KR101533622B1 - 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (i) 아스팔트, 라텍스 및 재생 첨가제를 포함하는 유기계 결합제, (ii) 시멘트, 폴리머 혼화제 및 섬유제를 포함하는 무기계 결합제, 및 (iii) 재활용 폐아스팔트 콘크리트 골재, 중량 골재, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 순환골재를 포함하는 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물은 가열로 인한 시공비용의 증가 및 가열 과정에서의 아스팔트의 산화노화 진행 등의 문제점을 해결할 수 있고, 특히 가열로 인한 유해가스와 이산화탄소 발생 등의 문제점이 없으며, 순환골재를 포함하여 친환경적인 시공이 가능하다. 또한, 고온에서 탄성을 유지하여 소성변형을 방지하고, 저온에서 유연성을 유지하여 균열을 예방하며, 골재와의 맞물림 작용이 향상되어 박리(탈리) 현상을 감소시키며, 변형 및 균열을 최소화하여 도로수명이 연장될 수 있으므로, 도로의 포장재 등으로 유용하게 사용될 수 있다.

Description

재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물 및 그 제조방법{RECYCLED COLD SEMI-RIGID ASPHALT CONCREATE MIXTURE AND PREPARING METHOD THEREOF}
본 발명은 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상온에서 시공이 가능한 폐아스팔트 콘크리트를 포함하는 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 아스팔트 포장(asphalt pavement) 또는 콘크리트 포장(concrete pavement)은 도로 포장의 일례로, 아스팔트 포장은 골재를 역청 재료로 결합하여 만든 표층을 가진 포장으로써, 표층기층 및 노반으로 이루어지는 것이고, 콘크리트 포장은 시멘트 콘크리트로 노면(路面)을 덮는 도로포장을 의미하며 표층에 해당하는 콘크리트 슬래브와 중간층, 보조기층으로 구성되어 있다.
이 중, 아스팔트 포장은 지반 침하에 대한 적응성이 우수하고, 적설한랭지역 제설 융빙에 유리하며, 쾌적성 및 소음 저감에 유리할 뿐만 아니라, 시공 및 유지관리가 쉽고 교통개방을 빨리할 수 있어 교통흐름에 지장이 없는 등의 장점이 있는 반면, 균열, 포토홀, 소성 변형 등의 문제점이 있다.
한편, 콘크리트 포장은, 중차량에 대한 적응성 우수, 내구성 및 경제성 측면에서 다소 유리한 장점이 있는 반면, 승차감 및 쾌적성에 불리, 균열, 동결융해에 의한 파손, 알칼리 골재반응에 의한 파손 등의 문제점이 있다.
최근에는, 대형 차량의 교통량 증가로 인해 가열 아스팔트 포장의 소성변형 문제가 급속히 증가하는 추세이며, 또한 가열 아스팔트 포장 건설에 따른 대기오염 문제가 이슈화되고 있고, 폐아스콘의 폐기물 처리 문제가 고민거리로 등장하고 있다. 상기 소성변형 문제점에 대한 하나의 대안으로서 굵은 골재로 된 아스팔트 포장(공극이 20-25%)을 먼저 시공한 후, 형성된 공극에 시멘트 슬러리(slurry)를 주입시켜 경화시킨 반강성 포장이 일본에서 개발되어 사용되고 있지만, 이 방법은 두 단계의 공정을 거쳐야 하므로 비용이 비싸며, 시공기간도 상대적으로 길다는 문제점이 있다.
따라서, 최근에는 시공공정이 단순하면서도 공해문제도 해결할 수 있는, 시멘트, 유화 아스팔트 및 골재로 구성된 상온 반강성 포장이 유력한 재료로 개발되고 있다. 여기서 반강성 포장이라 함은 아스팔트의 연성과 시멘트의 강성이 함께 공존하는 포장을 말하며, 아스팔트 포장보다 강성은 우세하나 연성은 떨어지고, 시멘트 포장보다 연성은 향상되지만 강성은 다소 떨어지는 포장을 말한다. 예컨대, 등록특허공보 제10-0599492호에는 폐아스콘을 활용한 반강성포장용 조성물과 포장시공방법이 개시되어 있고, 등록특허공보 제10-0767989호에는 상온 반강성 도로 포장 방법 및 도로 포장재가 개시되어 있다.
한편, 건설폐자재는 건축물 재건축, 도심재개발, 도로 개보수공사, 도로굴착 및 복구공사 등에서 발생되며, 일반적으로 시멘트콘크리트류(폐콘크리트), 아스팔트콘크리트류(폐아스팔트 콘크리트), 토사류(폐토사), 목재, 철재 등으로 분류되며, 매년 발생량이 크게 증가되고 있다.
현재 건설폐자재는 대부분 단순 매립하거나 폐기되고 있는 실정이며, 일부에서 외국의 기술을 직접 도입하거나 개발하여 재활용하고 있으나 발생 및 처리과정의 체계가 미비하고 재활용 재료를 설계에 적용하기 위한 체계적인 기준이 미비하기 때문에 재활용률이 저조한 실정이다.
따라서, 도로에서 발생되거나 이미 발생하여 중간처리업체의 적치장에 쌓여있는 폐아스팔트 콘크리트 등의 적절한 재활용 방안을 모색하고, 이를 활성화하여 자원의 재활용에 따른 경제적인 이점과 동시에 환경 문제를 해결할 수 있는 방안이 필요하게 되었다.
이에, 시멘트 콘크리트류(폐콘크리트), 아스팔트 콘크리트류(폐아스팔트 콘크리트) 등과 같은 폐자재를 이용하여 아스팔트 콘크리트 조성물을 제조함으로써 자원을 재활용하는 기술이 개발되고 있으며, 예컨대 등록특허공보 제10-0341021호에서는 폐유리를 골재로 사용한 아스팔트 콘크리트 조성물의 제조방법을 개시하고 있고, 공개특허공보 제10-2008-0009335호에서는 폐아스팔트 콘크리트를 활용한 도로포장용 상온 아스팔트콘크리트(상온 아스콘)을 개시하고 있으며, 등록특허공보 제10-0946588호에서는 상온 재생 아스팔트 콘크리트 조성물 및 그 시공방법을 개시하고 있다.
그러나, 석탄연료 등의 소모가 거의 없어 이산화탄소 등의 유해가스의 배출이 없는 방식으로 시공이 가능하면서도, 폐아스팔트 콘크리트를 사용하여 친환경적인, 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트에 관한 기술은 알려져 있지 않다.
따라서, 상온에서 시공이 가능하여 가열 과정을 생략함으로써, 가열로 인한 유해가스가 발생되는 등의 문제점을 해결할 수 있으면서도, 폐아스팔트 콘크리트를 사용하여 친환경적이고 포장의 내구성이 뛰어난 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물 및 그 제조방법에 관한 기술의 지속적인 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-0599492호 대한민국 등록특허공보 제10-0767989호 대한민국 등록특허공보 제10-0341021호 대한민국 공개특허공보 제10-2008-0009335호 대한민국 등록특허공보 제10-0946588호
본 발명의 목적은 종래의 가열을 통한 재생아스팔트 콘크리트의 사용시 가열로 인한 시공비용의 증가 및 가열 과정에서의 아스팔트의 산화노화 진행 등의 문제점을 해결할 수 있고, 특히 가열로 인한 유해가스와 이산화탄소 발생 등의 문제점이 없으며, 순환골재를 포함하여 친환경적인 시공이 가능한 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은
(i) 아스팔트, 라텍스 및 재생 첨가제를 포함하는 유기계 결합제;
(ii) 시멘트, 폴리머 혼화제 및 섬유제를 포함하는 무기계 결합제; 및
(iii) 재활용 폐아스팔트 콘크리트 골재, 중량 골재, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 순환골재
를 포함하는 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물을 제공한다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명은
유기계 결합제, 순환골재, 및 박리방지제를 혼합하여 1차 믹싱하는 단계; 및
무기계 결합제 및 혼화제를 상기 1차 믹싱된 혼합물에 투입하여 2차 믹싱하는 단계
를 포함하는, 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물은 가열로 인한 시공비용의 증가 및 가열 과정에서의 아스팔트의 산화노화 진행 등의 문제점을 해결할 수 있고, 특히 가열로 인한 유해가스와 이산화탄소 발생 등의 문제점이 없으며, 순환골재를 포함하여 친환경적인 시공이 가능하다. 또한, 고온에서 탄성을 유지하여 소성변형을 방지하고, 저온에서 유연성을 유지하여 균열을 예방하며, 골재와의 맞물림 작용이 향상되어 박리(탈리) 현상을 감소시키며, 변형 및 균열을 최소화하여 도로수명이 연장될 수 있으므로, 도로의 포장재 등으로 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명에서 '재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물'이라 함은 폐아스팔트 콘크리트를 이용하여 별도의 가열 과정 없이 상온에서 시공이 가능하도록 한 반강성의 혼합물을 의미한다.
본 발명에서 '반강성(半剛性)'이라 함은 공극율이 큰 아스팔트 혼합물 포장체의 공극(空隙)에 시멘트 페이스트를 충전시킨 기존의 혼합물을 발전시킨 것으로 복합결합제와 순환골재 및 첨가제를 사용하여 일반 아스팔트 콘크리트와 공극률 범위가 거의 비슷하고 상온에서 혼합하여 일반 아스팔트콘크리트와 같이 일체형으로 시공할 수 있는 것으로 아스팔트의 연성과 시멘트의 강성이 함께 공존하는 것을 의미한다.
본 발명의 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물은 (i) 아스팔트, 라텍스 및 재생 첨가제를 포함하는 유기계 결합제, (ii) 시멘트, 폴리머 혼화제 및 섬유제를 포함하는 무기계 결합제, 및 (iii) 재활용 폐아스팔트 콘크리트 골재, 중량 골재, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 순환골재를 포함한다.
상기 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물은 내후성이 높은 유기계 결합제 및 무기계 결합재와 함께 섬유제를 포함하므로, 균열이 억제되고, 표층 포장층으로 사용시 기존 포장과의 부착력이 우수하며, 또한 표면 마모 저항성이 우수하여, 포장층의 내구성이 향상될 수 있고 조기 마모 현상이 없다. 또한 유기계 결합제 및 무기계 결합재를 포함하므로, 아스팔트 포장 및 시멘트 콘크리트 포장 모두와의 부착력이 향상될 수 있다.
상기 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물은, 상기 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물 100 중량부를 기준으로 상기 유기계 결합제 0.1 내지 10 중량부, 상기 무기계 결합제 0.1 내지 10 중량부, 및 상기 순환골재 70 내지 95 중량부를 포함할 수 있고, 바람직하게는 상기 유기계 결합제 2 내지 4 중량부, 상기 무기계 결합제 3 내지 6 중량부, 상기 순환골재 86 내지 93 중량부를 포함할 수 있다.
(i) 아스팔트, 라텍스 및 재생 첨가제를 포함하는 유기계 결합제
상기 유기계 결합제는 아스팔트, 라텍스 및 재생첨가제를 포함할 수 있다.
상기 유기계 결합제는 유기계 결합제 100 중량부를 기준으로 아스팔트 70 내지 95 중량부, 라텍스 0.1 내지 10 중량부, 및 재생첨가제 1 내지 20 중량부를 포함할 수 있고, 바람직하게는 아스팔트 85 내지 92 중량부, 라텍스 3 내지 5 중량부, 및 재생첨가제 4 내지 10 중량부를 포함할 수 있다.
상기 아스팔트는 유화 아스팔트, 컷백 아스팔트(cutback asphalt) 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 상기 아스팔트로서 유화 아스팔트, 컷백 아스팔트 또는 이들의 혼합물을 사용할 경우, 시공시 휘발성이 높아 냄새로 인하여 작업자 및 통행자 등에 불편을 주는 현장주변의 작업환경을 개선하고 대기 오염을 예방할 수 있는 효과를 나타낼 수 있다.
상기 유화 아스팔트로는 음이온계 유화아스팔트(Anionic Emulsion) MS(A)-2 또는 양이온계 유화아스팔트 MS(C)-2를 사용할 수 있다.
상기 라텍스는 합성 고무 라텍스일 수 있고, 예컨대 스틸렌 부타디엔 고무(SBR), 스티렌뷰타디엔스티렌(SBS), SBR 라텍스, 스티렌 이스프렌스티렌(SIS), 스티렌에틸렌뷰타디엔스티렌(SEBS), 이피디엠분말(EPDM powder), 메틸메타크릴레이트(MMA) 수지, 또는 폴리우레탄(PU)을 들 수 있으며, 바람직하게는 스틸렌 부타디엔 고무(SBR), 스티렌뷰타디엔스티렌(SBS), SBR 라텍스, 스티렌 이스프렌스티렌(SIS)일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 스틸렌 부타디엔 고무일 수 있다.
상기 재생 첨가제는 스트레이트 아스팔트(straight asphalt), 탄화수소 화합물, 아민 화합물, 나프텐족 탄화수소, 및 계면활성제를 포함하는 것일 수 있다. 상기 재생첨가제는 스트레이트 아스팔트 35~65 중량부, 탄화수소 화합물 20~40 중량부, 아민 화합물 10~30 중량부, 나프텐족 탄화수소 4~12 중량부, 및 계면 활성제 1~5 중량부를 포함하는 것일 수 있고, 다르게는 스트레이트 아스팔트 40~60 중량부, 탄화수소 화합물 25~35 중량부, 아민 화합물 15~25 중량부, 나프텐족 탄화수소 5~10 중량부, 및 계면 활성제 1~3 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
상기 스트레이트 아스팔트는 원유로부터 아스팔트 성분을 가능한 한 변화시키지 않고 추출한 것일 수 있다. 상기 탄화수소 화합물은 예컨대 톨루엔 또는 벤젠과 같은 방향족 탄화수소, 또는 펜탄, 헥산, 헵탄, 사이클로헥산과 같은 지방족 탄화수소일 수 있다.
상기 아민 화합물은 패티 아민(fatty amine), 지방족 디아민, 지방족 트리아민, 또는 폴리아민일 수 있고, 구체적으로 C1~20알킬아민, C1~20알킬렌디아민, 디C1~20알킬렌트리아민일 수 있으며, 바람직하게는 옥타데실아민, 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, H2N(CH2CH2NH)5H일 수 있다.
상기 나프텐족 탄화수소는 나프타(C5~C15), 납사, 사이클로펜탄, 또는 사이클로헥산일 수 있고, 바람직하게는 나프타 또는 납사일 수 있다.
상기 계면활성제는 에테르, 지방산, 또는 알코올일 수 있고, 바람직하게는 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 알킬모노글리세릴에테르, 지방산 솔비탄에스테르, 지방산 디에탄올아민, 폴리에틸렌 글리콜, 또는 폴리비닐 알코올일 수 있다.
이와 같은, 상기 재생 첨가제는 예컨대 에멀젼계 재생 첨가제일 수 있고, 상기 에멀젼계 재생 첨가제로는 시판 중인 에멀젼계 재생 첨가제가 사용될 수 있으며, 그 예로서는 아스팔탄(asphaltan, romonta사제), 리코몬트(licomont, clariant사제), 에보덤(evotherm, Mead-Westvaco사제), 아스파민(asphamin, Romanta사제)을 들 수 있다.
상기 재생 첨가제는 용해력이 높아 상기 유기계 결합제와의 혼합성능을 향상시키고, 상기 재활용 폐아스팔트 콘크리트 골재, 중량 골재, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 순환골재의 물성과 결합력을 향상시키며, 낮은 온도에서도 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물의 생산이 가능하도록 한다.
상기 유기계 결합제는 유화아스팔트, 컷백 아스팔트 또는 이들의 혼합물, 라텍스 및 재생 첨가제를 포함하므로, 이들의 혼합에 의해 경화반응이 시작되어 단시간에 단단한 피막을 형성하게 된다. 또한, 수성재료이기 때문에 냄새가 극히 적으며, 상온에서 시공할 수 있기 때문에 시공성이 좋고, 내구성이 높아 시공 후 노면성상이 양호한 특성을 나타낼 수 있다.
상기 유기계 결합제는 아스팔트의 성질을 개질시킨 것으로서, 유동 저항성을 최대화 할 수 있는 역청 결합 재료로서, 고온 및 저온상태의 바인더 특성으로 인해 소성 변형을 예방할 수 있으며, 저온에서도 단단하게 굳지 않는, 골재의 파악력이 큰 결합제로서 저온균열 저항성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 유기계 결합제는 구성 재료인 유화 아스팔트와 라텍스를 결합함으로써 분산상태가 우수하고 고온에서도 재료 분리가 일어나지 않으며, 온도 변화에 대한 접착력이 강하고 경화 후의 성상이 충분한 인장강도와 신율을 가지고 있어 균열을 억제시키는 역할을 할 수 있다.
(ii) 시멘트, 폴리머 혼화제 및 섬유제를 포함하는 무기계 결합제
상기 무기계 결합제는 시멘트, 폴리머 혼화제, 및 섬유제를 포함할 수 있다.
상기 시멘트는 실리카 시멘트, 플라이애시 시멘트, 및 포틀랜드 시멘트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 실리카 시멘트는 KSL 5201 부속서 A 포틀랜드 시멘트(저알칼리형) 품질기준에 따라 전알칼리 함량이 0.6 이하인 저알칼리형의 실리카 시멘트일 수 있고, 상기 실리카 시멘트 또는 플라이이시 시멘트를 사용할 경우, 포졸란 반응에 의한 알칼리 골재반응을 예방함으로써 알칼리 골재반응에 의한 파손을 줄일 수 있다. 상기 실리카 시멘트의 가용성 SiO2는 수화시 생기는 Ca(OH)2와 상온에서 서서히 결합하여 불용성 규산칼슘 수화물을 발생시키고, 이러한 작용을 포졸란 반응이라 하며 이로 인해 혼합물의 성질이 개선되고 수밀성이 증가하여 장기 강도가 증진되는 효과가 있다.
상기 폴리머 혼화제는 예컨대 재유화형 분말수지일 수 있고, 상기 재유화형 분말수지는 에틸렌 초산비닐, 초산비닐, 비닐 바사테이트, 스티렌-아크릴산 에스테르, 및 폴리아크릴산에스테르로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 섬유제는 셀룰로오즈, 미네랄, 폴리에스테르 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 섬유제는 섬유의 혼합에 의한 포장면의 균열예방 및 내구성의 향상 효과 등을 발휘할 수 있고, 결합제의 유동성을 증가시켜 부착력을 좋게 하며, 충진성과 인성이 증대됨으로 균열을 억제하는 효과가 있다.
상기 무기계 결합제는 무기계 결합제 100 중량부를 기준으로 시멘트 80 내지 98 중량부, 폴리머 혼화제 1 내지 10 중량부, 및 섬유제 1 내지 10 중량부를 포함할 수 있고, 바람직하게는 시멘트 90 내지 95 중량부, 폴리머 혼화제 3 내지 5 중량부, 및 섬유제 2 내지 5 중량부를 포함할 수 있다.
상기 무기계 결합제는 소성변형, 강도, 내약품성, 내동결융해성, 내마모성이 우수하며, 특히 기존의 시멘트 콘크리트 포장면과의 접착력이 우수하다. 또한, 순환골재 및 중량골재의 탈리 등에 의한 손상을 방지하여 포장의 내구성능을 향상시키고 미끄럼방지기능 향상과 같은 특성을 나타낸다. 또한 실리카 시멘트 또는 플라이애시 시멘트를 사용할 경우, 보수성이 양호하기 때문에 장기간에 걸쳐 수화가 진행되므로 장기강도의 증진이 현저히 크며 소음저감 특성과 혼화제의 첨가량으로 경화시간을 자유롭게 조정할 수 있다.
상기 유기계 결합제 및 무기계 결합제는 복합 결합제로 작용하여 침입도를 낮추어 줌으로써 박리 저항성을 증대시키는 효과를 발휘할 수 있으며, 상기 유기계 결합제 및 무기계 결합제는 중량비로 2:6 내지 4:3일 수 있다.
상기 유기계 결합제 및 무기계 결합제는 그 합계량으로서 상기 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물 100 중량부를 기준으로 0.2 내지 20 중량부, 바람직하게는 5 내지 10 중량부, 더욱 바람직하게는 7 내지 9 중량부 포함될 수 있다.
상기 유기계 결합제 및 무기계 결합제의 합계량이 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물 100 중량부를 기준으로 0.2 중량부 이상일 경우에는 적절한 접착력을 발휘하여 내구성이 향상될 수 있고, 20 중량부 미만인 경우에는 적절한 강성을 유지하여 균열발생을 방지할 수 있다.
(iii) 재활용 폐아스팔트 콘크리트 골재, 중량 골재, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 순환골재
상기 순환골재는 재활용 폐아스팔트 콘크리트 골재, 중량 골재, 또는 재활용 폐아스팔트 콘크리트 골재와 중량 골재의 혼합물일 수 있고, 바람직하게는 재활용 폐아스팔트 콘크리트 골재와 중량 골재의 혼합물일 수 있다.
상기 재활용 폐아스팔트 콘크리트 골재(아스팔트용 순환골재)는 아스팔트 콘크리트 포장도로 철거시 발생하는 폐아스팔트 콘크리트를 파쇄, 체가름한 골재로서 구재 아스팔트를 포함하며, 다른 골재와 섞이거나 나무조각, 금속편 등 이물질이 섞이지 않아야 할 필요성이 있다. 상기 재활용 폐아스팔트 콘크리트 골재는 KS F 2572(아스팔트 콘크리트용 순환골재)의 품질 기준에 따른다.
상기 순환골재가 폐아스팔트 콘크리트 골재를 포함할 경우, 폐아스팔트 콘크리트를 재활용함으로써 자원 재활용에 효과적일 뿐만 아니라 폐기물로 인한 환경오염을 방지할 수 있다.
상기 중량골재는 재활용 중량골재로서, 단단하고 강하고 내구성이 있고, 부착물이 없어야 하며, 점토나 실트, 그 밖의 해로운 물질이 함유되어 있지 않은 것일 필요성이 있다. 또한, 중량골재로는 경질이며 내마모성이 좋은 외에, 비교적 파쇄면이 많은 형상과 입형을 갖고 있는 것이 바람직하게 사용될 수 있으며, 흡수율이 낮고, 화학적으로 안정되어 내약품성이 좋은 것이 바람직하다. 상기 중량골재는 예컨대 철광석일 수 있고, 상기 순환골재는 최대입경이 0.15 내지 20 mm인 중량골재를 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 최대 입경이 13 mm 이하인 재활용 폐아스팔트 콘크리트 순환골재, 및 최대입경이 0.6 내지 13 mm인 중량골재를 포함할 수 있다.
상기 순환골재가 상기 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물 100 중량부를 기준으로 70 중량부 이상일 경우에는 적절한 골재의 비율로 인해 우수한 내구성을 발휘할 수 있고, 95 중량부 이하일 경우에는 골재의 맞물림 현상에 의해 변형을 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물은 첨가제를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 첨가제로는 예컨대, 박리방지제 또는 혼화제 등을 들 수 있다.
상기 첨가제로는, 바람직하게는 박리방지제 및 혼화제를 함께 포함할 수 있으며, 상기 박리방지제 및 혼화제를 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물 100 중량부를 기준으로 각각 0.1 내지 10 중량부 및 0.1 내지 10 중량부의 양으로 포함할 수 있고, 바람직하게는 각각 1 내지 2 중량부, 및 1 내지 2 중량부의 양으로 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 침입도를 낮추어 줌으로써 박리 저항성이 증대시키기 위해 사용될 수 있다.
상기 박리방지제 및 혼화제의 합계량은 상기 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물 100 중량부를 기준으로 2.0 내지 4.0 중량%, 바람직하게는 2.5 내지 3.5 중량%일 수 있다. 상기 첨가제가 재활용 상온 반강성 혼합물 총 중량 기준으로 2.0 중량% 이상일 경우에는 적절한 온도에 대한 감온성을 발휘하여 균열과 포토홀을 방지할 수 있으며, 4.0 중량% 이하인 경우에는 적절한 혼합물의 강도를 발휘할 수 있으면서도, 적정한 정도로 단가를 유지하여 경제적이다.
상기 박리방지제는 소석회, 아민, 석회석분, 또는 고로 슬래그 미분말일 수 있고, 바람직하게는 소석회일 수 있다.
상기 소석회는 생석회를 물로 소화해서 만드는 소석회(수산화칼슘, Ca(OH)2)를 말하며 복합결합제와 상호작용으로 수분에 대한 박리저항성을 높여준다.
상기 박리방지제를 첨가하면 아스팔트와 골재의 공극과 채워 주고 골재의 주위를 박리방지제의 미분이 감싸고 있어 수분에 대한 저항성을 증대시킬 수 있다.
상기 혼화제는 KS F 2560 콘크리트용 화학혼화제인 감수제, 지연제, 감수 지연제, 감수 촉진제(급결제), 고성능 감수제(고유동화제), 고성능 감수지연제, 및 AE제로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 감수 촉진제로는 실리케이트계, 알루미네이트계, 알칼리프리계, 또는 고성능 분체 혼화제를 들 수 있고, 상기 고성능 감수제로는 리그닌계, 나프탈린계, 또는 폴리카르본산계 감수제를 들 수 있다.
상기 혼화제로서 감수 촉진제가 사용될 경우, 경화시간 조절 기능을 수행할 수 있고, 계면활성 작용을 하며, 작업성과 동결융해 저항성을 증대시키는 역할을 할 수 있고, 또한 미세 공기기포를 발생시켜 하절기 수분의 팽창으로 인한 동결융해에 의한 파손을 예방할 수 있다.
상기 혼화제로서 고성능 감수제가 사용될 경우, 작업성을 개선하고 강도를 높여 내구성을 향상시킬 수 있고, 수량(水量) 감소로 인한 포장 표면의 브리딩 감소와 골재분리 방지 효과가 있으며, 시공성을 개선하고 건조수축을 작게하여 포장체의 내부가 치밀해지고 균열방지되어 내구성이 증진된다.
상기 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물은 (1) 유기계 결합제, 순환골재 및 박리방지제를 혼합하여 1차 믹싱하는 단계; 및 (2) 무기계 결합제 및 혼화제를 상기 1차 믹싱된 혼합물에 투입하여 2차 믹싱하는 단계를 포함하는 제조방법에 의해 제조될 수 있다.
이때, 상기 1차 믹싱은 3 내지 200초간, 바람직하게는 20 내지 30초간 이루어질 수 있고, 상기 2차 믹싱은 5 내지 300초간, 바람직하게는 30 내지 40초간 이루어질 수 있다.
상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물의 제조에 있어서, 원재료를 일시적으로 믹서에 투입하여 혼합하는 공정을 거치면 원재료 간의 상호 작용 현상을 발휘하지 못하여 양질의 제품이 생산되지 못하는 문제점이 있었다.
그러나, 상기와 같은 본 발명의 재활용 상온 반강성 혼합물 제조공정을 통하여, 고온에서 탄성을 유지하여 소성변형을 방지하고, 저온에서 유연성을 유지하여 균열을 예방하며, 골재와의 맞물림 작용이 향상되어 박리 현상을 감소시키며, 변형 및 균열을 최소화하여 도로수명을 연장할 수 있는 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물을 유용하게 제조할 수 있다.
이와 같이 제조된 본 발명의 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물은, 상온에서 시공이 가능한 반강성의 아스팔트 콘크리트 조성물로써, 시공이 단순하여 시공비를 절감할 수 있고, 폐아스팔트 콘크리트 및 중량골재를 재활용함으로써 자원 재활용에 효과적일 뿐만 아니라 폐기물로 인한 환경오염을 방지할 수 있으며, 별도의 가열 과정이 없이 상온에서 그대로 시공이 가능하다.
상기 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물은, ① 내유동성 우수(소성 변형 저항성), ② 포장 수명 연장 및 내구성 향상, ③ 상온에서 아스팔트 혼합물의 생산시공 가능, ④ 생산 및 시공 과정에서 대기 중에 방출되는 카본 다이옥사이드 가스의 방지와 유해 가스억제, ⑤ 아스팔트 혼합물 생산 중 석유계 연료 저감, ⑥ 시공 현장에서 유해 증기나 분진이 발생을 억제시켜 작업자의 안전 보장 등의 효과를 발휘할 수 있다.
이하, 하기 실시예에 의하여 본 발명을 좀더 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1 내지 3: 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물
유기계 결합제, 순환골재 및 첨가제 중 박리 방지제를 혼합하여 25초 동안 1차 믹싱을 한 다음, 무기계 결합제 및 첨가제 중 혼화제를 투입하여 35초 동안 2차 믹싱을 하여 제조하였다.
재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물로서 하기 표 1의 혼합물과 같은 조성으로 시편을 제조하였다.
구분 재료 실시예 1
(중량%)		 실시예 2
(중량%)		 실시예 3
(중량%)
유기계 결합제 유화 아스팔트 1 2 1.5
라텍스 0.5 1 0.5
재생첨가제 0.5 1 1
무기계 결합제 실리카 시멘트 2 4 3
폴리머 혼화제 0.5 1 1
섬유제 0.5 1 1
순환골재 폐아스팔트 콘트리트 순환골재 56 52 53
중량골재 37 34 36
첨가제 박리 방지제 1 2 1
혼화제 1 2 2
Total 100 100 100
① 유화 아스팔트 : 음이온계 유화아스팔트(Anionic Emulsion) MS(A)-2
② 라텍스 : 스틸렌 부타디엔 고무(SBR) 라텍스
③ 재생첨가제 : 프리 믹스 탱크에 온도 40~55의 스트레이트 아스팔트 40 중량부를 넣고, 이에 톨루엔 20 중량부와 나프타(C5~C15) 8 중량부를 가한 다음, 이를 1차 혼합하여 믹싱하고, 상온(15~25)으로 식힌 후, 2차로 옥타데실아민(패티아민) 30 중량부 및 폴리옥시에틸렌알킬에테르 2중량부를 실온(1~35)에서 상기 1차 혼합물과 섞어 재생첨가제를 제조하였다.
④ 실리카 시멘트 : 플라이 애쉬 시멘트(라파즈 한라시멘트 + 플라이애쉬((주) 마루)
⑤ 폴리머 혼화제 : 스틸렌 아크릴산 에스테르(SAE)
⑥ 섬유제 : 셀룰로오즈 화이버- (주)에스에스산업 : 식물성 섬유
⑦ 중량골재 : 철광석 (연천소재 동원리소스 석산)
⑧ 박리 방지제 : 소석회 - 대성 MDI
⑨ 혼화제 : 실리케이트계 감수촉진제(급결제, ROADCON-LS, 실크로드시앤티사제, 실시예 1 및 3); 고성능감수 혼화제(고유동화제, 폴리카르본산, 실시예 2)
비교예 1: 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물
GR F 4005(재활용 가열 아스팔트 혼합물)의 품질 기준에 맞는 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물로서, 골재 최대치수가 13 내지 19, 마샬 안정도 표층 6000N 이상, 흐름값 20 내지 40 (1/100㎝), 공극률 3 내지 7%, 간접인장강도 0.8이상(N/mm2), 잔류인장강도비 0.70인 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물 시편을 비교예 1로 하였다.
비교예 2: 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 조성물
GR F 4026(재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물)의 품질기준에 맞는 재활용 아스팔트 상온 콘크리트 조성물로서, 골재 최대치수가 13mm, 마샬안정도(25℃,N): 표층용 3500이상, 흐름값 20 내지 50(1/100cm), 공극률 3 내지 12%, 간접인장강도(건조상태)(25℃) 0.11 Mpa 이상, 잔류인장강도비 0.65 이상인 폐아스콘 순환골재 100 중량부, 신골재(쇄석골재) 10 중량부, 채움재 시멘트 6 중량부, 아크릴폴리머 첨가재 7 중량부, 및 음이온계 유화 아스팔트 3 중량부를 포함하는 조성물을 제조하여, 제조된 시편을 비교예 2로 하였다.
실험예 1: 재활용 상온 반강성 혼합물 물성 측정
재활용 상온 개질 반강성 혼합물인 실시예 1 내지 3의 물성을 알아보기 위하여 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물인 비교예 1과 재활용 아스팔트 콘크리트 조성물인 비교예 2를 비교하여 측정하였다.
<마샬안정도 및 흐름값의 측정>
KS F 2337의 기준에 따라 아스팔트 혼합물의 소성흐름에 대한 저항력 시험 방법에 따라 마샬시험기를 이용하여 최대 하중과 그것에 대응하는 변형량을 측정하였다.
높이 63.5±1.27mm, 지름 101.6mm의 마샬시험 공시체를 분당 50.8mm의 속도로 하중을 가하여 공시체가 파괴될 때의 하중을 측정하여 최대 하중을 마샬안정도로, 안정도 시험시 최대하중(안정도) 까지의 변형값(1/100cm로 표시)을 흐름값으로 기록하였다.
<공극률의 측정>
KS F 2337 다져진 역청 혼합물의 공극률 시험 방법에 따라, 다져진 아스팔트 혼합물의 용적 중 공극이 차지하는 용적을 백분율로 나타내었다.
Figure 112015000496155-pat00001
<간접인장강도의 측정>
균열저항성 정도를 측정하기 위한 것으로서, KS F 2382 아스팔트 혼합물의 간접인장강도 시험방법에 따라, 원추형 공시체의 수직한 직경면 방향으로 압축하 중 재하시 발생되는 인장응력 측정 값을 측정하였다.
<잔류인장강도비의 측정>
아스팔트 혼합물은 물의 영향을 받기 쉬우므로 습윤 상태의 간접인장강도 시험을 실시하며, 다음 식으로 건조 상태와 습윤 상태의 간접인장강도 비를 구한다.
Figure 112015000496155-pat00002
<동결융해저항성의 측정>
재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물의 내후성(온도균열)을 평가하기 위하여 촉진내후성 시험 (동결융해 영하 18℃~영상 4℃, 120사이클)을 수행하였으며 측정하였다.
그 결과를, 하기 표 2에 나타내었다.
구분 마샬 안정도
(N)		 흐름값
(1/100)		 공극률
(%)		 간접인장강도
(건조상태)		 잔류인장
강도비		 동결융해저항성
(균열발생여부)
실시예 1 29,700 29 10.0 0.82 0.78 균열발생 없음
실시예 2 36,600 35 7.5 1.10 0.90 균열발생 없음
실시예 3 30,300 31 8.0 0.93 0.86 균열발생 없음
비교예 1 14,800 19 22.0 0.21 0.70 균열발생
비교예 2 8,000 52 15.0 0.15 0.62 균열발생
상기 표 2를 통하여 확인할 수 있듯이, 본 발명에 따른 재활용 상온 개질 반강성 조성물인 실시예 1 내지 3의 경우, 비교예 1 및 2의 경우에 비하여 현저히 우수한 마샬 안정도를 나타내었으며, 그 외에 흐름값, 공극률이 작고, 간접 인장강도 및 잔류 인장강도가 큰 값을 나타냄을 확인할 수 있었다.

Claims (16)

  1. (i) 아스팔트, 라텍스 및 재생 첨가제를 포함하는 유기계 결합제,
    (ii) 시멘트, 폴리머 혼화제 및 섬유제를 포함하는 무기계 결합제, 및
    (iii) 재활용 폐아스팔트 콘크리트 골재, 중량 골재, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 순환골재를 포함하고,
    상기 재생 첨가제가 아스팔트 35~65 중량부, 탄화수소 화합물 20~40 중량부, 아민 화합물 10~30 중량부, 나프텐족 탄화수소 4~12 중량부, 및 계면 활성제 1~5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물이, 상기 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물 100 중량부를 기준으로 상기 유기계 결합제 0.1 내지 10 중량부, 상기 무기계 결합제 0.1 내지 10 중량부, 및 상기 순환골재 70 내지 95 중량부를 포함하는, 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기계 결합제가 유기계 결합제 100 중량부를 기준으로 아스팔트 70 내지 95 중량부, 라텍스 0.1 내지 10 중량부, 및 재생첨가제 1 내지 20 중량부를 포함하고,
    상기 아스팔트가 유화 아스팔트, 컷백 아스팔트 또는 이들의 혼합물인, 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 라텍스가 합성 고무 라텍스인, 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 재생첨가제가 에멀젼계 재생첨가제인, 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기계 결합제가 무기계 결합제 100 중량부를 기준으로 시멘트 80 내지 98 중량부, 폴리머 혼화제 1 내지 10 중량부, 및 섬유제 1 내지 10 중량부를 포함하고,
    상기 시멘트가 실리카 시멘트, 플라이애시 시멘트, 및 포틀랜드 시멘트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인, 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 혼화제가 재유화형 분말수지인, 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 섬유제가 셀룰로오즈, 미네랄, 폴리에스테르 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인, 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 순환골재가 순환골재 100 중량부를 기준으로 재활용 폐아스팔트 콘크리트 골재 20 내지 90 중량부 및 중량 골재 10 내지 80 중량부를 포함하는, 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 순환골재가 최대 입경이 30mm 이하인 재활용 폐아스팔트 콘크리트 골재, 및 최대입경이 0.15 내지 30mm인 중량골재를 포함하는, 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물이 첨가제를 추가로 포함하고,
    상기 첨가제가 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물 100 중량부를 기준으로 박리방지제 0.1 내지 10 중량부, 및 혼화제 0.1 내지 10 중량부를 포함하는, 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 박리방지제가 소석회인, 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 혼화제가 KS F 2560 콘크리트용 화학혼화제인 감수제, 지연제, 감수 지연제, 감수 촉진제(급결제), 고성능 감수제(고유동화제), 고성능 감수지연제 및 AE제로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상인 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물.
  15. 유기계 결합제, 순환골재, 및 박리방지제를 혼합하여 1차 믹싱하는 단계; 및
    무기계 결합제 및 혼화제를 상기 1차 믹싱된 혼합물에 투입하여 2차 믹싱하는 단계를 포함하되,
    상기 유기계 결합제가 아스팔트, 라텍스 및 재생 첨가제를 포함하고,
    상기 순환골재가 재활용 폐아스팔트 콘크리트 골재, 중량 골재, 또는 이들의 혼합물을 포함하며,
    상기 무기계 결합제가 시멘트, 폴리머 혼화제 및 섬유제를 포함하고,
    상기 재생 첨가제가 아스팔트 35~65 중량부, 탄화수소 화합물 20~40 중량부, 아민 화합물 10~30 중량부, 나프텐족 탄화수소 4~12 중량부, 및 계면 활성제 1~5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물의 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 1차 믹싱이 20 내지 30초간 이루어지고, 2차 믹싱이 30 내지 40초간 이루어지는, 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물의 제조방법.
KR1020150000538A 2015-01-05 2015-01-05 재활용 상온 반강성 아스팔트 콘크리트 조성물 및 그 제조방법 KR101533622B1 (ko)

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