KR100813164B1 - 고 내구성을 지닌 투수아스팔트콘크리트 및 그 제조방법 - Google Patents

고 내구성을 지닌 투수아스팔트콘크리트 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내부에 형성된 무수한 공극을 통해 공기와 물이 순환되어 일정한 투수성을 유지하면서 동시에 높은 내구성을 지닌 투수성 포장체를 제공하는 투수아스팔트콘크리트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 굵은골재와 잔골재와 아스팔트와 채움재가 일정비율로 혼합되어 제조된 투수아스팔트콘크리트에 있어서, 굵은골재 65 내지 80중량%와, 잔골재 14 내지 26중량%와, 아스팔트 4 내지 5중량%와, 채움재와 내구성 증진재인 규조토가 일정비율로 혼합된 채움재혼합물 2 내지 4중량%로 구성되어 있어 투수성 포장체의 투수성 및 안정성이 크게 향상되면서 높은 내구성을 지니도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 고 내구성을 지닌 투수아스팔트콘크리트 및 그 제조방법에 관한 것이다.
투수아스팔트콘크리트, 굵은골재, 잔골재, 채움재, 규조토, 채움재혼합물, 아스팔트

Description

고 내구성을 지닌 투수아스팔트콘크리트 및 그 제조방법{Waterpermeable asphalt concrete with high durability and the method of manufacturing thereof}
본 발명은 내부에 형성된 무수한 공극을 통해 공기와 물이 순환되어 일정한 투수성을 유지하면서 동시에 높은 내구성을 지닌 투수성 포장체를 제공하는 투수아스팔트콘크리트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 굵은골재와 잔골재와 아스팔트와 채움재가 일정비율로 혼합되어 제조된 투수아스팔트콘크리트에 있어서, 굵은골재 65 내지 80중량%와, 잔골재 14 내지 26중량%와, 아스팔트 4 내지 5중량%와, 채움재와 내구성 증진재인 규조토가 일정비율로 혼합된 채움재혼합물 2 내지 4중량%로 구성되어 있어 투수성 포장체의 투수성 및 안정성이 크게 향상되면서 높은 내구성을 지니도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 고 내구성을 지닌 투수아스팔트콘크리트 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 투수아스팔트콘크리트는 굵은골재가 아스팔트, 채움재, 첨가재 등으로 구성된 결합재로 둘러쌓여 있어 시공시 골재 사이에 수많은 공극이 형성되면서 일정한 투수성을 나타내는 투수성 포장체를 형성하도록 되어 있으나, 상기 공극들 때문에 전체적인 강도가 떨어져 주로 인도, 공원, 산책로 등 미관이 요구되는 장소에 유색 투수성 포장체로 사용되거나 인조잔디의 기층용 등 큰 하중이 가해지지 않는 장소에만 제한적으로 사용되고 있다.
그러나, 상기와 같이 시공된 투수성 포장체의 내부는 공극을 통하여 지속적으로 순환되는 공기와 물의 작용에 의하여 골재 표면에 결합되는 얇은 아스팔트 등으로 된 결합재가 산화되면서 점성을 잃고 부스러져 투수성 포장체의 수명이 쉽게 단축되는 현상이 발생하였고, 특히 하절기에는 고온 및 상재하중에 의해 아스팔트가 연화되어 공극이 변형되면서 막혀 투수성이 더욱 저하되는 문제점이 발생하고 있다.
이러한 문제점들을 개선하기 위하여 대한민국 특허등록 제10-023985호에서는 포오틀란드시멘트로 된 충진재와 조골재와 세골재와 열가소성수지와 아스팔트가 일정비율로 혼합된 아스팔트혼합물이 개시되었으며, 또한 대한민국 특허등록 제 10-0272799호에서는 굵은골재와 중간골재와 채움재와 아스팔트로 이루어진 혼합물에 강도와 내구성을 높이기 위한 강화제로서 SBR라텍스, 아크릴수지, 에폭시, 분쇄폐타이어 등을 첨가한 다공성 아스팔트콘크리트가 개시되었는데, 상기와 같은 종래 기술들은 열가소성수지나 강화제로 사용된 수지들이 모두 고가의 첨가제로서 재료 비용이 크게 증가하게 되어 실질적으로 사용되고 있지 않은 기술들이며, 또한 안정성 및 내구성 향상 효과가 극히 미약하여 높은 투수성과 동시에 높은 내구성을 나타내지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 높은 내열성을 지닌 규조토를 채움재에 일정비율로 치환하여 첨가 혼합함으로써 하절기 고온과 큰 하중에 의해 아스팔트가 연화되어 공극이 막히는 현상을 방지하고, 굵은골재와 잔골재와 아스팔트와 채움재혼합물을 최적의 비율로 혼합하여 일정한 투수성을 유지하면서도 투수아스팔트콘크리트를 구성하는 골재간의 접촉부에 아스팔트와 채움재와 규조토로 된 결합재가 견고하고 밀접하게 부착되어 물과 공기에 의한 산화작용을 지연시켜 투수성 포장체의 수명을 연장시키고, 이로 인해 투수성 포장체의 내구성이 향상되어 장기 안정도가 크게 증진되며 변형에 대한 저항성이 증대되도록 하는 것에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 굵은골재와 잔골재와 아스팔트와 채움재가 일정비율로 혼합되어 제조되는 투수아스팔트콘크리트에 있어서, 입도가 13 내지 2.5mm인 굵은골재 65 내지 80중량%와, 입도가 5 내지 0.08mm인 잔골재 14 내지 26중량%와, 아스팔트 4 내지 5중량%와, 채움재와 내구성 증진재인 규조토가 9 ~ 1 : 1 ~ 7의 중량비로 혼합되어 있되 상기 규조토는 아스팔트 중량에 대하여 10 내지 35중량%로 첨가되어 있는 채움재혼합물 2 내지 4중량%로 구성되어 있는 것에 본 발명의 특징이 있다.
상기와 같이 본 발명에 의하면 투수아스팔트콘크리트는 아래 실시예에 의한 시험 결과에서 알 수 있듯이 채움재의 일부로 사용하는 적정비율의 규조토가 아스팔트를 흡착하여 아스팔트와 채움재와 규조토로 된 결합재의 물성이 향상되고 굵은골재간의 접촉부에서 골재 표면에 부착되는 결합재가 견고하고 밀접하게 부착됨으로써 아스팔트의 변형방지 내구성지수인 마샬안정도가 증가하며, 이에 따라 투수아스팔트콘크리트 포장체 내외부에서 물과 공기의 순환에 따른 노화현상이 방지되고 내열성이 높은 규조토에 의해 고온에 따른 소성변형이 예방되며 포장표면의 마모저항성이 개선되어 투수성 포장의 수명이 연장되고, 인도, 산책로, 공원 등 사람이 이용하는 장소에 더욱 다양하고 쾌적하게 이용됨은 물론 차도에도 적용가능하여 그 사용용도가 폭넓게 되며 이러한 투수아스팔트콘크리트를 저렴하게 제조하는 효과가 있다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 투수아스팔트콘크리트는 굵은골재 65 내지 80중량%와, 잔골재 14 내지 26중량%와, 아스팔트(asphalt) 4 내지 5중량%와, 채움재(filler)와 내구성 증진재인 규조토(diatomite)가 9 ~ 1 : 1 ~ 7의 비율로 혼합된 채움재혼합물 2 내지 4중량%가 혼합된 것으로 구성되어 있다.
상기 굵은골재는 전체 투수아스팔트콘크리트의 중량에 대하여 65 내지 80중량% 사용하되, 한국산업규격 KSF 2357(아스팔트 혼합물용 골재)에서 규정한 입도가 13 내지 2.5mm의 것으로, 20, 13, 10, 5, 2.5, 1.2mm 체에 각각 100중량%, 90 ~ 100중량%, 40 ~ 75중량%, 5 ~ 25중량%, 0 ~ 10중량%, 0 ~ 5중량% 통과하는 골재를 사용하며, 상기 잔골재는 전체 투수아스팔트콘크리트의 중량에 대하여 14 내지 26중량% 사용하되, 한국산업규격 KSF 2357(아스팔트 혼합물용 골재)에서 규정된 입도가 5 내지 0.08mm의 것을 사용한다.
상기 아스팔트는 한국산업규격 KSM 2201(도로포장용 아스팔트)에 기준된 것을 사용하며 전체 투수아스팔트콘크리트의 중량에 대하여 4 내지 5중량%로 사용하되, 상기 투수아스팔트콘크리트의 전체 중량에 대하여 4중량% 미만으로 사용하면 결합재(아스팔트와 채움재와 규조토가 혼합된 것)로서의 중량이 부족하여 목표 안정도에 도달되지 못하는 문제점이 발생되고 5중량%를 초과하여 사용시에는 결합재로서의 중량이 많아 투수성이 크게 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
상기 채움재혼합물은 투수아스팔트콘크리트에서 아스팔트와 결합하여 굵은골재와 잔골재의 간극을 채워주는 역할을 하며 아스팔트풀(mastic) 상태로 골재를 피복함으로서 감온성을 적게하고 내구성을 향상시키며 아스팔트의 점성을 개선하여 여름철 고온에서 유동을 방지하고 겨울철 한냉시 취성을 감소시키는 목적으로 사용 되며, 채움재와 규조토가 일정비율로 혼합되어 사용되는데, 상기 채움재와 규조토의 혼합비율은 9 ~ 1 : 1 ~ 7의 중량비로 혼합되며 규조토가 상기 혼합비율을 벗어난 범위로 채움재와 혼합되는 경우에는 안정도 및 투수계수가 모두 낮아져 본 발명에 따른 목적에 부합하지 못하게 된다.
또한, 본 발명에서는 채움재혼합물의 중량이 증가할수록 최대안정도는 증가하나 투수성이 상대적으로 감소하게 되는데, 전체 투수아스팔트콘크리트의 중량에 대하여 2중량% 미만으로 사용시에는 안정도의 발현이 적고 반대로 4중량%를 초과하여 사용시에는 공극이 너무 적어 투수성이 저하된다.
상기 채움재는 한국산업규격 KSF 3501(역청포장용 채움재)에 따라 0.6, 0.3, 0.15, 0.08mm체에 각각 100중량%, 95중량% 이상, 90중량% 이상, 70중량% 이상 통과하는 것을 기준하여 사용하되 투수아스팔트콘크리트의 안정도 및 투수계수를 고려하여 상기 굵은골재, 잔골재, 채움재의 합성입도는 20, 13, 5, 2.5, 0.3, 0.08mm체에 각각 100중량%, 95 ~ 100중량%, 15 ~ 35중량%, 10 ~ 25중량%, 5 ~ 15중량%, 0 ~ 10중량% 통과하는 것을 사용한다.
상기 채움재로는 석회석 분말, 화성암 분말, 시멘트 소석회, 제강 더스트 등이 사용된다.
한편, 필요에 따라서 본 발명의 투수아스팔트콘크리트 제조를 위하여 생산 현장에서 채취되는 골재가 상기 한국산업규격의 기준입도를 벗어나더라도 상기 합성입도를 만족시키는 경우에는 사용할 수도 있다.
상기 규조토는 내구성 증진재로서, 수중 단세포식물인 규조류의 잔재로 이루어진 퇴적암이며 화학조성은 85 내지 93 중량%가 실리카(SiO2)를 함유한 비정질 다공성구조이고 800 ~ 1200℃ 회전로에서 융제를 첨가하여 소성 분쇄하여 불순물을 제거한 것을 사용하며, 이러한 규조토는 물리 화학적 작용에 대해 안정되고, 일반적인 아스팔트의 연화점이 49.2℃인데 비해 규조토는 약 1400℃에서 연화될 정도로 매우 높은 내열성을 가지고 있어 하절기 고온에 의해 아스팔트가 연화되어 공극이 막히는 현상을 방지하는 역할을 하며, 또한 아스팔트 혼합물용으로 일반적으로 사용되는 채움재에 비해 수 백배의 표면적을 지니고 있어 높은 흡착성 및 분산성 등이 매우 뛰어난 성질이 있다.
상기 규조토는 투수아스팔트콘크리트의 아스팔트결합재의 일부로 적절한 중량으로 이용함으로써 아스팔트를 흡착하여 다짐성 및 부착강도, 아스팔트콘크리트의 강도(안정도)의 척도인 골재의 맞물림, 마모저항, 물과 공기 유입시 화학적 안정성 등의 증진효과, 하절기 고온에 의한 변형억제 등 내구성 증진재로서의 다양한 이점을 제공하게 된다. 반면 규조토의 가격은 다른 아스팔트 개질재에 비해 저렴하므로 경제적으로 이용할 수 있다.
본 발명에서 규조토는 상기와 같은 유용성 때문에 결합재(아스팔트와 채움재와 규조토의 혼합물)가 굵은골재 표면에 최적 두께로 부착되면서 골재간 접촉부 부근에 상기 결합재가 견고하고 밀접하게 부착되도록 한다.
또한, 상기 규조토는 채움재와 일정비율로 혼합되어 사용하는데, 선정되는 규조토와 아스팔트의 비중을 고려하여 아스팔트를 흡착한 후 남는 잉여 규조토가 생기지 않도록 하는 것이 중요하다. 따라서 규조토의 사용 중량은 아스팔트 중량의 10 내지 35중량%로 첨가되며 아스팔트 중량에 대하여 10중량% 미만으로 사용시에는 흡착되는 아스팔트의 량이 적어 물성개선 효과가 적게 나타나고 아스팔트 중량에 대하여 35중량%를 초과하여 사용시에는 아스팔트를 흡착하고 남은 잉여 규조토가 투수아스팔트콘크리트의 안정도 및 투수성을 낮추는 악영향을 끼치게 된다.
한편, 본 발명에 따른 투수아스팔트콘크리트는 규조토의 흡착 및 분산성에 따라 아스팔트용 안료(일반적인 아스팔트용 안료사용)의 첨가가 용이하게 되어 색상을 고르게 분포된 유색 투수아스팔트콘크리트를 제조할 수 있는데, 이 경우에는 색상 발현도에 따라 전체 투수아스팔트 콘크리트의 중량에 대하여 아스팔트용 안료 1.5 내지 3 중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예는 다음과 같다.
< 실시예 >
(가) 골재의 입도 선정
굵은골재는 최대치수가 13mm이며 13mm체의 통과중량백분율이 99.3%이고 2.5mm 체의 통과중량백분율이 1.4%인 것을 사용하였고, 잔골재는 최대치수가 5mm 이며 5mm체의 통과중량백분율이 92%이고 0.08mm체의 통과중량백분율이 2.2%인 것을 사용하였으며, 상기 굵은골재와 잔골재는 충북 진천군 백곡면 구수리 599-1 소재 삼강산업(주) 석산에서 채취된 것을 사용하였고, 채움재는 0.08mm체의 통과중량백분율이 91%인 상원ENC사의 제강더스트를 사용하였다.
(나) 배합설계
아스팔트와 채움재혼합물(채움재 : 규조토)의 첨가혼합비율을 일정하게 변화시키면서 아래 < 표1 >과 같이 A(규조토 미첨가), B(채움재:규조토=5.5:1), C(3.2:1), D(1.4:1), E(1:1.6)의 시료를 배합하였다.
< 표1 > 투수아스팔트콘크리트의 배합표
구 분 배합량 (중량%) 배합중량(채움재 : 규조토)
A(비교예) B(5.5:1) C(3.2:1) D(1.4:1) E(1:1.6)
굵은골재 71.86 ~ 71.25 754.5g 752.9g 751.3g 749.7g 748.1g
잔 골 재 21.08 ~ 20.89 221.4g 220.9g 220.4g 219.9g 219.4g
채움재 혼합물 채움재 2.86 30.0g 25.4g 22.8g 17.4g 11.6g
규조토 0.0g 4.6g 7.2g 12.6g 18.4g
아스팔트 4.2 ~ 5.0 44.1g 46.2g 48.3g 50.4g 52.5g
합 계 100중량% 1,050g 1,050g 1,050g 1,050g 1,050g
(주-1) 상기 규조토는 융제 소성제품으로 SiO2 함량이 90중량%이며, 45㎛체의 통과중량백분율이 40중량%이고 106㎛체의 통과중량백분율이 95%이며, 습윤밀도는 0.33 ~ 0.37g/㎤, 비중은 2.33인 해동규조토의 Hyancell #200를 사용하였고, 상기 아스팔트는 SK(주)의 침입도 60 ~ 80인 스트레이트 아스팔트를 사용하였다.
또한, A배합은 비교예로서 규조토를 사용하지 않은 상태에서의 배합이고, B, C, D, E배합은 각각 채움재와 규조토를 일정비율로 배합하되 규조토의 배합량은 아스팔트중량에 대하여 각각 10, 15, 25, 35중량%를 배합한 것을 사용하였다.
(다) 물성시험
상기 A, B, C, D, E의 시료를 각각 혼합한 다음 직경 10cm, 높이 6.5cm의 공시체를 제작하고, 각각의 밀도, 공극율, 포화도, 안정도, 흐름치, 투수계수를 시험측정하였으며, 상기 밀도는 KSF 2311(밀도 시험)를 기준으로 측정하고 안정도는 KSF 2337(마샬안정도 시험)을 기준으로 측정하며 투수계수는 KSF 2394(투수성 포장체의 현장 투수시험 방법) 규정에 따라 측정하여 각 시료마다 5회실시하여 그 평균값을 아래 < 표2 >에 나타내었다.
< 표2 > 물성시험 결과표
물성시험항목 시료번호 기준치
A(비교예) B C D E
밀도(ton/㎥) 2.276 2.257 2.251 2.246 2.247
공극율(%) 11.8 12.3 12.2 12.2 12.0 12이상
포화도(%) 43.9 44.5 45.1 46.1 47.7 40 ~55
안정도(kg) 534 545 550 574 540 보도400이상 차도500이상
흐름치 (1/100cm) 23 24 21 21 26 20 ~ 40
투수계수 (cm/sec) 0.11 0.13 0.13 0.13 0.12 1×10-2
(주-1) 상기 각 공시체 다짐회수 양면 50회씩을 실시하여 제작하였다.
본 발명의 투수아스팔트콘크리트에서 채움재와 규조토를 일정비율로 치환하되 상기 규조토는 아스팔트 중량에 대하여 10 내지 35중량% 범위내에서 일정비율로 혼합한 채움재혼합물을 사용한 것(B, C, D, E)과 규조토를 사용하지 않은 비교예(A)의 물성시험 결과를 분석하면, 내구성 증진재인 규조토의 사용시 밀도가 감소하고 공극율이 증가하더라도 마샬안정도(아스팔트의 변형방지 내구성지수)는 증가하게 되어 장기간 사용시 내구성이 향상되는 효과를 얻을 수 있으며, 규조토 사용 량이 35중량%를 초과하는 경우에는 그 값이 감소하게 되는데 이는 규조토의 사용량이 과다하게 되어 아스팔트를 흡착하고 남은 잉여 규조토가 발생하기 때문이다.
또한, 투수계수는 내구성 증진재인 규조토를 사용하는 경우가 규조토를 사용하지 않는 경우보다 증가하게 되는데 이는 규조토가 혼합된 결합재(아스팔트와 채움재와 규조토의 혼합물)가 골재를 적정두께로 고르게 피복하며 골재간의 접촉부에서 상기 결합재가 견고하고 밀접하게 부착되기 때문에 밀도는 감소하고 공극율이 증가하게 되어 결과적으로 투수계수가 증가하게 되며, 규조토의 사용량이 아스팔트 중량에 대하여 35중량%를 초과하게 되면 아스팔트에 흡착되고 남은 잉여 규조토가 공극을 막아 공극율과 투수계수가 감소하게 된다.
한편, 상기 포화도는 공시체가 내부의 간극 중에 아스팔트를 포함한 결합재가 점유하는 비율을 나타낸 것으로 모두 기준치인 40 ~ 55%내의 수치를 나타내었고, 상기 흐름치는 공시체를 상하에서 가압하여 압축시 붕괴직전의 변형량을 측정한 것으로 기준치에 모두 만족한 결과를 나타내었다.

Claims (5)

  1. 굵은골재와 잔골재와 아스팔트와 채움재를 일정비율로 혼합하여 제조하는 투수아스팔트콘크리트의 제조방법에 있어서, 입도가 13 내지 2.5mm인 굵은골재 65 내지 80중량%와, 입도가 5 내지 0.08mm인 잔골재 14 내지 26중량%와, 아스팔트 4 내지 5중량%와, 채움재와 내구성 증진재인 규조토를 9 ~ 1 : 1 ~ 7의 중량비로 혼합하되 상기 규조토는 아스팔트 중량에 대하여 10 내지 35중량%로 첨가한 채움재혼합물 2 내지 4중량%를 혼합하여 제조하는 것을 특징으로 하는 고 내구성을 지닌 투수아스팔트콘크리트의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서, 상기 투수아스팔트콘크리트는 전체중량에 대하여 1.5 내지 3중량%의 아스팔트용 안료가 첨가 혼합되는 것을 특징으로 하는 고 내구성을 지닌 투수아스팔트콘크리트의 제조방법.
  5. 굵은골재와 잔골재와 아스팔트와 채움재가 일정비율로 혼합되어 제조된 투수아스팔트콘크리트에 있어서, 입도가 13 내지 2.5mm인 굵은골재 65 내지 80중량%와, 입도가 5 내지 0.08mm인 잔골재 14 내지 26중량%와, 아스팔트 4 내지 5중량%와, 채움재와 내구성 증진재인 규조토가 9 ~ 1 : 1 ~ 7의 중량비로 혼합되어 있되 상기 규조토는 아스팔트 중량에 대하여 10 내지 35중량%로 첨가된 채움재혼합물 2 내지 4중량%가 혼합되어 제조된 것을 특징으로 하는 고 내구성을 지닌 투수아스팔트콘크리트.
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