KR100740671B1

KR100740671B1 - 폐 아스콘을 이용한 재생 아스콘의 제조방법

Info

Publication number: KR100740671B1
Application number: KR1020060020169A
Authority: KR
Inventors: 김광우
Original assignee: 강원대학교산학협력단
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2007-07-18

Abstract

본 발명은 수거한 폐 아스콘을 재생 플랜트로 회수하여 재분쇄 및 분리하는 단계와; 상기 분쇄된 폐 아스콘을 플랜트 퍼그밀에 투입하고 신규 아스팔트를 첨가하여 혼합하는 단계와; 상기 혼합물에 신규 골재로 추가로 첨가하여 가열하면서 혼합하는 단계;를 포함하는 폐 아스콘을 이용한 재생 아스콘의 제조방법에 관한 것으로,

상기한 재생 아스콘의 제조방법은 종래기술과 차별화되는 새로운 혼합방법을 통해 폐 아스콘 및 신규 골재에 대한 아스팔트의 결합력을 향상시키고 노화특성을 감소시켜 강도 및 취성이 향상된 제품을 얻을 수 있으며, 이로 인하여 내구성 향상에 따른 수명연장을 통해 개. 보수작업에 따른 금전적인 절약과 노동력 낭비를 줄일 수 있는 효과를 가져온다.

폐 아스콘, 아스팔트, 골재, 개질제, 재생첨가제, 플랜트 퍼그밀

Description

폐 아스콘을 이용한 재생 아스콘의 제조방법{A manufacturing method for recycled asphalt concrete using waste asphalt concretes}

본 발명은 폐 아스콘을 이용한 재생 아스콘의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 도로의 개. 보수공사 및 각종 전기, 수도 배관공사시 포장도로로부터 벗겨낸 폐 아스팔트 콘크리트를 원료로 하여 추가로 신규 골재 및 신규 아스팔트를 새로운 혼합방법을 통해 혼합하여 더욱 향상된 품질을 갖는 재생 아스콘의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 각종 도로에는 아스팔트와 골재의 가열 혼합물인 아스팔트 콘크리트(이하 '아스콘'이라 칭함)가 포장되는데, 상기한 아스콘 포장도로는 장시간이 경과하면 반복적인 차량통행으로 인해 균열 또는 요철 등과 같은 변형이 이루어지게 되며, 따라서 이와 같이 변형된 도로에 대해서 부분적으로 파쇄하고 제거한 다음 그 자리에 신규 아스콘을 포설하여 부분적으로 보수하거나 수리하는 작업이 주기적으로 이루어진다.

한편, 상기와 같은 보수하는 과정에서 파쇄하여 제거된 폐 아스콘의 경우 종 래에는 재사용할 수 없는 것으로 간주되어 대부분 폐기처분함으로써 자원의 낭비가 발생됨은 물론 매립지역 선정과 비용발생, 이로 인한 환경오염 등의 문제점을 유발시켜 왔다.

이로 인하여 최근에는 폐 아스콘을 재활용하고자 하는 연구가 진행되고 있으며, 현재 대표적으로 사용되는 재활용 기술로는 재포장 현장에서 직접 가열하여 폐 아스콘을 회수한 후에 폐 아스콘과 신규 아스콘을 혼합하고 재생첨가제(rejuvenator)를 적정 배합하여 현장에서 바로 재포장하는 현장 가열재활용 공법과, 폐 아스콘을 재생 플랜트로 회수하여 재분쇄 및 분리과정을 거친 후에 가열 및 용융시켜 재생 첨가제 및 신규 아스콘과 함께 플랜트 믹서기 내에서 적정 혼합하여 재생 아스콘을 제공하는 플랜트가열 재활용 공법이 시행되고 있다.

그러나 이와 같이 종래 폐 아스콘을 재활용하는 방법들은 폐 아스콘과 신규 골재, 신규 아스팔트를 모두 동시에 믹싱하고 가열 재생하는 것이 대부분으로서, 이 경우 폐 아스콘과 신규 골재에 대한 바인더(아스팔트)의 노화상태가 불균형한 상태로 존재하여 점도가 회생되지 못한 채 다져지게 되어 포장초기에는 강성이 높고 만족스러운 성능을 보이지만 조기에 균열 및 손상이 발생하게 되는 문제점이 있었다.

이에 좀 더 향상된 품질을 갖는 재생 아스콘을 얻기 위하여, 폐 아스콘을 소정 크기 이하로 파쇄하는 단계; 상기 폐 아스콘을 재활용하기 위해 제 1 호퍼내에 투입하는 단계; 신규골재를 제 2호퍼에 투입하고 드라이어에서 가열하여 핫빈에 투입하는 단계; 상기 제1 호퍼로부터 이송된 폐 아스콘과 핫빈의 신규 골재, 신규아 스팔트를 각각 소정량 만큼 배출하여 믹서 내에 투입하고 믹싱함으로써 아스팔트 혼합물을 재생하는 단계;를 포함하는 폐 아스콘 재생방법이 소개된 바 있다.

상기와 같은 재생방법은 폐 아스콘을 대량으로 재생할 수 있어 대형 도로보수공사에 적용이 가능하며, 공정 중에 신규 골재 및 아스팔트의 투입이 가능하므로 양질의 재생 아스콘을 얻을 수 있다고 밝히고 있다. 즉, 폐 아스콘과 신규 골재 및 아스팔트를 혼합하는 과정에서 폐 아스콘에 함유되어 있는 노화된 바인더(기존 아스팔트) 성분이 녹아 신규 골재로 전이되어 전체 혼합물내 바인더의 노화상태가 적절히 중화되어 모든 골재의 피막을 형성하게 될 것으로 기대한다.

하지만 투입되는 바인더(신규 아스팔트)는 대부분 신규 골재 표면에 피막을 형성하고 폐 아스콘에 함유되어있는 노화된 바인더를 짧은 시간에 채 녹여 내지 못하므로 폐 아스콘에는 그대로 노화된 바인더가 남아있어 두 물질간의 결합력에 불균형을 이루게 된다. 특히 신규 골재와 구 골재간의 결합 부위는 상대적으로 강성이 높은 상태여서 취성에 약하다는 문제점이 있어 재생아스콘 포장에서 조기 균열발생의 원인이 된다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 도로의 개. 보수공사 및 각종 전기, 수도 배관공사시 발생된 폐 아스콘을 새로운 혼합방법을 통해 신규 골재 및 신규 아스팔트와 혼합하여 각 혼합물질간의 결합력을 향상시키고 노화특성을 감소시켜 강도 및 유연성(Flexibility)이 향상된 제품을 얻을 수 있 는 재생 아스콘의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

수거한 폐 아스콘을 재생 플랜트로 회수하여 재분쇄 및 분리하는 단계와;

상기 분쇄된 폐 아스콘을 플랜트 퍼그밀 믹서에 투입하고 신규 아스팔트를 첨가하여 가열하면서 혼합하는 단계와;

상기 혼합물에 가열된 신규 골재를 추가로 첨가하여 혼합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐 아스콘을 이용한 재생 아스콘의 제조방법을 제공함으로써 달성된다.

이하에서는 본 발명에 대하여 좀 더 상세하게 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명의 재생 아스콘을 제조하기 위하여 그 원료로서 도로의 개. 보수공사 및 각종 전기, 수도 배관공사시 발생된 폐 아스콘을 수거하여 분쇄기에서 13㎜이하로 분쇄한 다음, 그 범위를 벗어난 폐 아스콘은 제거하는 분리공정을 시행한다.

그 다음 단계로서 상기 분쇄된 폐 아스콘을 플랜트 퍼그밀에 투입하고 신규 아스팔트를 첨가한 다음, 폐 아스콘 표면의 노후된 바인더가 용융되어 신규 아스팔트에 의해 회생될 수 있도록 160 ~ 180℃의 온도에서 골고루 혼합하며, 이 때 믹싱시간은 20 ~ 30초 동안 이루어지는 것이 폐 아스콘의 노화된 바인더(아스팔트)가 1 차적으로 융해되기 때문에 바람직하다.

이 때 상기 폐 아스콘은 전체량에 대하여 15 ~ 30중량%가 첨가되며, 바인더로 사용되는 신규 아스팔트는 4 ~ 6.5중량%가 되도록 첨가하여 생산된다.

이와 같이 사용되는 신규 아스팔트는 바인더 역할을 수행하며, KS M 2201의 규정에 의한 절대점도가 비교적 낮고 침입도 등급이 80 ~ 100인 AP-3(절대점도 평균 1,000ps) 또는 침입도 등급이 60 ~ 80인 AP-5(절대점도 1,500 ~ 2,000ps)와 같은 일반 아스팔트가 사용된다.

또한, 상기 신규 아스팔트와 함께 노화된 아스팔트의 점도를 회복시키기 위하여 재생첨가제(rejuvenator)를 아스팔트유에 대하여 3 ~ 5중량%를 추가로 첨가할 수 있으며, 상기 재생첨가제로는 고분자 개질첨가제(Polymer modified recycling agent)를 사용하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 신규 아스팔트와 함께 보다 더 우수한 품질확보를 위하여 폴리머 개질재를 신규 아스팔트와 폐 아스콘에 함유된 전체 바이더량에 대하여 3 ~ 7중량%를 추가로 첨가할 수 있으며, 상기 개질제로는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE: Low Density Poly Ethylene), EVA (Ethylene vinyl acetate), SBS (Styrene-Butadien-Styrene triblock copolymer) 등이 사용된다.

그 다음 단계로는, 상기와 같이 폐 아스콘을 비롯하여 신규 아스팔트, 재생첨가제, 폴리머 첨가제를 골고루 혼합한 다음 신규 골재를 플랜트 퍼그밀에 추가로 투입한 다음 20 ~ 30초간 골고루 혼합한다. 이와 같은 추가 믹싱은 1차 비빔에서 신규아스팔트에 의해 폐아스콘에서 이미 녹아나온 바인더와 폐아스콘 골재가 가열 된 신규 골재의 높은 온도에 의해 낮은 점도에서 잘 섞이며 재생혼합물이 완성하는데 필요한 시간으로 플랜트마다 여건에 따라 다소 차이가 있을 것이다.

이 때 사용되는 신규 골재로는 최대입경이 13 ~ 19㎜인 굵은골재와 0.076 ~ 4.75㎜인 잔골재 및 채움재를 사용하며, 상기 신규 골재는 전체량에 대하여 50 ~ 80중량%가 첨가되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 신규 골재를 첨가하여 혼합함에 있어 소정량의 아스팔트를 전체량에 대하여 3 ~ 5.5중량%를 함께 첨가하여 결합력 증강 및 점도조절을 통한 작업성 향상을 꾀할 수 있다.

이와 같은 혼합과정을 거쳐 제조된 재생 아스콘은 1차적으로 폐 아스콘과 신규 아스팔트를 먼저 가열 및 혼합함으로서 폐 아스콘의 표면에 붙어 있던 노후된 아스팔트가 용융되어 신규 아스팔트 유분에 혼입됨과 동시에 상기한 신규 아스팔트는 폐 아스콘 표면에 골고루 묻게 되며, 추후 2차적으로 신규 골재를 첨가하여 폐 아스콘과 혼합함으로서 상기 폐 아스콘 표면에 묻어 있던 신규 아스팔트와 결합되도록 함에 따라, 폐 아스콘과 신규 골재에 대한 바인더(아스팔트)의 노화상태가 균형적으로 존재하도록 한다.

즉, 본 발명의 재생 아스콘은 상기한 혼합방법을 통해 폐 아스콘 및 신규 골재에 대한 아스팔트의 결합력을 향상시키고 노화특성을 감소시켜 강도 및 유연성을 향상시킬 수 있으며, 이는 후술되는 실시 예를 통하여 그 품질이 다방면에서 향상됨을 실험적으로 확인할 수 있었다.

이하 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 자세하게 설명하기는 하나. 하기의 실시 예는 본 발명의 예시일 뿐, 본 발명이 하기의 실시 예에 의하여 제한되는 것은 아니다.

<제조예 1 내지 12>

경기도 용인지역의 회수아스팔트 포장재료(RAP)를 수거한 폐 아스콘을 비롯하여 신규 아스팔트과 신규 골재(최대입경 13㎜이하의 편마암)를 건설교통부 표층용 13㎜밀입도 혼합물을 기준으로 마샬 배합설계를 수행하여 최적 아스팔트 함량을 결정한 다음, 하기와 같은 세가지 타입의 혼합방법에 따라 균일하게 믹싱하였으며, 아울러 상기 혼합과정에 있어서 개질제로서 저밀도 폴리에틸렌(LDPE: Low Density Poly Ethylene)을 선택적으로 첨가하여 하기 표 1과 같은 혼합 배율을 갖는 재생아스콘을 제조하였다.

-A 타입-

플랜트 퍼그밀 내에 13㎜이하로 파쇄된 폐 아스콘과 신규 아스팔트, 신규 골재를 모두 투입하고, 선택적으로 165℃에서 1분간 혼합하여 재생 아스콘을 제조하였다.

-B 타입-

플랜트 퍼그밀 내에 13㎜이하로 파쇄된 폐 아스콘과 신규 골재를 투입하고 180℃의 온도로 가열하면서 혼합함과 동시에 선택적으로 재생첨가제 및/또는 개질제를 첨가한 다음, 상기 퍼그밀에 신규 아스팔트를 첨가하고 동일 온도에서 혼합하여 재생 아스콘을 제조하였다.

-C 타입-

플랜트 퍼그밀 내에 13m이하로 파쇄된 폐 아스콘과 신규 아스팔트를 투입하고 165℃의 온도로 가열하면서 혼합함과 동시에 선택적으로 재생첨가제 및/또는 개질제를 첨가한 다음, 상기 퍼그밀에 신규 골재를 첨가하고 동일 온도에서 혼합하여 재생 아스콘을 제조하였다.

	혼합 방법	규격 및 함량	폐 아스콘	신규 아스팔트	신규골재	개질제(LDPE)
제조예1	A 타입	규격	-	AP-5	편마암	-
제조예1	A 타입	중량%	15	5	80	-
제조예2	B 타입	규격	-	AP-5	편마암	-
제조예2	B 타입	중량%	15	5	80	-
제조예3	C 타입	규격	-	AP-5	편마암	-
제조예3	C 타입	중량%	15	5	80	-
제조예4	A 타입	규격	-	AP-5	편마암	전체 바인더량에 대하여 6중량%를 추가로 첨가함
제조예4	A 타입	중량%	15	5	80
제조예5	B 타입	규격	-	AP-5	편마암
제조예5	B 타입	중량%	15	5	80
제조예6	C 타입	규격	-	AP-5	편마암
제조예6	C 타입	중량%	15	5	80
제조예7	A 타입	규격	-	AP-3	편마암	-
제조예7	A 타입	중량%	30	5	65	-
제조예8	B 타입	규격	-	AP-3	편마암	-
제조예8	B 타입	중량%	30	5	65	-
제조예9	C 타입	규격	-	AP-3	편마암	-
제조예9	C 타입	중량%	30	5	65	-
제조예10	A 타입	규격	-	AP-3	편마암	전체 바인더량에 대하여 6중량%를 추가로 첨가함
제조예10	A 타입	중량%	30	5	65
제조예11	B 타입	규격	-	AP-3	편마암
제조예11	B 타입	중량%	30	5	65
제조예12	C 타입	규격	-	AP-3	편마암
제조예12	C 타입	중량%	30	5	65

<실시예 1>

상기 제조예 1 내지 12와 같이 제조된 재생 아스콘에 대하여 KS 규격에 따른 마샬안정도(stability), 초기 간접인장강도(ITS) 시험, 동결융해에 따른 수분 취약성(TSR) 시험, 반복주행(DS)시험, 변형강도시험(Kim Test)를 수행하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

	혼합방법	Stability (kgf)	ITS (㎏f/㎠)	TSR (%)	DS (cycle/㎜)	kim test (MPa)
제조예 1	A 타입	1,073	9.0	56.9	279.7	2.799
제조예 2	B 타입	1,032	11.8	61.2	263.4	2.888
제조예 3	C 타입	1,002	7.3	73.8	252.6	2.942
제조예 4	A 타입	1,338	13.6	61.7	507.2	3.011
제조예 5	B 타입	1,357	16.4	77.5	454.8	2.945
제조예 6	C 타입	1,294	10.9	88.5	403.0	2.861
제조예 7	A 타입	1,172	11.1	72.8	408.0	2.964
제조예 8	B 타입	1,124	13.3	77.4	396.2	3.021
제조예 9	C 타입	1,152	8.6	76	379.5	2.983
제조예 10	A 타입	1,468	14.2	74.3	812.5	3.214
제조예 11	B 타입	1,522	17.1	88.4	694.5	3.114
제조예 12	C 타입	1,446	11.3	93.4	572.4	2.981

상기 표 2를 통하여 알 수 있듯이, 본 발명의 제조방법에 해당하는 C 타입으로 제조된 재생 아스콘의 경우 A 또는 B 타입으로 제조된 재생 아스콘과 비교하여 초기 간접인장강도는 낮게 나타났으나, 동결융해에 따른 수분취약성 시험 결과 C 타입으로 제조된 재생 아스콘이 매우 우수하게 나타났으며, 이는 신,구 바인더가 균등하게 희생됨에 따라 노화특성을 감소시켜 내구성이 향상시키는 결과를 가져옴을 예측할 수 있다.

또한, 반복주행 시험과 변형강도 시험 결과에서도 C 타입의 재생 아스콘이 소성변형 저항성이 다소 낮게 나타났으며, 이는 폐 아스콘의 노화된 바인더가 1차 비빔에 의해 어느 정도 녹은 후에 신규 골재가 들어가 2차 비빔시 폐 아스콘에 도포된 두꺼운 노화 피막이 벗겨지면서 점도가 회복된 결과이다. 한편, 마샬안정도는 모두 1,000kgf나 그 이상의 값을 나타내어 도로공사 시방 규정에 만족함을 알 수 있다.

아울러, 동일한 타입으로 제조된 재생 아스콘에 있어서도 고분자 개질제를 추가로 첨가하였을 경우 좀 더 향상된 성능을 가져오는 것을 확인할 수 있었다.

<실시예 2>

상기 제조예 1 내지 6의 재생 아스콘 혼합물을 135℃ 오븐에서 4시간 동안 1시간마다 교반해주면서 강제 송풍시킨 다음 공극률 8 ±0.5%의 마샬 공시체를 제조하고, 이를 다시 85℃ 오븐에서 48시간 동안 강제 송풍시킨 후 12시간 동안 방치하여 강제 노화된 재생 아스콘을 생성하고, 상기 강제 노화된 재생 아스콘에 대하여 간접인장피로시험을 하기와 같은 방법으로 수행하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 이에 대한 비교예로서 강제 노화시키지 않은 비노화 아스콘 혼합물에 대해서도 동일한 방법으로 간접인장피로시험을 측정하여 함께 나타내었다.

-간접인장피로시험-

영국 Instron사의 만능 재료시험기를 사용하였고, 소프트웨어로서 Instron Max 2.0을 이용하여 하중, 주기, 반복횟수 등을 조절하여 공시체 측면에 50㎜의 Extensormeter를 설치하여 수평변형량을 측정하고 공치체가 파괴될 때의 수평변화량은 아스콘 혼합물의 피로수명을 측정하는데 사용하였다. 이 때 하중의 진동수는 1.0㎐로 하중제하시간과 휴지시간을 1:9비율로 하였다.

	각 공시체에 대한 피로수명(cycle)
	비노화 아스콘	강제노화 아스콘
제조예 1	1230	12343
제조예 2	1432	13225
제조예 3	860	13865
제조예 4	2367	36550
제조예 5	2736	37164
제조예 6	1477	38780

상기 표 3을 통하여 알 수 있듯이, 비노화 아스콘에 대한 피로시험에서는 본 발명의 제조방법에 해당하는 C 타입으로 제조된 재생 아스콘의 경우 A 또는 B 타입으로 제조된 재생 아스콘과 비교하여 그 피로수명이 낮게 나타났으나, 강제 노화된 아스콘에서는 오히려 C 타입의 재생 아스콘이 더 긴 피로수명을 보여주고 있으며, 개질제를 첨가한 경우 좀 더 그 수명이 늘어났음을 알 수 있다. 이는 노화가 더 진행될수록 그 수명의 차이가 현격히 벌어질 것으로 추정된다.

이는 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 재생 아스콘의 경우 초기강도는 조금 떨어지나, 장시간이 지나 아스콘의 노화가 진행되어도 각 구성물질간의 결합력을 유지함으로서 그 내구성은 오히려 향상됨을 보여주는 결과이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 폐 아스콘을 이용한 재생 아스콘의 제조방법은 종래기술과 차별화되는 새로운 혼합방법을 통해 폐 아스콘 및 신규 골재에 대한 아스팔트의 결합력을 향상시키고 노화특성을 감소시켜 취성에 강한 제품을 얻을 수 있으며, 이로 인하여 내구성 향상에 따른 수명연장을 통해 개. 보수작업에 따른 금전적인 절약과 노동력 낭비를 줄일 수 있는 효과를 가져온다.

Claims

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수거한 폐 아스콘을 재생 플랜트로 회수하여 재분쇄 및 분리하는 단계와;

상기 분쇄된 폐 아스콘을 플랜트 퍼그밀에 투입하고 신규 아스팔트를 첨가함과 동시에, 추가로 폴리머 개질제를 신규 아스팔트와 폐 아스콘에 함유된 전체 바인더량에 대하여 3 ~ 7중량%를 첨가한 후 160 ~ 185℃에서 20 ~ 30초 동안 혼합하는 단계와;

상기 혼합물에 신규 골재로 추가로 첨가하여 160 ~ 185℃에서 20 ~ 30초 동안 혼합하는 단계;를 포함하는 폐 아스콘을 이용한 재생 아스콘의 제조방법에 있어서,

상기 신규 골재로는 최대입경이 13 ~ 19㎜인 굵은골재와 0.076 ~ 4.75㎜인 잔골재 및 채움재가 사용됨을 특징으로 하는 폐 아스콘을 이용한 재생 아스콘의 제조방법.