KR101256833B1 - 폐아스팔트를 이용한 상온 아스팔트 혼합물 및 그를 이용한 포장구조 - Google Patents

폐아스팔트를 이용한 상온 아스팔트 혼합물 및 그를 이용한 포장구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 노후되거나 파손된 폐아스팔트에 신규 골재, 신규 아스팔트 바인더, 채움재, 개질첨가제, 상온첨가제, 섬유첨가제, 재생첨가제를 포함하는 상온에서도 포장이 가능하며 장기 공용성을 갖는 아스팔트 혼합물에 대한 것이다.
또한 본 발명은 상기에 기술된 상온 아스팔트 혼합물을 이용하여 기층을 형성하고, 상기 기층 포설 후 하부 접착층, 토목 섬유층, 상부 접착층을 차례로 적층하고 상부에 아스팔트 표층과 코팅층을 형성한 폐자재를 이용한 상온 아스팔트 혼합물 포장구조를 포함한다.

Description

폐아스팔트를 이용한 상온 아스팔트 혼합물 및 그를 이용한 포장구조 {Cold Asphalt Mixture Using Waste Asphalt Mixture and Pavement Structure with It}
아스팔트 혼합물은 아스팔트 바인더와 조골재 및 세골재를 포함한 골재, 그리고 채움재를 이용하여 만들어진다. 이러한 아스팔트 혼합물을 아스팔트 바인더가 상온에서 반고체 내지 고체로 되어있기 때문에 아스팔트 포장 건설을 위한 혼합, 포설 및 다짐시 고온으로 가열하여야 한다. 하지만 고온으로 가열하는 점에 있어서 문제점이 발생하였고, 이에 첨가제를 이용하여 상온에서도 아스팔트 포장이 가능하도록 하는 기술 개발이 필요하게 되었다.
아스팔트 혼합물 및 포장은 공기 중의 산소와 반응하여 경화되어 점점 딱딱해지는 특징이 있고 그러한 성질 때문에 아스팔트 포장에 균열이 발생하게 된다. 특히 폐아스팔트는 이미 경화된 바인더를 포함하고 있어 균열을 촉진하게 된다. 본 발명은 이러한 폐아스팔트를 이용하여 폐자재의 활용도를 높이고 폐자재 처리 및 비용을 저감하기 위함과 동시에 균열을 억제할 수 있도록 개발되었다.
폐아스팔트를 이용하여 아스팔트 혼합물을 제조하고 이를 도로 포장에 이용하는 예는 벌써 오래되었다. 하지만, 이는 단순히 신규 골재, 신규 아스팔트 바인더, 첨가제를 첨가하여 폐아스팔트의 물성을 신규 아스팔트 혼합물의 물성과 비슷하거나 동일하게 복원하는 개념이었고, 그렇다고 해도 일반적인 아스팔트 혼합물 혼합 온도(160~180℃)에서 제조하는 것이 대부분이었다.
이러한 높은 온도에서의 가열은 기준 물성을 만족한 신규 재료를 혼합한다고 해도 이미 경화된 아스팔트 바인더를 포함한 폐아스팔트에 산화노화를 촉진함과 동시에 다량의 온실가스가 발생하고 연료비를 상승시키는 요인이 된다. 또한 산화노화된 아스팔트 혼합물은 포장의 균열에 좋지 않다는 것은 이미 알려진 사실이다.
결론적으로 폐아스팔트를 이용한 아스팔트 포장의 공용성 즉, 소성변형, 피로균열, 저온균열을 억제한다는 의미보다 단순히 폐아스팔트를 재활용한다는 취지의 의미가 더 강했다고 할 수 있다.
상온 아스팔트 혼합물은 상온에서 포장을 형성해야 하고, 폐아스팔트 사용으로 경화된 아스팔트 바인더를 포함하고 있다는 점에서 바인더의 유동성 확보가 중요한 문제로 대두된다고 할 수 있다. 이러한 문제가 해결되지 않으면 상온에서 포장을 형성한다고 해도 일정 시간이 지나면 경화된 아스팔트 바인더의 특성 때문에 포장 상에 균열이 발생하게 된다.
그러므로 본 발명은 아스팔트의 유동성을 확보하고 균열 저항성을 높일 수 있는 각종 첨가재를 개발하여 아스팔트 혼합물에 적용하고, 상기 혼합물을 이용하여 균열 저항성을 높일 수 있는 아스팔트 포장을 구성하고자 한다.
본 발명은 폐아스팔트, 신규 골재, 신규 아스팔트 바인더, 채움재, 개질첨가제, 상온첨가제, 섬유첨가제, 재생첨가제를 포함하는 폐자재를 이용한 상온 아스팔트 혼합물을 특징으로 하고 있다.
상기 신규 골재는 단단하고 닳음 저항성이 큰 석영과 장석을 포함한 현무암이나 화성암 또는 아스팔트 바인더와 부착성이 좋은 탄산염 골재 중 하나 또는 둘 이상을 혼합한 골재를 포함할 수 있다.
또한 상기 신규 골재는 4.75mm의 체(메쉬)를 통과하지 않은 신규 조골재와 4.75mm의 체(메쉬)를 통과한 신규 세골재를 포함하며 상기 신규 조골재의 비중은 2.6~2.8, 흡수량은 0.5~4%이고, 상기 신규 세골재의 비중은 2.6~2.7, 흡수량은 1~6%인 특징을 가지고 있다.
상기 신규 골재의 크기는 표층용은 체(메쉬)를 통과한 입도의 크기가 9.5mm~19mm 이며, 기층용은 체(메쉬)를 통과한 입도의 크기가 12.5~25mm를 사용한다.
상기 신규 아스팔트 바인더는 침입도 등급 85~100, 점도 등급 AC5 또는 AC10, AR 점도 등급 AR 2000 또는 AR 4000, PG 등급 PG70-22 또는 PG76-22인 아스팔트 바인더를 사용한다.
상기 채움재는 석분, 소석회, 생석회, 시멘트 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물, 산업부산물(아스팔트 포장, 콘크리트 구조물 또는 포장)에 의해 골재 분말, 플라이 애쉬를 포함하여 이루어진다.
상기 개질첨가제는 개질첨가제 1군과 개질첨가제 2군을 포함하여 이루어지며, 상기 개질첨가제 1군은 천연고무, 스티렌 부타디엔 스티렌, 폴리크로프렌 라텍스, 스티렌 부타디엔 러버, 스티렌 이소프렌 스티렌, 분쇄고무 개질재의 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물과 상기 개질첨가제 2군은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에칠렌 비밀 아세테이트, 염화 폴리비닐, 에틸렌 프로필렌 폴리오레핀, 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하며, 상기 개질첨가제 1군과 개질첨가제 2군을 혼합하여 이루어진 특징을 갖는다.
상기 상온첨가제는 상온첨가제 1군, 상온첨가제 2군, 상온첨가제 3군을 포함하여 이루어지며, 상기 상온첨가제 1군은 카본 또는 칼슘 염 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물과 상기 상온첨가제 2군은 음이온계 유화 아스팔트 HFMS-2, SS-1, SS-1h, 양이온계 유화 아스팔트 CSS-1, CSS-1h, MC 또는 SC 계열 커트백 아스팔트 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물과 상기 상온첨가제 3군은 파라핀 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 에틸렌 비닐 아세테이트 왁스, 폴리 프로필렌 왁스 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하며, 상기 상온첨가제 1군, 상온 첨가제 2군, 상온 첨가제 3군을 혼합하여 이루어진 특징을 갖는다.
상기 섬유첨가제는 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리에스테르, 셀룰로스 섬유, 유리섬유, 광물질 섬유 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하여 이루어진다.
상기 재생첨가제는 아스팔트 플럭스 오일, 루브 스탁, 윤활유, 크랭크실 오일, 윤활유 추출물, 증량 오일 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하여 이루어진다.
본 발명은 또한 상기 기술된 상온 아스팔트 혼합물을 이용한 포장 구조를 특징으로 한다.
앞에서 기술된 상온 아스팔트 혼합물로 기층을 형성하고, 상기 기층 포설 후 하부 접착층, 토목 섬유층, 상부 접착층을 차례로 적층하고 상부에 아스팔트 표층과 코팅층을 형성한다.
상기 토목 섬유층에 사용되는 토목 섬유는 지오텍스타일, 지오그리드, 지오멤브레인, 지오넷 중 어느 하나인 특징을 가지며
상기 하부 및 상부 접착층은 커트백 아스팔트 RC-0, RC-1 또는 유화 아스팔트 RS(C)-4 또는 스티렌 부타디엔 스티렌이 첨가된 아스팔트 바인더 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용한다.
또한 아스팔트 표층을 형성할 때에도 앞에서 기술된 상온 아스팔트 혼합물로 형성할 수 있다.
상기 코팅층은 유화 아스팔트 SS-1, RS-1, RS-2, 2.36mm의 체(메쉬)를 통과한 모래, 그리고 재생첨가제가 포함하여 이루어지며
재생첨가제는 폐아스팔트을 포함하는 상온 아스팔트 혼합물을 형성시 사용되는 재생첨가제와 동일한 구성으로 할 수 있다.
친환경을 고려한 폐아스팔트를 이용하여 상온에서도 아스팔트 혼합물 포장이 가능하게 하며 아스팔트 포장의 문제점 중 하나인 균열을 방지하는 기능을 강화하였다.
도면1은 본 발명에 의한 상온 아스팔트 혼합물을 이용한 포장구조를 나타낸 도면이다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 구체적인 내용을 기술하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 폐아스팔트, 신규 골재, 신규 아스팔트 바인더, 채움재, 개질첨가제, 상온첨가제, 섬유첨가제, 재생첨가제를 포함하는 폐자재를 이용한 상온 아스팔트 혼합물을 특징으로 하고 있다.
신규 골재는 단단하고 닳음 저항성이 큰 석영과 장석을 포함한 현무암이나 화성암 또는 아스팔트 바인더와 부착성이 좋은 탄산염 골재 중 하나 또는 둘 이상을 혼합한 골재를 포함할 수 있다.
또한 신규 골재는 4.75mm의 체(메쉬)를 통과하지 않은 신규 조골재와 4.75mm 의 체(메쉬)를 통과한 신규 세골재를 포함하며 상기 신규 조골재의 비중은 2.6~2.8, 흡수량은 0.5~4%이고, 상기 신규 세골재의 비중은 2.6~2.7, 흡수량은 1~6%인 특징을 가지고 있다.
상기 신규 골재의 크기는 표층용은 체(메쉬)를 통과한 입도의 크기가 9.5mm~19mm 이며, 기층용은 체(메쉬)를 통과한 입도의 크기가 12.5mm~25mm 를 사용한다.
상기 신규 아스팔트 바인더는 침입도 등급 85~100, 점도 등급 AC5 또는 AC10, AR 점도 등급 AR 2000 또는 AR 4000, PG 등급 PG70-22 또는 PG76-22인 아스팔트 바인더를 사용한다.
상기 채움재는 석분, 소석회, 생석회, 시멘트 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물, 산업부산물(아스팔트 포장, 콘크리트 구조물 또는 포장)에 의해 골재 분말, 플라이 애쉬를 포함하여 이루어진다.
채움재는 혼합물의 공극을 채워 골재 입도의 기준을 맞게하며 아스팔트량을 조절할 수 있도록 도와주고 아스팔트 바인더와 골재의 부착력을 향상시킨다.
개질첨가제는 개질첨가제 1군과 개질첨가제 2군을 포함하여 이루어지며, 상기 개질첨가제 1군은 천연고무, 스티렌 부타디엔 스티렌, 폴리크로프렌 라텍스, 스티렌 부타디엔 러버, 스티렌 이소프렌 스티렌, 분쇄고무 개질재의 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물과 상기 개질첨가제 2군은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에칠렌 비밀 아세테이트, 염화 폴리비닐, 에틸렌 프로필렌 폴리오레핀, 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하며, 상기 개질첨가제 1군과 개질첨가제 2군을 혼합하여 이루어진 특징을 갖는다.
개질첨가제 1군은 고무계열 첨가제로서 탄성재료에 속하며, 이러한 성질은 산화노화로 딱딱해진 포장의 균열 저항성을 향상시키고
개질첨가제 2군는 플라스틱계열 첨가제로서 점성재료에 속하며, 이러한 성질은 점도를 높여 소성변형 저항성을 향상시킨다.
상기 상온첨가제는 상온첨가제 1군, 상온첨가제 2군, 상온첨가제 3군을 포함하여 이루어지며, 상기 상온첨가제 1군은 카본 또는 칼슘 염 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물과 상기 상온첨가제 2군은 음이온계 유화 아스팔트 HFMS-2, SS-1, SS-1h, 양이온계 유화 아스팔트 CSS-1, CSS-1h, MC 또는 SC 계열 커트백 아스팔트 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물과 상기 상온첨가제 3군은 파라핀 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 에틸렌 비닐 아세테이트 왁스, 폴리 프로필렌 왁스 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하며, 상기 상온첨가제 1군, 상온 첨가제 2군, 상온 첨가제 3군을 혼합하여 이루어진 특징을 갖는다.
상온첨가제 1군은 산화방지제의 역할을 수행하며
상온첨가제 2군은 스트레이트 아스팔트보다 점성이 낮은 유화 아스팔트나 커트백 아스팔트로 그 중 완속경화에 속하는 군이며
상온첨가제 3군은 왁스계열로 일정 융점 이상에서는 점도가 낮아지게 하는 특성이 있다.
섬유첨가제는 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리에스테르, 셀룰로스 섬유, 유리섬유, 광물질 섬유 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하여 이루어진다.
섬유첨가제는 아스팔트 혼합물의 인장강도와 점착력을 보강하거나 증진시킬 수 있는 성질이 있다.
재생첨가제는 아스팔트 플럭스 오일, 루브 스탁, 윤활유, 크랭크실 오일, 윤활유 추출물, 증량 오일 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하여 이루어진다.
재생첨가제는 노화된 아스팔트 바인더를 신규의 아스팔트 시멘트 시방기준으로 회복시키는 것으로 상대적으로 낮은 점도를 갖는 특징이 있다.
<포장구조 실시예>
본 발명은 또한 앞에서 기술된 상온 아스팔트 혼합물을 이용한 포장 구조를 특징으로 한다.
앞에서 기술된 상온 아스팔트 혼합물로 기층(10)을 형성하고, 상기 기층(10) 포설 후 하부 접착층(20), 토목 섬유층(30), 상부 접착층(40)을 차례로 구성하고 상부에 아스팔트 표층(50)과 코팅층(60)을 형성한다.
상기 토목 섬유층(30)에 사용되는 토목 섬유는 지오텍스타일, 지오그리드, 지오멤브레인, 지오넷 중 어느 하나인 특징을 가지며
상기 하부 및 상부 접착층(20, 40)은 커트백 아스팔트 RC-0, RC-1 또는 유화 아스팔트 RS(C)-4 또는 스티렌 부타디엔 스티렌이 첨가된 아스팔트 바인더 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용한다.
또한 아스팔트 표층(50)을 형성할 때에도 앞에서 기술된 상온 아스팔트 혼합물로 형성할 수 있다.
표층용 골재의 입도는 일반적인 밀입도, 조립도, 세립도, 배수성입도, SMA입도 또는 가능한 설계입도 모두를 포함한다.
상기 코팅층(60)은 유화 아스팔트 SS-1, RS-1, RS-2, 2.36mm의 체(메쉬)를 통과한 모래, 그리고 재생첨가제가 포함하여 이루어지며
재생첨가제는 상기 상온 아스팔트 혼합물을 형성시 사용되는 재생첨가제와 동일한 구성으로 할 수 있다.
10 : 기층
20 : 하부 접착층
30 : 토목섬유층
40 : 상부 접착층
50 : 표층
60 : 코팅층

Claims (16)

  1. 폐아스팔트, 신규 골재, 신규 아스팔트 바인더, 채움재, 개질첨가제, 상온첨가제, 섬유첨가제, 재생첨가제를 포함하는 폐자재를 이용한 상온 아스팔트 혼합물에 있어서,
    상기 상온첨가제는 상온첨가제 1군, 상온첨가제 2군, 상온첨가제 3군을 포함하여 이루어지며, 상기 상온첨가제 1군은 카본 또는 칼슘 염 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물과 상기 상온첨가제 2군은 음이온계 유화 아스팔트 HFMS-2, SS-1, SS-1h, 양이온계 유화 아스팔트 CSS-1, CSS-1h, MC 또는 SC 계열 커트백 아스팔트 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물과 상기 상온첨가제 3군은 파라핀 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 에틸렌 비닐 아세테이트 왁스, 폴리 프로필렌 왁스 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하며, 상기 상온첨가제 1군, 상온 첨가제 2군, 상온 첨가제 3군을 혼합하여 이루어지고,
    상기 섬유첨가제는 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리에스테르, 셀룰로스 섬유, 유리섬유, 광물질 섬유 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하여 이루어지며,
    상기 재생첨가제는 아스팔트 플럭스 오일, 루브 스탁, 윤활유, 크랭크실 오일, 윤활유 추출물, 증량 오일 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐자재를 이용한 상온 아스팔트 혼합물
  2. 청구항 1항에 있어서,
    상기 신규 골재는 단단하고 닳음 저항성이 큰 석영과 장석을 포함한 현무암이나 화성암 또는 아스팔트 바인더와 부착성이 좋은 탄산염 골재 중 하나 또는 둘 이상을 혼합한 골재를 포함하는 폐자재를 이용한 상온 아스팔트 혼합물
  3. 청구항 1항에 있어서,
    상기 신규 골재는 4.75mm의 체를 통과하지 않은 신규 조골재와 4.75mm의 체를 통과한 신규 세골재를 포함하며 상기 신규 조골재의 비중은 2.6~2.8, 흡수량은 0.5~4%이고, 상기 신규 세골재의 비중은 2.6~2.7, 흡수량은 1~6%인 골재를 포함하는 폐자재를 이용한 상온 아스팔트 혼합물
  4. 청구항 1항에 있어서,
    상기 신규 골재의 크기는 표층용은 체를 통과한 입도의 크기가 9.5~19mm이며, 기층용은 체를 통과한 입도의 크기가 12.5~25mm인 폐자재를 이용한 상온 아스팔트 혼합물
  5. 청구항 1항에 있어서,
    상기 신규 아스팔트 바인더는 침입도 등급 85~100, 점도 등급 AC5 또는 AC10, AR 점도 등급 AR 2000 또는 AR 4000, PG 등급 PG70-22 또는 PG76-22인 아스팔트 바인더를 포함하는 폐자재를 이용한 상온 아스팔트 혼합물
  6. 청구항 1항에 있어서,
    상기 채움재는 석분, 소석회, 생석회, 시멘트 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물, 산업부산물(아스팔트 포장, 콘크리트 구조물 또는 포장)에 의해 골재 분말, 플라이 애쉬를 포함하여 이루어지는 폐자재를 이용한 상온 아스팔트 혼합물
  7. 청구항 1항에 있어서,
    상기 개질첨가제는 개질첨가제 1군과 개질첨가제 2군을 포함하여 이루어지며, 상기 개질첨가제 1군은 천연고무, 스티렌 부타디엔 스티렌, 폴리크로프렌 라텍스, 스티렌 부타디엔 러버, 스티렌 이소프렌 스티렌, 분쇄고무 개질재의 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물과 상기 개질첨가제 2군은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에칠렌 비밀 아세테이트, 염화 폴리비닐, 에틸렌 프로필렌 폴리오레핀, 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 포함하며, 상기 개질첨가제 1군과 개질첨가제 2군을 혼합하여 이루어진 특징을 갖는 폐자재를 이용한 상온 아스팔트 혼합물
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 청구항 1항 내지 청구항 7항 중 어느 한 항의 상온 아스팔트 혼합물로 이루어진 기층을 형성하고, 상기 기층 포설 후 하부 접착층, 토목 섬유층, 상부 접착층을 차례로 적층하고 상부에 아스팔트 표층과 코팅층을 형성한 폐자재를 이용한 상온 아스팔트 혼합물 포장구조
  12. 청구항 11항에 있어서,
    상기 토목 섬유층에 사용되는 토목 섬유는 지오텍스타일, 지오그리드, 지오멤브레인, 지오넷 중 어느 하나인 폐자재를 이용한 상온 아스팔트 혼합물 포장구조
  13. 청구항 11항에 있어서,
    상기 하부 및 상부 접착층은 커트백 아스팔트 RC-0, RC-1 또는 유화 아스팔트 RS(C)-4 또는 스티렌 부타디엔 스티렌이 첨가된 아스팔트 바인더 중 하나 또는 둘 이상의 혼합물인 폐자재를 이용한 상온 아스팔트 혼합물 포장구조
  14. 삭제
  15. 청구항 11항에 있어서,
    상기 코팅층은 유화 아스팔트 SS-1, RS-1, RS-2, 2.36mm의 체를 통과한 모래, 그리고 재생첨가제를 포함하여 이루어지며,
    상기 재생첨가제는 아스팔트 플럭스 오일, 루브 스탁, 윤활유, 크랭크실 오일, 윤활유 추출물, 증량 오일 중 어느 하나 또는 하나 이상의 혼합물을 포함하여 이루어지는 폐자재를 이용한 상온 아스팔트 혼합물 포장구조

  16. 삭제
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