KR100640029B1 - 도로 포장용 고품질 가열포설 재활용 아스팔트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐아스콘을 골재의 일부로서 사용하고, 여기에 신규의 골재, 아스팔트혼합물, 비석유계 고분자물질 및 아스팔트 박리저감제를 혼합하여 포장공사 시 아스팔트콘크리트혼합물의 시공온도가 낮으면서도 포장공사 후 신속한 교통개방이 가능하도록 하는 도로포장용 가열재생 아스팔트 조성물에 관한 것으로서, 골재 100중량부와 아스팔트혼합물 1.5 내지 5중량부를 포함하여 이루어지며, 상기 골재는 폐아스콘 유래의 재생골재 10 내지 50중량% 및 잔량으로서 신규골재를 포함하여 이루어지고, 상기 아스팔트혼합물은 비석유계고분자물질 1 내지 5중량% 및 잔량으로서 아스팔트를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

폐아스콘, 재활용아스팔트 혼합물, 아스팔트, 도로포장, 점도, 다짐온도, 비석유계 고분자물질, 아스팔트 박리저감제

Description

도로 포장용 고품질 가열포설 재활용 아스팔트 조성물{Recycled superior hot mix asphalt for paving road}

본 발명은 건설폐기물의 일종인 폐아스콘을 재활용하여 고품질의 도로포장용 특히 중교통 아스팔트 포장도로의 표층 또는 중간층의 형성에 사용될 수 있는 도로포장용 가열 아스팔트 조성물에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 폐아스콘을 골재와 아스팔트의 일부로서 사용하고, 여기에 신규의 골재, 아스팔트, 비석유계고분자물질 및 아스팔트 박리저감제를 혼합하여 포장공사 시 혼합물의 온도가 낮으면서도 포장공사 후 신속한 교통개방이 가능하도록 하는 도로포장용 가열 아스팔트 조성물에 관한 것이다.

본래 의미의 아스팔트는 석유원유의 성분 중에서 휘발성 유분(油分)이 대부분 증발하였을 때의 잔류물(殘留物)을 의미하는 것으로서, 흑색 또는 흑갈색을 띄며, 주로 수소 및 탄소로 구성되어 있고, 소량의 질소, 황, 산소가 결합된 화합물로 이루어져 있으며, 화학적으로 극히 복잡한 구조를 가지고 있으며, 아직 밝혀지지 않은 점이 많다. 거의 불연분이고, 달리 용도가 많지 않으며, 석유정제과정에서 연료 내지는 화학원료들을 추출하고 난 후, 잔류하는 것으로서 발생량이 많아 주로 도로포장용으로 널리 사용되고 있다.

한편, 환경부에 의하면 교통량의 급격한 증가와 여름철 이상고온에 의한 소성변형으로 아스팔트 포장도로의 파손, 도로상에서의 각종 공사로 인한 도로굴착, 대규모의 신도시개발 및 도시재개발로 인하여 건설폐기물인 폐아스콘이 연간 700만톤 이상 발생한다. 이러한 폐아스콘은 고가의 석유자원인 아스팔트와 고갈되어가는 천연골재가 들어있어 전량 고부가가치의 재활용이 가능함에도 발주기관의 품질에 대한 우려로 인해 재생아스콘으로 적극 재활용되지 못하고, 대부분이 값싼 성토재나 보조기층재로 낭비되고 있는 실정이다.

일반적으로 아스팔트 혼합물은 굵은 골재와 잔골재 그리고 석분 및 아스팔트로 이루어져 있으며, 결합재인 아스팔트의 산화열화에 의해 노화가 진행되면서 균열 및 파손이 일어나게 된다. 따라서 폐아스콘의 재생은 주로 아스팔트 결합재의 화학적 성상회복에 초점을 맞춰 재생첨가제(Rejuvenator)를 사용하여 아스팔트의 침입도(Penetration Index)와 신도(Ductility)를 복원하여 신재혼합물의 성능과 동일한 수준의 품질을 기준으로 하고 있다. 그런데 흔히 사용되는 신재 아스팔트 혼합물은 밀입도의 혼합물로써 혼합물 내에 잔골재의 함량이 높고, 아스팔트량이 많아 여름철의 고온 환경에서 도로의 차바퀴 패임현상인 소성변형(Rutting)에 매우 취약한 실정이어서 고속도로, 국도, 도심지 교차로 등 교통량이 많은 도로에는 아스팔트 결합재를 보강하고, 입도도 변형에 강하게 개선하고 있는 실정이다.

그러나 실제 폐아스팔트 재생혼합물은 일반 밀입도 신재의 품질수준을 넘지 못하며, 여름철 소성변형에 취약한 문제점을 그대로 갖고 있어, 주로 기층용으로 사용되고 있으며, 중교통 도로는 물론이고 일반도로에도 중간층, 표층에는 사용이 기피되고 있는 실정이다.

이에 본 발명자들은 폐아스콘을 첨가한 재생혼합물의 입도를 개선하고, 신규의 재료인 아스팔트에 비석유계고분자물질과 아스팔트 박리저감제를 첨가하여 아스팔트의 고온 및 저온특성을 향상시키고, 아스팔트의 피막박리를 방지하며, 산화된 아스팔트 물성을 복원하여, 고속도로, 국도, 도심지 교차로 등 중교통 도로의 기층용, 중간층용, 표층용에 적합한 고내구성을 갖는 고품질의 재생아스팔트 혼합물을 개발하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 목적은 폐아스콘을 아스팔트와 골재의 일부로서 사용하고, 여기에 신규의 골재, 아스팔트, 비석유계고분자물질 및 아스팔트 박리저감제를 혼합하여 포장시공온도가 낮으면서도 포장공사 후 신속한 교통개방이 가능할 뿐만 아니라 소성변형저항성이 높고 내구성이 향상된 고품질의 도로포장용 가열재생 아스팔트 조성물을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 도로포장용 아스팔트 조성물은, 골재 100중량부와 아스팔트혼합물 1.5 내지 5중량부를 포함하여 이루어지며, 상기 골재는 폐아스콘 유래의 재생골재 10 내지 50중량% 및 잔량으로서 신규골재를 포함하여 이루어지고, 상기 아스팔트혼합물은 비석유계고분자물질 1 내지 5중량% 및 잔량으로서 아스팔트를 포함하여 이루어진다.

상기 아스팔트혼합물에는 아스팔트 박리저감제 0.2 내지 5중량%가 더 포함될 수 있다.

상기 골재를 구성하는 신규골재는 세장편석과 토분을 함유하지 않으며, 마모율 30% 미만의 골재로서, 20 내지 5㎜의 입도분포를 갖는 골재가 26 내지 36중량%, 13 내지 5㎜의 입도분포를 갖는 골재가 15 내지 25중량%, 6 내지 0.008㎜의 입도분포를 갖는 골재가 25 내지 35중량%의 양으로 포함되어 이루어질 수 있다.

상기 골재에는 부순 모래가 25 내지 35중량%의 양으로 더 포함될 수 있다.

상기 골재에는 석분이 2 내지 4중량%의 양으로 더 포함될 수 있다.

상기 석분은 석회석분이 될 수 있다.

상기 골재를 구성하는 재생골재는 폐아스콘으로부터 회수된 것으로서, 세장편석과 토분을 함유하지 않으며, 마모율 30% 미만의 골재로서, 20 내지 0.008㎜의 입도분포를 갖는 골재가 될 수 있다.

상기 골재들은 최대 입경이 13㎜ 이하가 되도록 조정된 골재들이 사용될 수 있다.

상기 아스팔트 박리저감제는 아민계 화합물로서 모노아민이나 디아민 또는 트리아민이 될 수 있다.

상기 골재에서 재생골재의 함량이 30중량%를 초과하는 경우에 상기 아스팔트혼합물에 0.1 내지 10중량%의 폐윤활유를 폐아스팔트의 침입도를 회복시키는 재생첨가재로 더 포함시킬 수 있다.

이하, 본 발명을 구체적인 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 도로포장용 아스팔트 조성물은, 골재 100중량부와 아스팔트혼합물1.5 내지 5중량부를 포함하여 이루어지며, 상기 골재는 폐아스콘 유래의 재생골재 10 내지 50중량% 및 잔량으로서 신규골재를 포함하여 이루어지고, 상기 아스팔트혼합물은 비석유계고분자물질 1 내지 5중량% 및 잔량으로서 아스팔트를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

즉, 본 발명은 도로상의 각종 굴착공사와 재포장공사 과정에서 발생하는 건설폐기물인 폐아스팔트 덩이 또는 폐아스팔트 절삭재, 폐아스콘 등을 소정의 입도로 파쇄 및 체가름한 후, 신규의 골재 및 석분 그리고 비석유계고분자물질과 박리저감제를 첨가하여 물성을 개선한 고품질의 재활용아스팔트 조성물을 제공하는 것이다.

상기 아스팔트혼합물에는 아스팔트 박리저감제 0.2 내지 5중량%가 더 포함될 수 있다. 이 아스팔트 박리저감제는 비가 많이 오는 지역이나 침수로 인한 포장파손이 많은 곳에 적용하는 아스팔트 혼합물에 첨가하며, 수분민감성시험(TSR, Tensile Strength Ration, AASHTO T 283:2003) 결과, 85% 이상의 결과를 갖는 경우에는 아스팔트 박리저감제의 첨가가 요구되지 않을 수 있다.

상기 조성물에서 골재로는 신규골재에 더해 재생골재들이 함께 혼합되어 사용되며, 그에 따라 신규골재의 사용량을 줄이고, 산업폐기물인 폐아스팔트 덩이나 폐아스팔트 절삭재, 폐아스콘 등 도로의 굴착 시에 발생하는 것들을 소정의 입도로 파쇄 및 선별하여 사용하며 한국산업표준규격인 KS F 2572의 기준인 침입도 20(1/100㎝) 이상, 씻기시험 결과 5% 이하, 구재아스팔트 함량 3.8% 이상의 조건을 만족하는 것이 될 수 있다.

본 발명에 사용한 폐아스콘 재생골재는 최대골재 사이즈가 20㎜, 바람직하게는 13㎜의 입도를 갖는 것이 될 수 있으며, 아스팔트추출시험 결과 골재의 입도를 하기 표 1에 나타내었으며, 아스팔트 함량은 약 5.4%이다.

(표 1)

상기 조성물의 최대 골재치수는 바람직하게는 표층용으로서 13 내지 20㎜, 중간층용으로서 13 내지 20㎜, 기층용으로서 25 내지 40㎜의 혼합물로 구성될 수 있다.

상기 조성물의 골재는 폐아스콘 유래의 재생골재 10 내지 50중량% 및 잔량으로서 신규골재를 포함하여 이루어진다. 재생골재가 10중량% 미만으로 사용되는 경우, 산업폐기물로서의 폐아스콘 등의 재활용율이 낮아져서 경제성이 저하되는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 50중량%를 초과하는 경우, 재생된 제품의 품질이 저하되는 문제점이 있을 수 있다.

상기 조성물의 골재를 구성하는 신규골재는 세장편석과 토분을 함유하지 않으며, 마모율 30% 미만의 골재로서, 20 내지 5㎜의 입도분포를 갖는 골재가 26 내지 36중량%, 13 내지 5㎜의 입도분포를 갖는 골재가 15 내지 25중량%, 6 내지 0.008㎜의 입도분포를 갖는 부순 모래가 25 내지 35중량%의 양으로 포함되어 이루 어질 수 있다. 상기 조성물의 골재의 규격 즉, 입도분포 등은 아스팔트 조성물의 소성변형의 원인인 세립분의 함량을 최소화하여 아스팔트 조성물의 동적안정도를 향상시키기 위하여 최적으로 선택된 범위로서 하기 표 2의 건설교통부 아스팔트소성변형저감지침상의 표층용 입도에 따라야 한다.

(표 2)

상기에서 표층용 아스팔트 조성물의 입도분포를 특정하는 이유는 건교부에서 소성변형에 강한 입도를 지침으로 제안하였기 때문이나, 상기 조성물 제조기술은 도로의 여건상 13㎜ 골재입도를 사용해야하는 도로나 또는 기층에도 고품질의 기층혼합물을 사용해야하는 경우에는 상기기술을 적용하여 13㎜ 혼합물 및 40㎜ 혼합물을 제조할 수 있다. 세장편석은 골재의 형상이 길쭉하거나 납작한 것을 말하며, 공 사현장에서 높은 압력과 진동을 가하게 되는 전압과정에서 골재가 깨지거나 마모되어 혼합물의 안정도를 떨어뜨리므로 사용이 금지되어 있고, 토분은 강설이나 우수 등 수분의 침투에 의해 혼합물 내에서 팽창되고 이는 혼합물에 아스팔트의 박리 및 포트홀 등을 발생시키므로 제거되어야 한다. 상기에서 마모도는 로스엔젤레스 마모시험기를 사용하여 KS F 2508 마모시험법에 따라 시험한 결과를 의미하며, 이 마모도가 30%를 초과하는 경우, 차륜에 의한 마모현상이 발생하여 도로 포장체의 내구성이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다.

상기 골재에는 5~8㎜ 이하의 골재입도를 갖는 부순 모래가 25 내지 35중량%의 양으로 더 포함될 수 있다. 상기 부순 모래는 통상 쇄석골재 생산 시에 발생하는 5~8㎜ 이하의 스크리닝스로서 아스팔트 혼합물의 특성상 연속입도를 만들기 위해 사용하며, 부순 모래의 함량이 너무 적으면 혼합물의 공극이 증가하여 균열에 취약해지고, 부순 모래의 함량이 너무 많으면 혼합물이 연해져서 소성변형에 취약해지는 문제점이 있을 수 있다.

상기 골재에는 석회석분, 소석회, 포틀랜드 시멘트, 제강분진 등 충진재가 2 내지 4중량%의 양으로 더 포함될 수 있다. 상기 석분은 0.06㎜ 체를 100% 통과하고 0.008㎜ 체를 70% 이상 통과하는 미세한 분말로 이루어져 있으며, 통상 골재의 간극을 충진하는 용도로 사용하기 때문에, 4중량% 이상이면 혼합물의 적정 공극율을 유지할수 없고, 너무 과소량이면 충진제의 역할을 할수 없으므로 2~4%로 사용하는 것이 바람직하다. 또한 이는 KS F 3501규정에 따른 것이다.

상기 석분은 석회석분이 될 수 있다. 상기 석회석분은 충진제로서의 역할 이 외에도 본 발명에 따른 재활용 아스팔트 조성물의 박리저항성을 증가시키는 기능을 한다.

상기 조성물의 골재를 구성하는 재생골재는 폐아스콘으로부터 회수된 것으로서, 세장편석과 토분을 함유하지 않으며, 마모율 30% 미만의 골재로서, 20 내지 0.008㎜의 입도분포를 갖는 골재가 될 수 있다. 상기 재생골재가 세장편석과 토분을 포함하지 않아야 하는 것의 이유, 입도분포의 한정 및 마모율의 한정 등은 앞서 설명한 신규골재에 대한 그것과 동일한 것으로 이해될 수 있다.

상기 조성물의 재생골재들은 최대 입경이 20 내지 13㎜ 이하가 되도록 조정된 골재들이 사용될 수 있다. 아스콘에 사용되는 골재의 규격이 통상 6 내지 8㎜ 이하의 스크리닝스, 즉 부순 모래, 13㎜ 이하의 골재, 20㎜ 이하의 골재, 25㎜ 이하의 골재, 40㎜ 이하의 골재 등을 합성하여 연속 입도를 조성하여 사용하므로 재생골재 또한 그에 준해서 20 내지 13㎜ 이하의 골재로 만들어 사용하는 것이 바람직하다.

상기 아스팔트는 상기 골재들을 결합시키고, 도로표면을 수밀하게 하여 포장하부층으로 물이 침투하지 않게 하는 등의 기능을 하며, 본 발명에서는 신규 아스팔트의 사용량을 상기 골재 100중량부를 기준으로 하여 1.5 내지 6중량부를 사용하는 것을 특징으로 한다. 이는 상기 골재 중에 포함되는 재생골재가 폐아스팔트나 폐아스콘 등 이미 아스팔트폐재를 포함하고 있기 때문이다. 상기 아스팔트가 1.5중량부 미만으로 사용되는 경우, 결합재의 양이 부족하여 포장체에 균열이 발생하는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 5중량부를 초과하는 경우, 혼합물이 연해져서 소성 변형이 생기는 문제점이 있을 수 있다.

상기 아스팔트에는 아스팔트 총량을 기준으로 하여 비석유계고분자물질 1 내지 5중량%를 포함된다. 상기 비석유계고분자물질은 석탄에서 추출되는 것으로서, 분자량이 40 내지 115인 파라핀계열의 왁스로서, 분자량이 30 전후인 통상의 역청아스팔트 내의 파라핀왁스와는 전혀 다른 물리적 성질을 갖는다. 상기 비석유계고분자물질은 통상의 도로포장용 아스팔트(AP-5, AP-5)에 첨가하면, 115℃ 이상에서 완전하게 용해가 되고, 비교적 간단한 펌프에 의한 순환작업이나 패들믹서에 의한 혼합공정에 의해 아스팔트 내에 균질하게 분산되며, 한번 아스팔트에 분산이 완료되면 차후에 보관 중에 분리가 발생하지 않아 저장안정성이 뛰어나며, 아스팔트의 총량을 기준으로 하여 1 내지 5%의 소량 첨가로 용해온도인 115℃ 이상에서 아스팔트 점도를 급격히 낮추고, 아스팔트의 연화점은 급격히 높이는 기능을 하며, 그에 의해 대기온도의 상승에 따르는 아스팔트 포장도로의 감온성을 획기적으로 개선시키며, 생산 및 시공 시의 온도를 10 내지 30℃로 낮추어 도로포장 공사 후의 신속한 교통개방이 요구되는 도심지 및 고속도로 등의 야간공사와 동절기 시공 시의 온도저하문제를 완화시킬 수 있다. 동시에 양생시간 또한 단축시키고, 골재와 아스팔트의 가열 및 공사과정에서의 대기환경오염 물질인 이산화탄소(CO2) 및 황산화물(SOx), 질산화물(NOx) 등의 배출을 저감시키는 친환경적인 아스팔트 성능개선제이며, 시공 후 수년이 경과한 뒤에도 재활용 시 그 물성이 다시 발현될 수 있다는 장점을 갖는다. 상기 비석유계고분자물질은 또한 골재와 아스팔트 및 석분 등과 폐아스팔트, 순환골재 등이 혼합되는 아스팔트 혼합기(Mixer)내에 첨가될 경우에도 동일한 효과를 나타낸다. 상기 비석유계고분자물질이 상기 아스팔트 총량에 대해 1.0중량% 미만으로 포함되는 경우, 상기한 바와 같은 물성개선효과가 충분치 못하게 되는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 5중량%를 초과하는 경우, 제조비용이 상승하여 경제성이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다.

상기 아스팔트 박리저감제는 주로 아민류인 양이온계 계면활성제(Cationic surface-active agent)나, 모노아민이나 디아민 또는 보다 높은 박리저감 효과를 나타내는 트리아민계의 BHMT(Bishexamethylenetri)Amine은 화학식 C12H29N3의 물질로서, 혼합아민(mixed amine)의 일종이며, 국내외 유수의 제조업자들에 의해 제공되는 것(예를 들면, 악조노벨 케미칼(Akzo Nobel Chemical)의 웨트픽스 비이(wetfix BE))을 구입하여 사용할 수 있을 정도로 공지된 것이다. 이는 비석유계 고분자물질의 특성상 기존 제품에 비해 낮은 온도에서 제품생산이 가능하므로, 폐아스콘 재생골재 내의 수분이나 신규골재에 남아있는 수분으로 인한 혼합물의 박리문제를 해소하고, 아스팔트 포장공사 완료 후에도 도로에서 공용중인 혼합물이 강설, 강우 등의 수분에 의한 아스팔트 박리로부터 발생하는 구멍패임(Pot-Hole)을 억제하는 효과를 갖게 한다. 상기 아스팔트 박리저감제는 수분민감성 시험결과 결과값이 85% 이하인 경우에 첨가하며, 1중량%를 초과하지 않아야 하며, 1중량%의 초과시에는 생산비가 상승하여 경제성이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다.

하기 표 3에 아스팔트 박리저감제의 물성을 나타내었다.

(표 3)

상기 아스팔트와의 혼합성이 양호한 상기 비석유계고분자물질과 상기 트리아민계 박리저감제는 아스팔트에 습식으로 미리 교반하여 보관하였다가 생산 시에 골재와 믹싱플랜트에서 혼합하거나 또는 건식으로 별개로 보관하였다가 각각 별도로 믹싱플랜트에 투입하여 혼합하여 사용할 수도 있다.

본 발명에 따른 상기 도로포장용 아스팔트 조성물에는 또한 상기 골재에서 재생골재의 함량이 30중량%를 초과하는 경우에 상기 아스팔트에 아스팔트 총량의 0.1 내지 10중량%의 폐윤활유를 더 포함시킬 수 있다. 상기 폐윤활유는 노화된 아스팔트 폐재의 침입도를 재생배합설계 상의 목표 침입도로 조정할 수 있으며, 재래의 재생첨가제에 비해 저렴한 비용으로 폐아스팔트의 침입도를 복원할 수 있다. 상기 폐윤활유가 상기 아스팔트 총량에 대해 0.1중량% 미만으로 사용되는 경우, 침입도의 복원이 충분치 못하게 되는 문제점이 있을 수 있고, 반대로 10중량%를 초과하는 경우, 아스팔트가 너무 부드러워져 변형에 약해지는 문제점이 있을 수 있다.

상기 재래의 재생첨가제에 대한 설명, 물성 및 등급 기준을 하기 표 4에 나타내었다.

(표 4)

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다.

이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어져서는 안될 것이다.

실시예 1

골재들을 하기 표 5에 나타낸 바와 같은 입도분포의 신규골재 80㎏과 폐아스콘 20㎏을 혼합하여 준비하였다. 별도로 아스팔트 신재 3.5㎏을 준비하고, 상기 아스팔트 신재에 비석유계고분자물질 1000g과 박리저감제로서 트리아민계 화합물로서 악조노벨 케미칼(Akzo Nobel Chemical)의 웨트픽스 비이(wetfix BE) 150g을 혼합한 후, 통상의 믹싱플랜트를 사용하여 이들 비석유계고분자물질과 박리저감제가 혼합된 아스팔트를 상기 골재와 함께 혼합시켰다.

(표 5)

상기 실시예 1로 제조된 본 발명에 따른 아스팔트 조성물의 온도저감효과는 비석유계고분자물질이 아스팔트 바인더에 혼합된 후, 120℃ 이상의 온도에서 아스팔트의 점도가 급격히 감소되는 현상을 보이며 혼합물의 다짐 시 약 20℃ 정도 저감되는 것을 확인할 수 있었다.

실험예 1

상기 실시예 1의 아스팔트 조성물의 다짐온도 차이에 따른 시험결과를 하기 표 3에 나타내었다. 하기 표 6에서 비교예 1은 최대입경이 20㎜인 신규골재를 사용하여 통상의 아스팔트 혼합물 제조방법에 따라 제조한 것이고, 비교예 2는 최대입경이 20mm인 신규골재에 골재 최대입경이 13㎜인 재생골재를 15 중량부 사용하여 종래의 재생방법에 따라 아스팔트 혼합물 제조방법에 따라 제조한 것이다.

(표 6)

상기 표 6에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 아스팔트 조성물(실시예 1)은 낮은 다짐온도(120℃)에서의 다짐에 의해서도 조성물의 체적특성에 변화를 일으키지 않으며, 비교예들에 비해 안정도 및 잔류안정도의 향상을 나타내며, 특히 낮은 다짐온도에서 보여준다.

실험예 2

본 발명에 따른 아스팔트 조성물의 공학적 성능 향상을 평가하기 위해 연화점, 침입도, 점도, 마샬안정도, 수분민감성(TSR), 간접인장강도, 동적안정도 시험을 실시하였으며, 그 결과들을 하기 표 7 내지 표 11들에 나타내었다.

이때 연화점은 고온에서 아스팔트의 내유동성의 정도를 판별하기 위한 경험적 시험 물성으로서, 국내 도로포장용 아스팔트 품질 규정(KS M 2201, KS M 2208)에는 포함되지 않으나, 침입도 측정 온도인 25℃ 이상의 고온에서 아스팔트의 거동을 파악하는 데 중요한 물성으로 간주되고 있다. 시험은 아스팔트 시료를 규정 조건으로 가열하여, 시료가 연화되면서 규정된 거리(24.5mm)로 처졌을 때의 온도를 측정한다. 따라서, 연화점 값이 높다는 것은 아스팔트 재료의 점성이 크다는 것을 의미한다. 본 시험에서는 KS M 2250(환구법)의 방법에 따라 시험을 하였다.

점도는 60℃ 이상의 고온에서 아스팔트의 흐름에 대한 액체의 저항 정도를 나타내는 재료의 공학적 물성으로서, 경험적 시험과는 달리 시험 환경의 변화나 시편의 기하학적인 형상의 변화에 영향을 받지 않은 절대 단위의 컨시스턴시를 측정하는 시험이다. 본 시험에서는 ASTM D 2171의 방법에 따라 60℃의 점도를 측정하였고, ASTM D 4402의 방법에 따라 135℃의 점도를 측정하였다. 이러한 온도에서 측정 된 아스팔트의 점도는 아스팔트 혼합물의 생산온도와 시공온도를 나타내는 기준값으로 사용된다.

침입도는 국내의 아스팔트 품질 규정인 KS M 2201에 의해 아스팔트의 등급을 분류하기 위하여 사용하는 경험적 물성으로서, KS M 2252의 방법에 따라 시험을 한다. 침입도는 25℃ 상온에서 아스팔트 재료의 컨시스턴스를 근거로 한 것이며, 측정값이 높을수록 부드러운 아스팔트를 의미한다. 국내에서 통상 사용되는 아스팔트 등급은 AP-3와 AP-5 두 가지이며, 침입도가 80~100인 아스팔트가 AP-3, 60~80인 아스팔트가 AP-5이다. 아스팔트 콘크리트 혼합물에는 주로 AP-5를 사용하고 있다.

마샬안정도는 미국인 마샬이 고안한 마샬안정도시험기에 의해 아스팔트 혼합물에 대한 안정성을 측정하는 시험으로, 공시체는 최대입경 25mm 이하의 아스팔트혼합물로 다짐한 원주형 공시체로 공시체를 안정도측정용 몰드에 측면으로 거치시킨 하중을 가하여 소성변형의 저항력을 측정한다. 제작한 아스팔트 콘크리트 혼합물 공시체를 59~61도의 수조에 30~40분간 수침시킨 후 일정한 변형속도 45~55mm/min로 압축하고, 최대하중이 감소하기 시작하는 순간의 흐름치를 1/100cm 단위로 읽고 기록한다(관련시험법 KS F 2349).

수분민감성 시험(KS F 2398 아스팔트 혼합물의 수분저항성 시험 방법)은 아스팔트 콘크리트 혼합물의 수분에 대한 영향을 평가하는 시험으로서 아스팔트 콘크리트 혼합물의 건조 상태에서의 간접 인장 강도와 수분 포화 상태에서의 간접 인장 강도를 측정하여 수분 저항성을 측정하는 인장 강도비(TSR：Tensile Strength Ratio)를 측정하는 시험이다.

간접인장강도시험(KS F 2382)은 아스팔트 혼합물의 균열저항성을 평가하는 시험으로서, 아스팔트 콘크리트 혼합물의 원주형 공시체에 대한 간접인장강도를 측정하는 시험이다.

동적안정도 시험은 휠트래킹시험(KS F 2374)으로 불리며, 휠 트래킹 시험기를 사용하여, 역청 포장용 혼합물을 롤러 다짐한 공시체에 시험 차륜 하중을 반복적으로 가하여 동적 안정도 및 변형률을 측정하기 위한 모사 시험으로서, 이 시험 방법은 내유동성이 요구되는 도로 포장용 아스팔트 혼합물의 배합 설계 및 품질 관리 시 우수한 혼합물을 선정하기 위한 시험으로 적용된다.

(표 7)

상기 표 7에 나타난 바와 같이, 실시예1, 2는 통상 사용하는 제품인 AP-5에 비해 아스팔트가 부드럽게 되는 온도인 연화점을 대폭 상승시켜 여름철 도로표면온도인 60℃ 보다 높게 하고 상온인 25℃에서의 물성인 침입도 또한 단단해져서 비교제품보다 낮아지는 효과를 보여주므로 여름철 고온 및 상온에서 소성변형에 강한 물성을 보여준다.

(표 8)

상기 표 8에 나타난 바와 같이, 60℃의 온도에서는 실시예 1, 2의 점도가 비교예1에 비해 현저히 높아져 잘 변형되지 않으며, 이는 곧 도로에서 하절기 고온에서도 변형이 잘 일어나지 않음을 의미하며, 135℃ 고온의 경우, 실제 도로포장시공을 함에 있어서는 오히려 실시예 1, 2의 점도가 더 낮아져 작업성이 우수함을 확인할 수 있었다. 더욱이, 60℃에서의 높은 점도는 도로포장 작업 시, 양생에 소요되는 시간을 단축시키고 신속한 교통개방을 가능케 하므로 공항, 고속도로, 도심지 도로 등 교통통제가 원활치 않은 곳에 적용할 경우 큰 이점이 있으며, 고온에서 비교예1 보다 낮은 점도는 동절기 시공 시, 온도의 급격한 저하로 인한 시공하자문제를 완화시켜 주는 장점을 제공하는 것을 가능하게 한다. 상기에서 135℃는 제품을 생산하는 온도이며 즉 골재와 아스팔트를 플랜트에서 혼합하는 온도이며, 120℃는 시공현장으로 이동하여 포설하는 동안 온도가 낮아졌을 때의 다짐작업을 하는 최저온도를 말한다. 다짐온도가 지나치게 낮아지면 아스팔트의 점도가 급격히 증가하여 다짐이 제대로 이뤄지지 않아 하자가 발생한다. 따라서 개발제품은 기존 제품에 비해 상대적으로 낮은 온도에서 혼합 및 다짐이 가능한 장점을 갖고 있다.

(표 9)

상기 표 9에 나타난 바와 같이, 수분민감성에 관해서는 고품질재생은 0.92로 나타나 일반신재에 비해 우수한 것으로 평가되었다. 상기에서 수분민감도는 건조상태에서의 간접인장강도에 대해 수분포화상태에서의 동결시료에 대한 간접인장강도비를 나타내므로 수치가 높게 나올수록 수분에 영향이 적은 것이므로 더 좋은 것으로 평가된다.

(표 10)

상기 표 10에 나타난 바와 같이, 간접인장강도의 면에서도 본 발명에 따른 아스팔트 조성물(실시예 1)이 비교예들에 비해 강도가 현저하게 높게 나타나, 물성이 우수함을 확인할 수 있다.

(표 11)

상기 표 11에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 아스팔트 조성물(실시예 1)은 휠트래킹시험 결과 동적안정도의 면에서 월등하게 우수한 것으로 나타나, 물성이 우수함을 확인할 수 있다.

상기한 실시예들을 종합한 결과, 본 발명에 따르면, 아스팔트 온도를 120℃ 이상으로 가열할 경우, 점도를 대폭 낮추어 기존의 가열식 아스팔트 혼합물에 비해 생산, 시공온도를 20 내지 30℃ 가량 낮출 수 있으므로 골재와 아스팔트의 가열에 소모되는 석유연료를 절감하고, 배출가스를 줄이며 아스팔트의 점도가 향상되어 시공성(Workability)과 다짐성(Compactibility)을 대폭 향상시켜 혼합물의 온도저하에 따르는 시공상의 하자를 예방한다. 또한 본 발명에 따른 아스팔트 조성물은 기존의 가열식 아스팔트 혼합물에 비해 아스팔트의 굳는 온도를 20℃ 가량 상승시켜 시공 후, 양생에 소모되는 시간을 단축시키고 신속한 교통개방을 가능케 하므로 공항, 고속도로, 도심지 도로 등 교통통제가 원활치 않은 곳에 적용할 경우 큰 이점이 있으며 동절기 시공 시 온도의 급격한 저하로 인한 시공하자문제를 완화시켜주 며, 아스팔트 포장도로의 표층 및 중간층용 고품질 재활용 아스팔트 조성물을 제공할 수 있다.

(표 12)

상기 표 12에 나타난 바와 같이, 아스팔트 포장 재료의 고온(40℃), 중온(25℃), 저온(5℃)에 대한 특성시험으로 스티프니스시험을 실시하였다. 시험방법은 신재혼합물, 일반재생혼합물, 고품질재생혼합물의 세 가지 혼합물에 대해서 KS F 2376 시험법에 따라 간접인장 시험을 통하여 실시하였다. 스티프니스값은 강성지수라고도 하며 온도별로 공시체에 대해 일정한 하중을 가하여 공시체의 파괴시까지의 변형량으로 하중값을 나눈 값으로 결과를 나타낸다. 스티프니스값이 낮은 것은 변형량이 많다는 것이며 반대로 스티프니스값이 높은 것은 변형량이 적다는 것이다. 실내시험 결과 저온(5℃)에서는 고품질재생아스팔트 혼합물의 스티프니스 값이 작게 나왔고, 고온(40℃)에서는 스티프니스 값이 높게 나와 온도에 대한 감온성 상대적으로 적어 저온에서의 균열과 고온에서의 소성변형에 우수한 것으로 평가되었다.

따라서 본 발명에 의하면 폐아스콘을 골재의 일부로서 사용하고, 여기에 신 규의 골재, 아스팔트, 비석유계고분자물질 및 박리저감제를 혼합하여 포장시공온도가 낮으면서도 포장공사 후 신속한 교통개방이 가능하도록 하는 도로포장용 아스팔트 조성물을 제공하는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (10)

1. 골재 100중량부와 아스팔트혼합물 1.5 내지 5중량부를 포함하여 이루어지며, 상기 골재는 폐아스콘 유래의 재생골재 10 내지 50중량% 및 잔량으로서 신규골재를 포함하여 이루어지고, 상기 아스팔트혼합물은 비석유계고분자물질 1 내지 5중량% 및 잔량으로서 아스팔트를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 도로포장용 아스팔트 조성물.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 아스팔트혼합물에 아스팔트 박리저감제 0.2 내지 5중량%가 더 포함됨을 특징으로 하는 도로포장용 아스팔트 조성물.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 골재를 구성하는 신규골재가 세장편석과 토분을 함유하지 않으며, 마모율 30% 미만의 골재로서, 20 내지 5㎜의 입도분포를 갖는 골재가 26 내지 36중량%, 13 내지 5㎜의 입도분포를 갖는 골재가 15 내지 25중량%, 6 내지 0.008㎜의 입도분포를 갖는 골재가 25 내지 35중량%의 양으로 포함되어 이루어짐을 특징으로 하는 도로포장용 아스팔트 조성물.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 골재에 부순 모래가 25 내지 35중량%의 양으로 더 포함됨을 특징으로 하는 도로포장용 아스팔트 조성물.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 골재에 석분이 2 내지 4중량%의 양으로 더 포함됨을 특징으로 하는 도로포장용 아스팔트 조성물.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 석분이 석회석분임을 특징으로 하는 도로포장용 아스팔트 조성물.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 골재를 구성하는 재생골재가 폐아스콘으로부터 회수된 것으로서, 세장편석과 토분을 함유하지 않으며, 마모율 30% 미만의 골재로서, 20 내지 0.008㎜의 입도분포를 갖는 골재임을 특징으로 하는 도로포장용 아스팔트 조성물.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 골재들이 최대 입경이 13㎜ 이하가 되도록 조정된 골재들임을 특징으로 하는 도로포장용 아스팔트 조성물.
9. 제 2 항에 있어서,

   상기 아스팔트 박리저감제가 아민계 화합물로서 모노아민이나 디아민 또는 트리아민임을 특징으로 하는 도로포장용 아스팔트 조성물.
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    상기 골재에서 재생골재의 함량이 30중량%를 초과하는 경우에 상기 아스팔트혼합물에 0.1 내지 10중량%의 폐윤활유를 폐아스팔트의 침입도를 회복시키는 재생첨가재로 더 포함함을 특징으로 하는 도로포장용 아스팔트 조성물.