KR101546506B1 - 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물에 관한 것으로서, 폐아스콘을 분쇄하여 제조한 순환골재 89~92중량부; 채움재 2.0~6.0중량부; 음이온계 유화 아스팔트 0.7~1.0중량부; 및 물 4~5중량부; 를 포함하고, 폴리비닐아세테이트가 상기 물 중량의 1/30~1/25 만큼 첨가되어, 경화 후에 안정도 3,500N 이상, 흐름값 0.1~0.5cm 및 공극률 3~12vol%의 조건이 충족되는 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물을 제공한다.

Description

상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물{Recycled Cold Asphalt Concrete Mixture}
본 발명은 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 순환골재만을 사용하고, 채움재, 음이온계 유화 아스팔트, 물 및 첨가제를 혼합하여, 경화 후에 안정도 3,500N 이상, 흐름값 0.1~0.5mm 및 공극률 3~12vol%의 조건이 충족되는 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물에 관한 것이다.
국내 도로상황은 도로증가율에 비하여 교통량이 급속도로 증가하고 있어 기존 도로의 확장 및 신규 도로의 건설이 필요한 실정으로, 최근 골재자원의 부족, 환경보호 차원에서 재생아스콘 포장이 차지하는 비율도 점진적으로 증가하고 있는 추세이다. 그러나 기존의 가열재생아스콘 생산기술의 경우 사용재료의 배합비율 및 온도관리 등 품질관리가 용이하여 고품질의 재생아스콘을 생산할 수 있는 장점이 있으나 현장에서 발생된 폐아스콘을 플랜트로 운반하여야 하고 플랜트 설치지역 인근 이외의 장소에서는 온도저하 및 운반비용으로 현장적용이 어려우며, 신재골재 및 아스팔트의 과다사용으로 인한 제조단가 및 초기설치비용이 추가로 발생한다는 단점이 있다.
이에 생산과정에서 가열과정을 생략하여 화석연료의 사용과 이로 인한 공해를 방지하고 아스팔트 사용량을 줄일 수 있는 상온 아스콘이 부각되고 있으며, 순환골재 사용량을 높이기 위한 방안들이 연구되고 있다.
대한민국 등록특허 제1284685호 "상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 그 제조 방법(이하, 선행기술 1)"은 다량의 첨가제 및 개질제의 사용으로 인한 비용증가를 방지하고, 또한 폐아스콘에서 유래하는 순환골재를 사용하여, 천연골재자원의 보호와 환경 보호적 측면을 강화함과 동시에 아스팔트 콘크리트가 갖고 있는 강도, 경도, 점성도, 안정도 및 유연성을 고루 갖춘 재생 아스팔트 콘크리트 조성물을 제공하고자 창안한 것으로, GR F 4026의 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물의 골재입도 기준에 적합하도록 순환골재, 신규골재, 시멘트를 배합하고, 시멘트와 혼합성이 우수한 유화제를 사용한 골재 혼합용 유화아스팔트에 점,접착특성을 부여하기 위해 에틸렌 비닐 아세테이트 에멀젼(Ethylene Vinyl Acetate Emulsion, EVA)을 첨가하여 개질한 개질 유화아스팔트를 이용한 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물을 제공한다.
다만, 위의 선행기술 1은 신규골재를 반드시 사용하는 기술이고(골재 혼합물 중 신규골재가 0중량% 초과 내지 44중량%, 선행기술 1의 청구항 7 참조), 에틸렌 비닐 아세테이트 에멀젼으로 개질된 개질 유화아스팔트 혼합량이 전체 혼합물의 5중량% 내지 12중량%로 많아 제조 원가가 높을 것으로 파악된다.
대한민국 등록특허 제0946588호 "상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 그 시공방법(이하, 선행기술 2)"은 폐아스콘 40∼70중량%, 신골재 23∼50중량%, 채움재 2∼4중량%, 유화아스팔트 1∼5중량%, 재생첨가제 0.1∼0.2중량% 및 물 3∼6중량%를 포함하여 이루어지는 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물을 제공한다.
이러한 선행기술 2 역시 상당량의 신골재(23~50중량%)가 사용된다. 또한, 상기 재생첨가제는 에멀젼계로서 정밀 용제-정제된 중파라핀 증류액, 비투멘 및 미네랄 피치로 이루어지고, 여기에 에틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, 나프탄계 유분, 방향족 유분, 석유수지, 천연 라텍스, 스티렌-부타디엔 고무 라텍스 및 셀룰로오즈 섬유 중 1종 또는 2종 이상을 추가로 포함하여 제조되는 것으로서 이 역시 제조 원가가 높을 것으로 파악된다.
대한민국 등록특허 제1181861호 "재생첨가제가 함유된 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물(이하, 선행기술 3)"은 폐아스팔트 콘크리트로부터 얻어지는 순환골재 60~85중량%와, 신재골재 15~40중량%로 이루어지는 도로포장용 골재 배합물 100중량부에 대해, 채움재 10~40중량부, 유화아스팔트 10~30중량부, 재생첨가제 5~45 중량부 및 물 5~45 중량부로 이루어지는 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물을 제공한다.
이러한 선행기술 3 역시, 신재골재가 포함되며, 유화아스팔트 및 재생첨가제의 혼합량이 많고, 재생첨가제는 고분자 결합재, 반응 활성화제, 소포제 및 물로 조성되므로 제조 원가가 높을 것으로 판단된다.
대한민국 등록특허 제1136479호 "상온 재생아스팔트 혼합물(이하, 선행기술 4)"은 폐아스콘 순환골재 5~90중량%, 신골재 5~91 중량%, 채움재 1~6 중량%로 이루어진 골재 배합물 100중량부에, 순환골재의 구제 아스팔트의 물성을 향상시키며 소성변형 억제 및 균열파괴를 감소시키는 재생첨가제 0.3~8중량부와, 점착력과 전단저항각을 증가시켜 내구성을 향상시키는 개질 아스팔트 0.3~8중량부를 포함하는 상온 재생 아스팔트 혼합물을 제공한다.
이러한 선행기술 4 역시 신골재가 포함되고, 재생첨가제와 개질 아스팔트의 함유량이 많으며, 상기 재생첨가제는 유화아스팔트와 아크릴폴리머를 혼합한 조성물이고, 상기 개질 아스팔트는 스트레이트 아스팔트, 아민계 첨가제 및 개질재(황, 파라핀 왁스, 마이크로 왁스, SBS 및 타이어 분말로 구성됨)로 구성된 것이어서 제조 공정과 설비가 간단하지 않고 제조 원가가 높을 것으로 판단된다.
1. 대한민국 등록특허 제1284685호 "상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 그 제조 방법" 2. 대한민국 등록특허 제0946588호 "상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 및 그 시공방법" 3. 대한민국 등록특허 제1181861호 "재생첨가제가 함유된 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물" 4. 대한민국 등록특허 제1136479호 "상온 재생아스팔트 혼합물"
본 발명은 신골재 사용 없이 폐아스콘을 분쇄하여 제조한 순환골재만을 사용하여 GF F 4026의 안정도, 흐름값, 공극률 기준을 충족시키고, 생산 원가가 저렴하며, 전형적인 아스팔트 콘크리트의 색감이 발현되는 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 「폐아스콘을 분쇄하여 제조한 순환골재 89~92중량부; 채움재 3.9~6.0중량부; 음이온계 유화 아스팔트 0.7~1.0중량부; 및 물 4~5중량부; 를 포함하고, 폴리비닐아세테이트가 상기 물 중량의 1/30~1/25 만큼 첨가되어, 경화 후에 안정도 10,000N 이상, 흐름값 0.1~0.5cm 및 공극률 3~12vol%의 조건이 충족되며, 상기 채움재는 시멘트 또는 석회석분 중 어느 하나 이상으로 이루어진 분말재 0.1~2.2중량부, 주물 더스트 2.8~2.9중량부 및 폴리실리콘 슬러지 1.0~2.9중량부로 조성된 것을 특징으로 하는 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물」을 제공한다.
상기 순환골재는 직경 13~25mm 골재와 직경 13mm 미만 골재의 중량비가 1:0.6~1.2가 되도록 구성할 수 있다.
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본 발명은 아래의 효과가 있다.
1. 본 발명에 적용되는 골재는 전량 폐아스콘을 분쇄하여 제조한 순환골재이므로 매우 친환경적이고, 가격이 저렴하다.
2. 본 발명은 상온에서 아스팔트 콘크리트 시공을 가능하게 하는 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 기술이므로 시공이 단순하고 시공비가 절감된다.
3. 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 생산 시에 가열공정이 생략되므로 유해가스가 발생하지 않는다.
4. 본 발명은 도로포장 및 공장바닥 등의 포장 시에 가장 유효한 파라미터인 안정도, 흐름값 및 공극률을 최적정으로 확보할 수 있어 매우 안정적인 포장재로서 역할을 다 할 수 있다.
5. 가격이 저렴하고 접착성 및 탄성을 부여하는 폴리비닐아세테이트를 첨가하여 바인더로서의 역할을 부여하고, 상온 재생 아스팔트 콘크리트의 물성을 향상시킨다.
6. 주물 더스트 첨가시 상온 재생 아스팔트 콘크리트 합성물의 색상을 어둡게 하여 아스팔트 콘크리트의 느낌을 살려준다.
7. 산업부산물인 폴리실리콘 슬러지를 첨가하여, 산업부산물 재활용에 기여하고 경제적이며, 폴리실리콘 슬러지는 SiO2가 주성분인 광물성 재료로서 채움재 기능을 충실히 구현할 수 있다.
[도 1]은 본 발명의 여러 실시예들에 대한 안정도 시험결과를 나타낸 그래프이다.
[도 2]는 본 발명의 여러 실시예들에 대한 흐름값 시험결과를 나타낸 그래프이다.
[도 3]은 본 발명의 여러 실시예들에 대한 공극률 시험결과를 나타낸 그래프이다.
이하에서는 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물의 품질표준인 GR F 4026에 따르면, 순환골재를 상온 아스팔트 콘크리트용으로 사용하는 경우, 전체 골재 중 KS F 2572 규정에 적합한 순환골재를 25wt% 이상 사용하되, 기층용 혼합물로는 70wt% 이하, 표층용 혼합물일 경우는 50wt% 이하로 사용하도록 한다. KS F 2572 아스팔트 콘크리트용 순환골재의 품질은 아래의 [표 1]에 나타난 바와 같다.
구재 아스팔트
함량(%)		 구재 아스팔트 침입도
(25℃, 1/10mm)		 씻기 시험에서
손실되는 양(%)		 이물질 함유량(%)
유기이물질 무기이물질
3.8이상 20이상 5이하 1.0이하 1.0이하
위와 같이 상온 아스팔트 콘크리트용 골재 중 순환골재의 사용량은 그 상한이 정해져 있지만, 품질기준을 만족하고 감독자의 승인이 있을 경우엔 순환골재의 사용비율을 조정할 수 있다. 본 발명은 골재의 전량을 폐아스콘을 분쇄하여 제조한 순환골재로 적용하여, GR F 4026의 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물 품질기준을 만족하도록 한 것이다. 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물의 품질은 KS F 2337에 따라 시험하며, 아래 [표 2]의 기준치를 만족해야 한다.
항 목 기 준 치
안정도(25℃, N) 3,500 이상
흐름값(1/100cm) 10~50
공극률(%) 3~12
이를 위해 상기 순환골재를 입도에 따라 직경 13~25mm 골재와 직경 13mm 미만 골재를 분리 선별하여, 직경 13~25mm 골재와 직경 13mm 미만 골재의 중량비가 1:0.6~1.2가 되도록 구성할 수 있다.
본 발명에서 골재의 바인더로 작용하는 음이온계 유화 아스팔트는 GR F 4026의 MS(A)-2에 해당하는 것으로서, 아래 [표 3]의 품질 기준을 만족시켜야 한다.
항 목 기 준
엥글러도(25℃, 점도) 3~40
체잔류분(1.18mm) 질량(%) 0.3 이하
부착도 -
골재피막도(40℃, 5분) -
조립도 골재 혼합성 -
밀입도 골재 혼합성 균등할 것
흙덩어리 골재 혼합성 질량(%) -
시멘트 혼합성 질량(%) -
입자의 전하 음(-)
저장안정도(24시간, 질량%) 1 이하
동결안정도(-5℃) -
증발 잔류분(wt%) 57 이상
증발
잔류물		 침입도(℃, 1/10mm) 60~200
신도(15℃, cm) 40 이상
톨루엔 가용분(%) 97 이상
플로트 유지시간(60℃, 초) 1,200 이상
또한, 본 발명은 폴리비닐아세테이트(Poly Vinyl Acetate, PVA)의 접착성 및 탄성을 이용한다. 이러한 폴리비닐아세테이트는 가격이 저렴하며, 물에 희석하여 혼합시킬 수 있어, 본 발명에서도 물에 희석(폴리비닐아세테이트:물 = 1:25~30)한 폴리비닐아세테이트를 상기 음이온계 유화 아스팔트와 함께 바인더로 적용한다.
본 발명에서는 시멘트 또는 석회석분 중 어느 하나 이상으로 조성된 분말재, 주물 더스트 및 폴리실리콘 슬러지를 포함하여 조성된 물질이 채움재로 적용되며, 이러한 채움재는 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 100중량부 대비 3.9~6.0중량부 포함된다. 상기 채움재의 조성을 구체적으로 보면, 상기 분말재 0.1~2.2중량부, 주물 더스트 2.8~2.9중량부 및 상기 폴리실리콘 슬러지 1.0~2.9중량부로 조성된다.
상기 채움재는 골재의 틈을 메워 아스팔트 콘크리트의 안정성, 인성, 내마모성, 내노화성 등을 개선하는 역할을 한다.
다만, 기층용 재활용 상온 아스팔트 콘크리트 혼합물의 경우에는 유화 아스팔트를 사용하기 때문에 물과 반응하여 강도를 발현시키는 재료를 채움재로 사용해서는 안 된다. 따라서, 본 발명을 기층용으로 적용할 때에는 채움재로서 시멘트를 지양하고, 수분증발에 따른 골재와의 부착력 감소 및 탈락현상이 적은 석회석분을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 채움재에 포함되는 주물 더스트는 아스팔트 혼합물에 어두운 색상이 나타나도록 할 수 있다. 상기 주물 더스트가 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물 100중량부 대비 2.8~2.9중량부일 때 일반 아스콘과 유사한 색감이 나타난다.
상기 채움재에 포함되는 폴리실리콘 슬러지는 태양광 모듈재료인 폴리실리콘을 만들 때 부산물로 발생하는 것이다. 상기 폴리실리콘 슬러지는 주성분이 SiO2이므로 전체 혼합물 100중량부 대비 1.0~2.9중량부 적용할 때 재생 아스팔트 콘크리트의 조기 강도 발현 및 압축강도 향상에 기여한다. 상기 폴리실리콘 슬러지는 현재 주로 석산복구용 매립재로 사용되고 있으나, 이를 상온 재생 아스팔트 콘크리트의 채움재로 사용하여 경제적, 환경적 이득을 꾀할 수 있다.
위와 같은 구성요소들의 배합으로 조성된 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물은 안정도 3,500N 이상, 흐름값 0.1~0.5cm 및 공극률 3~12vol%의 조건이 충족되어야 하고, 이를 위해 상기 순환골재 89~92중량부; 시멘트 또는 석회석분 채움재 2.0~6.0중량부; 음이온계 유화 아스팔트 0.7~1.0중량부; 및 물 4~5중량부; 로 배합하고, 폴리비닐아세테이트는 상기 물 중량의 1/30~1/25 만큼 첨가한다.
본 발명의 범위 내의 여러 실시예들에 대한 안정도, 흐름값 및 공극률 시험 결과를 정리하면 아래의 [표 4] 내지 [표 5]와 같다.
실시예 순환골재
(13~25mm, 중량부)		 순환골재
(13mm미만, 중량부)		 채움재 PVA
(물 중량 대비)		 MS(A)-2
(중량부)		 물
(중량부)
시멘트
(중량부)		 석회석분
(중량부)		 주물
더스트
(중량부)
#1 56.7 35.2 2.85 - - 1/25 0.75 4.5
#2 56.7 35.2 2.85 - - 1/30 0.75 4.5
#3 54.6 37.3 - 2.85 - 1/25 0.75 4.5
#4 54.6 37.3 - 2.85 - 1/30 0.75 4.5
#5 42.6 46.4 2.85 - 2.9 1/25 0.75 4.5
#6 42.6 46.4 2.85 - 2.9 1/30 0.75 4.5
#7 42.6 46.4 - 2.85 2.9 1/25 0.75 4.5
#8 42.6 46.4 - 2.85 2.9 1/30 0.75 4.5
실시예 실측밀도 안정도(N) 흐름값(1/100cm) 공극률(vol%)
#1 2.116 16585 43 9.1
#2 2.158 21526 38 8.4
#3 2.107 14526 45 9.7
#4 2.139 16668 43 9.1
#5 2.113 21968 35 9.1
#6 2.161 24657 34 8.6
#7 2.112 18967 42 9.6
#8 2.159 22043 41 9.2
[도 1] 내지 [도 3]에 도시된 바와 같이 실시예 #1~#8 모두 GR F 4026의 안정도, 흐름값 및 공극률 기준을 충족시키는 것으로 나타났다.
한편, 아래의 [표 6] 및 [표 7]은 폴리실리콘 슬러지 사용 여부에 따른 상온 재생 아스팔트 콘크리트의 안정도, 흐름값, 공극률 변화를 나타낸 것이다.
실시예 순환골재
(13~25mm, 중량부)		 순환골재
(13mm미만, 중량부)		 채움재 MS(A)-2
(중량부)		 물+PVA
(중량부. PVA는 물의 1/25)
시멘트+석회석분+주물 더스트 폴리실리콘 슬러지
#9 41.6 49.3 3.9 - 0.7 4.5
#10 41.6 49.3 2.9 1.0 0.7 4.5
실시예 밀도 안정도 흐름값 공극률
#9 2.180 31,555 44.3 9.4
#10 2.174 28,954 45.9 9.8
위의 [표 6] 및 [표 7]에 나타난 바와 같이 #9 및 #10 모두 GR F 4026의 안정도, 흐름값 및 공극률 기준을 충족시키는 것으로 나타났다.
이상과 같이 본 발명을 실시예와 관련하여 설명하였으나 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위에서 다소간의 수정 및 변형이 가능하다.
해당없음

Claims (5)

  1. 폐아스콘을 분쇄하여 제조한 순환골재 89~92중량부;
    채움재 3.9~6.0중량부;
    음이온계 유화 아스팔트 0.7~1.0중량부; 및
    물 4~5중량부; 를 포함하고,
    폴리비닐아세테이트가 상기 물 중량의 1/30~1/25 만큼 첨가되어,
    경화 후에 안정도 10,000N 이상, 흐름값 0.1~0.5cm 및 공극률 3~12vol%의 조건이 충족되며,
    상기 채움재는 시멘트 또는 석회석분 중 어느 하나 이상으로 이루어진 분말재 0.1~2.2중량부, 주물 더스트 2.8~2.9중량부 및 폴리실리콘 슬러지 1.0~2.9중량부로 조성된 것을 특징으로 하는 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물.
  2. 제1항에서,
    상기 순환골재는 직경 13~25mm 골재와 직경 13mm 미만 골재의 중량비가 1:0.6~1.2인 것을 특징으로 하는 상온 재생 아스팔트 콘크리트 혼합물.
  3. 삭제
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