KR100654403B1 - 내유동성 및 반강성을 갖게 하는 아스팔트콘크리트 주입재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아스팔트콘크리트용 주입재에 관한 것으로 특히, 아스팔트포장도로와 시멘트포장도로의 중간정도 강도를 지니도록 하여 과중량체의 이동에 따른 도로의 파손율을 저하시키며, 도로 여건에 따라 응결속도를 조절하여 개통시기를 앞당길 수 있을 뿐만 아니라, 차량의 주행시 발생되는 소음을 줄일 수 있고, 강도를 향상시키는 속경성 및 반강성을 갖는 아스팔트콘크리트 주입재에 관한 것이다.

이러한 본 발명에 따른 아스팔트 콘크리트 주입재는 도로건설에 사용되는 아스팔트콘크리트 주입재에 있어서, 1종시멘트 40~72중량부 ; 초속경시멘트 10~35중량부 ; 무수석고 10~20중량부 ; 8호 규사 입경을 갖는 광미분 5~15중량부로 이루어지며, 시공환경에 따라 유동화재 2~4중량부가 외할 첨가하여 이루어진다.

아스팔트콘크리트 주입재, 내유동성, 반강성

Description

내유동성 및 반강성을 갖게 하는 아스팔트콘크리트 주입재{asphalt-concrete grout material with rapid-hardening and semi-rigid}

본 발명은 아스팔트콘크리트용 주입재에 관한 것으로 보다 상세하게는 아스팔트콘크리트에 내유동성 및 반강성을 갖게 하는 주입재에 관한 것이다.

더욱이, 아스팔트포장도로와 시멘트포장도로의 중간정도 강도를 지니도록 하여 과중량체의 이동에 따른 도로의 파손율을 저하시키며, 도로 여건에 따라 응결속도를 조절하여 개통시기를 앞당길 수 있을 뿐만 아니라, 차량의 주행시 발생되는 소음을 줄일 수 있고, 강도를 향상시키는 속경성 및 반강성을 갖는 아스팔트콘크리트 주입재에 관한 것이다.

일반적으로 도로의 포장은 아스팔트 콘크리트(이하, "아스콘"이라함)포장과 시멘트 콘크리트포장으로 크게 나누어진다.

상기 아스콘은 노상의 상부에 기층을 적층하고, 상기 기층의 상부에 중간층 및 표층을 순차적으로 적층하여 형성하되, 상기 표층은 석유에서 남은 아스팔트를 일정한 입경의 쇄석과 혼합 형성하는 것으로, 아스팔트의 점착력에 의해 안정적으로 안착되며, 상기 아스팔트에 의해 일정한 탄성력이 부여되어 상부로부터 가압된 충격에 대해 완충효과가 있으므로 차량의 주행시 소음의 발생이 적고 타이어의 마모도를 줄일 수 있는 도로 포장이다.

그러나 상기 아스콘도로는 강성 및 접착력이 작아서 특히 하절기에 지열이 높을 때 큰 중량이 가해지면 도로면이 침하되거나 변형이 생기는 등 쉽게 파손되는 단점이 있다.

또한, 상기 시멘트콘크리트포장은 도로를 시멘트콘크리트로 형성한 것으로 강성이 커서 큰 중량인 트럭 등이 주행하여도 파손이 적은 장점이 있으나, 소음이 크고, 타이어 마모도가 큰 단점이 있다.

따라서, 근래에 선진국에서는 상기 아스콘이 지닌 연성과 시멘트가 지닌 강성 등 두 성질을 모두 지니는 새로운 재질인 반강성 도로포장재가 개발 및 출시되고 있다.

이러한 반강성 도로포장재는 쇄석 아스콘으로 표층을 형성하고, 상기 표층에 아스콘주입재를 투입하여, 상기 아스콘주입재가 다공성의 표층에 주입됨으로서 도로포장이 완성되는 것이다.

그러므로, 상기 반강성 도로포장재는 쇄석을 점착시키는 아스콘주입재의 조성물이 도로의 성질을 결정하는 중요한 것으로, 반강성 도로포장재의 품질 개선을 위해 다양한 연구가 필요한 실정이다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서 1종시멘트, 초속경시멘트, 무수석고, 8호 규사정도의 입도를 가진 광미분을 혼합하여 아스콘주입재를 제조하고, 상기 아스콘주입재를 도로단층의 최상층인 표층을 형성하는 개립도 아스콘에 주입시킴으로서 아스콘도로의 연성과 시멘트도로의 강성을 모두 지닌 반강성 도로 건설에 사용되는 아스콘주입재를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 아스콘주입재에는 유동화제분말과 응결지연제 및 응결촉진제를 더 혼합하여 도로개통시기를 단축시킬수 있는 등 중교통 또는 경교통의 자동차도로와 보행자 및 자전거 도로 등 다양한 도로에 적용이 가능한 유용한 제품의 제공을 목적으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 도로건설에 사용되는 아스팔트콘크리트 주입재에 있어서, 1종시멘트 40~72중량부 ; 초속경시멘트 10~35중량부 ; 무수석고 10~20중량부 ; 8호 규사 입경을 갖는 광미분 5~15중량부로 이루어짐을 특징으로 하는 아스팔트 콘크리트 주입재에 의해 이루어진다.

이하, 본 발명의 아스팔트콘크리트(이하, "아스콘"이라칭함) 주입재를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 아스콘주입재는 혼합물의 혼합 비율에 따라 완결형, 속경형, 초속경형으로 구분될 수 있다.

먼저, 본 발명에 따른 완결형 아스콘주입재는 1종시멘트와, 초속경시멘트와, 무수석고와, 8호 규사의 입경을 가진 광미분 그리고 유동화제를 혼합하여 제조된다.

상기 완결형 아스콘주입재를 조성하는 조성물의 혼합비는 1종시멘트 60~80중량부, 초속경시멘트 10~20중량부, 무수석고 10~20중량부, 8호 규사 입경을 갖는 광미분 5~15중량부에 멜라민 베이스 유동화제 분말이 1~2중량부, 리그닌 베이스유동화제 0.5~1중량부가 외할 첨가되는 비율로 혼합 제조된다.

상기 1종시멘트는 아스콘주입재의 강성을 부여하기 위한 것으로, 대표적으로는 포틀랜드시멘트가 사용된다.

이러한 1종시멘트는 40중량부 이하로 혼합될 경우에는 상대적으로 초속경시멘트 및 석고 배합비율이 높아지므로 시멘트의 초기강성이 너무 증가되고, 약 1시간 정도 필요한 사용 가능 시간(가사시간)의 확보가 어려우며, 72중량부 이상이 혼합될 경우에는 상대적으로 초기강성이 저하되므로 40 ~ 72중량부 내의 범위로 혼합되는 것이 바람직하다.

상기 초속경시멘트는 아스콘주입재의 양생시간을 단축시키기 위한 것으로, 초속경 시멘트, 알루미나 시멘트, 칼슘설포알루미네이트(CSA)시멘트 등이 있으나 대표적으로 칼슘, 설포, 알루미네이트가 혼합된 칼슘설포알루미네이트 시멘트를 사용한다.

이러한 초속경시멘트는 10중량부 이하로 혼합될 경우에는 양생시간이 길어지 고, 강성이 약화된다. 35중량부 이상이 혼합될 경우에는 수화반응온도가 급격히 상승되어 발열이 심하게 되고, 유동성을 확보하기가 어려우며, 제조비용이 증가됨으로 10 ~ 35중량부 내의 범위로 혼합되는 것이 바람직하다.

상기 무수(無水)석고는 강성을 증가시키고, 응결을 지연시키기 위한 것으로, 10중량부 이하로 혼합될 경우에는 강성증가와 응결지연 효과가 미비하고, 25중량부 이상이 혼합될 경우에는 응결시간이 너무 오래 소요되는 단점이 있으므로 10 ~ 25중량부 내의 범위로 혼합되는 것이 바람직하다.

상기 8호 규사의 입경을 가진 광미분은 도로의 마찰을 증가시키기 위해 첨가되는 것으로, 5중량부 이하로 혼합될 경우에는 마찰증가효과가 미비하고, 15중량부 이상이 혼합될 경우에는 전체 혼합물의 결합력이 저하되어 파손율이 상승됨으로 5 ~ 15중량부 내의 범위로 혼합되는 것이 바람직하다.

상기 유동화제분말은 나프탈렌베이스, 멜라민베이스, 리그닌베이스로 이루어진 군으로부터 1종 또는 2종 이상 선택사용 할 수 있다.

나프탈렌베이스 유동화제는 초기 유동성 확보는 유리하나 30분이상이 되면 유동성이 급격히 떨어지며, 기포발생량이 많아 시공 시 단점으로 지적된다.

멜라민베이스 유동화제는 나프탈렌베이스 유동화제에 비해 기포 발생이 거의 없으며 초기강도면에서도 유리하나, 원가 상승 및 유동성 확보가 1시간까지는 유동성 확보가 어려우므로 리그닌베이스 유동화제로 이를 보충하는 것이다.

바람직하게는 멜라민베이스1~2중량부와 리그닌베이스0.5~1중량부로 하는 것이 바람직하다. 이러한 멜라민베이스 유동화제는 1중량부 이하로 혼합될 경우에는 초기유동성 확보가 어렵고 2중량부 이상으로 혼합될 경우에는 원가상승 및 가사시간(작업시간)인 1시간 이내의 유동성 확보가 한계에 부딪히게 되므로, 리그닌베이스 유동화제로 가사시간인 1시간까지 8 cps이하를 유지하여준다.

리그닌베이스 유동화제도 0.5중량부 이하일 때는 효과가 미흡하고 1중량부 이상일때는 가사시간 내에 유동성 확보는 유리하나, 초기 강성이 떨어지기 때문이다.

이와같이 혼합된 완결형의 아스콘주입재는 물과 아스콘주입재 혼합물의 비율(w/c)을 40~45%로 하면 초기점도가 8 cps(KS M 3825)이하로 1시간이 유지되며, 72시간의 양생이 지나면 100kgf/cm² 이상의 강도가 발생된다. 즉, 도로의 표층에 겔상태의 아스콘주입재를 투입하면, 아스콘주입재는 초기점도 8 cps이하인 1시간 동안 다공질 개립도 아스콘표층의 공극에 스며들어 표층의 공극을 완전하게 메우게 되며, 그 후 응결이 이루어져 반강성을 갖는 도로가 건설되는 것이다.

한편, 상기 완결형의 아스콘 주입재에는 유동성 확보 및 최종응결시간을 단축시키기 위해 초속경형 시멘트와 무수석고의 사용비율을 일정부분 증가시킬 수 있다.

다음으로 속경형 아스콘주입재는 1종시멘트 40~70중량부, 초속경시멘트 20~35중량부, 무수석고 10~25중량부, 8호 규사 입경을 갖는 광미분 5~15중량부에 멜라민 베이스유동화제 1~2중량부, 리그닌 베이스유동화제 0.5~1중량부가 외할첨가 되어 혼합제조된다.

이와 같이 혼합된 속경형 아스콘주입재는 물과 아스콘주입재 혼합물의 비율(w/c)을 40~45%로 하면 초기점도가 8 cps이하로 1시간이 유지되며, 24시간의 양생이 지나면 100kgf/cm² 이상의 강도가 발생된다. 즉, 도로의 표층에 겔상태의 아스콘주입재를 투입하면, 아스콘주입재는 초기점도 8 cps이하인 1시간 동안 다공질 표층의 공극에 스며들어 표층의 공극을 완전하게 메우게 되며, 그 후 응결이 이루어져 24시간 이후에는 반강성을 갖는 도로가 건설되는 것이다.

한편, 상기 속경형의 아스콘주입재보다 최종응결 및 강도발현시간을 더 단축시키는 초속경형 아스콘주입재를 제조할 수 있다.

상기 초속경형 아스콘주입재는 위 속경형 아스콘 주입재에 단시간에 강도를 발현하기 위해 응결지연제와 응결촉진제가 더 첨가될 수 있다.

상기 응결지연제와 응결촉진제를 함께 첨가하는 이유는 응결지연제는 강도발현을 단축시키기 위하여 초속경시멘트의 비율을 높이게 되는데 이에 따른 가사시간을 확보하기 위해서 이며, 응결촉진제는 가사시간을 위한 응결지연제의 역할이 끝나는 동시에 응결을 더욱더 촉진시키기 위한 목적으로 사용한다.

상기 응결지연제는 주석산, 구연산, 소디움 글루코네이트 등으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택하여 사용할 수 있으며, 구연산과 소디움 글루코네이트에 비해 주석산이 응결지연 효과가 오래 지속되므로, 바람직하게는 주석산을 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 응결촉진제는 소다회, 망초, 수산화리튬, 리튬 카보네이트 등으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택 사용할 수 있으며, 주석산과 반응시간이 비슷한 리튬카보네이트를 이용하는 것이 바람직하다.

이와 같은 응결지연제와 응결촉진제는 속경형의 아스콘주입재 혼합물에 대해 주석산 0.1~0.5중량부, 리튬카보네이트 0.1~0.5중량부 내의 범위로 혼합되는 것이 바람직하다. 이러한 주석산은 0.1중량부 이하로 혼합될 경우에는 지연효과가 미미하고 0.5중량부 이상으로 혼합될 경우에는 응결이 지연되어 초기강성이 약하게 나오는 원인이 되며, 리튬카보네이트도 0.1중량부 이하로 혼합될 경우에는 촉진 효과가 미미하고 0.5중량부 이상으로 혼합될 경우에는 원가상승 및 초기 유동성 확보에 어려움을 겪는다.

즉, 상기 응결지연제와 응결촉진제가 혼합된 초속경형 아스콘주입재는 1종시멘트 40~70중량부, 초속경시멘트 20~35중량부, 무수석고 10~25중량부, 8호 규사 입경을 갖는 광미분 5~15중량부에 멜라민 베이스 유동화제 분말 1~2중량부, 리그닌베이스 유동화제 분말 0.5~1중량부, 주석산 0.1~0.5중량부, 리튬카보네이트 0.1~0.5중량부가 외할 첨가되어 혼합하여 제조된다.

이와 같이 혼합된 초속경형의 아스콘주입재는 물과 아스콘주입재 혼합물의 비율(w/c)을 40~45%로 하면 초기점도가 8 cps이하로 1시간이 유지되며, 2~3시간의 양생이 지나면 100kgf/cm² 이상의 강도가 발생된다. 즉, 도로의 표층에 겔상태의 아 스콘주입재를 투입하면, 아스콘주입재는 초기점도 8 cps이하인 1시간 동안 다공질 개립도 아스콘 표층의 공극에 스며들어 표층의 공극을 완전하게 메우게 되며, 그 후 2~3시간 동안 응결이 이루어져 반강성을 갖는 도로가 건설되는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 아스콘주입재는 1종시멘트, 초속경시멘트, 무수석고, 8호 규사 입경을 갖는 광미분을 혼합하여 제조된 완결형 아스콘주입재와, 상기 완결형 아스콘주입재에서 1종시멘트의 비율을 감소시키고 초속경시멘트 및 무수석고의 비율을 상승시키며 리그닌베이스 유동화제분말을 더 혼합하여 속경형 아스콘주입재를 제조하고, 상기 속경형 아스콘주입재에 주석산, 리튬카보네이트를 더 혼합하여 초속경형 아스콘주입재를 제조하는 것으로, 각각의 아스콘주입재는 양생시간을 달리하여 다양한 도로건설현장에 적용이 가능한 것이다.

즉, 일반적으로 도로를 신설하는 경우에는 완결형 아스콘주입재를 사용할 수 있으며, 도로의 교통개방을 빨리 시행하여야 할 경우에는 속경형 또는 초속경형 아스콘주입재를 사용할 수 있고, 통행량이 많은 도로의 보수 등에는 초속경형 아스콘주입재를 사용하여 시공후 2~3시간만에 통행을 속개할 수 있도록 할 수 있는 것이다.

또한, 상기 아스콘주입재는 도로의 사용목적에 따라 아스콘주입재의 투입깊이와 반강성 포장층의 두께를 달리 할 수 있다.

큰 하중이 전달되는 도로에서는 아스콘의 전 공극에 아스콘주입재를 침투시켜 응고하여 사용될 수 있으며, 보행자도로나 자전거도로등 비교적 작은 하중만 전 달되는 도로에서는 도로표층 상단의 일부분에 형성된 공극에만 아스콘주입재를 침투시켜 건설할 수 있는 것이다.

상기 아스콘주입재가 투여된 반강성포장층의 두께는 무거운 교통차도 일 때에는 노상에 보조기층 30cm, 아스팔트기층 15~20cm, 반강성포장층 5~7cm로 순차적으로 적층하고, 경차의 교통차, 주차장 또는 광장일 경우에는 노상에 보조기층 15cm, 아스팔트기층 5~15cm, 반강성포장층 4~5cm로 순차적으로 적층하며, 보행자 도로 및 자전거도로일 경우에는 노상에 보조기층 10cm, 반강성포장층 3~4cm로 적층하여 사용하는 등 목적에 따라 다양하에 변형이 가능하며, 혼합물의 결합력에 저하되지 않는 범위 내에서 안료를 첨가하여 다양한 색상을 나타나게 할 수 있다.

아래에서는 각 실시예에 따른 조성물의 비율을 다시 부연 설명하고 이에 따른 특성을 설명한다.

실시예1

본 발명에 따라 1종시멘트 60중량부, 초속경시멘트 20중량부, 무수석고 10중량부, 8호 규사 입경을 갖는 광미분 10중량부에 멜라민베이스 유동화제분말 1중량부, 리그닌베이스 유동화제가 0.5중량부 외할 첨가되어 혼합된 완결형 아스콘주입재의 시험결과이다.

우리나라 건설부에서 제정한 도로설계포장시공지침에서는 아스콘 주입재의 규격에 관하여는 규정한 품질기준이 없으므로 일본도로협회의 아스팔트 포장요강에 정해진 기준치와 현장 시공 시 필요한 사항을 고려하여 정한 기준에 의하여 시험을 실시하고 그 결과를 아래 표 1에 나타내었다.

상기 시험결과와 같이 일본도로협회에서 규정한 기준치보다 양생시간을 앞당겨 72시간 후 시험하였음에도 불구하고 요구조건을 상회하는 결과를 얻을 수 있었다.

실시예2

본 발명에 따라 1종시멘트 50중량부, 초속경시멘트 26중량부, 무수석고 14중량부, 8호 규사 입경을 갖는 광미분 10중량부에 멜라민베이스 유동화제 분말 1중량부, 리그닌베이스유동화제분말 0.5중량부를 외할 첨가하여 혼합된 속경형 아스콘주입재의 시험결과이다. 우리나라 건설부에서 제정한 도로설계포장시공지침에서는 아스콘 주입재의 규격에 관하여는 규정한 품질기준이 없으므로 일본도로협회의 아스팔트 포장요강에 정해진 기준치와 현장 시공 시 필요한 사항을 고려하여 정한 기준에 의하여 시험을 실시하고 그 결과를 아래 표 2에 나타내었다.

상기 시험결과와 같이 일본도로협회에서 규정한 기준치보다 양생시간을 앞당겨 24시간 양생후 시험하였음에도 불구하고 요구조건을 상회하는 결과를 얻을수 있었다.

실시예3

본 발명에 따라 1종시멘트 50중량부, 초속경시멘트 26중량부, 무수석고 14중량부, 8호 규사 입경을 갖는 광미분 10중량부에 멜라민베이스 유동화제 분말 1중량부, 리그닌베이스유동화제분말 0.5중량부, 응결지연제인 주석산 0.5중량부, 응결촉진제인 리튬카보네이트 0.5중량부를 외할 첨가하여 혼합된 초속경형 아스콘주입재의 시험결과이다. 우리나라 건설부에서 제정한 도로설계포장시공지침에서는 아스콘 주입재의 규격에 관하여는 규정한 품질기준이 없으므로 일본도로협회의 아스팔트 포장요강에 정해진 기준치와 현장 시공 시 필요한 사항을 고려하여 정한 기준에 의하여 시험을 실시하고 그 결과를 아래 표 3에 나타내었다.

상기 시험결과와 같이 일본도로협회에서 규정한 기준치보다 양생시간을 앞당겨 3시간 양생후 시험하였음에도 불구하고 요구조건을 상회하는 결과를 얻을 수 있었다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 아스콘주입재는 1종시멘트, 초속경시멘트, 무수석고, 8호 규사 입경을 갖는 광미분을 혼합하여 아스콘주입재를 제조하여, 상기 아스콘주입재를 도로단층의 최상층인 표층을 형성하는 아스팔트콘크리트에 주입시킴으로서 아스콘도로의 연성과 시멘트도로의 경성을 모두 지닌 반강성의 도로 건설이 가능하게하는 주입재의 성능을 확인하였다.

또한, 유동화제분말과 응결지연제 및 응결촉진제를 더 혼합하여 도로개통시기를 단축시킬 수 있으며, 중교통 또는 경교통의 자동차도로와 보행자 및 자전거도로등 다양한 도로에 적용가능한 유용한 제품의 제공이 가능하게 되었다.

Claims (6)

1. 도로건설에 사용되는 아스팔트콘크리트 주입재에 있어서,

   1종시멘트 40~72중량부 ;

   초속경시멘트 10~35중량부 ;

   무수석고 10~20중량부 ;

   8호 규사 입경을 갖는 광미분 5~15중량부로 이루어지되,

   유동화재 2~4중량부가 외할 첨가됨을 특징으로 하는 아스팔트 콘크리트 주입재.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 아스팔트 콘크리트 주입재는 응결지연제인 주석산 0.1~0.5중량부, 응결촉진제인 리튬카보네이트 0.1~0.5중량부가 더 혼합됨을 특징으로 하는 초속경성 및 반강성을 갖는 아스콘주입재.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 초속경시멘트는 칼슘알루미네이트계, 칼슘플로루알루미네이트계, 칼슘설포알루미네이트계, 비정질칼슘알루미네트계 중 어느 하나임을 특징으로 하는 아스팔트 콘크리트 주입재.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 초속경시멘트는 칼슘알루미네이트계, 칼슘플로루알루미네이트계, 칼슘설포알루미네이트계, 비정질칼슘알루미네트계 중 어느 하나임을 특징으로 하는 아스팔트 콘크리트 주입재.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 유동화재는 나프탈렌베이스 유동화제, 멜라민 유동화제, 리그닌베이스 유동화중 어느 하나임을 특징으로 하는 아스팔트 콘크리트 주입재.