KR101498661B1 - 천연 아스팔트를 이용한 불투수성 아스팔트 포장공법 및 그 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 불투수성 아스팔트 포장공법에 관한 것으로서, 상세하게는 기층, 중간층, 표면층으로 구성되는 아스팔트포장공사시 중간층을 폴리머 개질 아스팔트 100에 대하여 천연 아스팔트를 30~75중량%로 혼합한 혼합액, 골재, 모래, 석회석분, 채움재를 온도170℃∼220℃에서 혼합한 불 투수 아스팔트 혼합물을 중간층에 포설하여 이루어지는 것으로 본 발명은 공극율이 0~2% 미만이고 포설시의 포설 온도가 약 160~220℃인 불 투수 아스팔트 혼합물을 제공함으로 쿠커의 사용 없이 시공하면서 Guss 또는 매스틱 아스팔트와 같은 불 투수성을 발휘하는 불 투수 아스팔트 포장공법을 제공함으로 공사기간 단축과 공사비용을 40%절감 함으로써 경제적인 효과를 얻을 수 있도록 한 천연 아스팔트를 이용한 불투수성 아스팔트 포장공법 및 그 조성물에 관한 것이다.

Description

천연 아스팔트를 이용한 불투수성 아스팔트 포장공법 및 그 조성물{THE COMPOSITION AND CONSTRUCTION METHOD FOR NON PERMEABLE ASPHALT PAVEMENT USING NATURAL BITUMEN}

본 발명은 불투수성 아스팔트 포장공법에 관한 것으로서, 상세하게는 공극율을 최소화할 수 있는 입도분포의 골재와 중간층으로써 변형에 대한 저항성을 확보하기 위하여 아스팔트 결합제 중 천연 아스팔트 30~75중량%를 포함한 아스팔트 결합제로 형성된 아스팔트 혼합물에 의하여 포설, 압착되도록 한 불투수 아스팔트층을 중간층으로 하는 천연 아스팔트를 이용한 불투수성 아스팔트 조성물 및 그 포장공법에 관한 것이다.

일반적으로 불 투수 아스팔트(asphalt)는 석회석분, 채움재(filler), 천연 아스팔트 분말을 주재료로 물의 침투가 불가능한 포장재를 말하며, 기존의 구스 아스팔트(guss asphalt) 또는 매스틱(mastic asphalt) 혼합물과는 다르다.

기존의 구스 또는 매스틱 아스팔트는 쿠커라는 장치에서 200℃이상의 고온으로 용융시켜 마치 죽과 같은 형태로 현장에 도착되며 죽과 같은 형태의 아스팔트 혼합물은 시공시 포설기를 이용하여 포설하고 이후 로울러의 다짐 없이 표면층을 구성하는 것이 일반적인 방법이다.

기존의 이러한 방법은 쿠커에서 약 1~3시간 동안 가열하는 쿠킹공정을 반드시 거쳐야 함으로써 아스팔트 포장공사 전체 시공비의 약 50%에 달하는 과다한 에너지 비용이 소요되는 문제점이 있으며, 또한, 용융시키기 위한 쿠커의 용량에 의하여 1일 동안 시공할 수 있는 작업 량이 결정되는 단점이 있으나 고도의 수밀성과 부착력에 의하여 아스팔트 도로의 열화 부위의 보수나 강상판 등의 고도의 응력이 발생하는 부위에 매우 고가임에도 불구하고 사용되고 있다.

이 분야의 선행기술을 살펴보면 등록특허공보 제10-0266157호(등록일:2000년06월21일)의 구스아스팔트 혼합물의 시공방법(성행기술 1)은 일정한 비율로 배합된 혼합액, 골재, 모래, 석분 등을 정치식 생산공장에서 고온혼합하는 제 1 공정과, 상기 제 1 공정에서 생산된 구스 아스팔트 혼합물을 냉각시킨 후, 재가열을 통해 용융시키기 용이한 크기로 파쇄시키는 제 2 공정과, 상기 제 2공정에서 파쇄된 구스아스팔트 혼합물을 운반하기 용이한 중량단위로 포장하는 제 3 공정과, 포설면적에따라 상기 제 3 공정에서 포장된 구스아스팔트 혼합물의 적정량을 현장에 설치된 이동식 가열혼합기에 투입하여 용융시켜 포설하는 제 4 공정을 구비함에 따라 이동식 가열혼합기(cooker)만 구비하고 있으면 정치식 생산공장에서 생산된 균일한 품질의 구스 아스팔트 혼합물을 현장에서 재가열하여 포설하는 방법이 개시되었다.

상기 쿠커에서 약 1~3시간 동안 가열하는 쿠킹공정을 반드시 거쳐야하는 문제점과 쿠커의 용량에 따라 1일 작업량이 결정되는 문제점, 쿠커를 가열하기 위한 경제적인 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0266157호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서 기존의 구스 또는 매스틱 아스팔트의 쿠킹 공정에 의한 경제적, 시간적 손실과 쿠커의 사용에 따른 1일 용융 량의 제한을 개선하기 위하여 이미 혼합된 다량의 아스팔트 혼합액을 포함한 아스팔트 혼합물을 제조한 후 다짐에 의하여 공극율이 2.0%미만인 불 투수 아스팔트 혼합물의 조성물를 제공할 수 있도록 함을 목적으로 한 천연 아스팔트를 이용한 불투수성 아스팔트 포장공법 및 그 조성물에 관한 것이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 것으로서, 아스팔트포장공사시 중간층을 혼합액, 골재, 모래, 석회석분, 채움재 등을 고온(170℃∼220℃)에서 혼합한 후 포설하고 다짐하는 방식인 일반 아스팔트 포장과 동일한 절차로 시공는데, 이때 SBS고분자 개질 아스팔트와 천연 아스팔트(TLA)의 혼합액의 중량은 혼합물 전체중량의 5∼20% 정도를 차지하고, 모래 및 골재, 석분 등은 혼합물 전체중량의 80∼95중량%를 차지하여 공극율이 0~2%이고 포설시의 포설 온도가 약 160~220℃인 불 투수 아스팔트 혼합물을 조성하는 것을 특징으로 한다.

상기 혼합액은 이미 용융상태로 가열되어 공급되며 보관온도는 90~130℃이고 아스팔트 플랜트에서는 약 45~120초 동안 모래등의 골재와 혼합하여 최종의 아스팔트 혼합물을 만들어 아스팔트 중간층의 시공하게 된다.

상기 혼합물의 배출 온도는 약 160~220℃이다. 이는 기존의 Guss 또는 매스틱 아스팔트 혼합물과는 달리 최종적으로 자력 수평성 갖지 않으나 다량의 혼합액이 포함되어 다짐 압착에 의하여 공극율을 2%미만으로 낮추어 물에 의한 피해를 예방할 수 있다.

또한 본 발명은 표층에 사용하기에는 적합하지 않아 중간층으로 사용하는 것이 바람직하나 교통량이 작은 곳에서는 표층으로 사용해도 무방하다.

특히, 기존의 Guss나 매스틱 아스팔트 혼합물은 200℃이상의 고온에서 수시간 가열 혼합하여 유동성 극히 우수하고 공극율이 없으며 별도의 다짐 공정을 수행하지 않는 방법이나 많은 시간을 쿠킹 공정에 소비하여 에너지와 시간 및 생산량의 제약이 있는 문제점을 해결하기 위해 본 방법은 일반 포장과 같이 덤프 트럭으로 운반하고 다짐을 함으로써 매우 경제적이고 포장층의 상하층과 일체화시킬 수 있는 천연 아스팔트를 이용한 불투수성 아스팔트 포장공법 및 그 조성물을 제공한다.

본 발명은 공극율이 0~2%이고 포설시의 포설온도가 약 160~220℃인 불 투수 아스팔트 혼합물을 제공함으로 쿠커의 사용 없이 시공되는 Guss 또는 매스틱 아스팔트와 같은 불 투수성을 발휘하는 불 투수 아스팔트 포장공법을 제공함으로 공사기간 단축과 공사비용을 40%절감 함으로써 경제적인 효과를 얻을 수 있다.

이하 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 실시되는 아스팔트 포장시공방법은 지반 기초공사, 휠터층 시공, 쇄석 골재로 이루어진 기층과 중간층, 표층으로 이루어지거나 또는 기층, 복수의 표층으로 이루어진다.

상기와 같이 실시되는 아스팔트 포장 시공방법에 있어서 본원 발명은 기층, 중간층, 표층으로 이루어지는 구조에서 중간층을 시공하여 불투수층을 형성하여 기존의 구스 아스팔트 포장효과와 동일하면서 공사기간은 줄이고 시공에 대한 경제성은 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 아래의 표1과 같이 공극율을 최소화할 수 있는 입도 분포를 갖는 골재와 중간층으로써 변형에 대한 저항성을 확보하기 위하여 아스팔트 결합제 중 천연 아스팔트 20~75중량%를 포함한 아스팔트 결합제로 형성된 아스팔트 혼합물을 조성한 후 포설하고 타이어 로울러로 다짐 압착하는 시공 방법으로 이루어진 불 투수 아스팔트 층을 형 성한 아스팔트 포장공법이다.

본 발명의 아스팔트 혼합액으로 조성되는 결합제는 공용성 등급(PG등급) 64-22를 기본으로 하되 SBS, 아크릴, PE, PET등의 열가소성 폴리머의 함량은 열가소성 폴리머 100에 대하여 0.5~15중량%의 개질 아스팔트를 사용한다.

열가소성 폴리머의 함량이 0.5중량% 보다 작은 경우 저온에서의 성능이 나빠지며 균열이 가기 쉽다.

또한 15중량% 보다 클 경우 가격이 비싸지거나 아스팔트에 폴리머를 용해하기 어려울 뿐만 아니라 용해 분산된 폴리머가 아스팔트의 상층으로 분리되기 쉬운 단점이 있다.

아스팔트 결합제의 제조는 상기의 폴리머 개질 아스팔트 100에 대하여 천연 아스팔트를 30~75중량%를 포함하여 완성하는데 천연 아스팔트의 량이 30중량% 미만의 경우 하절기 고온에서의 저항성이 나빠지며 75중량% 이상의 경우 저온에서의 피로에 대한 저항성이 나빠져 균열이 발생하기 쉽다.

폴리머 개질 아스팔트와 천연 아스팔트의 혼합은 일반적인 자?(jacket)이 있는 교반기에서 온도 60~160℃에서 30분 동안 교반하여 완성한다.

상기 교반시 자? 내부 온도가 60℃ 미만일 경우 혼합이 불가능하며 160℃이상의 경우 아스팔트에 포함된 고분자가 열분해 할 수 있다.

또한 사용되는 천연 아스팔트는 L.A(lake asphalt), 샌드 아스팔트가 유용하며 이와는 별도로 석유 아스팔트로는 SDA(용매탈 아스팔트)공정에서 발생하는 아스팔트 침입도 4이 하인 것을 사용할 수 있다.

다만 바람직한 재료는 레이크(lake) 아스팔트이다. 상기 아스팔트의 혼합시 교반은 재료가 매우 고점도 이므로 전단응력이 작게하는 것이 제조에서 비용을 절감할 수 있다.

또한 아스팔트 성능 향상을 위해 소정의 산화 방지제, crosslinking agent, anti stripping agent등을 포함할 수 있다.

상기의 결합제는 표 1의 입도 분포를 갖는 골재와 혼합되어 사용하며 불 투수 아스팔트 혼합물 중의 아스팔트 결합제의 함량은 5~20중량%이다. 만일 결합제의 함량이 5중량%보다 낮을 경우 불 투수성이 없으며 20%보다 높은 경우 경제적이지 못하거나 고온에서의 하중에 의한 변형이 발생할 가능성이 높아진다.

상기 표 1의 골재의 배합은 입도 1과 2 어느 하나를 써도 좋으나 입도 1의 경우 온도에 의한 변형이 큰 강상판의 교량의 중간층에 배합 2의 경우 아스팔트 포장면의 중간층에 적용할 수 있으나 이들 둘다 교차하여 사용하여도 무방하다.

결합제로써 사용되는 천연 아스팔트는 아래의 표2와 같은 특성을 가져야 한다. 침입도나 연화점, 비중이 기준보다 낮은 경우 같이 사용되는 아스팔트 바인더의 침입도가 더 낮은 스트레이트 아스팔트나 개질 아스팔트를 사용하여야 하며 높은 경우 상대적으로 천연 아스팔트의 사용량이 높아지거나 스트레이트 아스팔트 또는 개질 아스팔트의 량의 가감이 필요하다. 인화점은 생산시 화재의 위험이 있으므로 240℃이상이어야 한다.

상기의 재료는 일반적인 아스팔트 플랜트에서 혼합하여 생산되며 생산시 배출 온도는 170~200℃가 바람직하다. 170℃ 이하의 경우 포설 후 너무 쉽게 온도가 떨어져 다짐에 의한 공극율 감소가 어려울 수 있으며 200℃이상의 경우 플랜트에서 생산하기 어려울 수 있으며 연료 소비가 많은 단점이 있다. 생산된 불투수 아스팔트 혼합물은 다음과 같은 공정으로 시공된다.

<불 투수 아스팔트 혼합물>

아스팔트포장공사시 중간층을 혼합액, 골재, 모래, 석회석분, 채움재 등을 고온(170℃∼220℃)에서 혼합한 후 포설하고 다짐하는 방식인 일반 아스팔트 포장과 동일한 절차로 시공는데, 이때 아스팔트와 TLA의 혼합액의 중량은 혼합물 전체중량의 5∼20중량% 정도를 차지하고, 모래 및 골재, 석분 등은 혼합물 전체중량의 80∼95중량%를 차지하여 공극율이 0~2% 미만이고 포설시의 포설 온도가 160~220℃인 불 투수 아스팔트 혼합물을 조성한다.

상기 혼합액은 이미 용융상태로 가열되어 공급되며 보관온도는 90~130℃이고 아스팔트 플랜트에서는 약 45~120초 동안 모래 등의 골재와 혼합하여 최종의 아스팔트 혼합물을 만들어 아스팔트 중간층의 시공하게 된다.

1)생산된 불 투수 아스팔트 혼합물의 포설단계

불 투수 아스팔트 혼합물에서 조성된 불 투수 아스팔트는 도로의 기층 위에 형성되는 중간층을 시공하기 위한 것으로 현장에서의 포설 후 온도가 160℃ 이상에서 포설되어야 한다. 만일 160℃ 보다 낮을 경우 빠른 온도 강하에 의한 점성 상승 다짐이 나빠질 수 있거나 이후 공정인 로울러 다짐시 바퀴에 늘러 붙을 수 있다.

2) 포설된 불 투수 아스팔트 층의 다짐 단계

상기 포설된 불 투수 아스팔트 층의 다짐은 일반적인 스틸 로울러를 사용하지 않는다. 불 투수 아스팔트의 특성상 유동성이 있으므로 스틸 로울러를 사용할 경우 하중에 의하여 로울러 장비가 빠지거나 바퀴에 아스팔트가 붙어 표면층이 매우 불량하게 얻어질 수 있다.

따라서 본 발명에서 타이어 로울러를 사용하여 다짐한다. 이때 다짐시 온도는 120~170℃에서 실시한다.

다짐시 120℃ 보다 낮은 경우 다짐 불량에 의한 공극율 상승이 발생하여 불 투수성이 나빠지며 170℃보다 높은 경우 로울러 다짐 장비에 아스팔트가 늘러 붙을 수 있다.

3) 표층 타설 단계

표층은 이미 개발되어 사용되는 SBS 개질 아스팔트 혼합물이나 SMA 혼합물등을 포설할 수 있으며 어떤 표층 아스팔트 혼합물이든 사용할 수 있다.

다만 중간층의 경우 반사 균열 저감을 위하여 그리드나 쉬트등의 폴리머 층을 기층과의 사이에 설치할 수 있으며 쉬트 등의 폴리머 층이 바람직하다,

표층의 타설 시기는 중간층의 표면 온도가 약40~100℃에서 실시되어야 한다. 이때 100℃보다 높은 경우 표층 타설시 중간층이 손상되기 쉬우며 40℃보다 낮은 경우 중간층과 표층과의 부착이 나빠질 수 있다.

본 발명은 신설과 유지 보수 모두에 적용가능하며 특히 보수 시공에서 기존의 불 투수 아스팔트 혼합물인 구스(Guss)나 매스틱 아스팔트 혼합물보다 전체 시공에 있어 경제적이다.

이상과 같이 불 투수 아스팔트를 이용한 본 발명은 상기 표1 및 표2의 입도분포에 따른 골재와 아래의 표 3의 배합에 의하여 아스팔트 혼합물을 제조한 후 각각의 시편을 제작하여 이에 따른 물리적 특성을 아래의 표 4와 같이 확인하였다.

상기 표3과 표4의 실시 예와 비교 예에서 확인할 수 있는 바와 같이 본 발명은 공극율이 일반 아스팔트 혼합물과는 다르게 2% 이하로 측정되어 물의 침입에 의한 파손이 작게되어 구스(Guss) 및 매스틱 아스팔트 혼합물과 같은 특성을 갖게 되며 부착력 역시 우수한 특성을 지닌 것으로 확인 되었다.

따라서 아스팔트 시공시 쿠커를 사용하지 않고 일반 아스팔트 혼합물을 사용하여 동일한 성능을 확보할 수 있어 약 40%의 경제성을 확보할 수 있게 된다.

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시 예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시 예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다

Claims (4)

1. 아스팔트 도로의 포장은 기층, 중간층, 표면층으로 구성되되, 중간층을 형성하는 불 투수 아스팔트 혼합물은 폴리머 개질 아스팔트와 천연 아스팔트로 된 혼합액 5∼20중량%과 모래 및 골재, 석분의 혼합물 80∼95중량%를 온도 170℃∼220℃에서 혼합용융하여 혼합물이 이루어지는 불 투수성 아스팔트 포장공법에 있어서,
   상기 중간층을 형성하는 불 투수 아스팔트 혼합물의 혼합액은 폴리머 개질 아스팔트 100에 대하여 천연 아스팔트를 30~75중량%로 혼합한 혼합액으로 이루어지고,
   상기 혼합물은 보관온도 90~130℃에서 모래 및 골재의 혼합물이 아스팔트 플랜트에서는 45~120초 동안 혼합하여 최종 아스팔트 혼합물이 만들어진 후 포설 온도 160~220℃로 포설되며 포설된 아스팔트 압착 공극율은 0~2%로 이루어진 것을 특징으로 하는 천연 아스팔트를 이용한 불투수성 아스팔트 포장공법.
   
   
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