KR100617477B1 - 폐 아스팔트 콘크리트를 재활용하여 제조한 아스팔트콘크리트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐 아스팔트 콘크리트를 재활용하여 제조한 아스팔트 콘크리트에 관한 것으로, 구체적으로는, 배합설계기준에 의거 분류 및 선별된 폐아스콘 골재 1중량부에 대하여, 방카C유 1중량부에 '톨루엔 1중량부와 아스팔트 개질재인 SBS 또는 SIS 0.1-0.5 중량부를 혼합한 것' 0.05-0.5중량부를 혼합한 혼합물을 스프레이 살포로 투입 혼합하고, 이에 채움재(filler)로서 시멘트 또는 석분 0.03-0.1 중량부를 투입 혼합하여 전체적으로 슬럼프 0-3㎝가 되도록 한 폐아스콘 골재를 재활용하여 제조된 아스팔트 콘크리트에 관한 것이다.

폐아스콘, 방카C유, 개질재, 톨루엔

Description

폐 아스팔트 콘크리트를 재활용하여 제조한 아스팔트 콘크리트 {Asphalt Concrete Using Used Asphalt Concrete}

본 발명은 폐 아스팔트 콘크리트를 재활용하여 제조한 아스팔트 콘크리트에 관한 것이다.

아스팔트 콘크리트(이하 "아스콘"이라 한다)는 아스팔트와 굵은 골재, 잔골재 및 포장용 채움재(석분, 시멘트 등)를 가열혼합 또는 상온에서 혼합한 것으로 도로포장이나 주차장 등에 널리 사용되고 있다. 그런데 자동차 통행량이 많아짐으로 인하여 아스콘포장 도로의 소성변형 및 노후화가 촉진되고 있으며, 특히 우리 나라와 같이 하절기 기온이 높은 지역에서는 대형차량의 하중으로 아스콘 포장 도로에 깊은 홈이 패여 도로표면의 불균일 현상이 생기고 이로 인하여 차량의 통행에 많은 지장이 초래되고 있다.

이에 관련 관공서는 노후된 아스콘 포장을 철거하고 새로운 아스콘 포장작업을 하거나, 소성변형으로 불균일하게 된 도로표면에 대하여 표면 절삭작업을 하여 도로표면을 균일화시키는 작업을 지속적으로 해오고 있는데, 이러한 작업에 소요되는 비용이 엄청나긴 하나, 이러한 철거작업 또는 절삭작업으로 생긴 엄청난 양(매 년 천만톤 이상)의 폐 아스콘의 처리문제가 더 심각한 고민거리로 되고 있는 실정이다.

폐아스콘을 재활용할 수 있으면, 공해문제 해소의 측면 이외에도 포장공사비를 절감할 수 있고, 또한 신 골재의 사용량을 줄임으로서 천연골재의 보존에도 기여할 수 있다. 종래 폐아스콘 골재를 재활용하는 방법으로 제안된 기술들은, 폐아스콘을 분쇄한 후 가열하고 이에 가열된 신골재 등과 혼합하여 사용하는 방법과, 가열하지 않고 상온에서 컷트백 아스팔트 또는 유화 아스팔트와 혼합하고 이에 신골재, 채움재 등을 혼합하여 사용하는 두 가지 방법으로 대별된다.

폐아스콘 골재를 가열하여 재활용하는 방법은, 폐아스콘을 분쇄하여 일정 크기 이하의 입자로 분류하고, 이를 가열하여 골재에 부착된 아스팔트를 일차 연화시킨 후, 이에 아스팔트 연화제와 가열된 신(新) 골재 및 신(新) 아스팔트를 추가 투입하여 포장공사를 행하는 방법이다. 그런데, 이 방법은 가열장비 마련에 비용이 들뿐만 아니라, 폐아스콘에서 분류된 골재를 가열할 때, 그 골재에 묻어 있던 아스팔트가 타게 되어 악취를 낼 수 있고, 또한 연화재를 투입하여도 골재 표면에 긴밀하게 부착되거나 골재에 흡수된 아스팔트는 연화되지 않아, 이 방법으로 재활용되는 아스콘은 내구성이 매우 떨어지고, 크랙이 심하게 발생되는 문제점이 있다.

본 발명자에 의하여 제안된 '분쇄 폐아스콘을 이용한 도로포장용 콘크리트 및 그 제조방법' 대한 특허 제243926호는 폐아스콘을 상온에서 사용하는 방법에 관한 것인데, 이 특허기술은 분쇄 폐아스콘 골재의 표면에 유화 아스팔트가 충분히 도포되도록 함으로써 이 유화아스팔트가 폐아스콘 재생골재와 그후 첨가되는 시멘 트의 중간 결합제로서의 역할을 하도록 하는 것이다. 그러나, 이 특허기술의 방법은 추가 첨가되는 자재를 시멘트에 한정하고 또한 중간 결합제를 유화아스팔트에 한정하고 있기 때문에 자재의 사용이 제한되고, 또한 시멘트를 현장에서 양생하여야 한다는 점에서 시공이 다소 번잡하다.

뿐만 아니라, 유화 아스팔트는 수용성으로 (폐아스콘에 대하여 결합제로서의 역할만을 할 뿐) 폐아스콘 내부에 침투해 들어가지 못하는 것이어서, 폐아스콘의 노화된 아스팔트를 연화 및 개질화시키지 못한다는 문제점이 있다. 더구나, 이 특허기술은 시멘트 콘크리트의 강성(剛性) 포장을 하는 것인데, 분쇄 폐아스콘 골재와 같은 다소 연약한 골재가 시멘트와 결합되는 경우 전체적으로 불량의 시멘트 콘크리트가 될 우려가 있었다.

2004. 7. 23. 공개된 '폐 아스팔트 콘크리트를 이용한 도로포장방법'에 대한 특허출원 제2004-52082호도 폐아스콘을 상온에서 사용하는 방법에 관한 것인데, 이 기술은 건조된 페아스콘의 골재에 대하여 아스팔트 함량 및 입도분포를 분석하여 마샬법에 따른 배합설계에 의거 추가될 신 아스팔트의 양을 결정하고, 또한 골재의 KS규격과 비교하여 추가될 신 골재의 양을 결정하여, 이 결정된 신 아스팔트 및 골재를 추가 혼합하여 재생아스콘을 제조하는 것이다. 그러나, 이 기술은 폐 아스콘의 골재에 비하여 추가되는 신골재의 양이 상당히 많이 (약40%) 요구되기 때문에 폐자재를 재활용한다는 측면에서 볼 때 그다지 효용성이 있다고 할 수 없다.

본 발명은 앞서 본 종래 기술들의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 첫째 목적은 폐아스콘의 재생골재만을 사용하고 신골재를 추가하지 않고 아스콘 포장을 할 수 있도록 하는 것이고, 둘째 목적은 아스팔텐 함량이 높은 방카C유와 개질재를 투입하여 폐아스콘 골재의 아스팔트를 연화 및 개질함으로써 가열하지 않고 폐아스콘 골재를 사용할 수 있도록 하는 것이고, 셋째 목적은 폐아스콘 골재를 사용하여 반(半) 강성(剛性)의 도로포장을 함으로써 자재들 간의 균형을 잡아 폐아스콘 골재가 불량골재가 되지 않도록 하는 것이다.

폐아스콘 골재 표면에는 노후된 아스팔트가 접착되어 있기 때문에, 폐아스콘 골재 표면의 노후된 아스팔트를 개질화하게 되면, 폐아스콘 골재뿐만 아니라 그 표면의 아스팔트까지 재활용하는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에서는 먼저 폐아스콘 골재를 용도에 맞도록 (설계기준에 의거) 굵은 골재 최대치수 및 입도분포를 정하고, 이에 따라 분류된 폐아스콘 골재를 사용한다. 다만, 폐아스콘 골재의 자체 수분함량이 높으면 방카C유 및 개질재 등과의 결합력이 떨어져 품질에 나쁜 영향을 미칠 우려가 있으므로, 본 발명에서는 폐아스콘 골재의 함수량이 2% 이하가 되도록 관리하는 것이 바람직하다.

본 발명은 위와 같이 선별된 폐아스콘 골재에 방카C유, 아스팔트 개질재 및 톨루엔의 혼합물을 투입하고, 이에 추가적으로 채움재(filler)로서 소량의 시멘트 또는 석분을 투입하여 혼합하거나 또는 채움재를 '유화 아스팔트+물'과 함께 투입 혼합하여 전체적으로 슬럼프 0-3㎝가 되도록 한 아스팔트 콘크리트를 제공하는 것이다.

폐아스콘 골재를 용도에 맞도록 굵은 골재 최대치수 및 입도분포를 정함에 있어서, 굵은 골재 최대치수는 안정처리층에 사용하는 것은 50㎜이하, 기층용은 40㎜이하, 중층용은 25㎜이하, 표층용은 19㎜이하 또는 13㎜, 10㎜, 5㎜이하 등으로 구분하여 사용하는 것이 바람직하며, 투수성을 목적으로 하는 아스콘 포장의 경우에는, 폐아스콘 골재를 25㎜체에서 90∼100%통과하고 5㎜체에서 0∼30%통과하는 것을 사용하거나, 13㎜체에서 90∼100%통과하고 1㎜체에서 0∼10%통과하는 것을 사용하거나 또는 5㎜체에서 80∼00%통과하고 1㎜체에서 0∼10%통과하는 것을 사용하는 것이 좋다.

본 발명에서 사용되는 방카C유는 원유에서 가스, 휘발유, 경유 등을 추출하고 남은 중유로서, 이로부터 각종 윤활유, 접착제 콜타르 등이 제조된다. 방카C유는 자체적으로 접착력이 없으나, 방카C유에 아스팔트 개질재를 첨가하면 훌륭한 아스팔트의 역할을 할 수 있는 재료로 탈바꿈할 수 있기 때문에 본 발명은 방카C유의 이러한 성질을 이용한 것이다.

도로포장용으로 사용되는 아스팔트는 아스팔텐 30-40%와 60-70%의 말텐오일(레진과 오일이 결합된 것)로 구성된 것으로 끈적거리는 성질의 것이어서 접착력이 매우 강하다. 반면에, 방카C유에는 10-20%의 아스팔텐과 15-30%의 말텐오일이 함유되어 있긴 하나, 윤활유 등이 함께 함유되어 있음으로 인하여 아스팔트에 비하여 접착력이 상당히 떨어진다.

그러나 본 발명자는 많은 연구노력 끝에 방카C유에 아스팔트 개질재(改質材)로서 엘라스토머(elastomer) 계통의 폴리머인 스티렌 부타디엔 스티렌(Styrene Butadiene Styrene : 이하 "SBS"라 한다) 또는 스티렌 이소프렌 스티렌(Styrene Isoprene Styrene : 이하 "SIS"라 한다)을 톨루엔과 함께 투입하면, 방카C유의 접착력이 향상되고, 한편으로 폐아스콘 골재의 아스팔트의 내부에 침투하여 노후된 아스팔트를 개질화시킬 수 있다는 점을 발견하였다.

즉, 방카C유 1중량부에 '톨루엔 1중량부와 SBS 또는 SIS 0.1-0.5중량부를 혼합한 것'을 0.05-0.5중량부 혼합하여 사용하면, 위와 같은 효과를 얻을 수 있다. 이때 방카C유에 혼합되는 용매인 톨루엔과 개질재인 SBS 또는 SIS와의 혼합물에 있어서, 톨루엔 1중량부에 대하여 개질재(SBS 또는 SIS)를 0.1중량부 이하로 사용하면 톨루엔의 과다 사용으로 톨루엔에 방카C유를 풀어지게 하여 제품의 품질을 떨어뜨릴 가능성이 있고, 개질재(SBS 또는 SIS)를 0.5중량부 이상으로 사용하면 개질재가 톨루엔에 충분히 용해되지 않기 때문에 개질효과가 미약할 염려가 있다.

그리고 방카C유 1중량부에 대하여 '개질재(SBS 또는 SIS)와 톨루엔을 혼합한 혼합물'을 0.05중량부 이하로 사용하는 경우에는 방카C유의 접착력이 떨어져 원하는 품질을 낼 수 없으며, 0.5중량부 이상으로 사용하는 경우에는 폐아스콘을 과다하게 연화시켜 결과적으로 아스콘 포장의 소성변형의 원인이 될 수 있다.

방카C유는 아스팔텐 함량이 높고 증발분이 적기 때문에 중온인 35-50℃ 정도에서 사용이 가능한 물질이다. 그러나, 상기와 같이 방카C유에 개질재인 SBS 또는 SIS와 톨루엔의 혼합물이 혼합되면 15-25℃의 상온에서도 사용이 가능하며, 스프레이 방식으로 투입할 수 있으므로 사용량 조절이 용이하다는 장점도 있다.

본 발명에서는 방카C유와 함께 유화아스팔트를 사용하기도 하는데, 유화 아 스팔트를 사용하는 이유는 유화 아스팔트가 채움재인 시멘트 또는 석분과 함께 혼합되어 반(半) 강성(剛性) 포장을 형성시키는데 도움을 줄 수 있기 때문이다.

방카C유와 유화 아스팔트를 함께 사용하는 경우에는 일차로 방카C유 혼합물(방카C유+개질재+톨루엔)을 폐아스콘 골재에 살포하여 방카C유 혼합물이 폐아스콘 내부에 깊숙이 침투되게 하여 노후된 아스팔트를 개질시키게 하고, 그후 채움재인 석분, 시멘트에 '유화 아스팔트+물'을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 이때 유화 아스팔트(고형분 100% 기준으로) 사용량은 채움재 1 중량부에 대하여 0.3중량부 이하로 사용하는 것이 바람직하다. 유화 아스팔트를 그 이상으로 사용하는 경우에는 오히려 방카C유 혼합물에 의한 노후 아스팔트의 개질화에 방해가 될 수 있다.

유화 아스팔트를 물을 희석하여 사용하여야 하는데, 그 이유는 사용되는 유화 아스팔트량을 최소량으로 하고 분산력을 높이기 위함이다. 그러나 물을 유화 아스팔트의 3배 이상으로 사용하면 유화아스팔트가 너무 묽어져서 방카C유에 접착되어 있는 시멘트 등이 풀어져 제품의 품질을 떨어뜨릴 우려가 있다. 따라서, 유화 아스팔트와 물을 1:1 내지 1:3의 비율로 배합하는 것이 좋다.

채움재로서의 시멘트 또는 석분의 사용량은 폐아스콘 골재 1000㎏에 대하여 채움재(filler)를 30-100㎏의 범위에서 사용하는 것이 바람직하다. 시멘트 또는 석분과 같은 채움재는 그 성질이 경화되는 것이어서, 이들 채움재의 투입량에 의하여 포장체의 강성(剛性), 연성(軟性) 정도가 정해질 수 있다. 그리고 채움재를 유화 아스팔트와 섞어 사용하는 경우에는 채움재가 유화 아스팔트에 함유된 수분을 흡수함으로써 굳는 속도가 빨라진다. 채움재인 시멘트나 석분의 사용량이 30㎏ 이하이 면 연성으로 되고 100㎏을 넣으면 강성의 시멘트 콘크리트가 된다. 따라서, 반(半) 강성(剛性)이 되도록 하기 위해서는 채움재를 30-100㎏ 투입하여야 한다.

본 발명에서 있어서도, 아스콘의 품질을 향상시키기 위하여 사용되는 통상의 첨가제를 사용할 수도 있다. 다만, 이러한 첨가제를 사용할 경우에는, 채움재 첨가 직전에 투입한 후 5-15초 간 혼합하고, 그 후에 채움재를 투입하는 것이 좋다. 그 이유는 첨가재가 폐아스콘 골재 및 방카C유 등과 충분히 혼합되도록 하기 위함이다.

본 발명의 아스팔트 콘크리트의 슬럼프는 0∼3㎝이 되도록 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 현장에서 로라 다짐을 가능하게 하고, 또한 로라 다짐 후 즉시 개통이 가능하도록 하기 위함이다. 본 발명의 아스팔트 콘크리트는 블록제조에도 사용될 수 있는데, 이 경우에도 슬럼프를 0-3㎝로 하는 것이 가압 시 블록성형에 유리하다.

본 발명의 아스팔트 콘크리트는, 필요에 따라 안료를 사용할 수도 있다. 이 때 안료는 무기질안료를 사용하고 그 사용량을 아스팔트 재생골재 1000㎏를 기준으로 30㎏이내의 범위에서 사용하는 것이 바람직하다.

위와 같이 하여 제조된 본 발명의 아스팔트 콘크리트는, 통상의 포설방법에 따라, 도로포장용은 덤프트럭으로 운반하여 현장에서 인력 또는 휘니샤를 포설하고, 로라를 다짐하여 도로포장을 완성할 수 있으며, 보도블록, 경계블록, 호안블록 등의 각종 블록을 제조하는 경우에는, 이 역시 통상의 블록제조방법에 따라, 용도에 맞는 모양 또는 적정크기의 형틀에 넣고 진동 다짐하여 각종 블록을 제조할 수 있다. 그리고 필요에 따라서는 본 발명의 아스팔트 콘크리트를 하부용으로 하고 그 상부에 신(新) 골재 등의 자재를 사용하여 도로 포장 또는 블록을 제조할 수도 있다.

이하 실시예에 의거 본 발명을 설명한다.

(실시예1)

본 실시예에서는 기존의 아스콘 차도 포장에 있어서 차량의 통행으로 차도 표면에 많은 굴곡이 생긴 부분을 두께 5㎝만큼 절삭하고, 절삭된 폐아스콘을 분쇄하여 추출된 골재를 이용하여 폐아스콘 골재를 생산하고 이 폐아스콘 골재를 사용하여 앞서 도로의 절삭된 부분을 재 포장하기로 하였다.

폐아스콘 골재로서는 19㎜체로 걸러 통과하는 골재를 사용하기로 하였다. 19㎜체를 통과한 폐아스콘 골재의 함수비를 측정결과 함수비가 0.5%로서 2.0% 이하이므로, 그냥 사용하기로 하였다. 상기 폐아스콘 골재 1,000㎏에 대하여 방카C유 혼합물 8.5㎏{방카C유 5㎏+(SBS 1.0㎏+톨루엔 2.5㎏)}를 폐아스콘 골재에 스프레이 살포하여 약 10초 동안 혼합한 후, 이에 시멘트 60㎏을 투입 혼합하였다.

이와 같이 하여 제조된 본 실시예의 아스콘을 덤프트럭으로 운반하여 도로의 절삭부위에 휘니셔 포설한 후 탄댐로라, 마카담로라, 타이어 로라로 다짐한 후, 즉시 차량을 개통시켰다.

(실시예 2)

본 실시예에서는 보도 포장을 하기로 함에 있어서, 폐아스콘 골재를 사용한 아스콘으로 투수성으로 하부층을 포설하고, 상부층은 상부층은 규사로 포장하기로 하였다.

본 실시예에서는 폐아스콘 골재를 13㎜체에서 100%통과하고 5㎜체에서 40%통과하며 1㎜체에서 5% 통과하는 골재를 선별하여 사용하기로 하였다. 본 실시예에서 사용된 골재의 함수비가 약 1%로서 2.0%이하이므로 그냥 사용하기로 하였다. 폐아스콘 골재 1,000㎏에 혼합물 16㎏{방카C유 8㎏+(SBS 2㎏+톨루엔 6㎏)}를 스프레이 살포하여 10초간 혼합하였다. 이 혼합물에 시멘트 80㎏을 넣고 유화아스팔트 7㎏과 물 21㎏을 투입하여 슬럼프가 0㎝이 되도록 배합하였다.

위와 같이 하여 제조된 본 실시예의 아스콘을 덤프트럭으로 운반하여 포크레인과 인력으로 포설하고 4.5톤 콤비로라로 다짐하여 보도의 하부층을 형성시켰다.

그리고, 이 하부층이 형성된 후 즉시, 그 위에 상부층을 포설하였다. 상부층을 포설함에 있어서는, 건조상태의 5-1㎜ 규사 1,000㎏를 믹서에 넣고 유화 아스팔트 15㎏과 물 30㎏을 혼합하여 믹서에 투입하여 10초간 혼합하고, 이에 시멘트 90㎏과 물 11㎏를 적색 안료 12㎏을 넣고 혼합한 것을 덤프트럭으로 운반하고 인력으로 포설하여 4.5톤 콤비로라로 다짐하여 즉시 보행을 개통하였다.

(실시예 3)

본 실시예에서는 I형 호안블럭을 제조하기로 하되, 하부층은 본 발명의 아스콘으로 형성시키고, 상부층은 시멘트와 석분의 혼합물로 형성시키기로 하였다.

폐아스콘 골재를 13㎜체로 걸러 통과하는 골재를 사용하기로 하였다. 이 골재의 함수비는 0.5%로서 2.0% 이하이므로 그냥 사용하였다. 폐아스콘 골재 1,000㎏에 방카C유 혼합물 8㎏{방카C유 5㎏+(SBS 1㎏+톨루엔 2㎏)}7.2㎏을 스프레이로 살 포하여 약 10초 동안 혼합하였다. 그 후, 시멘트 80㎏ 물 35㎏을 넣어 혼합하였다.

본 실시예의 아스콘을 I형의 형틀의 넣고 진동 다짐하여 형틀 높이의 70-80% 정도로 채워지게 하여 블록의 하부층을 이루도록 하였다.

한편으로 블록의 상부층을 형성시키기 위한 것으로, 5㎜이하의 석분 1,000㎏에 시멘트 200㎏과 물 30㎏ 투입하여 45초간 혼합하였다. 이 혼합물을 상기 형틀의 하부층 위에 투입하여 2차 진동 다짐하였다. 그리고, 이와 같이 하여 성형된 호안블록을 형틀에서 빼낸후 500도시(시간*온도)로 양생하여 블록을 완성하였다.

위 실시예들에 대하여 안정도, 동적 안정도, 압축강도 (시멘트 제품에 한함) 및 충격시험을 행하였는바, 그 시험결과는 아래 표1과 같았다.

(표1)

구분		안정도(㎏)	동적안정도 (회/㎜)	압축강도 (㎏/㎠)	충격시험
실시예1		2800	22000	-	이상 무
실시예2	하부층	3000	18000	-	이상 무
	상부층	-	-	215	이상 무
실시예3		3100	25000	-	이상 무
자체규격		1000이상	5000이상	180 이상	3회 시험 후 중앙부위 파손이 없을 것
일반규격		500이상	1500이상	-

위 본 실시예들에 대한 시험결과에서 보듯이, 본 발명의 제품들의 안정도, 동적 안정도, 압축강도 및 충격시험의 결과는 일반규격이나 자체규격에 비하여 월등한 것임을 알 수 있었다.

본 발명은 폐아스콘의 골재 및 그 표면에 부착되어 있는 노후 아스팔트를 재활용할 수 있게 함으로써, 공해방지 및 자원재활용에 크게 이바지하는 것일 뿐 아 니라, 종래 기술의 단점을 보완함으로써 폐아스콘 골재의 활용도를 현저히 높일 수 있는 유용한 것이라 하겠다.

Claims (3)

1. 배합설계기준에 의거 분류 및 선별된 폐아스콘 골재 1중량부에 대하여, 방카C유 1중량부에 '톨루엔 1중량부와 아스팔트 개질재인 SBS 또는 SIS 0.1-0.5 중량부를 혼합한 것' 0.05-0.5중량부를 혼합한 혼합물을 스프레이 살포로 투입 혼합하고, 이에 채움재(filler)로서 시멘트 또는 석분 0.03-0.1 중량부를 투입 혼합하여 전체적으로 슬럼프 0-3㎝가 되도록 한 폐아스콘 골재를 재활용하여 제조된 아스팔트 콘크리트
2. 제1항에 있어서, 채움재 1 중량부에 대하여 유화아스팔트(고형분 100% 기준) 0.3 중량부 이하를 물과 1 : 1 내지 1 : 3의 비율로 배합하여 투입 혼합한 것을 특징으로 하는 폐아스콘 골재를 재활용하여 제조한 아스팔트 콘크리트
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 폐아스콘 골재의 함수량이 2% 이하인 것을 특징으로 하는 폐아스콘 골재를 재활용하여 제조한 아스팔트 콘크리트.