있다.

다짐 장치(30)는 다짐 장치가 정지 중일 때 벨트가 자유로이 회전할 수 있도록 벨트(42)를 땅으로부터 들어올리는 유압 재킹 시스템(hydraulic jacking system : 52)을 포함한다. 심지어, 이것은 다짐 운전을 시작하기 전에 벨트를 가열하는 것도 용이하게 하다. 재킹 시스템은 다짐 장치의 대향 단부에서 피벗 연결부(48)에 연결된 프레임워크(40)에 의해 지지되고, 운송과 비작동시의 기동성을 촉진하는데 또한 이용될 수 있도록 휠 조립체(54)와 결합되어 있다.

다짐 장치(30)는 약 0.7 m/s에 이르는 속력으로 사용될 수 있어, 심지어 벨트 하부 런의 길이가, 예컨대 2 m인 경우에도 실질적으로 전술한 종래 기술보다 실질적으로 많은, 1회 통과에 약 3 초의 다짐 지속 시간을 제공한다. 그러나, 다짐 장치(30)는 0.7 m/s 미만의 속력, 예컨대 약 0.5 m/s 이하의 속력으로 사용되는 것이 바람직하며, 이로 인해 1회 통과시의 하중 지속 시간을 증가시킨다. 다짐 장치(30)는 다짐 장치(10)를 참조하여 설명한 방식, 다시 말하면 포장기의 바로 뒤에서 포장기와 실질적으로 같은 속도로 주행하게 사용될 수도 있지만, 다짐 장치(30)는 포장기와는 독립적으로 고속으로 사용되는 것이 보다 통상적이다. 이러한 조건 하에서, 다짐 장치(30)는 필요한 정도의 다짐을 제공하도록 아스팔트 매트 위에서 용이하게 여러 차례 통과할 수 있다. 각 통과는 포장기로부터 원근 방향으로 400 m의 범위 내에서 이루어지며, 필요한 통과 횟수 후에 다짐 장치가 포장 속도를 따라잡을 수 있도록 다짐 장치의 속력을 조절할 수 있다. 다짐 장치는 20 kPa의 균일한 하중 응력을 가할 수 있다.

도 7과 도 8에는, 도 5 및 도 6의 다짐 장치(30)와 정확히 동일한 방식으로 사용되도록 의도된 다짐 장치(60)가 도시되어 있다. 그러나, 이 다짐 장치(60)는 벨트 다짐 유닛의 모듈 형태를 나타내며, 두 개의 그러한 형태가 공지된 관절식 이중 드럼 다짐 장치의 이중 강제 드럼을 대체하고 있다. 공지된 다짐 장치는 동력 및 제어 모듈(64)과, 두 개의 드럼 모듈을 구비하며, 이 두 개의 드럼 모듈은 드럼을 나타내는 점선(66)에 의하여 부분적으로 도시되어 있다.

각 다짐 장치 모듈(62)은 동력 및 제어 모듈(64)에 피벗 연결되는 그 일단부에 통상의 프레임(68)을 구비하며, 이 동력 및 제어 모듈은 다짐 장치 모듈(62) 사이에서 위에 놓여 있다. 공지된 드럼 다짐 장치의 프레임(68)은 이 프레임 내에 저널(journal) 연결된 드럼(66)을 구비한다. 이 대신, 탄성중합체 또는 비탄성중합체 벨트(74)용의 보다 작은 상부 드럼(72)이 동일한 방식으로 프레임 내에 저널 연결된다. 드럼(72)의 아래에서, 프레임(68)은 벨트용 하부 롤러 조립체(76)를 지지한다. 롤러 조립체(76)는 드럼(72)보다 직경이 작은 선단 롤러(78) 및 후단 롤러(80)와, 일련의 보다 작은 중간 롤러(82)를 구비한다. 롤러(78, 80, 82)는 다짐 장치 모듈(62)의 다짐 표면을 형성하는 벨트의 평탄한 하부 런을 형성한다. 각 다짐 장치 모듈의 벨트(74)의 하부 런은 1.5 내지 2 m의 길이를 가지는 것이 바람직하지만, 더 길거나 더 짧을 수도 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 벨트 폭은 표준 드럼 모듈에 상응하게 약 2 m이지만, 더 넓거나 더 좁을 수도 있다.

각 다짐 모듈(62)의 드럼(72)은 보조 유압 구동기(도시 생략)를 통해서 동력 및 제어 모듈(64)에 의하여 공지된 드럼(66)과 동일한 방식으로 구동된다. 동력 및 제어 모듈(64)을 통하여 다짐 모듈(62)을 함께 연결시키는 것에 추가로, 다짐 모듈을 유압식 조향 램(ram : 84), 바람직하게는 히치(hitch : 70)의 각 측면에 하나씩 두 개의 유압식 조향 램에 의하여 연결된다. 유압식 램(들)(84)은 다짐 장치 구동기로부터의 조향 입력치를 수용하는 유압식 밸브 조립체(도시 생략)에 의하여 제어된다.

각 다짐 모듈(62)은 보호판(86) 아래에서 하부 런을 제외하고는 전적으로 둘러싸여 있는 벨트(74)를 구비한다. 보호판은 다짐 작동 중에 매트(88)로부터의 열 손실을 줄이는 것을 돕지만, 벨트를 위해 고온 환경을 유지하기에도 유리하다. 이러한 고온 환경은 예컨대, 드럼(72)에 고온 액체를 제공함으로써 마련될 수 있지만, 다짐 모듈, 보다 바람직하게는 동력 및 제어 모듈(64) 상의 가열기에 의하여 보호판 아래에 있는 밀봉부에 공급되는 과열 공기에 의하여 마련되는 것이 바람직하다. 이와 같이 벨트를 가열하는 것은, 다짐 장치(60)가 매트를 통과하는 시간까지 매트(88)의 특정 부분이 원하는 다짐 온도 이하로 냉각될 수 있음에도 불구하고 그 다짐 온도를 유지하는 것을 돕는다.

도 7에 있어서, 각 다짐 모듈(62)은 기존의 드럼 모듈의 드럼(66)의 경우보다 실질적으로 낮은 회전 축선의 드럼(72)을 구비하여, 특히 경사길에서 향상된 안정성을 제공하는 점이 주목된다.

또한, 다짐 모듈(62)은 약간 수정된 도 1 내지 도 4의 다짐 장치(10)는 물론, 도 5 및 도 6의 다짐 장치(30)와도 즉각적으로 대체될 수도 있음을 알 수 있다.

기재된 각각의 실시예에서, 벨트 다짐 장치는 벨트에 장력을 가하기 위한 수단(도시하지 않음)을 포함하는 것이 장점이다. 그와 같은 수단은 유압식으로 변위 가능한 롤러 또는 드럼을 포함할 수도 있다.

유리하게도, 본 발명의 여러 실시예에 따른 아스팔트 다짐 방법과 다짐 장치는 종래의 장치와 기술을 사용하여 다져진 아스팔트에 비해 현저히 적은 투과성을 갖는 아스팔스를 제공함이 밝혀져 있다. 이러한 관점에서, "포장 도로의 수분 침투 연구 결과(Determination of Insitu Infiltration of Water into a Road Pavement)"라는 제목의 뉴 사우스 웨일즈 도로 교통 당국(New South Wales Road and Traffic Authority;RTA) 표준 시험법 T168(1990)에 따라 시험을 실시하였다. 이 시험법을 간략하게 설명하면, 높이 표시가 있는 관측 튜브(viewing tube)를 시험할 영역 위에서 수직으로 연장되도록 배치하였다. 이 관측 튜브의 기부를 기판으로 지지시켰다. 물을 튜브에 표시된 원하는 높이까지 신속하게 관측 튜브에 주입하였다. 이어서, 물을 기판을 통해 흐르게 하여 시험 중인 역청 표면에 접촉시켰다. 관측 튜브상의 상측 표시와 하측 표지 간의 수위의 하강율을 기록하여 시험 중인 표면의 다공성을 계산하였다.

상기 방법을 이용하여, 본 발명의 실시예에 따라 준비된 아스팔트를 시험하면 수위가 1 m에서 900 mm로 떨어지는데 걸리는 시간이 10 내지 20 초 정도임이 밝혀졌다. 종래의 다져진 아스팔트를 현장에서 시험하였을 때, 포장 도로에 침투되는 수분의 유속은 단지 200 내지 300 mm의 수위만 유지될 수 있을 정도이었다. 종래 기술로 마련된 아스팔트 표면의 이러한 보다 높은 투과성은 종래 기술에 따라 초래되는 롤러 균열이나 공기 공극 및 모세관이 폐쇄되지 않는 현상으로 인한 것일 수도 있는 것으로 믿어진다.

본 명세서 전체를 통해, 문맥상 필요하지 않다면, "구비"라는 용어는 기재된 구성체(들)을 포함한다는 의미로 그 이외의 구성체(들)을 포함한다는 의미는 아니다.

당업자라면 본 명세서에 기재된 본 발명이 이와 같이 특정하게 기재된 것 이외에 변형 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 그 사상과 범위 내에 속하는 모든 그와 같은 변형 및 수정을 포함한다. 또한, 본 발명은 개별적으로나 전체적으로 본 발명에 참조 또는 지시된 모든 공정 또는 특징부와, 두 개 이상의 이러한 공정 또는 특징부들의 모든 조합을 포함한다. 예컨대, 본 발명은 기재된 바와 같이, 벨트가 다짐 장치 내에서 실질적으로 벨트의 하부 런의 높이로 다짐 장치 내에 에워싸이는 벨트 다짐 장치이거나, 또는 벨트 가열용 수단이 마련된 벨트 다짐 장치로 확장될 수도 있다. 다른 방법으로서, 본 발명은 본원에 기재된 벨트 다짐 장치 이외의 다른 특징부나 이들 특징부의 조합으로 확장될 수도 있다.

Claims (47)

1. 전진하는 아스팔트 포장기에 의해 깔려 있는 고온의 혼합 아스팔트 매트를 다지는 아스팔트 다짐 방법으로서, 상기 깔려 있는 아스팔트 위에서 아스 팔트 다짐 장치를 전진시켜 적어도 하나의 벨트의 하부 런(lower run)에 의해 형성되는 다짐 장치의 다짐 표면이 적어도 1.5초의 시간 동안 상기 매트의 어떤 한 부분과 접촉하도록 하는 공정을 포함하며, 상기 다짐 표면은 상기 매트에 약 50 kPa 미만의 최대 평균 하중 응력을 가하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 다짐 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 아스팔트 다짐 장치는, 상기 깔려 있는 아스팔트 위에서, 상기 아스팔트 포장기 뒤로 약 50 m 거리 내에서 실질적으로 상기 아스팔트 포장기의 속도로 전진되는 것을 특징으로 하는 아스팔트 다짐 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 아스팔트 다짐 장치는 상기 아스팔트 포장기 뒤로 약 2 m 거리 내에서 실질적으로 상기 아스팔트 포장기의 속도로 전진되는 것을 특징으로 하는 아스팔트 다짐 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 아스팔트 다짐 장치는 아스팔트 포장기에 연결되어 이 포장기에 의해 전진되는 것을 특징으로 하는 아스팔트 다짐 방법.
5. 제2항에 있어서, 상기 아스팔트 포장기와 상기 아스팔트 다짐 장치 사이의 거리는 상대 위치 감지 수단에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 아스팔트 다짐 방법.
6. 제2항에 있어서, 상기 아스팔트 포장기는 약 0.05 내지 약 0.15 m/s의 속력으로 주행하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 다짐 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 아스팔트 포장기는 약 0.1 m/s의 속력으로 주행하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 다짐 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 다짐 장치는 상기 매트 위에서 단지 약 0.7 m/s의 속도로 이동되는 것을 특징으로 하는 아스팔트 다짐 방법.
9. 제1항에 있어서, 다짐 속도는 약 0.6 m/s 내지 약 0.05 m/s인 것을 특징으로 하는 아스팔트 다짐 방법.
10. 제1항에 있어서, 총 다짐 지속 시간은 약 7초 내지 약 60초인 것을 특징으로 하는 아스팔트 다짐 방법.
11. 제1항에 있어서, 다짐은 상기 매트 위로 다짐 장치가 한 번 통과하는 것으로 달성되는 것을 특징으로 하는 아스팔트 다짐 방법.
12. 제1항에 있어서, 다짐 표면 또는 서로 근접하여 하나가 다른 하나의 뒤를 따르는 2 이상의 분리된 다짐 표면에 의해 연속적으로 이루어지는 2회 이상의 별도의 다짐 공정을 포함하며, 각 다짐 공정은 상기 다짐 표면 또는 상기 2 이상의 다짐 표면 중 하나를 적어도 1.5초의 시간 동안 상기 매트의 어느 한 부분과 접촉시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 다짐 방법.
13. 제1항에 있어서, 다짐 표면을 통해서 가해진 평균 하중 응력은 약 10 kPa 내지 약 40 kPa인 것을 특징으로 하는 아스팔트 다짐 방법.
14. 제1항에 있어서, 가해진 하중 응력은 상기 다짐 표면의 선단에서 다짐 표면의 후단으로 점진적으로 상승하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 다짐 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 다짐 표면의 후단에서의 최대 선 응력(line stress)은 약 40 kPa이고, 가해지는 최대 평균 하중 응력은 약 25 kPa인 것을 특징으로 하는 아스팔트 다짐 방법.
16. 제1항에 있어서, 상기 다짐 장치의 벨트는 적어도 상기 아스팔트 매트의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 아스팔트 다짐 방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 다짐 장치의 벨트는 약 120 ℃ 내지 약 150 ℃ 또는 그 이상의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 아스팔트 다짐 방법.
18. 제16항에 있어서, 상기 다짐 장치의 벨트는 상기 아스팔트 매트의 표면 위에 있는 역청이 다짐 공정 중에 상기 다짐 장치의 벨트에 실질적으로 들러붙지 않도록 가열되는 것을 특징으로 하는 아스팔트 다짐 방법.
19. 종방향으로 일정 간격을 두고 배치되어 상호 연결되어 있는 적어도 2개의 모듈형 다짐 유닛과, 이들 모듈형 다짐 유닛 중 적어도 하나를 회전 구동하는 동력원을 구비하는 다짐 장치로서, 상기 모듈형 다짐 유닛 중 적어도 하나는 상기 다짐 장치를 조향할 수 있도록 조정 가능하며, 각 모듈형 다짐 유닛은 다짐 벨트와, 다짐 표면을 형성하는 벨트의 하부 런이 평탄하게 되도록 상기 벨트를 지지하는 지지 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 다짐 장치.
20. 제19항에 있어서, 2개의 모듈형 다짐 유닛이 서로 피벗식으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 다짐 장치.
21. 제19항에 있어서, 각 모듈형 다짐 유닛의 벨트의 하부 런은 적어도 1 m 이상 긴 것을 특징으로 하는 다짐 장치.
22. 제19항에 있어서, 각 모듈형 다짐 유닛에서, 상기 벨트는 2개 이상의 드럼 또는 롤러에 의해 다짐 장치에 회전 가능하게 지지되어, 이들 드럼 또는 롤러 사이에서 연장되는 것을 특징으로 하는 다짐 장치.
23. 제22항에 있어서, 각 모듈형 다짐 유닛에서, 상기 벨트는 2개의 대직경 드럼, 또는 다짐 장치의 선단에 있는 선택적으로 구동되는 단일의 더 큰 직경의 드럼과 다짐 장치의 후단에서 각기 벨트의 상하부 런을 형성하는 2개의 소직경 드럼 또는 롤러와의 사이에서 연장되는 것을 특징으로 하는 다짐 장치.
24. 제22항에 있어서, 각 모듈형 다짐 유닛에서, 상기 벨트의 하부 런은 2개의 비교적 작은 드럼 또는 롤러 사이에서 연장되며, 선택적으로는 상기 2개의 비교적 작은 드럼 또는 보다 더 큰 적어도 하나의 상부 롤러가 상기 벨트의 상부 런을 지지하는 것을 특징으로 하는 다짐 장치.
25. 제19항에 있어서, 각 모듈형 다짐 유닛에서, 상기 벨트는 그것의 하부 런의 선단과 후단 사이에서 지지 또는 결합되어 일정하거나 또는 점진적으로 상승하는 필요한 하중 응력을 다져질 재료의 표면에 제공하는 것을 특징으로 하는 다짐 장치.
26. 제19항에 있어서, 상기 벨트는 탄성중합체 재료 및 일련의 피벗식으로 상호 연결되어 있는 견고한 세그먼트를 포함하거나 또는 망(mesh)이나 직조 와이어로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다짐 장치.
27. 제19항에 있어서, 각 모듈형 다짐 유닛에서, 상기 벨트는 그것의 하부 런을 제외하고는 상기 다짐 장치 내에 에워싸여 있는 것을 특징으로 하는 다짐 장치.
28. 제27항에 있어서, 상기 벨트는 부분적으로 또는 전체적으로 단열 보호판에 의해 에워싸여 있으며, 이 보호판은 선택적으로는 실질적으로 다짐 표면의 높이까지 상기 벨트 위에서 연장되는 것을 특징으로 하는 다짐 장치.
29. 제27항에 있어서, 상기 벨트는 벨트 지지 시스템에 의해 부분적으로 에워싸여 있는 것을 특징으로 하는 다짐 장치.
30. 제19항에 있어서, 각 다짐 장치의 벨트를 가열하는 가열 수단을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 다짐 장치.
31. 제19항에 있어서, 각 다짐 장치 벨트와 연관된 각 드럼 또는 롤러는 고온 액체 저장조 기능을 하는 것을 특징으로 하는 다짐 장치.
32. 제19항에 있어서, 상기 다짐 장치 벨트와 연관된 2개의 드럼 또는 롤러 사이에, 또는 단일의 그러한 드럼 또는 롤러에 인접하여 고온 액체 저장조가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 다짐 장치.
33. 제19항에 특허 청구된 다짐 장치를 사용하여 고온의 혼합 아스팔트 매트를 다지는 공정을 포함하는 아스팔트 매트 다짐 방법.
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