KR100715623B1

KR100715623B1 - 저소음 배수성 아스팔트 혼합물과 그 제조방법

Info

Publication number: KR100715623B1
Application number: KR1020070002933A
Authority: KR
Inventors: 김광우; 이강주
Original assignee: 한국투수개발 주식회사; 김광우
Priority date: 2007-01-10
Filing date: 2007-01-10
Publication date: 2007-05-08

Abstract

본 발명은 골재 최대 입도가 13mm일 때, 체 통과 중량 백분율 기준으로 13mm가 92-100%, 10mm가 62-81%, 5mm가 10-31%, 2.5mm가 10-21%, 0.6mm가 4-17%, 0.3mm가 3-12%, 0.15mm가 3-8%, 0.08mm가 2-7%이고, 골재 최대 입도가 19mm일 때, 체 통과 중량 백분율 기준으로 19mm가 95-100%, 13mm가 53-78%, 10mm가 35-62%, 5mm가 10-31%, 2.5mm가 10-21%, 0.6mm가 4-17%, 0.3mm가 3-12%, 0.15mm가 3-8%, 0.08mm가 2-7%의 합성 입도 구성비를 갖는 골재로써 전체 골재중량 대비 굵은 골재 중량비가 80-90%, 잔골재 중량비가 6-15%, 채움재 중량비가 2-7%인 골재와, 골재중량 대비 4.4-5.6%인 개질아스팔트로서 주성분이 침입도 60~80, 절대점도가 200,000 포이즈(poise) 이상인 아스팔트이고, 첨가재로 고밀도 폴리에틸렌은 전체 아스팔트량의 1-10%, 저밀도 폴리에틸렌은 1-10%, 폐타이어분말은 전체 아스팔트량의 2-10%인 개질아스팔트를 혼합하여 이들 성분이 함유된 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 저소음 배수성 아스팔트 혼합물과 그 제조방법이다.

개질아스팔트, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 폐타이어분말, 저소음, 배수기능.

Description

저소음 배수성 아스팔트 혼합물과 그 제조방법{Asphalt concrete mixture for porous and quiet pavement ＆ method of preparation}

본 발명은 도로 포장에서의 아스팔트 포장체의 공극 형성에 따른 도로의 내구성을 보완, 강화하기 위하여 적정한 골재 입도와 안정된 개질재를 혼합하여 제조한 저소음 배수성 아스팔트 혼합물과 그 제조방법에 관한 것이다. 과거의 도로는 이동 수단으로만 인식이 되었지만, 현재는 삶의 질이 향상되어 도로를 이용하면서 조용하고 안전한 인간 중심의 개념으로 바뀌고 있다.

더욱이 도로가 우리 삶의 영역에 근접하게 되면서 소음공해의 문제에 직면하게 되었다. 또한 도로교통 안전관리공단에서는 전체 교통 사고 중 우천 시 차량 미끄러짐에 의한 사고가 약 30%를 차지하고 있다고 밝혔다. 이중 우천 시 노면 난반사에 의한 시인성의 문제가 되어 일어난 사고를 포함한다면 더욱 늘어날 것이다.

이제는 구조적으로 안정하면서 우수한 기능성을 갖는 환경 친화적인 포장 재료개발이 절실하게 요구된다.

이에 부응하는 도로 포장공법이 배수성 혼합물이다.

배수성 포장은 1950년대 중반 영국 공항에서 비행장 활주로의 수막현상을 방지하기 위해 처음으로 시공되었다. 국내에서는 1990년대 초 배수성 포장에 대한 연구가 시작되었으며 1996년에 경부고속도로에 시험시공을 실시하였다. 1999년 일반국도에 시험포장이 실시된 이후 적용 구간이 증가하고 그 기능과 성능이 좋게 평가되어 국도 이외의 기타 지방시도에 적용이 확대되고 있다.

그러나 배수성 포장의 체계적인 연구의 부족과 결여로 인하여 국내에 시공된 배수성 포장은 골재 탈락 및 비산으로 인한 라벨링(Raveling)과 포트홀(Pothole) 등의 조기 파손과 공극의 막힘으로 인한 배수능력 저하 등의 문제가 발생하고 있다.

이러한 문제로 인하여 배수성 포장이 부정적인 측면이 더 커지고 있다. 이와 같은 문제를 해결할 수 있는 새로운 배수성 포장 재료의 개발이 절실한 상황이다.

본 발명은 기존의 배수성 아스팔트 포장의 약점으로 지적되었던 포장체의 배수성과 저소음 기능을 높이기 위하여 공극률을 크게 할수록 골재간의 결합력이 약해지고 강도가 취약하여 포장체의 표면 골재가 이탈되는 문제점들을 획기적으로 보완하여, 노면 수막을 제거하고 높은 주행 안정성 제공 및 다공성으로 조용하며 배수성능이 우수하며 마찰력이 높은 저소음 배수성 아스팔트 혼합물과 그 제조방법을 제공하는 것이다.

이를 위하여 공극률 약 20% 이상의 다공성이며 차도에서 고성능을 확보할 수 있는 아스팔트 바인더와 혼합물을 현장 포장용으로 제공하는 것이다.

배수성 아스팔트 포장은 20% 정도의 공극률이 높은 다공성 아스팔트 혼합물로 일반 밀입도 혼합물과 골재입도가 확연히 다른 개립도 혼합물로서 아스팔트 안정처리 기층(불투수층) 위에 배수성 아스팔트 혼합물 표층을 포설하여 우천 시 빗물을 신속하게 불투수층으로 배출시켜 노면의 마찰력을 유지하여 수막현상을 감소시키고, 빠른 배수에 따른 물보라 현상과 물 튀김 현상을 감소시켜 미끄럼 저항성의 향상을 가져오며, 또한 야간 전조등에 인한 노면 난반사를 저감시켜 노면 차선과 표시의 시인성을 향상시켜 안전한 차량운행을 유도하여 교통 사고를 감소시켜야 한다.

더욱이 요즘 사회의 심각한 환경 문제로 대두되고 있는 차량 주행 소음을 저감시킴으로써 방음벽 설치 효과를 대체할 수 있어 비용 절감의 경제적 효과와 함께 방음벽 설치 시 야기되는 도시 미관 문제를 해결하는데 도움을 줄 수 있어야 한다.

따라서 본 발명은 개립도 아스팔트 혼합물의 높은 공극률로 인한 문제점을 해결할 수 있도록 아스팔트 바인더의 흐름에 저항하고 골재의 결합력을 강화시킬 수 있는 고점도 개질아스팔트를 새롭게 적용한 저소음 배수성 아스팔트 혼합물과 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 골재 최대 입도가 13mm일 때, 체 통과 중량 백분율 기준으로 13mm가 92-100%, 10mm가 62-81%, 5mm가 10-31%, 2.5mm가 10-21%, 0.6mm가 4-17%, 0.3mm가 3-12%, 0.15mm가 3-8%, 0.08mm가 2-7%이고, 또는 골재 최대입도가 19mm일 때, 체 통과 중량 백분율 기준으로 19mm가 95-100%, 13mm가 53-78%, 10mm가 35-62%, 5mm가 10-31%, 2.5mm가 10-21%, 0.6mm가 4-17%, 0.3mm가 3-12%, 0.15mm가 3-8%, 0.08mm가 2-7%의 합성 입도 구성비를 갖는 골재로서 전체 골재중량 대비 굵은 골재 중량비가 80-90%, 잔골재 중량비가 6-15%, 채움재 중량비가 2-7%인 골재와, 골재중량 대비 4.4-5.6%인 개질아스팔트로서 주성분이 침입도 60~80, 절대점도가 200,000 포이즈(poise) 이상인 아스팔트이고, 첨가재로 고밀도 폴리에틸렌은 전체 아스팔트 량의 1-10%, 저밀도 폴리에틸렌은 1-10%, 폐타이어 분말은 전체 아스팔트 량의 2-10%인 개질아스팔트를 혼합하여 이들 성분이 함유된 구성을 갖는 저소음 배수성 아스팔트 혼합물과 그 제조방법을 제공하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명을 위한 실험에서 사용된 골재 입도는 건설교통부, 도로공사시방서의 배수성 아스팔트 포장용 골재 합성입도 범위를 만족시키는 합성 입도를 사용하였으며, 많은 시행 오차를 걸쳐 최종적으로 가장 적합한 배수성 아스팔트 혼합물의 입도로서 전체 골재중량 대비 굵은 골재 중량비가 80-90%, 잔골재 중량비가 6-15%, 채움재 중량비가 2-7%인 골재로 하였으며, 혼합물의 공극이 20% 이상 얻어지면서도 저소음 배수성 아스팔트 혼합물이 요구하는 여러 가지 역학적 특성들이 우수한 입 도를 선정하였다.

본 발명에서는 새로운 고점도 개질아스팔트 바인더를 개발하기 위하여 개질 재료 선정 및 바인더의 유동학적 특성 측정 등 수많은 시행 오차와 시뮬레이션(Simulation)을 통하여 최적의 개질재의 조합과 적정바인더 범위를 선정하였다.

고점도 개질아스팔트 바인더 개발에는 국내에서 가장 널리 이용되는 일반 아스팔트 바인더인 AP-5(침입도 60~80)를 기본 바인더로 사용하였다. 기본 아스팔트 바인더의 고점도화를 위한 개질재는 시중에서 공급 가능한 구입하기 쉬운 재료로서 기존 연구를 통하여 개질 효과가 우수한 것으로 판명된 저밀도 폴리에틸렌 (Recycled Low Density Polyethylene : RLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(Recycled High Density Polyethylene : RHDPE), 폐타이어분말(Crumb Rubber Material : CRM) 등의 재료를 선정하였으며, 고밀도 폴리에틸렌은 전체 아스팔트 량의 1-10%, 저밀도 폴리에틸렌은 1-10%, 폐타이어분말은 전체 아스팔트 량의 2-10%의 비율로 혼합하여 사용하였다.

이렇게 구성된 개질 아스팔트 바인더에 대하여 품질시험을 실시한 결과 개질 아스팔트의 파악력을 측정하는 터프니스(Toughness), 개질 아스팔트의 점결력을 측정하는 티네시티(Tenacity)는 고온 및 저온의 특성 변화에도 안정된 것으로 나타났다. 절대점도에서도 300,000포이즈(poise)를 상회하여 골재 결합력이 향상되었으며, 점도의 향상은 최근 배수성 포장에서 문제점으로 지적되고 있는 골재 탈리 및 비산에 대한 문제들을 해결할 수 있다는 것을 의미한다. 본 개질 아스팔트의 각종 시험결과는 다음과 같이 기준을 만족하였다.

본 발명의 고점도 개질아스팔트 혼합물에 대하여 배합설계, 안정성, 배수성, 마찰특성, 소성변형 저항성, 동결융해 저항성 등의 특성 시험을 다음과 같이 수행하였다.

아스팔트 흐름 손실률 시험을 하여 아스팔트 흐름 또는 부착에 의해서 손실된 아스팔트 바인더의 질량을 측정하였다. 아스팔트 흐름 손실률 시험 결과, 기준치를 만족하는 것으로 아래와 같다.

카운터 블로우(Counter Blow) 시험을 하여 설계 아스팔트 량에 있어 골재의 비산 저항성을 평가하였다. 아스팔트 바인더 량을 0.5%씩 변화시켜 마샬 안정도 시험공시체를 골재마모 시험기에 넣은 후 철구를 사용치 않고 300회 회전시켜 시험후의 손실 량을 구하였다.

카운터 블로우 손실률 시험 결과, 기준치를 만족하는 것으로 아래와 같다.

마샬안정도 시험을 하여 주어진 골재를 사용하여 제조한 아스팔트 혼합물의 내하력을 측정하였다. 시험결과 아래와 같이 마샬 특성치는 기준치를 만족하였다.

＊ 기준치 500kgf 이상

간접 인장강도 시험으로 아스팔트 콘크리트 혼합물의 인장강도를 측정하였다. 간접 인장강도 시험은 원주형 공시체의 측면에 압축하중을 가함으로써 수행된다. 이러한 하중 재하방법은 하중 재하 방향과 공시체의 연직방향을 따라 상대적으 로 일정한 인장 응력을 발생하게 하는 방법이다. 이는 포장이 윤하중에 의한 하중 영향을 견디어 내는 가장 중요한 특성으로 인장강도의 향상은 포장의 공용 수명을 증진시키는 효과가 있다. 시험결과 아래와 같이 기준치 보다 모두 높게 나타났다.

＊ 기준치 8.0 kgf/㎠

반복 주행시험을 하여 아스팔트 콘크리트 포장의 소성변형 발생 정도를 측정하였다. 시험결과 아래와 같이 동적안정도가 기준치 3,000 pass/mm를 크게 상회하는 것으로 나타났다.

＊ 기준치 3000 (pass/mm)이상

미끄럼 저항성 시험을 휴대용 마찰력 측정기로 실시한 후 미세 표면 조직의 마찰 특성을 측정하였다. 시험결과 아래와 같이 BPN 기준치 65를 상회하는 75로 나타나 상당히 미끄럼 저항성이 우수한 것으로 나타났다.

*BPN: British Pendulum test Number

동결융해 저항성 시험을 실시하였다. 겨울철에 포장은 반복적으로 동결융해 작용을 받고 이러한 동결융해 작용은 아스팔트 혼합물의 결합력 저하, 박리 및 골재 탈락, 저온 균열의 원인이 된다. 특히 배수성 혼합물은 높은 공극률을 보유하고 있고, 항상 그 공극을 통하여 물이 배수되어지므로 동결융해 저항성이 우수해야 한다. 시험결과 아래와 같이 기준치를 만족하였다.

＊ 기준치 0.7 이상

투수시험을 실시하였다. 배수성 아스팔트 포장은 우천 시 빗물이 잘 배수되어야 물 튀김 또는 물보라 현상이 일어나지 않고 수막현상이 제거되어 빗길 교통사고를 감소시킬 수 있다.

시험 결과 배수성 혼합물의 투수계수 1.0×10-2cm/sec의 기준치에 비하여, 개발된 혼합물의 투수 성능은 기준치의 18.53 배의 투수계수를 갖는 것으로 측정 되었다.

＊ 기준치의 18.53 배

라벨링(Raveling) 시험을 실시하여 개발한 혼합물을 한냉 조건에서의 체인에 의한 마모 저항성을 측정하였다. 시험 결과 마모율이 일반 아스팔트에 비해 우수하게 나타났다. 이것은 골재 탈리 및 비산 저항성이 우수함을 의미한다. 시험방법은 한국도로공사 고속도로공사 전문시방서(2000년)에 따라 수행하였다. 시험은 개질아스팔트 바인더 혼합물과 대조군인 일반 무개질 아스팔트 두 종류로 실시하였다.

현장 원형 주행 시험에 의한 공용성 분석을 실시하였다. 본 발명 혼합물을 주행시험 피트(Pit)에 포설하여 800분 동안 가동을 한 결과 일반 아스팔트인 AP-5의 실험값인 884.5 cycle/pass보다 2.7배의 월등한 동적안정도인 2386.1 cycle/pass를 보여주었다. 결과는 아래 표와 같다.

현장조사 주행시험에 의한 동적안정도 비교표

여기서 H제품과 S제품은 밀입도 혼합물로 각각 LDPE와 SBS로 개질되어 PG 76-22 등급을 나타내는 바인더로 제조된 혼합물이다. 본 발명 혼합물은 일반 AP-5와 비교하여서는 월등히 우수하며, 이 개질 혼합물들과 비교하여서도 손색이 없는 우수한 소성변형 저항성을 나타냄에 따라 다공성에 따른 취약점이 거의 완전히 보완되었다.

본 발명의 포장 면에 대하여 소음 저감성능을 측정하였다. 주행시험은 통영-진주간 고속도로 포장공사 일부구간에서 일반 승용차와 승합차를 100㎞/h로 주행시켜 노면에서 발생되는 소음을 측정한 결과 일반 노면에서는 68.4db이었으며, 본원 마찰 포장구간에서는 65db로서 3.4db 정도 소음이 저감되었다.

경제성에 있어서는 소음저감을 위한 방음벽 설치 구간 대체에 따른 방음벽 설치 공사비를 줄일 수 있으며 또한 일반 아스콘 포장 공사비에 비하여 초기 순공사비는 약 15% 정도 높으나, 10년 공용 기간을 기준으로 하여 직접공사비를 비교해 볼 때 일반 아스콘의 덧씌우기 공사 횟수가 2-3회인데 비하여 개질아스팔트 포장의 경우 1회로 유지 보수비용을 고려한 공사비가 더 낮아지는 등 경제적으로도 많은 비용이 절감되는 것으로 나타났다.

본 발명은 상기와 같은 시험들을 실시한 결과 탁월한 배수기능으로 높은 공극을 통한 신속한 노면배수로 수막현상을 방지하고 미끄럼 저항성 향상, 물고임 방지, 물보라 방지 및 산란방지 효과가 있으며, 소음감소 기능으로 일반 아스팔트 포장보다 3db이상 감소하여 체감소음도는 약 50% 가 저감되는 효과가 있으며, 저수성 및 유출지연 기능으로 강우 시 표층의 공극에 일정량의 빗물을 저수함으로써 홍수조절 및 열섬(Heat Island)화 방지효과가 있으며, 개질재 아스팔트 혼합물의 파악력 및 점결력 개선 기능으로 아스팔트 포장의 심각한 문제점인 소성변형, 균열 등을 최소화시키는 효과가 있으며, 경제적 기능으로 소성변형 저항성 향상, 내구성 증진으로 도로 수명이 연장되어 유지보수 비용 절감 및 도로 유지보수에 따른 정체, 대기로 인한 인적, 물적 손실 감소 및 방음벽 설치구간 감소 등의 효과가 있었다.

Claims

골재 최대 입도가 13mm이고, 체 통과 중량 백분율 기준으로 13mm가 92-100%, 10mm가 62-81%, 5mm가 10-31%, 2.5mm가 10-21%, 0.6mm가 4-17%, 0.3mm가 3-12%, 0.15mm가 3-8%, 0.08mm가 2-7%의 합성 입도구성비를 갖는 골재로서 전체 골재중량 대비 굵은 골재 중량비가 80-90%, 잔골재 중량비가 6-15%, 채움재 중량비가 2-7%인 골재와, 골재중량 대비 4.4-5.6%인 개질아스팔트로서 주성분이 침입도 60~80, 절대점도가 200,000 포이즈(poise) 이상인 아스팔트이고, 첨가재로 고밀도 폴리에틸렌은 전체 아스팔트 량의 1-10%, 저밀도 폴리에틸렌은 1-10%, 폐타이어분말은 전체 아스팔트 량의 2-10%인 개질아스팔트를 혼합하여 이들 성분이 함유된 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 저소음 배수성 아스팔트 혼합물.
골재 최대 입도가 13mm이고, 체 통과 중량 백분율 기준으로 13mm 92-100%, 10mm가 62-81%, 5mm가 10-31%, 2.5mm가 10-21%, 0.6mm가 4-17%, 0.3mm가 3-12%, 0.15mm가 3-8%, 0.08mm가 2-7%의 합성 입도 구성비를 갖는 골재로서 전체 골재중량 대비 굵은 골재 중량비가 80-90%, 잔골재 중량비가 6-15%, 채움재 중량비가 2-7%가 되도록 하는 단계; 개질 아스팔트는 골재중량 대비 4.4-5.6%이고, 주성분이 침입도 60~80, 절대점도가 200,000 포이즈 이상인 아스팔트이며, 첨가재로 고밀도 폴리에틸렌은 전체 아스팔트 량의 1-10%, 저밀도 폴리에틸렌은 1-10%, 폐타이어분말은 전체 아스팔트 량의 2-10%가 되도록 하는 단계; 상기의 합성골재입도 및 중량비를 갖는 골재와 개질아스팔트를 혼합하여 이들 성분이 함유되도록 하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 저소음 배수성 아스팔트 혼합물의 제조방법.
골재 최대입도가 19mm이고, 체 통과 중량 백분율 기준으로 19mm가 95-100%, 13mm가 53-78%, 10mm가 35-62%, 5mm가 10-31%, 2.5mm가 10-21%, 0.6mm가 4-17%, 0.3mm가 3-12%, 0.15mm가 3-8%, 0.08mm가 2-7%의 합성 입도구성비를 갖는 골재로서 전체 골재중량 대비 굵은 골재 중량비가 80-90%, 잔골재 중량비가 6-15%, 채움재 중량비가 2-7%인 골재와, 골재중량 대비 4.4-5.6%인 개질아스팔트로서 주성분이 침입도 60~80, 절대점도가 200,000 포이즈(poise) 이상인 아스팔트이고, 첨가재로 고밀도 폴리에틸렌은 전체 아스팔트 량의 1-10%, 저밀도 폴리에틸렌은 1-10%, 폐타이어분말은 전체 아스팔트 량의 2-10%인 개질아스팔트를 혼합하여 이들 성분이 함유된 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 저소음 배수성 아스팔트 혼합물.
골재 최대입도가 19mm이고, 체 통과 중량 백분율 기준으로 19mm가 95-100%, 13mm가 53-78%, 10mm가 35-62%, 5mm가 10-31%, 2.5mm가 10-21%, 0.6mm가 4-17%, 0.3mm가 3-12%, 0.15mm가 3-8%, 0.08mm가 2-7%의 합성 입도 구성비를 갖는 골재로서 전체 골재중량 대비 굵은 골재 중량비가 80-90%, 잔골재 중량비가 6-15%, 채움재 중량비가 2-7%가 되도록 하는 단계; 개질 아스팔트는 골재중량 대비 4.4-5.6%이고, 주성분이 침입도 60~80, 절대점도가 200,000 포이즈 이상인 아스팔트이며, 첨가재로 고밀도 폴리에틸렌은 전체 아스팔트 량의 1-10%, 저밀도 폴리에틸렌은 1-10%, 폐타이어분말은 전체 아스팔트 량의 2-10%가 되도록 하는 단계; 상기의 합성골재입도 및 중량비를 갖는 골재와 개질아스팔트를 혼합하여 이들 성분이 함유되도록 하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 저소음 배수성 아스팔트 혼합물의 제조방법.