KR100958066B1 - 폐아스팔트 콘크리트를 이용한 포장용 아스팔트 콘크리트 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐아스팔트 콘크리트(이하 폐아스콘)를 이용한 도로포장용 또는 바닥포장용 아스팔트 콘크리트 조성물에 관한 것으로, 신골재 입도 25~13mm 분쇄물 7~20중량%, 폐아스콘 입도 20~13mm 분쇄물 30~40중량%, 폐아스콘 13~8mm 분쇄물 25~30중량%, 폐아스콘 8mm이하 분쇄물 15~25중량%, 시멘트 1.5~6중량% 및/또는 플라이애쉬 1.5~6중량%, 구재아스팔트 3~3.5중량%, 음이온계 유화아스팔트 1~4중량% 및 오일계 폐아스콘 재생첨가제 2~5중량%를 혼합하여 도로포장용 아스팔트 콘크리트 조성물을 제조한다.

본 발명은 폐아스콘을 재활용하여 재생골재로 사용하고, 노화된 아스팔트 재생용 슬러리 오일을 이용하여 폐아스콘 내의 노화된 아스팔트 성상을 새 아스팔트처럼 회복시켜 줌으로써, 산업용 골재 폐기물의 처리에 따른 곤란성과 환경적인 문제점의 해소 및 새로운 아스팔트와 골재의 사용량을 감소시켜 비용을 현저하게 줄일 수 있으며, 특별히 다른 첨가제를 사용할 필요가 없어 비용을 격감시킴으로써 매우 효과적이고 경제적인 재생 아스팔트 콘크리트 조성물을 제공한다.

폐아스콘, 재생, 재생첨가제, 시멘트, 플라이애쉬, 구재아스팔트, 골재, 신재아스팔트, 도로포장

Description

폐아스팔트 콘크리트를 이용한 포장용 아스팔트 콘크리트 조성물{The composition of asphalt concrete using recycled waste asphalt concrete}

본 발명은 폐아스팔트 콘크리트를 함유하는 도로포장용 아스팔트 콘크리트에 관한 것이다.

도로포장용 아스팔트 콘크리트는 골재, 시멘트, 아스팔트 등이 혼합된 물질로서, 아스팔트가 노후되어 폐기되는 폐아스팔트 콘크리트(이하 폐아스콘)는 건설 산업폐기물로 분류되며 매년 대량 발생하고 있다. 이처럼 대량의 폐기물을 처리하기 위해서는 방대한 매립공간이 필요하여 자연을 훼손하게 되며, 매립물로부터 빗물에 의해 씻겨나온 아스팔트나 잔류시멘트 등이 지층으로 흘러들어갈 경우 지하수와 하천을 차례로 오염시키게 되어 인간이 쾌적한 환경에서 살고 싶은 헌법에서 보장된 기본권인 환경권을 침해하고 있는 실정이다.

따라서 최근에는 폐아스콘을 재활용하여 재생골재로 활용하는 연구가 토목, 건축 엔지니어들에 의해 활발하게 진행되고 있고, 이에 따라 본 발명자는 폐아스콘 분쇄물을 이용하여 콘크리트 조성물을 제조하는 방법인 국내 등록특허 10-632203호를 개발한 바 있으며, 순환골재를 이용한 포장재에 관한 것으로 국내 등록특허 10-672751호를 개발한 바 있지만 이러한 기술들은 대부분 폐아스콘을 첨가제와 함께 아스팔트에 단순히 배합하여 사용하거나 폐아스콘을 골재로 이용하는 기술들로서 폐아스콘의 재활용에 있어서 노화된 아스팔트의 성상(물성)의 복원에 중점을 두고 재활용하는 기술은 그렇게 많지가 않다.

본 발명은 폐아스콘을 재생골재로 이용함과 동시에 노화된 아스팔트의 성상(물성)을 복원하여 아스팔트 콘크리트를 제조하는 분야에 관한 것으로 구체적으로는 폐아스콘을 입경이 서로 다르게 구분하여 배합하면서 오일계 재생첨가제를 첨가함과 동시에 시멘트, 플라이애쉬, 구재아스팔트 및 신재아스팔트로 음이온계 유화아스팔트를 이용하여 도로포장용, 공장 및 지하주차장의 바닥용 포장 아스팔트 조성물에 관한 것이다.

종래에는 건설폐기물 중의 하나인 폐아스콘은 산업상 폐기물로 분류되어 주로 매립으로 처분하는 것이 일반적이었으나 근래에는 폐아스콘을 재활용하여 재생골재로 사용하는 특허들이 많이 개발되고 있다.

또한 종래의 기술로는 자갈, 모래 등과 같은 천연골재를 포함하여 폐아스콘을 이용하고 유화아스팔트 및 음이온, 양이온, 비이온 계면활성제 등의 혼화제를 첨가하여 폐아스콘과 폐콘크리트를 재생하여 재생아스팔트 콘크리트를 만드는 기술이 많이 개발되고 있는 실정이다.

특히 폐아스콘은 폐기물로 처리하기가 매우 곤란한 면이 있었으나 폐기물로 처리하는 효과와 순환골재로 재생하여 다시 사용하는 면에서 매우 환경 친화적 기술이라는 평가를 받고 있다.

따라서 많은 토목, 건축 엔지니어들에 의하여 폐아스콘을 재활용하고 유화아스팔트나 계면활성제와 같은 혼화제를 첨가하여 재생아스팔트 콘크리트를 개발하고 있으며, 포장용으로 사용하기 위해서는 필요한 강도, 경도, 점성, 안정도 등을 필수적으로 갖추어야 하는데, 강도와 점성을 높이기 위하여는 물유리와 폴리아크릴산 나트륨, 스타디엔 부타디엔 러버라텍스와 같은 수용성 유화 고분자 그리고 카르복시메틸셀룰로오즈 폴리에칠렌옥사이드 등의 수용성 고분자를 첨가한다. 특히 유동성 강화 및 강도 감수제 역할을 하는 리그닌계(Lignin), 폴리카르복시산계(Polycarboxylates), 나프탈렌계(Naphthalene)를 사용하여 재생 아스팔트 콘크리트의 품질을 개선하는데 주력해 왔으며, 노화된 아스팔트의 재생첨가제에 대한 개발도 선행기술이 다수 있으며, 예를 들면 다음과 같다.

국내 등록특허 10-0212910호에서는 중질유 접촉 분해공정에서 부생되는 슬러리 오일을 폐아스콘의 재생첨가제로 사용하는 것을 개시하고 있고, 또 국내 등록특허 10-0898393호에서는 폐아스콘의 가열 직후 오일과 폐비닐수지의 열분해물로 이루어지는 수지기반 오일첨가제를 노화된 아스팔트의 재생첨가제로 사용하는 것을 개시하고 있다.

그리고 외국문헌으로서는 미국특허 제3,793,189호에서는 노후된 아스팔트의 성상을 개선시키기 위해 초임계 유체 분리방법인 프로판을 용매로 한 탈력유(Deasphaltde Oil)와 중질경유(Heavy Distillate) 그리고 석유 잔사유(Residual Oil) 등을 혼합하여 사용하는 방법을 개시하고 있으며, 미국특허 제3,221,615호에서는 콜타르(Coal tar)유도체를 이용하여 노화 아스팔트의 성상을 회복시키는 방법 을 개시하고 있으나, 이때 사용된 재생용 첨가제는 콜타르에서 추출한 것으로 방향족 벤젠 고리가 2 내지 4개이면서 페놀릭(Phenolic)과 히드록시(hydroxy) 유도체를 가지고 있는 알킬 화합물의 기능 그룹을 가지는 화합물로 한정하고 있다. 또한, 미국특허 제4,278,469호에서는 도로 보수 및 표면 처리용 재생첨가제로서 아스팔트에서 추출한 일부 유분과 특정 고분자 그리고 중질 방향족 용제를 혼합한 조성물이 제시되어 있다.

이러한 종래의 폐아스콘의 재활용 내지 재생기술은 골재로서의 재활용과 폐아스콘의 성상의 복원 등을 각각 개별적으로 개발한 것이므로 폐아스콘을 재활용한 재생 아스팔트 콘크리트의 물성을 충분하게 만족시킬 수가 없었다.

본 발명은 상기의 선행기술들의 문제점을 해결하기 위하여 폐아스콘을 재생하여 순환골재로 사용함으로써 천연골재 자원의 보호와 환경 보호적 측면을 강화함과 동시에 노화된 아스팔트의 성상(물성)을 복원하는 복합적 작용에 의해 순수의 아스팔트 콘크리트가 갖고 있는 강도, 경도, 점성도, 안정도, 유연성을 고루 갖춘 재생 아스팔트 콘크리트 조성물을 제공하고자 하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명이 목적하고 있는 과제를 해결하기 위하여 채용하고 있는 수단은 먼저, 분쇄된 폐아스콘을 건설교통부의 고시에 따른 체거름을 통하고, 다시 이를 적 절한 입도분포에 따른 중량비를 한정하여 배합한 재생골재 배합물을 얻으며, 이러한 한정된 입도의 재생골재 혼합물을 사용함으로 인하여 일반 포장용으로 사용하는데 적합한 경도와 강도, 점성도, 안정도, 유연성 등의 물리적 특성을 얻을 수 있다.

특히, 본 발명에서는 폐아스콘 재생골재의 배합에 있어서, 좁은 입도 범위로 배합한 재생골재 배합물을 채용함으로써 종래 선행기술에서 넓은 범위의 재생골재의 배합으로 인하여 도로포장 시에 가장 문제가 되었던 우수한 공극률 확보가 어려운 점을 해결하여 매우 우수한 공극률 확보가 가능해졌다.

또한 본 발명에 따른 도로포장용 아스팔트 콘크리트는 채움재로 시멘트, 플라이애쉬를 배합하며 구재아스팔트 및 신재아스팔트로 음이온계 유화아스팔트의 배합도 포함하는 것으로, 도로포장용 재생아스팔트 콘크리트로 사용할 수 있는 적법한 강도, 경도, 유연성 등을 확보하는 구성을 채용하였다.

본 발명의 특징 중 하나인 음이온계 유화아스팔트를 채용하는 구성은 유화아스팔트 중에서 양이온계와 비이온계 유화아스팔트를 단독 사용하는 경우 시멘트와 반응하여 응고가 되는 문제점이 있으므로 본 발명에서는 음이온계 유화아스팔트만을 사용함으로써 시멘트 응고에 대한 문제점을 해결하였을 뿐 아니라 물의 사용이 매우 적어 시멘트의 소모량을 현저하게 줄일 수 있음과 동시에 고가의 리그닌계(Lignin)와 나프탈렌계(Naphthalene)의 첨가제들을 전혀 사용하지 않는다.

본 발명의 음이온계 유화아스팔트는 중량%를 기준으로 하여 57~60중량부, 물 35~40중량부, 유화제 0.3~1.0중량부, KOH 0.2~0.5 중량부 및 염화칼슘 0.2~0.5중량 부를 배합하여 제조하는 것으로, 탱크에 온수(50~60℃)를 충전하고 유화제를 교반하면서 소량씩 첨가한 다음, KOH를 소량첨가하여 pH가 6.0~8.0이 되도록 한 유화수를 아스팔트와 함께 콜로이드밀에 통과시켜 제조하고, 이때 유화제로는 카르복실산염, 도데실벤젠설폰산염, 알킬아릴 설포네이트, 고급지방산알카리금속염, 알킬벤젠설폰산염, 알파-올레핀설폰산염, 알킬아릴설폰산나트륨류, 알킬 인산염, 1-노닐-페녹시-2-폴리옥시-에틸렌-3-암모늄-설페이트 등), 소듐 디옥틸설포숙시네이트 등이 있으며 이들 유화제 중 어느 것이나 사용이 가능하다.

또한, 본 발명의 핵심적인 구성으로 폐아스콘 골재가 혼합된 콘크리트 배합물에 첨가되어 노화된 아스팔트의 성상(물성)을 복원시킴으로써 재생 아스팔트의 물성을 더욱 향상시키기 위하여 채용하고 있는 오일계 재생첨가제는 중질유 접촉분해공정에서 경질유인 휘발유를 생산할 때 부수적으로 얻어지는 반제품 중에서 최종적으로 나오는 찌꺼기(잔사유분)유분인 슬러리 오일로, 비점이 300~700℃인 슬러리 유분을 채용하며, 오일계 재생첨가제의 주요성상을 아래 [표1]에 제시한 바와 같다.

[표1]

인하점(℃)	230 이상
박막가열 후 중량변화율 (%)	± 3 이하
박막 가열 후 점도비(60℃)	2 이하
동점도	80 ~ 1000(60℃)(cSt)

그리고 본 발명의 오일계 재생첨가제는 노화된 아스팔트의 침입도(Penetration No.)를 높이고, 점성(Viscosity)을 낮추어 골재와의 접착력을 복원 시킬 뿐 아니라 노화된 아스팔트의 연화점(Softening Point)을 낮추고 신도(Ductility)를 높여서 아스팔트 포장 시에 작업성을 개선시켜 준다.

본 발명의 폐아스팔트 콘크리트를 함유하는 도로포장용 아스팔트 콘크리트 조성물에 대한 구체적인 배합비율은, 신골재 입도 25~13mm 분쇄물 7~20중량%, 폐아스콘 입도 20~13mm 분쇄물 30~40중량%, 폐아스콘 13~8mm 분쇄물 25~30중량%, 폐아스콘 8mm 이하 분쇄물 15~25중량%, 시멘트 1.5~6중량% 및/또는 플라이애쉬 1.5~6중량%, 구재아스팔트 3~3.5중량%, 음이온계 유화아스팔트 1~4중량% 및 오일계 폐아스콘 재생첨가제 2~5중량%를 혼합하여 도로포장용 아스팔트 콘크리트 조성물을 제조한다.

위 배합비 중에서 입도를 나타내는 단위에 있어서 입도 25-13mm는 입도 13mm 초과 25mm 이하를 의미하고, 입도 13-8mm는 8mm 초과 13mm 이하를 의미한다.

본 발명은 폐아스콘을 순환골재로 재활용하는 장점과 함께 순환골재의 입도를 일정하게 한정하여 배합함으로써 도로포장 시에 우수한 공극률을 확보하고, 또 노후된 아스팔트의 성상(물성)을 복원시키는 효과와 순환골재의 입도를 일정하게 한정하여 배합하는 구성을 복합적으로 이용함으로써 도로포장 및 바닥포장 시에 순수 아스팔트 콘크리트와 대등한 작업성뿐 아니라 강도, 경도, 점성도, 안정도 및 유연성을 고루 갖춘 재생 아스팔트 콘크리트 조성물을 제조할 수 있는 특이한 효과를 갖추고 있다.

본 발명에 따른 도로포장용 아스팔트 콘크리트는 쇄석과 페아스콘을 순환골재로 사용하며, 공극률을 줄여 아스팔트 콘크리트의 강도를 높일 수 있도록 하기 위하여 입도 25~13mm 이하 신골재와 입도 20~13mm 이하 순환골재, 입도 13~8mm 이하 순환골재, 입도 8mm 이하 순환골재를 혼합하여 사용한다(순환골재는 폐아스콘으로부터 생산한 재생골재를 의미함).

이하 본발명에 따른 실시예를 설명한다.

골재( 채움재 포함)들의 배합

본 발명의 골재들의 배합비 및 각 규격은 하기 [표2]에 제시된 입도분포를 나타내며, 이러한 골재들을 특정비율로 혼합함으로써 전체적인 골재가 합성입도 범위를 만족시킬 수 있도록 하였다.

[표2]

골재종류		배합비 중량%	각 체 통과율(중량%)
			50mm	40mm	25mm	20mm	10mm	5mm	2.5mm	0.6mm	0.3mm	0.08mm
신골재 25mm		8	8	8	8	4.4	2.1	0.8	0.4	0.3	0.2	0.1
순환골재 20m		37	37	37	37	29.6	16.1	10.2	7.3	4.7	3.6	1.6
순환골재 13mm		29	29	29	29	29	23.2	10	6.4	4	2.9	1.3
순환골재 8mm		20	20	20	20	20	20	17.5	13	6.9	4.6	0.8
채움재	A	4	4	4	4	4	4	4	4	4	4	0.2
	B	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2	0.1
		상한	100	100	100	90	70	55	42	28	22	10
골재합성입도
		하한	100	95	70	55	30	17	10	5	3	1
		혼합 입도	100	100	100	89	67.4	44.5	33.1	21.9	17.3	4.1

※[표2]에서 1) 순환골재는 폐아스콘 골재를 의미함

2) 골재의 입도단위 중 20mm는 13mm 초과 25mm 이하, 13mm는 8mm 초과 13mm 이하 및 8mm는 8mm 이하를 각각 의미함

3) 채움재A는 시멘트이고, 채움재B는 플라이애쉬이다.

원재료별 배합

본 발명의 도로포장용 아스팔트 콘크리트의 원재료의 구체적인 배합비율은 전체 배합물 1000kg(1ton) 중에 신골재 입도 25~13mm 분쇄물 75kg, 폐아스콘 입도 20~13mm 분쇄물 348kg, 폐아스콘 13~8mm 분쇄물 272kg, 폐아스콘 8mm 이하 분쇄물 188kg, 시멘트 38kg, 플라이애쉬 19kg, 구재아스팔트 30kg, 음이온계 유화아스팔트 10kg 및 오일계 폐아스콘 재생첨가제 20kg을 배합하여 균일하게 혼합한다.

이렇게 제조한 폐아스콘 조성물에 대하여 품질시험과 검사성적을 한 결과 [표3]과 같은 우수한 성능의 결과를 도출하였다. 품질시험은 건설기술원에 의뢰하여 하였으며 가열마샬안전도와 포화도는 KSF2337규정에 의하였고, 공극률은 KSF2349 규정 그리고 골재피막비율은 KSF2356에 의하였다.

[표3]

시험검사 종목	단위	시험검사 결과	시험검사 방법
가열 마샬 안정도	kg	1764	KSF2337
공극률	%	8.3	KSF2349
골재피막피율	%	95	KSF2356

[표3]에서 본 바와 같이 가열 마샬 안정도, 포화도, 공극률, 골재피막비율이 일반 아스팔트 콘크리트보다 높은 수준으로 결과가 도출되었으며, 특히 공극률에서 매우 우수한 결과치를 나타내며, 이는 일반 도로포장재, 바닥포장재로 쓰기에 매우 적절한 재생아스콘임을 알 수가 있다.

또한 본 발명은 폐아스콘을 골재로 사용함과 동시에 폐아스콘으로부터 노화된 아스팔트의 성상(물성)을 복원하는 작용효과를 복합적으로 이용함으로써 수순 아스팔트의 배합 없이도 순수의 아스팔트 콘크리트가 갖고 있는 강도, 경도, 점성도, 안정도, 유연성을 고루 갖춘 아스팔트 콘크리트를 제공하는 것이므로 비용을 현저히 절감하면서도 품질이 우수한 재생 아스팔트 콘크리트(아스콘) 조성물임이 확연히 증명되는 것이다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 신골재 입도 25~13mm 분쇄물 7~20중량%, 폐아스콘 입도 20~13mm 분쇄물 30~40중량%, 폐아스콘 13~8mm 분쇄물 25~30중량%, 폐아스콘 8mm 이하 분쇄물 15~25중량%, 채움재로 시멘트와 플라이애쉬 1.5~6중량%, 구재아스팔트 3~3.5중량%, 음이온계 유화아스팔트 1~4중량% 및 오일계 폐아스콘 재생첨가제 2~5중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 아스팔트 콘크리트 조성물.
4. 청구항 3에 있어서,

   오일계 폐아스콘 재생첨가제가 중질유 접촉 분해공정에서 부생되는 슬러리 오일로 구성되고, 이 슬러리 오일의 비점이 300~700℃인 것을 특징으로 하는 아스팔트 콘크리트 조성물.