KR100893545B1 - 피브이에이섬유 및 자선 전로슬래그를 이용한 고내유동성 아스팔트콘크리트의 시공방법 - Google Patents

피브이에이섬유 및 자선 전로슬래그를 이용한 고내유동성 아스팔트콘크리트의 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자력선별(磁力選別)된 경량 전로슬래그(轉爐 slag)를 골재로 적용하고, 강도와 부착성이 우수한 피브이에이(PVA, polyvinyl alcohol)섬유를 혼합한 아스팔트콘크리트로서, 필러와 피브에이섬유가 혼합된 배합필러를 저융점합성수지로 포장하여 배합필러백을 구성하며 이 배합필러백을 시공 현장에서 여타 구성요소와 혼합, 가열함으로써 현장에서의 개질재 계량 및 혼합 공정 없이도 간편하고 정밀한 시공이 가능하도록 한 것이다.
본 발명을 통하여 내유동성(耐流動性) 및 안정성이 우수한 아스팔트콘크리트를 경제적으로 제조할 수 있으며, 현장에서의 배합 및 포설공정을 간소화하여 시공 편의성을 증대하고 공기를 단축하는 효과를 얻을 수 있다.
아스팔트, 피브이에이(PVA)섬유, 전로슬래그(轉爐 slag)

Description

피브이에이섬유 및 자선 전로슬래그를 이용한 고내유동성 아스팔트콘크리트의 시공방법{CONSTRUCTION METHOD OF HIGHLY RUT-RESISTANT ASPHALT CONCRETE WITH PVA FIBER AND MAGNETICALLY SEPARATED CONVERTER SLAG}
본 발명은 전로슬래그(轉爐 slag) 골재와 합성수지제 섬유상(纖維狀) 개질재(改質材)가 포함된 아스팔트콘크리트에 관한 것으로, 제강 부산물로서 일반 천연골재에 비하여 마모 감량이 적고 강도가 우수한 전로슬래그를 자력선별(磁力選別)하여 경량화하고, 강도와 부착성이 우수할 뿐 아니라 비교적 저가의 소재인 피브이에이(PVA, polyvinyl alcohol)섬유를 혼합한 아스팔트콘크리트 이다.
또한, 미세 섬유상 개질재인 피브이에이섬유를 아스팔트에 직접 혼합하거나, 아스팔트콘크리트의 포설시 혼합하는 것이 아니라, 필러(filler)와의 선혼합을 통하여 균일한 재료분포를 유도하고, 필러와 피브에이섬유가 혼합된 배합필러를 저융점합성수지로 포장하여 배합필러백을 구성하며, 이 배합필러백을 시공 현장에서 여타 구성요소와 혼합, 가열함으로써 현장에서의 개질재 계량 및 혼합 공정 없이도 간편하고 정밀한 시공이 가능하도록 한 것이다.
도로 포장체로서 널리 사용되는 아스팔트콘크리트는 탄화수소의 비금속유도체를 포함한 액체, 반고체 또는 고체상 물질인 아스팔트와 골재(骨材)의 혼합물로서, 통상 모래, 자갈 등의 골재와 석유 아스팔트 등이 혼합, 가열되어 시공면에 포설됨으로써 포장체를 구성하게 된다.
일반적인 아스팔트콘크리트 혼합물의 구성요소로는 골재, 아스팔트, 필러(filler)를 들 수 있으며, 이 외에 아스팔트콘크리트의 물리, 화학적 특성을 개선하기 위한 개질재 또는 개질제가 소량 포함된다.
아스팔트콘크리트 혼합물에서는 골재가 차지하는 체적이 75% 이상이기 때문에 골재의 특성이 혼합물의 물리, 화학적 특성에 미치는 영향이 지대한 바, 재질, 입도, 내마모성, 유기물 함유량, 형상, 부착성 및 조달 편의성 등을 고려하여 최적의 골재를 선정하게 된다.
필러는 골재간 공극을 충전하여 아스팔트의 소요량을 절감하고 혼합물의 안정성, 내마모성 및 내노화성을 발현하는 것으로, 통상 유기물 함량이 낮은 석회암분말, 시멘트 또는 화성암분말 등이 사용된다.
아스팔트콘크리트의 주 수요처인 도로 포장에 있어서, 아스팔트콘크리트는 시공상 신속성 및 간편성이 우수함은 물론 주행성 및 대 결빙 안정성이 뛰어나며, 초기 공사비가 낮은 장점이 있는 반면, 한랭지에서의 취성파괴, 감온성으로 인한 중차량(重車輛) 운행시 소성변형(Rutting), 마모손상 및 이로 인한 유지관리비용 소요라는 단점이 있으며, 소요 조건을 만족하는 천연골재의 공급에 한계가 있는 점 또한 아스팔트콘크리트의 적용상 난점이라 할 수 있다.
이에, 아스팔트콘크리트 혼합물에 다양한 개질재(改質材) 또는 개질제(改質劑)를 혼합하거나, 아스팔트콘크리트 골재의 물성 또는 소재를 변화하여 아스팔트콘크리트의 단점을 보완하고 소기의 특성을 발현할 수 있도록 한 다양한 기법이 개발되어 적용되고 있으며, 그 대표적인 예로서 다음과 같은 개질 아스팔트콘크리트를 들 수 있다.
우선, 한냉시의 취성파괴 방지와 내마모성 및 내유동성 향상을 위하여 아스팔트에 가황 고무를 혼입한 고무혼입 아스팔트를 들 수 있는데, 이는 아스팔트 자체에 고무유화액을 혼합한 것으로, 연화점이 상승되고 점착력, 내취성 및 내유동성이 증대되는 장점이 있으나, 아스팔트 제조공정에서 필히 고무가 혼합되어 가공되어야 하는 것으로 현장에서의 개질제 혼합으로는 제조가 불가능한 바, 신속한 현장 적용성이 떨어지며, 고점성으로 인하여 다짐 저항이 증대되고 공극율이 증가될 뿐 아니라 시공시 혼합온도를 일반 아스팔트에 비하여 높게 유지하여야 하는 등의 문제점이 있다.
또한, 내유동성을 증대하기 위하여 스트레이트 아스팔트(straight asphalt)를 조작하여 감온성 및 점도를 개선한 세미블로운 아스팔트(semi-blown asphalt)와, 제조공정에서 열가소성수지를 첨가한 아스팔트 등을 들 수 있는데, 이들 모두 아스팔트 자체에 특성을 부여한 것이므로 복잡한 아스팔트 제조공정이 필요하고 제조비용이 고가일 뿐 아니라, 현장에서의 개질은 불가능한 문제점이 있었다.
이 밖에 아스팔트콘크리트의 골재 물성 또는 골재간 결합성을 개선한 예로 서, 롤드(rolled) 아스팔트콘크리트, 폼드(foamed) 아스팔트콘크리트 및 반강성(半剛性) 아스팔트콘크리트 등을 들 수 있다.
롤드 아스팔트콘크리트는 샌드 아스팔트 모르터(sand asphalt mortar)에 단입도의 쇄석을 일정량 혼입하여 포설한 후 아스팔트로 피막된 쇄석을 칩핑(chipping)하여 시공되는 것으로, 수밀성 및 내마모성이 우수하다.
폼드 아스팔트콘크리트는 가열된 아스팔트를 발포분사(發泡噴射)하여 골재와 혼합하는 방식으로 시공되는 것으로, 골재간 결합력 및 마감성이 우수하다.
반강성 아스팔트콘크리트는 시멘트 페이스트(cement paste)를 개입도 아스팔트콘크리트에 가압 침투시킨 것으로 강성, 내열성 및 내유동성이 우수하다.
그러나 이렇듯 골재의 물성 또는 골재간 결합성을 개선한 아스팔트콘크리트는 가열혼합 및 포설로 완료되는 전통적인 아스팔트콘크리트의 시공 공정을 탈피한 특수 공정을 수반하는 것으로, 일반 포장체 시공에 대한 적용성이 떨어지고, 고액의 공사비가 소요되는 문제점이 있다.
한편, 천연골재를 대체하는 방식으로서 철강산업의 부산물인 슬래그(slag)를 분쇄하여 골재로서 사용하는 슬래그 아스팔트콘크리트를 들 수 있다.
슬래그 아스팔트콘크리트에서 골재로 사용되는 철강 슬래그는 천연골재에 비하여 경질(硬質)이고 내마모성이 우수한 특성이 있으며, 산업 부산물의 재활용이라는 측면에서 경제성 또한 겸비한 소재라 할 수 있다.
철강 슬래그는 석회(산화칼슘, CaO) 및 실리카(이산화규소, SiO2)가 주성분 으로서 화학적 조성은 포틀랜드시멘트와 유사하며, 시멘트콘크리트의 혼화재 및 골재, 항만용 매립재, 도로용 노반재 및 비료 등으로 다양하게 활용되고 있다.
이러한 철강 슬래그는 제철공정에서 발생되는 고로슬래그와 제강공정에서 발생되는 제강슬래그로 분류되며, 이중 고로슬래그는 용융상태에서의 냉각 방식에 따라 서냉슬래그와 급냉슬래그로, 제강슬래그는 용강(鎔鋼) 방식에 따라 전로슬래그와 전기로슬래그로 분류된다.
이중 제강슬래그는 고로슬래그에 비하여 경질이고 내마모성이 뛰어나며, 내부마찰각 또한 유리한 장점이 있으나, 초기 수팽창붕괴성을 가지고 있어 골재로서의 활용이 활발하지 못하였다.
그러나 에이징(aging)을 통한 유리석회(遊離石灰)의 제거과정을 통하여 안정성을 확보함으로써, 골재로서의 활용도가 높아지고 있으며, 천연골재와의 혼합, 고로슬래그와의 혼합 또는 제강슬래그의 단독사용 등, 다양한 방식으로 아스팔트콘크리트의 골재로서 적용되고 있다.
전술한 바와 같이, 아스팔트콘크리트의 물리, 화학적 특성을 개선하기 위하여 아스팔트의 제조공정상 다양한 처리기법 및 첨가물을 적용하고, 물리, 화학적 특성은 물론 경제성이 우수한 대체 골재를 적용한 다양한 개질 아스팔트콘크리트가 개발되었으나, 이들 개질 아스팔트콘크리트는 공통적으로 다음과 같은 문제점을 내포하고 있다.
우선 개질제의 첨가 또는 제조공정상의 특수 처리를 통하여 아스팔트 자체의 물리, 화학적 특성을 개선한 아스팔트콘크리트는 모두 아스팔트의 제조공정상 처리를 전제로 하는 것으로, 사용자는 기성품인 고가의 특수 아스팔트를 구매하여 시공할 수 밖에 없어 경제성과 시공관리 및 현장 호환성에서 불리하다.
이 밖에 골재의 물성 또는 골재간 결합성을 개선한 아스팔트콘크리트 또한 특수한 공정이 필요한 경우가 대부분이어서, 현장 적용성이 낮고 고액의 공사비가 소요되는 문제점이 있으며, 대체 골재로서 사용되는 철강 슬래그, 특히 물리적 특성이 우수한 제강슬래그는 천연골재와 대동소이한 공정으로 시공이 가능한 장점이 있으나, 일반 골재에 비하여 큰 단위중량으로 인하여 전체 아스팔트콘크리트 구조체의 경량화에 불리한 심각한 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 조골재(粗骨材), 세골 재(細骨材), 아스팔트, 필러(filler) 및 섬유상(纖維狀) 개질재(改質材)로 구성된 아스팔트콘크리트에 있어서, 조골재 및 세골재는 자력선별(磁力選別)을 거친 밀도 3.3g/㎤ 이하의 전로슬래그(轉爐 slag)이고, 섬유상 개질재는 직경 6㎛ 내지 10㎛, 길이 4mm 내지 8mm인 피브이에이(PVA, polyvinyl alcohol)섬유임을 특징으로 하는 피브이에이(PVA)섬유 및 자선(磁選) 전로슬래그를 이용한 고내유동성 아스팔트콘크리트로서, 상기 피브이에이섬유의 함량은 아스팔트의 중량을 기준으로 2중량% 내지 10중량%인 것이다.
또한, 상기 고내유동성 아스팔트콘크리트를 시공하는 방법에 있어서, 전로슬래그를 자력선별(磁力選別)하여 밀도 3.3g/㎤ 이하의 저비중 전로슬래그만을 수집하는 골재수집단계(S11)와, 수집된 저비중 전로슬래그 골재를 입경에 따라 조골재와 세골재로 분류하는 골재분류단계(S12)와, 필러(filler)와 피브이에이섬유를 분말혼합장치에 투입하여 배합필러를 구성하는 분말배합단계(S21)와, 배합필러를 저융점합성수지제 포장백에 투입한 후 봉합하여 배합필러백을 제작하는 필러백제작단계(S22)와, 아스팔트콘크리트 시공 현장에서 상기 조골제, 세골제 및 배합필러백과 아스팔트를 혼합, 가열하여 계획지점에 포설하는 포설단계(S30)로 이루어짐을 특징으로 하는 피브이에이(PVA)섬유 및 자선(磁選) 전로슬래그를 이용한 고내유동성 아스팔트콘크리트의 시공방법이다.
본 발명을 통하여 내유동성(耐流動性) 및 안정성이 우수한 아스팔트콘크리트 를 경제적으로 제조할 수 있으며, 현장에서의 배합 및 포설공정을 간소화하여 시공 편의성을 증대하고 공기를 단축하는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 상세한 구성 및 수행절차는 다음과 같다.
우선 본 발명의 아스팔트콘크리트 혼합물은 밀도 3.3g/㎤ 이하의 경량 전로슬래그(轉爐 slag)인 조골재(粗骨材) 및 세골재(細骨材)와 아스팔트, 필러, 피브이에이(PVA, polyvinyl alcohol)섬유로 구성된다.
경량 전로슬래그는 에이징(aging) 처리된 전로슬래그를 자력선별(磁力選別)함으로써 확보하는데, 자력선별전 평균밀도가 3.4g/㎤에 달하는 전로슬래그는 자력선별을 통하여 철(Fe) 함량이 높은 전로슬래그를 제거함으로써 밀도가 3.3g/㎤ 이하로 경량화된다.
이러한 자력선별을 통한 전로슬래그의 경량화는 도 1에서와 같이, 허용밀도인 3.3g/㎤ 이하가 될때까지 반복 수행될 수 있으며, 자력선별된 경량 전로슬래그는 입경에 따라 조골재(粗骨材) 및 세골재(細骨材)로 분류된다.
본 발명의 아스팔트콘크리트 혼합물에는 섬유상(纖維狀) 개질재(改質材)로서 피브이에이(PVA, polyvinyl alcohol)섬유가 첨가되는데, 피브이에이섬유는 범용 합성섬유 중에서 강도와 탄성률이 높을 뿐 아니라, 내후성, 내열성 및 내알칼리성이 우수한 특성이 있다.
본 발명에서 피브이에이섬유는 도 2에서와 같이, 직경 6㎛ 내지 10㎛, 길이 4mm 내지 8mm의 환봉상 스테이플(staple)로서, 필러(filler)와의 선혼합을 통하여 균질의 혼합물인 배합필러를 구성하게되며, 이후 아스팔트콘크리트 혼합물에 첨가시 우수한 부착성 및 독특한 역학적 특성을 발현하여 아스팔트콘크리트의 내취성 및 내유동성을 모두 향상시키게 된다.
즉, 본 발명의 피브이에이섬유는 아스팔트 자체에 용융 또는 융해되어 혼합되는 것이 아니라, 피브이에이섬유 자체의 형체와 물성을 최대한 유지한 상태에서 아스팔트콘크리트에 혼합되는 것으로, 일종의 섬유보강 복합재료로서의 구조적 거동 특성을 아스팔트콘크리트에 부여하게되며, 따라서 취성파괴 영역에서는 피브이에이섬유가 아스팔트콘크리트, 특히 바인더라 할 수 있는 아스팔트 입자간 결속력을 강화하는 보강재 역할을 수행하며, 소성파괴 영역에서 역시 아스팔트 입자간 결속력 강화는 물론 도 3에서와 같이 필러(filler)와의 혼합과정에서 섬유가 엉키면서 일종의 망상체(網狀體) 내지 편성체(編成體)를 구성하게되어 전체 구조체에 탄성을 부여하게된다.
이렇듯, 아스팔트콘크리트에 자선(磁選) 전로슬래그를 적용함으로써 강도와 내구성을 겸비한 대체 골재를 사용하면서도 전체 구조체를 경량화할 수 있으며, 필러와 피브이에이섬유가 균질로 혼합된 배합필러를 적용함으로써, 일견 상반되는 특성으로 볼 수 있는 내취성과 내유동성을 일거에 확보하는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 아스팔트콘크리트내 피브이에이섬유의 함량은 혼합전 아스팔트의 중량을 기준으로 2중량% 내지 10중량%인 것이 바람직 한데, 이는 피브이에이섬유의 함량이 아스팔트 중량의 2중량% 미만일 경우 내취성 및 내유동성 향상효과가 유의 (有意)하지 않고, 10중량%를 초과할 경우 아스팔트콘크리트의 혼합성이 저하되어 골재와 아스팔트간 결합성이 저감되기 때문이다.
한편, 본 발명의 아스팔트콘크리트에 있어서 섬유상 개질재인 피브이에이섬유는 포설시점까지 용융 또는 융해되지 않고 형태를 유지하면서도 전체 아스팔트콘크리트 혼합물내 균일한 분포상태를 유지하는 것이 필요하다,
본 발명에서는 이러한 조건을 만족하기 위하여 전술한 바와 같이 피브이에이섬유를 아스팔트에 혼합하지 않고 필러에 미리 혼합하여 배합필러를 구성한 후, 이 배합필러를 시공 현장에서 골재 및 아스팔트 등의 여타 구성요소와 혼합하여 포설하는데, 필러와 피브이에이섬유의 혼합 작업은 공업용 믹서(mixer) 등의 설비를 통하여 공장에서 이루어질 수 밖에 없는 바, 시공 현장으로의 운송과정에서 재료분리 현상이 발생되어 포설시 균일한 배합상태를 보장할 수 없는 문제점이 있을 수 있다.
이에, 물리적인 강제 혼합을 지속적으로 실시하는 콘크리트믹서로 운반하는 방안을 고려할 수 있으나, 본 발명의 배합필러는 습식혼합물인 레디믹스트콘크리트(ready mixed concrete)와 달리 건식혼합물로서 분진이 발생되는 등, 운송중 혼합이 불가능한 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 필러와 피브이에이섬유가 균질 혼합된 배합필러를 소형 합성수지 백(bag)으로 포장하여 배합필러백을 구성한 후 운반하는 방식을 사용하였다.
특히, 배합필러백의 포장 소재로서 융점 70℃ 내외의 저융점PVC나 융점 60℃ 내외의 PCL(Polycaprolactone) 등의 저융점합성수지를 적용함으로써, 현장에서 포장의 해체 없이 배합필러백을 직접 투입할 수 있도록 함으로써 시공 편의성을 도모하였다.
결국 본 발명의 아스팔트콘크리트 시공은 도 1에 도시된 절차에 따라 수행되며, 이로써 강도와 내구성을 겸비한 대체 골재를 사용하면서도 아스팔트콘크리트를 경량화할 수 있을 뿐 아니라 필러와 피브이에이섬유가 혼합된 배합필러를 균질 혼합상태로 운반함은 물론, 배합필러의 포장백을 융점이 시공시 아스팔트콘크리트의 혼합온도 이하인 저융점합성수지로 구성함으써, 최종 혼합과정에서 배합필러백을 일일이 해체하지 않고도 신속한 시공이 가능하다.
도 1은 본 발명의 시공방법 흐름도
도 2는 본 발명에 적용되는 피브이에이섬유의 전자현미경 사진
도 3은 필러에 혼합되는 피브이에이섬유의 전자현미경 사진
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
S11 : 골재수집단계
S12 : 골재분류단계
S21 : 분말배합단계
S22 : 필러백제작단계
S30 : 포설단계

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 조골재(粗骨材), 세골재(細骨材), 아스팔트, 필러(filler) 및 섬유상(纖維狀) 개질재(改質材)로 구성된 아스팔트콘크리트로서, 조골재 및 세골재는 자력선별(磁力選別)을 거친 밀도 3.3g/㎤ 이하의 전로슬래그(轉爐 slag)이고, 섬유상 개질재는 직경 6㎛ 내지 10㎛, 길이 4mm 내지 8mm인 피브이에이(PVA, polyvinyl alcohol)섬유임을 특징으로 하는 고내유동성 아스팔트콘크리트의 시공방법에 있어서,
    전로슬래그를 자력선별(磁力選別)하여 밀도 3.3g/㎤ 이하의 저비중 전로슬래그만을 수집하는 골재수집단계(S11)와;
    수집된 저비중 전로슬래그 골재를 입경에 따라 조골재와 세골재로 분류하는 골재분류단계(S12)와;
    필러(filler)와 피브이에이섬유를 분말혼합장치에 투입하여 배합필러를 구성하는 분말배합단계(S21)와;
    배합필러를 저융점합성수지제 포장백에 투입한 후 봉합하여 배합필러백을 제작하는 필러백제작단계(S22)와;
    아스팔트콘크리트 시공 현장에서 상기 조골제, 세골제 및 배합필러백과 아스팔트를 혼합, 가열하여 계획지점에 포설하는 포설단계(S30)로 이루어짐을 특징으로 하는 피브이에이섬유 및 자선 전로슬래그를 이용한 고내유동성 아스팔트콘크리트의 시공방법.
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